Plant volatile-mediated host selection in the invasive leafminer Liriomyza huidobrensis: identifying push and pull candidates for behaviour-based management

식물과 곤충의 세계를 거대하고 보이지 않는 라디오 방송국이라고 상상해 보세요. 식물들은 끊임없이 특정 주파수로 신호를 송출하며, '휘발성 물질(volatiles)'이라 불리는 보이지 않는 화학적 메시지를 공기 중으로 보내고 있습니다. 이들은 귀로 들을 수 있는 라디오 파동은 아니지만, 보이지 않는 연기처럼 떠다니는 향기 분자들입니다. 곤충들에게 이 향기는 궁극적인 가이드북입니다. 곤레들은 자신의 더듬이를 고성능 안테나처럼 사용하여 이 주파수에 채널을 맞추고, 어떤 식물이 맛있는 무한 리필 뷔페인지 혹은 독이 든 함정인지를 결정합니다. 화학 생태학(chemical ecology)이라고 알려진 이 연구 분야는 바로 이 비밀스러운 대화를 해독하는 것에 관한 것입니다. 이것이 중요한 이유는 해충이 잘못된 주파수에 채널을 맞출 경우 농작물 전체를 먹어 치울 수 있으며, 이는 농부들에게 수십억 달러의 손실을 입히고 환경을 해치는 독한 화학 물질을 사용하게 만들기 때문입니다. 이러한 신호를 해킹하는 방법—즉, 나쁜 주파수를 방해하거나 가짜 "여기에 음식 있음" 신호를 방송하는 방법—을 찾는 것이 독 없이 식량을 재배할 수 있는 열쇠가 될 수 있습니다.

이제 '서펜타인 리프마이너(Serpentine Leafminer, Liriomyza huidobrensis)'라는 작고 은밀한 침입자를 떠올려 보세요. 이 작은 파리는 변장의 명수이자 파괴의 달인입니다. 남미가 원산지인 이들은 최근 호주를 포함해 전 세계로 퍼져나갔으며, 온실과 밭에서 문제를 일으키고 있습니다. 암컷 파리가 진짜 말썽꾼인데, 그녀는 단순히 잎을 먹는 데 그치지 않고 잎 안에 알을 낳습니다. 알이 부화하면 유충들이 잎 조직 속을 뚫고 지나가며 구불구불한 뱀 모양의 터널(serpentine mines)을 만드는데, 이는 식물의 광합성 능력을 망가뜨리고 외관을 보기 흉하게 만듭니다. 농부들은 강력한 살충제로 맞서 싸워왔지만, 파리들은 마치 영웅의 공격을 피하는 법을 계속 배워가는 악당처럼 점점 더 똑똑해지며 내성을 키워가고 있습니다. 과학자들은 단순히 죽이는 대신 파리의 뇌를 속이는 새로운 계획이 필요했습니다. 여기서 '푸시-풀(push-pull, 밀고 당기기)' 전략이 등장합니다. 여러분이 소중한 건물로부터 사람들을 멀리 떨어뜨리고 싶다고 가정해 봅시다. 여러분은 시끄럽고 짜증 나는 소음(기피제)으로 사람들을 밀어내거나, "무료 피자"라고 적힌 거대하고 거부할 수 없는 간판이 붙은 가짜 건물로 유인(유인제)할 수 있습니다. 만약 여러분이 적절한 화학적 "소음"과 적절한 화학적 "피자"를 찾을 수 있다면, 이 파리들을 작물로부터 속여서 쫓아낼 수 있습니다.

이 논문은 그러한 특정 화학 물질들을 찾아내기 위한 탐정 작업입니다. 맥쿼리 대학교(Macquarie University)의 모 사다트 호세인(Md Sahadat Hossain)과 그의 팀이 이끄는 연구진은 서펜타인 리프마이너가 무엇을 냄새 맡고 어떻게 반응하는지 그 코드를 깨기 위해 나섰습니다. 그들은 단순히 추측하지 않았습니다. 그들은 4단계의 조사 과정을 사용했습니다. 첫째, 그들은 파리들을 관찰하여 어떤 식물을 좋아하고 어떤 식물을 싫어하는지 확인했습니다. 그들은 파리들이 페튜니아와 오이를 매우 좋아하지만, 러시아 세이지(Russian sage)와 살비아(salvia)는 완전히 무시한다는 것을 발견했습니다. 다음으로, 그들은 초정밀 기계(GC-MS)를 사용하여 각 식물이 정확히 어떤 화학 물질을 방송하고 있는지 냄새를 맡았습니다. 그다음으로, 그들은 살아있는 파리의 더듬이를 기계에 연결하여 어떤 특정 화학 물질이 더듬이를 움찔하게 만드는지 확인하는 기술인 GC-EAD를 사용했습니다. 마지막으로, 그들은 더듬이를 움찔하게 만든 화학 물질들을 하나씩 테스트하여 실제로 파리의 행동을 변화시키는지 확인했습니다.

결과는 '푸시-풀' 아이디어의 명확한 승리였습니다. 연구팀은 파리들이 식물 전체에 반응하는 것이 아니라, 향기 혼합물 속의 특정 화학 성분들에 반응한다는 것을 발견했습니다. 그들은 세 가지 '푸시(push)' 후보를 찾아냈습니다: D-리모넨(D-limonene), 파네실 아세테이트(farnesyl acetate), 그리고 p-시멘(p-cymene). 연구진이 이 화학 물질들을 잎에 뿌렸을 때, 파리들은 기피 반응을 보였습니다. 그들은 먹는 것을 멈추고 알을 낳는 것도 멈췄습니다. 그것은 마치 식물이 파리들이 이해할 수 있는 언어로 갑자기 "위험해!"라고 비명을 지르는 것과 같았습니다. 반면에, 그들은 한 가지 강력한 '풀(pull)' 후보를 발견했습니다: 올레산(oleic acid)입니다. 이 화학 물질이 있을 때 파리들은 저항할 수 없었습니다. 그들은 더 많이 먹었고, 일반적인 잎보다 훨씬 더 많은 알을 낳았습니다—약 81%나 더 많은 알을 낳았습니다. 이는 올레산이 값진 작물으로부터 파리들을 유인해낼 수 있는 "무료 피자" 표지판이라는 점을 시사합니다.

하지만 과학자들은 아직 이것을 완성된 해결책이라고 부르는 데 신중합니다. 그들은 이 결과들이 단일 화학 물질과 특정 농도를 사용한 통제된 실험실 환경에서 얻어진 것임을 강조합니다. 그들은 이 화학 물질들이 바람과 햇빛이 있는 실제 온실 환경에서 어떻게 버틸지, 혹은 이들을 섞었을 때 효과가 변할지는 아직 알지 못합니다. 또한, 어떤 화학 물질들은 파리의 더듬이를 움찔하게 만들었지만 실제 행동을 변화시키지는 않았다는 점도 언급했는데, 이는 곤충이 무언가를 냄새 맡을 수 있다고 해서 반드시 그것에 관심을 갖는 것은 아니라는 점을 증명합니다. 그러나 이 연구는 거대한 첫걸음입니다. 이는 특정 해충에 대한 '푸시' 및 '풀' 성분의 목록을 실험적으로 검증한 첫 사례입니다. 이는 우리가 자연의 언어를 사용하여 서펜타인 리프마이너의 행동을 조종할 수 있음을 입증하며, 해충을 독으로 죽이는 대신 속임수를 써서 관리하는 미래를 향한 희망적인 길을 제시합니다.