열을 감지하는 딱정벌레는 적외선으로 빛나는 식물에 이끌립니다.
수분 매개자의 더듬이는 열화상 카메라처럼 작용하여 자체 발열하는 식물을 감지합니다.
2025년 12월 11일오후 2시 40분 (미국 동부시간)에릭 스톡스타드 지음
로팔로트리아 푸르푸라세아
식물은 오랫동안 수분 매개자를 유인하기 위해 화려한 꽃을 피워 왔지만, 세상이 항상 이렇게 다채로웠던 것은 아닙니다. 꽃이 피어나고 최초의 벌과 나비가 날아다니기 훨씬 전, 소철류라고 불리는 야자수와 비슷한 식물은 곤충에게 다른 종류의 유인책을 제공했습니다. 바로 열을 발생시켜 딱정벌레 수분 매개자를 유인하는 열 신호 역할을 하는 솔방울이었습니다.
최근 과학자들은 딱정벌레가 더듬이에 있는 미세한 적외선 센서로 이러한 신호를 감지한다는 사실을 발견했습니다 . 이번 연구에 참여하지 않은 코넬 대학교의 화학 생태학자 로버트 라구소는 오늘 과학 저널 '사이언스'에 발표된 이번 연구 결과가 식물과 수분 매개체의 상호작용 방식을 새롭게 조명한다는 점에서 "매우 흥미롭다"고 평가했습니다. 세인트루이스 워싱턴 대학교의 진화 생물학자 수잔 레너는 이번 연구가 적외선이 딱정벌레 수분 매개체를 유인한다는 주장을 "매우 설득력 있게" 뒷받침한다고 덧붙였습니다.
식물은 열을 발생시키는 능력을 약 12배까지 진화시켜 왔는데, 항상 생식 기관에서 이러한 현상이 나타납니다. 그 열은 상당할 수 있습니다. 동부 스컹크 양배추는 늦겨울에 수분 매개자를 유인하기 위해 온도를 30°C 이상 높입니다. 하버드 대학교의 진화 생물학자인 나오미 피어스는 적외선 카메라로 밤에 소철을 처음 관찰했던 순간을 떠올립니다. "소철 열매는 마치 등대 같았어요."라고 그녀는 말합니다. "저에게는 정말 놀라운 경험이었죠."
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피어스는 이후 박사 과정 학생인 웬디 발렌시아-몬토야에게서 뜻이 맞는 친구를 찾았습니다. 발렌시아-몬토야는 콜롬비아 현장 조사 중 소철 열매에 이끌리는 딱정벌레를 목격하고 소철에 매료되었습니다. 그녀가 딱정벌레가 수분 매개자 역할을 하는 것을 본 것은 그때가 처음이었습니다. 발렌시아-몬토야는 "정말 멋진 경험이었어요. 수분이 벌과 꽃에만 국한된 것이 아니라는 사실을 다시금 깨닫게 해줬죠."라고 말합니다.
발렌시아-몬토야는 박사 연구를 위해 처음에는 많은 소철 종이 솔방울을 어떻게 가열하는지 알아보고자 했습니다. 그녀는 야생과 식물원에서 자생하는 18종의 소철에서 온도를 측정했고, 그 결과 솔방울 온도가 주변보다 최대 8°C까지 높아지는 것을 확인했습니다.
다음으로, 발렌시아-몬토야는 플로리다의 한 식물원에서 실험을 진행했습니다. 그녀는 수컷 또는 암컷 소철( Zamia furfuracea )이 담긴 화분을 서로 50미터 간격으로 배치했습니다. 그런 다음, 이 종의 꽃가루받이를 하는 딱정벌레( Rhopalotria furfuracea )를 채집하여 염료를 묻힌 후, 딱정벌레들이 솔방울에 이끌린다는 사실을 확인했습니다. 특히, 딱정벌레들은 솔방울의 가장 따뜻한 틈새를 찾아다녔습니다.
딱정벌레가 소철에서 방출되는 강한 향에 이끌린다는 것은 오랫동안 알려진 사실입니다 . 이러한 효과를 제어하기 위해 발렌시아-몬토야는 소철과 유사한 원뿔 모양의 모형을 3D 프린터로 제작하여 가열했습니다. 딱정벌레는 따뜻한 원뿔에 이끌려 온도가 오르내리는 것에 따라 왔다 갔다 했습니다. 인공 원뿔을 통해 발렌시아-몬토야는 딱정벌레가 단순히 주변의 따뜻한 공기가 아니라 적외선 복사열에 특이적으로 끌린다는 것을 보여주었습니다.
그녀는 전자 현미경을 사용하여 딱정벌레 더듬이 끝에 신경 세포가 있다는 것을 발견했습니다. 밀리미터 크기의 딱정벌레에서 잘라낸 더듬이를 연구하면서(너무 정밀한 작업 때문에 커피 마시는 것도 포기해야 했습니다) 신경 세포가 열에 반응한다는 것을 알아냈습니다. 신경 세포 내의 RNA는 모기와 뱀에서 적외선 감지에 관여하는 것으로 알려진 TRPA1 이라는 유전자의 활동을 보여주었습니다. 발렌시아-몬토야는 TRPA1을 차단하는 분자로 더듬이 끝을 코팅하자 딱정벌레가 따뜻한 곳에 끌리지 않는다는 것을 발견했습니다.
딱정벌레는 방출되는 열만으로 소철 종을 구별할 수 있습니다. Pharaxonotha floridana 의 더듬이는 자신이 선호하는 수분 대상인 Zamia integrifolia 의 솔방울 온도 범위에 더 강하게 반응하는 반면, R. furfuraceae의 더듬이는 숙주 식물( Z. furfuracea ) 의 더 따뜻한 솔방울에 더 많이 반응했습니다 . 발렌시아는 또한 Zamia 소철에서 수꽃방울이 암꽃방울보다 약 3시간 먼저 최고 온도에 도달한다는 사실을 알아냈습니다. 이는 소철이 딱정벌레가 수꽃방울의 꽃가루를 암꽃방울로 옮겨 수정시키도록 유도한다는 것을 시사합니다. 이번 연구에 참여하지 않은 유타 대학교의 행동 생태학자 아이린 테리는 "이렇게 상세하고 철저한 수분 시스템 연구는 본 적이 없는 것 같다"고 말했습니다.
흥미롭게도, 열을 감지하는 이 두 딱정벌레는 다른 곤충 수분 매개자에 비해 색각이 비정상적으로 떨어지는데, 이는 이들이 시각으로 식물을 식별할 필요성이 덜할 수 있음을 시사합니다. 하버드 대학교의 수석 저자인 니콜라스 벨로노는 "이것은 이 수분 매개자들이 세상을 얼마나 다르게 바라보는지 보여주는 훌륭한 사례입니다."라고 말합니다.
캠브리지 대학교의 식물 과학자 베벌리 글로버와 알렉스 웹은 과학 저널 '사이언스 '에 발표한 논평 에서 수분 매개체가 적외선을 이용해 소철류를 찾아낸다는 사실이 꽃식물에 비해 소철류의 다양성이 낮은 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 추측했습니다 . 적외선은 색깔보다 훨씬 활용도가 낮은 신호이기 때문에 소철류가 특정 수분 매개체와 독점적인 관계를 맺기가 더 어렵다는 것입니다.
글로버와 웹은 "야행성 곤충 집단이 지닌 단일 수용체에 의해서만 감지될 수 있는 신호를 진화시킴으로써 곤충 수분에 의존하는 소철류는 종 분화의 기회를 제한했을지도 모른다"고 썼다. "소철류와 딱정벌레 사이의 달빛 아래서의 상호작용은 소철류의 진화적 방산을 제한하는 결과를 초래했을 수도 있다."