곤충의 세계에서, 어미가 새끼를 돌보는 방식은 가족이 성장함에 따라 종종 변화합니다. 많은 종의 경우, 명확한 전환점이 존재합니다. 어미는 처음에는 모든 일을 스스로 처리하며 시작하지만, 자식들이 자라나서 도울 수 있게 되면, 그녀는 뒤로 물러나 더 많은 새끼를 낳는 데 집중합니다. 이러한 변화는 벌이나 개미와 같은 사회성 곤충 군집이 기능하는 방식의 근간입니다. 과학자들은 이를 '행동 가소성(behavioral plasticity)'이라고 부르는데, 이는 단순히 환경이 변할 때 동물이 자신의 행동을 바꿀 수 있는 능력을 의미합니다. 사회적 집단 내에서, 이것은 주변에 누가 있느냐에 따라 행동을 조절하는 것을 뜻합니다. 우리는 사회성 곤충의 어미들이 조력자들이 처음 도착했을 때 역할을 바꿀 수 있다는 것은 알고 있지만, 이 전환이 영구적인지는 여전히 미스터리로 남아 있었습니다. 일벌이 된 자식들이 도착하여 여왕벌이 기저귀를 가는 일을 멈추고 알을 낳기 시작하면, 그녀는 조력자들이 사라졌을 때 다시 새끼를 돌보는 능력을 상실하게 될까요? 아니면 그녀의 새로운 역할이 너무 고정되어 있어서 주변의 사회적 환경이 무너질 때 적응할 수 없게 되는 것일까요?

캘리포니아 대학교 리버사이드의 연구팀은 통제된 환경에서 뒤끝벌 여왕벌들을 관찰함으로써 이를 알아내기로 했습니다. 그들은 홀로 삶을 시작하는 종인 흔한 동부 뒤끝벌에 집중했습니다. 새로운 여왕벌은 스스로 둥지를 짓고, 알을 낳으며, 첫 번째 유충 무리를 돌봅니다. 그녀는 유충들에게 먹이를 주고 따뜻하게 유지해 줍니다. 결국, 그녀의 첫째 딸들이 부화하여 일꾼(일벌)이 됩니다. 이 일꾼들은 먹이 공급과 온도를 유지하는 힘든 일을 넘겨받아, 여왕벌이 거의 전적으로 알을 낳는 데 전념할 수 있게 해줍니다. 연구진은 이 전환이 일방통행인지 테스트하고 싶었습니다. 그들은 질문했습니다. 만약 모든 일꾼이 사라진다면, 수십 마리의 일꾼이 있는 크고 성숙한 군집 속에서도 여왕벌이 갑자기 자신의 새끼를 돌보는 법을 기억해 낼 수 있을까?

이를 확인하기 위해, 과학자들은 50개의 뒤끝벌 군집을 대상으로 실험을 설계했습니다. 그들은 실험실에서 군집이 세 가지 다른 성장 단계인 초기, 중기, 후기에 도달할 때까지 키웠습니다. 초기 군집에는 약 5마리의 일꾼이 있었고, 중기 군집에는 약 15마리, 후기 군집에는 약 50마리의 일꾼이 있었습니다. 각 단계에서 그들은 군집을 두 그룹으로 나누었습니다. 한 그룹에서는 일꾼들을 그대로 두었고, 다른 그룹에서는 모든 일꾼을 둥지에서 조심스럽게 제거하여 여왕벌을 새끼들과 함께 완전히 혼자 남겨두었습니다. 그런 다음 연구진은 여왕벌들이 일꾼들이 사라지기 전과 후에 어떻게 행동하는지 자세히 관찰하기 위해 이틀 동안 촬영했습니다. 연구진은 두 가지 구체적인 행동을 관찰했습니다. 바로 알이나 유충을 따뜻하게 유지하기 위해 그 위에 앉아 있는 '포란(incubation)'과, 먹이를 역류시켜 새끼들의 입에 직접 넣어주는 '급이(feeding)'입니다.

결과는 여왕벌들이 예상보다 훨씬 더 유연하다는 것을 보여주었습니다. 일꾼들이 제거되었을 때, 여왕벌들은 다음 날에 걸쳐 그 공백을 메우기 위해 나섰습니다. 모든 군집에서, 그것이 젊은 군집이든 오래된 군집이든 상관없이, 여왕벌들은 유충을 포란하는 시간을 늘렸습니다. 그들은 새끼들을 더 자주, 그리고 더 오랫동안 덮어주어 따뜻하게 유지했습니다. 이는 여왕벌이 몇 주 동안 알만 낳아왔고 보살핌을 거의 필요로 하지 않았던 가장 오래된 군집에서도 일어난 일이었습니다. 연구는 여왕벌들이 단순히 앉아만 있었던 것이 아니라, 자신의 외로운 둥지의 새로운 현실에 맞춰 능동적으로 행동을 조절했다는 것을 발견했습니다. 그러나 이 유연성에는 한계가 있었습니다. 여왕벌들이 유충을 따뜻하게 하는 데는 훨씬 더 능숙해졌지만, 유충에게 먹이를 주는 횟수는 유의미하게 증가하지 않았습니다. 급이는 일꾼들이 있을 때와 마찬가지로 여전히 드문 사건으로 남았습니다. 이는 둥지를 따뜻하게 유지하는 능력은 여왕벌이 켜고 끌 수 있는 기술인 반면, 먹이를 주는 행위는 다른, 더 경직된 행동임을 시사합니다.

연구진은 또한 일꾼들이 사라졌을 때 여왕벌의 산란 능력에 어떤 일이 일어나는지도 살펴보았습니다. 가장 오래된 군집의 경우, 일꾼들이 제거된 후 여왕벌의 산란량이 눈에 띄게 줄어들었습니다. 이는 트레이드오프(상충 관계)를 나타냅니다. 여왕벌이 새끼들을 따뜻하게 유지하기 위해 열심히 노력해야 할 때, 그녀는 새로운 알을 만드는 데 쓸 에너지나 시간이 줄어드는 것입니다. 여왕벌의 몸은 새끼를 돌보는 비용과 더 많은 알을 만드는 비용 사이에서 끊임없이 균형을 맞추고 있는 것으로 보입니다. 또한 이 연구는 여왕벌들이 단순히 눈앞에 보이는 모든 새끼를 무작정 돌보는 것이 아니라, 선택적이라는 것을 밝혀냈습니다. 여왕벌들은 주로 가장 오래된 유충과 번데기를 따뜻하게 하는 데 시간을 보냈고, 가장 어린 유충들에게는 거의 독점적으로 먹이를 주었습니다. 이는 여왕벌이 스스로 모든 일을 하고 있을 때조차, 어떤 새끼가 그녀의 관심을 가장 필요로 하는지에 대해 전략적인 결정을 내리고 있음을 시사합니다.

아마도 가장 놀라운 발견은 이러한 역할 전환 능력이 결코 사라지지 않는다는 점이었습니다. 연구진은 심지어 수백 마리의 일꾼이 있는 완전히 성숙한 군집, 즉 여왕벌이 알만 낳아야 할 것으로 예상되는 곳까지 조사했습니다. 이 거대한 둥지에서도 일꾼들이 제거되었을 때, 여왕벌들은 다시 유충을 포란하는 모습이 관찰되었습니다. 이는 육아에서 번식 전문가로의 전환이 능력의 영구적인 상실이 아님을 증명합니다. 여왕벌은 비록 드물게 사용하더라도, 자신의 새로 돌볼 수 있는 능력을 간직하고 있습니다. 이러한 유연성은 중요한 생존 도구가 될 수 있습니다. 야생에서 만약 포식자나 폭풍으로 인해 군집이 일꾼을 잃게 된다면, 여왕벌은 남은 새끼들을 구하기 위해 개입할 수 있어야 하며, 그렇지 않으면 군집 전체가 죽게 될 것이기 때문입니다.

이 연구는 곤충의 여왕벌이 일단 번식에 특화되면 모성 본능을 잃는다는 기존의 생각을 뒤집습니다. 대신, 이러한 본능은 사회적 환경이 요구할 때 언제든 재활성화될 준비가 되어 있다는 것을 보여줍니다. 여왕벌들은 새끼를 돌보는 법을 다시 배울 필요가 없었습니다. 그들은 단지 어떻게 하는지를 기억해 내기만 하면 되었습니다. 이 발견은 우리가 사회성 곤충의 진화를 이해하는 방식을 바꿉니다. 이는 변화하는 사회적 조건에 적응하는 능력이 군집이 성장하고 여왕벌의 역할이 더 전문화되더라도 계속 유지되는 강력한 형질임을 시사합니다. 여왕벌은 단순한 알 낳는 기계가 아닙니다. 그녀는 조력자가 얼마나 많든, 혹은 군집이 얼마나 오래되었든 상관없이, 가족의 생존을 위해 즉각적으로 기어를 바꿀 수 있는 회복력 있는 어머니입니다.