나비생태관

1. 개요

가. 주소 : 충청북도 청주시 상당구 명암동 우암어린이회관

나. 개관 : 살아있는 나비를 연중 관람할 수 있으며, 다양한 야생화와 먹이 식물을 식재하여   나비의 생활사를 직접 체험하는 생태체험의 장이다.

다. 체험 안내

체험 소요 시간 체험 소요 시간 ( 30분 정도)

이용 시간 : (3월~10월 : 09:00~18:00, 11월~2월 : 09:00~17:00, 휴원일 : 매주 월요일)

요금 (단체 : 20인 이상)

구 분	어린이	청소년, 군인	어 른
개 인	무 료	800원	1000원
단 체	무 료	600원	800원

라. 교과서 관련 단원

초등 : 3학년 1학기 과학  7. 초파리의 한살이

중등 : 개정 교과서 1학년 1학기 과학  4. 생물의 구성과 다양성

마. 위치 및 교통

위치도                                    교통안내

▶버스 이용 : 청주 시내 곳곳에서 목적지가 상당산성, 약수터, 동물원으로 되어있는 시내버스 이용

▶자가용 : 청주IC → 충북대 → 상당공원→ 도청 → 명암약수터 → 우암어린이회관

2. 체험 활동

가. 일정

나비 생태관 → 나비와 나비 관찰, 스케치 → 야생화 관찰 → 전시관 관람

나. 목적

나비의 종류와 먹이 등 생태를 알 수 있다.

전시관에 전시된 곤충들의 생김새와 생활에 대하여 관찰하고 이해한다.

다. 준비물

필기도구, 학습지

라. 유의점

나비생태관 내의 식물을 꺾거나 훼손하지 않도록 한다.

나비나 곤충을 잡지 않도록 한다.

전시관 안에서는 관람객들을 불편하게 하는 행동을 하지 않는다.

마. 체험탐구학습과정

◈ 초등학생-나비와 야생화 스케치

나비생태관 내에 있는 나비와 야생화를 관찰하고 전시관을 관람하면서 곤충의 생김새와 생활에 대한 다양성을 이해한다.

◈ 중학생

나비생태관 내에 있는 나비를 관찰하고 나비의 한 살이와 생활에 대하여 학습한다.

전시관에 전시돼 있는 여러 가지 곤충의 종류를 관찰하고 생김새와 생활의 다양성에 대하여 탐구한다.

3. 참고자료

가. 곤충의 정의

영어의 INSECT에서 알 수 있듯이 - IN(안쪽에) + SECT(나뉘어져 있는) - 즉, 몸이 마디로 구분되어 있다는 뜻이다. 곤충의 중요한 특징으로는 외부형태에 있어 몸이 머리, 가슴, 배의 3부분으로 명확하게 구분된다는 것이다. 머리에는 1쌍의 더듬이(antenna), 1쌍의 겹눈(compound eye), 3개의 홑눈(ocellus)과 여러 모양으로 변형된 구기(입)를 가지고 있으며 구기에는 3쌍의 부속지(appendage)가 있다.

나. 곤충의 기원과 번성

곤충의 기원

현재 지구상에는 약 140여만 종에 이르는 동물들이 살고 있는 것으로 알려져 있다. 이중 절지동물문(Arthropoda)에 속하는 것이 90～100여만 종이나 되며, 그 중 곤충*공충강; Ins- ecta)은 약 86만 종으로 전 동물계의 70%를 차지하는 가장 큰 분류군이다. 그러나 이들 수치는 단지 보고된 종수를 의미한다. 그렇다면 이 지구상에 살고 있는 곤충의 종수는 얼마나 될까? 학자들의 견해에 따라 다르지만 일반적으로 300～500만 종은 족히 넘을 것이라 추정하고 있다.

곤충은 언제쯤 기원된 것일까? 최초의 화석으로 알려진 곤충은 톡토기류의 일종인 Rhyniella paraecursor로 3억 8천 년 전인 데본기 하부 지층으로부터 출토되었다. 이외의 몇몇 곤충화석들이 북미와 러시아의 데본기 전후기 지층에서 발견된 것으로 보아 곤충이 지구상에 나타난 최초의 시기는 지금으로부터 약 3억 5천만~4억만 년 전으로 추정된다. 이때의 곤충화석에서는 모두 날개를 찾아볼 수 없었다.

고생대 석탄기에 들어서면서 곤충은 광범위하게 적응방사를 하여 최초의 날개가 있는[有翅] 곤충군이 출현하게 되었다. 페름기에 들어서면서 이전의 양치식물이 무성했던 땅 표면을 나자식물이 상당한 자리를 확보하게 되었고 이와 더불어 약 30여 목(目) 수준의 다양한 곤충군이 출현하게 되었다. 하지만 그 시대의 다양한 곤충군들은 페름기 말에 대부분 멸종되었고 지금까지 남아있는 무리는 하루살이, 바퀴와 메뚜기 무리들에 불과하게 되었다.

현존하는 곤충의 극적인 다양성이 확보된 시기는 삼첩기(트리아식,Triassic) 초기 무렵이다. 이때는 다양한 목(目) 수준의 곤충군(群)이 자리를 잡게 되었고 이보다 조금 늦게 나비목과 벌목이 출현하게 되었다.

이는 인간의 역사가 50만 년이 안된다는 사실과 비교해 볼 때 곤충은 실로 오랜 역사를 가지고 있다는 것을 의미한다. 이 오랜 기간을 통해 곤충의 진화는 계속 되어 오늘날 이 지구상에서 가장 번성한 생물군으로 번성해 온 것이다.

곤충의 번성

곤충 무리가 오늘날 이렇게 많은 종으로 분화된 것은 그들이 지구상에 최초로 출현한 시기가 3억만 년이 넘는 기나긴 세월이었음에도 그 이유가 있겠지만 그들의 환경에 대한 적응력이 다른 어떠한 동물들보다 뛰어나기 때문일 것이다.

그들의 번성 이유를 여러 측면에서 살펴보면 첫째, 곤충은 몸의 크기가 작다. 화석곤충인 예잠자리는 몸길이가 760mm에 달하고, 현존하는 산누에나방 중에도 날개를 편 길이가 300mm 이상 되는 것이 있으나, 현존하는 곤충은 대게 1~10mm 이하이며 곤충의 알에 기생하는 알좀벌의 경우는 0.3mm에 불과한 것도 있다. 몸의 구조가 대형에서 점차 소형으로 변화된 원인은 대형곤충의 경우는 기관(tracheae)을 통한 가스교환 방식으로는 활발하게 산소를 몸의 각 요소로 공급하기 어려운 한계 때문이다. 그러나 이를 해결하기 위한 소형화는 적은 양의 다양한 먹이에 접근을 가능하게 하였고, 같은 환경에서 큰 동물보다도 훨씬 다양한 서식공간을 확보할 수 있게 하였다.

둘째, 대부분의 곤충은 날개를 가졌다는 점에서 거미를 비롯한 다른 절지동물과 곤충을 차별화하는 가장 큰 요소가 되었다. 곤충은 기어서 다니던 것에서부터 날개로 날 수 있다는 유리한 조건으로 분산 능력을 최대한 확대시킬 수 있게 되었다. 어디든 이주(移住)와 이입(移入)이 가능하고, 따라서 교미와 생식력을 높일 수 있으며, 먹이를 얻는 범위도 크게 넓힐 수 있게 되었다.

셋째, 곤충의 몸은 외부가 키틴질의 단단한 외골격으로 덮여 있다는 점이다. 곤충은 소형화됨에 따라서 체적에 비하여 표면적이 과도하게 넓어졌기 때문에 얇은 피부로는 살 수 없었다. 경화된 외골격을 가짐으로써 수분의 과다 증발을 막을 수 있고, 중요 내부기관을 더욱 잘 보호 할 수 있게 되었다.

넷째, 몸 구조의 적응성을 들 수 있다. 곤충의 날개는 대부분 얇은 막질로 되어 있어 나는 동안 공기 저항을 줄일 수 있음, 몸의 무게에 비해 날개가 크고 잘 움직일 수 있도록 되어있어 적은 힘으로도 빠르고 민첩하게 날 수 있다. 날개가 이차적으로 없어진 메뚜기류와 벼룩류는 뒷다리가 길게 잘 발달하여 도약력을 높여 나는 것을 대신하게 되었다. 수중 유영생활을 하는 물방개는 기관이 변형된 기관아가미로 되어 수중 호흡이 가능토록 진화되었다. 땅강아지의 다리는 땅속에서 굴을 파기에 적합하도록 변형되었으며, 사마귀의 앞다리는 다른 곤충들을 포획하기 쉽도록 크고 많은 침상 돌기로 장식되어 있다.

다섯째, 곤충은 생활사를 여러 단계로 구분할 수 있도록 변태(變態,metamorphosis)를 한다. 알, 유충(또는 약충), 성충의 시기를 거치는 불완전변태는 곤충의 하등한 무리에서 일어나지만, 대부분의 곤충 종들은 고등형으로 유충기 다음에 번데기시기를 더 거치게 된다. 알과 번데기는 곤충의 생활사 중 신진대사를 최대한 정지시키는 시기로서 기후변화를 비롯한 여러 가지 물리․화학적인 불리한 환경을 극복하는 데 유리하다. 이와 같은 단계의 세분화는 서식 환경의 변화가 심한 곳에서 자신의 생존 전력을 높일 수 있는 최선의 전략이다.

◈ 완전변태

알 -> 애벌레 -> 번데기 -> 성충

유충이 성충과는 전혀 달라서 날개 등을 외부에서는 전혀 볼 수 없고, 휴지기인 번데기시기에 최후의 탈피인 우화를 함으로써 성충된다.

◈ 불완전변태

알 -> 애벌레 -> 성충

유충이 성충과 비슷한 점이 있고, 초기부터 날개와 외부생식기를 외부에서도 볼 수 있으며, 탈피할 때마다 커져 최후의 탈피에서 성충이 된다.

여섯째, 곤충의 생식력은 다른 동물 군에 비해 월등하다. 이들의 왕성한 생식력은 3가지의 특징으로 설명될 수 있다. 우선 암컷의 산란력이다. 보통 1회 수십～수백 개의 알을 몇 번에 걸쳐 낳음으로 한 마리의 암컷이 일생 동안 수천 개의 알을 산란한다. 또한 각 세대기간이 짧아 연간 여러 세대로 증가될 수 있다는 점이다. 진딧물과 같은 곤충은 수컷 없이 암컷만으로 생식하는 단위생식이 가능하여 단기간에 기하급수적으로 증식될 수 있는 이점을 갖고 있다. 특히, 곤충의 생식기관은 복잡하게 분화되어 생식력을 증대시키고 수컷의 교미기(交尾器)는 삽입기를 보호하고 지지하기 위한 교미기관 및 부속기관들이 결합되어 교미작용을 보다 원활하게 할 수 있게 되어 있다.

일곱째, 곤충은 다양한 생리․생태적 특성을 가지고 있다. 즉, 변온동물인 곤충은 혹한 속에서 자신의 세포조직 속에 동해 방어물질을 생산해 얼지 않고 살아남을 수 있다. 개미, 꿀벌 및 흰개미 등의 곤충은 인간 사회만큼 정교한 사회구조를 이루고 있어서 1마리의 여왕을 중심으로 한 철저한 계급사회를 이루고 있을 뿐 아니라 분업화된 협동생활을 영위하고 있다.

여덟째, 종수의 엄청난 증가에 의해서, 하나의 생물군으로 성공하는 데 가장 중요한 요소가 되었다. 종수가 이처럼 증가된 이유는 진화이론을 통하여 설명할 수 있다. 즉, 많은 곤충 종들은 기주, 기온, 습도 등의 생태적 요소가 제한된 환경 속에서도 앞에서 설명한 여러 가지 장점으로 인하여 살아갈 수 있다. 그런데 오랜 지구의 역사 속에서 빙하기를 비롯한 수많은 기후 변화를 거치면서 각 종들은 분포 범위 내에서 자신의 서식 영역이 각각의 단위처럼 떨어지게 되었다. 반면에 그들 중 일부는 강력한 비행력을 통하여 환경적 장벽을 넘어 이동할 수 있어서 각 종의 개체군 중 일부가 새로운 장소에 이주, 정착하면서 원래의 집단과는 지리적 격리가 가능하게 되었다. 새로운 환경에 적응한 격리된 집단은 그들만의 교배가 일어나고 잛은 세대기간으로 인하여 얼마 되지 않아 원래의 집단과는 유전적인 불친화성이 일어나 새로운 종이 될 수 있는 것이다.

곤충이 오늘날 지구상에서 가장 많이 증가되고 번성하기까지는 어느 한 요소로서 설명하기는 불가능하며 각 요소들의 복합적인 작용으로 보아야 할 것이다. 이들의 복잡한 과정을 토하여 곤충은 육상생태계의 가장 강력하고 풍부한 무리가 된 것이다.

다. 곤충의 특징

곤충의 일반적 특징

곤충은 다른 어떤 생물군보다 종 다양성이 높은 만큼 다양한 형태적 특징을 가지고 있는 그룹이다. 곤충이 지닌 형태적 특징들을 요약하면 다음과 같다.

- 몸은 머리, 가슴, 배의 3부분으로 이루어져 있으며, 머리에는 1쌍의 더듬이와 여러 가지 모양으로 변형된 구기(口器)를 가지고 있다.

- 외골격(外骨格,exoskeleton)으로 이루어져 있다.

- 가슴은 2쌍의 날개와 3쌍의 다리를 가진다.

- 배는 대개 11마디[節]로 구성되어 있으며, 성충에는 기능을 가진 부속지가 없다.

- 몸은 좌우 대칭(左右對稱, bilateral symmetry)이다.

- 개방혈관계(開放血管系, opem circulatory system)를 가진다.

- 소화기관은 전장(前腸, foregut), 중장(中腸, midgut), 후장(後腸, hindgut)으로 이루어져 있으며, 후장이 시작되는 부분에 말피기씨소관(malpighian tubules)이 있다.

- 호흡계는 아가미(gills), 기관(氣管, trachea) 또는 기문(spiracles)을 통해 호흡한다.

- 대부분 암수가 분리[자웅이체] 되어 있다.

곤충의 외부 형태

곤충의 몸은 외골격이라는 딱딱한 피부로 싸여 있으며, 고리마디로 구성되지만 각 마디사이는 막상으로 안쪽으로 접히는 경우가 많다. 몸마디는 원칙적으로 등판․배판 및 양쪽 옆판으로 나누어지고, 모든 몸마디가 모여 머리․가슴․배의 3부분을 이루고 있다.

피부 표면의 털이나 돌기에는 단순히 표층에서 돌기나 가시가 나온 것, 피부 그 자체가 도톰하거나 볼록해진 것과 진피에서 나와 표피를 관통한 것 등이 있다. 피부 색깔은 크게 화학적인 색소색, 물리적인 구조색, 양 요소가 합쳐진 혼합색의 3가지로 나뉜다. 색소로서 멜라닌․카로티노이드․프테린 등이 알려져 있다. 구조색으로는 산란색, 간섭색, 회절색 등이 알려져 있다.

① 머리 (頭部, head)

머리에는 1쌍의 더듬이, 윗입술․큰턱․작은턱․아랫입술(좌우 합착)로 이루어진 구기(입틀), 겹눈 및 3개의 홑눈이 있다. 앞쪽 겹눈 사이의 얼굴에 해당하는 부분을 전두(前頭, procephalon) 또는 이마(frons)라고 한다. 전두는 앞쪽에서 회합선을 경계로 머리방패와 연결된다. 머리방패 앞에 입틀이 연결된다. 겹눈의 밑과 아래쪽은 볼, 정수리와 목 사이는 후두라 한다. 홑눈은 전두의 뒷 가장자리에 1개의 앞홑눈, 정수리에 2개의 뒷홑눈이 있다. 더듬이는 자루마디(기절, 基節, scape), 팔굽마디(병절, 柄節, pedicel), 채찍마디(편절, 鞭節, fl- agellum)로 구분되며, 채찍 모양․실 모양․염주 모양․톱니 모양․빗 모양․깃털 모양․구간상 등 다양한 형태이다. 큰턱등 입틀은 기본적으로 씹는 형과 빠는 형의 두 가지이지만 씹거나, 부수거나, 핥거나 빨아들이는 등 먹이에 따라 변형되어 있다. 겹눈은 길쭉한 원뿔형의 낱눈이 모여서 이루어졌다.

② 가슴 (胸部, thorax)

가슴은 앞가슴․가운데가슴․뒷가슴의 3마디로 구성되며, 각 마디마다 1쌍의 다리가 있고, 대부분 가운데가슴․뒷가슴에 각 1쌍의 날개를 가지며, 운동의 중추로서 근육이 발달되었다.   다리는 보통 밑마디(기절, 基節, coxa), 도래마디(전절, 轉節, trochanter), 넓적마디(퇴절, 腿節, femur), 종아리마디(경절, 脛節, tibia), 발목마디(부절, 부節, tarsus)의 5마디로 이루어지며, 발목마디는 1～5마디로 나누어지고 끝에 1～2개의 발톱과 때로는 부속편(附屬片)이 있다.

날개는 하등곤충을 제외한 대부분의 종류에 보통 2쌍 있는데, 기생성 곤충에서는 2차적으로 퇴화되어 있다. 막질인 것이 많으며 딱정벌레류․집게벌레류 등의 앞날개처럼 경화되거나, 파리류의 뒷날개처럼 평균곤(平均棍)으로 변형된 것도 있고, 또 나비처럼 비늘가루(인편)가 빽빽한 것도 있다. 날개맥은 장축(長軸)에 거의 평행하게 이어지는 것과, 그것들을 연결하는 가로맥으로 되어 있다.

③ 배 (腹部, abdomen)

배는 뒷가슴에 연결되는 부분으로, 원칙적으로 10～11마디인데 앞뒤의 일부 마디가 퇴화되거나 변형되어 외형상으로는 마디수가 감소된 경우가 많다. 뒤끝에는 미각(cercus)을 2～3개 지니는 것이 있고, 암컷은 산란관이 있는 것이 많다. 또 유충은 2차적으로 생긴 다리와 아가미를 가지는 경우도 있고, 하등곤충에서는 각 마디에 부속지의 자국이 남아 있다.

라. 곤충의 생태

자연계의 곤충은 습성에 따라 먹이를 찾고 환경이 부적당하면 변태(metamorphos- es)를 통해 적응하며, 분산과 이동을 하게 된다. 생태 연구의 목적은 자연계에서 일어나는 현상을 논리적으로 파악하여 원리를 찾아내어 밝히는데 있다. 예를 들어 곤충생태 연구는 주어진 환경에서 곤충들이 생존하고 번식하는 기본원리를 밝히는 것이다.

곤충과 환경

생물과 관계있는 환경요소를 흔히 무생물적 요소와 생물적 요소로 구분한다.  무생물적 요소로는 온도, 물, 습도, 광선, 바람, 화학적 물질 등을 들 수 있는데, 이들은 생물이 어떤 지역에서 생존 가능성과 번영의 정도를 결정하는 1차적 요소라고 하겠다. 생물적요소란 같은 종의 다른 개체와 다른 종의 개체들을 말하며 이들은 서로 먹고 먹히는 관계, 경쟁적 관계, 협력적 관계 등을 통하여 생물의 분포나 밀도 또는 행동에 영향을 미친다. 각각의 곤충은 적절한 환경조건에 있어서 그 범위 안에서만 생존 할 수 있다, 이를 내성 한계라 한다.

온도, 습도, 일장 등의 환경요소의 영향은 독립적이라기 보다는 다른 요소들의 변화에 따라 그 영향이 달라진다. 이러한 환경은 대환경(Macroenvironment)과 미환경(microenvironment)으로 구분 지을 수 있는데 해충문제에 있어서는 미환경이 더욱 중요한 의미를 지닌다.

생물이 갖고 있는 형태나 생리, 생태적 특성이 그가 처한 환경조건에 대하여 생존이나 활동 또는 생식에 보다 유리하도록 되어있을 때 이것을 적응(adaption)이라고 한다.  생물은 변화하는 환경조건에 대한 적응을 하게 되는데 이런 적응양식에는 휴지 또는 휴면, 분산운동, 경고색, 의태, 다형현상 등이 있다.

변태(變態, metamorphoses)

곤충은 서식환경의 범위를 넓히고 자원을 효율적으로 활용하며 부적합한 환경을 극복하기 위하여 일생 동안 여러 번 모양을 바꾸는데, 일반적으로 알(eggs), 유충(lavae), 번데기(pupae) 그리고 성충(adults)의 4단계를 거친다. 곤충의 알에서 부화한 유충은 성충과 모양이 비슷한 것도 있지만 대개는 형태가 다르며 여러 차례 탈피한 후 번데기나 성충으로 변하는데 이와 같은 모양을 바꾸는 현상을 변태(meta- morphosis)라 한다.

일생 동안 모양 바꾸기를 몇 번이나 하고 어떤 과정을 거치는지에 따라 변태는 완전변태, 불완전변태, 관변태, 무변태의 4가지로 구분된다. 나비, 나방, 딱정벌레, 벌 등 많은 곤충은 알에서 부화한 유충이 번데기시기를 거쳐서 성충이 되며 이를 완전변태(complete metamorphosis)라 한다. 가뢰 등은 유충의 모양이 여러 가지로 변함으로 과변태(hyper metamophosis)를 하며, 메뚜기, 매미, 잠자리, 하루살이 등의 곤충은 알에서 부화한 유충이 번데기 과정을 거치지 않고 바로 성충이 되는데 이와 같은 변태를 불완전변태(incomplete metamorphosis)라 하고, 부화(孵化) 후 성충이 ehlrlRK지의 애벌레를 약충(nymph)이라 한다. 또한 부화 당시부터 성충과 같은 모양을 하고 있어 크기만 달라지는 좀, 톡토기 등의 곤충도 있는데, 이와 가은 것을 무변태(ametamorphosis)라 한다.

생태

곤충의 습성에는 흥미로운 것이 많다. 다양한 식성 이외에도 메뚜기 등을 마취시켜 유충의 먹이로 삼는 사냥벌, 알과 유충을 보호하는 집게벌레, 유충을 위해 구멍 안에 균을 배양하는 나무좀류, 사회성 곤충인 개미․흰개미․꿀벌 등 다양한 행동을 보여주며, 보호색과 의태(擬態)를 통해 몸을 보호한다.

곤충의 복잡한 행동은 반사운동에 의해 일어난다. 사회성 곤충에서는 종족보존의 역할과 노동의 분화가 형태적으로도 나타나 둥지 하나의 구성원이 마치 하나의 몸의 구성처럼 행동을 나타낸다는 점에서 고등동물의 그것과는 전혀 다르다.

곤충은 머리로 다른 물체를 두드리는 것에서부터 날개와 다리, 또는 과립열(顆粒列)을 문질러서 소리를 낸다. 매미류는 근육을 신축시켜 발음막을 진동시키고 복강에서 공명시킨다. 모기와 파리는 날개의 진동으로 소리를 낸다. 발광에 관해서는 반딧불이가 가장 잘 알려졌다.

다양한 곤충

유용한 곤충	수서 곤충	꽃을 좋아하는 곤충	해충

체험탐구학습활동지

(        )학교  (  )학년  (  )반   성 명(            )

20   .   .   .   (    요일)           날씨 :       기온 :       장소 :

주   제

곤충의 생김새와 생활 관찰

목   적

여러 종류의 곤충을 관찰하고 다양한 생활방식에 대하여 이해한다.

체험내용

및

결   과

1. 나비가 사계절을 어떻게 생활하는지 생각해보고 찾아서 써 보자.

봄:

여름:

가을:

겨울:

2. 보호색이란 무엇인가요?  그리고 어떻게 위장을 하고 있나요?

3. 나비와 나방의 차이는 무엇인가요?

나 비	비교 대상	나 방

4. 물속에 사는 곤충이 있습니다. 물속에서 살기 위해서는 육지에 사는 곤충의 모습과 어떻게 달라야 할지 생각해보고 찾아서 정리해보자.

5. 곤충을 분류할 때 해충으로 나누어지는 것은 어떤 것들일까요.

어떤 면에서 해롭나요?

6. 사람에게 도움을 주는 익충이 있습니다. 익충에는 어떤 것들이 있나요?

어떻게 도움을 주고 있는지 쓰세요.

7. 여러 가지 모양의 곤충이 있습니다. 가장 독특한 모양을 가진 곤충을 찾아서 그 특징을 적어보세요.

느낀점