체중 10% 줄고 치사율 50% 증가
꿀벌의 먹이에 플라스틱이 섞여 들어가게 되면 장내 미생물 환경이 파괴되면서 정상적인 성장이 불가능해진다는 연구결과가 나왔다.
중국농업대학 연구팀은 꿀벌이 폴리스티렌(PS) 재질의 나노플라스틱을 섭취할 경우 장내 미생물 군집에 피해를 끼치면서 소화·흡수 능력이 떨어지는 탓에 정상적으로 성장하지 못하게 되고, 급기야 특정 질병에 따른 치사율까지 높아진다는 사실을 밝혀냈다.
나노플라스틱은 크기가 1㎛(마이크로미터, 1㎛=1000분의 1㎜) 이하의 작은 플라스틱 입자를 말한다. 통상 '직경 5mm 이하의 플라스틱 입자'로 정의되는 미세플라스틱의 범주 안에 포함된다. 해저로 가라앉는 미세플라스틱의 양은 40년 전에 비해 10배나 증가했다. 미세플라스틱은 에베레스트산 정상, 마리아나 해구 끝자락, 북극해 얼음조각에 이르기까지 다양한 경로를 통해 생태계에 악영향을 끼치고 있고, 최근에는 벌꿀에서도 검출되고 있다.
꿀벌은 대표적인 생태지표종이다. 식물과 인간을 오가는 꿀벌의 개체수나 건강상태로 생태계 파괴와 훼손 정도를 간접적으로 알 수 있기 때문이다. 또 꿀벌은 장내 미생물과 숙주의 건강을 연구하는 데 좋은 모델로 알려져 있다.
이에 연구팀은 꿀벌이 다양한 크기의 미세플라스틱, 나노플라스틱을 섭취했을 때 장내 미생물의 변화를 관찰했다. 연구팀은 양봉장에서 채집한 지 10일이 지난 꿀벌에게 꽃가루와 설탕물, 지름 100nm(나노미터, 100nm=0.1㎛)의 PS 입자를 먹였다. 15일이 지나자 해당 꿀벌들의 체중은 대조군에 비해 8.33% 줄어들었다.
나노플라스틱을 섭취한 꿀벌들의 내장은 두께가 얇아지고, 표피와 진피의 경계로 세포와 조직에 영양공급을 하는 기저막이 파열되기도 했다.
연구팀이 관찰 편의를 위해 꿀벌이 염색한 미세플라스틱을 섭취하도록 한 결과, 미세플라스틱은 장내 미생물군이 풍부한 직장 부위에 몰렸다. 실제로 10일 뒤 연구팀이 장내 미생물 유전자 분석을 진행하자 플라스틱을 섭취한 꿀벌의 장내에서 유산균 락토바실러스와 비피더스균 비중이 각각 72%에서 54.34%로, 12.33%에서 6.35%로 줄었다.
게다가 연구팀은 나노플라스틱이 꽃가루의 표면에 있는 구멍 '발아공'에 들어가 부착하는 것을 포착했다. 꿀벌의 소화효소는 꽃가루의 영양소를 끌어내기 위해 발아공으로 들어가는데, 나노플라스틱이 이 구멍들을 막는 바람에 소화작용이 방해를 받는 것이다.
이밖에도 나노플라스틱은 꿀벌의 유전자 발현에도 영향을 미쳐 질병에도 취약하게 만들었다. 연구팀 분석에 따르면 총 705개의 유전자에서 발현 정도가 달라졌는데, 이 가운데 385개는 더 많이, 320개는 더 적게 발현됐다.
특히 꿀벌의 면역반응을 억제하는 LOC408844 유전자의 발현은 증가했고, 해독능력과 관련된 CYTO6AQ1 유전자는 감소했다. 연구팀이 나노플라스틱 섭취로 유전자 발현이 달라진 꿀벌들을 병원성 세균인 '하프니아 알베이'(Hafnia Alvei)에 노출시키자 치사율은 92%에 달했다. 이는 나노플라스틱을 섭취하지 않고 같은 병원균에 노출된 대조군의 치사율보다 50% 높은 수치다.
연구팀은 논문을 통해 "나노플라스틱 탓에 내장 벽 두께 줄어 병원성 세균이 다른 조직으로 침입할 기회를 제공했다"며 "손상된 면역 체계는 병원균이 제멋대로 자라는 것을 막지 못했고, 이로 인해 더 취약해진 꿀벌은 더 많이 죽었다"고 밝혔다.
해당 연구논문은 국제학술지 '종합환경과학'(Science of the Total Environment)'에 지난해 10월 게재됐다.
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