Influence of Photoperiod During Egg Incubation on Diapause and Voltinism Expression in Bombyx mori L

누에 알 내부에는 아주 작고 조용한 공장이 있다고 상상해 보세요. 이 공장은 매우 중요한 임무를 맡고 있습니다. 바로 긴 깊은 잠(이를 **휴면(diapause)**이라고 부릅니다)을 잘 것인지, 아니면 즉시 깨어나 성장을 시작할 것인지를 결정하는 일입니다. 양잠(sericulture)(누에를 기르는 농업)의 세계에서 이 결정은 모든 것을 좌우합니다. 만약 알들이 잠을 자게 되면, 농부는 알들이 깨어날 때까지 몇 달을 기다려야 하며, 이는 실을 생산하는 일정을 망가뜨립니다. 반대로 알들이 즉시 깨어난다면, 농부는 더 빠르게 실을 수확할 수 있습니다.

보통 이 알들은 계절의 변화를 듣는 작은 시간 기록계와 같습니다. 하지만 과학자들은 이 알들이 광주기(photoperiod), 즉 빛과 어둠의 일일 주기라는 것에 의해 속임수를 당할 수도 있다는 사실을 발견했습니다. 광주기는 그저 빛과 어둠의 순환을 뜻하는 멋진 표현일 뿐입니다. 알을 비유하자면, 여름 방학 동안 학교에 계속 다닐지 아니면 긴 휴가를 떠날지 결정하기 위해 특정 시간만큼 공부(빛)하고 잠(어셈)을 자야 하는 학생과 같습니다. 큰 문제는 농부들에게 있습니다. "우리가 빛의 스케줄을 바꾸어 알들이 휴가를 건너뛰고 곧바로 일하게 만들 수 있을까?" 하는 점입니다. 이 논문은 바로 그 미스터리를 파헤치며, 특정한 리듬으로 불을 켜고 끄는 것만으로 이 작은 공장의 스위치를 올릴 수 있는지 테스트합니다.

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위대한 빛의 스위치 실험

이 연구에서 셰르-에-카슈미르 농업과학기술대학교(Sher-e-Kashmir University of Agricultural Sciences and Technology of Kashmir)의 연구진은 누에 알의 빛 스위치를 가지고 놀아보기로 했습니다. 그들은 SK7 레이스(일 년에 보통 두 번 성장할 준비가 되는 '이세대성(bivoltine)' 유형)라는 특정 종류의 누에를 사용했습니다. 연구진은 건강한 알들을 가져와서 25 ± 1°C의 온도와 **80 ± 5%**의 습도를 갖춘 아늑하고 통제된 방에 두었습니다. 하지만 반전이 있습니다. 그들은 마치 DJ가 다양한 비트를 믹싱하듯, 알들을 일곱 가지의 서로 다른 빛 스케줄 아래에 두었습니다.

스케줄은 완전한 어둠(0L:24D, 알이 단 한 줄기의 빛도 보지 못하는 상태)부터 완전한 밝음(24L:0D, 불이 꺼지지 않는 상태)까지 다양했습니다. 그 사이에는 4시간의 짧은 낮부터 20시간의 긴 낮까지 모든 것을 시도했습니다. 그들은 두 가지를 확인하고 싶었습니다:

1. 어미 나방이 얼마나 많은 알을 낳는가? (이를 **산란수(fecundity)**라고 합니다).
2. 알들이 잠을 자는가(휴면), 아니면 즉시 부화하는가?

결과: 빛이 많을수록 알은 많아진다 (하지만 항상 그런 것은 아니다)

먼저, 알의 개수에 대해 이야기해 봅시다. 연구진은 빛의 양이 확실히 나방의 산란량에 변화를 준다는 것을 발견했습니다.

• **연속 광조 상태(24L:0D)**의 나방들은 가장 생산적이었으며, 암컷 한 마리당 평균 732.67개의 알을 낳았습니다.
• 완전한 어둠(0L:24D) 속의 나방들은 가장 생산성이 낮았으며, 618.67개의 알만을 낳았습니다.
• 대조군(정상적인 16시간 낮)은 684.33개를 낳았습니다.

따라서 일반적으로 빛이 많을수록 알의 개수가 많아지는 경향이 있었지만, 그것이 완벽한 직선 형태는 아니었습니다. 알 자체의 모습은 빛과 상관없이 동일했습니다. 모두 타원형이었고 성숙함에 따라 노란색에서 갈색으로 변했습니다. 빛은 알의 외형을 바꾼 것이 아니라, 오직 알의 기분과 일정만을 바꾼 것입니다.

커다란 놀라움: 마법의 20시간 낮

여기서 이야기는 매우 흥 흥미로워집니다. 연구진은 알들이 잠을 자지 않고 즉시 부화하게 만들 '마법의 스위치'를 찾고 있었습니다. 그들은 아마도 빛이 많을수록 잠을 덜 자거나, 혹은 빛이 적어야 잠을 안 잘 것이라고 예상했습니다.

하지만 결과는 예상 밖이었습니다.

• **"항상 켜져 있는" 불빛(24L:0D)**과 **완전한 어둠(0L:24D)**은 어떠했을까요? 두 경우 모두 100%의 알이 휴면을 선택했습니다. 알들은 "안 돼, 우린 잘 거야"라고 결정한 셈입니다.
• **대조군(16L:8D)**과 거의 모든 다른 스케줄도 마찬가지였습니다. 역시 100% 휴면이었습니다.

하지만 이 패턴을 깨뜨린 특별한 스케줄이 하나 있었습니다: 바로 **20시간의 빛과 4시간의 어둠(20L:4D)**이었습니다.

• 이 특정한 리듬 아래에서는 100%의 알이 비휴면(non-diapause) 상태였습니다. 알들이 전혀 잠을 자지 않은 것입니다!
• 더욱이, 이 비휴면 알들은 **94.08%**의 성공적인 부화율을 보였습니다.

이것이 의미하는 것 (그리고 의미하지 않는 것)

이 논문은 이 특정 누에 품종(SK7)에 대해, 빛과 깨어남 사이의 관계가 단순히 "빛이 많음 = 잠이 적음"이 아니라는 점을 시사합니다. 그것은 특정한 리듬에 관한 것입니다. 마치 노래와 같아서, 비트가 정확해야 합니다. 만약 비트가 너무 빠르면(24시간 빛) 혹은 너무 느리면(완전한 어두움), 무용수들(알들)은 그냥 주저앉아 버립니다. 하지만 비트가 20시간 켜짐, 4시간 꺼짐이라면, 무용수들은 즉시 일어나 춤을 추기 시작합니다.

저자들은 이 결과가 유망하다는 점을 강조하면서도, 아직 완성된 해결책은 아니라고 신중하게 언급했습니다. 그들은 이것이 단 하나의 실험, 하나의 누에 품종, 그리고 한 시즌 동안 진행된 연구라는 점을 명시했습니다. 그들은 왜 20시간 스케줄이 작동하는지(알 내부의 호르몬이나 유전자를 측정하지 않았음)를 증명하지 못했으며, 여러 해에 걸쳐 혹은 다른 배치의 알들을 대상으로 테스트하지도 않았습니다.

따라서 단순한 빛의 스위치를 사용하여 누에의 잠을 멈추고 실 생산 속도를 높이려는 아이디어는 농부들에게 매우 흥미로운 일이지만, 연구진은 이 결과를 더 많은 테스트로 재검증하기 전까지는 모두에게 빛 스케줄을 바꾸라고 말하기에는 이르다고 말합니다. 현재로서는, 누에의 내부 시계가 매우 구체적이고, 어쩌면 놀라운 리듬에 귀를 기울이고 있다는 매혹적인 단서가 발견된 상태입니다.