페삭 벤슨 기자 • 2025년 7월 15일

예루살렘, 2025년 7월 15일 (TPS-IL) — 텔아비브 대학교는 화요일, 이스라엘 과학자들이 식물과 동물 간의 음향 상호작용에 대한 과학적 증거를 기록하는 세계 최초의 발견을 발표했다. 이 연구는 암컷 나방이 인간의 청각 범위를 벗어나는 초음파 주파수로 식물이 방출하는 스트레스 신호를 듣고 알을 낳을 장소를 결정한다는 사실을 밝혀냈다.

이 획기적인 연구는 TAU 와이즈 생명과학부의 동물학 학교 요시 요벨 교수와 식물 과학 및 식량 안보 학교 릴라흐 하다니 교수의 실험실 학생인 랴 셀처 박사와 가이 제르 에셀이 주도했다. 이 연구는 볼카니 연구소의 식물 보호 연구소와 협력하여 수행되었다. 볼카니 연구소는 농림부의 연구 기관이다.

이 연구 결과는 동료 검토를 거친 eLife 저널에 게재되었다.

이 발견은 같은 연구팀이 2023년에 발표한 이전 연구를 기반으로 한다. 이전 연구에서는 스트레스를 받은 식물이 식물의 수분 운반 조직인 목부에서 공기 방울이 형성되고 붕괴되는 과정과 관련된 초음파를 방출한다는 사실을 발견했다.

식물이 탈수나 물리적 손상과 같은 스트레스를 받으면 목부 내부의 수분 장력이 불안정해진다. 작은 공기 방울이 형성되어 빠르게 붕괴되면서 진동을 발생시켜 초음파를 생성한다. 이러한 소리는 일반적으로 20~100 킬로헤르츠 범위에 있으며, 이는 인간의 청각 범위를 훨씬 벗어나지만 많은 곤충과 박쥐, 설치류와 같은 일부 동물의 청각 범위 내에 있다.

과학자들은 “이 발견은 식물과 동물 간의 음향 통신에 대한 광범위한 연구의 문을 열었다”고 말했다.

요벨 교수는 “이전 연구에서 식물이 소리를 생성한다는 것을 증명한 후, 우리는 이러한 고주파 소리를 들을 수 있는 동물이 이에 반응하고 그에 따라 결정을 내릴 수 있다는 가설을 세웠다”고 설명했다. “특히, 우리는 식물 세계와 다양한 상호작용을 하는 많은 곤충이 식물 소리를 감지할 수 있다는 것을 알고 있다. 우리는 이러한 곤충이 실제로 이러한 소리를 감지하고 반응하는지 조사하고 싶었다.”

조사를 위해 연구팀은 알을 낳을 적절한 식물을 선택해야 하기 때문에 암컷 나방에 초점을 맞췄다. 잘못된 선택은 미래의 새끼가 굶어 죽는 것을 의미할 수 있다.
하다니 교수는 “암컷이 유충에게 제대로 영양을 공급할 수 있는 건강한 식물, 즉 최적의 알을 낳을 장소를 찾는다고 가정했다”고 설명했다. “따라서 식물이 탈수되고 스트레스를 받고 있다는 신호를 보낼 때, 나방은 경고를 듣고 거기에 알을 낳는 것을 피할 것인가?”

한 실험에서 연구원들은 두 개의 상자를 사용하여 통제된 환경을 만들었다. 하나는 조용했고, 다른 하나는 탈수된 토마토 식물의 초음파 녹음이 재생되는 스피커가 있었다. 나방은 시끄러운 상자를 강하게 선호했는데, 이는 나방이 소리를 근처 식물의 증거로 해석했음을 시사한다.

그러나 연구원들이 나방의 청력을 무력화시키자 선호도는 사라졌다. 나방은 무작위로 선택했으며, 이는 이전 행동이 실제로 청각 신호에 기반했음을 보여준다. 연구팀은 “이것은 다른 자극이 아닌 소리를 듣는 것에 구체적으로 기반한 선호도라는 명확한 증거였다”고 언급했다.

후속 테스트에서 두 옵션 모두 건강한 토마토 식물을 포함했다. 하나는 스트레스 소리가 동반되었고, 다른 하나는 조용하게 유지되었다. 이번에는 나방이 조용한 식물을 선호하며 스트레스 신호를 보내는 식물을 피했다.

나방이 무엇에 반응하는지 더 자세히 조사하기 위해 과학자들은 상자 실험을 반복했지만, 식물 소리를 수컷 나방이 내는 소리로 대체했다. 수컷 나방은 비슷한 초음파 주파수를 방출한다. 이 경우 암컷은 두 상자에 똑같이 알을 낳았고, 연구원들은 의사 결정이 식물에서 방출되는 소리에 의해 구체적으로 촉발되었다고 결론지었다.

이 발견은 소리 기반의 표적 관개, 해충 및 질병 관리, 그리고 대규모 비침습적 모니터링을 제공하는 로봇 공학 및 생체 모방 센서에 대한 문을 열어준다.

과학자들은 “그러나 우리는 이것이 단지 시작일 뿐이라고 확신한다”고 말했다. “식물과 동물 간의 음향 상호작용은 의심할 여지 없이 더 많은 형태와 광범위한 역할을 가지고 있다. 이것은 방대하고 탐험되지 않은 분야이며, 발견되기를 기다리는 전체 세계이다.