수벌
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1. 개요
수벌은 꿀벌 사회에서 여왕벌과 교미하여 번식을 담당하는 수컷 꿀벌이다. 유전적으로 단상체이며, 웅성생식을 통해 수정되지 않은 알에서 발생한다. 수벌은 일벌보다 크고, 큰 눈을 가지고 있으며, 쏘는 침이 없다. 주요 역할은 처녀 여왕벌과의 교미이며, 교미 후에는 죽는다. 바로아 응애와 같은 기생충에 취약하며, 벌집의 온도를 조절하는 데도 기여한다.
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- 벌 - 벌 (곤충)
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여왕개미는 개미 군집에서 번식을 담당하는 암컷 개미로, 일개미보다 크고 여왕물질을 분비하여 일개미의 생식 기능을 억제하며, 혼인 비행 후 새로운 군락을 형성한다.
| 수벌 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 학명 | Apis mellifera (수컷) |
| 계 | 동물계 |
| 문 | 절지동물문 |
| 강 | 곤충강 |
| 목 | 벌목 |
| 과 | 꿀벌과 |
| 속 | 꿀벌속 |
| 종 | 꿀벌 |
| 특징 | |
| 역할 | 여왕벌과 짝짓기 |
| 몸 크기 | 일벌보다 큼 |
| 침 | 없음 |
| 먹이 | 일벌이 주는 먹이 |
| 수명 | 여왕벌과 짝짓기 후 죽음 |
| 생태 | |
| 발생 | 미수정란에서 발생 (단성생식) |
| 생활 | 벌집 내에서 생활 꿀을 모으지 않음 꽃가루를 모으지 않음 |
| 번식 | 새로운 여왕벌이 태어나면 벌집에서 쫓겨남 |
| 기타 | |
| 천적 | 새, 말벌 등 |
| 관련 용어 | 여왕벌 일벌 꿀벌 |
2. 유전학
수벌은 아버지 없이 어머니만 있기 때문에 특이한 계통수를 갖는다. 수벌(1세대) 이전 세대는 어머니(1명)이다. 두 세대 전에는 어머니의 어머니와 아버지(2명), 세 세대 전에는 3명, 네 세대 전에는 5명으로 구성원이 늘어난다. 이 수열(1, 1, 2, 3, 5, 8 등)은 피보나치 수열이다.[1]
꿀벌에서 자손의 유전자는 단일 벌집에서 수집된 수벌로 여왕벌을 인공 수정(양봉에서 "도구적 인공 수정"이라고 함)하여 가장 잘 제어할 수 있다. 이 경우 수벌의 어머니가 알려져 있다.
2. 1. 반수배수성 성 결정 시스템
수벌은 단상체이므로 각 염색체 위치에서 하나의 대립 유전자만 가지고 있다(어머니로부터 단 하나의 염색체 세트만 포함). 여왕벌 내에서 난자가 발달하는 동안, 32개의 염색체를 가진 이배체 세포는 16개의 염색체를 가진 배우자라고 하는 단상체 세포를 생성하기 위해 분열한다. 그 결과, 다양한 유전자 자리에서 대립 유전자의 새로운 조합을 가진 염색체를 가진 단상체 난자가 생성된다. 이 과정을 웅성생식 또는 간단히 웅성생식이라고 한다.[1]
꿀벌 및 기타 사회성 곤충에서 결합된 형태의 생식, 즉 반수배수성 성 결정 시스템의 역학과 명백한 이점에 대한 논쟁과 논란이 과학 문헌에 많이 존재한다. 수벌은 두 가지 생식 기능을 수행한다. 각 수벌은 여왕의 수정되지 않은 단상체 알에서 자라며, 각각 알과 유전적으로 동일한 약 1,000만 개의 수컷 정자를 생산한다. 또한 새로운 여왕과 교미하여 그녀의 알을 수정하는 매개체 역할을 한다. 암컷 일벌은 수정된 알에서 발달하며 기원이 이배체이다. 즉, 아버지의 정자는 총 32개(각 부모로부터 하나의 세트)의 두 번째 16개의 염색체 세트를 제공한다. 특정 수벌이 생산하는 모든 정자는 유전적으로 동일하므로, 완전한 자매는 정자가 유전적으로 동일하지 않은 다른 동물의 완전한 자매보다 더 밀접한 관계를 갖는다.
산란 일벌은 완전히 수정되지 않은 알만을 생산하며, 이 알은 수벌로 발달한다. 이 규칙의 예외로, 일부 꿀벌 아종의 산란 일벌은 여성생식이라고 하는 과정에서 이배체(따라서 암컷) 생식력이 있는 자손을 생산할 수 있는데, 여기서 두 번째 염색체 세트는 정자가 아니라 감수 분열의 후기 II 동안 세 개의 극체 중 하나에서 나온다.[1]
2. 2. 유전적 다양성
꿀벌과 기타 사회성 곤충에서 나타나는 반수배수성 성 결정 시스템의 역학과 이점에 대한 논쟁은 과학 문헌에서 많이 다루어진다. 수벌은 여왕벌의 수정되지 않은 단상체 알에서 자라며, 각각의 알과 유전적으로 동일한 약 1,000만 개의 수컷 정자를 생산한다.[1] 또한 새로운 여왕벌과 교미하여 알을 수정하는 매개체 역할을 한다. 암컷 일벌은 수정된 알에서 발달하며 이배체이다. 즉, 아버지의 정자는 총 32개(각 부모로부터 하나의 세트)의 두 번째 16개의 염색체 세트를 제공한다. 특정 수벌이 생산하는 모든 정자는 유전적으로 동일하므로, 완전한 자매는 정자가 유전적으로 동일하지 않은 다른 동물의 완전한 자매보다 더 밀접한 관계를 갖는다.[1]
자연적인 교미 과정에서 여왕벌은 여러 수벌과 교미하는데,[2] 이 수벌들은 동일한 벌집에서 오지 않을 수 있다. 따라서 암컷 자손들은 완전히 다른 유전적 기원을 가진 아버지를 갖게 된다. 이러한 유전적 다양성은 군집의 생존과 번식에 중요한 역할을 한다.
2. 3. 산란 일벌
산란 일벌은 보통 수정되지 않은 알만을 생산하며, 이 알은 수벌로 발달한다. 예외적으로 일부 꿀벌 아종의 산란 일벌은 여성생식이라는 과정을 통해 이배체(암컷) 자손을 생산할 수 있다. 이 경우 두 번째 염색체 세트는 정자가 아닌 감수 분열의 후기 II 동안 세 개의 극체 중 하나에서 온다.[1]3. 해부학적 특징
수벌은 일벌이나 여왕벌보다 눈이 두 배나 커서 교미 비행에 유리하다. ''동양종꿀벌''(Apis cerana) 군집은 한여름에 약 200마리의 수벌을 가진다. 수벌은 일벌에게 먹이를 받아먹고 산다.[3]
수벌은 늦가을에 일벌에 의해 벌집에서 쫓겨나거나 죽게 되는데, 이는 스스로를 보호하거나 먹이를 구할 능력이 없기 때문이다. 늦봄까지 벌집에 다시 나타나지 않는 수벌을 일벌이 내쫓는 이유는 벌집의 자원 고갈을 막기 위해서이다.[3]
3. 1. 형태적 특징
수벌은 일벌과 여왕벌의 눈보다 두 배나 큰 눈을 가지고 있으며, 일벌보다 몸집이 크지만, 일반적으로 여왕벌보다는 작다. 수벌의 배는 일벌이나 여왕벌의 배보다 더 튼튼하다. 몸집이 크지만, 수벌은 여왕벌의 비행에 따라갈 수 있을 만큼 충분히 빠르게 날 수 있어야 한다. 수벌의 평균 비행 시간은 약 20분이다.[3]3. 2. 비행 능력
수벌은 여왕벌과의 교미를 위해 충분히 빠르게 날 수 있어야 한다. 수벌의 평균 비행 시간은 약 20분이다.[3]4. 역할
수벌의 주요 역할은 여왕벌과 교미하여 유전자를 전달하는 것이다. 수벌은 비행 중 교미를 하며, 교미에 성공하면 내생식기가 여왕벌에게 붙어있게 되고 결국 죽게 된다.[4]
혹독한 겨울이 있는 지역에서는 가을에 모든 수벌이 벌집에서 쫓겨난다. 봄에 수벌을 기르기 시작하며, 늦봄과 초여름에 분봉 시기와 맞추어 수벌 개체 수가 최고조에 달한다. 수벌의 수명은 약 90일이다.
4. 1. 교미 행동
수벌의 주요 기능은 여왕벌을 수정시키는 것이다. 벌집 내의 수벌은 일반적으로 같은 벌집의 처녀 여왕과 교미하지 않는데, 여왕벌이 수벌 무리 집합 장소까지 수벌보다 더 멀리 날아가기 때문이다. 교미는 일반적으로 수벌 무리 집합 장소 안이나 근처에서 이루어진다. 이러한 장소가 어떻게 선택되는지는 밝혀지지 않았지만, 실제로 존재한다. 수벌이 같은 벌집의 여왕벌과 교미하면, 그 결과로 태어난 여왕벌은 간호벌에 의해 이배체 수벌 유충이 제거되기 때문에 반점 모양의 유충 패턴(유충 벌집에 수많은 빈 세포)을 갖게 된다.[4] 일벌은 근친 유충을 제거하고 이를 섭취하여 단백질을 재활용한다.
교미는 비행 중에 이루어지며, 이는 수벌이 더 나은 시력을 가져야 하는 이유를 설명하며, 이는 큰 눈으로 제공된다. 수벌이 교미에 성공하면, 가장 먼저 일어나는 일은 수벌 몸 안의 모든 혈액이 내생식기로 쏟아져, 수벌이 자신의 몸 전체에 대한 통제력을 잃게 된다는 것이다. 그의 몸은 떨어져 나가고, 내생식기의 일부가 여왕벌에게 붙어 있어 다음 수벌이 여왕벌에게 진입하는 것을 돕는다.
꿀벌 여왕벌 육종가는 도구 수정 또는 자연 교미에 사용하기 위해 수벌을 육종할 수 있다.[4] 여왕벌 교미장은 성공을 위해 많은 수벌을 필요로 한다.
4. 2. 벌집 내 역할
수벌은 교미하고 벌집의 번식을 지속하는 기능을 수행하도록 고도로 특화되어 있다. 모든 벌은 벌집의 온도가 적절한 범위를 벗어나는 것을 감지하면 몸을 떨어서 열을 발생시키거나, 날개로 공기를 움직여 열을 배출하는데, 이는 수벌이 일벌과 공유하는 행동이다.[4] 그러나 수벌은 꿀 채집, 육아 등의 역할은 하지 않는다.5. 행동
수벌은 꿀과 꽃가루를 모으거나, 애벌레를 돌보거나, 벌집을 짓는 등 일반적인 일벌이 하는 일은 하지 않는다. 침이 없어서 쏘지는 못하지만, 붙잡히면 꼬리를 흔들어 위협하기도 한다.[5] 어떤 종은 벌집에 침입자가 있으면 주위를 맴돌아 혼란을 주기도 한다.
수벌은 주로 초저녁에 활발하게 날아다니며, 벌집에서 멀리 떨어진 '수벌 집회 지역'에 모이는 습성이 있다.
5. 1. 수벌 집회 지역
수벌과 처녀 여왕 간의 교미는 군체에서 멀리 떨어진 공중 교미 장소에서 이루어진다. 이러한 교미 장소를 "군집 지역"이라고 하며, 수벌이 처녀 여왕의 도착을 기다리는 특정한 장소이다. 군집 지역은 일반적으로 지상 10m 위에 위치하며, 지름이 30m에 이를 수 있다. 군집 지역의 경계는 뚜렷하며, 경계에서 몇 미터 밖으로 날아가는 여왕은 수벌에게 거의 무시된다. 군집 지역은 일반적으로 해마다 사용되며, 일부 지역은 12년 이상 거의 변화를 보이지 않는다. 수벌은 겨울 동안 군체에서 쫓겨나고 매년 봄에 새로운 수벌이 길러지기 때문에, 경험이 없는 수벌은 이러한 군집 지역을 새로 찾아야 한다. 이는 실제 단서는 알려져 있지 않지만, 일부 환경적 단서가 군집 지역을 정의한다는 것을 시사한다.군집 지역은 일반적으로 나무나 언덕에서 멀리 떨어진 탁 트인 땅 위에 위치하며, 바람으로부터 어느 정도 비행이 보호된다(잔잔한 바람은 교미 비행에 도움이 될 수 있다). 동시에, 물이나 숲 캐노피 위에 위치한 것과 같이, 많은 군집 지역이 그러한 특성을 보이지 않는다. 일부 연구에서는 6일 이상 된 수벌이 복부에 자철광이 풍부한 세포를 포함하고 있기 때문에 자기 방향이 역할을 할 수 있다고 제안했다.
군집 지역은 지상에 떠 있는 풍선에 처녀 여왕(우리 안에)을 묶어 위치를 파악할 수 있다. 그런 다음, 사람은 주변을 이동하며 우리에 갇힌 여왕에게 수벌이 어디로 끌리는지 파악한다. 군집 지역은 양봉장에서 90m 이내에서는 발견되지 않으며, 양봉장에서 더 멀리 떨어진 군집 지역이 더 많은 수벌을 유치한다. 군집 지역에서는 최대 200개의 군체에서 수벌이 모이며, 최대 25,000마리의 개별 수벌이 모인다고 추정된다. 수벌의 이러한 광범위한 혼합은 처녀 여왕이 자신의 군체에 필요한 유전적 다양성을 확보할 수 있는 방법이다. 자신의 군체에서 더 멀리 떨어진 군집 지역으로 날아가서, 그녀는 외래 교배의 확률을 더욱 높인다.
한 마리의 수벌은 평생 동안 여러 군집 지역을 방문하며, 종종 오후에 여러 번 여행을 한다. 수벌의 교미 비행은 평균 20~25분이며, 꿀로 연료를 보급하기 위해 군체로 돌아가야 한다. 현장에 있는 동안, 수벌은 수동적으로 날아다니며 처녀 여왕의 도착을 기다린다. 처녀 여왕이 군집 지역에 도착하면, 수벌은 시각적 및 후각적 단서를 통해 그녀를 찾는다. 이 시점에는 새로 설립된 군체에서 유전적으로 대표되기 위해, 처녀 여왕과 교미하기 위한 경쟁이 벌어진다. 수벌이 떼를 지어 여왕을 적극적으로 따라가며, 수벌이 처녀 여왕을 쫓아갈 때, 해체되고 재형성되는 "수벌 혜성"과 같다고 한다. 수벌의 수는 한 시즌에 생산되는 처녀 여왕의 수보다 훨씬 많으므로, 여왕이 여러 번 교미를 하더라도, 성공적으로 교미하는 수벌은 극소수에 불과하다(1,000마리 중 1마리 미만으로 추정). 필요하다면, 처녀 여왕은 충분한 수의 수벌로부터 충분한 정액을 확보하기 위해 여러 번의 "결혼 비행"을 할 수 있다.
5. 2. 방어 행동
수벌은 꿀과 꽃가루 채집, 육아, 벌집 건설과 같은 전형적인 일벌의 행동을 보이지 않는다. 수벌은 침이 없어 쏘는 행위는 할 수 없지만, 붙잡히면 방해하는 대상을 겁주기 위해 꼬리를 흔들 수 있다.[5] 일부 종의 경우, 벌집이 방해받으면 침입자 주위를 맴돌며 혼란을 주려고 한다.6. 교미
수벌의 내음경은 많은 양의 정액과 정자를 매우 빠르고 힘차게 내보낼 수 있도록 되어 있다.[6]
6. 1. 교미 과정
수벌의 내음경은 다량의 정액과 정자를 매우 빠른 속도와 힘으로 분산시키도록 최적화되어 있다. 내음경은 수벌 내부에 위치한다. 교미하는 동안 이 기관은 여왕벌의 안으로 뒤집혀(안에서 밖으로) 뒤집힌다. 내음경의 외번은 복부 근육의 수축으로 이루어지며, 이는 혈림프압을 증가시켜 내음경을 효과적으로 "팽창"시킨다. 내음경 기저부의 뿔 갈고리는 여왕벌을 잡는 데 도움이 된다.한 마리의 수벌과 여왕벌 사이의 교미는 5초 미만, 종종 1~2초 이내에 완료된다. 교미는 비행 중, 지상 10m~40m 위에서 일어난다. 여왕벌은 5~19마리의 수벌과 교미하고, 수벌은 교미 후 죽기 때문에 각 수벌은 단 한 번의 기회를 최대한 활용해야 한다. 수벌은 여왕벌 위에서 먼저 접촉하며, 가슴은 여왕벌의 복부 위에 위치하고, 여왕벌을 걸터앉는다. 그런 다음 여섯 개의 다리로 여왕벌을 잡고 열린 침실로 내음경을 외번시킨다. 여왕벌의 침실이 완전히 열리지 않으면 교미가 성공하지 못하므로, 여왕벌에 올라탄 일부 수벌은 정액을 전달하지 못한다. 내음경이 외번되면 수벌은 마비되어 사정하면서 뒤로 뒤집힌다. 사정 과정은 폭발적이며, 정액은 여왕벌의 침실을 통해 난관으로 분출된다. 이 과정은 때때로 인간의 귀로 들을 수 있으며, "펑"하는 소리와 유사하다. 사정은 너무 강력하여 내음경을 파열시켜 수벌을 여왕벌로부터 분리시킨다. 내음경의 구근은 교미 중에 여왕벌 안에 떨어져 나가므로 수벌은 한 번만 교미하고 곧 죽는다. 여왕벌의 난관에 남아 있는 나머지 내음경은 "교미 흔적"이라고 불린다. 이 플러그는 다음 수벌이 같은 여왕벌과 교미하는 것을 막지는 않지만, 정액이 난관 밖으로 흐르는 것을 막을 수 있다.[6]
6. 2. 교미 흔적
수벌의 내음경은 많은 양의 정액과 정자를 매우 빠르고 힘차게 내보낼 수 있도록 되어 있다. 내음경은 수벌의 몸 안에 있으며, 교미 중에는 여왕벌의 몸 안으로 뒤집혀 들어간다. 내음경이 밖으로 나오는 것은 복부 근육이 수축하면서 혈림프압을 높여 내음경을 "팽창"시키는 방식으로 이루어진다. 내음경 기저부에 있는 뿔 모양의 갈고리는 여왕벌을 붙잡는 데 사용된다.[6]수벌과 여왕벌의 교미는 5초 이내, 보통 1~2초 안에 끝난다. 교미는 땅에서 10m 정도 떨어진 공중에서 이루어진다. 여왕벌은 5~19마리의 수벌과 교미하며, 수벌은 교미 후 죽기 때문에 한 번의 기회를 잘 살려야 한다. 수벌은 먼저 여왕벌 위에 올라타 가슴을 여왕벌의 복부 위에 두고, 여섯 개의 다리로 여왕벌을 잡은 후 내음경을 밖으로 내보내 열린 침실로 넣는다. 여왕벌의 침실이 완전히 열리지 않으면 교미에 실패할 수 있으므로, 여왕벌 위에 올라탄 일부 수벌은 정액을 전달하지 못한다. 내음경이 밖으로 나오면 수벌은 마비되고, 사정하면서 뒤로 젖혀진다. 사정은 폭발적으로 일어나 정액이 여왕벌의 침실을 거쳐 난관으로 뿜어져 나온다. 이 과정은 때때로 사람의 귀로 들을 수 있을 만큼 큰 "펑" 소리를 낸다. 사정의 힘이 너무 강해 내음경이 파열되고 수벌은 여왕벌에게서 떨어진다. 내음경의 구근은 교미 중 여왕벌 안에 끊어져 남게 되므로 수벌은 한 번만 교미하고 곧 죽는다. 여왕벌의 난관에 남아있는 내음경 조각은 "교미 흔적"이라고 불린다. 이 마개는 다음 수벌이 같은 여왕벌과 교미하는 것을 완전히 막지는 못하지만, 정액이 난관 밖으로 새는 것을 막는 역할을 할 수 있다.[6]
7. 바로아 응애
''바로아 파괴자''(Varroa destructor)는 꿀벌에 기생하는 외부 기생 진드기로, 유충방 내에서 번식하며 수벌 유충을 선호한다.[1]
7. 1. 바로아 응애의 영향
바로아 파괴자(Varroa destructor)는 꿀벌의 유충방 내에서 번식하는 기생 진드기이다. ''바로아'' 진드기는 더 긴 발달 기간을 보장하여 자체 번식에 유리하기 때문에 수벌 유충을 선호한다. 덮인 수벌 유충을 제거하고 벌집을 냉동하거나 가열하여 ''바로아'' 진드기 수를 억제할 수 있다.[1]
7. 2. 바로아 응애 방제
바로아 파괴자(Varroa destructor)는 꿀벌의 유충방 내에서 번식하는 기생 진드기이다. ''바로아'' 진드기는 자체 번식 성공에 중요한 더 긴 발달 기간을 보장하기 때문에 수벌 유충을 선호한다. 덮인 수벌 유충을 제거하고 벌집을 냉동하거나 가열하여 ''바로아'' 진드기 수를 억제할 수 있다.
참조
[1]
서적
Mathematics: Is God Silent?
Ross House Books
[2]
간행물
Mating Frequencies of Honey Bee Queens (Apis mellifera L.) in a Population of Feral Colonies in the Northeastern United States
[3]
웹사이트
Honeybee {{!}} National Geographic
https://www.national[...]
2011-06-10
[4]
보고서
Instrumental insemination of queen bees
https://naldc.nal.us[...]
Agricultural Research Service
1970-12
[5]
서적
21st Century Homestead: Beekeeping
LuLu.com
2015-02
[6]
서적
Asian Honey Bees: Biology, Conservation, and Human Interactions
https://books.google[...]
Harvard University Press
2006
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