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Jul 15, 2023

지오스민은 꿀벌의 방어 행동을 억제하고 비정상적인 신경 반응을 유도합니다

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3851(2023) 이 기사 인용

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지오스민은 습한 토양에서 박테리아가 생산하는 냄새 물질입니다. 이는 일부 곤충과 매우 관련이 있는 것으로 밝혀졌지만 그 이유는 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 여기서 우리는 지오스민이 꿀벌에 미치는 영향에 대한 첫 번째 테스트를 보고합니다. 쏘는 분석 결과, 벌의 경보 페로몬 성분인 이소아밀 아세테이트(IAA)에 의해 유발된 방어 행동이 지오스민에 의해 강력하게 억제되는 것으로 나타났습니다. 그러나 놀랍게도 억제는 매우 낮은 지오스민 농도에서만 나타나며 농도가 높아지면 사라집니다. 우리는 전기안테노그래피(electroantennography)를 통해 후각 수용체 뉴런 수준의 기본 메커니즘을 조사하여 지오스민과 IAA의 혼합물에 대한 반응이 순수한 IAA보다 낮은 것을 발견했으며, 이는 후각 수용체 수준에서 두 화합물의 상호 작용을 암시합니다. 더듬이 엽(AL)의 칼슘 이미징은 지오스민에 대한 신경 반응이 농도가 증가함에 따라 감소하고 관찰된 행동과 잘 연관되어 있음을 보여주었습니다. AL의 냄새 전달 및 코딩에 대한 전산 모델링은 측면 억제와 결합하여 지오스민에 의한 후각 수용체 유형의 광범위한 활성화가 지오스민에 대한 관찰된 비단조적 증가-감소 반응으로 이어질 수 있으며 따라서 행동 반응의 특이성의 기초가 될 수 있음을 시사합니다. 지오스민 농도가 낮다.

지오스민은 시아노박테리아, 악티노박테리아(예: 스트렙토마이세스 sp.), 원생동물, 곰팡이 및 균류1,2와 같은 다양한 계통의 여러 미생물에 의해 생성되는 퀴퀴하고 흙 냄새가 나는 화합물입니다1,2. 방선균(스트렙토마이세스 포함)은 벌집과 널리 연관되어 있으며, 자연적인 항생제 생산 덕분에 병원균으로부터 보호할 가능성이 높습니다3,4,5. 최근 연구에 따르면 불개미 여왕(Solenopsis invicta)은 방선균이 풍부한 토양에 우선적으로 새로운 둥지를 시작하는 것으로 나타났습니다. 이 매력은 부분적으로 지오스민에 의해 매개되어 여왕벌의 생존율을 높이는 결과를 가져왔습니다6. 지오스민은 초파리 Drosophila melanogaster와 모기 Aedes aegypti와 같은 다른 곤충들에게도 생태학적으로 중요합니다. 그러나 이는 해당 종에서 극적으로 다른 반응을 불러일으킵니다. Geosmin은 매력적인 화합물이 존재하는 경우에도 D. melanogaster에서 강한 혐오감을 불러일으킵니다7,8. 이는 곰팡이가 많고 부적합한 과일에 대한 산란을 방지하거나8 타락한 익은 과일과 더 나은 대비를 제공하여 검색을 보다 효율적으로 만드는 것일 수 있습니다9. 에에. aegypti와 반대로 지오스민은 강력한 유인물질이다10. 이는 알을 낳을 수 있는 젖은 토양이 있다는 신호이기 때문일 가능성이 높습니다. 실제로 지오스민은 "습한 흙의 냄새"2인 페트리코의 주요 성분 중 하나로도 알려져 있습니다.

곤충의 첫 번째 후각 처리 뇌 중심인 더듬이 엽(AL)에서 대부분의 냄새는 사구체 반응의 조합 패턴을 이끌어냅니다11,12. 그러나 종종 생물학적 관련성이 높은 일부 냄새(예: 성페로몬)는 단일 사구체만 활성화합니다. 이 반응이 더 높은 뇌 센터에서도 독립적으로 처리되어 고정관념적인 행동 반응을 초래하는 경우 회로를 레이블이 지정된 라인이라고 합니다. Geosmin은 D. melanogaster 및 Ae에서 단일 사구체만 활성화하는 극소수의 화합물 중 하나입니다. 이집트 모기8,10. 파리에서 그 처리는 더 높은 뇌 센터에서 기능적으로 더 분리되어 회피 행동을 유발하기 위해 다른 후각 신호보다 우선순위를 갖습니다8.

많은 곤충 종에서 지오스민의 생태학적 관련성에도 불구하고, 꿀벌 Apis mellifera에서는 이 냄새에 대한 행동 및 생리학적 반응이 이전에 조사되지 않았습니다. 여기서 우리는 이 질문을 해결하기 위한 첫 번째 데이터를 제공합니다. 이 연구는 인간에게 임박한 여름 비를 알려주는 후각 단서인 지오스민이 꿀벌의 날씨 지표가 될 수 있는지에 대한 질문에서 시작되었습니다13. 그렇다면 벌집 내 활동에 대해서도 광범위한 벌 행동에 대한 날씨 의존적 영향이 보고되었으므로 벌 행동을 조절해야 합니다. 수렵채집인의 행동 변화는 심지어 날씨의 변화를 예상하는 것처럼 보입니다15.