양봉 분자 수준에서 꿀벌 종의 살충제 민감성을 분석하는 문헌 검토
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Science of The Total Environment에 발표된 최근 과학 문헌 리뷰에서는 여러 종의 꿀벌을 분자 수준에서 분석하여 화학물질 위험 평가에 더 정확한 정보를 제공할 수 있는 중독 메커니즘을 더 잘 이해하고자 합니다. 저자들은 "특정 살충제에 대한 꿀벌의 내성과 관련된 메커니즘, 즉 살충제 감수성을 결정하는 요인으로 대사 해독, 살충제 표적 단백질, 곤충 큐티클 및 꿀벌 장내 미생물을 포함합니다."라고 설명합니다.
이 리뷰는 지난 30년 이상 수행된 90여 건의 연구를 참조하고 있으며, 꿀벌 감수성의 분자적 결정 요인에 대한 이해와 중요성이 부각됨에 따라 대부분 지난 5~10년 사이에 발표된 연구입니다. 꿀벌과 같은 수분 매개 곤충은 야생 식물과 필수 작물 모두에 수분을 공급함으로써 중요한 생태계 서비스를 제공합니다. 이러한 곤충이 살충제에 노출되면 성장과 발달에 영향을 미치거나 심지어 군집 붕괴로 이어질 수 있는 살충제 오염으로 인해 생존에 위협을 받게 됩니다.
"꿀벌이 인간이 만든 살충제에 노출된 것은 최근(지난 80년)에 불과하지만, 꿀벌은 식물 동형 화학물질과 진균 독소를 포함한 다양한 이종 생물체를 생산하는 식물 및 곰팡이와 공진화해 왔습니다."라고 저자들은 설명합니다. "그 결과 꿀벌이 주변 환경에서 마주치는 자연적인 이종 생물체를 해독하거나 우회할 수 있는 정교한 시스템이 진화하게 되었습니다." 이러한 복잡한 시스템은 다양한 곤충 간, 그리고 꿀벌의 개별 종 내에서도 크게 다릅니다. 이 리뷰에 따르면 전 세계 2만여 종의 꿀벌은 같은 계열의 화합물을 포함해 다양한 살충제에 대한 민감도가 매우 다양하다고 합니다.
가장 널리 연구된 꿀벌(Apis mellifera)은 미국 환경보호청(EPA)에서 살충제 위험 평가를 위한 실험실 테스트에 사용하는 종입니다. 이 종은 "급성 접촉 생물학적 실험에서 네오니코티노이드 티아클로프리드에 대해 네오니코티노이드 이미다클로프리드보다 1000배 이상 덜 민감합니다," 반면, 잎을 자르는 꿀벌(메가칠레 로툰다타)은 시아노 치환 네오니코티노이드 살충제인 아세타미프리드와 티아클로프리드, 합성 피레스로이드 살충제 타우플루발리네이트 등 "꿀벌에게 적당하고 실질적으로 무독성"이라고 표시된 많은 살충제에 매우 민감합니다." 이는 왜 일부 꿀벌은 특정 살충제에 대한 내성이 강하지만 다른 꿀벌은 그렇지 않은지, 그리고 어떤 근본적인 메커니즘이 민감도의 차이를 만드는지에 대한 의문을 제기합니다.
다양한 꿀벌 종의 대사 해독을 연구하는 과정에서 해독과 산화 대사에 중요한 효소 시스템인 시토크롬 P450 모노옥시게나제(P450)가 살충제 감수성에 가장 큰 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 저자들은 "P450이 피레스로이드 및 네오니코티노이드 살충제에 대한 꿀벌의 감수성에 중요한 역할을 하며, 특히 꿀벌에게 낮은 독성을 나타내는 화학 유형의 해독에 중요할 수 있다"고 설명합니다. 꿀벌 수분 매개자의 살충제 민감성을 결정하는 요인으로 P450을 확인한 후 특정 유전자를 연구했습니다. "이를 통해 CYP9Q 아과에 속하는 P450, 특히 CYP9Q3은 티아클로프리드(및 아세타미프리드)를 높은 효율로 대사하지만 이미다클로프리드에 대한 활성은 제한적이라는 사실이 밝혀졌으며, 이는 N-니트로구아니딘과 N-시아노아미딘 네오니코티노이드에 대한 꿀벌 감수성의 중대한 차이에 대한 분자적 설명을 제공합니다." 저자들은 이렇게 설명합니다.
CYP9Q형 유전자가 없는 잎벌을 대상으로 한 연구에서는 꿀벌, 호박벌, 뒤영벌보다 급성 접촉 후 살충제에 최대 2,500배 이상 민감하게 반응하는 것으로 나타났습니다. 이는 모든 꿀벌이 가지고 있지 않은 특정 유전자가 특정 살충제에 더 취약하게 만드는 대사 해독 작용의 역할을 강조합니다. 꿀벌, 특히 아피세라나에 대한 추가 연구를 통해 여러 살충제에 의해 변형되는 5개의 P450 유전자(Acc301A1, Acc303A1, Acc306A1, Acc315A1, AccCYP6k1)를 확인했습니다. 이 유전자들의 발현이 낮을수록 살충제 처리 후 꿀벌의 폐사율이 현저히 높았습니다.
저자들은 "P450 유전자는 중요한 내인성 기능을 가지고 있을 수 있다"고 가정합니다. 따라서 이러한 유전자를 침묵시키면 꿀벌의 전반적인 체력이 저하되어 결과적으로 민감도가 높아질 수 있습니다."라고 설명합니다. 이어서 연구진은 "같은 작용기작 계열의 살충제에 대한 꿀벌의 민감도는 표적 부위에 대한 살충제의 친화성 차이에 기인할 수도 있습니다. 그 좋은 예로 곤충의 전압 게이트 나트륨 채널에 작용하는 피레스로이드 살충제를 들 수 있습니다." 11종의 꿀벌과 47종의 비꿀벌 곤충에서 나트륨 채널의 아미노산 서열을 연구한 결과, 꿀벌 종에 특이적이지만 다른 종에는 존재하지 않는 세 가지 잔류물을 확인했습니다. 이는 땅벌과 같은 특정 꿀벌의 피레스로이드에 대한 낮은 내성에 기여합니다.
저자들은 꿀벌 다양성 전반에 걸친 P450 매개 해독의 역할이 다양한 종 내에서 표적 부위와 아미노산 서열의 정렬에도 영향을 미친다고 추측합니다. 또한 특정 화합물이 벌의 외골격을 구성하는 큐티클을 투과하는 능력에도 영향을 미칠 수 있습니다. 방사성 표지 네오니코티노이드에 대한 연구에서 이미다클로프리드는 티아클로프리드와 아세타미프리드보다 꿀벌 큐티클에 훨씬 더 쉽게 침투하는 것으로 나타났습니다. "다른 네오니코티노이드의 침투 속도와 체내 농도의 이러한 변화는 약동학 성분이 이러한 살충제의 다른 급성 접촉 독성에 기여한다는 것을 시사합니다."라고 저자들은 말합니다. "네오니코티노이드의 약동학은 꿀벌 종에 따라 다를 수 있으며, 이 살충제 계열과 다른 살충제에 대한 꿀벌의 민감성에 영향을 미치는 곤충 표피의 역할에 대한 추가 연구가 필요합니다."
마지막으로 확인된 중요한 메커니즘은 꿀벌 미생물총입니다. 저자들은 "최근의 연구는 꿀벌의 살충제에 대한 민감성이 직간접적인 해독 작용을 통해 미생물군집의 영향을 받을 수 있다는 증거를 제시하고 있다"고 말합니다. 이전 연구에서는 "꿀벌 내장에서 유래한 미생물이 살충제를 해독하는 능력을 가지고 있음을 입증"했으며, 최근 연구에서는 그 이유에 대한 잠재적인 설명이 제시되었습니다. 여러 P450 유전자의 존재가 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 꿀벌의 장내에서 CYP6AS1, CYP6AS3, CYP6AS4, CYP6AS10, CYP9Q2 및 CYP9Q3의 수치가 낮은 꿀벌은 티아클로프리드와 타우-플루발리네이트 같은 살충제에 대한 내성이 낮은 것으로 나타났습니다.
이러한 결과는 곤충 종의 살충제 민감성을 파악하기 위한 보다 심층적인 도구를 제공하는 동시에, 현재 EPA가 활용하는 살충제 검토 절차의 부적절함과 이러한 시스템의 복잡성을 고려할 때 시행 중인 규정의 결함을 강조합니다. 특정 네오니코티노이드는 유럽식품안전청(EFSA)에서 꿀벌 건강에 대한 위험성을 검토한 후 유럽에서 사용이 금지되었지만 현재 미국에서는 여전히 허용되고 있습니다. 현재 꿀벌에 영향을 미치는 살충제에 대한 위험성 평가 시스템에는 단계별 프로세스가 있으며, 1단계는 실험실 내 선별 도구로, 2단계와 3단계는 현장 연구로 이루어집니다. EPA에 따르면 1단계는 "노출에 관한 보수적인 가정(즉, 노출을 과대평가할 가능성이 있는 가정)을 사용하고 개별 꿀벌에 대한 실험실 연구에서 나온 가장 민감한 독성 추정치를 사용하여 위험 추정치를 계산"합니다. 그러나 이러한 연구는 꿀벌에만 초점을 맞추고 있으며 다른 꿀벌 종의 다양한 민감도를 고려하지 않았습니다.
미국 규제 기관은 과학을 무시한 전력이 있으며, 2016년 Beyond Pesticides에서 다룬 미국 농무부(USDA) 내부 고발자 사건에서 알 수 있듯이 과학을 무시한 전력이 있습니다. 이 사건은 네오니코티노이드 살충제와 제왕나비 개체수 감소를 연관시킨 첨단 연구에 대한 보복으로 농무부가 해고했다고 주장하는 한 수분 매개자 연구원이 연루된 사건입니다. 신규 및 기존 화학물질에 대한 EPA의 위험성 평가에 관한 더 최근의 내부 고발 사건은 2021년에 발생했습니다. 4명의 과학자는 트럼프 행정부 시절 기관 관리자들이 이러한 평가를 부적절하게 변경했다고 주장합니다. EPA의 부패는 수년 동안 지속적인 주제였으며, 규제 및 법적 실패로 인해 건강과 환경에 해를 끼치고 있습니다. 많은 시민들은 EPA의 과학적 무결성에 대해 강도 높은 비판을 표명했으며, 기관이 보건 및 환경 사명을 망각하고 있다고 말합니다. EPA의 실패에 대한 추가 사례는 여기, 여기, 여기, 여기에서 확인할 수 있습니다.
이 문헌 검토는 살충제 등록을 위한 규제 요건인 살충제 위험 평가를 보다 구체적으로 알려줄 수 있는 기능을 제공합니다. 저자들은 "위험은 위해성(화학물질의 고유 독성)과 노출(유기체가 노출될 것으로 예상되는 농도)의 함수로 정의됩니다. 현재 위해성 평가는 주로 꿀벌과 땅벌과 같은 소수의 '모델' 꿀벌 종에서 수집한 실험 데이터를 기반으로 이루어집니다. 그러나 꿀벌(호박벌)은 생태와 생활사적 특성이 매우 다양한 곤충 군으로, 여기에서 검토한 연구에서 입증된 바와 같이 살충제에 대한 민감성에서 현저한 차이를 보일 수 있습니다."
비욘드 살충제의 수석 과학 및 정책 분석가인 레슬리 W. 투아트 박사는 "EPA가 전체 수분 매개체 데이터 요구 사항을 확인했지만, 기존 등록 제품에 대한 적절한 데이터 요청과 신규 또는 갱신 등록을 승인하기 전에 이러한 데이터를 확보하는 등 수분 매개체 보호 정책을 진지하게 고려했는지는 확실하지 않다"고 덧붙였습니다. 독성 데이터와 노출 추정치가 위험을 나타내는 경우 기관의 보호 조치는 일반적으로 '이 제품은 꿀벌에 매우 독성이 있습니다' 또는 '이 제품은 개화 시작부터 개화가 완료될 때까지 작물에 대한 엽면 살포를 금지합니다'와 같은 라벨 문구로 제한되며, 이는 유일한 완화 조치로 시행되는 것입니다."
현재 EPA의 검토 시스템은 살충제 노출이 다양한 꿀벌 종과 다른 중요한 수분 매개체에 미치는 부정적인 영향에 관한 과학적 증거가 증가하고 있다는 점을 고려하지 않고 있습니다. 이 연구는 다양한 꿀벌 종의 민감성에 대한 특정 데이터와 통찰력을 얻을 수 있는 새로운 도구를 사용한 연구를 요약합니다. 꿀벌은 위험에 처한 곤충의 한 그룹일 뿐이며, 모든 곤충의 해독 시스템의 다양성을 고려해야 합니다. 살충제는 특정 유형의 곤충만 표적으로 삼는다고 주장하지만, 유전적 및 분자적 종 내/종 간 메커니즘의 다양성을 고려해야 합니다.
저자들은 "결론적으로 꿀벌은 생태와 생활사가 매우 다양합니다. 이 종들이 천연 및 합성 살충제를 해독하거나 우회하는 능력에 대한 데이터가 확대됨에 따라 지구상에서 가장 다양하고 생태학적으로 중요한 곤충 그룹 중 하나에서 이종 생물 해독 유전자의 진화에 영향을 미치는 생태적 요인을 이해할 수 있는 좋은 기회가 될 것입니다."라고 말합니다.
저자들은 꿀벌 종에 대한 위험 평가에서 고려해야 할 중요한 메커니즘을 식별하는 데이터와 함께 수많은 연구를 요약하지만, 편견을 가지고 논문을 구성하기도 했습니다. 5명의 저자 중 2명은 바이엘 AG의 작물 과학 사업부 직원이라고 밝혔습니다. 저자들은 이 과학적 증거를 위험 평가에 정보를 제공하거나 유해한 살충제에 대한 대안의 필요성을 뒷받침하는 증거로만 사용하는 대신 "해충 선택적 꿀벌 안전 살충제의 향후 개발을 촉진해야 한다"고 말합니다. 그러나 이 연구에 따르면 꿀벌 종마다 민감도가 다르기 때문에 '꿀벌에게 안전한 살충제'는 불가능합니다. 한 종에 대해서는 독성이 낮은 것으로 간주되는 것이 다른 종에 대해서는 매우 치명적일 수 있습니다. 광범위하게 사용되는 전신 살충제는 식물의 혈관계를 통해 이동하여 꽃가루, 꿀, 장액 방울을 통해 발현되어 벌과 경관을 먹이로 하는 다른 곤충에게 무차별적인 중독을 일으킵니다.
이러한 중요한 유기체와 모든 야생동물 및 환경을 보호하기 위해 앞으로 나아갈 길은 유기농입니다. 모든 것은 토양에서 시작됩니다. 건강하고 탄력 있는 토양은 농약의 필요성을 줄이고 생물 다양성을 증진합니다. 농약이 없는 지형은 야생동물에게 유익하고 자연적인 통제를 제공하는 천적의 활동을 촉진합니다. 또한 유기농 시스템은 농약의 위험한 영향으로부터 야생동물을 보호하여 번식을 장려하고, 기존 농업 시스템에서는 존재할 수 없는 자연의 균형을 회복합니다. 유기농 전환과 지원에 대한 Beyond Pesticides의 리소스는 여기와 여기에서 확인하세요.
꿀벌을 더욱 지원하기 위해, 비욘드 펫티드는 화분 매개자 주간을 기념하여 다른 사람들에게 알리고 변화를 유도하여 화제를 확산하는 데 도움이 될 수 있는 일주일 동안의 행동을 준비했습니다. EPA가 살충제로부터 화분 매개체를 보호하지 못함에 따라 필수적인 곤충, 조류, 포유류의 삶은 점점 더 주 및 지역 법률에 의존하고 있으며, 다가오는 농업 법안에서 미국 의회의 조치를 위협받고 있습니다. 농업법안은 영양 보조 프로그램(SNAP)에서 무역에 이르기까지 다양한 분야를 다루고 있으며, 농약 업계가 포함되기를 바라는 조항 중 하나는 농약 사용을 제한할 수 있는 지방 정부의 권한을 선점하는 것입니다. 지방 거버넌스에 대한 이러한 공격은 생명을 유지하는 생태계에 대한 적절한 연방 정부의 보호 없이는 특히 중요한 공중 보건과 안전을 보호하기 위한 지방의 민주적 절차를 약화시킬 것입니다. 여러분은 미국 하원의원과 상원의원에게 지속 가능한 미래를 촉진하는 농업 법안을 지지해 달라고 요청할 수 있습니다.
또한 무농약 구역 표지판을 주문하여 유기농 마당이나 정원을 알리고, 지역사회와 자원을 공유하며, 소셜 미디어에 #PollinatorWeek 또는 #ProtectPollinators 해시태그와 함께 수분 매개체 사진을 공유한 후 아트 페이지에 제출할 수 있습니다!
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