한국농림기상학회지, 제 16권 제4호(2014) (pISSN 1229-5671, eISSN 2288-1859)
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 16, No. 4, (2014), pp. 368~383
DOI: 10.5532/KJAFM.2014.16.4.368
ⓒ Author(s) 2014. CC Attribution 3.0 License.


기후변화에 따른 농업생태계 내 해충 발생 예측을 위한
연구 현황 및 향후 과제

정종국(1), 이효석(1), 이준호(1,2)
(1)서울대학교 농생명공학부 곤충학전공, (2)서울대학교 농업생명과학연구원

(2014년 10월 13일 접수; 2014년 11월 09일 수정; 2014년 11월 10일 수락)

Research Status and Future Subjects to Predict Pest Occurrences
in Agricultural Ecosystems Under Climate Change

Jong-Kook Jung(1), Hyoseok Lee(1), Joon-Ho Lee(1,2)
(1)Entomology Program, Department of Agricultural Biotechnology, Seoul National University,
Gwanakro 1, Gwanakgu, Seoul 151-921, Korea
(2)Research Institute for Agriculture and Life Sciences, Seoul National University, Gwanakro 1,
Gwanakgu, Seoul 151-921, Korea

(Received October 13, 2014; Revised November 09, 2014; Accepted November 10, 2014)

ABSTRACT
Climate change is expected to affect population density, phenology, distribution, morphological traits, reproduction and genetics of insects, and even in the extinction of insects. To develop novel research subjects for predicting climate change effect, basic information about biological and ecological data on insect species should be compiled and reviewed. For this reason, this study was conducted to collect the biological information on insect pests that are essential for predicting potential damage caused by insect pests in future environment. In addition, we compared domestic and foreign research trends regarding climate change effect and suggested future research subjects. Domestic researchers were rather narrow in the subject, and were mostly conducted based on short-term monitoring data to determine relationship between insects and environmental variables. On the other hand, foreign researches studied on various subjects to analyze the effect of climate change, such as changes in distribution of insect using long-term monitoring data or their prediction using population parameters and models, and monitoring of the change of the insect community structure. To determine change of the phenology, distribution, overwintering characteristics, and genetic structures of insects under climate change through development of monitoring technique, in conclusion, further researches are needed. Also, development of population models for major or potential pests is important for prediction of climate change effects.

Keyword: Global warming, Monitoring, Population models, Environmental change

MAIN

I. 서론

기후변화는 동물 개체군 밀도와 분포의 변화, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 변화, 그리고 생물종의 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다 (IPCC 2007). 지역에 따라 차이는 있겠지만 최근에 발표된 기후변화에 관한 정부간 협의체 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 5차 평가보고서(IPCC, 2014)에 따르면 건조지역과 습윤지역의 계절 강수량 차이가 커지고 우기와 건기 간의 기온 차이도 증가할 것으로 예상되는 등 기후변화가 이미 전 지구적으로 일어나고 있는 상황이 관측되고 있다. 우리나라의 기후 역시 기온의 상승, 폭염 몇 열대야의 증가, 호우 증가 등의 기후가 지속적으로 변화할 것으로 예상하고 있다(National Institute of Meteorological Research, 2013).
환경의 변화 중 특히 기후변화에 대한 반응은 종에 따라 다르게 나타날 것으로 예상되는데, 특히 IPCC(2007)에서 제시한 육상생태계에서의 변화는 다음과 같다: 1) 생물계절발생 (phenology)의 변화, 2) 종 분포 및 개체군 크기의 변화, 3) 기후와 연관된 종의 멸종과 침입, 4) 종의 형태적 변화와 생식 변화, 5) 군집 및 생태계 과정의 변화, 그리고 6) 종의 진화 과정 변화 등이다. 이러한 변화 양상은 IPCC 5차 평가보고서(IPCC, 2014)에서도 크게 달라지지 않고 있으며, 종의 계절발생, 분포, 발생밀도의 변화와 지역적인 멸종 가능성에 대해 보다 중점적으로 많은 근거들을 제시하고 있다. 기후변화와 생물의 반응을 연구하기 위해서는 오랜 기간 동안의 조사된 자료를 활용하는 접근 방식과 기후변화의 피해 예측을 위한 모델을 활용하는 접근 방식으로 구분이 될 수 있다. 특히 곤충의 경우, 발생시기나 개체군의 크기 변화에 대한 개체군 동태 모델(population dynamics models)이나 종의 분포와 관련한 모델(Bioclimatic envelope models)이 대표적이다. 곤충에 있어 개체군 동태 모델은 기대 수명(life expectancy), 생식 능력(reproductive rate), 세대 기간(generation time) 및 내적 증가율(intrinsic rate of increase)과 같은 생활사 모델과 변온동물인 곤충의 특성을 이용하여 만들어진 온도의존적 발육 모델(temperature dependent development models)과 같은 개체군 성장 모델이 대표적이다. 이러한 모델들을 활용한다면 곤충의 연발생 횟수나 분포 가능 범위를 예측할 수 있으며 해충별 피해 예측을 통해 작물의 손실을 최소화할 수 있을 것이다. 예를 들어 Kiritani(2006)는 거미류와 같은 천적 군집의 약화 가능성을 제기하면서 이로 인한 해충 발생 증가를 예상한 바 있으며, 이는 곧 작물 생산량의 감소와 같은 중대한 영향으로 이어질 것으로 예상된다(Chakraborty et al., 2000; IPCC, 2007).
곤충의 개체군 변동과 관련하여 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해 필요한 기본적인 생물학적/생태학적 정보들은 분산되어 있거나 불완전한 상황에 있으며, 이로 인해 연구 소요를 도출하는 것조차 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한요인들을 확인하고 향후 필요한 연구 소요를 제시하고자 하였다.

II. 기후변화 및 발육모델 관련 국내외 연구 현황

2.1. 기후변화의 영향에 대한 곤충 관련 연구 현황

2.1.1. 국내 연구 현황

기후변화와 관련하여 곤충을 대상으로 수행된 국내의 연구는 많지 않았다(Table 1). Table 1에 포함되지 않은 일부 선행 연구들 (Ki and Choi, 2004; Park et al., 2006; Kwon et al., 2008)은 기후변화와의 관련성을 제기하긴 하였으나 기후변화와의 연관성을 입증하기엔 자료가 부족한 것으로 판단된다. 반면, 최근의 연구들은 많은 자료를 활용하거나 비교적 정밀한 연구를 통해 이를 극복하려고 노력 중에 있다. 예를 들어, Choi(2008)는 온도나 강수량과 같은 기상인자들과 나방류의 종수 및 개체수의 관련성을 입증함으로써 향후 기후변화의 영향을 예측하였다. Kwon et al.(2010, 2014)은 과거 발생분포 자료를 분석하여 온도의 상승으로 인한 남방계 나비류의 북방한계의 북상 가능성을 제시하였고, Kwon(2014)은 광릉숲 내 개미류의 발생자료를 이용하여 미래 기후조건하에서의 발생 증감을 예측하기도 하였다. Lee et al.(2011)은 침입 해충인 꽃매미(Lycorma delicatula)의 월동 알 사망률과 겨울 최저 기온과의 관계를 분석하여 겨울철 기온의 상승이 꽃매미 개체군의 발생 증가 및 분포 확장에 영향을 줄 것이라 예상하였다. Kim and Lee(2010)는 복숭아심식나방의 개체군 동태 모델을 개발하여 온도변화에 따른 복숭아심식나방 성충의 발생시기와 밀도의 변화양상을 분석하였다.
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2.1.2. 국외 연구 현황

국내 연구들이 주로 모니터링을 통한 환경요인과의 관계 분석이나 분포자료를 활용한 분포변화에 집중되어 있었다면, 국외 연구들은 기후변화의 영향에 대해서 보다 다양한 방식으로 접근하고 있었다(Table 1). 이들 연구들은 크게 모델을 이용한 예측과 모니터링 자료를 활용한 연구로 나눌 수 있으며, 세부적으로는 생물계절발생의 변화, 종간 또는 종내 경쟁, 분포 및 발생의 변화, 그리고 생물다양성의 변화로 구분이 되었다. 모니터링 연구의 경우, 연간 발생 세대 수에 대해 10년 이상의 장기간에 걸쳐 수행된 경우가 대부분이었다(Roy and Sparks, 2000; Forister and Sharpiro, 2003; Stefanescu et al., 2003; Gordo and Sanz, 2005). 또한 과거 발생 분포 조사 자료를 활용한 분포 범위의 변화에 대한 연구들도 수행되고 있었다(Hickling et al., 2005; Yukawa et al., 2009; Parkash et al., 2013). 이들 중 많은 연구들이 장기간에 걸쳐 축적된 광범위한 조사 자료가 있었기에 기후변화에 대한 영향 평가가 가능한 것으로 생각된다.
모니터링 연구와는 달리 모델을 이용한 예측 연구들의 경우, 발육영점온도나 내한성 등을 바탕으로 분포 및 발생밀도의 변화를 예측하고 있으며(Samways et al., 1999; Baker et al., 2000; Hicke et al., 2006; Kiritani, 2006, 2013; Zhongren et al., 2007; Poutsma et al., 2008), 연간 발생 세대 수의 변화(kiritani, 2006, 2013; Yamamura et al., 2006; Asch et al., 2007) 또는 종내 및 종간 경쟁의 변화 (Bale et al., 2002; Kiritani, 2013)에 대해서도 모델을 이용하여 예측하고 있었다.

2.2. 주요 작물의 해충, 천적 및 화분매개곤충에 대한 모델 현황

2.2.1. 해충

주요 작물의 해충에 대한 발육모델 현황은 Fig. 1과 같으며, 총 30종에 대한 발육모델(온도발육 실험을 통한 발육속도 식이 있는 경우), 생존 및 산란모델(성충 산란 실험 후 생존율 식과 산란수에 관한 식이 있는 경우), 발육완료분포모델(발육속도 또는 산란모델에서 Weibull 함수로 표현된 경우), 그리고 일부 시·공간적인 분포와 관련한 모델들이 개발되어 있는 것으로 확인되었다. 그러나 목화진딧물(Xia et al., 1999; Giarola et al., 2006; Kim et al., 2012), 담배가루이(Drost et al., 1989; Han et al., 2013), 복숭아심식나방(Kim and Lee, 2001, 2010; Kim et al., 2001), 고자리파리(Otto and Hommes, 2000), 아메리카잎굴파리(Park et al., 2012), 벼멸구(Bae et al., 1987; Cheng et al., 1990), 감자나방(Sporleder, 2004), 배추좀나방(Liu et al., 2002; Golizadeh et al., 2009)을 제외한 22종은 모델의 일부만이 개발되어져 있어 개체군 동태 모델 개발과 시공간적 분포 분석을 위해서는 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다(Appendix-1). 특히 대부분의 연구들이 온도의존적인 발육 모델 개발에 집중되어 있으며, 상대적으로 생존, 산란 및 발육완료분포 모델은 개발이 안되었거나 일부만 작성되어 있었다.

2.2.2. 화분매개곤충 및 천적

화분매개곤충 및 천적에 대한 발육모델은 해충군에 비해 상대적으로 부족한 것으로 확인되었다(Fig. 1). 화분매개곤충의 경우, 머리뿔가위벌을 제외하고 발육이나 생존 및 산란을 연구하기 위한 실내 항온 조건하에서의 실험보다는 화분의 확산과 관련된 분포 모델 개발에 집중되는 경향을 보였다(Cresswell et al., 1995; Kadoya and Washitani, 2010; Chifflet et al., 2011) (Appendix-2). 화분매개곤충과는 달리 천적의 경우에는 포식성 응애류와 기생벌에 대한 온도의존적인 발육 연구(Osborne, 1982; Lee and Ahn, 2000; Gotoh et al., 2004; Qiu et al., 2004; Zamani et al., 2007; Lee and Gillespie, 2011) 및 먹이 조건에 따라 달라지는 발육 속도를 고려한 기능반응(Shipp and Whitfield, 1991; Skirvin and Fenlon, 2003; Zamani et al., 2006; Paik et al., 2010)에 관한 연구가 비교적 많이 수행되었다(Appendix-2). 그러나 해충과 비교하여 이들 화분매개곤충 또는 천적에 대한 생존 및 산란 연구나 발육완료분포모델 연구는 부족한 상황이며, 이러한 경향은 상대적으로 긴 수명으로 인한 실험의 어려움, 먹이 조건에 따른 생존 및 산란율의 변화, 개체별 사육의 어려움(특히 꿀벌과 같은 군체를 형성하는 화분매개곤충) 등의 이유로 인한 것으로 생각된다.
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III. 기후변화 대응을 위한 향후 과제

기온의 상승이나 이산화탄소의 증가와 같은 환경의 변화는 해충의 발육, 생존, 산란 등 생활사 파라미터들에 영향을 줄 것이며, 이는 식물–해충, 해충–해충 및 해충–천적 사이의 관계에도 영향을 줄 것이다(Fig. 2). 따라서 농업생태계를 비롯한 생태계 전반에 걸쳐 기후변화의 영향을 예측하기 위해서는 곤충의 계절발생, 분포, 월동 및 유전적인 변화를 추적할 수 있는 체계적인 모니터링 기술 개발이 필수적이다. 더불어 기후시나리오를 이용하여 외부 환경 요인, 특히 온도에 민감하게 반응하는 곤충을 대상으로 이들의 발생 동태를 예측할 수 있는 개체군 동태 모델의 개발 역시 중요하다. 본 연구에서는 곤충을 대상으로 기후변화 대응을 위한 향후 과제로 다음의 5개 주제(기후변화에 의한 발생 시기 및 발생 세대 수 변화 연구, 기후변화에 의한 분포 변화 연구, 기후변화에 의한 휴면 환경 변화 연구, 식물과의 연계 연구, 기후변화에 대한 유전적 변이 연구)를 제안하고자 한다.

3.1. 기후변화에 의한 발생 시기 및 발생 세대 수 변화 연구

f3Gordo and Sanz(2005)는 1943년부터 2003년까지 60년에 걸친 장기 모니터링 결과를 이용하여 45종의 식물, 4종의 나비 그리고 6종의 식충성 조류의 발생 시기 변화에 대한 연구를 수행한 바 있다. 이들의 연구에 의하면, 1970년대 이후 식물과 나비의 발생 시기가 앞당겨지는 경향을 보였는데 2000년대에 이르러서는 나비의 발생 시기가 지나치게 앞당겨져서 기주 식물과의 발생시기 불일치 현상이 나타나고 있다고 보고하였다. Pozsgai and Littlewood(2014) 역시 1994년부터 2011년까지 함정트랩 (pitfall trap)을 이용하여 딱정벌레류(Carabidae)를 모니터링하여 25종에 대한 발생 시기와 밀도의 변화를 연구하여 일부 종에서 발생 시기가 약간 빨라지거나 발생 밀도의 증감이 관찰되었다. Pozsgai and Littlewood(2014)의 연구에서 보다 흥미로운 부분은 발생 시기가 빨라지는 속도가 큰 종은 발생 밀도가 적게 감소하는 경향이 있다는 점인데, 정밀한 과거 자료의 부재로 인하여 기후변화의 영향을 명확하게 밝히지 못한 측면도 있다. 한편 Kiritani(2006)는 벼 해충군의 연간 세대 수 증가 폭에 비해 대표 천적군 중 하나인 거미류의 연간 세대 수의 증가 폭은 적을 것으로 예상하면서 기후변화에 의한 해충 피해 증가의 가능성을 제기하기도 하였다(Fig. 3). 이들 연구 사례로 미뤄볼 때 기후변화의 영향을 분석하고 예측하기 위해서는 분류군의 생물학적 특성을 고려한 양질의 자료 축적이 필수적일 것이다.
곤충의 발생 시기 변화는 최근의 급격한 온도 상승이 곤충과 식물의 관계, 특히 화분매개자 역할을 하는 곤충류와 식물의 관계 또는 식식성 곤충류와 식물의 관계 변화가 더욱 심해질 수 있다는 것을 보여주고 있다. 또한 세대간 간격이 짧거나 발생시기가 앞당겨지는 곤충의 경우, 성충의 활동기간 역시 길어짐에 따라 번식활동, 산란기간 및 월동 생존율 등 개체군의 크기와 관련된 요소들에 있어 장점으로 작용할 가능성이 있다. 따라서 앞으로 곤충의 발생시기 조사는 장기 모니터링 및 보전 프로그램뿐만 아니라 해충 개체군의 관리 방안 마련에 있어서도 매우 중요한 분야가 될 것이기 때문에 체계적인 연구 계획 수립이 필요하다.

3.2. 기후변화에 의한 분포 변화 연구

Yukawa et al.(2009)은 콩과, 가지과, 국화과, 벼과 등 많은 작물의 f4해충이기도 한 남쪽풀색노린재(Neazara viridula)와 근연종인 풀색노린재(Neazara antennata)의 일본 내 분포 지역에 대한 연구를 수행한 바 있다. 이들은 2007년부터 2008년에 걸쳐 혼슈의 추고쿠 지역과 시코쿠 지역에서 남쪽풀색노린재와 풀색노린재 2종에 대한 야외 조사 및 기존의 문헌과 표본 확인을 수행하였다. 그 결과, 남쪽풀색노린재의 분포 지역이 과거 시코쿠 지역의 남부 해안 지역 일부에 한정되어 있었던 것에 비해 최근 들어서는 시코쿠 지역의 북부 해안 지역뿐만 아니라 혼슈의 추고쿠 지역의 북부 일부 지역을 제외한 대부분의 지역에서도 분포하는 것으로 확인되었다. 또한 Kiritani et al.(1963)은 남방계 해충인 남쪽풀색노린재의 서식지를 분석하여 겨울철 월평균 기온이 5℃ 이상인 지역에 분포하는 것을 확인하였으며, 이를 바탕으로 Yukawa et al.(2009)은 1961년부터 2008년까지 분포 가능 지역의 변화를 모사하기도 하였다. 요약하면, 남쪽풀색노린재의 분포 확장이 풀색노린재와의 경쟁을 유도할 뿐만 아니라 풀색노린재의 위치를 대체하고 있는데, 이는 향후 해충 구성의 변화 가능성을 보여주고 있는 것이기도 하다.
종의 분포 지역 확장은 침입종의 분포 가능 지역 추정과도 연관이 있으며, 이를 통해 침입종의 위해성 평가를 수행할 수도 있다. 예를 들어, Kroschel et al.(2013)은 기후변화에 의한 온도 상승이 감자나방(Phthorimaea operculella)의 분포 지역, 발생 세대 수 및 발생 밀도를 증가시킬 것이란 연구를 수행한 바 있다. 침입종의 위해성은 전 지구적으로 생물다양성에 큰 위협이 되고 있으며, 이를 방지하기 위해서는 침입종의 정착가능성을 낮춰야 한다(Worner and Gevrey, 2006). 하지만 종의 침입은 다양한 경로로 이뤄지고 있을 뿐만 아니라 다양한 환경적 요인들(생물 및 무생물적 요인)에 의해서도 정착가능성이 변화하기 때문에 침입종의 위해성 평가는 국내 생물다양성의 보전과 농작물의 관리 계획 수립에 있어 필수적인 분야가 되고 있다. 이를 위해 GIS(geographic information system)에 기반한 BioSIM(Régnière and Saint–Amant, 2008), DYMEX (Maywald et al., 1997), CLIMEX (Sutherst and Maywald, 1985; Sutherst et al., 1995), ILCYM (Sporleder et al., 2009) 등의 프로그램들이 개발되어 있으며, 최근 들어 이들 프로그램을 이용하여 외래 해충의 정착가능성에 대해 연구하는 경향이 늘어나고 있다(Dentener et al., 2002; Stephens and Dentener, 2005; Li et al., 2012; Kroschel et al., 2013). 최근 들어 국내에서도 침입종의 정착가능성에 대한 연구가 수행되고 있는 상황인데, 보다 체계적인 관리 프로그램 운영을 위해서는 향후 기후변화에 따른 외래 해충의 서식지 확장이나 발생시기의 변화 등에 관한 연구 역시 수행될 필요가 있을 것으로 생각된다.

3.3. 기후변화에 의한 휴면 환경 변화 연구

기후변화, 특히 겨울철 기온의 상승은 곤충의 월동 환경을 변화시키고 이로 인한 개체군 동태의 변화는 작물의 수확량 변화를 초래할 것으로 예상된다(Bale and Hayward 2010). 즉, 혹독한 겨울과 상대적으로 온난한 겨울은 휴면 중 생존율의 차이를 유발할 것이며, 이는 봄철 개체군 밀도 차이와 직결된다(Fig. 4). 또한 진딧물의 경우처럼 환경 조건에 따라 무시충과 유시충이 나타나는 경우에는 개체군 밀도의 증가에 의해 이동성이 강한 유시충이 증가할 가능성이 높아지고, 이는 곧 작물로 이동하는 시기와 밀접한 관련이 있게 된다. 결과적으로는 기후변화에 의한 겨울철 기온 상승은 작물피해의 증가를 가져올 수 있다. 하지만 겨울철 기온 상승효과가 모든 계절에서 동일하게 작용할 지 또는 그 영향이 계절에 따라 어떻게 다르게 나타날 지에 대해서는 추가 연구를 통해 구명해야 할 부분이다. 한편, 겨울철 기온 상승으로 인한 적설량의 감소는 오히려 대기 중의 차가운 공기에 노출되어 휴면 중 생존율이 감소할 가능성도 있다. 따라서 보다 정밀한 예측을 위해서는 휴면 전(휴면이 유도되기 시작하는 늦여름과 가을), 중(본격적인 휴면이 일어나는 한겨울), 후(휴면 타파가 일어나는 늦겨울과 봄)의 3단계로 구분하여 온도의 영향에 관한 연구를 수행할 필요가 있을 것이다(Bale and Hayward, 2010). 또한 온도의 상승이 일어나더라도 휴면에 영향을 주는 중요한 요소인 광주기는 변화가 없기 때문에 이에 대한 연구도 동시에 수행될 필요가 있다.

3.4. 식물과의 연계 연구

식식성 곤충에 있어 먹이가 되는 기주 식물의 질적인 변화는 식식성 곤충의 산란과 발육에 매우 중요한 요소이다(Awmack and Leather, 2002). 최근의 기후변화로 인한 대기 중 이산화탄소의 증가는 식물의 성장 및 생식뿐만 아니라 물질대사에도 영향을 미치게 되는데, 탄소와 질소의 비율 변화는 탄소 기반의 물질 증가를 유도할 수도 있다(Agrell et al., 2000). Agrell et al.(2000)은 이산화탄소와 빛의 세기 모두 나방의 생존율, 발육기간 및 번데기 무게에 영향을 주는 것을 확인하였으며 그 이유로 이산화탄소 농도의 증가가 식물체 내 페놀염 글리코시드(phenolic glycosides)나 탄닌(tannins) 성분의 증가를 유도하여 나방 유충의 섭식량 감소로 이어진 것으로 추정하였다. 현재까지 수행되고 있는 많은 연구들이 온도 상승에 대한 분포 변화나 발생 세대 수 증가 등에 집중되고 있는 것에 비해 이산화탄소의 증가에 의한 영향 연구는 매우 제한적으로 수행되고 있기 때문에(Bale et al., 2002) 향후 기후변화의 영향에 관한 연구는 온도, 이산화탄소, 빛의 세기 등 다양한 환경 조건의 변화에 의한 식물체 구성 물질 변화와 이에 따른 식식성 곤충의 물리적/생리적 반응 역시 중요하게 다룰 필요가 있다.

3.5. 기후변화에 대한 유전적 변이 연구

앞서 언급한 것과 같이 기후변화에 대한 생물의 반응은 분포 범위의 확장, 발생 시기의 변화, 발육, 생존 및 생식의 변화, 그리고 종 구성의 변화에 따른 종간 상호작용의 변화가 대표적이다. 하지만 기후변화에 따라 이러한 변화들에 대응하지 못한다면 종은 멸종할 가능성이 커지게 될 것이기 때문에 대체 서식처를 찾거나 환경에 대한 적응을 통해 멸종을 피하기 위해 노력할 것이다(Hoffmann and Sgrò, 2011). 실제 몇몇 연구들에서 일부 곤충들이 지리적인 계통을 갖는 형태로 진화해왔다는 것을 보여주고 있으며(Bale et al., 2002), 심지어 Korol et al.(2000)은 근거리에 위치한 노랑초파리(Drosophila melanogaster)의 지역 개체군들 간에 유전적으로 불화합성을 보이는, 즉 진화가 막 시작된 사례를 보여주고 있다. 최근에는 Kearney et al.(2009)이 뎅기열을 전염시키는 Aedes aegypti 모기 알의 탈수 저항성이 진화하는 경우를 모델화하여 기후변화 시 분포 가능 지역이 확장되는 과정을 모사한 바 있다. 지금까지의 연구들이 표현형의 변화에 보다 집중이 되어 있었다면, 앞으로는 기후변화에 적응하는데 어려움을 겪을 가능성이 큰 종들에 대한 표현형 변화 연구에 집중하거나 진화 과정에 대한 모델화 작업을 통해 개체군별 기후변화에 적응할 수 있는 가능성을 예측하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 이러한 작업을 통해 해충 관리 시스템의 구축이나 생물다양성의 보전을 위한 프로그램을 개발할 수 있을 것이다.

IV. 결론

현재 국내에서의 곤충을 이용한 기후변화 대응 연구는 크게 두 가지로 구분이 될 수 있을 것이다. 첫 번째는 기후변화에 따른 생물계절발생이나 발생 밀도 및 군집 구조의 변화 등 장기적인 모니터링 사업이고, 두 번째는 개체군 동태를 추정하는 변수들을 이용하여 분포 확장, 발생 시기 및 발생 세대 수의 변화를 예측하는 모델을 개발하는 연구일 것이다. 그러나 국외의 많은 사례와 비교하여 볼 때 곤충을 이용한 국내의 기후변화에 대한 영향 연구는 상대적으로 특정 분야에 치우쳐 있는 것으로 판단되며 앞으로 연구과제의 다양성을 확보하는 것이 필요하다. 또한 연구과제를 종합적으로 계획할 수 있는 방안을 마련하는 것 역시 필요하다. 곤충의 경우, 다른 생물들에 비해 외부 환경에 대한 민감도가 높을 뿐만 아니라 상대적으로 사육이 쉽고, 시간적/공간적인 측면에서도 연구자에게 많은 장점을 제공하기 때문에 기후변화의 영향을 예측하기 위한 지표로 사용하기 유리한 측면이 있다. 따라서 개체군 동태 모델 개발을 위한 해충별 기본적인 생물학적 자료(발육, 생존, 산란 등)와 기상 자료(기온, 습도, 강수량 등)의 확보 및 표준화가 선행되어야 하며, 이후에는 이를 이용한 피해 예측이 수반되어야 할 것이다. 그러나 곤충은 매우 많은 분류군이 존재하고 분류군에 따른 생물학적/생태학적 특성이 큰 차이를 보이기 때문에 분류군별로 기후변화의 영향을 분석하고 예측하는 접근 방식에 대한 보다 심층적인 고찰이 필요하다.
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적요

기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한 요인들을 확인하고 향후 필요한 연구 소요를 제시하고자 하였다. 국내의 연구들은 단기 모니터링 자료를 이용하여 환경 요인과의 관계를 분석하는 수준에 그치고 있는 반면, 국외 연구들은 장기 모니터링 자료를 이용한 분포 변화 분석이나 기 개발된 생물 종의 파라미터를 이용한 발생 및 분포 변화 예측 그리고 곤충 군집의 구성 변화를 모니터링하는 등 다양한 내용을 주제로 기후변화의 영향을 연구하고 있었다. 결론적으로 기후변화에 대응하기 위해서는 체계적인 모니터링 기술 개발을 통해 곤충의 계절발생, 분포, 월동 특성 및 유전적 구조 변화에 대한 연구가 필수적이며, 주요 해충 및 잠재적인 해충에 대한 기후변화의 영향을 예측하기 위해 곤충 개체군 모델의 개발 역시 중요한 부분이 될 것이다.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호:PJ009860), 환경부 국가장기생태연구(Korea National Long-Term Ecological Research) 및 서울대학교 BK21 plus사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

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