곤충과 밤의 빛에 관한 수천년 된 미스터리가 마침내 풀렸습니다.

과학자들은 곤충이 밤에 광원을 등지고 있다는 사실을 발견했는데, 이는 인공 조명이 곤충의 자연스러운 항해를 방해한다는 것을 암시하는 행동입니다. 고속 카메라 영상을 기반으로 한 이 발견은 오랜 믿음에 도전하고 인공 조명이 곤충 행동과 보존에 미치는 영향을 강조합니다.

밤에 코스타리카의 구름 숲에서 국제 과학자들로 구성된 소규모 팀이 불을 켜고 기다렸습니다. 곧 크고 작은 곤충들이 어둠 속에서 내려왔습니다. 각 날개에는 깜박이지 않는 눈과 비슷한 반점이 있는 나비입니다. 반짝이는 갑옷을 입은 딱정벌레. 그는 날아간다. 한때는 사마귀도 있었습니다. 그들 각자는 마치 보이지 않는 실로 연결된 것처럼 램프 주위에서 똑같은 최면에 걸리고 현기증 나는 춤을 추었습니다.

이러한 현상이 그들에게 새로운 것은 아니었음에도 불구하고 연구자 그룹 사이에는 흥분이 퍼졌습니다. 차이점은 이제 그들이 빠르고 열광적인 궤도를 포착할 수 있는 정교한 기술과 고속 카메라를 보유하고 있어 수백 마리의 곤충의 추적하기 어려운 움직임을 매핑하고 빛을 둘러싼 익살스러운 행동의 이유를 둘러싼 비밀을 발견할 수 있다는 것입니다. 밤에.

연구 프로젝트는 영화에서 사용되는 것과 같은 곤충 크기의 모션 캡처 영역을 갖춘 Fabian이 작업하는 Lin의 연구실에서 시작되었습니다. 크레딧: Sam Fabian

곤충 행동 탐지

데이터에서 놀라운 세부 사항이 드러났습니다. 비행하는 동안 곤충은 인공 광원을 향해 등을 대고 있었습니다.

최근 플로리다 국제 대학교에서 생물학 박사 학위를 취득한 Yash Sondhi는 “슬로우 모션 비디오를 보고 그 일이 계속해서 반복되는 것을 보게 됩니다”라고 말합니다. 플로리다 자연사 박물관의 대학원생이자 현재 박사후 연구원입니다. “아마 사람들이 현관 조명이나 가로등 주변에서 그것을 발견하면 곧바로 날아가는 것처럼 보일 수도 있지만 사실은 그렇지 않습니다.”

이전에 문서화되지 않았던 이 행동은 저널에 게재되었습니다. 네이처커뮤니케이션즈이는 새로운 설명을 제공하고 빛이 곤충을 비활성화한다는 사실을 확인하는 동시에 보존 문제에 대한 새로운 시각도 제공합니다.

많은 나방과 잠자리의 등에 작은 L자형 태그를 붙여서 빛 주위를 날 때 3차원 공간에서 어떻게 구르고 회전하고 이동하는지에 대한 데이터도 수집했습니다. 크레딧: Sam Fabian

수백만 년에 걸쳐 곤충은 자신이 볼 수 있는 가장 밝은 것, 즉 하늘에 의존하여 비행 능력을 갖추도록 진화했습니다. 오늘날 조명 세계는 본능을 루프에 빠뜨립니다. 곤충들은 자신들이 발견한 사기꾼 “하늘”이 진짜 하늘이라고 믿고 방향을 유지하려는 지친 주기에 갇히게 됩니다. 서투른 조작과 가끔 빛에 정면 충돌을 일으키는 것은 쓸데없는 노력입니다.

중력, 비행 및 인공 조명

모든 동물에게는 중력에 대한 올바른 이해가 필수입니다.

특히 인간 조종사가 수행하는 작업을 초과할 수 있는 비행 작업을 수행하는 곤충과 같은 비행하는 곤충입니다. 비행할 때 너무 빠른 가속을 느끼기 때문에 중력 감지가 불안정해집니다. 밤에도 공중에서 통제력을 유지하면서 방향을 바꾸고 탐색해야 할 방향을 알기 위해서는 하늘이 필요합니다. 그러나 인공 조명은 이 시스템을 혼란스럽게 만듭니다.

Sondhi는 2017년 플로리다 국제 대학의 생물학 조교수인 Jamie Theobald의 연구실에 합류하면서 곤충의 시각, 빛, 비행 사이의 점을 연결하기 시작했습니다.

그러나 그가 곤충 비행 및 감각 시스템 분야의 전문가 그룹을 발견했을 때 작업이 실제로 시작되었습니다. 이들은 대량의 3D 비행 데이터를 수집하고 연구하여 무엇이 밝혀졌는지 확인하기로 결정했습니다.

곤충들은 밤하늘과 구별할 수 없을 만큼 등불을 등지고 인공 광원 주위로 복잡한 원을 그리며 날아갑니다. 크레딧: Sam Fabian

선구적인 발견과 미래 고려 사항

이 그룹에는 Sundy와 Theobald, 그리고 Sam Fabian과 Huai Ti Lin이 포함되었습니다. 임페리얼 칼리지 런던코스타리카 몬테베르데 국제교육교류협의회의 파블로 알렌(Pablo Allen).

연구 프로젝트는 영화에서 사용되는 것과 같은 곤충 크기의 모션 캡처 영역을 갖춘 Fabian이 작업하는 Lin의 연구실에서 시작되었습니다.

출처: 플로리다 박물관

많은 나방과 잠자리의 등에 작은 L자형 태그를 붙여서 빛 주위를 날 때 3차원 공간에서 어떻게 구르고 회전하고 이동하는지에 대한 데이터도 수집했습니다.

“첫 번째 실험 중 하나에서는 날개 아래에 있는 커다란 노란 나비를 내 손에서 떼어 UV 램프 바로 위로 날아가게 했더니 즉시 뒤집어졌습니다.”라고 그는 말했습니다. “하지만 당시에는 실험실에서 보고 측정한 행동이 야생에서도 나타날 수 있는지 여부는 알 수 없었습니다.”

작은 곤충에 추적기를 부착하려면 인내, 손재주 및 연습이 필요합니다. 출처: Jeff Gage의 플로리다 박물관 사진

내셔널 지오그래픽 자금 지원을 통해 팀은 카메라를 가지고 다양한 곤충이 풍부한 국가인 코스타리카를 여행할 수 있었습니다.

전체적으로 그들은 11개 이상의 곤충 목을 다루는 477개 이상의 비디오를 수집한 다음 컴퓨터 도구를 사용하여 비행 경로를 따라 지점을 3D로 재구성했습니다. 모션 캡처 데이터와 결합하여 연구원들은 모든 것을 알아냈습니다. 나누다 사실, 그들은 빛에 노출되었을 때 실험실의 커다란 노란색 날개처럼 거꾸로 뒤집혔습니다.

야생에서 그들의 이론을 테스트하기 위해 팀은 코스타리카의 Estación Biológica Monteverde로 여행하여 열대 우림 캐노피 아래에 조명을 설치했습니다. 크레딧: Yash Sondhi

“이것은 선사 시대의 질문이었습니다. 초기 저술에서는 사람들이 불 주변에서 이것을 알아차렸습니다.”라고 Theobald는 말했습니다. “이런 일이 일어난 이유에 대한 우리의 모든 추측은 잘못된 것으로 판명되었으므로 이것은 확실히 제가 지금까지 한 프로젝트 중 가장 멋진 프로젝트입니다. 일부였습니다.”

이 연구는 빛이 곤충을 비활성화한다는 사실을 확인하는 동시에 빛의 방향도 중요하다는 점을 시사합니다. 최악의 경우는 상향등이나 전구만 있는 경우입니다. 덮개 또는 차폐는 곤충에 대한 부정적인 영향을 상쇄하는 데 핵심이 될 수 있습니다.

곤충을 가장 괴롭히는 빛은 위쪽을 향하는 전구와 그늘이 없는 전구에서 나옵니다. 덮개 또는 차폐는 곤충에 대한 부정적인 영향을 상쇄하는 데 핵심이 될 수 있습니다. 크레딧: Sam Fabian

팀은 또한 차가운 색상과 따뜻한 색상이 서로 다른 효과가 있는 것처럼 밝은 색상에 대해서도 생각합니다. 물론 빛에 대한 끌림과 그렇게 먼 거리에서 빛이 어떻게 나타나는지에 대해서는 여전히 설명할 수 없는 미스터리가 남아 있습니다.

Sondhi는 “이전에 왜 그런 질문을 할 수 없고 그런 질문은 의미가 없다는 말을 들었습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리의 인내와 적절한 사람 찾기를 통해 우리 중 누구도 실제로 생각하지 못했던 답을 찾았습니다. 하지만 이는 빛이 곤충 개체수에 어떤 영향을 미치는지에 대한 인식을 높이고 곤충에게 도움이 될 수 있는 변화를 알리는 데 매우 중요합니다.”

참고: “날아다니는 곤충이 인공 조명 아래서 모이는 이유”(Samuel T. 파비안, 야쉬 손디, 파블로 E. 앨런, 지미 C. Theobald, Huai Ti Lin, 2024년 1월 30일, 네이처커뮤니케이션즈.
도이: 10.1038/s41467-024-44785-3