Not all isotopes make good geolocators: trophic transfer reveals contrasting geolocation potential in eastern spruce budworm

과학자들은 동물의 몸을 보는 것만으로 그 동물이 어디에 있었는지를 알아낼 방법을 오랫동안 찾아왔다. 이 아이디어는 단순한 진리에 기반한다. 즉, 서로 다른 장소의 물, 토양, 공기는 고유한 화학적 지문을 포함하고 있다는 것이다. 식물은 지역의 물을 마시거나 지역 토양에서 영양분을 흡수할 때 이러한 지문들을 흡수한다. 그러한 식물을 먹는 동물은 자신의 조직 속에 동일한 화학적 흔적을 지니게 된다. 연구자들은 이 흔적들을 측정함으로써 곤충이나 새를 그들의 탄생지나 이동 경로로 추적할 수 있는 경우가 많다. 안정 동위원소 지리적 위치 추적법(stable isotope geolocation)이라고 알려진 이 방법은, 특히 전자 태그를 부착하기에는 너무 작은 생물들을 추적하는 데 있어 야생 동물 추적의 표준적인 도구가 되었다. 그러나 이 전체 접근 방식은 하나의 결정적인 가정에 의존한다. 그것은 바로 화학적 신호가 식물에서 동물로 예측 가능하고 신뢰할 수 있는 방식으로 이동한다는 점이다. 만약 동물이 음식을 소화하는 동안 신호를 너무 많이 변화시키거나, 혹은 그 과정에서 신호가 소실된다면, 그 지도는 쓸모없게 된다.

연구팀은 동부 캐나다의 나무를 먹고 사는 나방인 동부 가문비나무 싹벌레(eastern spruce budworm)를 이용해 이 가정을 테스트하기 위해 연구를 시작했다. 그들은 해당 지역 전역의 알려진 위치로부터 나방과 그 숙주 나무의 잎을 채집했다. 실험실에서 그들은 식물과 나방 모두에서 다섯 가지 서로 다른 화학적 표지자를 측정하여, 각 표지자가 식물에서 곤충으로 얼마나 잘 전달되는지 확인했다. 결과는 모든 화학적 표지자가 동일하게 작용하지 않는다는 것을 보여주었다. 어떤 것들은 놀라운 정밀도로 전달된 반면, 어떤 것들은 거의 완전히 실패했다.

연구는 이 나방들을 추적하는 데 탁월한 도구로서 두 가지 특정 표지자가 두드ellig게 눈에 띈다는 것을 발견했다. 자연계에서 황이 거동하는 방식과 관련된 한 가지 표지자는 나무 잎에서 나방으로 거의 변화 없이 이동했다. 이는 식물과 곤사 사이의 거의 완벽한 일치를 보여주었으며, 동부 캐나다 전역의 황 패턴은 이미 잘 지도화되어 있기 때문에, 이 표지자는 나방이 어디에서 왔는지 정확히 짚어낼 수 있는 명확한 경로를 제공한다. 또한 지역 토양의 암석 연령을 반영하는 두 번째 표지자 역시 좋은 성능을 보였다. 개별 나방은 때때로 단독으로는 명확한 판독값을 내기에 너무 작았지만, 연구진이 여러 마리의 나방 샘일을 결합했을 때, 토양 암석으로부터 오는 신호가 뚜렷하게 나타나 지역 지질과 높은 정확도로 일치했다.

질소와 관련된 또 다른 표지자 역시 나무에서 나방으로 매우 충실하게 전달되었다. 연구진은 일관된 값의 변화를 관찰했는데, 이는 과학자들이 식물의 신호를 나방의 몸이 어떻게 변화시키는지 정확히 예측할 수 있음을 의미한다. 이는 과학자들이 지역 내 나무들의 질소 패턴을 먼저 지도화할 수 있다면 강력한 도구가 될 수 있다. 그러나 이번 연구는 중요한 한계점들도 밝혀냈다. 탄소를 기반으로 한 표지자는 식물과 나방 사이에 중간 정도의 연결성만을 보여주었으며, 정밀한 추적에 사용하기에는 지점마다 변동성이 너무 컸다. 가장 놀랍게도, 현재 곤충의 지리적 위치 추적에 가장 흔하게 사용되는 도구인 수소 기반 표지자는 매우 저조한 성능을 보였다. 나방의 수소 값은 그들이 먹은 나무의 값과 거의 관련이 없었으며, 무작위적인 변동성이 너무 커서 신호가 사실상 소실되었다.

이러한 발견은 화학적 표지자가 본질적으로 좋거나 나쁘다는 생각에 도전한다. 대신, 이 연구는 표지자의 유용성이 환경이 화학 물질을 어떻게 분배하는지, 식물이 그것을 어떻게 흡수하는지, 그리고 동물이 그것을 어떻게 처리하는지에 대한 복잡한 요소들의 조합에 달려 있음을 보여준다. 동부 가문비나무 싹벌레의 경우, 황과 스트론튬은 신뢰할 수 있는 지도를 제공하지만, 대중적인 인기에도 불구하고 수소는 이야기를 들려주는 데 실패한다. 이는 과학자들이 모든 종에 대해 표준화된 표지자 목록을 단순히 적용할 수는 없음을 의미한다. 어떤 동물을 정확하게 추적하기 위해서, 연구자들은 먼저 그 특정 동물이 지역의 먹이 및 환경의 화학 성분과 어떻게 상호작용하는지를 이해해야 한다.