물까치 (Cyanopica cyanus) 의 형태학적 측정에 의한 성 판별
이지아1
⋅
윤지영1⋅
이가현1⋅
성하철2*1전남대학교 생물과학⋅생명기술학과, 2전남대학교 생물학과
Sex determination by morphological measurements
of the monomorphic Azure-winged magpie (Cyanopica cyanus)
Jia Lee
1, Jiyoung Yun
1, Kahyun Lee
1and Ha-cheol Sung
2*1School of Biological Sciences and Biotechnology, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea 2Department of Biology, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
요약: 까마귀과 조류는 성별에 따른 외형적인 차이가 없으며, 까마귀과에 속하는 물까치 역시 성적 동형성을 가지므로 야외조사 시 육안으로 성별을 동정하기 어렵다. 따라서 물까치의 성별에 따른 외부형태 차이 유무를 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 물까치 개체는 광주광역시, 나주시 일대에서 포획하였으며, 머리-부리 길이, 부리 길이, 편/접은 날개 길이, 부척 길이, 꼬리 길이, 몸길이(전장), 몸무게 등을 측정하고 혈액 샘플을 채취하였다. 성별은 이전에 사용된 P2/P8(Griffiths et al. 1998) 프라이머를 사용한 PCR 증폭을 통해 결정하였고, 통계 분석을 이용해 성별 간 외부 측정값의 차이를 비교하였다. 성별 간 외부 측정값 중 전장과 편 날개 길이에서 수컷이 더 길게 나타났다. 전장과 편 날개 길이를 이용한 판별분석 결과 71.7%의 정확성으로 성을 구별하였으며, 동형의 물까치에 있어서 두 변수의 중요성을 논의하였다.
주요어: 물까치, 형태적 특징, 동형종, 성 결정
Abstract: Most sexually monomorphic species, including the family Corvidae, are visually indistinguishing in field investigations. We investigated intersexaul morphological differences of the Azure-winged magpie (Cyanopica cyanus). We caught 86 adults (67 males, 14 females, and 5 unidentified), measured their morphological characteristics (head-bill length, bill length, maximum and minimum wing length, tarsus length, body length, tail length, and weight), and collected blood samples. Sex was determined by PCR amplifica- tion using the previously used P2/P8 (Griffiths et al. 1998) primers. Statistical analysis was used to compare morphological differ- ences between sexes. Males were longer in body length and maximum wing length, and discriminant function analysis using the two variables showed the sex was distinguished with an accuracy of 71.7%. We discussed the significance of the two variables in the monomorphic Azure-winged magpies.
Key words Azure-winged magpie, Cyanopica cyanus, morphological mesurements, monomorphic species, sex determination
서론
동물의 행동과 생태 연구에서 개체의 성별을 식별하는 것은 야생에서 동물의 번식과 생존을 이해하는데 중요하 다(Kavanagh, 1988; Tella and Terre., 1993, Fournier
et
al., 2013).
그러나 조류의 약 30%는 암컷과 수컷이 형태적으로 동일한 성적 동형성(sexual monomorphism)을 가 지며, 특히 참새목에서는
46%가 성적 동형성을 나타내
기 때문에 육안으로 성별을 구분하는 것이 어렵다
(Bercovitz et al., 1978; Price and Birch, 1996).
참새목 중 까마귀과 조류는 대부분의 종에서 성적 동형 을 나타낸다(Kavanagh 1988). 이들은 암수 간의 크기와 깃털색이 거의 비슷하여 야외에서 관찰만으로 암수 간의 구분이 어렵기 때문에 성 판별에 유전자, 호르몬을 활용 하기 위한 채혈, 생식기를 확인하기 위한 외과적 처치 등 의 방법을 활용할 수 있다(Delestrade 2001). 그러나 이
Received 9 June 2022; Revised 9 August 2022; Accepted 19 August 2022
*Corresponding to 성하철(Ha-cheol Sung) E-mail. [email protected]
는 시간과 비용이 많이 들고 훈련된 연구원과 전문 장비 가 필요하며 개체에 상처를 입히거나 폐사될 위험이 있 어 연구에 방해요인으로 작용할 수 있다(Griffiths
et al., 1998; Eason et al., 2001; Edgington, 1989).
따라서 야외 현장에서 빠르게 개체의 성별을 판별할 수 있는 비침습적인 구별 방법은 생태 연구에 있어 매우 중요한 가치가 있다(Alarcos
et al., 2007).
까마귀과 조류 중Black-billed magpie (Pica hudsonia), New Caledonian crow (Corvus moneduloides), Iberian magpie (Cyanopica cooki), American crow (Corvus brachyrhynchos), Red-bil- led chough (Pyrrhocorax pyrrhocorax)에 대한 연구에서
개체의 형태학적인 특성을 활용하여 성별을 구분하는 통 계적 방법으로 판별함수분석(discriminant function analy-sis)이 성공적으로 활용되었다 (Reese and Birch, 1982; Clark et al., 1991; Tella et al., 1993; Kenward et al., 2004;
Alarcos et al., 2007; Perkins et al., 2009; Fuertes et al., 2010; Fournier et al., 2013).
물까치(Cyanopica cyanus)는 참새목 까마귀과에 속하 는 종으로 무리를 지어 생활하며(Goodwin and Bonham,
1975),
암수의 형태가 서로 동일하고, 개체 간 상호작용이 많으므로 개체의 성별을 구분하는 것이 물까치의 생 태를 이해하는 데 매우 필수적이다. 그러나 기존 문헌과 연구에서는 한국의 텃새인 물까치의 성별에 따른 형태
학적 차이에 대한 설명이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 물까치 혈액의
DNA
분석을 통해 개체의 성 별을 판별하고, 외부 형태적 측정값의 판별함수분석을 통해 개체들의 성별 간 형태적 차이에 대한 신뢰할 수 있 는 결과를 도출할 수 있는지 확인하여 물까치 생태 연구 를 위한 기초적인 정보를 제공하고자 한다.재료 및 방법
1. 연구지역 및 측정방법
연구에 사용된 물까치 샘플은 2018-2021년에 광주광 역시 북구, 남구에 위치한 녹지공간, 동구에 위치한 무등 산국립공원, 나주시, 함평군 일대에서 총 86개체의 성조를 포획했다(Fig. 1). 포획은 번식기 중 유조가 없는 시기(3~4 월) 또는 번식기 직후 유조가 이소했을 때 성조와 외형으 로 구분이 가능한 시기(7~8월)에 진행하여 유조를 분석 데이터에서 제외하였다. 트랩에 먹이를 두고 유인한 뒤 포 획이 진행되었으며, 포획된 물까치의 전장(Body Length,
BDL),
머리길이(Head-bill length, HBL), 부리길이(Billlength, BLL),
부척길이(Tarsus length, TSL), 편 날개 길이(Maximum wing length, MAW),
접은 날개 길이(MinimumFig. 1. Study area is located in and around Gwangju, Naju, Hampyeong city, Korea
wing length, MIW),
꼬리길이(Tail length, TLL), 무게(Body weight, BDW)를 측정하고 혈액
샘플을 얻었다.무게를 제외한 모든 측정값은 0.01mm 단위로 기록하였 으며, 무게는
0.01g
단위로 기록하였다.2. 성 판별 방법
혈액 샘플의
DNA분리는 DNeasy® Blood & Tissue Kit (QIAGEN, Germany)를 이용해 진행되었다.
유리관에 있는 혈액의 DNA 추출은 제조사의 프로토콜대로 진행하 였다. 분리된 DNA는 사용 전까지 냉동보관 하였다. 분리 한 DNA는 PCR (Polymerase Chain Reaction, 중합효소 연쇄반응)을 통해 증폭시켰다. 참새목에 특이적인 프라이 머 2쌍 P8 (5’-CTC CCA AGG ATG AGR AAY TG-3’)/P2 (5’-TCT GCA TCG CTA AAT CCT TT-3’) (Griffiths et al., 1998)과 2718R (5’-ATT GAA ATG ATC CAG TGC TTG-3’)/2550F (5’-GTT ACT GAT TCG TCT ACG AGA- 3’) (Fridolfsson and Ellegen, 1999)를 사용하였다.
여러 번 의 PCR을 통해 정확한 결과를 얻기 위해 프라이머 2쌍을 사용하였다. 먼저 P8/P2 프라이머의 경우, 2X TOPsimple™DyeMIX-nTaq (Enzynomics) 10μl,
추출한 DNA 2μl, P8/P2를 각각 1μl를 넣고 총 20μl이 되도록 증류수를
첨가하여 최종 20μl로 반응하였다. PCR은 Turbocycler (BLUE-
RAY Biotech, Taipei, Taiwan)를 통해 95℃에서 5분간 변
성(denaturization), 95℃에서30초간 증폭(amplification), 48℃에서 45초 동안 결합(annealing), 72℃에서 45초간 신
장(extension)을1회로
구성하여35회
반복 수행하였으며72℃에서 10분간 최종 신장(final extension)하였다. 2718R과 2550F의 경우 rTaq Plus 5x PCR Master Mix (ELPISBIO) 4μl,
추출한 DNA 2μl, 2550F, 2718R 각각1μl를
넣고 총 20μl이 되도록 증류수를 첨가하여 반응하였다. 결합과 정 조건(50℃에서 45초)을 제외한 모든 과정은P8/P2
프 라이머와 동일하게 진행하였다. PCR의 결과는2%의 아
가로스겔에서 전기영동을 통해 확인되었다. 새의 암컷은ZW,
수컷은 ZZ의 유전자형을 갖기 때문에 암컷은 2개의 밴드를, 수컷은 1개의 밴드를 나타내며, 이를 통해 성별의 구분이 가능하다(Griffithset al., 1998; Jensen et al., 2003).
3. 통계분석방법
성별 간 형태적 변수의 차이를 보기 위해
one-way
ANOVA를
실시하였고, 분자적으로 성별이 구분된 물까치의 형태 변수를 통한 판별분석을 진행하였다. 분산-공 분산 행렬의 동질성 가정을 만족하는 변수(전장, 편 날개 길이)를 판별분석에 사용하였으며(Box’s M = 3.877, P =
0.314),
판별분석의 유효성은 혈액의 pcr로 알려진 성별과 판별함수를 통해 분류된 성별의 비율로 평가하였다.
모든 통계 분석은
SPSS Statistic sofrware v.20 (IBM Corp, NY, USA)을 사용하였다.
결과
포획된
86개체의 DNA
분석 결과 수컷 67마리, 암컷14마리,
성별 미동정이 5개체로 확인되었다. 미동정 개체는 혈액 샘플이 적거나 불분명한 밴드로 구분이 어려웠 다. Table 1은 각 성별 간 표본 크기, 평균, 표준편차, 범 위, 유의확률, one-way ANOVA 결과를 나타내며, 일부 항목에서 데이터에 손실이 있는 오류 값을 제거하여 비 교하였다. One-way ANOVA 결과, 통계적으로 성별 간 유 의미한 차이가 있는 것은 전장(수컷: 366.61 ± 12.665mm, 암컷: 357.71 ± 16.377mm, p < 0.05)과 편 날개 길이(수 컷: 167.05 ± 6.997mm, 암컷: 162.36 ± 5.853mm, p < 0.05) 이며, 수컷이 더 큰 것으로 나타났다(Fig. 2).
데이터 손실이 있는 21마리를 제외한
60마리를 판별
분석하였을 때, 가장 정확한 예측을 하는 변수는 전장(Wilk’s lambda = 0.902, p < 0.05; Table 2)으로 나타났으
며, 전장을 사용한 판별식은 다음과 같다: D2= 0.075*
BDL-27.385. D
2에서 71.7% (수컷 72%, 암컷 70%)가 정 확하게 분류되었다. 수컷 50마리 중 14마리를, 암컷 10마 리 중 3마리를 오동정 하였다. 편 날개 길이를 변수로 한 판별분석(D1)의 정확도는 65.0% (수컷 64%,
암컷 70%)로 가장 낮게 나타났다(Table 2).최종적으로 두 성별 간 차이가 나타나는 전장과 편 날 개 길이를 변수로 한 판별식은 다음과 같다: D3
=0.054*
BDL+0.063*MAW-30.315. D
3에서71.7% (수컷 74%,
암컷
60%)가 정확하게 분류된 것으로 나타났다(Wilk’s lambda = 0.887, p < 0.05; Table 2; Fig. 3).
수컷 50마리 중13마리,
암컷 10마리 중4마리를 오동정 하였다.
분석 정확도는D
2와D
3가 동일하게 나타났다.gender N Mean±SD Range F p
BDL (mm) male 66 366.61 ± 12.665 332 - 393
5.12 0.026*
female 14 357.71 ± 16.377 320 - 384
HBL (mm) male 67 55.95 ± 1.842 52 - 61
0.777 0.381
female 14 55.44 ± 2.442 52 - 59
BLL (mm) male 67 25.17 ± 2.241 22 - 29
0.856 0.358
female 14 24.56 ± 2.218 21 - 28
MAW (mm) male 50 167.05 ± 6.997 38 - 54
0.326 0.57
female 11 162.36 ± 5.853 36 - 51
MIW (mm) male 67 136.49 ± 4.07 153 - 203
4.261 0.043*
female 14 134.14 ± 6.049 155 - 174
TSL (mm) male 67 31.5 ± 2.722 126 - 148
3.198 0.078
female 14 31.52 ± 1.903 121 - 145
TLL (mm) male 66 219.95 ± 20.614 27 - 40
0.001 0.98
female 14 216.07 ± 11.418 29 - 35
BDW (g) male 66 94.22 ± 12.483 117 - 244
0.462 0.499
female 13 90.79 ± 9.233 186 - 232
* denote p < 0.05
Table 1. Male and female body measurements of Azure-winged magpies. BDL = Body length; HBL = Head-bill length; BLL = Bill length;
MAW = Maximum wing length; MIW = Minimum wing length; TSL = Tarsus length; TLL = Tail length; BDW = Body weight
Fig. 2. Significant differences between males and females (mean ± SE). (A) Body length; (B) Maximum wing length.
Function Wilks’
Lamda P-Value Percentage of correctly classified Males Females Total
D1 0.931 0.042 64.0 70.0 65.0
D2 0.902 0.015 72.0 70.0 71.7
D3 0.887 0.033 74.0 60.0 71.7
* denotes p < 0.05
Table 2. Classification accuracy of discriminant function D1 (Maximum wing length), D2 (Body lengrh), and D3 (Body length and Maximum wing length) developed for sexing Azure-winged magpies (10 females and 50 males)
고찰
많은 조류에서 나타나는 암수 간 크기 차이는 번식에 서 발생하는 수컷 간 경쟁에 연관되어 있기 때문에 벌새 류, 맹금류를 제외하고 주로 수컷의 몸 크기가 암컷보다 크다(Mori
et al., 2017). Hedenström과 Møller(2003)의
연구결과에 따르면, 참새목 조류에서 날개 길이가 수컷 이 암컷보다 더 긴 점을 확인할 수 있는데Black-billed magpie와
오목눈이과(Aegithalidae) 조류 중 일부 종에 대한 연구에서 날개 길이 차이를 활용한 성 판별 연구가 유의미하다는 것을 확인할 수 있다(Reeseet al., 1982;
Li et al., 2010).
수컷의 날개 길이는 비행능력과 연관이 있고, 비행능력은 암컷이 짝을 선택할 때 영향을 미치는 요인이므로 성 선택에서 중요하게 작용할 수 있는 변수 이다(Hedenstrom and Møller, 1992).또한 암컷과 수컷 간의 포획된 개체수 차이가 크게 나 타났는데 이는 먹이를 활용한 포획 방법에서 비롯된 것으 로 판단된다. 대부분의 까마귀과 조류는 수컷이 암컷에게 먹이를 전달하는데 행동을 보인다(Goodwin and Bonham,
1975; Balda et al., 1996).
물까치 또한 번식기에 번식 쌍 외의 다른 개체가 암컷에게 먹이를 주는 것이 알려졌는데, 이 개체들의 성 비율이 수컷이 암컷보다 많은 것으 로 확인되었다(Valencia
et al., 2003).
따라서 수컷이 암 컷보다 먹이에 대한 반응이 더 민감하여 이로 인한 포획 개체수 차이가 발생한 것으로 판단된다.이베리아 물까치(Cyanopica Cyanus cooki)에 대한 연 구와 비교하였을 때 이베리아 까치에서 암수 간 이형성은 꼬리길이(암컷: 174.2±5.5mm, 수컷: 185.9±6.5mm, p<
0.001),
머리-부리 길이(암컷: 51.7±1.2mm, 수컷: 54.1±0.9mm, p<0.001),
날개길이(암컷: 129.4±4.4mm, 수컷:134.3±3.3mm, p<0.001)에 존재했으며(Alarcos et al., 2007)
본 연구에서는 편 날개길이에 이형성이 존재하였다. 이 베리아 물까치에서는 머리-부리길이에도 이형성이 존재 하였는데, 본 연구에서는 머리-부리길이에서 암수 간에 유의미한 차이를 보이지 않았다. 이베리아 개체와 아시 아 개체는 약 120만년 동안 분리되었기 때문에 형태적, 유전적으로 뚜렷한 차이를 가지며, Kryukovet al. (2004)
의 연구결과 역시 이베리아 개체와 아시아 개체가 형태적 으로 뚜렷하게 차이가 나타난다고 밝힌다(Foket al.,
2002).
따라서 물까치 개체군의 서식지에 따른 형태적이형성에 대한 연구를 통해 추가적인 계통 분류학적 논 의를 위한 연구가 필요하다.
본 연구의 판별분석 결과는 50% 이상의 정확성을 갖 기 때문에 우연히 분류된 것이 아니라 정확하게 분류된 판별함수임을 나타낸다(Reese and King, 1982; Clark
et al., 1991; Tella and Torre, 1993; Kenward et al., 2004;
Alarcos et al., 2007; Cokluk and Buyukozturk, 2008).
그러나 날개길이와 몸 전체 길이가 수컷에서 유의미하 게 길다 하여도 야외에서 관찰을 통해 직접 암수를 구별 하는데 있어서 여전히 한계가 있다. 본 연구는 국내 물까 치의 외형적인 특징에 기초해 성 판별을 시도한 최초의 연구로 그 의의를 가지며, 추후 더 많은 샘플을 수집하여 판별의 정확성을 높이고 현장에서 측정하기 쉬운 변수 를 제안하여 물까치 생태 연구에 필요한 기초자료 마련 에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.
Fig. 3. Discriminant function based on maximum wing length and body length to sex female and male Azure-winged magpies.
참고문헌
Alarcos S, CDL Cruz, E Sol, J Valencia, MJ Garc-Baquero.
2007. Sex determination of Iberian Azure-winged Magpies Cyanopica cyanus cooki by discriminant analysis of ex- ternal measurements. Ringing & Migration. 23: 211-216.
Balda RP, AC Kamil, PA Bednekoff. 1996. Predicting cogni- tive capacity from natural history: examples from four species of corvids. Pp. 33-66, In Current ornithology (Nolan V, Ketterson ED, eds.). Springer, Boston.
Bercovitz AB, NM Czekala, BL Lasley. 1978. A new method of sex determination in monomorphic birds. The Journal of Zoo Animal Medicine. 9: 114-124.
Clark RG, PC James, JB Morari. 1991. Sexing adult and year- ling american crows by external measurements and dis- criminant analysis (Determinación del sexo de adultos y aves de un año de Corvus brachyrhynchos mediante med- idas externas y análisis discriminativo). Journal of Field Ornithology. 62: 132-138.
Cokluk B, S Buyukozturk. 2008. Discriminant function analysis:
Concept and application. Eğitim Araştırmaları Dergisi. 33:
73-92.
Delestrade A. 2001. Sexual size dimorphism and positive as- sortative mating in Alpine Choughs (Pyrrhocorax gracu- lus). The Auk. 118: 553-556.
Eason D, CD Millar, A Cree, J Halverson, DM Lambert. 2001.
A comparison of five methods for assignment of sex in the takahe (Aves: Porphyrio mantelli). Journal of Zoology.
253: 281-292.
Edgington DG. 1989. Behavioural and morphological sexing of the Humboldt Penguin Spheniscus humboldti. Spheniscid Penguin Newsletter. 1: 14-20.
Fok KW, CM Wade, DT Parkin. 2002. Inferring the phylog- eny of disjunct populations of the azure-winged magpie Cyanopica cyanus from mitochondrial control region sequences. Proceedings of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences. 269: 1671-1679.
Fournier AM, MC Sheildcastle, AC Fries, JK Bump. 2013.
A morphometric model to predict the sex of Virginia Rails (Rallus limicola). Wildlife Society Bulletin. 37:
881-886.
Fridolfsson AK, H Ellegren. 1999. A simple and universal method for molecular sexing of non-ratite birds. Journal of Avian Biology. 30: 116-121.
Fuertes B, J García, J Fernández, S Suárez-Seoane, JJ Arranz.
2010. Can Iberian Water Rail Rallus aquaticus be sexed reliably using simple morphometrics?. Ringing &
Migration. 25: 42-46.
Griffiths R, MC Double, K Orr, RJ Dawson. 1998. A DNA test to sex most birds. Molecular Ecology. 7: 1071-1075.
Goodwin D, PF Bonham. 1975. Studies of less familiar birds I78 Azure-winged Magpie. IBrit, Birds. 68: 484-488.
Hedenström A, AP Møller. 1992. Morphological adaptations to song flight in passerine birds: A comparative study.
Proceedings of the Royal Society of London, Series B:
Biological Sciences. 247: 183-187.
Jensen T, FM Pernasetti, B Durrant. 2003. Conditions for rap- id sex determination in 47 avian species by PCR of ge- nomic DNA from blood, shell-membrane blood vessels, and feathers. Zoo Biology: Published in affiliation with the American Zoo and Aquarium Association. 22: 561-571.
Kavanagh B. 1988. Discriminating the sex of Magpies Pica pica from morphological data. Ringing & Migration. 9:
83-90.
Kenward B, C Rutz, AA Weir, J Chappell, A Kacelnik. 2004.
Morphology and sexual dimorphism of the New Caledonian crow Corvus moneduloides, with notes on its behaviour and ecology. Ibis. 146: 652-660.
Kryukov A, MA Iwasa, R Kakizawa, H Suzuki, W Pinsker, E Haring. 2004. Synchronic east-west divergence in azure-winged magpies (Cyanopica cyanus) and magpies (Pica pica). Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research. 42: 342-351.
Li J, N Wang, Y Wang, S Lin, Q Li, YY Liu, X Ruan, J Zhu, B Xi, ZW Zhang. 2010. Sexual size dimorphism and sex identification using morphological traits of two Aegithalidae species. Zoological Science. 27: 946-951.
Mori E, G Mazza, S Lovari. 2017. Sexual dimorphism. Pp.
1-7. In Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior (Vonk J, Shakelford T, eds.). Springer International Publishing, Switzerland.
Perkins M, SL King, SE Travis, J Linscombe. 2009. Use of morphometric measurements to differentiate between species and sex of king and clapper rails. Waterbirds. 32:
579-584.
Price T, GL Birch. 1996. Repeated evolution of sexual color dimorphism in passerine birds. The Auk. 113: 842-848.
Reese KP, JA Kadlec. 1982. Determining the sex of Black-bil- led Magpies by external measurements. Journal of Field Ornithology. 53: 417-418.
Tella JL, I Torre. 1993. Sexual size dimorphism and determi- nation of sex in the Chough (Pyrrhocorax pyrrhocorax).
Journal für Ornithologie. 134: 187-190.
Valencia J, C Cruz, B Gonzez. 2003. Flexible helping behaviour in the azure-winged magpie. Ethology. 109: 545-558.
Griffiths R, MC Double, K Orr, RJ Dawson. 1998 A DNA test to sex most birds. Molecular Ecology. 7: 1071-1075.
