캘리포니아 대학교 샌디에이고의 연구자들은 인공 조명이 꿀벌의 일주기 리듬을 심각하게 교란시켜 건강과 필수적인 수분 활동에 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다.

생태계 안정성과 세계 식량 안보에 중요한 꿀벌은 끊임없는 빛 아래에서 수면이 감소하고 행동이 손상됩니다. 이 연구는 수분매개자 건강에 미치는 광공해의 더 광범위한 의미와 보호 전략을 개발해야 할 시급성을 강조합니다.

디지털 기기와 수면 장애

수면 전문가들은 침대에서 화면을 사용하면 휴대전화와 기타 기기에서 나오는 빛이 자연스러운 수면 패턴을 방해하기 때문에 수면을 방해할 수 있다고 경고합니다. 이 발견은 빛이 우리의 일주기 생물학과 수면-각성 주기의 중요한 균형에 어떤 영향을 미치는지에 대한 보다 광범위한 이해의 일부입니다.

캘리포니아 샌디에이고 대학의 연구자들은 빛의 방해가 인간의 건강에만 영향을 미치는 것이 아니라는 것을 발견했습니다. 박사 후보생인 애슐리 킴과 제임스 니에 교수가 이끄는 새로운 연구에서 인공 조명이 꿀벌의 일주기 리듬을 방해하여 중요한 수분 매개자로서의 꿀벌의 역할에 상당한 위협을 가하는 것으로 밝혀졌습니다.

꿀벌 건강에 미치는 빛의 영향

"저희 연구는 꿀벌이 환경 변화에 얼마나 민감한지 보여줍니다. 특히 인공 조명처럼 겉보기에 무해한 것에 더욱 민감합니다." 오늘(11월 12일)  Scientific Reports 에 발표된 연구에 대해 김 박사는 이렇게 말했습니다 . "생체 리듬을 방해함으로써 수면 시간이 줄어든다는 명확한 증거를 볼 수 있습니다. 이는 꿀벌의 건강뿐만 아니라 수분을 위해 꿀벌에 의존하는 생태계의 건강에도 심각한 우려를 제기합니다."

꿀벌은 야생 식물과 중요한 작물의 수분 매개자로서 중요한 역할을 하며, 생태계 안정성과 세계 식량 안보를 지원하는 서비스를 제공합니다. 수분이 없다면 수천만 달러 상당의 작물이 위험에 처할 것입니다.

꿀벌은 일반적으로 어두운 환경에 둥지를 틀는 것을 선호하지만, 벌집 입구에서 소량의 빛이 들어올 수 있습니다. 잠자는 벌은 일반적으로 움직이지 않지만 둥지 동료가 방해하면 미묘한 움직임을 보입니다. 그러나 벌은 ​​떼를 지을 때나 기후 변화로 인해 늘어나는 더운 저녁에 둥지 밖에 "벌 수염"을 형성할 때 밖에서 잠을 잡니다. 잠자는 꿀벌에 대한 야간 인공 조명(ALAN) 또는 광공해의 유행은 지역마다 다르지만, 현대의 도시 환경은 특히 기온이 상승함에 따라 인공 조명 조건에 점점 더 많이 노출되고 있습니다. 많은 지역에서 벌과 벌의 중요한 수분 서비스를 지원하기 위해 도시 양봉이 다시 부활했기 때문에 더운 날씨를 경험하는 벌은 이제 ALAN에 더 많이 노출될 가능성이 있습니다.

인공 조명 하에서의 벌의 행동

우리와 마찬가지로 벌이 밤에 잠을 제대로 자지 못하고 일주기 패턴이 깨지면 행동과 기능에 문제가 생깁니다. 수면은 꿀벌 군체의 건강과 체력에 매우 중요합니다. 꿀벌 군체는  환경 내 식량원의 위치를 ​​벌집 동료에게 알려주는 "와글 댄스"라는 복잡한 의사소통 시스템에 의존하기 때문입니다  . 벌은 춤을 잘 추지 못하기 때문에 충분한 수면을 취하지 못하면 의사소통이 원활하지 않습니다.

수년에 걸친 일련의 실험을 통해 UC 샌디에이고 연구자들은 어둠 속에서 정상적인 수면을 취한 벌 그룹과 지속적인 인공 조명에 노출된 벌 그룹을 비교했습니다. 그 결과, 빛에 장시간 노출되면 꿀벌의 일주기 리듬이 크게 교란되어 행동이 손상된다는 것이 분명하게 나타났습니다. 실험 기간 동안 벌은 하루 24시간 비디오로 녹화되었기 때문에 김씨는 교란된 수면의 영향을 즉시 볼 수 있었습니다.

광공해와 수분매개자 건강 문제 해결

"데이터를 분석하지 않아도 무언가 일어나고 있다는 것을 알 수 있습니다... 끊임없이 빛을 받은 벌은 잠을 덜 잤습니다."라고 김 박사는 말했습니다. "생물학적 시스템에 미치는 광공해의 영향은 거의 알려지지 않았고, 사람들이 일반적으로 생각하지 않는 부분이기 때문에 빠르게 진화하는 분야입니다."

논문에 설명된 세부 사항 중: 지속적인 빛에 노출된 벌은 덜 잤고, 정상적인 어둠에 보관된 벌에 비해 동료들에게 더 자주 방해를 받았습니다. 또한, 지속적인 빛에 노출된 벌은 실험 케이지 내에서 더 어두운 곳을 선호했습니다.

니에 박사는 "벌의 건강에 영향을 미치는 요소(예: 빛 공해)를 이해하는 것은 수분매개자 개체군을 보호하기 위한 전략을 개발하는 데 필수적입니다."라고 말했습니다. "빛 공해는 점점 심각해지는 문제로, 인공 조명이 현재 지구 표면의 4분의 1을 덮고 있으며, 이 연구는 이러한 교란이 수분매개자에게 어떻게 해를 끼칠 수 있는지에 대한 새로운 시각을 제공합니다."

이 연구의 공동 저자인 아우라 벨라스케스(멕시코 라살레 대학교)와 벨렌 사베드라(베리아 대학교)는 7주간 프로젝트를 통해 학생들이 연구를 수행하는 국제적 여름 프로그램인 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 ENLACE 이니셔티브의 일환으로 연구에 참여한 학부생들입니다.

"저는 ENLACE 여름 연구 프로그램이 이 연구의 학생 저자들에게 연구 경험을 제공하는 데 중요한 역할을 했다는 점에 기쁩니다." UC 샌디에이고의 ENLACE 프로그램 책임자이자 Jacobs School of Engineering의 기계 및 항공우주 공학과 교수인 Olivia Graeve가 말했습니다. "라틴 아메리카와 미국의 학생들 간의 협업을 촉진함으로써, 우리는 젊은 연구자들이 귀중한 실무 경험을 얻고, 국경을 넘나드는 기술과 우정을 쌓을 수 있도록 돕습니다. 이 프로젝트는 수분매개자 건강과 환경적 지속 가능성과 같은 글로벌 과제를 해결하기 위해 다양한 관점을 하나로 모으기 때문에 ENLACE의 영향력을 잘 보여줍니다."

Nieh와 공동 저자인 Benjamin Smarr는 Shu Chien-Gene Lay 생명공학과, Jacobs School of Engineering, Halıcıoğlu Data Science Institute의 교수로, 최근 새로운 총장의 학제간 팀 촉매 기금에서 인간의 영향까지 확장되는 관련 보조금을 수여받았습니다. "생명의 맥박 조화: UC San Diego에서 인간과 생태계 건강을 위한 선구적인 일주기 통찰력"은 일주기 생물학과 생태계 건강에 대한 연구를 더욱 발전시킵니다. Nieh와 Smarr 연구실은 개별 벌에서 전체 생태계에 이르기까지 규모에 따른 일주기 리듬을 조사하기 위해 협력할 것입니다.

Nieh는 "Catalyst Grant를 통해 꿀벌의 일주기 리듬에 대한 연구를 생태계와 인간 건강 전반의 생물학적 동기화에 대한 더 큰 질문에 연결할 수 있습니다."라고 말했습니다. "이 프로그램은 학제 간 협업을 촉진하여 생물학, 데이터 과학 및 의학 분야의 전문가를 모아 광공해와 수분매개자 건강에 미치는 영향과 같은 시급한 문제를 해결합니다. Catalyst Grant를 통한 우리의 작업은 환경적 지속 가능성과 인간 웰빙을 위한 솔루션을 발전시키는 UC San Diego의 역할을 강화합니다."

참고문헌: “인공 조명에 지속적으로 노출되면 꿀벌의 수면 리듬이 변하고 수면이 방해를 받는다” Ashley Y. Kim, Aura Velazquez, Belen Saavedra, Benjamin Smarr, James C. Nieh, 2024년 11월 12일,  Scientific Reports .
DOI: 10.1038/s41598-024-73378-9