대기 오염이 꽃을 찾는 꿀벌을 혼란스럽게 하는 이유

 

 

 

오염된 공기는 사람에게만 나쁜 것이 아니라, 꽃을 찾는 꿀벌의 예민한 감각을 방해할 수도 있습니다.

 

2018년과 2019년 여름에 생태학자 제임스 라이얼스와 그의 동료들은 영국 남부 레딩 근처의 들판으로 나가 검은 겨자 식물 주변을 윙윙거리는 곤충을 응시했습니다. 벌, 호버플라이, 나방, 나비 또는 다른 곤충이 작은 노란색 꽃의 꽃가루나 꿀을 얻으려고 할 때마다 메모를 남겼습니다.

 

그것은 특이한 실험의 일부였습니다. 겨자 식물의 일부 구역은 오존과 질소 산화물을 방출하는 파이프로 둘러싸여 있었습니다. 이는 발전소와 일반 자동차 주변에서 발생하는 오염 가스입니다. 다른 구획에는 정상적인 공기를 방출하는 파이프가 있었습니다.

 

결과는 과학자들을 놀라게 했습니다. 오염 물질에 질식한 식물은 전체적으로 최대 70% 적은 곤충이 방문했고, 꽃은 오염되지 않은 구획에 비해 90% 적게 방문했습니다. 오염 물질의 농도는 미국 규제 기관이 안전하다고 생각하는 수준보다 훨씬 낮았습니다. 호주 퀸즐랜드 대학교의 곤충학자이자 레딩 대학교의 방문 교수인 연구 공동 저자 로비 걸링은 "그렇게 극적일 것이라고는 예상하지 못했습니다."라고 말합니다.

 

이러한 효과가 이러한 수분매개자에게 어떤 영향을 미치는지에 관해 말하자면, 우리는 빙산의 일각에 불과합니다. – Jeff Riffell

 

점점 더 많은 연구 결과에 따르면, 오염이 곤충의 식물 유인을 방해할 수 있다고 합니다. 이는 많은 곤충 개체수가 이미 농약, 서식지 감소, 기후 변화로 인해 심각하게 감소하고 있는 시점입니다 . 야생 꽃식물의 약 75%와 식량 작물의 약 35% 는 동물이 꽃가루를 이동시켜 식물이 서로 수정하고 씨앗을 형성할 수 있도록 의존합니다. 실험에 사용된 자가수정이 가능한 검은 겨자 식물조차도 씨앗꼬투리 수, 꼬투리당 씨앗, 더러운 공기에 휩싸인 식물의 씨앗꼬투리 무게로 측정했을 때 성공적인 수분이 14%에서 31% 감소했습니다.

 

과학자들은 여전히 ​​오염의 이러한 영향이 얼마나 강하고 광범위한지, 그리고 어떻게 작용하는지 알아내고 있습니다. 그들은 오염이 곤충을 꽃으로 끌어들이는 향을 바꾸는 것부터 생물의 냄새 맡고, 배우고, 기억하는 능력을 왜곡하는 것까지 놀라울 정도로 다양한 영향을 미칠 수 있다는 것을 알아내고 있습니다.

 

워싱턴 대학의 신경과학자 제프 리펠은 이 연구는 아직 초기 단계라고 말합니다. "이러한 효과가 이러한 수분 매개자에게 어떤 영향을 미치는지에 관해서는 빙산의 일각에 불과합니다."

 

곤충은 종종 냄새에 의존해 돌아다닙니다. 주변을 윙윙거리며 돌아다니면서 꿀과 꽃가루의 좋은 공급원인 꽃을 냄새와 연관시키는 법을 배웁니다. 꿀벌과 같은 일부 종은 벌집 동료의 방향 과 나무와 같은 시각적 랜드마크를 사용하여 길을 찾기도 하지만, 멀리서 좋아하는 꽃을 찾아내기 위해 후각에 크게 의존합니다. 나방 과 같은 야행성 수분매개자 는 특히 후각에 재능이 있습니다. "그들은 1km 떨어진 곳에서도 이 꽃밭 냄새를 맡을 수 있습니다."라고 Riffell은 말합니다.

 

오염의 영향 중 하나이자 걸링이 영국 현장에서 수분 감소의 주요 원인이라고 의심하는 것은 이러한 꽃 향기를 교란하는 방식입니다. 각 향은 화학적으로 반응성이 있고 공기 중에서 분해되는 수십 가지 화합물의 고유한 혼합물입니다. 오존이나 산화질소와 같은 가스는 이러한 분자와 빠르게 반응하여 평소보다 더 빨리 냄새가 사라집니다. 미국 펜실베이니아 주립 대학의 대기 과학자 호세 D 푸엔테스는 "매우 반응성이 강한 향의 경우, 깃털은 오염이 없을 때 실제로 이동해야 하는 거리의 3분의 1만 이동할 수 있습니다 ."라고 말합니다. 그는 꽃 향기 화합물에 대한 오존의 영향을 시뮬레이션했습니다.

 

그리고 어떤 화합물이 다른 화합물보다 더 빨리 분해되면 곤충이 특정 식물과 연관시키는 향기의 꽃다발이 변형되어 잠재적으로 알아볼 수 없게 됩니다. 걸링과 그의 동료들은 오존을 공급한 풍동에서 실험을 통해 이를 관찰했습니다. 이 터널에는 또한 꽃 냄새의 합성 혼합물을 꾸준히 방출하는 장치가 장착되어 있었습니다(실제 꽃은 시들었을 것이라고 영국 생태 및 수문학 센터의 대기 화학자이자 공동 저자인 벤 랭포드가 말했습니다).

 

연구팀은 화학 검출기를 사용해 오존이 가장자리를 침식함에 따라 꽃 향기 깃털이 짧아지고 좁아지는 것을 관찰했습니다. 반면 일부 화합물은 완전히 사라지고 다른 화합물은 남아 있었습니다.

대기 오염은 꿀벌의 신경 장애를 유발하여 냄새와 같은 감각적 경험의 기억을 형성하는 능력에 영향을 미칠 수 있습니다.

 

과학자들은 꿀벌이 원래 꽃 향을 감지하도록 훈련시켰습니다. 꿀벌을 냄새에 노출시킨 다음 설탕물을 주었고, 꿀벌이 냄새를 맡으면 자동적으로 혀와 같은 코를 내밀어 맛을 보았습니다. 하지만 꿀벌에게 냄새 깃털의 가장자리를 나타내는 오존 냄새를 6m(19.8피트) 또는 12m(39.6피트) 떨어진 곳에서 시험했을 때, 각각 32%와 10%만이 코를 내밀었습니다. 랭포드는 "그 시점에서 꿀벌은 완전히 다른 냄새를 맡고 있습니다."라고 말합니다.

 

연구자들은 또한 줄무늬 오이 딱정벌레 와 황갈색 꼬리 땅벌이 특정 수준의 오존 이상에서 숙주 식물을 인식하는 데 어려움을 겪는다는 것을 관찰했습니다. 가장 극적인 관찰 중 일부는 밤에 질산염 라디칼이라는 극도로 반응성이 강한 오염 물질이 축적될 때입니다. Riffell과 동료들은 최근 식물의 향이 이러한 오염 물질에 의해 변했을 때 담배 뿔나방이 창백한 달맞이꽃에 끌리는 경우가 약 50% 감소했고 , 흰줄무늬 스핑크스 나방은 그 향을 전혀 인식하지 못했다는 것을 발견했습니다. 팀은 야외 수분 실험에서 이로 인해 씨앗과 과일의 수가 28% 감소했다고 밝혔습니다. Riffell은 "식물의 씨앗 생산 능력에 정말 큰 영향을 미치고 있습니다."라고 말합니다.

 

곤충은 이러한 변형된 냄새를 인식하는 법을 배울 수 있을까? 곤충이 새로운 냄새를 보상으로 분별하려면 달콤한 꽃꿀을 먹을 때 냄새를 맡아야 합니다. 하지만 문제는 꽃의 냄새는 꽃에서 어느 정도 떨어진 곳에서만 변형된다는 것입니다. 아마도 어떤 곤충은 꽃에 다가갈 때 오염된 냄새를 따라가는 법을 배울 수 있겠지만, 지금까지는 담배 매미에 대해서만 이런 일이 나타났습니다.

 

그리고 오염은 곤충이 학습하기 어렵게 만들 수도 있습니다. 2019년 연구에서 Girling과 동료들은 설탕물-코 방법을 사용하여 꿀벌에게 냄새를 인식하도록 먼저 훈련시켰습니다. 그런 다음 꿀벌을 디젤 배기 가스에 노출시켰습니다. 나중에 그들은 얼마나 많은 꿀벌이 훈련을 유지하고 코를 내밀어 냄새 혼합물에 반응하는지 확인하기 위해 꿀벌을 테스트했습니다. 놀랍게도 디젤에 노출된 후 72시간 후에 냄새를 기억할 수 있는 꿀벌이 노출되지 않은 꿀벌에 비해 44% 적었습니다.

 

"그들은 잠재적으로 그 기억을 형성하고 그 기억을 유지할 수 없는 듯합니다." 걸링이 말했습니다. 그 이유는 불분명합니다. 아마도 가스가 어떻게든 벌의 뇌에 생리적 스트레스를 일으켜 신경 장애를 일으키는 것일 수 있습니다. 이론적으로 오염된 공기 속에서 벌은 꽃의 원래 향을 잊을 수 있고, 오염된 향을 배우더라도 잊을 수 있다는 것을 의미할 수 있습니다.

 

더러운 공기는 곤충의 후각에도 영향을 미칠 수 있습니다. 몇 년 전, 프랑스 기능 및 진화 생태학 센터의 화학 생태학자 마갈리 프로피 와 그녀의 팀은 황갈색 꼬리 꿀벌과 무화과 말벌의 더듬이에 전극을 연결했습니다. 그들은 곤충을 오존에 노출시키면 종종 이러한 냄새 감지 기관이 냄새에 훨씬 덜 반응한다는 것을 발견했습니다. 적당한 수준의 오존에 노출된 꿀벌과 말벌은 숙주 식물의 냄새를 향해 움직이기보다는 무의미하게 움직였습니다.

 

오존 수치가 높으면 무화과 말벌은 냄새도 피했습니다. "무언가가 그들의 후각계에서 일어나고 있어요." 프로핏이 말했습니다.

독일 뷔르츠부르크 대학의 생태학자 라우라 듀크는 대기 오염 물질이 식물이 흡수하는 시기에도 영향을 미친다고 말합니다. 대기 오염 물질은 식물의 신진대사를 변화시켜 꽃에서 나오는 냄새 성분의 조합을 바꿀 수 있습니다. 종에 따라 오존은 꽃의 수를 늘리거나 줄일 수 있으며, 꿀이나 꽃가루의 질과 양도 증가시킬 수 있습니다. 듀크는 오존이 개화 시기에도 영향을 미칠 수 있다고 말합니다. "개화와 곤충 활동이 완전히 일치하지 않으면 식물이 전혀 번식하지 않을 수도 있습니다.“

 

노스캐롤라이나 주립 대학의 도시 곤충 생태학자 엘사 영스테드는 식물 수분에 대한 이러한 영향의 규모를 평가하기 어렵다고 말합니다. 그녀는 2023년 Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 에 도시의 수분에 대한 논문을 공동 집필했습니다. 영국의 Girling의 연구와 나방에 대한 Riffell의 연구를 포함한 소수의 연구만이 영향을 정량화했습니다.

일반적으로, 산업 시대 이후로 오염의 대부분을 겪어 온 도시에서 영향이 가장 클 것으로 예상할 수 있지만, Youngsteadt는 이것이 적응으로 이어졌을 수도 있다고 말합니다. 비도시 식물과 곤충에 대한 연구는 "수백 년 동안 도시 오염 물질에 이미 노출된 식물과 곤충 개체군을 연구하는 경우와는 다른 그림을 보여줄 수 있습니다."

 

또한 오염이 곤충에 미치는 영향도 불분명합니다. 곤충이 꽃을 감지하지 못하면 자신, 새끼 또는 벌집을 위해 꿀이나 꽃가루를 얻을 기회를 놓치게 됩니다. 그들은 꽃 향기를 찾아 더 멀리 이동해야 하며 , 이로 인해 에너지가 고갈된다고 Fuentes는 말합니다.

그리고 꽃 향의 변화는 여러 요인 중 하나일 수 있습니다. 예를 들어 오염 입자는 집파리가 음식 냄새를 맡는 능력을 방해할 수 있으며 , 오존은 수컷 파리의 페로몬을 변화시켜 암컷과 더 비슷한 냄새가 나게 하여 수컷이 다른 수컷을 쫓게 합니다.

오염은 곤충의 번식과 생존에 일반적으로 영향을 미칠 수도 있습니다. 이러한 모든 영향을 합치면 최근 연구에 따르면 대기 오염으로 인해 수분매개자 성능이 30% 이상 감소한다고 추정됩니다 . 과학자들은 다양한 종, 오염에 대한 민감성 및 식물과의 상호 작용에 대한 연구가 더 필요합니다. 특히 남반구와 같이 연구가 부족한 지역에서는 더욱 그렇습니다.

농약에서 기후 변화에 이르기까지, "우리는 이 모든 다른 요인들이 쪼개지고 적응력을 감소시켜 이 곤충들이 정상적인 생활 주기와 정상적인 과정을 거치는 것을 더 어렵게 만들고 있습니다." 걸링은 말한다. "그런 다음 꽃을 찾는 것을 조금 더 어렵게 만든다면, 그것이 그 특정 곤충이나 벌집을 가장자리로 밀어내는 전환점이 될까요?"