스크랩 꿀벌의 집단면역과 집단건강이 코로나 전염병에 위협받는 인류에게 주는 교훈

[長樂山人 이종인]

꿀벌의 집단면역과 집단건강이 코로나 전염병에 위협받는 인류에게 주는 교훈

자료정리, 장락산인(長樂山人 010-9420-9632) 다송원 천연발효식초, 토종꿀

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#1. 꿀벌은 사회적 거리두기 보다, 함께 일하는 상호 작용으로 집단건강 유지

(Honey bees can't practice social distancing, so they stay healthy in close quarters by working together)

#2. 군집생활 꿀벌의 전염병 퇴치 전략

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#1. 꿀벌은 사회적 거리두기 보다, 함께 일하는 상호 작용으로 집단건강 유지

(Honey bees can't practice social distancing, so they stay healthy in close quarters by working together)

꿀벌은 사회적 거리두기를 수행 할 수 없으므로, 함께 일함으로써 가까운 곳에서도 건강을 유지

Rachael Bonoan, 프로비던스 대학 조교수 및 Phil Starks, Tufts 대학 생물학 부교수

The Conversation 2020 년 8 월 14 일

벌통 내부의 그룹 건강을 유지하는 복잡한 상호 작용은 전염병 위협 인류에게 교훈을 제공합니다(The complex interactions that maintain group health inside a bee hive offer lessons for humanity during pandemics)

Rachael Bonoan, CC BY-ND

사진 bee hive 1

미국 전역의 많은 주와 도시가 COVID-19 전파를 통제하기 위해 고군분투함에 따라 한 가지 과제는 가까운 지역에 사는 사람들 사이의 확산을 억제하는 것입니다. 양로원, 아파트, 대학 기숙사 및 이주 노동자 주택과 같은 곳에서는 사회적 거리두기가 어려울 수 있습니다.

꿀벌의 사회적 상호 작용을 연구 한 행동 생태학자로서 우리는 벌집 생활과 인구 밀도가 높은 환경에서 COVID-19를 관리하려는 노력 사이의 유사점을 봅니다. 꿀벌은 사회적 거리두기에 도움이 되지 않는 환경에서 살지만 집단적으로 군집을 건강하게 유지하여 질병에 대처하는 독특한 방법을 개발했습니다.

youtube Honey Bee Complete life cycle(24:29)

군중 속의 삶(Life in a crowd)

꿀벌은 인간과 마찬가지로 매우 사회적 유기체입니다. 꿀벌 서식지는 수만명의 개인으로 구성된 번화한 대도시입니다.

세 가지 "유형"의 꿀벌은 식민지 내부 공간을 공유합니다. 1)유일한 번식 여성인 여왕은 알을 낳습니다. 2)숫벌(Drone)은 벌통을 떠나 다른 식민지의 여왕과 교미합니다. 3)일벌(불임 암컷 sterile females)은 식민지의 대부분을 구성하고 모든 비 생식작업을 수행합니다. 그들은 왁스 벌집(wax comb)을 만들고, 음식을 모아서 가져오고, 어린 벌들을 돌봅니다.

군집(colony)의 구성원은 매우 잘 협력하여 군집은 단일 존재처럼 기능하는 고도로 연결된 커뮤니티 인 "초유기체(superorganism)"라고 할 수 있습니다.

이 사회가 되는 것은 많은 혜택을 가져다줍니다 : 한 부모에게 지금 당장 협력적인 육아(cooperative child care)를 제공하는 지역 사회에 사는 것이 얼마나 도움이 될 것인지 물어보세요! 그러나 그것은 또한 비용, 특히 질병의 확산을 부과합니다. 벌집 안에서 일벌은 꿀을 서로에게 전달하며 본질적으로 필수 성분을 꿀로 바꿉니다. 그들은 서로의 위를 기어 다니며 항상 다른 벌들과 부딪칩니다.

사진 bee hive 2

또한 인간은 농업 목적으로 많은 꿀벌 군집을 나란히 유지합니다. 이것은 해충과 질병이 만연하게 퍼질 수 있는 이러한 초유기체(superorganism)의 부자연스럽고 인구 밀도가 높은“도시”를 만듭니다.

사회적 면역(Social immunity)

인간과 마찬가지로 개별 일벌은 침입하는 병원균을 인식하고 제거하기 위해 싸우는 면역 체계를 가지고 있습니다. 그러나 꿀벌 면역 체계가 인식하지 못하는 몇몇 종류의 병원체가 있습니다. 따라서 꿀벌은 싸우려면 다른 전술이 필요합니다.

이러한 위협에 대해 꿀벌은 집단 전체를 보호하기 위해 많은 꿀벌이 공동으로 행동하는 사회적 면역(social immunity)을 통해 군집(colony)을 방어합니다. 예를 들어 일벌은 병에 걸리거나 죽은 새끼를 군집(the colony)에서 제거하여 다른 벌에게 감염을 전파 할 가능성을 줄입니다.

일벌은 또한 식물성 수지로 만든 프로폴리스(propolis)라고 하는 항균물질을 벌통에 깔아서 왁스 및 벌 효소와 혼합합니다. 벌통 벽과 균열 사이에 적용되는 이 "꿀벌 접착제(bee glue)"는 아메리칸 파울 브루드[American foulbrood 부저병(腐蛆病)]라는 무서운 꿀벌 질병을 일으키는 박테리아를 포함하여 다양한 유형의 병원체를 죽입니다.

또 다른 병원균인 Ascosphaera apis는 석고병(백묵병 chalkbrood)로 알려진 꿀벌 병을 일으킵니다. 이 곰팡이는 열에 민감하기 때문에 석고병(백묵병 chalkbrood)는 보통 화씨 89.6 ℉ (32 ℃)와 화씨 96.8 ℉ (36 ℃) 사이의 온도를 유지하는 강한 꿀벌 벌집(강군 벌통온도 평균 34℃)에 영향을 주지 않습니다. 그러나 군집이 작거나 외부 온도가 서늘하면, 뉴잉글랜드의 이른 봄처럼, 석고병(백묵병 chalkbrood)이 문제가 될 수 있습니다.

사진 양봉가(Beekeeper 1)

캘리포니아 아몬드 과수원에서 보호복 벌통 확인 양봉가

석고병(백묵병 chalkbrood) 병원균은 어린 꿀벌 또는 유충에 영향을 미치며, 감염된 음식에서 포자를 먹일 때 감염됩니다. 온도가 화씨 86℉(30℃) 이하로 떨어질 때까지 애벌레 내장에 잠복 해 있습니다. 이런 일이 발생하면 병원균이 애벌레의 위장 안에서 자라서, 결국 어린 벌을 죽여서, 흰 분필 같은 미라(white chalk-like mummy)로 변하게 됩니다.

이 병원체가 발견되면 일벌은 큰 비행 근육을 마찰시켜 열을 발생시켜 취약한 새끼를 보호합니다. 이것은 병원균을 죽이기에 충분할 정도로 벌통의 온도를 상승시킵니다. (꿀벌은 여러 가지 이유로 열[벌통 최저온도 86℉(30℃)]을 사용 합니다.

1)자손 발달을 최적화하고,

2)병원균과 싸우고,

3)심지어 침입하는 말벌(hornet)을 "구워죽이기[cf. 102.2℉(39℃)]"위해).

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최근 연구에서 우리는 군집(colonies) 수준 열의 효율성이 군집(colonies) 크기에 따라 어떻게 변할 수 있는지 조사했습니다. Starks Lab Apiary에서 우리는 다양한 크기의 군집을 석고병(백묵병 chalkbrood)로 감염시키고 열화상으로 군집(colonies)의 반응을 추적했습니다.

사진 a colony-level fever

더 큰 군집(colonies)은 질병과 싸우기 위해 군집(colonies) 수준의 열을 성공적으로 생성했습니다. 더 작은 군체는 어려움을 겪었지만 더 작은 군체의 개별 꿀벌은 큰 군체의 꿀벌보다 온도를 높이기 위해 더 열심히 일했습니다. 실패하더라도 벌은 싸움을 포기하여 피로를 풀지 않습니다.

벌통에서 공중 보건은 모두를 위한 것(In the hive, public health is for everyone)

농업 분야의 꿀벌 서식지와 마찬가지로 많은 사람들이 극도로 조밀한 환경에서 살고 있으며, 이는 특히 코로나 19 유행 기간 동안 문제가 되었습니다. 사회적 거리두기(social distancing)의 요점은 1)마스크를 쓰고(wearing masks) 다른 사람들로부터

2)최소 6 피트 거리를 유지(at least 6 feet away from others)하고 3)매장에 더 적은 사람을 허용(allowing fewer people in stores)함으로써 우리가 저밀도에서 사는 것처럼 행동하는 것입니다.

대유행 초기의 데이터는 사회적 거리두기(social distancing)가 바이러스의 확산을 늦추고 있음을 보여줍니다. 그러나 인간은 봉쇄에 지쳤습니다. 여름이 되자 많은 사람들이 더 이상 사회적 거리를 두거나 마스크(mask)를 쓰지 않았습니다. 평균적으로 개인은 4 월보다 바이러스 확산을 늦추는 데 더 적은 노력을 기울였습니다. 새로운 미국 사례의 5 일 연속 평균은 5 월 초 10,000 건 미만에서 7 월 말 55,000 건 이상으로 증가했습니다.

꿀벌은 마스크를 쓰거나 사회적으로 거리를 둘 수 없지만, 일벌 하나 하나 군집(the colony)의 공중 보건에 기여합니다. 그리고 그들은 모두 같은 관행을 따릅니다.

그들은 또한 그룹 결정을 내리는 데 탁월합니다. 예를 들어, 새 집을 고를 때 새 둥지를 확인한 일벌이 춤을 추며 다른 벌들에게 그것을 홍보합니다. 위치가 더 적합할수록 그들은 다른 사람들을 설득하기 위해 더 길고 열심히 노력할 것입니다.

다른 사람들이 춤을 통해 동의를 표현하면 식민지는 새로운 둥지 부지로 이동합니다. 꿀벌이 동의하지 않으면 특정 춤이 멈추고 그 옵션은 결국 선호되지 않고 검색이 계속됩니다. 이런 식으로 정보에 입각 한 지지자 그룹만이 승리 할 수 ​​있습니다(only a group of informed supporters can win the day).

많은 논평가들이 관찰 한 바와 같이 미국 문화의 자유와 개인주의에 대한 강한 초점은 COVID-19에 대한 미국의 대응을 방해했습니다. 우리는 꿀벌을 귀중한 대응 모델로보고, 사회적 혜택에 커뮤니티가 필요하다(only a group of informed supporters)는 강력한 증거로 간주합니다.

이 기사는 학술 전문가의 아이디어를 공유하는 데 전념하는 비영리 뉴스 사이트 인 The Conversation에서 다시 게시되었습니다.

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• 윙윙 거리는 꿀벌 묶음이 엔지니어에게 로봇 재료에 대해 가르칠 수 있는 것

• 공감은 협력과 문명을 가능하게 하는 비결입니다(Empathy is the secret ingredient that makes cooperation – and civilization).

Phil Starks는 National Science Foundation에서 자금을 지원받습니다.

Rachael Bonoan은이 기사를 통해 이익을 얻을 수 있는 회사나 조직에서 일하거나, 컨설팅하거나, 주식을 소유하거나, 자금을 받지 않으며, 학업 임명 이외의 관련 관계를 공개하지 않았습니다.

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#2. 군집생활 꿀벌의 전염병 퇴치 전략

바이러스 유행시 사회적 거리두기 실천

이성규 기자 과학기술 2020.05.06

도시는 인류의 가장 위대한 발명품 중 하나로 꼽힌다. 하지만 코로나19는 인구 밀도가 높은 대도시에서 더욱 빠르게 확산되었다. 그럼 수천만 년 동안 군집생활을 해온 꿀벌은 어떻게 바이러스와의 전쟁에서 살아남았을까.

최근 이와 관련한 놀라운 연구 결과가 발표됐다. 미국 일리노이대학의 애덤 둘레잘 교수팀은 꿀벌들이 이스라엘 급성 마비 바이러스(IAPV)에 걸렸을 경우 군집에서의 집단 감염을 막기 위해 사회적 거리두기를 실천한다는 내용의 논문을 국제학술지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’ 최신호에 게재했다.

꿀벌들은 수만에 이르는 개체가 가까운 곳에서 군집을 이루어 산다. 코로나19처럼 파급력이 큰 전염병이 들불처럼 번지게 되면 꿀벌들은 어떻게 행동할까. 일리노이대학의 대학원생인 팀 게르나트는 그에 대한 궁금증을 풀기 위해 꿀벌 수천 마리의 행동을 자동으로 추적할 수 있는 시스템을 개발했다.

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사진 꿀벌(Honey bee) 1

꿀벌들이 바이러스에 감염됐을 경우 군집에서의 집단 감염을 막기 위해 사회적 거리두기를 실천한다는 연구결과가 발표됐다. ⓒ 게티이미지

그리고 그중 일부 개체에 IAPV 바이러스를 감염시킨 후 벌집으로 들여보냈다. 이 바이러스에 감염된 꿀벌은 날개를 떨다가 온몸이 마비되면서 죽으므로 자칫하다간 군집 전체가 붕괴할 수 있다.

하지만 꿀벌들의 대응 전략은 놀라웠다. 꿀벌들이 구강 대 구강으로 하는 영양교환 행동이 기존보다 절반으로 줄어든 것이다. 팀 게르나트와 함께 연구를 진행한 애덤 둘레잘은 이에 대해 다음과 같이 설명했다.

“우리는 이 연구에서 그들이 서식지 안에서 친구들과 교류할 때 감염된 벌들은 감염되지 않은 벌들보다 접촉 행동의 빈도수를 줄인다는 사실을 발견했다.”

바이러스가 아니라 면역반응에 의한 행동

꿀벌들은 어떻게 알고 이런 행동을 하게 된 것일까. 연구진은 꿀벌에게 바이러스를 감염시키는 대신 면역체계를 인위적으로 활성화시킨 뒤 똑같은 실험을 진행했다. 그 결과 면역체계가 활성화된 개체의 경우 바이러스에 감염되었을 때와 똑같이 사회적 거리두기를 한다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 꿀벌들의 사회적 거리두기 행동은 바이러스에 의해서가 아니라 면역반응에 의해 일어나는 것이다.

그런데 바이러스도 꿀벌들의 이런 전략을 그냥 보고만 있지는 않았다. 벌집 앞을 지키는 경비 벌은 다른 군집에서 온 꿀벌이 자신의 집으로 들어가지 못하게끔 지킨다. 그러나 연구 결과 IAPV 바이러스에 감염되지 않은 외부 벌은 15%만 통과시키는 데 비해 IAPV에 감염된 외부 벌은 그 두 배에 달하는 30%나 통과시키는 것으로 나타난 것. 이에 대해 연구진은 바이러스가 꿀벌의 유기 분비물 성분을 변화시켜 경비 벌을 속인다고 추정했다.

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Honey bees can't practice social distancing, so they stay healthy in close quarters by working together

Rachael Bonoan, Assistant Professor, Providence College and Phil Starks, Associate Professor of Biology, Tufts University

The Conversation August 14, 2020

The complex interactions that maintain group health inside a bee hive offer lessons for humanity during pandemics. Rachael Bonoan, CC BY-ND

사진 bee hive 1

As many states and cities across the U.S. struggle to control COVID-19 transmission, one challenge is curbing the spread among people living in close quarters. Social distancing can be difficult in places such as nursing homes, apartments, college dormitories and migrant worker housing.

As behavioral ecologists who have studied social interactions in honey bees, we see parallels between life in the hive and efforts to manage COVID-19 in densely populated settings. Although honey bees live in conditions that aren’t conducive to social distancing, they have developed unique ways to deal with disease by collectively working to keep the colony healthy.

youtube bee colony

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Life in a crowd

Honey bees, like humans, are highly social organisms. A honey bee colony is a bustling metropolis made up of of thousands of individuals.

Three “types” of bees share space inside the colony. The queen, who is the only reproductive female, lays eggs. Drones, the male bees, leave the hive to mate with queens from other colonies. Workers – sterile females – make up the bulk of the colony and do all the nonreproductive work. They construct wax comb, collect and bring back food, tend to the young and more.

Members of a colony work so well together that the colony can be referred to as a “superorganism” – a highly connected community that functions like a single being.

Being this social comes with many benefits: Just ask any single parent how helpful it would be right now to live in a community that featured cooperative child care! But it also imposes costs – notably, the spread of disease. Inside the hive, worker bees transfer nectar to each other, essentially swapping the essential ingredient for honey. They crawl on top of each other and bump into others all the time.

사진 bee hive 2

What’s more, humans keep many honey bee colonies next to each other for agricultural purposes. This creates unnatural, densely populated “cities” of these superorganisms, where pests and disease can spread rampantly.

Social immunity

Like humans, individual worker bees have immune systems that recognize invading pathogens and fight to get rid of them. However, there are some classes of pathogens that the honey bee immune system does not seem to recognize. Bees thus need a different tactic for fighting them.

For these threats, honey bees defend the colony via social immunity – a cooperative behavioral effort by many bees to protect the colony as a whole. For example, worker bees remove diseased and dead young from the colony, reducing the likelihood of transmitting infections to other bees.

Worker bees also line the hive with an antimicrobial substance called propolis, made from plant resin that they collect and mix with wax and bee enzymes. Applied to hive walls and between cracks, this “bee glue” kills various types of pathogens, including the bacterium that causes a dreaded honey bee disease called American foulbrood.

Another pathogen, the fungus Ascosphaera apis, causes a honey bee disease known as chalkbrood. Because the fungus is heat sensitive, chalkbrood usually does not affect a strong honey bee hive, which maintains its own temperature somewhere between 89.6℉(32℃) degrees and 96.8℉(36℃) degrees. But when a colony is small or the outside temperature is cool, as in an early New England spring, chalkbrood can become a problem.

사진 Beekeeper

Beekeeper in protective suit check hives in a California almond orchard

The chalkbrood pathogen affects young honey bees, or larvae, which become infected when they are fed spores from infected food. It lies dormant in the larval gut waiting for the temperature to drop below 86 degrees F. If this happens, the pathogen grows inside the larval stomach and eventually kills the young bee, turning it into a white chalk-like mummy.

When this pathogen is detected, worker bees protect the vulnerable young by contracting their large flight muscles to generate heat. This raises the temperature in the brood comb area of the hive just enough to kill the pathogen. (Honey bees use heat for many reasons: to optimize offspring development, to fight pathogens, and even to “bake” invading hornets.)

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In a recent study, we investigated how the efficiency of colony-level fever might change with colony size. At the Starks Lab Apiary, we infected colonies of various sizes with chalkbrood and tracked the response of the colonies with thermal imaging.

사진 a colony-level fever

Larger colonies successfully generated a colony-level fever to fight the disease. Smaller colonies struggled, but individual bees in the smaller colonies worked harder to raise the temperature than those in the larger colonies. Even if they fail, the bees don’t cave in to fever fatigue by abandoning the fight.

In the hive, public health is for everyone

Like honey bee colonies in agricultural fields, many humans live in extremely dense conditions, which has been especially problematic during the COVID-19 pandemic. The point of social distancing is to act as if we live in lower densities by 1)wearing masks, 2)keeping at least 6 feet away from others and 3)allowing fewer people in stores.

Data from early in the pandemic show that social distancing was slowing the spread of the virus. But then humans became lockdown-fatigued. By summer, many people were no longer social distancing or wearing masks; on average, individuals were doing less to slow the spread of the virus than in April. The five-day running average of new U.S. cases rose from less than 10,000 in early May to more than 55,000 by late July.

Although honey bees cannot wear masks or socially distance, each individual worker contributes to the public health of the colony. And they all follow the same practices.

They also excel at making group decisions. For example, when it comes time to choose a new home, a worker bee who has checked out a new nest site dances to promote it to other bees. The more suitable the site, the longer and harder she will work to convince the others.

If others express agreement – via dancing, of course – the colony moves to the new nest site. If the bees do not agree, that specific dance stops, that option eventually falls out of favor, and the search continues. In this way, only a group of informed supporters can win the day.

As many commentators have observed, the strong focus on freedom and individualism in American culture has hampered the U.S. response to COVID-19. We see honey bees as a valuable counter-model, and as powerful evidence that social benefits require a community.

This article is republished from The Conversation, a nonprofit news site dedicated to sharing ideas from academic experts.

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Phil Starks receives funding from the National Science Foundation.

Rachael Bonoan does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organization that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.