1990년대 이후 Cerrado 지역에서 실시된 조사에 따르면 엠마우스 국립공원 근처에서 농업 개척지가 개발되면서 생물 다양성이 감소하고 있는 것으로 나타났습니다. 생명공학적 잠재력을 지닌 종은 감소하거나 심지어 사라지고 있습니다. 밤이 되면 브라질에서 두 번째로 큰 생물 군계이자 사바나인 세하도(Cerrado) 지역에서는 흰개미집에 서식하는 딱정벌레 유충이 강한 빛에 이끌려 먹이를 잡기 위해 녹색 등불을 켜게 됩니다.
상파울루주 소로카바에 있는 상카를로스연방대학교 지속가능발전과학기술센터(CCTS-UFSCar) 교수인 바딤 비비아니(Vadim Viviani)는 그와 그의 학생들이 30년 넘게 표본을 수집하기 위해 에마스 국립공원과 고이아스 주립 보호구역 주변 농장을 방문했는데, 이런 현상이 이렇게 드물었던 적이 없었다고 말했습니다.
"1990년대에는 많은 흰개미 더미, 심지어 목초지에서도 반딧불이와 기타 생물발광 곤충을 볼 수 있었습니다. 이제 대부분의 지역에 사탕수수를 심었기 때문에 반딧불이는 거의 보이지 않습니다."
미국곤충학회연보(Annals of the Entomological Society of America)에 Viviani와 그의 협력자들이 게재한 기사는 이번 연구의 주요 발견 중 하나를 보고하며, 이는 브라질 국립과학재단(FAPESP)의 생물다양성 특성화, 보존, 복원 및 지속 가능한 이용 연구 프로그램(BIOTA-FAPESP)의 지원을 받았습니다.
이 기사의 두 번째 저자는 상파울루 대학교 화학 연구소(IQ-USP)의 Etelvino Bechara 교수입니다. 그는 1990년대에 비비아니의 석박사 논문 지도교수였으며 브라질 국립과학재단으로부터 자금 지원도 받았습니다.
다른 공동 저자로는 상파울루 대학교 동물학 박물관(MZ-USP) 연구원인 Cleide Costa와 미나스제라이스 이타주바 연방 대학교(UNIFEI) 곤충학자인 Simone P. Rosa가 있습니다. 둘 다 Elateroidea 상과의 분류학 권위자입니다.
이번 조사에서는 51종을 기록했는데, 그 중 대부분이 반딧불이(Lampyridae)였습니다. 나머지는 등에 두 개의 등불을 달고 있는 엘라테리대(Elateridae)와 동시에 서로 다른 색의 빛을 발산하는 펜고디다이(Phengodidae)종이다.
연구진은 고이아스(Goiás) 주에서 페로란디아(Perorandia)와 캄피놀테(Campinolte)의 표본 목록을 작성했으며, 미네이로스(Mineiros) 시의 에마스 국립공원(Emas National Park)과 인근 농장에서 수집한 표본도 수집했습니다. 마투그로수(Mato Grosso) 주의 조사 지역에는 Chapadados Guimarães 국립공원과 3개 도시(Alto Garças, Novo Santo Antônio 및 Rio Manso)가 포함됩니다. 코스타리카의 Mato Grosso do Sul에서 그들은 두 개의 농장과 Sukuru Falls Municipal Park를 방문했습니다. 엠마우스 국립공원은 35종의 식물이 서식하는 가장 생산적인 곳입니다.
지난 30년 동안 콩과 사탕수수 농장이 목초지로 대체됨에 따라 Cerrado의 나머지 지역과 공원에 인접한 농장의 딱정벌레 다양성이 급격히 감소했다고 연구자들은 말합니다. Cerrado의 전체 크기, 더 구체적으로 cerradão로 알려진 지역의 빽빽하고 건조한 숲 지역도 마찬가지입니다.
이 기사는 Chapadados Guimarães 국립공원에서 빛나는 흰개미 더미의 발생을 처음으로 보고합니다. 엠마우스 국립공원과 인근 지역에는 반딧불이 유충으로 가득 찬 수많은 둔덕이 발견됩니다. 같은 연구팀의 이전 연구에서도 아마존 열대우림에서 생물발광이 보고된 바 있습니다.
살충제와 인공 조명도 생물발광 딱정벌레의 적입니다. 인간이 만들어내는 밝은 빛은 짝을 찾아 번식하는 것을 불가능하게 만든다. 특히 연구자들은 최근 탐사에서 Luciferidae과의 유충은 발견되지 않았다고 지적했습니다. 빨간색과 녹색 빛을 모두 방출하는 이 곤충은 엄청난 생명공학 잠재력을 가지고 있습니다.
"이 과(Phengodidae)의 감소는 특히 뚜렷합니다. 2010년 이후 성인 남성은 더 이상 사탕수수로 둘러싸인 농장의 라이트 트랩에 매력을 느끼지 않습니다. 또한 밤에 인근 도심에서 인공 조명의 강도가 증가하면 Emas 국립 공원의 여러 생물 발광 종을 위협할 수 있습니다. 이 문제는 특별한 관심과 추가 연구가 필요합니다."라고 Viviani는 말했습니다.
생물발광종의 멸종은 생물다양성과 생태계 서비스의 손실일 뿐만 아니라 기술적, 경제적 기회의 손실이기도 합니다. 생물발광(생물에 의한 차가운 가시광선의 생성 및 방출)은 과학 연구, 의학, 산업 및 환경 관리의 많은 분석 프로세스에 유용합니다. 차가운 빛은 빛의 20% 미만이 열복사(즉, 열)를 생성할 수 있음을 의미합니다. 생물발광은 이러한 곤충과 다른 동물뿐만 아니라 일부 곰팡이에서 발견되는 화합물인 루시페린의 산화로 인해 발생합니다. 산화 과정은 루시퍼라제(luciferase)라는 효소에 의해 촉매됩니다.
수년에 걸쳐 Viviani의 그룹은 세계에서 가장 큰 루시퍼라제 효소 컬렉션을 분리하고 복제했습니다. 이러한 형광 효소는 청색광을 생성하는 파리를 포함한 다양한 곤충에서 나옵니다. 빛나는 딱정벌레는 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색과 같은 색상을 생성합니다. 이들의 루시퍼라제 효소는 무엇보다도 세포와 단백질을 라벨링하는 데 사용될 수 있습니다.
Viviani는 현재 면역분석, 환경 분석 및 바이오이미징을 위한 생물발광 시약을 개발하기 위해 FAPESP 지원 프로젝트를 조정하고 있습니다. 이 시약은 브라질 종의 루시퍼라제를 기반으로 합니다. 현재 이러한 재료의 대부분은 수입됩니다.
"Cerrado는 단순한 수풀이나 관목 그 이상이라는 것을 깨닫는 것이 중요합니다. 이는 토양에 있는 물의 보고이자 빗물을 생성하는 증발원이자 독특한 종의 거대한 보고입니다. 우리는 이러한 보물로부터 많은 것을 배울 수 있습니다"라고 Viviani는 말했습니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily