겨울잠 자는 호박벌 여왕, 물속에서 8일간 생존 가능

동면 중인 호박벌 여왕벌을 차가운 물속에 8일 연속으로 담가두어도 죽지 않는다. 대신 이 벌들은 기묘한 생리학적 연옥 상태에 빠져, 체조직에 젖산이 조용히 차오르는 동안 낮은 수준의 이산화탄소를 꾸준히 배출한다.

여왕벌이 한여름과 다음 여름 사이 유일한 생물학적 가교 역할을 하는 종에게 이러한 숨겨진 수중 인내력은 매우 중요한 생명줄이다. 대부분의 호박벌 군집은 가을에 죽고, 짝짓기를 마친 여왕벌만이 얕은 토양 속에 몸을 숨겨 겨울을 난다. 겨울철 불규칙한 비와 눈, 갑작스러운 봄철 홍수가 점점 빈번해지는 상황에서, 침수된 굴에서 살아남는 여왕벌의 능력은 봄이 왔을 때 지역 생태계의 수분을 담당할 개체군이 존재할 수 있을지를 결정짓는 핵심 요소다.

침수된 굴의 생리학적 대가

Proceedings of the Royal Society B에 발표된 이 발견은 실험실의 우연한 사고에서 시작되었다. 연구원 Sabrina Rondeau가 살충제 실험을 하던 중 결로 현상으로 인해 토양이 담긴 시험관 몇 개가 예기치 않게 침수되었고, 그 안에 있던 동면 중인 여왕벌들이 완전히 물에 잠긴 것이다. 이들이 생존하자 연구 방향은 겨울철 굴과 유사한 환경인 차갑고 어두운 챔버에서 의도적이고 통제된 침수를 수행하는 것으로 전환되었다.

생리학적 데이터에 따르면 이 곤충들은 물속에 잠겼을 때 단순히 기능을 멈추지 않는다. 대신 이들은 산소 부족 상태에서 살아남기 위해 혐기성 대사 경로에 크게 의존하면서도 최소한의 유산소 호흡을 유지한다. 그 결과로 축적된 젖산은 공짜가 아니다. 물 밖으로 나온 여왕벌들은 최대 3일 동안 대사율이 급격히 치솟는 현상을 보였는데, 이는 홍수에서 살아남기 위해 지불해야 하는 에너지적 청산 비용이다.

밝혀지지 않은 메커니즘과 실험실의 한계

침수된 곤충이 정확히 어떤 방식으로 물속에서 기체 교환을 하는지는 여전히 밝혀지지 않았다. 연구진은 물리적 메커니즘보다는 대사 화학 지표에 집중했기에, 여왕벌이 몸 표면에 갇힌 미세한 공기막에 의존하는지, 기문 조절을 변화시키는지, 아니면 피부를 통한 기체 확산을 이용하는지는 불분명하다.

또한 깨끗한 실험실 환경의 침수와 자연적인 홍수 사이에는 큰 차이가 있다. 실제 겨울 토양은 온도가 변하고 화학적 성분이 바뀌며, 남아있는 산소를 두고 경쟁하는 굶주린 미생물 군집이 존재하는 복잡한 기질이다. 이번 연구는 특정 호박벌 분류군을 대상으로 진행되었기에, 이 특성이 다양한 기후에 서식하는 모든 Bombus 속 종들에게 동일하게 적용된다고 가정하는 것은 생태학적으로 큰 비약일 수 있다.

생물학적 한계를 앞지르는 토지 이용

생리학적 안전 마진은 여왕벌이 일단 굴을 가지고 있을 때만 의미가 있다. 이러한 실험실에서의 회복력은 전통적인 월동 미세 서식지가 일상적으로 포장되거나, 깊이 갈아엎어지거나, 중장비에 의해 다져지는 농업 정책 및 토지 관리와 직접적으로 맞물려 있다.

게다가 여왕벌이 며칠간의 혐기성 스트레스를 견디고 이후 대사적 청산 비용을 지불할 수 있는 능력은 전적으로 겨울 전의 지방 비축량에 달려 있다. 서식지 손실로 가을철 먹이 활동이 제한되거나 동면 전 살충제 노출로 인해 지질 축적이 방해받는다면, 그 수중 인내력은 빠르게 무너질 수 있다.

진화는 호박벌 여왕에게 홍수가 잦은 세상에 대비한 인상적인 완충 장치를 부여했다. 하지만 일주일 동안 숨을 참을 수 있는 곤충이라 할지라도 결국에는 앉을 수 있는 마른 땅이 필요하다.

출처

• Proceedings of the Royal Society B