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웹진 Vol.24, No.10 (2022년 10월) 발간
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남보은
남보은(Bo Eun Nam) 저자 이메일 보기
충북대학교
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  CV updated 2022-09-16 17:57
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Ontogeny-dependent effects of elevated CO2 and watering frequency on interaction between Aristolochia contorta and its herbivores

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

기후변화에 의한 영향은 다양한 규모에서 다양한 형태로 나타나고 있으며, 생물 역시 기후변화의 영향에 따른 변화가 나타납니다. 이는 시간 혹은 생물계절학적 변화 형태로 나타나기도 하며, 개체 내의 변화로 나타나기도 합니다. 기후변화가 각 생물종에 미치는 영향의 형태와 그 정도는 다양하며, 이는 생물 종간 상호작용 양상의 변화로 이어질 수 있습니다. 특히 매우 좁은 섭식 범위(diet breadth)를 가진 특이적 초식곤충(specialist herbivore)의 경우 먹을 수 있는 기주식물이 기후변화의 영향에 의해 빠르게 변화함에 따라 곤충 개체군의 지속 가능성 역시 영향을 받을 것으로 예상되는데, 이를 구체적인 연구 결과로서 제시한 사례는 아직까지는 매우 적은 편입니다. 본 연구팀은 형태와 2차 대사산물이 독특한 식물종인 쥐방울덩굴, 그리고 국내에서는 섭식하는 식물종이 쥐방울덩굴이 유일한 것으로 알려진 꼬리명주나비의 상호작용에 초점을 맞추어 기후변화가 식물과 특이적 초식곤충의 상호작용에 어떤 방식으로 영향을 주는지에 대하여 다양한 관점에서 연구를 수행해왔습니다. 국내에서는 최초로 초본을 대상으로 이산화탄소 농도를 조절할 수 있도록 설계한 상부개방형온실(open-top chamber)을 제작 및 도입하여 이산화탄소 농도 증가와 강우량 변화가 쥐방울덩굴의 생육과 2차 대사산물의 조성에 영향을 주고 이를 섭식하는 꼬리명주나비의 생육 역시 변화함을 실험적으로 보여주었고, 해당 연구 결과를 2021년 Science of the Total Environment지에 게재하였었습니다.

본 논문은 나비목(나비류 및 나방류) 곤충이 알-애벌레-번데기-성체의 생활사를 연중 여러 차례 거치는 점에 착안한 후속 연구로, 실제 꼬리명주나비 유충이 자연에서 발생할 때 발생 시기에 따라 마주하게 되는 쥐방울덩굴의 개체 발생 단계(ontogenetic stage)에 따라 상호작용의 형태에 변화가 있으며, 이 때 기후변화가 상호작용에 미치는 영향 역시 식물의 개체발생 단계에 따라 달라질 수 있을 것이라는 관점에서 수행한 연구입니다. 꼬리명주나비의 연중 발생 시기에 따라 마주할 수 있는 세 가지 개체발생 단계(1st-year-juvenile, 1st-year-senescence, 2nd-year-juvenile)에서 기후변화 환경에 노출된 쥐방울덩굴의 2차대사산물, 호르몬 등 생리생태적 특성과 이를 섭식한 꼬리명주나비의 생육 반응을 파악하고자 하였습니다. 또한 이 시기에 동시에 발생 가능한 일반 초식곤충(generalist herbivore)인 파밤나방의 생육 반응 또한 기후변화 환경 혹은 개체발생 단계에 따라 달라지는지를 파악하여 초식곤충 군집이 변화할 수 있는 가능성 또한 논의하고자 했습니다. 쥐방울덩굴의 개체발생 단계에 따라 이산화탄소 증가와 강우량 증가가 각각 미치는 영향과 그 정도는 달랐으며, 이에 따른 꼬리명주나비와 파밤나방의 생육 반응의 변화 역시 각각 달랐습니다. 본 연구는 기후변화가 식물의 개체발생 단계에 따른 식물-곤충 상호작용의 변화를 통하여 장기적으로는 생태계의 구조적인 변화를 가져올 수 있다는 점을 밝힌 실험 연구라는 점에서 의의가 있습니다. 식물-곤충 상호작용에서 개체발생 단계, 생물계절학(phenology)적인 변화 등 시간에 따른 변화를 고려해야 한다는 점은 최근 생태학 연구에서 대두되기 시작한 담론 중 하나로, 본 연구는 기후변화에 따른 식물-곤충 상호작용에서 이러한 점을 고려한 실증적인 연구로서 이러한 생태학적 담론에 기여할 수 있을 것입니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

박현준 박사와 저는 공동 교신저자이신 서울대학교 생물교육과 김재근 교수님 연구실에서 석박사통합과정으로 수학하였고, 본 연구에서의 식물과 곤충의 생육실험 역시 서울대학교 연구실에서 이루어졌습니다. 이후 저는 공동 교신저자이신 충북대학교 생물학과 주용성교수님 연구실로 소속을 옮겨 박사후연구원으로서 연구활동을 수행하고 있으며, 이곳에서 본 연구와 논문 작성을 마무리하게 되었습니다. 연구 진행 전반에 있어서 공동으로 지도해주신 두 교수님의 연구실을 소개해드리고 싶네요!

서울대학교 생물교육과 식물・습지생태연구실 (PI: 김재근 교수님, https://wetlands.snu.ac.kr)은 식물생태학과 습지생태학과 관련된 다양한 주제들을 다루고 있습니다. 식물과 토양, 수질 등 환경과의 상호작용과 이와 관련된 최적 생육 환경 탐색, 개체군 동태, 유전적 다양성 등 개체군생태학 혹은 군집생태학 관련 연구를 수행하기 위한 다양한 실험실 인프라를 갖추고 있습니다. 기후변화에 따른 식물-곤충 상호작용 및 공진화 관련 연구를 위한 초본 생육용 상부개방형온실을 국내에서 최초로 도입하여 쥐방울덩굴을 대상으로 계속하여 주제를 확장하여 연구를 수행하고 있습니다. 또한 기후변화에 대응할 수 있는 생태계로 대두되는 습지의 탄소 격리 능력을 정량하기 위한 연구 또한 수행하고 있습니다. 이외에도 식물생태학과 관련된 다양한 주제들을 다루고 있습니다.

충북대학교 생물학과 식물-곤충 상호작용 및 생태학 연구실 (PI: 주용성 교수님, https://jooandlee-eco.weebly.com/)은 다양한 식물과 곤충의 상호작용과 관련된 주제를 다루고 있습니다. 식물과 초식곤충의 상호작용에서 벌어지는 재미있는 현상과 관련하여 식물의 방어와 이에 따른 초식곤충의 반응, 그리고 이러한 현상들의 생태・진화적 의의를 알아나가고자 하는 연구를 수행 중입니다. 연구를 수행하기 위한 식물과 곤충의 생육시설, 2차 대사산물 분석 등 화학생태학적 접근을 위한 분석장비, 분자생태학적 접근을 위한 실험장비 등 상호작용을 보다 구체적으로 밝히기 위한 인프라를 구축해나가고 있습니다. 현재는 종자 포식 곤충 등에 대한 조직특이적 방어, 식물의 초식곤충 인지기작과 이에 따른 초식곤충에 대한 대응 등 식물-곤충 상호작용과 관련해서 그동안 잘 보이지 않았던 현상에 대하여 다양한 연구 방법을 활용하여 접근하여 밝혀내고자 하는 연구를 수행 중입니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

많은 사람들에게 생태학자라는 이미지는 흔히 자연을 돌아다니며 동식물을 관찰하는 심상으로 떠올려지게 되는 것 같습니다. 생태학 연구자는 자연의 생물과 이를 둘러싼 상호작용과 관련하여 다양한 규모에서의 연구 질문에 대한 답을 찾는 과정을 수행합니다. 고전적인 관찰과 동정, 정량적인 데이터 수집은 여전히 생태학 연구에서의 기본적인 요소이지만 최근의 생태학은 생태학 연구 질문에 대한 답을 찾는 과정에서 이와 더불어 기존에는 생태학 분야가 아니라고 생각했던 연구 방법론을 생태학적 맥락에서 활용하고 있습니다. 화학생태학과 분자생태학은 분석화학과 분자생물학의 도구와 학문적인 내용을 활용하여 생태학에서의 질문에 대한 답을 좀 더 생물을 가까이서 들여다보며 찾을 수 있도록 하는 학문이며, 국내에서도 다양한 학문적 배경을 가진 생태학자 선배님들께서 정착하시며 이러한 접근으로 연구할 수 있는 여건과 학풍이 조성되는 중인 것 같습니다. 식물-곤충 상호작용은 거시적인 관찰부터 분자생태학, 화학생태학적 방법까지 다양한 렌즈를 통해 들여다볼 수 있는 내용이 많은 생태학 주제 중 하나라고 생각합니다.

기후변화가 식물을 통해 생태계에 영향을 어떻게 줄 수 있는지에 대한 연구에 있어 모의 기후변화 환경을 조성하기 위한 시스템을 어떻게 만들 수 있을 지 고민하고, 여기서의 결과를 여러 생태학 방법론을 활용해 들여다보고 세상에 이를 알리기까지의 과정에 한 명의 연구자로서 참여할 수 있어서 기뻤습니다. 학위과정 동안은 “내가 생태학자가 맞나”라는 고민을 했던 적도 있지만, 연구들을 마무리하고 새로운 연구를 시작하면서 이러한 생태학의 새로운 바람에 함께 하고 있는 생태학자 중 한 명으로서 조금이나마 기여한 것 같아 기쁩니다. 앞으로 화학생태학과 분자생태학 연구 관련해서 연구 담론을 나누고 교류할 수 있는 창구가 많아졌으면 좋겠습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

저는 국내에서 박사학위를 받고 국내에서 박사후연구원으로 수학 중이라, 자리 잡은 선배로서 이야기해드릴 내용보다는 국내 대학원의 최근 졸업생 정도의 위치에서의 내용들을 이야기해드릴 수 있을 것 같습니다. 무엇보다도 생태학을 공부하고 연구한다는 것은 자연에 대해 꾸준한 관심(사랑이면 좋겠지만 쉽지 않은 것 같네요)을 가지고 관찰하는 것이 가장 중요하다고 생각합니다! 그리고 생명과학의 어느 분야든 마찬가지겠지만 생태학 역시 다양한 연구 대상과 규모, 그리고 연구 방법이 존재합니다. 자연의 생물에 대한 관심을 바탕으로 본인이 가진 생태학적 질문이 있다면 그것이 어떤 대상에게 어떤 방법으로 접근하는 것인지를 조금 더 구체적으로 알고 배우면 도움이 될 것이고, 스스로의 질문을 아직 세우지 못 했다면 현재의 생태학 연구자 분들이 어떠한 질문을 가지고 어떠한 방법으로 답을 찾아나가고 있는지를 알아보고 본인이 하고 싶은 연구와 가까운 연구실에 진학한다면 스스로 연구를 지속할 수 있는 원동력을 만들 수 있을 것이라 여겨집니다. 연구 그룹 안에서 서로 협동하고 도와야 좋은 연구 결과를 도출할 수 있는 것도 당연하지만, 연구자 개인이 모든 연구방법과 주제를 포괄할 수 없기 때문에 다양한 인접 분야의 학자를 알고 관계를 맺으며 연구 동향을 알고 나의 연구 내용과 관련된 담론을 공유하는 과정 또한 중요하다고 생각합니다. 다양한 자연 현상과 학문 내용에 관심을 가지고, 자연을 사랑하는 마음을 구체적인 학문으로 확장해나가면 재미있는 생태학 연구를 수행할 수 있을 것입니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 서울대학교에서 학위를 마치고 현재 충북대학교에서 박사후연구원으로서 조금 더 공부해보고 싶었던 분야인 식물-곤충 상호작용에 대하여 조금 더 미시적인 관점에서 들여다보는 연구를 수행하고 있습니다. 초식(herbivory)이라는 행위는 주로 식물의 잎이 먹히는 것으로 생각하지만, 잎 외의 조직들에 대해서 특이적으로 섭식하며 독특한 섭식 지위를 갖는 초식곤충들이 생각보다 많이 존재합니다. 이는 식물 한 개체를 매개로도 초식곤충 군집이 형성되어 유지될 수 있는 원동력이 됩니다. 저는 이 중에서도 십자화과에서 열매(장각과 혹은 단각과) 안에 알을 낳아 애벌레가 미성숙 종자를 포식하며 성장하는 바구미 중 한 종인 유채좁쌀바구미의 전세계적으로 널리 퍼져있는 초본인 냉이와의 상호작용을 통해서 종자특이적 포식과 이 과정에서의 식물의 방어에 대해 구체적으로 밝히고자 하는 연구를 진행 중입니다. 관련하여 다양한 관점에서 화학생태학과 분자생태학의 연구 방법들을 활용하여 현상을 보다 구체적으로 제시하고자 시도하고 있습니다. 이러한 특이적인 식물-곤충 상호작용에서의 식물의 방어와 이러한 방어 기작이 생태적으로 갖는 의미에 대해서 알아나가고자 합니다. 이후에 무엇을 할 지는 아직 아무것도 결정하지 못 했지만, 지금의 연구에 충실하며 끊임없이 생태학에서의 질문을 던지고 그 질문에 대한 답을 찾는 과정을 가능하다면 계속해나가고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

저는 학부생 때는 막연히 생물정보학을 공부하고 싶다는 생각에 주전공 생물교육과 더불어 부전공으로 컴퓨터공학부에서 수학하느라 졸업이 조금 늦었습니다. 그러다가 자연의 식물을 보러 다니는 게 좋아 생태학을 공부하자고 대학원에 진학하게 되었습니다. 학위과정 동안은 분자생태학적인 연구 방법으로 식물생태학 연구에 접근하고 싶었고, 그 과정에서 식물분자생물학을 연구하는 연구실에 가서 연구를 수행하며 다양한 연구 방법을 익히며 경험을 쌓기도 하였습니다. 빨리 학위를 받고 싶다는 생각에 석박사통합과정으로 입학했지만 연구를 이것저것 시도하느라, 그리고 새로운 연구를 배우느라 시간이 조금 더 걸렸습니다. 학위과정동안은 스스로의 생태학자로서의 정체성에 대하여 고민하기도 하고 막연하게 느껴져 방황하였지만, 이러한 경험들이 박사학위를 마무리하는 과정에서 모여 분자생태학과 화학생태학 방법론을 이용하여 생태학적 질문에 대한 답을 찾아나가는 과정을 체감할 수 있게 되었습니다. 현대 생태학에서는 생태학적 질문에 대한 답을 찾기 위해서 다양한 방법을 활용하고 있고, 방황이라 여겨졌던 경험들은 모이고 모여 분자생태학 그리고 화학생태학의 연구 질문의 답을 찾기 위한 길을 그려볼 수 있는 원동력이 되었습니다. 상관있다고 보기 어려운 경험들이 원동력이 되는 과정에서 많은 분들의 지도와 조언, 논의와 도움이 있었습니다. 생태학 자체가 관계를 다루는 학문이고, 생태학을 연구한다는 것 역시 관계 속에 있으며 그 관계 속에서 나의 역할을 찾는 과정인 것 같습니다.

이 논문과 관련된 연구를 누구보다 열심히 수행하고 학문적인 여정의 많은 부분을 학위 과정동안 함께했던 박현준 박사님, 그리고 기후변화와 관련된 아이디어를 구체적인 식물-곤충 상호작용 연구의 다양한 차원으로 가져와서 연구하고 마무리할 수 있도록 지도해주신 공동 교신저자이신 충북대학교 주용성교수님과 저의 학위과정 지도교수님이시기도 하신 서울대학교 김재근교수님께 감사드립니다. 화학생태학적 분석 과정에 있어 물심양면으로 도와주신 KAIST의 김상규교수님과 이지숙박사님께도 감사드립니다. 이외에도 연구 과정에서 도움을 주신 모든 분들께 감사드립니다.

#climate change #ecology #plant-herbivore interaction
Category: Ecology, Plant Science, Environmental_Biology
등록일 2022-09-22
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ORCID ORCID 0000-0003-3362-2642
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