La 화학 살충제를 대체할 지속 가능한 대안을 모색합니다. 이는 현대 농업이 직면한 주요 과제 중 하나입니다. 수년간 살충제와 제초제를 집중적으로 사용해 온 덕분에 증가하는 세계 인구를 먹여 살릴 수 있었지만, 동시에 물, 생물 다양성, 그리고 인간 건강에 심각한 악영향을 남겼습니다. 따라서 작물 생산성을 유지하면서 이러한 물질에 대한 의존도를 줄일 수 있는 기술은 큰 관심을 받고 있습니다.
그러한 맥락에서, 진동과 초음파를 이용한 해충 방제 진동 신호는 한때 과학적 호기심의 대상이었지만, 이제는 통합 해충 관리의 실질적인 도구로 자리 잡았습니다. 곤충의 번식 신호를 모방하는 장치부터 천적의 존재를 시뮬레이션하는 초음파 발생기에 이르기까지, 최근 연구는 화학 약품을 살포하지 않고도 해충을 유인하거나 혼란시키거나 쫓아내는 방식으로 해충의 "언어"를 이해하는 것이 가능하다는 것을 보여주고 있습니다.
농업이 살충제 대체재를 찾는 이유는 무엇일까요?
La 현대의 집약적 농업은 필연적으로 환경에 해로운 영향을 미칩니다.이는 잡초, 곤충, 곰팡이, 소형 포유류 등 경쟁자를 제치고 단일 재배종을 우대하는 데 기반을 두고 있기 때문입니다. 기계화와 헥타르당 생산량 증대의 필요성으로 인해 손쉬운 해결책은 살충제였고, 수십 년 동안 살충제는 풍작을 보장하는 데 필수적인 요소였습니다.
하지만 이러한 물질의 광범위한 사용은 다음과 같은 문제를 야기했습니다. 매우 심각한 환경 및 건강 문제지하수 오염, 꿀벌과 호박벌 같은 수분 매개자를 포함한 비표적 동물군에 대한 피해, 많은 해충의 내성 발생, 그리고 노출된 사람들의 건강 위험. 이는 전형적인 양날의 검과 같습니다. 식량 생산에 도움이 되지만, 동시에 우리에게 해를 끼칠 수도 있습니다.
이러한 상황이 발전을 촉진했습니다. 생물학적 해결책 생물비료와 생물살충제와 같은 것들이러한 방법들은 해충과 경쟁하거나 해충을 공격하는 미생물이나 유익한 곤충을 기반으로 합니다. 이러한 방법들은 상당한 진전을 나타내지만, 특히 집약적인 농업 시스템에서는 효과를 잃지 않고 농약을 완전히 대체할 수는 없습니다.
따라서 다음과 같은 혁신적인 전략에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 진동을 이용한 해충의 물리적 또는 행동적 방제이는 곤충의 의사소통을 방해하거나 포식자의 존재를 모방하여 환경에 독성 잔류물을 남기지 않고 피해를 줄이는 데 도움이 됩니다.
해충 의사소통에서 진동과 초음파의 역할
많은 농작물 해충들이 이용합니다 진동 및 음향 신호 방향을 찾거나, 짝을 찾거나, 포식자를 감지하기 위해 의사소통을 합니다. 어떤 종은 식물의 줄기와 잎을 통해 전달되는 진동으로 의사소통을 하는 반면, 다른 종은 인간에게는 들리지 않지만 다른 동물에게는 완벽하게 인식되는 초음파를 공기 중으로 방출하여 의사소통합니다.
의 경우 곡물을 빨아먹는 벌레콩, 옥수수, пшеница, 그리고 강낭콩의 주요 해충들은 두 가지 시스템을 결합하여 사용하는 것으로 나타났습니다. 즉, 최대 약 100미터의 장거리에서는 다음과 같은 시스템을 사용합니다. 페로몬 잠재적 파트너를 유인하기 위해서입니다. 가까워지면 채널을 바꾸고 방송을 시작합니다. 식물을 통한 진동 신호 정확한 위치를 알려주는 메시지, 예를 들어 "내가 여기 있으니 내게로 와라"와 같은 메시지일 것입니다.
이러한 진동은 식물의 몸체를 통해 전달되며, 식물의 몸체는 진정한 매개체 역할을 합니다. 신호를 전달하는 자연적인 "케이블"흥미로운 점은 여러 암컷뿐 아니라 다른 수컷들도 동일한 신호에 반응할 수 있다는 것인데, 따라서 한 문화권 내의 "진동을 통한 소통"은 상당히 복잡할 수 있다.
다른 해충의 경우, 예를 들면 Spodoptera 속의 야행성 나방초음파는 핵심적인 역할을 합니다. 이 나비들은 박쥐의 흔한 먹이인데, 박쥐는 초음파 반향정위 덕분에 나비의 위치를 정확하게 파악합니다. 이에 박쥐는 다양한 음향 반응을 진화시켜 왔습니다. 박쥐의 초음파 탐지 능력을 교란시키기 위해 혹은 그들이 제때 그들의 존재를 감지하고 도망칠 수 있도록 돕기도 합니다. 다시 말해, 밤하늘에서는 말 그대로 "음향 전쟁"이 벌어지고 있는 것입니다.
이러한 통신 시스템을 이해함으로써 연구자들은 매우 강력한 아이디어를 제안할 수 있었습니다. 해충이 무엇을 듣고 어떻게 소통하는지 안다면우리는 그러한 신호를 모방하거나, 변경하거나, 차단하여 우리에게 유리하게 조작할 수 있는 장치를 만들 수 있습니다.
미세 진동을 이용해 빈대를 유인하는 브라질제 장치
진동을 이용한 해충 방제 분야에서 가장 주목할 만한 발전 중 하나는 브라질에서 나왔는데, 그곳의 한 연구팀이 이를 활용했습니다. 브라질 농업연구공사(Embrapa) 마토 그로소 주립대학교는 곡물을 빨아먹는 벌레들이 번식기에 사용하는 진동 신호를 재현할 수 있는 전자 장치를 개발했습니다.
이 기술은 수년간의 관찰을 바탕으로 합니다. 이 곤충들의 번식 행동과학자들은 짝을 찾을 때 동물들이 내는 진동의 특정 주파수를 분석하고, 현장의 덫에 부착하는 전자 프로토타입을 이용하여 이를 기록, 저장 및 제어된 방식으로 재현하는 데 성공했습니다.
이 덫은 두 가지 종류의 미끼를 결합한 것입니다. 합성 페로몬멀리서도 냄새로 빈대를 유인하는 장치와, 그 냄새를 모방한 작은 진동 장치가 있습니다. 정확한 진동 신호 곤충들은 이를 짝짓기 신호로 해석합니다. 그 결과, 곤충들이 작물 전체에 흩어지는 대신 덫에 모이게 되는 일종의 "잘못된 신호"가 발생합니다.
엠브라파 유전 자원 및 생명공학 반화학물질 연구소의 생물학자 라울 알베르토 라우만(Raúl Alberto Laumann)에 따르면, 복합적인 사용은 진동과 페로몬 이 방법은 빈대를 포획할 뿐만 아니라 해당 지역 내 해충 개체군의 밀도와 공간적 분포에 대한 매우 정확한 정보를 얻을 수 있도록 해줍니다.
현재 진행 중인 현장 시험에서 해당 장치가 장착된 덫은 대략 다음과 같은 위치에 설치됩니다. 5헥타르마다이후 각 지점에서 포획된 곤충의 수를 세고, 수학적 모델을 사용하여 작물 전체의 실제 해충 밀도를 추정합니다. 이러한 접근 방식을 통해 진동 트랩은 효과적인 해충 방제 도구가 됩니다. 정밀 모니터링 도구언제 어떻게 개입할지 결정하는 데 핵심적인 요소입니다.
진동을 이용한 빈대 방제의 장점 및 잠재력
빈대와 애벌레는 콩에 가장 큰 피해를 주는 해충 두 종류 그리고 다른 곡물 작물에도 영향을 미칩니다. 유전자 변형 식물과 곤충 병원성 미생물 등이 애벌레 방제에 사용되고 있지만, 노린재 방제는 여전히 화학 살충제에 크게 의존하고 있습니다. 따라서 환경과 인체 건강에 더 안전하고 자극이 덜한 대체 방법을 찾는 것은 전략적인 과제입니다.
브라질산 진동 기기는 바로 그 방향을 가리킵니다. 이 기기의 가장 큰 매력은 바로 그것이 다음과 같은 역할을 할 수 있다는 점입니다. 기존 살충제의 진정한 대안또는 적어도 통합 해충 관리 프로그램에 덫을 포함시켜 사용량을 크게 줄일 수 있습니다. 덫은 빈대 개체수를 모니터링하고 경제적 피해 임계값 이하로 줄이는 데 도움이 될 것입니다.
게다가 그것은 기술입니다. 대상 해충에 매우 특이적입니다.천적이나 수분 매개자 같은 유익한 곤충까지 죽일 수 있는 광범위 살충제와 달리, 진동과 페로몬은 이러한 신호를 인식하는 곡물 흡즙성 해충에게만 작용합니다. 따라서 유익한 곤충에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
엠브라파 연구팀이 발표한 예비 결과에 따르면, 합성 페로몬과 진동을 함께 사용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다. 들판에서 빈대의 발생을 확실히 줄인다 수많은 시험을 거치면서도 꿀벌이나 호박벌과 같은 유익한 곤충의 활동을 방해하지 않는다는 점이 중요합니다. 유엔식량농업기구(FAO)는 해충으로 인해 전 세계 농업 생산량이 최대 40%까지 감소할 수 있다고 추산하고 있는데, 이러한 상황에서 이 분야의 진전은 매우 중요합니다. 상당한 경제적 및 생태적 영향.
이 기술에 대한 특허는 2023년 말 브라질 국립산업재산권협회에 출원되었으며, 현재로서는 아직 시판되지 않았습니다.연구진은 생산량을 확대하고 이러한 장치를 농업 시장에 출시하기 위해 산업 파트너, 특히 자동 덫 개발에 전념하는 기업을 찾고 있습니다.
대규모 미세 진동 적용의 어려움
이 혁신에 대한 열광적인 반응에도 불구하고 몇 가지 우려 사항도 제기되었습니다. 대규모 실행 가능성에 대한 합리적인 의구심상파울루 대학교의 화학 생태학 및 곤충 행동 전문가인 곤충학자 호세 마우리시오 시모에스 벤토는 엠브라파의 연구, 특히 빈대가 사용하는 진동 주파수를 정확하게 식별한 점을 높이 평가합니다.
하지만 시모에스는 가장 큰 미지수가 무엇인지 지적합니다. 수십만 헥타르에 달하는 대규모 농장에서 이 시스템을 어떻게 적용할 수 있을까요?브라질의 콩 재배지가 그 예인데, 45만 헥타르가 넘는 면적에서 이러한 문제가 발생합니다. 충분한 수의 재배지에 장치를 설치하는 것은 비용이 많이 들고 물류적으로도 복잡하며, 기술 비용과 피해 감소 사이의 최적 균형점은 아직 명확하지 않습니다.
또 다른 중요한 기술적 측면은 다음과 같습니다. 빈대의 진동 통신은 식물을 통해 이루어집니다.공중으로 직접 쏘는 것이 아닙니다. 신호가 효과적으로 전송되려면 장치는 다음과 같은 조건을 충족해야 합니다. 식물에 연결되어 있음 또는 진동이 식물 조직 전체에 퍼지도록 하는 구조. 이는 다음과 같은 질문을 제기합니다. 트랩 하나당 장치 하나만 설치하면 충분할까요? 특정 식물에 부착해야 할까요? 작물 밀도에 따라 전파 방식은 어떻게 달라질까요?
라우만과 그의 팀은 다음과 같은 방법을 통해 이러한 과제들을 해결하고자 합니다. 수학적 모델의 사용 덫에 포획된 개체 수와 실제 해충 밀도를 연관시켜 각 식물에 장치를 설치할 필요성을 없앨 수 있습니다. 나아가, 이 기술을 다른 생물학적 방제 방법(예: 해충 방제)과 통합하는 방안을 제안합니다. 빈대 알 기생충이 곤충들은 해충의 알 속에서 먹이를 먹고 자라며, 해충의 개체수를 더욱 줄입니다.
포획된 곤충의 수를 세는 과정을 자동화하는 기술 개발이 진행 중인데, 이 기술이 진전된다면 진동식 곤충 포획기는 더욱 효율적인 도구로 변모할 수 있을 것이다. 통합 해충 관리의 핵심 도구농장의 각 구역별 빈대 발생 수준에 대해 거의 실시간으로 농부에게 알려주어 훨씬 더 정확하고 시기적절한 방제 결정을 내릴 수 있도록 합니다.
나방 및 기타 날아다니는 해충을 퇴치하는 초음파 장치
식물이 전달하는 진동 외에도, 또 다른 매우 활발한 연구 분야는 다음과 같습니다. 초음파를 이용하여 해충을 퇴치하는 방법최근 일본 연구팀이 미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표한 연구에 따르면, 딸기, 양파, 토마토 및 기타 여러 채소의 주요 해충인 스포도프테라(Spodoptera) 속 나방에 대해 특히 유망한 결과를 보였습니다.
나고야 대학의 나카노 료 연구원의 지도 하에 실험이 진행되었습니다. 딸기와 양파 밭과 온실 원통형 초음파 방출기가 설치되어 360도 방향으로 소리를 방출할 수 있었습니다. 이 장치들은 야행성 나방의 천적인 박쥐가 방출하는 초음파를 모방한 것이었습니다.
과학자들은 정밀하게 조정하는 데 집중했습니다. 초음파 신호의 지속 시간, 주파수 및 강도 최대의 방제 효과를 얻기 위해, 실험 결과 해질녘부터 새벽까지(나방의 활동 시간대) 장치를 작동시켰을 때 암컷의 비행이 현저히 감소했으며, 특히 개체 수가 크게 줄어든 것으로 나타났습니다. 작물에 알을 낳음.
이는 매우 중요합니다. 왜냐하면 많은 종들이 다음과 같기 때문입니다. Spodoptera littoralis (검은 도넛벌레) 또는 Spodoptera exigua (녹색 도넛벌레 또는 군대벌레) 이 해충들은 유충 단계에서 가장 큰 피해를 일으킵니다. 암컷이 작물에 알을 낳지 못하게 하면 문제를 해결할 수 있으며, 잎과 과일을 갉아먹는 유충의 개체 수를 급격히 줄일 수 있습니다.
발레아레스 제도 대학교 동물학과 교수이자 곤충학자인 미겔 앙헬 미란다 추에카는 이러한 접근 방식이 견고한 과학적 근거이는 나비들이 천적과 소통하기 위해 자연적으로 사용하는 음향 언어(초음파)를 이용하기 때문입니다. 그는 이러한 기술이 통합 해충 관리 시스템 내에서 새로운 방제 방법이 될 수 있다고 믿습니다.
초음파를 이용한 다른 일반 해충 방제의 한계
스포도프테라속 나방에 대한 연구 결과는 매우 유망하지만, 전문가들은 다음과 같은 점에 동의합니다. 초음파의 효과가 모든 해충에 일반화될 수는 없습니다.각 종은 고유한 감각 생물학을 가지고 있으며, 모든 종이 진동이나 초음파를 사용하여 소통하거나 위협을 감지하는 것은 아닙니다.
명확한 예는 초파리(Ceratitis capitata)쐐기풀노린재는 전 세계 과일나무에 심각한 피해를 주는 해충 중 하나입니다. 전문가들에 따르면, 이 곤충은 초음파를 주요 의사소통 수단으로 사용하지 않기 때문에, 쐐기풀노린재를 쫓아내거나 도망치게 할 수 있는 주파수와 "음향 메시지"를 찾는 것이 매우 어렵습니다. 이러한 생물학적 근거 없이는 진정으로 효과적인 음향 시스템을 설계하는 것은 사실상 불가능합니다.
실내 해충의 경우에도 비슷한 일이 발생합니다. 바퀴벌레시중에는 초음파를 이용해 바퀴벌레를 퇴치한다고 주장하는 제품들이 있습니다. 그러나 미란다 추에카와 같은 연구자들은 바퀴벌레가 초음파 신호를 지속적인 반발 반응으로 이용하지 않기 때문에 이러한 제품들은 생물학적으로 무의미하다고 주장합니다.
의 경우 모기이 이론은 어느 정도 근거가 있는데, 실제로 번식 행동에 소리를 사용하기 때문입니다 (예를 들어 암컷을 유인하기 위해 날갯짓으로 내는 특유의 소리). 그러나 기존 연구들은 그러한 소리를 재현하는 것이 어렵다는 것을 보여줍니다. 뚜렷한 기피 효과는 없습니다.그리고 현재까지 실제 환경에서 이들을 지속적으로 퇴치할 수 있는 초음파 패턴은 발견되지 않았습니다.
초음파가 시험된 또 다른 분야는 다음과 같습니다. 설치류 방제 쥐, 생쥐, 들쥐와 같은 동물들, 특히 농작물 피해가 심각한 시기에는 더욱 그렇습니다. 우리는 이 동물들이 구애나 영역 방어 등을 위해 고주파음을 이용해 의사소통을 한다는 것을 알고 있으며, 이러한 점을 이용하여 동물을 쫓아내는 장치가 개발되기도 했습니다. 그러나 과학적 증거는 다음과 같은 사실을 시사합니다. 그 효과는 기껏해야 일시적일 뿐입니다.새로운 소음은 처음에는 무서울 수 있지만, 시간이 지나면서 동물들도 그 소음에 익숙해지는 경향이 있습니다. 마치 우리 인간이 끊임없이 거슬리는 소리에 익숙해지는 것과 같습니다.
농촌 지역의 생태적 영향과 "소음 공해"
간과할 수 없는 문제 중 하나는 바로 이것입니다. 초음파 및 인공 진동 방출이 생태계에 미치는 영향 농업 생태계에서 이러한 신호는 특정 해충을 퇴치하거나 유인하려는 의도에서 비롯될 수 있지만, 실제로는 많은 다른 생물들이 그 환경을 공유하고 있으며 이러한 신호의 영향을 받을 수 있습니다.
PNAS에 발표된 일본 연구의 저자들 스스로도 이러한 기기를 광범위하게 사용하면 특정 문제가 발생할 수 있음을 인정하고 있습니다. 다른 종들에게는 "소음 공해"초음파는 인간의 귀에는 들리지 않지만, 많은 동물에게는 들리며, 통제된 방식으로 사용하지 않으면 동물의 의사소통이나 행동에 방해가 될 수 있습니다.
예를 들어, 나방을 쫓아내기 위해 고안된 박쥐 초음파의 지속적인 시뮬레이션은 다음과 같은 효과를 낼 수 있습니다. 또한 다른 무해한 야행성 나비에게도 영향을 미칩니다. 또는 새나 다른 포식자의 먹이가 되는 곤충과 같은 생물도 있습니다. 먹이의 행동을 변화시킴으로써 전체 생태계가 간접적으로 바뀔 수 있습니다. 먹이 사슬 이는 집약적 농업 시스템에서 이미 상당한 부담을 안고 있는 상황입니다.
농업처럼 인간의 손길이 많이 닿은 환경에서는 아무리 좋은 의도라 할지라도 어떠한 개입이라도 문제가 될 수 있습니다. 환경에 미치는 영향따라서 곤충학자들은 진동이나 초음파를 기반으로 하는 대규모 해결책을 시행하기 전에 이러한 부작용을 더 잘 연구하고, 피하고자 하는 피해와 비교했을 때 이러한 부작용이 허용 가능한 수준인지 평가해야 한다고 주장합니다.
핵심은 다음을 찾는 것입니다. 효율성과 생태적 존중 사이의 균형최소한의 필수 신호를 정확한 시간과 장소에 사용하고, 이러한 도구를 다른 전략(생물학적 방제, 서식지 관리, 내성 품종 등)과 결합하여 새로운 보이지 않는 문제를 야기하지 않으면서 화학 물질 사용을 최소화하십시오.
궁극적으로 진동과 초음파를 이용한 해충 방제는 하나의 방법으로 자리 잡고 있습니다. 매우 강력한 혁신 분야 지속 가능한 농업 분야에서, 전자적으로 생성된 페로몬과 미세 진동을 통해 곡물 노린재를 유인하는 진동 트랩은 살충제에 대한 의존도를 낮추면서 해충을 효과적으로 방제할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 한편, 박쥐에서 영감을 얻은 초음파 발생기는 나방목(Spodoptera)과 같은 나방류를 유인하여 산란량을 크게 줄일 수 있음을 보여줍니다. 확장성, 비용, 종별 한계, 그리고 다른 생명체에 미치는 잠재적 영향과 관련하여 해결해야 할 과제들이 남아 있지만, 모든 징후는 이러한 기술들이 통합 해충 관리 프로그램에 점진적으로 통합되어 농부들에게 환경이나 농업 종사자들의 건강을 해치지 않고 작물을 보호할 수 있는 또 다른 도구를 제공할 것임을 시사합니다.
