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식물이 전기 신호를 보내고 있다는 충격적 증거!
(Shocking Evidence of Electrical Signals in Plants)
Brian Thomas

   녹색의 식물 잎(leaves)들은 대부분의 시간 동안 움직임 없이 매달려있다. 그러나 그 내부 깊은 곳에서는 여러 움직임들이 꿈틀대고 있다. 사람들은 광합성 시에 분자들이 이동된다는 것을 알고 있지만, 식물이 또한 전자공학에도 조예가 깊다는 것을 대부분의 사람들은 알지 못하고 있다.

연구자들은 외부적 상해 또는 손상을 입고 있는 잎으로부터 멀리 떨어져 있는 잎에서 방어적 화학물질의 생산이 늘어나는 것을 발견했을 때, 식물에 어떤 형태의 빠른 의사소통이 일어나고 있는지 궁금해 했다. 애벌레가 한 잎을 점심 식사로 씹기 시작한 직후, 근처에 있거나 멀리 떨어져 있는 식물 조직들은 모두 곤충의 식욕을 줄이기 위한 시큼한 화학물질을 만들어내기 시작했다.

어떻게 손상된 잎은 같은 식물에 있는 다른 잎들에게 그렇게 빨리 소식을 전달할 수 있는 것일까?

Nature(2013. 8. 22) 지에 게재된 한 연구에서 스위스 생물학자들은 고전적인 실험연구 식물인 애기장대(Arabidopsis)를 사용하여, 잎과 줄기 맥관을 따라 전해지는 것으로 추정되는, 빠른 전기적 전하(electrical charge)의 전달을 추적했다.[1] 그들은 잎에 전극을 부착하고, 전하가 약 8.9cm/min의 속도로 이동되는 것을 발견했다.

이것은 어떤 영향을 미치고 있는 것일까?

멀리 있는 잎의 조직은 전자 신호(electronic signal)를 수신하고 나서 ‘자스모네이트(jasmonate)‘라는 화학물질을 생산해냈다. 식물학자들은 이 호르몬이 여러 식물 과정들에서 핵심적인 역할을 수행하며, 특히 식물의 많은 방어 조직들 중 하나를 시발할 때 관여하는 것으로 생각하고 있다. 식물 세포 내의 단백질은 자스모네이트의 파발마와 같은 급박한 소식을 핵 내로 전송하고, 그곳에서 중간 메신저들은 활성화하고 다른 방어 관련 유전자들과 협력한다.

이 과정 모두는 매우 복잡하다. 하지만 그건 단지 시작에 불과하다. 식물들은 여러 방어 전략들을 동시에 가동하는 것으로 밝혀졌다.

예를 들어, 같은 생물학자는 상처가 난 잎에 반응하는 한 '민감한 산소 종'은 자스모네이트 신호에 대한 전기 화학적 반응을 또한 독립적으로 작동시키는 것을 발견했다. 잎 조직의 손상은 두 반응을 활성화시켰고, 다른 식물 방어 기구들도 활발히 작동되고 계속 가동됐다. 다른 연구는 놀랍게도 식물의 이들 다른 방어 기구들이 서로 협력하는 것을 보여주었다.

2008년 네덜란드 과학자들의 연구는 식물들의 '크로스토크(cross talk)'를 조사했다.[2] 뿐만 아니라, 식물들은 방어 경로를 따라 호르몬 신호 및 전기 신호를 보내고 있었다. 그러나 또한 경로를 가로지르며 협력하고 있었다. 다른 말로 해서, 식물의 해안 경비대는 본부에 침공 소식을 전달하고, 공군에게도 적절한 시간에 적절한 폭격이 이루어질 수 있도록 연락하고 있다는 것이다.[3]

2008년 네덜란드 연구팀은 이렇게 말했다. ”따라서, 식물은 효율적으로 공격자 특정 방어 시스템을 활성화하도록 조정하는 매우 정교한 조절 메커니즘을 소유하고 있다. 그래서 최상의 저항을 하면서, 최소의 비용을 지불하고 있는 것이다.”[2]

어떻게 식물은 전기 신호, 호르몬 신호, 방어적 단계 반응, 가로지른 의사전달 등의 방법들을 가지고 있는 것일까? 이것들은 어떻게 생겨나게 되었을까? 단 하나의 방어 메커니즘을 갖추는 데에도 많은 부품들이 필요하다는 것을 숙고해볼 필요가 있다. 돌연변이는 복제 과정에서 일어나는 무작위적인 오류이다. 그러한 돌연변이들로 방어 메커니즘에 관여한 화학물질들이 모두 우연히 생겨날 수 있었을까? 그 부품들이 하나씩 생겨나서는 방어 기능이 작동될 수 없다. 따라서 그것들은 모두 한 번에 동시에 존재했어야만 했다.[4] 그리고 그 부품들을 만드는 방법을 후대에 전달해주는 유전정보는 어디에서 생겨났는가? 또한 그 방어 메커니즘은 하나가 아니라 다수라는 것이다. 그러므로 식물의 방어 메커니즘은 창조된 것처럼 보인다. 군 관계자들은 식물의 최적화되고 정교하고 효율적인 최첨단 방어 시스템을 부러워할 지도 모르겠다.


References

1.Mousavi, S. A. R. et al. 2013. GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE genes mediate leaf-to-leaf wound signaling. Nature. 500 (7463): 422-426.
2.Koornneef, A. and C. M. J. Pieterse. 2008. Cross Talk in Defense Signaling. Plant Physiology. 146 (3): 839-844.
3.One can take the air force analogy almost literally—damaged plant tissue releases hormones like jasmonate into the air as a signal to nearby, but separate, plants to prime their defenses.
4.For example, the Nature study authors removed certain plant genes, finding that the electric signaling required certain protein complexes. Of course, such signals carry no meaning without the jasmonate hormone, the protein machinery involved in signal transduction, the jasmonate-related signals that interact with DNA, and the proteins that manufacture jasmonate.

 

출처 : ICR News, 2013. 9. 11.
URL : http://www.icr.org/article/7700/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 식물은 땅속의 ‘곰팡이 인터넷’을 사용하여 통신을 한다. (Plants Use Underground 'Fungal Internet' to Communicate)
2. 말하는 식물들과 비밀 네트워크 (Talking Plants and Secret Networks)
3. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
4. 말하는 나무와 식물의 향수들 (Of Talking Trees and Plant Perfumes )
5. 숲의 교향곡 (Sylvan symphony) : 식물들은 생존경쟁을 하는 것이 아니라, 서로 돕고 있었다.
6. 점균류의 네트워크는 철도 시스템을 능가하고 있었다. (Slime Networks Are Better Organized than Railway Systems)
7. 식물의 보이지 않는 영향이 밝혀지고 있다. (Invisible Influence of Plants Coming to Light)
8. 식물도 수학 계산을 한다. (Plants Do Arithmetic)
9. 광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다. (Quantum Secret of Photosynthesis Revealed)
10. 산불은 씨앗에게 발아 시점을 알려준다. (Burning Plants Tell Seeds When to Germinate)
11. 식물의 후성유전체 연구는 진화론을 부정한다. : 유전암호의 변경 없이 환경에 적응하는 식물 (Plant Epigenome Research Negates Evolution)
12. 식물 공변세포의 고도로 복잡한 생합성 과정 (Wilt Thou? Not with Guards in the Chem Lab)
13. 예기치 않은 숲 도우미 : 겨우살이 (An Unexpected Forest Helper : Mistletoe)
14. 식물의 경이로움이 계속해서 밝혀지고 있다. (Olympic Plants Perform in Place)
15. 다윈의 특별한 어려움과 수렴진화 : 물고기의 전기기관은 독립적으로 6번 진화했는가? (Darwin's 'Special Difficulty' Solved?)
16. 전기 발생 생물에 대한 놀라운 사실들 (Shocking Facts About Electric Life)
17. 정전기를 띠는 거미줄은 과학자들의 주목을 받고 있다. (Magnetic Spider Webs Attract Scientists' Attention)
18. 돌고래의 전기장 감지 능력 : 진화론에 의해서 이러한 발견은 지연되고 있었다. (Evolution Delays Discovery of Dolphin Sensory Ability)
19. 식물이 씨앗을 퍼뜨리는 놀라운 방법들 (Plants Borrow Their Transportation)
20. 식물에서 인트라넷이 작동되고 있었다. : 식물 내의 정교한 통신 시스템은 진화론을 거부한다. (Plant Intranet Seen in Action)
21. 계속 밝혀지고 있는 식물의 고도 복잡성 : 식물의 썬크림, 광 스위치, 변태, 미생물과의 공생 (Plants Are Clever 1)
22. 진화론을 거부하는 규조류 : 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물. (Homage to Diatoms)
23. 식물도 눈을 가지고 있다. (Even the Plants Have Eyes)
24. 씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다. (Sensational Seeds: compact packages attest to God’s handiwork)
25. 풀산딸나무 화분의 경이로운 폭발! : 투석기와 유사한 발사 장치는 설계를 가리킨다. (Bunchberry bang!)
26. 파동 성장을 하는 식물 (Pulsating plants)
27. 식물을 사랑해야 될 더 많은 이유들 (More Reasons to Love Plants)
28. 식물이 전기 신호를 보내고 있다는 충격적 증거! (Shocking Evidence of Electrical Signals in Plants)
 
 
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