의 형태학의 스케일링 관계를 추정 바디 크기의 실험 조작 Drosophila

다음 실험의 전반적인 목표는 발달 단계에 맞춘 먹이 가용성 조절을 통해 신체 크기의 넓은 범위를 생성하고, 이를 통해 형태적 특성 간의 스케일링 관계를 추정하는 것입니다. 먼저, 3일에 걸쳐 동일한 초파리 집단에서 알을 수집하여 세 개의 연령 코호트를 생성합니다. 가장 오래된 코호트의 유충이 팻팅(pate)을 시작하면, 모든 코호트의 유충을 먹이에서 제거합니다.

이러한 식이 조절의 결과로 번데기의 크기 변이 범위가 확장됩니다. 다음으로, 모든 개체의 번데기와 성충 날개 이미지를 촬영하여 신체 크기와 날개 크기 사이의 형태학적 스케일링 관계를 추정합니다. 최종적으로 데이터에 유형 2 선형 회귀 분석을 적용함으로써, 가능한 모든 신체 크기 범위에 따라 날개 크기가 어떻게 스케일링되는지를 보여주는 결과를 얻습니다.

본 연구에서는 영양 공급 시간을 발달 단계별로 조절하여 성체 초파리의 체형 변이를 실험적으로 증가시키는 방법을 사용합니다. 이를 통해 전체 체형 범위에 걸친 형태적 스케일링 관계를 추정할 수 있습니다. 이 방법은 생물군 간 스케일링 관계 파라미터 변이의 근접 원인을 규명하는 것과 같이, 형태적 스케일링의 발현 및 진화에 관한 핵심 쟁점들을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

초파리 개체군을 교배 챔버로 옮긴 후 3일 동안 24시간마다 알을 수집합니다. 최종적으로 해부 현미경을 사용하여 세 개의 연령 코호트를 생성합니다. 각 코호트에서 50개의 알씩 묶어 10 milliliters의 표준 초파리 배지가 들어 있는 바이알로 옮깁니다.

유충 발달에 적합한 원하는 온도에서 바이알을 배양합니다. 가장 오래된 코호트가 배회 단계(wandering stage)에 도달하면, 유충을 먹이에서 분리하여 식이 조절을 적용할 시점입니다. 이 시점에서 가장 오래된 코호트의 유충들은 폐쇄(occlusion)를 위한 최소 생존 체중을 훨씬 초과하며, 자연적인 최대 체구 크기에 근접하게 됩니다.

중간 코호트의 유충은 최소 생존 체중을 초과하였으나, 가장 오래된 코호트의 유충보다 더 작은 성체를 형성하게 됩니다. 유충과 가장 어린 코호트는 최소 생존 체중에 매우 근접해 있으며, 따라서 매우 작은 성체를 형성하게 됩니다. 먹이에서 유충을 제거하십시오.

바이알에 약 5 mL의 40% sucrose 용액을 넣고, 쉐이커 테이블의 중간 설정으로 15~20분 동안 교반합니다. 교반 후, 세밀한 붓을 사용하여 sucrose 용액 위에 떠 있는 유충을 건져내어 습도를 유지할 수 있도록 젖은 솜 플러그가 들어 있는 바이알에 코호트별로 옮깁니다. 번데기가 될 때까지 원하는 온도에서 배양합니다.

번데기를 현미경 슬라이드 위에 복측이 위로 향하게 배치합니다. 번데기가 배치되면 현미경에 연결된 디지털 카메라를 사용하여 이미지를 캡처합니다. 이때 각 번데기가 흰색 배경 위에 어두운 실루엣으로 나타나도록 설정을 구성하십시오.

이미징 후, 각 번데기를 1 mL의 파리 먹이가 들어 있는 개별 2 mL 에피튜브(epit tube)로 옮깁니다. 동공 실루엣의 픽셀 수로 동공 크기를 추정합니다. 해부 현미경 하에서 길이 또는 너비와 같은 다른 크기 지표를 사용할 수도 있습니다.

이산화탄소를 사용하여 초파리를 가볍게 마취시킨 후, 두 장의 유리판 사이에 날개를 고정하여 초파리의 몸과 수직이 되도록 유지하는 흡입 장치인 윙 그래버(wing grabber)를 사용하여 위치를 잡습니다. 이미징의 경우, 본 연구에서는 살아있는 초파리의 날개를 촬영하기 위해 윙 그래버를 사용하였으나, 일반적인 도구를 사용하여 날개 및 기타 형질을 해부하고 이미징할 수 있습니다. 컴퓨터에 연결된 현미경 카메라를 사용하여 날개를 촬영하고 초파리의 성별을 기록합니다. 날개 이미지를 촬영하고 저장한 후, 외곽의 고정 랜드마크를 둘러싸는 최소 볼록 다각형(minimum convex polygon)을 이용한 선형 측정 또는 날개 실루엣의 픽셀 수를 통해 날개 크기를 추정합니다. 여기서 촬영된 번데기들은 식이 조절로 인한 크기 분포의 양 극단을 보여주었습니다.

번데기가 폐쇄를 위한 최소 생존 중량에 도달한 후의 모습입니다. 또한 동공 크기 측정을 위한 해당 실루엣이 함께 표시되어 있습니다. 크기 분포의 양 끝단에 위치한 동일 개체들의 대응하는 날개 이미지가 실루엣과 함께 여기에 제시되어 있습니다.

날개 크기 추출의 스케일링 관계를 추정하는 데 사용되었습니다. 날개 크기가 체구 크기에 따라 어떻게 변하는지 설명하는 파라미터를 통해, 그룹 간에 전체적인 형태가 크기와 어떻게 공변하는지 비교할 수 있습니다. 여기에서는 유충 시기에 충분히 먹이를 공급받았거나, 하루 또는 이틀 동안 굶긴 각 성별 개체들의 데이터가 제시되어 있습니다.

이 절차의 개별 단계들은 빠르게 진행되지만, 전체적으로는 많은 노동력이 소요될 수 있습니다. 일반적으로 알에서 성충까지 약 3,500마리의 파리를 처리하는 데 약 350인시(person hours)가 소요됩니다. 숙련도에 따라 파리 취급 시간을 크게 단축할 수 있으며, 본 절차를 통해 다른 형태학적 특성들을 측정함으로써 추가적인 형태학적 스케일링 관계(morphological scaling relationships)를 추정할 수 있습니다.