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식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가?
(Plants spring into action)
CEH

   우리는 식물(plants)을 그저 당연한 것으로 여겨서는 안 된다. 그들은 느리고, 정지해있는 것처럼 보이지만, 실제로 그들은 움직이고, 호흡하며, 정말 놀라운 방식으로 생명을 유지하고 있다. 식물은 봄에 정말로 그들의 영광을 드러낸다. 그러나 어떻게 눈(eyes)도 없이 봄이 온 것을 알 수 있을까?

PhysOrg 지는 '봄의 과학”에서 식물들은 겨울이 물러가는 시점이 언제인지, 그래서 언제 싹을 틔워야하는지를 어떻게 알 수 있는지를 조사했다. 오스틴 텍사스 대학의 시번 성(Siburn Sung)은 유전자들의 한 상호작용이 온도에 반응하는 것을 발견했다. 실험실의 애기장대(Arabidopsis)를 재료로, 그는 COLDAIR라 명명된 한 특별한 분자(molecule)가 겨울에는 억압되어 식물의 개화능력을 억제하는 것을 발견했다. 혹한의 온도에서 20일이 지나자 그 분자는 다시 되돌아 켜졌다. 그러나 봄의 온기에 자신이 준비하기 위해서는 추가로 10~20일이 필요했다는 것이다. 이것은 유전자가 어떻게 외부 요인에 반응하고, 어떻게 날짜를 측정하는지에 관한 논점을 교묘히 회피하는 것이다. ”글쎄요. 우리는 그저 저온에 의해 수반되는 몇 가지 사실이 있다는 것을 알 뿐입니다. 그러나 그것이 어떻게 이루어지는지? 아직은 정말 알지 못합니다”고 성은 진술했다. 그는 속씨식물(현화식물)의 진화에 대하여 추론하고 있었다. ”속씨식물은 1억5천만 년 전에 진화되었지만, 그러나 겨울을 어떻게 대처할 것인가는 비교적 최근에 배워야만 했었다”고 그는 주장했다.

일단 개화 시기가 되면 식물들은 어떻게 반응할까? 하버드 대학과 중국의 과학자들은 PNAS 지의 보고에서 그것을 밝히려고 노력하고 있었다[1]. ”만개라는 흔한 표현을 사용하고 있음에도, 꽃들이 어떻게 개화되는지는 거의 이해되지 않고 있다”고 그들은 시작을 했다. 그들은 아시아백합(Asiatic lily)을 연구하여 층에 따른 차등생장에 관하여 이전의 가설과는 반대되는 사실을 발견했는데, 그러한 차등생장은 판상의 껍질 같은 구조의 배치에서 온 것임을 암시하는 것”이라고 하였다. 이러한 사실은 그들에게 몇 가지 아이디어를 주었다 : ”이러한 기능적인 형태는 개화에 있어 일상의 용적이나 표면작용이라기 보다는, 경계 혹은 모서리의 작용을 사용하는 효율적인 구조에 대한 새로운 생체모방 기술의 설계를 시사한다”는 것이다.

이번 주 Science 지에서는[2], 사라 와이어트(Sarah Wyatt)는 도브 콜러(Dov Koller)가 쓴 ”쉬지 않는 식물(The Restless Plant)” (Harvard, 2011)이라는 새로운 책을 리뷰하면서 식물의 운동을 칭찬하고 있었다. 그녀는 ”우리는 생명이 없는 물체로써 식물을 바라본 어린 시절의 인상을 내려놓을 필요가 있으며, 식물과 함께 춤을 추자”고 말했다 : ”식물은 움직입니다. 그들은 그들 자신의 시간 기준에 기초하여 정확히 움직이고, 그들 자신의 방식으로 행동합니다”. 저속촬영 사진술의 등장으로, 이제 우리는 식물들의 영리한 활동 방식을 감상할 수 있게 되었다.

”쉬지 않는 식물” 책에서는 ”식물들의 운동에 대해” 소개하고 있다. 콜러는 고전적인 미모사(sensitive plant)의 재빠른 잎 운동과 파리지옥(flytrap)으로 시작했지만, 식물의 생장반응, 기관의 확장, 개체 세포나 미소기관의 움직임 등 보다 광범위한 식물운동의 이해를 제공해주었다. 식물세계는 수많은 움직임으로 매혹적인 댄스를 추고 있는 것이다: 수축성의 뿌리는 구근을 토양 속으로 끌어당기며, 잎과 꽃은 해질녘에 접고, 잎과 꽃은 햇빛을 추적하며, 뿌리는 물과 양분을 찾고, 종자는 세상 속으로 광범위하게 퍼져나간다. 그리고 빛, 중력, 물, 온도, 접촉에 생장반응을 한다.

와이어트는 로저(Roger Hangarter)의 ‘식물의 움직임(Plants-in-Motion)’ 웹사이트를 참고했는데, 거기에서는 식물들의 움직임에 대한 저속촬영 비디오를 보여주고 있다. 나팔꽃의 감겨지는(morning glory twinning) 모습은 정말로 멋지다. 그 사이트는 실제로 저속 비디오를 통해 식물들이 어떻게 움직이는 지를 학생들에게 교육할 수 있는 내용들을 포함하고 있다. 와이어트는 또한 데이비드 아텐버러(David Attenborough)의 TV 물인 ‘식물의 사생활(The Private Life of Plants)’을 소개했는데, 그것 중 일부는 유튜브(YouTube)에서도 볼 수 있다.

와이어트는 식물의 운동을 기계적 동작의 물리적 문제를 해결하기 위한 동력화로서 기술하고 있었다 :

”모터(Motors)들은 이러한 운동을 제공합니다. 비록 일부 반응에 대해 그러한 용어를 사용하는 것이 논란이 없지는 않으나, 그러한 비유는 건전합니다. 더욱 빠르고 가역적인 운동을 위해서, 식물 모터들은 운동의 필요에 따라 수분을 채우거나 방출하는 특별한 세포들(pulvini, 엽침)에서 팽압으로 추진되는 반응을 포함합니다. 느린 생장운동인 굴성(tropisms)을 수행하는 모터들은 식물의 특별한 부위 안에서 자라나는 세포들입니다.”

”식물에 대한 가장 기본적인 것들 중 어떤 것은 여전히 신비”라고 그녀는 말했다. ”뿌리는 아래로 자라고, 줄기는 위로 자랍니다. 그런데 어떻게 그런지, 혹은 왜 그런지, 정말로 누구도 모릅니다”고 어떤 식물학자는 말했다. 와이어트는 콜러의 책을 읽은 후에, 식물운동의 ”복잡함과 아름다움”에 대해 분명 감명을 받았다. ”당신은 식물을 다시는 동일한 방식으로 결코 바라보지 않을 것이다”라고 그녀는 말했다.

만약 식물들이 그처럼 영리하고 똑똑하다면, 아마도 그들은 음악을 좋아할지도 모른다. 런던의 왕립 필하모니 오케스트라는 그것을 밝히려고 노력하고 있었다. PhysOrg 지는 ”영국에서 가장 유명한 한 오케스트라는 독특한 청중(식물)에게 연주를 해왔다. 음악이 식물의 생장을 도울 수 있는지를 알아보기 위해, 식물들에게 음악을 들려주었다”고 발표했다. 음악은 모차르트의 소야곡(Eine Kleine Nachtmusik)과 교향곡 40번으로 했고, 그 실험을 계속하고 싶어 하는 정원사들에게 QVC UK에서 다운로드가 가능하도록 했다. 그 사이트에는 청중인 식물에게 교향곡 40번을 처음으로 연주하는 오케스트라의 비디오 클립을 포함하고 있다. 식물의 반응여부는 아직 알려지지 않았지만(그들은 박수갈채를 보내지 않았다), 그러나 사람 관찰자들은 그 특이한 실험에서 큰 기쁨을 맛보게 될 것이다. 그리고 구경하는 동안 모차르트 음악의 영원한 아름다움을 즐기게 될 것이다.

1.  Liang and Mahadevan, Growth, geometry, and mechanics of a blooming lily,” Proceedings of the National Academy of Sciences, published online before print March 21, 2011, doi: 10.1073/pnas.1007808108.

2.  Sarah Wyatt, ”Plant Science: A Ballet of Plant Movement,” Science, 25 March 2011: Vol. 331 no. 6024 p. 1520, DOI: 10.1126/science.1203705.

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진화론자들은 식물들의 진화에 대한 어떠한 단서도 가지고 있지 않다(12/30/2010, 09/22/2010, 07/03/2009). 그래서 데이지 꽃을 심포니 홀 밖으로 몰아내고 있다. 무디 과학연구소(Moody Institute of Science)는 1990년대 이후로 식물의 움직임에 관한 가장 아름답고, 흥미 있는 영화중 하나를 만들었다: 제목은 ”생명체의 여행(Journey of Life)”이다.(Christion Book. com 또는 Amazon에서 이용 가능). 이것 중 일부는 무디 출판사의 ‘하나님 창조의 경이로움(Wonders of God’s Creation)’에도 포함되어 있다. 이 영원한 녹색의 비디오를 당신의 가정 서고에 비치해 두라. 그리고 정원이나 숲을 산책할 때, 새로운 감상으로 하나님이 창조하신 푸른 지구에서 당신의 동반자로 식물들을 바라보라!

 

*관련기사 :

'때맞춰 피고 지고'…식물 속 '온도계' 첫 발견 (2013. 9. 14. MBC News)
http://imnews.imbc.com/replay/nwtoday/article/3340217_5782.html

식물 개화 시기 조절 유전자 세계 첫 발견 (2013. 9. 12. 경향신문)
http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201309122310205&code=930401

 

출처 : CEH 2011. 3. 26.
URL : http://crev.info/2011/03/plants_spring_into_action/
번역자 : 문흥규

관련 자료 링크:

1. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved)
2. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
3. 식물들은 모래시계 메커니즘을 사용한다. (Plants Use Hourglass Mechanism)
4. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
5. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin)
6. 식물 잎의 놀라운 엽맥 패턴 (Leaf Vein Patterns Are Not in Vain)
7. 뿌리의 경로 : 식물에서 발견된 또 하나의 놀라운 경이 (The Root Route)
8. 식물들도 면역계를 가지고 있었다. (Plants Have an Immune System, Too)
9. 2천년 된 므두셀라 씨앗이 이제는 나무가 되었다 (Methuselah Seed Now a Tree)
10. 느리게 움직이는 포복성 식물들 (Creepy Crawly Plants: Plant Tropism)
11. 식물은 그들 자신의 썬크림을 만들고 있다 (Plants Generate Their Own Sunscreen)
12. 중력보다 600 배 빠른 식물의 신비 (Plant Accelerates 600 G's)
13. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved)
14. 벌레잡이 식물의 기원 : 진화론의 끈적끈적한 문제 (Flytrap Origins: A Sticky Problem for Evolution)
15. 나무 사이를 걷는 것은 집중력을 증진시킨다. (A Dose of Nature Improves Concentration)
16. 편평한 식물 잎에 숨어있는 놀라운 설계 (Flat leaves—a curly problem)
17. 새로운 잡종 무의 출현은 유전정보의 획득과는 전혀 상관없는 변화이다! (Rampaging Radishes)
18. 씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다. (Sensational Seeds: compact packages attest to God’s handiwork)
19. 나무의 기원 (The Origin of Trees)
20. 사막의 미스터리한 식물 : 살아있는 화석 웰위치아 (Mystery Plant of the Desert)
21. 식물도 눈을 가지고 있다. (Even the Plants Have Eyes)
22. 태초에 창조된 식용 채소의 “종류”에 대한 현대 분류학적 검토 (A View on “KINDS” of Food Vegetables Created in Genesis Compared to the Modern Binomial Classification System)
23. 진화론을 거부하는 규조류 : 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물. (Homage to Diatoms)
24. 똑똑한 클로버 : 진화의 증거인가? (Clever Clover: Evidence for Evolution?)
25. 카페인 : 수렴진화된 것인가, 창조된 것인가? (Caffeine: Convergently Evolved or Creatively Provided)
26. 나무는 정말로 “보기에 좋도록” 창조되었다. (Trees Really Are 'Pleasant to the Sight')
27. 식물에 내장되어 있는 광합성 조절 스위치 (Plants' Built-in Photosynthesis Accelerators)
28. 계속 밝혀지고 있는 식물의 고도 복잡성 : 식물의 썬크림, 광 스위치, 변태, 미생물과의 공생 (Plants Are Clever 1)
29. 식물의 진화 연구는 실패를 거듭하고 있다. (Plants Are Clever 2)
30. 식물에서 인트라넷이 작동되고 있었다. : 식물 내의 정교한 통신 시스템은 진화론을 거부한다. (Plant Intranet Seen in Action)
31. 식물이 씨앗을 퍼뜨리는 놀라운 방법들 (Plants Borrow Their Transportation)
32. 낭상엽 식물은 박쥐를 유인하도록 설계되어 있었다. (Pitcher Plants Designed to Attract Bats)
33. 사막에서 화려하게 피어난 꽃들 (Dry Desert Explodes in Color)
 
 
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