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- 살아있는 유기체는 전기적으로 지역 환경에 영향을 미칠 수 있다.
- 정상적인 꿀벌 떼조차도 미터당 100에서 1,000볼트의 전위차 생성 할 수 있어
- 큰 메뚜기 떼는 기상 현상과 비슷한 정도로 넓은 지역에 걸쳐 공기를 충전

곤충이 공기에 전기장을 형성한다.

곤충 떼는 기상 현상과 유사한 강도의 전기장을 생성할 수 있다.

전기 효과:
곤충이 주변 공기를 전기적으로 충전할 수 있다. 측정 결과에 따르면 무리가 더 밀집되고 커질수록 이 전기장이 더 강해진다. 따라서 정상적인 꿀벌 떼조차도 미터당 100에서 1,000볼트의 전위 기울기를 생성할 수 있다. 큰 메뚜기 떼는 기상 현상과 비슷한 정도로 넓은 지역에 걸쳐 공기를 충전할 수도 있다. 생물학과 물리학의 이러한 상호 작용은 이전에 탐구되지 않았다. 

▲ 꿀벌은 주변의 공기를 전기적으로 충전할 수 있다. 무리에서 이 전하는 미터당 1,000볼트의 잠재적 전위차에 도달할 수 있다. © Ellard Hunting

구름, 뇌우 전 또는 먼지 폭풍:
많은 기상 현상이 대기를 전기적으로 충전할 수 있다. 그 이유는 물방울이나 공기 중 입자의 움직임으로 인해 전하가 재분배되기 때문이다. 브리스톨 대학의 엘라드 헌팅(Ellard Hunting)과 그의 동료들은 "날씨가 좋고 뇌우로부터 어느 정도 거리가 있어도 지구의 대기는 항상 어느 정도 전기가 통한다"고 설명했다.

▲ 그래픽 개요 (출처: 관련논문 Observed electric charge of insect swarms and their contribution to atmospheric electricity)

대기의 이러한 전기장은 날씨 및 대기 수송 과정에서 중요한 역할을 하지만 생물학적 유기체의 이동에도 영향을 미칠 수 있다. "지금까지 우리는 환경의 거의 모든 곳에 존재하는 이러한 정전기장을 다양한 유기체가 어떻게 사용하는지 항상 살펴보았다"고 Hunting은 설명했다.

곤충도 하전된다.

지금 보여진 것처럼 이것은 다른 방향으로도 작동한다. 살아있는 유기체는 또한 전기적으로 지역 환경에 영향을 미칠 수 있다. Hunting과 그의 팀은 "많은 종류의 날아다니는 곤충이 이미 몇 피코 쿨롱에서 나노 쿨롱에 이르는 범위의 전하를 운반할 수 있는 것으로 나타났다"고 설명했다. 그러나 이것이 주변 대기의 잠재적 전위차에도 영향을 미칠 수 있는지 여부는 불분명했다.

▲ 개별 꿀벌은 몇 피코쿨롱에서 나노 쿨롱에 이르는 전하를 운반한다. © Ellard Hunting

알아내기 위해 Hunting과 그의 동료들은 먼저 꿀벌이 무리지어 있을 때 꿀벌을 측정했다. 그들은 꿀벌 떼가 머리 위로 날아가는 동안 전기장 측정기와 위쪽을 가리키는 카메라를 땅에 설치했다.

미터당 최대 1,000볼트

실제로 꿀벌 떼가 지나가는 동안 전기 판독값이 변경되었다. Hunting과 그의 동료들은 "가장 큰 무리 밀도의 순간에 전위 기울기가 미터당 100볼트까지 상승했다"고 보고했다. 다른 꿀벌 떼로 측정한 결과 미터당 최대 1,000볼트의 값이 나왔다. 벌떼가 밀집할수록 생성된 전기장은 더 강해진다.

▲ 그림 2 메뚜기 떼가 대기 전위 구배에 미치는 영향과 기상 조건과 비교한 곤충 떼의 중요성 (A) 메뚜기 떼의 예(제공: Bilal Tarabey-AFP). (B) 대기 PG(V/m 단위)에 대한 메뚜기 떼의 영향을 보여주는 유한 요소 모델. 300V/m 이상에서 잘린 색상 스케일. (C) 여러 군집 곤충 종의 전하 밀도 및 기상 현상 - 위에서 아래로, 꿀벌(Apis mellifera), 나비목(Tyria jacobaaeae 및 Aglais io)(England and Robert, 2022), 사막 메뚜기(S. gregaria), 반 - 맑은 날씨 구름, 뇌우 구름 및 전기 먼지 폭풍. (출처: 관련논문 Fig.2 Observed electric charge of insect swarms and their contribution to atmospheric electricity / iScience)

"이러한 측정 데이터는 꿀벌 떼가 떼 밀도에 비례하는 대기 전위 기울기에 영향을 미치기에 충분한 전하를 포함하고 있음을 나타낸다"고 연구원은 말했다. 그들은 이 효과가 흰개미, 개미, 모기 또는 메뚜기와 같은 다른 떼 지어 사는 곤충에서도 발생할 수 있다고 가정한다.

메뚜기 떼의 전하량은 폭풍우 구름에 뒤처지지 않아

Hunting과 그의 팀은 "우리의 결과는 곤충의 대규모 집합이 이전에는 인식되지 않은 대기의 전기적 변동성의 원인임을 시사한다"고 설명했다. 다음 단계에서 그들은 곤충 종의 떼 밀도와 크기를 기반으로 전기장의 강도를 계산할 수 있는 모델을 개발했다. 그들은 예를 들어 이동하는 나비와 거대한 이동하는 메뚜기 떼에 대해 이것을 결정했다.

▲ 크고 빽빽한 꿀벌 떼가 지나가는 동안 측정된 전위 기울기. © Hunting et al./ iScience, CC-by-nc-nd 4.0

결과:
"우리의 계산에 따르면 이동성 메뚜기 떼는 전기 폭풍과 구름의 전하 밀도를 초과할 수 있는 전하 밀도에 도달할 수 있다"고 팀이 보고했다. 대조적으로, 나비는 대부분 느슨하고 밀도가 훨씬 낮은 떼로 이동하며 대기 전기에 미치는 영향이 훨씬 적다.

많은 대기 과정에 대한 중요성

연구자들은 곤충 외에도 박테리아나 새와 같은 다른 유기체도 주변의 공기를 전기적으로 변화시킬 수 있다고 생각한다. 연구팀은 "이 발견은 물리적, 생물학적으로 관련된 여러 영역에 중요한 의미를 갖는다"고 말했다. 유기체에 의해 생성된 그러한 전기장은 대기 중의 먼지, 꽃가루 또는 에어로졸의 수송에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

Hunting은 "생물학과 정전기장 사이에는 토양의 미생물에서부터 식물과의 수분 매개체 상호 작용, 곤충의 큰 떼에 이르기까지 공간적 규모에 이르기까지 연구되지 않은 많은 연결이 있다"고 말했다. 대기에서 물리학과 생물학 사이의 역동적인 상호작용에 대해서는 아직 연구가 많이 남아 있다.
(iScience, 2022; doi: 10.1016/j.isci.2022.105241)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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