작품번호 제 55 회경기도과학전람회 방울벌레성충의행동패턴및노래소리를통한의사표현에관한연구 출품분야교원부출품부문동물 2009. 5 시 군소속직위성명 평택시 한광여자중학교교사최훈식 한광여자중학교교사송인선
Ⅰ. 1 Ⅱ. 2 Ⅲ. 2 1. 2 2. 2. 2. 3 Ⅳ. 8 1. 8 2.. 8. (16L:8D) 9. (10L:14D) 11 3. 14. 14. 15 4. 20. 20. 21. 23 5. 31. 31. 35 6. 36 Ⅴ. 39 Ⅵ. 41
1. 2. 1. - - 2. Morlet 3. (wavelet transformation) (data processing) 4. SOM 5. ( ) ( ) 6. 7. 8. (N=8) 9. (N=8) 10. 11. (N=8) 12-a. (N=8) 12-b. (N=8) 13. (N=2) 14-a. ( ) 14-b. ( ) 15. (N=2) 16. 17. 18. 19. 20. (20 ) 21. (30 ) 22. (40 ) 23. (100 ) 24. (100 ) 25. (40 ) 26. (500 ) 27. (150 ) 28. (548 ) 29. 6 (2000 )
30. 15 (2000 ) 31. 40 (2000 ) 32. (a) FFT (b) 33. 34. (a) FFT (b) 35. (a) FFT (b) 36. (a) FFT (b) 37. FFT (a) (b) 38. (a) FFT (b), (c) 39. Hz db (Bailey, 1991) 40. 41. (a) FFT (b) 42. 43. a FFT 44. b FFT 45. c FFT 46. d FFT 47. e FFT 48. 5 1 49. SOM 50.,
Ⅰ..,, 1. 3/4..??. (. 1999).....,. Ⅱ..,,...,..,.,, - 1 -
,,.,..,,,,,. 1. Ⅲ. : 2008. 11.- 2009. 5. 2.. (Meloimorpha japonicus (de Haan)) : 2005 10.. (Bailey Broughton, 1970; Balakrihnan Pollack, 1996; Bennet-Clark, 2003; Hung Prestwich, 2004). Balakrihnan Pollack Teleogryllus oceanicus courtship song calling song, aggression song 3. Hedrick Weber 2 calling song (Hedrick Weber, 1998). Adamo Hoy Gryllus bimaculatus (Adamo Hoy, 1995)..,, FFT.. 1) 24 (Sony camcorder, handycam HDR-SR7)- (Korea Digital KGS-1012)- (Personal computer, Pentium 4) ( 11). (40 20 20 cm, ) 24., - 2 -
,. (Video Overlay Board: SigmaⅡ R,, ) (AVI format). 11025 Hz (WAV). 25 ± 1 (16L:8D) (10L:14D). 1. - - 2), (Leica16A) (10X ~ 100X). (SEM) (6, 15, 40 ) (150X~2000X). 3) ) (1) 24. (2) - 3 -
1:2, 1:4. ) (1) : (Fast Fourier Transformation, FFT).. (Discrete Fourier Transform, DFT). 1960 J.W. Cooley J.W. Tukey (Cooley & Tukey, 1965). t w. t x(t) sin cos. X(w) x(t). Ingle Proakis(1997). (2) (Wavelet transformation) : (Fourier transformation) (Basis function). ( ). (Continuos Wavelet Transformation, CWT) (square integrable function, f(t)). W(a,b) - f(t) 1 t-b ψ*( a a )dt ψ a,b (t) 1 t-b ψ( a a ), W(a,b) = <f(t), ψ a,b (t)> a ( dilation), b (shifting) (a,b R). 1/ a * (complex conjugate). CWT a b ( ) ψ a,b (t) f(t) (inner products) - 4 -
. W(a,b) = <f(t), ψ a,b (t)> f(t) ψ a,b (t). Morlet.. Morlet ( 2). ( 3 a). ( 3 b) y (scale) (amplitude) x (shift). y,,,. ( 3 c). (Artificial Neural Network, ANN).. (data processing).,. 15 c d (Interpolation). FFT(fast fourier transformation). 3 d e (smoothing). 3 e f (sampling). ( ).. 2. Morlet - 5 -
3. (wavelet transformation) (data processing) (3) (Artificial Neural Network, ANN) : SOM(Self -Organizing Map). SOM (, ), neuron. M 2 neuron, (input layer) ( ) i (x ) i. w (t), (t) w ij t. w (t).,. x -wˆ { x ˆ } i* = min - w j i neuron (winner), neuron neuron. - 6 -
w ( t + 1) ij = w ( t) ij + a ( t) ( t) ( t) [ x j - wij ] Z j Z j neuron neuron 1, neuron 0. α (learning rate),. r (t) 1 m, m (M-1)/2, 0. Hecht-Nielsen (1990). Chon (1996) Ji (2008). 4. SOM 3) ) ( )..(, 2008). ). - 7 -
Ⅳ. 1. (, ) ( 直翅目 Orthopera) (Gryllidae) 16 18mm,,.., ( ).... 5 6.,. 150-300. 5-6 3-4 7. 5-10.. 5. ( ) ( ) 6. 2.. (16L:8D) 1).,. - 8 -
(, ). ( 6 ). 50.0 분당우는횟수 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 평균 시각 (hour) 그림 7. 방울벌레상위서열수컷의분당발성빈도수 분당우는횟수 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 평균 시각 (hour) 그림 8. 방울벌레수컷실험군 (N=8) 의분당발성빈도수 - 9 -
2) (8D : 16L). 22:00. 2:00-5:00 3. 06:00 2 08:00. 3) 1. (A, B) 3, C 6 D, E 9 A 1 (210-440 ). (A, B) 6 9 9 18., ( 440 /1 ) 200 /1. 500 1 일당발성빈도수 400 300 200 100 A B C D E F G H 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 생존기간 ( 일 ) 그림 9. 방울벌레수컷의생존기간에따른실험군 (N=8) 내발성빈도수 - 10 -
. (10L:14D) 1) (3 4 )... (10L : 14D). (16L : 8D),. 50.0 40.0 분당우는횟수 30.0 20.0 10.0 0.0 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 평균 시각 (hour) 그림 10. 방울벌레상위서열수컷의분당발성빈도수 - 11 -
분당우는횟수 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 평균 시각 (hour) 그림 11. 방울벌레수컷실험군 (N=8) 의분당발성빈도수 2) (10L : 14D). 1 19:00. 21:00-22:00. 4:00-6:00 2 4. 2 08:00. 09:00. 3) 1. (A. B, C, D) 3, F G E 4, H 6.( ) (100-300 /1 ) (A, B) 6-9 (50-150 /1 ) 18. - 12 -
1 일당발성빈도수 400 350 300 250 200 150 100 50 0 6 7 9 14 16 18 21 23 기간 ( 일 ) A B C D 그림 12-a. 방울벌레수컷의생존기간에따른실험군 (N=8) 내발성빈도수 1 일당발성빈도수 400 350 300 250 200 150 100 50 0 6 7 9 14 16 18 21 23 기간 ( 일 ) E F G H 그림 12-b. 방울벌레수컷의생존기간에따른실험군 (N=8) 내발성빈도수 - 13 -
3.. 2. 2... ( 6 ) 2 ( 14 ). 1 : 4. 분당우는횟수 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 시각 (hour) A B 그림 13. 방울벌레수컷실험군 (N=2) 의분당발성빈도수. 1)... - 14 -
70 분 60 당 50 우 40 는 30 횟 20 수 10 0 교미 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 시각 (hour) 상위서열 그림 14-a. 방울벌레수컷유형 ( 상위서열 ) 에따른교미전후의발성빈도수 (23:30-24:00 교미 ) 70 분 60 당 50 우 40 는 30 횟 20 수 10 0 교미 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 시각 (hour) 하위서열 그림 14-b. 방울벌레수컷유형 ( 하위서열 ) 에따른교미전후의발성빈도수 (24:30-01:00 교미 ) 2). ) 2. - 15 -
(3 ) 1.. (5 ) (5 ) (6 ). ) 2 2. (7 ). (7 ) 8 10 3 (25 /1 ) (11 ) 3 (100 /1 ). (11 ) 3 (20 ). 450 1 일당발성빈도수 400 350 300 250 200 150 100 50 상위서열 하위서열 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 생존기간 ( 일 ) 그림 15. 방울벌레수컷의생존기간에따른실험군 (N=2) 내발성빈도수 ( 화살표 ) : 교미한시점 - 16 -
(,, ) 1:2, 1:4,.... ).. 2. 그림 16. 암컷을선점하기위해주위에서노래하는수컷들 ), ( ),... - 17 -
17. ) 4. -1. -2. -3 1. -4 2. - 18 -
그림 18. ).. - 19 -
그림 19. 노래하는하위계열수컷을공격하는상위계열의수컷.,. 4...,.. 1)., 1/3,. - 20 -
20. (20 ) 21. (30 ) 22. (40 ) 23. (100 ) 24. (100 ) 25. (40 ) - 21 -
2)..,.( 29-31),.( 27, 28) 그림 26. 좌측앞날개시맥의줄 (500 배 ) 그림 27. 우측앞날개의마찰편 (150 배 ) 그림 28. 우측앞날개마찰편 (584 배 ) 그림 29. 6 일차수컷좌측앞날개시맥의줄 (2000 배 ) 그림 30. 15 일차수컷의좌측앞날개시맥의줄 (2000 배 ) 그림 31. 40 일차수컷의좌측앞날개 시맥의줄 (2000 배 ) - 22 -
. 1) FFT 32 (Euladrevus ivani) FFT. a. 0.02 20. b FFT. FFT 3,400 ~ 3,800 Hz 3,700 Hz. 500 Hz. FFT.. 4 29 FFT 1. (Mecopoda elongata) 2,000 Hz (Hexacentrus unicolor) 12,000 Hz., (family). (family)., 400Hz. (Gryllus nigrohirsutus Alexander) 2,000 Hz 1,000 Hz.., 2,000 Hz ~ 11,000 Hz 9,000 Hz 2,000 Hz.. 33. FFT. 1,000 Hz 2,000 Hz. 1 1,000 Hz 2,000 Hz. FFT. - 23 -
32. (a) FFT (b) 33. - 24 -
) 1.. 34 FFT. 0.8 FFT 6,000 11,000 Hz. 1. 과명 국명 학명 피크주파수영역대 (Hz) 차이값 극동귀뚜라미 Velarifictorus micado (Saussure) 3700-3800 100 남알락방울벌레 Pteronemobius ohmachii 7800-8200 400 남쪽귀뚜라미 Midicogryllus siamensis (chopard) 6800-7200 400 남쪽알락귀뚜라미 Loxoblemmus equester Saussure 4600-5600 1000 더듬이알락방울벌레 Pteronemobius flavoantennalis (Shiraki) 8400-8600 200 동양알락방울벌레 Dianemobius csikii (Bolivar) 6800-7200 400 뚱보귀뚜라미 Euladrevus ivani 3400-3800 400 루루곰귀뚜라미 Comidogryllus nipponensis (Schiraki) 3800-4600 800 모대가리귀뚜라미 Loxoblemmus doenitzi Stein 8300-8700 400 방울벌레 Homoegyllus japonicus 4700-4800 100 귀뚜라미과 새왕귀뚜라미 Teleogryllus yezoemma Saussure 3600-4000 400 솔귀뚜라미 Xenogryllus marmoratus 5300-5600 300 쌍별귀뚜라미 Gryllus bimaculatus 5700-6300 600 알락귀뚜라미 Loxoblemmus campester Saussure 4800-5800 1000 알락방울벌레 Dianemobius nigrofasciatus 6000-6600 600 어리귀뚜라미 Ornebius kanetataki 5600-6200 600 여우알락방울벌레 Dianemobius furumagiensis 7200-7500 400 왕귀뚜라미 Teleogryllus emma (Ohmachi et Matsuura) 6400-7200 800 우리귀뚜라미 Gryllus nigrohirsutus Alexander 8000-10000 2000 초여름귀뚜라미 Polionemobius mikado (Shiraki) 4600-5600 1000 풀종다리 Svistella bifasciata (Shiraki) 6700-6900 200 홍가슴종다리 Homoeoxipha obliterata (Caudell) 5800-6200 400 베짱이 Hexacentrus unicolor 10000-12000 2000 긴날개중배짱이 Tettigonia dolichoptera Mori 8000-12000 4000 여치과 우리여치 Anatlanticus koreanus Bey-Bienko 6000-11000 5000 철써기 Mecopoda elongata 2000-11000 9000 큰실베짱이 Elimaea grandis 9000-11000 2000 메뚜기과 청날개애메뚜기 Megaulacobothrus aethalinus Zubowsky 4000-12000 8000 긴꼬리과 긴꼬리 Oecanthus indicus Saussure 4400-4500 100-25 -
32... 12,000 Hz. 35 FFT. 4,000 Hz 11,000 Hz. 34. (a) FFT (b) 35. (a) FFT (b) - 26 -
) 1. 35 FFT 6,400 Hz 7,200 Hz... 36. (a) FFT (b). 36 FFT. a 6,500 Hz 6,900 Hz. 36 b. b. (, 1997).. 6 b 6,745 Hz 6,755 Hz, 6,700 Hz 10(6,755-6,745 ) Hz. 10 Hz. 10 Hz. - 27 -
37. FFT (a) (b) 38 FFT.. ( 38, a). FFT ( 38, b). 8,486 8,492 Hz. 8 Hz.. Hz. 39 Hz db. 40,000 Hz 50 db 10 m. 20,000 Hz 50 db 20 m 10,000 Hz 50 db 30 m. 20 Hz Km Km.. 10 ~ 50 Hz. - 28 -
38. (a) FFT (b), (c) 39. Hz db (Bailey, 1991)., 20 Hz. 40. 20 Hz 20,000 Hz., - 29 -
. 40. ). 1, 3.5 FFT 4,700 ~ 4,800 Hz. 100 Hz.. FFT 3. 41. (a) FFT (b) - 30 -
3.. (Lewis, 1985). (Balakrishnan Pollack, 1996)... Matlab(Matlab 7.0, Mathwork). 5 ( 11). a b c. d a c e. 42. 43 a FFT. a 3 FFT - 31 -
4,800 Hz. a. FFT amplitude 600. 43. a FFT b a ( 44). a 2 b 3. 6. b a a. FFT a 4,800 Hz amplitude 600. a b amplitude,. - 32 -
44. b FFT c. ( 45. a). FFT a b 5,000 Hz. amplitude 100. 45. c FFT d a c. c a. c d - 33 -
. FFT c 5,100 Hz amplitude 200. 46. d FFT e, e.. 5 b b. FFT 4,800 Hz b amplitude 40. e. - 34 -
47. e FFT 5 1 ( 48). 3. 5 a b. 32.97% 31.31%. c 6.58%. e a b 12.8%. 48. 5 1. SOM (data processing) ( 3 f). SOM ( 48). 49 SOM - 35 -
. 42. a b SOM. a, SOM 3 b. d 2. d1 d2 SOM. c e, f SOM. SOM. 49. SOM 5... - 36 -
. 1) :! 2) 4 1, 1. 3),,.,.....,.. 4) ( 直翅目 Orthopera) (Gryllidae) 16 18mm,,., ( )....,,,..,,,,,. - 37 -
5) (1). (2). (3),. (4). (5),. (6),. (7). 6) 전개단계 1단계 (1-2/ 12차시 ) 2단계 (3-4/ 12차시 ) 3단계 (5-10/ 12차시 ) 4단계 (11-12/ 12차시 ) 소주제명주요내용및활동주요수업방법소요 너희가곤충을알어?! 가자! 만나자! 그들을알자 발울벌레! 그아름다운 노랫소리의 비밀은? 아하! 그랬구나 그럼우리는? 시간 - 곤충의생물적인특징을조사발표조사발표 90 - 곤충채집및표본제작, 분류실습 90 - 방울벌레에대한탐구학습 - 조별로방울벌레의발성원리에 대한가설설정 - 조별로방울벌레의발성원리에 대한가설및실험설계 - 조별로방울벌레의발성원리에 대한실험수행및결과도출 강의토의 90 토의 90 실험 90 - 조별탐구내용발표발표및토론 90 2.. 1,2-38 -
4... 그림 50. 곤충채집및분류, 프로젝트발표 Ⅴ..,. (1) (16L:8D) -.,. ( 7 ). (2) (One Day Cycle), 2. (3),, 2.., ( ),. - 39 -
(4) (10L:14D) -...., 1:2 2-3...,..,... FFT., (Wavelet).,,. (Artificial Network, AN).,. - 40 -
,,,,. Ⅵ.,,,. 1999. ( : ),.. 19 : 143-157,,, 2009 ( ),,, 1998.,,. 3., 16;41-47. 1997.,,, 2005.,,, 2007. 禹建錫外, 昆蟲分類學, 集賢社, 1993.. 2001.,. 85pp.. 2008..29-34 Adamo, S.A. & Hoy, R.R. 1995. Agonistic behaviour in male and female field crickets, Gryllus bimaculatus, and how behavioural context influences its expression. Animal Behavior. 49;1491-1501. Bailey, W.J. & Broughton, W.B. The mechanism of stridulation in bush crickets (Tettigonioidea, Orthoptera). 1970. Experimental Biology. 52;507-517. - 41 -
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