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- 나비와 나방이 꽃 위로 충분히 가까이 날아갈 때 자동으로 꽃가루 알갱이를 끌어당긴다.
- 진드기는 정전기를 사용하여 숙주를 향해 수 센티미터까지 발사돼
- 높은 양전하가 전기적 감각을 가진 포식자를 더 많이 수분매개자로 끌어들이인다.

나비: "트랙터 빔"을 사용하여 꽃가루 수집
정전기력으로 수분 매개자의 작업이 더 쉬워진다.

생물학자들이 발견한 것처럼 나비와 나방이 꽃 위로 충분히 가까이 날아갈 때 자동으로 꽃가루 알갱이를 끌어당긴다. 정전기 인력은 꽃가루가 트랙터 빔처럼 꽃에서 수분매개체의 몸으로 빨려 들어가는 것을 보장한다. 미래에는 이 초능력이 농업에도 사용될 수 있다. 

▲ 공작나비와 같은 나비의 경우 정전기가 꽃가루를 모으는 데 도움이 다. © Sam England

우리 중 많은 사람은 어렸을 때 풍선을 머리 위로 비비고 있었는데, 갑자기 머리카락이 쭈뼛 섰고 풍선에 끌려가는 모습에 감탄한 적이 있을 것이다. 물리적으로 고무는 마찰을 통해 전자의 분포를 변화시켜 풍선은 음전하를 띠고 머리카락은 양전하를 띠게 된다. 그리고 반대 전하가 서로 끌어당기기 때문에 머리카락은 풍선을 향하는 경향이 있다.

하전된 동물

이러한 정전기적 인력은 단지 장난이 아니다. 실제로 일부 동물은 이를 특별히 사용하기도 한다. 예를 들어, 진드기는 정전기를 사용하여 숙주를 향해 수 센티미터까지 발사될 수 있다. 그리고 날개를 퍼덕여 스스로 전기를 충전하는 꿀벌은 아마도 이 사실을 이용해 꽃에서 꽃가루를 끌어당기는 것 같다.

브리스톨 대학의 샘 잉글랜드(Sam England)와 다니엘 로버트(Daniel Robert)는 이제 처음으로 나비와 나방의 정전기적 재능을 연구했다. 예를 들어, 지금까지는 나비의 날개짓이 벌이나 호박벌의 날개 박동보다 훨씬 느리다. 따라서 공기와 충분한 마찰을 일으키지 않을 수 있기 때문에 날아다니는 수분매개자가 실제로 스스로 전기를 충전할 수 있는지가 불분명했다.

▲ 다양한 종의 나비와 나방이 지닌 순 정전기 전하의 다른 특성. 침엽수는 온대 종을 나타내고, 야자수는 열대 종을 나타내고, 꽃은 꽃 방문객을 나타내고, 교차된 꽃은 꽃을 방문하지 않는 종을 나타내고, 태양은 주간 종을 나타내고, 달은 야행성 종을 나타낸다. 태양과 달이 모두 존재한다는 것은 성별 간에 활동 체계에서 종내 차이가 존재함을 나타내며, 암컷의 활동 체계는 왼쪽 위 아이콘으로, 수컷의 활동 체계는 오른쪽 아래 아이콘으로 나타낸다. 점은 개별 측정값. 상자와 수염은 중앙값, 하위 및 상위 사분위수와 범위를 보여준다. 반바이올린은 각 데이터 세트의 분포를 보여준다. (a) 순 정전기 전하. (b) 순 정전기 전하 크기. (c) 순 정전기 전하 밀도는 각 종의 표면적을 추정하여 순 정전기 전하를 정규화하여 계산했다. (출처:관련논문 Electrostatic pollination by butterflies and moths)

나비도 정전기가 있다

그러나 5개 대륙에 걸쳐 서로 다른 11종의 나비와 나방 269마리에 대한 전하 측정 결과에 따르면, 이 곤충들은 확실히 벌 등을 따라잡을 수 있다. "테스트된 11개 종 모두에서 각 개체는 0이 아닌 순 정전기 전하를 가지고 있었으며 종 간 전하 분포의 차이가 분명했다"라고 잉글랜드와 로버트는 보고했다. 예를 들어, 역시 독일이 원산지인 공작나비(Aglais io)의 평균 순 전하는 54.53pC(피코쿨롱)이었다.

반면에 열대 및 야행성 나비는 일반적으로 음전하가 상당히 낮거나 심지어 음전하를 띠기도 한다. 생물학자들이 설명하는 것처럼, 이는 높은 양전하가 전기적 감각을 가진 포식자를 더 많이 수분매개자로 끌어들이기 때문일 수 있다. 그리고 야행성 나비와 열대 나비 모두 온대 위도에 서식하는 일주성 나비보다 더 위험한 삶을 살고 있다.

꽃가루는 접촉 없이 몸에 안착하게 된다.

높은 양전하가 나비와 나방에게 위험할 수 있다면 왜 일부 종은 이에 그렇게 많이 의존할까? 잉글랜드와 로버트는 이것이 수분매개자가 꽃 주변의 전기장을 감지하고 방문할 가치가 있는지 또는 최근에 다른 누군가가 영양가 있는 꿀을 먹었는지를 한눈에 알 수 있게 도움이 된다고 의심한다.

동시에 정전기는 나비를 더 나은 수분 매개자로 만든다. 공작나비를 사용한 컴퓨터 시뮬레이션에서는 나비가 꽃에 접근할 때 미터당 5킬로볼트(5kV/m)가 넘는 전기장을 생성하는 것으로 나타났다. 이는 결국 음으로 하전된 꽃가루 알갱이를 꽃에서 나비의 몸 위로 밀리미터 이상 발사하기에 충분하다. 매일 꿀을 찾는 과정에서 꽃가루를 만지지 않고도 자동으로 꽃에서 꽃으로 꽃가루를 옮긴다.

▲ (a) 일반적으로 대전된 나비와 접지된 꽃 사이에 형성된 전기장의 3차원 계산 모델. 색상 척도는 전기장 강도를 나타내며, 명확성을 위해 5 kV m−1 이상에서 데이터가 잘렸다. 회색은 모델 기하학을 나타낸다. (b) 꽃의 수술에서 6mm 떨어진 일반적으로 대전된 나비에 대한 전기, 중력 및 항력의 영향을 받는 꽃가루 입자 궤적(n = 100)을 시뮬레이션하는 3차원 계산 모델. 파란색 원은 개별 꽃가루 입자의 최종 위치를 보여준다. 색상 척도는 꽃가루 입자의 속도를 나타낸다. (출처: Electrostatic pollination by butterflies and moths / Journal of the royal society interface)

잉글랜드와 로버트가 보고한 것처럼 나비는 이러한 방식으로 생태계 번성을 위한 중요한 기능을 수행할 뿐만 아니라 스스로에게 좋은 일을 하기도 한다. 결국, 수분매개자는 자신이 좋아하는 음식이 항상 충분히 공급되도록 보장한다.

우리에게도 실질적인 이점

연구원들에 따르면, 새로운 발견은 곤충계에서 진화적으로 관련된 특성에 대한 우리의 이해를 변화시킬 뿐만 아니라 실제 적용 가능성도 열어준다고 한다. 수분매개자나 꽃가루의 정전기 전하를 인위적으로 증가시킴으로써 우리는 농업에서 수분율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 수분매개자가 부족한 자연 생태계에서도 수분율을 향상시킬 수 있다. 적어도 그것이 생물학자들의 생각이다.
(Journal of The Royal Society Interface, 2024; doi: 10.1098/rsif.2024.0156)
출처: University of Bristol

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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