A comparative study of the morphology of the ovipositors of wood-boring insects, Tremex fuscicornis and Leucospis japonica

목질을 천공하는 얼룩송곳벌(Tremex fuscicornis)과 밑드리좀벌(Leucospis japonica) 산란관의 형태적 특징 비교

Tremex fuscicornis (Siricidae), known as the xylophagous horntail, and Leucospis japonica (Leucospidae), known as the parasitoid wasp, are wood-boring wasps belonging to the order Hymenoptera. These insects are interesting sources of biological inspiration for the development of drilling mechanisms. To study the biomimicry aspects, the morphological characters of the ovipositor of T. fuscicornis and L. japonica were analyzed using a stereoscopic microscope, a field emission scanning electron microscope, and an optical microscope. There were many differences in the ovipositors between the two species, such as shape, length, surface structure, and arrangement of the teeth. Evenly arranged teeth were developed at the tip of both the dorsal valve and the ventral valve of the ovipositor of T. fuscicornis and looked like a rotating drill bit. In contrast, in L. japonica, the teeth, which looked like a saw, were found only on the ventral valve. Moreover, the tip of the ovipositor of T. fuscicornis was symmetrically divided into four parts, while that of L. japonica was divided into three parts having a 2:1:1 ratio. However, in the case of T. fuscicornis, after the 14th tooth, four parts melded into three parts maintaining a 2:1:1 ratio, and a dovetail joint was found on the horizontal cross-section of the ovipositor that allowed vertical movement for making a hole. These morphological differences of the ovipositor may be due to the insects' lifestyles and phylogenetic distance. Finally, zinc was commonly found at the tip of the ovipositors of both species, a probable result of ecological adaptation created by drilling wood.

본 연구에서는 생태모방적 관점에서 목질을 천공하는 송곳벌과 밑드리좀벌의 산란관의 형태적 특징을 비교하였다. 벌목에 속하는 송곳벌과 밑드리좀벌은 목질부를 천공하는 유사한 특징이 있으나 실체현미경, 전계방사형주사전자현미경, 광학현미경을 이용하여 산란관의 형태적 특징을 관찰한 결과 두 종 간에 큰 차이를 보였다. 송곳벌의 산란관 말단은 등쪽과 배쪽에 모두 규칙적인 돌기가 발달하여, 회전형 드릴 비트와 흡사한 형태를 띤 반면 밑드리좀벌의 산란관 말단은 한쪽 방향에만 몇 개의 돌기가 있고 다른 부분은 매끄러워 마치 톱과 비슷한 형태를 보였다. 또한 얼룩송곳벌 산란관의 말단은 대칭적으로 4등분으로 되어있다가 14번째 돌기를 지나면서 2 : 1 : 1의 비율로 3등분이 되는 반면, 밑드리좀벌 산란관의 말단은 2 : 1 : 1의 비율로 3등분되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 송곳벌의 산란관의 중간을 수평으로 자른 단면구조에서는 dovetail joint의 구조가 확인되었으며, 이를 통해 천공을 위해 수직 운동을 한다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 두 종의 형태적 차이는 목질 부분을 먹이원으로 이용하는 송곳벌과 벌의 유충을 이용하는 밑드리좀벌의 생활방식뿐만 아니라 계통분류학적 차이에 의해 기인한 것으로 사료된다. 끝으로, 산란관 말단 부분의 성분분석결과 두 종 모두에서 높은 강도의 특성을 부여하는 아연이 검출되었다. 이는 주로 목질을 천공하는 두 종의 생태적 적응 과정에 의하여 특이적으로 진화된 것으로 사료된다.