Persistence monitoring and mechanisms of insecticide resistance in brown plant hopper (Nilaparvata lugens (Stål)), and its associated risk on mirid bugs, Cyrtorhinus lividipennis Reuter, in North India

쌀은 수십억 명의 사람들에게 주식이지만, 그 재배는 갈색 멸구라고 알려진 작고 즙을 빨아먹는 곤충과의 끊임 없고 조용한 전쟁에 직면해 있습니다. 이 해충은 단순히 작물을 먹어치우는 것이 아니라, 식물의 생명력을 빨아들이고 전체 수확량을 전멸시킬 수 있는 치명적인 바이러스를 퍼뜨립니다. 수십 년 동안 농부들은 이러한 곤충들을 저지하기 위해 화학적 살포에 의존해 왔습니다. 하지만 자연에는 이에 맞서 싸우는 방식이 있습니다. 박테리아가 항생물질에서 살아남는 법을 배울 수 있는 것처럼, 곤충도 자신을 죽이려는 독성에 대항하는 방어 기제를 진화할 수 있습니다. 해충 집단이 화학적 처리에 살아남으면, 생존자들은 그 강인한 형질을 자손에게 물려주며, 결국 그 살포제를 무용지물로 만듭니다. 이 순환은 과학자들이 해충이 얼마나 저항성을 갖게 되는지를 지속적으로 모니터링하고, 곤충 내부에서 화학 물질을 해독할 수 있게 하는 생물학적 기제를 이해하도록 강요합니다.

농부와 해충 사이의 전투를 넘어, 이 생태계에는 제3의 플레이어인 노린재가 있습니다. 이 작은 포식성 곤충은 갈색 멸구의 천적으로, 해충을 사냥하고 잡아먹음으로써 그 개체 수를 조절합니다. 현대 농업의 과제는 해충을 죽이면서도 이 유익한 보디가드인 천적을 죽이지 않는 화학적 무기를 찾는 것입니다. 만약 살포제가 너무 광범위하게 작용한다면, 자연의 포식자들까지 몰살시켜 화학 성분이 효과가 사라진 후 들판을 무방비 상태로 만들게 됩니다. 목표는 유익한 곤충들을 보호하면서 해충만을 정밀하게 겨냥할 수 있는 도구를 찾는 것입니다.

최근 인도 북부와 동부의 주요 쌀 재배 지역에서 수행된 한 연구에서, 연구진은 이 갈등의 현재 상태를 파악하기 위해 나섰습니다. 연구팀은 펀자브, 하리아나, 오디샤와 같은 주를 포함한 네 곳의 지역에서 갈색 멸구를 채집하여, 이 지역의 현지 집단이 현재 사용되는 다섯 가지 가장 흔한 살충제에 어떻게 대응하고 있는지 조사했습니다. 연구팀은 단순히 벌레가 죽는지 여부만 본 것이 아니라, 벌로 내부에서 어떤 생물학적 변화가 일어나고 있는지 들여다보았습니다. 그들은 곤고 내부에서 화학적 필터 역할을 하는 특수 단백질인 세 가지 특정 효소의 활성도를 측정했습니다. 사이토크로옴 P450(cytochrome P450), 에스테라아제(esterases), 글루타티온-S-전이효소(glutathione-S-transferase)로 알려진 이 효소들은 곤충의 몸속에서 독성 화학 물질을 분해하는 역할을 합니다. 연구진은 야생에서 채집된 벌레와 독소에 노출된 적이 없는 실험실 균주를 비교함으로써, 해충이 정확히 어떻게 생존하고 있는지 결정할 수 있었습니다.

결과는 적응하고 있는 해충의 모습을 명확히 보여주었습니다. 연구에 따르면 인도의 갈색 멸구 집단은 널리 사용되는 두 가지 화학 물질인 이미다클로프리드(imidacloprid)와 티아메톡삼(thiamethoxam)에 대해 중간 수준의 저항성을 발달시켰습니다. 일부 지역에서는 이 살포제들에 대해 실험실 균주보다 최대 17배나 더 죽이기 어려운 것으로 나타났습니다. 세 번째 화학 물질인 피프로닐(fipronil)에 대한 저항성은 더 낮았지만 여전히 존재했습니다. 그러나 벌레들은 피메트로진(pymetrozine)과 뷰프로페진(buprofezin)이라는 다른 두 가지 화학 물질에 대해서는 가장 낮은 저항성을 보였습니다. 곤충의 내부 생물학에 대한 조사 결과, 이러한 저항성은 우연이 아니었습니다. 가장 저항성이 높은 지역의 벌레들은 해독 효소의 수치가 현저히 높았는데, 특히 사이토크로옴 P450 효소와 에스테라아제의 활성이 훨씬 높았으며, 이는 이 곤충들이 독소를 해롭지 않게 하기 전에 적극적으로 분해하고 있음을 확인시켜 주었습니다. 또한 연구는 한 가지 화학 물질에 대한 저항성이 다른 화학 물질에 대한 저항성으로 이어지는 경우가 많다는 것을 발견했으며, 이는 벌레들이 단 하나의 살포제에 대한 특정한 방패가 아닌 일반적인 방어 체계를 구축하고 있음을 시사합니다.

연구진은 이어 노린재의 안전성에 주목했습니다. 그들은 동일한 다섯 가지 살충제가 이 유익한 포식자에게 얼마나 독성이 있는지를 테스트했습니다. 결과는 극명했습니다. 갈로색 멸구가 중간 정도의 저항성을 발달시킨 화학 물질들인 이미다클로프리드와 티아메톡삼은 노린재에게도 가장 치명적이었습니다. 이 살포제들에 노출되었을 때 유익한 포식자들은 높은 사망률을 기록했으며, 이는 해당 화학 물질들이 쌀 들판의 자연 방어 시스템을 파괴할 가능성이 높음을 의미합니다. 반면, 노린재에게 더 안전한 화학 물질은 피메트로진과 뷰프로페진이었습니다. 이 두 물질은 포식자에게 훨씬 덜 독성이 있어, 해충을 표적으로 하는 동안에도 포식자가 생존할 수 있게 했습니다.

연구는 또한 이 화학 물질들이 현장에서 얼마나 오랫동안 효과를 유지하는지도 살펴보았습니다. 연구진은 "지속적 독성", 즉 살포 후 얼마나 오랫동안 해충을 계속 죽이는지를 측정했습니다. 피프로닐과 같은 일부 화학 물질은 오랫동안 독성을 유지했지만, 연구진은 피메트로진이 독특한 장점을 제공한다는 점에 주목했습니다. 피메트로진은 해충을 죽이는 초기 능력이 높으면서도, 생태계에 몇 주 동안 해를 끼칠 수 있는 다른 물질들과 같은 장기적인 독성을 남기지 않았습니다. 이러한 균형은 피메트로진이 농부들에게 가치 있는 도구가 될 수 있음을 시사합니다. 피메트로진은 해충에 효과적이고, 현재 현장의 저항성에 의해 무력화될 가능성이 낮으며, 무엇보다도 노린재를 보호합니다.

이 연구는 인도의 쌀 농사를 위한 중요한 향후 경로를 강조합니다. 갈색 멸구는 진화하고 있으며, 똑같은 몇 가지 화학 물질에 계속 의존하는 것은 해충은 죽이기 더 어렵게 만들고 유익한 포식자들은 몰살시키는 상황을 초래하고 있습니다. 연구는 농부와 과학자들이 도구를 교체해야 한다고 제안하며, 해충의 자연 천적에게 피해를 줄 가능성이 낮은 피메트로진이나 뷰프로페진과 같은 화학 물질을 사용해야 한다고 말합니다. 해충이 생존하는 데 사용하는 특정 효소를 이해하고, 그들의 방어 기제를 촉발하거나 포식자를 해치지 않는 화학 물질을 선택함으로써, 생태계를 파괴하지 않고도 해충을 관리하는 것이 가능합니다. 이 작업은 비록 싸움은 계속되고 있지만, 쌀 생산성을 유지하고 자연의 균형을 지켜낼 수 있는 구체적인 전략이 존재함을 확인시켜 줍니다.