당신이 비옥하고 환영받는 토양에 첫 번째 임시 뿌리를 펼치는 아기 코코아 식물이라고 상상해보십시오.
근처 어딘가에서 포식자가 움직입니다. 그것은 당신을 들을 귀가 없고, 당신을 볼 눈이 없습니다. 하지만 부분적으로 뿌리에서 방출되는 약한 전기장 덕분에 당신이 어디에 있는지 알고 있습니다.
그것은 미세한 것이지만 혼자가 아닙니다. 수천 마리의 생물이 모이고, 편모에 힘입어 물에 잠긴 토양을 미끄러지듯 나아갑니다. 그들이 당신에게 도달하면 곰팡이 같은 균사를 사용하여 내부에서 침투하여 먹어치울 것입니다. 점점 가까워지고 있어요. 당신은 식물입니다. 당신은 다리가 없습니다. 탈출구가 없습니다.
그러나 그들이 당신에게 덮치기 직전에 그들은 주저합니다. 그들은 혼란스러워 보입니다. 그런 다음 더 매력적인 전기장에 이끌려 집단으로 다른 방향으로 떼를 지어 움직입니다. 당신은 안전합니다. 그리고 그들은 곧 죽을 것이다.
Eleonora Moratto와 Giovanni Sena가 자신의 뜻대로 한다면 이것이 작물 병원균 방제의 미래입니다.
세계 식량 위기에는 많은 변수가 관련되어 있지만, 최악의 경우에는 식량 작물을 황폐화시키는 해충이 있습니다. 수확량의 최대 40% 수확하기 전에. 이들 중 하나는 위의 예에서 작은 원생생물, 공식적으로 Phytophthora palmivora—다음과 같은 경제 필수품에 대해 미화 10억 달러의 수요를 갖고 있습니다. 코코아, 야자나무, 고무.
현재 토양에 살고 있는 나머지(종종 유익한) 유기체를 중독시키지 않고 이러한 생물을 제거할 수 있는 화학적 방어 수단은 없습니다. 그래서 Moratto, Sena 및 Imperial College London의 Sena 그룹 동료들은 비전통적인 접근 방식을 결정했습니다. P. 팔미보라스푸핑될 수 있는 전기 감각.
현재까지 측정된 모든 식물뿌리 외부 이온 플럭스 생성이는 매우 약한 전기장으로 해석됩니다. 수십 년간의 증거에 따르면 이 신호는 포식자의 항법 시스템의 중요한 목표입니다. 그러나 포식자가 화학적 또는 기계적 정보가 아닌 식물의 전기 신호에 얼마나 의존하여 위치를 찾는지는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 작년에 Moratto와 Sena의 그룹은 다음과 같은 사실을 발견했습니다. P. 팔미보라 포자는 평방 미터당 1암페어의 전류 밀도를 생성하는 셀의 양극에 끌립니다.. “포자들은 전기장을 따라갔습니다.”라고 Sena는 말했습니다. 이는 비슷한 메커니즘이 토양의 뿌리에서 방출되는 자연적인 생체 전기장을 찾는 데 도움이 된다는 것을 시사합니다.
연구자들은 이러한 인공 전기장이 원생동물의 다른 감각 입력을 무시하고 식물 뿌리의 훨씬 약한 전기 출력을 사용하려고 할 때 나침반을 뒤흔들 수 있을까?
이 아이디어를 테스트하기 위해 연구진은 일정한 수직 전기장을 사용하여 식물 뿌리를 보호하는 두 가지 방법을 개발했습니다. 그들은 두 가지 일반적인 간식을 재배했습니다. P. 팔미보라—양배추와 겨자와 관련된 꽃 식물, 가축 사료 식물로 자주 사용되는 콩과 식물 – 수경 용액의 튜브에 들어 있습니다.
첫 번째 분석에서 연구원들은 식물 뿌리를 위와 아래의 전극 열 사이에 끼워 넣어 “전역적인” 수직 장에 완전히 휩싸였습니다. 두 번째 세트의 경우 식물에서 짧은 거리에 있는 두 개의 작은 전극을 사용하여 전기장이 생성되어 약 10A/m의 전류 밀도가 생성되었습니다.2. 그런 다음 그들은 원생 생물을 풀어주었습니다.
대조군의 경우 두 방법 모두 포식자의 상당 부분을 식물 뿌리에서 멀리 보내는 데 성공했습니다.. 그들은 양극에 떼지어 모여들었는데, 유주자는 숙주 없이는 약 2~3시간 이상 생존할 수 없기 때문에 아마도 굶어 죽었을 것입니다. 아니면 더 나쁘다. 유주자 전기감지에 대한 최초의 증거 중 일부를 연구로 제시한 Neil Gow는 이들의 운명에 대해 다른 이론을 가지고 있습니다. “적용된 전기장은 물의 전기 분해로 인해 전극 근처와 주변에서 독성 생성물과 가파른 pH 구배를 생성합니다.”라고 그는 말합니다. “전극을 향한 친화성은 유도된 pH 구배로 인해 사멸 또는 고정화로 이어질 수 있습니다.”
이 기술은 감염을 예방했을 뿐만 아니라 기존 감염도 완화할 수 있다는 증거가 있습니다. 연구진 결과를 발표했습니다 8월에 과학 보고서.
글로벌 전기장은 지역 전기장보다 약간 더 성공적이었습니다. 그러나 실험실 조건을 토양에서의 (문자 그대로) 현장 시험으로 전환하는 것은 더 어려울 것입니다. 로컬 전기장 설정은 복제하기 쉽습니다. “보호하려는 작물 옆의 토양에 작은 플러그를 꽂기만 하면 됩니다.”라고 Sena는 말합니다.
Moratto와 Sena는 이것이 식량 작물을 보호하기 위한 새로운 무농약 방법의 기초를 보여주는 개념 증명이라고 말합니다. (세나는 이 기술을 원래 표적의 신호를 모방하여 다가오는 미사일을 끌어내기 위해 전투기가 사용하는 미끼에 비유합니다.) 그들은 이제 프로젝트를 확장하기 위한 자금을 찾고 있습니다. 첫 번째 단계는 토양의 현지 설정을 테스트하는 것입니다. 다음은 접근 방식을 테스트하는 것입니다. Phytophthora infestans, 더 심술궂고 무서운 사촌 P. 팔미보라.
P. 감염 보다 다양한 작물 식단을 공격합니다. 여러분은 아일랜드 감자 기근 동안의 작업에 익숙할 것입니다. 밀접한 유전적 유사성은 전기적 해충 방제를 위한 또 다른 유망한 후보를 의미합니다. 그러나 이 조사에는 더 많은 자금이 필요할 수 있습니다. P. 감염 연구는 보다 엄격한 실험실 보안 프로토콜에 따라서만 수행될 수 있습니다.
임페리얼의 작업은 정전기 생태학을 둘러싼 더 광범위하고 다소 격렬한 논쟁과 관련되어 있습니다. 즉, 생물이 어느 정도까지 진드기 포함 지금까지 제대로 이해되지 않은 전기 메커니즘을 사용하여 방향을 정합니다. 그리고 다른 방법으로 그들의 생존을 향상시킵니다. 베를린 자연사 박물관의 행동 생태학자인 샘 잉글랜드(Sam England)는 “대부분의 사람들은 자연적으로 발생하는 전기가 생태학적 역할을 할 수 있다는 사실을 아직도 인식하지 못하고 있습니다.”라고 말합니다. “따라서 이러한 전기적 현상이 더 잘 알려지고 이해되면 이와 같은 실제 응용 분야에 더 많은 영감을 줄 것이라고 생각합니다.”