살충제는 꿀벌의 면역 체계를 약화시키고, 질병은 벌집을 통해 빠르게 퍼지고, 야생화 서식지가 줄어드는 데 따른 영양 부족은 꿀벌을 취약하게 만듭니다. 여기에 기후 변화의 예측할 수 없는 변동을 더하면 꿀벌 개체군이 직면한 과제가 명확해집니다. 동시에 연구자들은 사회적 행동, 노화, 미생물학에 대한 통찰력을 얻기 위해 이 근면한 곤충을 찾고, 복잡한 벌집 역학을 더 큰 생물학적 시스템으로의 창문으로 활용합니다.

그러나 꿀벌( Apis mellifera ) 생물학에 대한 통제되고 재현 가능한 실험을 수행하는 것은 연구자들에게 많은 과제를 안겨줍니다. 특히 꿀벌의 복잡한 사회적 구조와 각 벌집 내에서 동시에 일어나는 상호작용 때문입니다. 연구자들은 종종 실험 중에 벌을 수용하기 위해 호딩 케이지와 챔버와 같은 도구를 사용하지만, 이러한 방법은 비용, 효율성, 벌의 생존 보장 측면에서 종종 부족합니다.

메릴랜드주 벨츠빌에 있는 미국 농무부 농업 연구국의 꿀벌 연구실의 연구원들은 최근 기존의 호딩 케이지 방법을 개선한 소규모, 저렴하고 일회용 꿀벌 사육장을 개발했습니다.  11월에 오픈 액세스  저널 오브 인섹트 사이언스 에 발표된 보고서에 자세히 나와 있듯이 , 연구원들은 "P-컵" 사육장을 개발하고 다양한 테스트를 수행하여 기존의 호딩 케이지와 디자인과 효과를 비교했습니다.

영어: 100mm 페트리 접시를 작고 투명한 일회용 사육장으로 사용하여, 연구팀은 각 "P-컵"에 종이 디스크, 설탕 시럽 공급기, 때로는 퐁당 공급기를 장착하여 꿀벌의 영양을 공급했습니다. USDA-ARS의 꿀벌 연구실에서 수석  과학자로 일하는 제이 에반스  박사 는 "꿀벌을 위해 설계된 집이 많이 있었는데, 전체 크기의 벌집에서 나무로 된 것, 그리고 최근에는 [우리가 연구에 사용한 것과 같은] 플라스틱 사육장으로 축소되었습니다 ."라고 말합니다. "우리는 질병을 연구하고 있었기 때문에 주로 무균 공간을 원했습니다." 이 팀은 또한 한 번에 몇 마리의 꿀벌만 쫓아가더라도 일반적인 밀도로 꿀벌을 가두어 둘 수 있는 집을 원했습니다.

전문가들은 인큐베이터에 놓인 틀에서 새로 나온 벌을 수집했습니다. 그들은 벌을 페트리 접시로 손으로 옮겨 실험 사이에 무균 상태를 유지했습니다. 그들은 또한 벌에게 퐁당(장기간 먹이를 위해) 또는 자당 시럽(통제된 먹이 실험용)을 제공했습니다. 팀은 적절한 온도와 습도 수준을 유지하기 위해 경기장을 인큐베이터에 보관했습니다.

다른 연구자들은 수년간 일회용 컵을 사용해 왔지만, 이 팀이 개발한 컵은 훨씬 작고 처리량이 더 높았습니다. 하지만 에반스에 따르면, "우리의 가장 큰 돌파구는 먹이통에서 나왔습니다. 전통적인 호딩 케이지 지붕에 있는 먹이통은 일부 벌이 접근할 수 없고, 과도하게 떨어지거나 공동이 생겨 말라버릴 수 있습니다. 이것은 기본적으로 2차원 경기장이므로 모든 벌이 먹이에 도달할 수 있으며, 새로 나온 벌이나 건강이 좋지 않은 벌도 마찬가지입니다."

연구자들은 일부 벌에 병원균을 주입하거나, 현장에서 잡은 벌을 사용하여 이산화탄소로 잠시 진정시킨 다음, 벌집에 분류했습니다. 그들은 벌의 건강을 모니터링하고 매일 사망률을 기록했습니다. 실험 기간 후, 팀은 RNA, DNA 또는 화학 발광 기술을 사용하여 추가 연구를 위해 벌을 처리하고 분석했습니다.

연구 결과에 따르면 P-컵 시스템은 벌의 생존율과 실험 효율성을 크게 개선했습니다. 새로 나온 벌을 대상으로 한 실험에서 12일 동안 4%가 조금 넘게 죽었는데, 이는 연구자들이 기존 설정에서 본 것보다 훨씬 낮은 사망률입니다. 이 발견은 이 시스템이 장기 연구에 강력한 실행 가능성을 가지고 있음을 시사합니다.

변형 날개 바이러스(DWV)를 주입한 경우에도 95% 이상의 벌이 최소 96시간 동안 생존하여 P-컵 시스템이 실험적 스트레스에도 불구하고 강력한 벌 건강을 유지함을 보여줍니다. 에반스는 벌들이 얼마나 오래 살았는지에 놀랐다고 말하며, 작은 무리조차도 추가 수원 없이도 살아남았다고 언급했습니다. 그는 향후 연구에서는 "정글 짐"과 같은 요소를 통합하여 바이러스 감염이 행동에 미치는 영향을 추가로 평가할 것을 제안했습니다.

미국 농무부 농업 연구국의 연구원들은 기존 방법을 개선한 간단한 페트리 접시를 사용하여 소규모, 저렴하고 일회용 꿀벌 사육장을 개발했습니다. (영상은 원래 Evans et al 2024 , Journal of Insect Science 에 보충으로 게재됨 )  

P-컵 시스템은 또한 실용성 있는 이점이 있었습니다. 우선, 퐁당 피더는 액체 피더보다 성능이 뛰어나서, 유지 관리 없이도 벌을 몇 주 동안 살릴 수 있었고 지저분한 누출 위험을 없앴습니다. 연구자들은 또한 작은 인큐베이터에서 여러 실험을 수행하여 실험을 간소화하고 질병에 대한 온도 효과를 손쉽게 연구할 수 있는 기회를 얻었습니다. 에반스는 또한 새로운 벌 약을 테스트하는 데 있어 이 설정의 가치를 강조하여 비용 효율적인 고반복 실험을 쉽게 수행할 수 있게 했습니다. 이 팀은 이미 이를 사용하여 수백 가지의 가능한 항바이러스 약물을 스크리닝했습니다.

에반스는 "이러한 연구는 대규모 군집의 영양과 사회적 상호 작용의 복잡성을 감안할 때 아마도 항상 '실제 군집' 연구로 후속 조치해야 할 것"이라고 말합니다. "하지만 이러한 접근 방식은 살충제에서 바이러스에 이르기까지 벌 건강에 큰 영향을 미치는 요인을 선별하고 기록하고 반복할 수 있는 방식으로 일벌 간의 행동 상호 작용을 모니터링하는 데 확실히 역할을 할 것입니다."

이 팀은 P컵 경기장에서 장기간 벌의 행동을 추적하는 자동화된 방법을 모색하여 바이러스 감염의 영향을 연구하고 있으며, Evans 연구실의 연구원인 Zachary Lamas 박사와 University of Illinois Bee Lab에서 진행한 연구를 바탕으로 하고 있습니다. Evans는 "우리의 양성 바이러스 분석은 사망률을 유발하지 않았지만, 더 독성이 강한 마비 바이러스로 인한 사망률을 측정하는 데 사용할 수 있었고, 죽은 벌과 죽어가는 벌을 매일 쉽게 모니터링할 수 있습니다."라고 말합니다. "이 경기장이 살충제와 질병의 영향에 대한 반복 연구에 좋은 추가가 될 것으로 생각합니다."