Metabarcoding reveals global variation in pollen collecting behavior of the invasive bee Megachile sculpturalis (Hymenoptera: Megachilidae)

숲의 조용한 구석부터 북적이는 도시의 중심지에 이르기까지, 매년 봄과 여름에는 소리 없는 교류가 일어납니다. 벌들은 꽃을 방문하여 새끼를 먹일 꽃가루를 모으고, 그 과정에서 의도치 않게 한 식물의 유전 물질을 다른 식물로 옮깁니다. 이러한 관계는 세계 식량 생산과 야생 생물 다양성의 상당 부분을 지탱하는 엔진입니다. 그러나 어떤 종이 자신이 속하지 않은 새로운 땅으로 이동할 때, 이 섬세한 균형은 깨질 수 있습니다. 외래종은 외래 환경에 자리를 잡으며, 종종 토착 생물들을 몰아내고 생태계의 기능을 변화시키는 생물들을 말합니다. 벌의 경우, 새로운 서식지에서의 성공 여부는 무엇을 먹을 수 있느냐에 크게 달려 있습니다. 어떤 침입자들은 까다로워서 고향에서 알던 특정 꽃만을 고집하기도 합니다. 반면 어떤 이들은 기회주의자로서 발견하는 거의 모든 것을 먹을 용의가 있습니다. 이 침입 벌이 어떤 전략을 사용하는지 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 그것이 이 곤충이 살아남기 위해 고군분투할 것인지, 아니면 번성하며 퍼져나가 현지의 경관을 재편할 것인지를 알려주기 때문입니다.

연구팀은 특정 침입자의 식습관을 밝혀내기 위해 조사에 착수했습니다. 바로 동아시아가 원산지이며 최근 유럽과 북미에 출현한 단독성 곤충인 거대 수지벌(giant resin bee)입니다. 이를 위해 연구진은 현대적인 기술인 DNA 메타바코딩(DNA metabarcoding)을 활용했습니다. 꽃가루 입자들이 서로 섞여 있고 모양이 비슷할 때 현미경으로 하나하나 식별하는 것이 어려운 작업임을 고려하여, 과학자들은 벌이 수집한 꽃가루에서 유전 물질을 추출했습니다. 고유한 DNA 서열을 읽음으로써, 연구진은 벌이 정확히 어떤 식물 종을 방문했는지 식별할 수 있었습니다. 연구진은 유럽 9개국, 미국 4개 주, 그리고 본래 서식지인 중국의 일부 샘플을 포함하여 벌과 그들의 둥지로부터 250개 이상의 샘플을 수집했습니다. 이 글로벌 조사를 통해 연구진은 벌이 무엇을 먹는지뿐만 아니라, 사는 곳에 따라 식습관이 어떻게 변하는지도 확인할 수 있었습니다.

결과는 매우 다른 두 가지 식단의 이야기를 보여주었습니다. 동아시아의 본래 서식지에서 이 곤충은 다양한 종류의 식물을 방문하는 일반주의자(generalist)처럼 행동했습니다. 이러한 유연성은 성공적인 침입자들에게서 전형적으로 나타나는 특징으로, 새로운 환경에 적응할 수 있게 해줍니다. 그러나 유럽에서의 양상은 극적으로 변했습니다. 유럽에서 거대 수지벌은 단 한 종류의 나무, 즉 일본 탑나무(Japanese pagoda tree)에 대한 현저한 선호도를 보였습니다. 유럽 샘플에서는 이 한 종류의 나무가 식단을 지배했으며, 수집된 꽃가루의 대다수에 나타났습니다. 일부 지역에서는 거의 모든 샘플이 이 나무의 꽃가루만 포함하고 있었습니다. 연구진은 이 나무가 유럽의 도시, 공원, 심지 even 도로변에 관상용으로 널리 심겨 있다는 사실을 발견했습니다. 이 나무는 계절이 늦게 무르익어 다른 꽃들이 시들어갈 때도 믿을 만한 먹이원을 제공합니다. 데이터는 이 외래 식물의 광범위한 식재가 의도치 않게 거대 수지벌이 유럽에 발판을 마련하는 데 도움을 주었으며, 벌과 나무가 새로운 땅에서 서로의 존재를 지지하는 상황을 만들었음을 시사합니다.

반면, 북미의 벌들은 다른 패턴을 보였습니다. 그들 역시 다양한 식물을 방문했지만, 일본 탑나무에 의존하지는 않았는데, 꽃가루 샘플에서 이 나무는 검출되지 않았습니다. 대신 북미의 벌들은 스스로가 침입 식물로 간주되는 일부 식물을 포함하여, 토착 식물과 외래 식물이 섞인 식단으로 섭취했습니다. 연구는 벌이 쥐꼬리풀(purple loosestrife)과 같은 식물을 방문하는 구체적인 상호작용을 확인했는데, 이는 미국에서 나타나는 현상이며, 미국과 스위스 남부 모두에서 발견된 칡(Pueraria montana)도 포함됩니다. 이들은 공격적으로 퍼져나가 현지 생태계에 해를 끼칠 수 있는 식물들입니다. 연구진은 침입 곤충이 침입 식물을 방문할 때, 두 종의 확산을 돕는 피드백 루프가 형성될 수 있으며, 이를 '침입적 붕괴(invasional meltdown)'라고 부른다고 언급했습니다. 이 연구가 해당 벌이 이러한 식물 확산의 유일한 원인임을 증명한 것은 아니지만, 증거는 이 벌이 꽃가루를 효율적으로 옮김으로써 식물의 성공을 촉진하고 있음을 강력하게 시사합니다.

연구진은 또한 벌의 식단이 각자의 둥지 내에서 얼마나 일관적인지도 살펴보았습니다. 유럽의 경우, 일관성이 극도로 높았습니다. 같은 도시, 혹은 심지어 같은 동네에 사는 벌들은 거의 독점적으로 동일한 종류의 일본 탑나무 꽃가루를 가져왔습니다. 이는 벌들이 사설 정원이나 공공 공원 등 서로 다른 환경에서 둥지를 틀고 있고 주변에 다른 나무들이 있음에도 불구하고 마찬가지였습니다. 미국에서는 둥지마다 식단이 더 다양했으며, 이는 해당 지역에 존재하는 식물들의 차이를 반영했습니다. 또한 연구는 유럽의 벌들이 자신들의 고향인 동아시아에서 유래한 식물들을 높은 비율로 섭식하고 있다는 점을 강조했습니다. 이는 벌이 유럽에 외래종이라 할지라도 자신이 "알던" 식물에 집착하고 있다는 아이디어를 뒷받침합니다.

궁극적으로, 이 논문은 침입에 관한 복잡한 그림을 그려냅니다. 거대 수지벌은 단순히 한 가지만 먹는 전문가도 아니고, 그렇다고 완전히 무작위로 먹는 존재도 아닙니다. 이들은 이용 가능한 자원에 따라 행동을 조절하는 기회주의적 채집자입니다. 유럽에서 이들은 널리 심어진 관상용 나무라는 형태의 거대하고 신뢰할 만한 먹이원을 발견했으며, 이는 이들의 빠른 확산을 도운 것으로 보입니다. 북미에서 이들은 다른 침입 식물을 포함한 더 넓은 범위의 자원을 활용하고 있습니다. 연구 결과는 우리가 도시에서 어떤 나무를 심을지에 대한 인간의 결정이 야생 동물에게 실질적인 결과를 초래한다는 점을 시사합니다. 외래종을 대량으로 심음으로써, 우리는 침입 곤충이 번성하기에 이상적인 조건을 만들어 줄 수 있습니다. 연구진은 외래종의 대량 식재보다는 다양한 토착 식물에 초점을 맞춘 도시 녹지 관리가 침입 폴리네이터(꽃가로 매개자)의 확산을 방지하고 이미 그곳에 있는 토착 벌과 식물을 보호하는 데 도움이 될 수 있다고 결론짓습니다. 이 연구는 침입 벌이 실제로 무엇을 먹는지에 대한 첫 번째 글로벌 조사를 수행함으로써, 침입자에 대한 막연한 우려를 그와 식물 사이의 관계에 대한 명확한 이해로 바꾸어 놓았습니다.