Sustained warming alters Bombus impatiens foraging, colony performance, and pollination of zucchini (Cucurbita pepo)

기후 변화는 단순히 지구 평균 기온이 상승하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 생명체들이 견뎌야 하는 열의 빈도와 강도가 증가하는 것을 의미합니다. 작물과 야생 식물을 수정하는 데 필수적인 뒤영벌과 같은 곤충들에게 높은 온도는 직접적인 생리적 도전 과제를 안겨줍니다. 이 벌들은 비행하기 위해 스스로 체열을 생성하고 내부 온도를 조로절하지만, 공기가 너무 뜨거워지면 냉각에 어려움을 겪습니다. 이러한 스트레스는 벌들의 비행, 먹이 찾기, 그리고 새끼를 돌보는 능력을 제한할 수 있습니다. 동시에, 이들이 의존하는 식물들 또한 지속적인 열기 속에서 넥타(꿀)를 생산하고 꽃을 피우는 방식이 변화하고 있습니다. 벌과 꽃이라는 이 두 관계의 양측이 장기적인 온난화에 어떻게 반응하는지를 이해하는 것은 특히 벌에 의존하여 식량을 재배하는 농부들에게 매우 중요합니다. 만약 열기가 너무 강해진다면, 벌의 필요와 식물의 번식 능력 사이의 섬세한 균형이 무너져 식량 안보를 위협할 수 있습니다.

미래의 이러한 조건을 모방하기 위해 설계된 통제된 실험에서, 연구원들은 동부 뒤영벌 소그룹과 주키니 호박 식물을 성장실에 배치하여 다양한 수준의 지속적인 온열 환경에서 이들이 어떻게 살아남는지 관찰했습니다. 그들은 세 가지 뚜렷한 환경을 설정했는데, 기준 온도인 섭씨 29.5도로 유지되는 대조군, 기준보다 1.5도 더 높은 그룹, 그리고 기준보다 3도 더 높은 그룹이었습니다. 이 온도들은 약 10주 동안 지속적으로 유지되었으며, 이는 벌 군집의 전체 활동 수명을 포괄하는 기간입니다. 짧고 강렬한 열기만을 다루었던 이전 연구들과 달리, 이 실험은 열기가 쉬지 않고 계속될 때 어떤 일이 발생하는지를 테스트했습니다. 연구원들은 벌의 행동, 신체적 건강, 벌집 내부의 조직 구성, 그리고 주키니 식물이 넥타 생산 및 과실 수확량 측면에서 어떻게 반응하는지를 모니터링했습니다.

결과에 따르면 벌들은 온도가 상승함에 따라 단순히 상태가 악화되는 것이 아니라, 온도가 얼마나 높아지느냐에 따라 반응이 달라졌습니다. 기준보다 1.5도 높은 완만한 온난화 수준에서 벌들은 명확한 적응 능력을 보여주었습니다. 그들은 벌집을 식히기 위해 훨씬 더 자주, 즉 대조군보다 약 20배 더 자주 날갯짓을 하여 부채질을 하기 시작했습니다. 그러나 이러한 노력에는 대가가 따랐습니다. 벌들은 새끼를 돌보는 데 쓰는 시간을 현저히 줄였습니다. 그들은 열기에 적극적으로 대응하고 있었지만, 육아에 쓰던 에너지를 전환함으로써 보상하고 있었습니다. 놀랍게도 성체 벌의 총수와 수벌의 크기는 변하지 않았는데, 이는 벌들이 스트레스를 받는 와중에도 군집이 개체 수를 유지할 수 있음을 시사합니다.

온도가 기준보다 3도 더 높은 극한 수준으로 올라가자, 벌들의 보상 능력은 무너지기 시작했습니다. 그들은 여전히 새끼 돌보는 일을 줄였지만, 벌집의 조직적인 구조가 해체되기 시작했습니다. 더 낮은 온도 그룹의 벌들은 자연스럽게 특정 구역, 특히 유충 근처와 벌집 입구 근처에 모여 있었습니다. 그러나 가장 뜨거운 그룹에서는 이러한 공간적 조직화가 무너졌습니다. 벌들은 흩어졌으며, 입구나 유충 근처의 핵심 구역에서 보내는 시간이 줄어들었습니다. 더욱이, 이러한 극한 조건에서의 여왕벌은 더 낮은 온도 그룹의 여왕벌보다 무게가 현저히 가벼웠는데, 평균 약 0.63그램에서 단 0.26그램으로 떨어졌습니다. 이는 군집이 완만한 열기에는 견딜 수 있었지만, 극한의 열기는 여왕벌에게 막대한 생리적 비용을 부과하고 군집을 유지하는 사회적 협동을 무너뜨렸음을 나타냅니다.

실험에 참여한 식물들은 또 다른, 그러나 똑같이 복잡한 이야기를 들려주었습니다. 가장 뜨거운 실험실의 주키니 식물들은 대조군에 비해 거의 두 배에 달하는 양의 넥타를 생산했습니다. 이러한 꽃의 보상 급증은 벌들을 유인했고, 가장 뜨거운 그룹에서의 꽃 방문 횟수는 대조군보다 약 70% 높았습니다. 더 많은 넥타와 더 많은 방문이 더 많은 열매로 이어질 것이라 예상할 수 있지만, 결과는 그리 간단하지 않았습니다. 방문 횟수가 늘었음에도 불구하고, 암꽃당 생산된 주키니의 수는 완만하게 온도가 높아진 그룹에서 가장 낮았습니다. 극한 열기 그룹에서도 벌들이 훨씬 더 자주 꽃을 방문했음에도 불구하고, 수확량은 대조군 수준을 회복하지 못했습니다. 이는 열기가 벌의 방문 횟수와 상관없이 식물의 결실 능력을 직접적으로 손상시키고 있음을 시사합니다.

연구는 지속적인 온난화가 수분 활동과 작물 생산 사이의 단절을 만든다고 결론짓습니다. 벌들은 식물이 더 많은 넥타를 제공함에 따라 더 열심히 일하고 더 많은 꽃을 방문했지만, 이러한 활동의 증가가 비례적인 식량 수확량 증가로 이어지지는 않았습니다. 벌들이 체온을 조절하고 군집 구조를 유지하는 능력에는 한계가 있으며, 일단 그 한계를 넘어서면 시스템은 비효효율적이 됩니다. 벌에 의존하는 농부들에게 이는, 열기가 너무 강하다면 단순히 더 많은 벌이 작물을 방문하는 것만으로는 수확량을 지키기에 충분하지 않을 수 있음을 의미합니다. 이 연구는 기후가 따뜻해짐에 따라 벌과 그들이 수정하는 작물 사이의 관계가 더욱 취약해질 것이며, 벌의 생리적 한계와 식물의 번식 요구가 서로 다른 방향으로 끌어당길 수 있음을 강조합니다.