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식물도 눈을 가지고 있다.
(Even the Plants Have Eyes)
CEH

   식물(plants)은 어떻게 빛을 향해 나아가는 것일까? 그들은 분자 크기의 눈을 가지고 있었다.

빛의 신호를 받아들이는 광수집기가 아니라면, 그 눈은 무엇일까? 그러나 식물 역시 눈을 가지고 있다. 피토크롬(phytochromes)은 식물과 일부 박테리아에서 빛에 민감한 단백질이다. 이 분자 중 하나가 빛의 광선과 부딪힐 때, 그것은 줄기와 잎이 빛의 근원을 향하도록 하는 것을 포함하여, 일련의 후속 영향을 유발하는 스위치를 켜서, 형태에 있어서 운동적 변화를 진행한다. 그것이 상자에서 자라는 어린 콩 줄기가 빛이 있는 구멍을 향해서 자라나는 이유이다.
 
피토크롬은 다른 분자기계들의 스위치를 켜는 분자기계이다. 몇 옹스트롬(Å)에 불과한 피토크롬 모양의 매우 작은 변화도, 잎의 운동에 있어서 거대한 변화로 증폭될 수 있으며, 이것은 어린이가 로켓의 발사 스위치를 내리는 것과 같다.
 
이 과정에 대한 자세한 내용이 이번 달 Nature(2014. 5. 8) 지에 ”피토크롬 광센서의 신호 증폭 및 전달”이라는 제목으로 발표되었다. 예테보리 대학(University of Gothenburg)의 자세한 요약 글이 제공되었는데, 연구팀의 일부 멤버들은 환호하고 있었다. ”식물에 있는 빛에 민감한 눈”이라는 제목의 보도 자료는 그 놀라움을 이렇게 설명하고 있었다 : 

대부분의 식물들은 그늘을 피하고 빛을 향하여 자란다. 다른 생물들 사이에서 식물은 광합성을 통하여 더 많은 이산화탄소를 소비함으로써 그것을 가능케 한다. '피토크롬”으로 알려진 단백질이 이 과정을 제어한다. 식물의 피토크롬은 빛의 복사를 통해 변화되고, 신호들은 세포로 전달되는 것이다.
 
다른 대부분의 단백질처럼, 피토크롬은 3차원의 입체 분자 구조를 지닌다. 빛은 피토크롬에 의해 흡수되고, 단백질 구조가 변한다....
 
”우리는 어떤 구조적 변화가 일어났음을 이미 알고 있었다. 왜냐하면, 빛의 신호가 세포들을 위쪽으로 향하도록 전달했음이 틀림없었기 때문이다. 그러나 어떻게 그러한 구조적 변화가 일어나는지 우리는 모르고 있었다. 이것이 우리가 밝히고자 했던 것이다. 거의 완벽하도록 분자들이 재구축되었다”고 세바스찬 웨스텐호프(Sebastian Westenhoff)는 말했다. 

웨스텐호프는 이러한 피토크롬을 공학적 용어로 설명했다 : ”단백질들은 생명체의 공장이고 기계들이다. 그래서 그들의 구조는 그들의 특정한 임무를 수행할 때 변경된다”는 것이다.
 
Nature 지의 논문에서, 스위치의 지렛대처럼 작용하는 피토크롬 분자의 혀 모양 부분은 ”진화적으로 보존되었다(즉, 진화되지 않았다)”라는 말을 제외하곤, 진화에 관한 어떠한 언급도 없었다. 실제로, ”혀 모양 부위의 광센서와 주요 아미노산 서열들은... 전체 피토크롬의 상과(superfamily)에 걸쳐 고도로 (변화되지 않고) 보존되어 있다.”

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언제나 그러하듯이, 진화론은 분자 수준에서 식물들의 이해를 증진시키는 데에 전혀 쓸모가 없다. 분자생물학적 연구는 언제나 진화론이 기여한 것이 전혀 없다는 것을 보여준다. 그 분자기계는 박테리아에 처음부터 있었고, 그 이후로 전혀 진화하지 않은 채로 남아있다.
 
여기에 관련되어 있는 것이 무엇인지 생각해보자. 피토크롬은 정교하게 배열된 수백 종의 아미노산들로 구성되어 있다. 그 단백질이 매우 다른 두 상태 사이에서 변경되어 재배치될 수 있다는 것이다. ”분자들이 거의 완벽하게 재구축되고 있었다. 그러한 구조적 변화는 어떻게 변화에 반응해야하는지를 알고 있는 다른 분자기계들이 없다면, 쓸모없는 것이 될 것이다”고 그 논문은 말하고 있었다. 

식물 피토크롬에서 C-말단 조절 영역에 포함되는 두 개의 추가적 PAS 도메인과 세린/트레오닌 키나아제(serine/threonine kinase) 활성과 상호작용 파트너의 친화성과 같은 더 복잡한 기능 패턴들이 조절되어야만 한다. 모든 경우에서, 생산량 활성은 아마도 광센서 중심부의 구조적 변화에 의해서 조절되는 것으로 보인다.  

이러한 모든 개시 스위치의 후속 효과는 빛으로부터 혜택을 얻기 위해서, 박테리아 또는 식물이 협력해야만 한다. 이것은 지시되지 않은, 무작위적인, 눈이 먼, 과정이 아니라, 공장에서 어떤 작업이 질서 있게 순차적으로 수행되는 것처럼, 먼 목표를 향해, 구성요소들이 조직적으로 작동되고 있는 것이다.
 
자연의 작품들에 의해 ”빛이 비춰지고” 있는 것은 진화론이 아니라, 공학적 설계인 것이다. 

 

출처 : CEH, 2014. 5. 14.
URL : http://crev.info/2014/05/even-the-plants-have-eyes/
번역자 : 문흥규

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