빛 공해가 식물의 감각을 방해하는 방법

눈부신 빛은 식물의 계절적 리듬과 꽃가루 매개자와의 연약한 관계를 방해하여 생태적 혼란을 야기하고 있습니다.

2014년 어느 여름 밤, 일단의 생물학자와 생태학자들이 가로등이 켜진 영국 월링포드 바로 외곽의 여러 교외 지역을 감시했습니다. 그들의 야간 존재는 지역 주민들 사이에서 잠재적인 도둑질에 대한 약간의 우려를 불러일으켰을지 모르지만, 그들은 실제로 야간 나방이 야간 수분 루틴을 수행하는 것을 관찰하기 위해 그곳에 있었습니다. 

과학자들은 가로등이 나방 의 행동에 어떤 영향을 미치는지 연구하고 있었습니다 . 그들의 이론은 밤에 인공 조명이 나방의 비행 패턴을 방해하여 수분을 얼마나 많이 또는 얼마나 잘 할 수 있는지를 방해한다는 것입니다.

아니나 다를까, 그들이 관찰한 수백 마리의 나방 중 70% 이상이 꽃을 피우는 식물에서 멀어지고 빛을 향해 위쪽으로 이끌려 나방에 의해 운반되는 꽃가루 유형의 수뿐만 아니라 식물 수분이 눈에 띄게 감소했습니다. 이것은 여러 가지 야행성 나방 종과 28종 이상의 식물에서 사실로 입증되었으며, 이는 파급 효과가 광범위한 결과를 가져올 수 있음을 의미합니다.

이것은 빛 공해가 어떻게 자연계를 방해하고 있는지에 대한 하나의 좁은 관점일 뿐입니다. 눈부신 도시의 불빛에 영향을 받는 꽃가루 매개자는 나방만이 아닙니다. 꿀벌도 수분을 하는 모든 식물과 함께 그 영향을 느끼고 있습니다. 인공 조명이 야행성 수분 매개자가 식물과 상호 작용하는 방식을 방해함에 따라 꽃가루 생산량이 영향을 받을 수 있으며 , 이는 낮 동안 꿀벌 및 기타 일주 수분 매개자가 얼마나 잘 수정될 수 있는지에 영향을 미칠 수 있습니다. 

빛 공해는 이미 지구의 약 4분의 1을 덮고 있으며 도시화가 진행됨에 따라 매년 약 6% 씩 증가하면서 계속 악화되고 있습니다 . 전 세계 빛 공해는  25년 동안 최소 49% 증가했습니다 .

그 영향은 여전히 ​​연구 중이고 종에 따라 매우 다양하지만 과학자들은 빛 공해가 식물의 성장과 번식 방식에 영향을 미친다는 것을 알고 있습니다 . 그것은 계절적 리듬 , 자연광을 감지하고 반응하는 능력, 수분 매개자와의 연약한 관계를 방해합니다 . 그 관계가 더 긴장될수록 우리의 식량 공급은 더 위험에 처할 수 있습니다. 단 하나의 끊어진 연결 고리가 먹이 사슬의 위아래로 헤아릴 수 없는 생리학적 결과를 초래할 수 있습니다.

 

식물이 세상을 감지하는 방법

빛 공해 또는 밤의 인공 조명이 지구상의 대부분의 생명체에 영향을 미치는 주된 이유는 생체 리듬이 있기 때문입니다 . 이 리듬은 24시간마다 반복되는 자연스러운 수면-각성 주기이며 밝거나 어두울 때 결정됩니다. 야행성이든 주간성이든 대부분의 생물은 이 주기에 따라 생활 과정을 수행하므로 예를 들어 더 짧은 밤 시간으로 인해 방해를 받으면 내부 시스템이 작동하는 방식에 과도한 스트레스를 줄 수 있습니다. 그리고 혼란이 오래 지속될수록 해로운 영향을 미칠 가능성이 커집니다. 

빛 공해는 호박벌을 포함한 다양한 종에 부정적인 영향을 미치고 있습니다. (Credit: Getty Images)

일주기 시계 교란은 또한 인간, 식물 및 동물의 조절 화학 물질 , 특히 어둠에 반응하여 생성되고 일주기 리듬 조절을 돕는 분자인 멜라토닌 조절에 영향을 미칠 수 있습니다. 미국 네바다 대학교(University of Nevada)의 연구원인 발렌티나 알라삼(Valentina Alaasam)은 "밤새 상승해야 하지만 빛 공해는 멜라토닌을 억제하여 시간이 지남에 따라 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다"라고 말합니다. 인간의 경우 건강에 미치는 영향에는 수면 장애 , 당뇨병 , 우울증 , 심장 질환 및 유방암 의 위험 증가가 포함됩니다 .

그 효과는 시차로 인한 피로와 그다지 다르지 않습니다. 런던에서 뉴욕으로 비행기를 타고 있다고 가정해 보겠습니다. 본거지에서 5시간 뒤의 장소로 이동하기 때문에 (여행 시간에 따라) 주간 또는 야간 중 5시간을 효과적으로 확보하여 일주기 리듬이 흐트러집니다. 그로 인한 시차로 인해 안개가 자욱하고 수면이 부족하며 일반적으로 며칠 동안 날씨가 좋지 않을 수 있습니다. 그것은 단지 하나의 일주기 리듬 붕괴의 결과입니다. 이제 가로등, 자동차 및 건물에서 나오는 인공 조명에 지속적으로 노출되는 도시의 거리에 있는 나무라고 상상해 보십시오. 내부 시스템이 항상 낮이라고 생각하면 인생을 뒤집어 놓을 수 있습니다.

"식물은 물건을 처리하기 위해 수면 주기가 필요하다는 점에서 동물과 같습니다. 식물이 하는 일은 하루 중 다른 시간에 다른 활동에 주의를 기울이는 것입니다. 따라서 식물은 시간을 알아야 합니다."라고 Joanne Chory 교수는 말합니다. 캘리포니아주 샌디에고에 있는 솔크 생물학연구소(Salk Institute for Biological Studies)에서

빛 공해로 인해 밤에 더 밝은 지역에서 최대 7.5일 일찍 꽃봉오리가 발생합니다.

식물은 낮의 길이와 같은 것을 결정하는 데 사용하는 우리가 알고 있는 13개의 광수용체를 가지고 있습니다. 이를 통해 꽃이 피는 시기와 낙엽수의 경우 잎을 떨어뜨릴 시기를 알 수 있습니다. 이는 아마도 나무의 달력에서 가장 중요한 두 가지 이벤트일 것입니다. 광수용체 중 5개는 달과 별빛에서 나오는 근적외선을 흡수하고 8개는 자외선의 일종을 흡수합니다. 인위적으로 낮의 길이를 연장함으로써 빛 공해는 식물의 개화 패턴이 변하는 지점까지 이러한 광수용체를 촉발 할 수 있습니다.

"식물은 [인공적인] 빛 아래에서 스트레스를 받을 것입니다. 그들은 더 많은 스트레스가 있기 때문에 광합성을 더 많이 할 수 있습니다. "항상 운동하는 보디빌더와 같습니다." 식물이 광합성을 할 때 그들은 에너지를 흡수합니다. 만약 그들이 항상 그렇게 한다면 그것은 압도적일 수 있고 식물을 죽이는 반응성 유형의 산소를 생성할 수 있습니다.

여기에 기후 변화로 인해 겨울이 따뜻해지고 여름이 길어지면 나무가 자연 리듬에서 벗어나 잘 자라게 되고 결국 나무가 약해질 수 있습니다 .

 

계절의 변화

개화 또는 꽃봉오리는 일반적 으로 더 긴 낮과 더 많은 자외선과 일치하는 더 따뜻한 기온이 도래하는 봄에 발생합니다 . 그러나 Seymour는 빛 공해가 식물에 대한 이러한 단서를 뒤섞고 있다고 말합니다. "식물의 계절적 변화는 밤에 인공 조명의 영향을 받았습니다."라고 Seymoure는 말합니다. "그들은 꽃봉오리를 더 빨리 피우거나 잎을 더 오래 붙들고 있는데, 그것은 낮과 밤의 비율인 광주기가 밤에 인공 조명에 가려지기 때문입니다."

도시에서 수 마일 떨어진 곳에서 방출되는 주변광도 식물과 동물의 일주기 리듬을 방해할 수 있습니다(Credit: Fabrice-Coffrini / Getty Images)

영국의 낙엽수에서 13년간의 새싹 데이터를 분석한 한 연구에 따르면 빛 공해로 인해 밤에 더 밝은 지역에서 새싹이 최대 7.5일 일찍 발생 했습니다 . 꽃봉오리는 또한 나무가 가을에 잎을 떨어뜨릴 때 변할 수 있는데, 다시 한 번 겨울이 다가옴에 따라 인공 조명이 낮이 짧아지는 것으로 인식되는 광주기를 방해하기 때문입니다.

일반적으로 낙엽수는 낮이 짧아지면 광합성에 사용되는 주요 색소 인 엽록소의 생성을 멈추고 잎에서 영양분을 빼내어 색이 변하여 결국 땅에 떨어집니다. "그러나 그들은 가로등에 계속해서 노출되기 때문에 광주기를 얻지 못하기 때문에 잎을 훨씬 더 오래 붙들고 실제로 이 엽록소가 있는 모든 잎을 잃을 수 있습니다. 매우 에너지 비용이 많이 듭니다."라고 Seymoure는 말합니다. 빛 공해는 꽃가루 매개자 의 일주기 리듬과 일반적인 생활 패턴을 방해하여 궁극적으로 식물 번식을 방해합니다. 영국 나방 연구를 포함한 여러 연구에서 인공 조명 아래에서 야행성 수분이 감소한다는 사실을 발견했습니다. 2017년 연구 에 따르면 야행성 식물-수분 매개자 상호 작용은 조명이 없는 지역보다 밝은 지역에서 62% 더 낮았습니다. 이러한 상호 작용이 줄어들면 식물은 꽃가루를 생산하도록 자극을 받지 못하므로 벌과 같은 낮에 수분을 공급하는 꽃가루가 줄어듭니다.

식물의 계절적 변화는 밤에 인공 조명의 영향을 받았습니다 – Brett Seymoure

시차로 인한 피로가 인간에게 영향을 미치는 것처럼 빛 공해는 수분 매개체 의 수면과 회복 시간을 줄임으로써 수분 매개체 의 몸 에 스트레스를 주어 궁극적으로 수분과 번식을 어렵게 만듭니다.

빛 공해는 곤충(및 기타 날아다니는 동물 종)을 원래 의도된 경로에서 벗어나 위험하고 종종 치명적인 시나리오로 유인하여 이동에 영향 을 미칩니다. Alaasam은 "[그것은] [새] 이동 경로를 혼란스럽게 하고 종이 번식하거나 겨울을 나는 곳을 변화시키는 것으로 나타났습니다 ."라고 말합니다. 이러한 철새 변화는 새에 의해 수분되는 식물이나 새가 씨앗을 퍼뜨리는 식물에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다.

곤충과 관련하여 Seymoure는 이 매력을 " 곤충 효과 " 라고 ​​부릅니다. "곤충이 빛으로 왔지만 빛 속에서 너무 바쁘게 날아 다니기 때문에 수분을 하지 않는 곳"이라고 Seymoure는 말합니다. 특정 종의 딱정벌레 와 같은 다른 수분 매개체는 광 공포성이며 단순히 인공 조명 아래에서 초목을 피합니다. 이것이 "격퇴 효과"입니다. Seymoure가 공동 저술한 229건의 연구에 대한 리뷰 에 따르면, 밤에 인공 조명에 끌리는 벌레의 약 1/3 은 포식, 탈진 또는 굶주림 때문에 아침까지 살아남지 못합니다 .

' 곤충 대재앙 '

수분매개자 개체수는 꾸준히 감소하고 있으며 Seymoure와 같은 생태학자 들은 빛 공해, 화학적 오염, 기후 변화 및 서식지 손실을 포함한 스트레스 요인이 합류한 결과라고 우려합니다 . 곤충은 지구상의 생명에 필수적인 종석이며 우리가 곤충을 잃으면 종 도미노 효과가 더욱 분명해집니다. 예를 들어, 미국에 서식하는 꿀벌이 죽으면 그들이 수분하는 모든 식물 종은 다른 개입 없이 따를 수 있습니다. 이는 꽃 피는 식물의 80%입니다 . 미국 농무부는 오늘날 미국인들이 먹는 식품의 25%를 이러한 식물이 차지한다고 추정합니다.

"약 2억년 전, 꽃 피는 식물과 곤충은 서로 공진화하기 시작했습니다. 곤충의 행동이나 식물의 행동 생리학 중 하나를 변경하기 시작하면 두 가지 모두에 영향을 미치게 될 것입니다." 시무어는 말한다. "[빛 공해로] 거의 모든 것이 곤충과 꽃 피는 식물에 의존하기 때문에 지구상의 모든 것에 결과를 가져올 이 새로운 이상한 상황에 직면하게 됩니다. 우리 작물 종의 80%는 곤충에 의해 수분됩니다 ."

인위적으로 낮의 길이를 연장함으로써 빛 공해는 식물의 개화 패턴을 변화시킬 수 있습니다. (Credit: Frank-Bienewald / Getty Images)

식물과 수분 매개자는 온도와 빛의 변화에 ​​의존하여 생명 과정을 수행하는 방법과 시기를 알고 있습니다. 지구가 따뜻해지고 광공해가 심해짐에 따라 이러한 과정은 점점 더 균형을 잃게 될 것이며 영향을 받은 종들이 생존할 수 있을 만큼 빠르게 적응할 것인지는 불확실합니다.

"빛 공해와 기후 변화는 이러한 단서[빛과 온도]를 덜 신뢰할 수 있게 만들고 일부 생태적 혼란을 야기하고 있습니다."라고 Alaasam은 말합니다.

이 모든 것에도 불구하고 빛 공해에 부정적인 영향을 받지 않는 수분 매개체가 있습니다. 사실, 일부는 그것을 유리하게 사용하도록 진화했습니다.  10개의 다른 집단에서 "도시 나방"을 조사한 한 연구  는 그들이 밤에 인공 조명에 날지 않도록 적응했다는 것을 발견했습니다. "지난 20년에서 50년 동안 인공 조명에 노출된 나방은 더 이상 빛으로 날아갈 수 있는 유전자를 가지고 있지 않았습니다."라고 Seymoure는 말합니다. 

수분하는 박쥐도 긍정적인 허점을 발견한 것 같습니다. 인공 조명은 그들이 먹고 싶어하는 벌레를 밝힐 뿐만 아니라  2022년 연구에  따르면 인공 조명 나무에 더 많은 과일과 씨앗이 있어 수분이 증가했습니다(과도한 개화의 잠재적 결과). 그러나 그것은 일시적인 혜택일 수 있습니다. Seymoure가 두려워하는 것처럼 너무 많은 인공 조명 노출은 나무에 과도한 부담을 주어 시간이 지남에 따라 나무를 약화시킬 수 있습니다. 

다른 많은 곤충 종은 빛에 끌린 적이 없기 때문에 빛 공해의 직접적인 영향을 받지 않습니다. 그러나 이것이 다른 방식으로 간접적으로 영향을 받지 않는다는 의미는 아닙니다. 예를 들어, 꿀벌은 빛에 끌리지 않지만,  그들이  수분하는 식물은 인공 조명에 의해 쫓겨나는 야행성 수분 매개자에 의해 꽃가루를 생산하도록 자극받지 않기 때문에 빛 공해에 부정적인 영향을 받습니다 .

이러한 작은 변화가 광범위한 영향을 미치지 않는 것처럼 보일 수 있지만 이러한 모든 변화는 에너지 비용 절감을 통해 비용도 절감할 수 있습니다. 이것은 사무실 관리자, 집주인 또는 시의회가 빛 공해를 줄이도록 설득하는 데 도움이 될 수 있다고 Alaasam은 말합니다.

 

빛 공해를 줄이기 위해 인간은 무엇을 할 수 있습니까?

빛 공해를 줄이기 위해 우리 모두가 취할 수 있는 간단한 조치가 있으며 많은 긍정적인 효과가 즉각적으로 나타납니다.

• 할로겐 조명보다 광공해가 적고 에너지 효율이 더 높은 LED 전구로 전환하십시오. 차가운 조명보다는 따뜻한 조명을 사용하고 있는지 확인하세요(최대 3000K — K 값이 높을수록 조명이 더 차가움).
• 투광 조명을 제거하십시오. 공기 중으로 너무 많은 빛을 비추어 새가 방향 감각을 잃고 구조물로 날아가 거나 길 을 잃을 수 있습니다 .
• 밤에는 커튼을 치거나 외부 조명에 차양을 설치하십시오.
• 타이머 조명 대신 모션 센서 조명을 설치하십시오.