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컴퓨터공학자가 오렌지 질병 막는다?

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컴퓨터공학자가 오렌지 질병 막는다?

2016.12.08 10:00

GIB 제공
GIB 제공

진짜 겨울입니다. 여러분은 겨울의 제철 과일하면 무엇이 생각나나요? 네, 가장 먼저 떠오르는 건 역시 귤이 아닐까 싶네요. 남녀노소 모두에게 인기 많은 귤. 병충해 피해 없이 잘 길러내고 수확하기 위해 농민들이 많은 수고를 하고 있지요. 우리나라에 귤이 있다면 서양의 대표적인 밀감류는 바로 오렌지일 것입니다.

 

성충 나무이(psyllid)의 모습 - 위키미디어 커몬스 제공
성충 나무이(psyllid)의 모습 - 위키미디어 커몬스 제공

그런데, 밀감류의 수확량을 감소시키는 녹화병(綠化病, greening)이 있습니다. 지난 수십 년 동안 밀감류를 괴롭혀 온 이 녹화병을 막기 위해 과학자들은 연구를 해왔습니다.

 

최근 미국 농업연구소(the United States Department of Agriculture-Agricultural Research Service, 이하 USDA-ARS), 플로리다 대학교, 프린스턴 대학교의 곤충학자와 컴퓨터 공학자들의 공동 연구가 눈에 띕니다. 이들은 기계 학습 알고리즘을 사용해 컴퓨터에 병원균 전달과 관련된 ‘곤충의 먹이 습득 패턴’을 인식하도록 교육했습니다. 이를 통해 병원균 전염을 막아 오렌지를 녹화병으로부터 보호하기 위해서입니다.

 

먹이 공급에 따른 곤충의 먹이 습득 과정 관찰 - PLOS Computational Biology 제공
먹이 공급에 따른 곤충의 먹이 습득 과정 관찰 - PLOS Computational Biology 제공

밀감류의 녹화병에 대해 알아보겠습니다. 녹화병은 두 종류의 박테리아를 통해 발생하는데요. 이들 박테리아는 나무의 몸통 깊은 곳에 기생하면서 관다발계(vascular system)를 공격합니다. 그러면 나무는 토양으로부터 흡수한 영양소들을 잎이나 열매로 운반할 수 없게 됩니다.

 

녹화병에 감염된 나무는 녹색의 작고 맛이 쓴 열매를 맺게 되고 익기도 전에 땅에 떨어집니다. 감염된 나무가 그 채로 여러 해 방치되면 결국 열매를 전혀 맺지 못하게 됩니다. 녹화병의 매개가 되는 곤충이 바로 ‘나무이(psyllid)’인데요. 나무와 나무 사이를 이동하며 녹화병을 전염시킵니다.

 

녹화병에 전염된 밀감류 나무 - Mmacbeth(W) 제공
녹화병에 전염된 밀감류 나무 - Mmacbeth(W) 제공

밀감류에 막대한 피해를 끼치는 나무이의 먹이 습득 패턴을 알아야 했습니다. 연구진은 나무이의 먹이 공급 회로에 나타나는 전압 변화를 관찰했습니다. 이를 통해 병원균 전달에 필요한 먹이 습득 과정을 성공적으로 기록할 수 있었습니다.

 

그 후 앞에서 언급한 바와 같이, 기계 학습 알고리즘을 사용, 컴퓨터에 병원균 전달과 관련된 곤충의 먹이 습득 패턴을 입력해 교육했습니다. (이러한 기술이 그 효과를 나타내는 데는 상당한 시간은 물론 까다로운 검수 과정이 필요한 것이 사실이라고 연구진은 밝혔습니다.)

 

기계 학습 알고리즘을 통해 곤충 먹이의 새로운 패턴을 탐지하는 것은 물론 병원균 전달을 막을 수 있는 식물 형질을 밝힐 수 있었습니다. 이 기술은 현재 밀감류 녹화병을 막기 위한 전략으로 사용되었지만, 앞으로는 다른 농작물 및 가축, 인간의 건강을 해치는 질병의 병원균 전염을 막는데도 도움을 줄 것이라고 연구진은 설명했습니다.


이번 연구결과는 미국 공공과학도서관 온라인 학술지 중 하나인 ‘플로스 컴퓨테이셔널 바이올로지(PLOS Computational Biology)’에 발표되었습니다.

 

 

※필자소개

민혜영. YBM시사에서 각종 영어 학습 월간지 및 내셔널 지오그래픽 단행본의 에디터를 거쳐 현재는 프리랜서 외신 번역 및 에디터로 활동하고 있다.

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