오염된 꽃은 수분 매개자에게 인기가 없다

옅은 노란색 앵초꽃에 수분을 공급하는 흰색 줄무늬 스핑크스 나방 [사진=Ron Wolf/University of Washington]

대기 오염으로 인한 피해는 광범위하고 우리에게 잘 알려져 있다. 인간 활동에 의해 생성된 화학 물질은 대기 중에 열을 가두고 바다의 화학을 변화시키며 수많은 방식으로 인간의 건강에 해를 끼칠 수 있다.

8일자 국제학술지 '사이언스(Science)'에 실린 새로운 연구에 따르면 대기 오염이 꽃을 수분 매개 곤충에게 덜 매력적으로 만들 수 있다고 한다. 연구자들은 밤의 도시 공기에 퍼져있는 질산염 라디칼(nitrate radical)이라는 화합물이 연한 노란색의 앵초(primrose) 꽃이 발산하는 향기를 심각하게 저하시켜 매 나방의 방문을 줄인다고 밝혔다.

이러한 감각 공해는 식물의 번식을 방해하고 인간을 포함한 많은 종(種)의 먹이가 되는 열매 생산을 감소시키는 등 광범위한 영향을 미칠 수 있다. 또한 꽃꿀에 의존하여 생계를 유지하고 있는, 이미 전 세계적으로 감소하고 있는 수분 매개체를 위협할 수도 있다.

미국 워싱턴대의 대기화학자이자 이번 연구의 저자인 조엘 손튼(Joel Thornton)은 "우리는 인간이 대기 오염에 노출되는 것에 대해 많이 걱정하지만, 같은 오염 물질에 노출된 다른 생명체도 존재한다"며 "우리는 대기 오염의 영향이 얼마나 깊은지 이제 막 밝혀내고 있다"고 말했다.

이 프로젝트는 손튼 박사와 그의 동료인 워싱턴대 감각 신경생물학자이자 생태학자인 제프 리펠(Jeff Riffell), 그리고 현재 이달리아 나폴리대의 연구원으로 재직 중인 박사 과정 학생 제레미 찬(Jeremy Chan)이 주도했다.

워싱턴 동부에서 현장 실험을 진행하고 있는 수석 저자 제레미 챈. [사진=Jeremy Chan/University of Washington]

워싱턴 동부에서 현장 실험 중 앵초 꽃이 피어나고 있다. [사진=Jeremy Chan/University of Washington]

이 연구는 밤에 섬세한 꽃이 피는 식물인 옅은 앵초 꽃에 초점을 맞춰 진행됐다. 이 식물의 주요 수분 매개자에는 냄새를 감지하는 더듬이가 매우 예민한 매 나방이 있다. 리펠 박사는 "매 나방은 화학적 민감도 면에서 개와 비슷하다"고 말한다.

꽃의 향기는 많은 화학적 화합물을 포함하는 복잡한 후각의 꽃다발이라 할 수 있다. 과학자들은 앵초 향의 성분을 확인하기 위해 꽃에 비닐봉지를 씌워 향기로운 공기 샘플을 채취했다. 연구팀은 실험실에서 이 샘플을 분석한 결과 22가지 화학 성분을 확인했다.

그런 다음 과학자들은 나방이 이러한 향기 화합물에 노출되었을 때 나방 더듬이의 전기적 활동을 기록했다. 그 결과 나방이 특히 모노테르펜(monoterpenes)이라는 화합물 그룹에 민감하다는 사실을 발견했는데, 이 화합물은 침엽수가 상록수의 싱그러운 냄새를 내는 데 도움이 된다.

연구진은 이 매력적인 향기를 사용하여 자체적으로 시뮬레이션한 앵초 향을 만들었다. 그런 다음 화석연료 연소로 생성된 오염 물질이 대기에 유입될 때 형성될 수 있는 오존과 질산염 라디칼을 첨가했다. 햇빛이 있을 때 형성되는 오존은 낮에 풍부한 반면, 햇빛에 의해 분해되는 질산염 라디칼은 밤에 더 우세하다.

과학자들은 먼저 앵초 향에 오존을 첨가하고 두 가지 주요 모노테르펜의 농도가 약 30% 감소하는 등 화학적 분해를 관찰했다. 그 다음에는 질산염 라디칼을 첨가했는데, 이 물질은 훨씬 더 해로운 것으로 판명되어 나방 유인 물질을 원래 수준보다 84%까지 감소시켰다. "거의 완전히 사라졌다"고 손튼 박사는 말했다.

담배 매 나방이 차량 배기가스로 오염된 공기 속에서 꽃을 찾아 이동하고 있다. [사진=Floris Van Breugel/University of Washington]

과학자들은 두 종의 매 나방에 미치는 영향을 평가하기 위해 풍동(wind tunnel) 한쪽 끝에 가짜 앵초 향을 내는 가짜 꽃을 배치했다. 다른 쪽 끝에서 방출된 나방은 종종 꽃으로 향하는 길을 찾았다.

하지만 가짜 꽃이 질산염 라디칼에 의해 분해된 향기를 내뿜자 나방들은 흔들렸다. 담배 매 나방의 꽃 방문률은 50% 감소한 반면, 흰줄 스핑크스 나방은 더 이상 꽃을 방문하지 않았다. 연구진은 오존만 추가했을 때는 나방의 행동에 아무런 영향을 미치지 않았다고 밝혔다.

과학자들은 앵초 식물에 인공 꽃을 놓아 야생에서 이러한 결과를 재현했다. 연구진은 오염으로 인해 분해된 향기를 발산하는 꽃은 온전한 향기를 발산하는 꽃보다 하룻밤 동안 매 나방의 방문이 70% 더 적었다고 밝혔다. 이러한 감소는 앵초 수분을 감소시켜 열매 생산량을 크게 줄일 수 있다고 결론지었다. 리펠 박사는 "화학적 환경이 이러한 생태계를 형성하는 데 매우 중요한 역할을 하고 있다"고 말했다.

연구진은 이 문제가 매 나방과 앵초를 넘어선다고 생각하고 있다. 많은 수분 매개체는 꽃 냄새에서 흔히 볼 수 있는 모노테르펜에 민감하다. 연구진은 컴퓨터 모델링을 사용하여 전 세계 많은 도시에서 산업화 이전 시대 이후 오염으로 인해 향기 감지 거리가 75% 이상 감소했다고 계산했다.

자연은 산업화의 악영향으로 무뎌지고 있다.