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식물에 내장되어 있는 광합성 조절 스위치
(Plants' Built-in Photosynthesis Accelerators)
Brian Thomas

    햇빛은 식물의 심장 박동을 변화시킬 수 있다. 잎은 강력한 태양빛 아래에서 단 1초만에도 광합성 과정으로 당(sugar) 분자를 만드는데 필요한 빛 이상의 많은 빛을 받을 수 있다. 그러나 몇 초 후에 구름이 식물 위에서 햇빛을 가리면, 식물의 광합성 기구는 굶게(광합성을 할 수 없게) 된다. 최근 한 식물생물학 연구팀은 식물이 이처럼 빠르게 변하는 빛 상황에 대처하는데 도움을 주는 새로운 메커니즘을 발견했다.[1]


생물학 교과서에는 광합성 기능의 기본 엔진이 어떻게 작동되는 지가 설명되어 있다. 경이로운 효소들이 식물 잎 내의 분자펌프들을 가동하여 들어오는 햇빛을 수확 및 전달한다. 이러한 분자펌프들은 물이나 공기를 이동시키는 것이 아니라, 대신 한 번에 하나씩 양성자와 다른 이온들을 이동시킨다.

이 새로운 연구는 잎의 복잡한 또 다른 층을 조사했는데, 그것은 자동차 가속 페달(accelerator pedal)의 작동 방식과 유사했는데, 이온의 흐름을 관리함으로써, 광합성이 효율적으로 작동되도록 하는 것이었다. 인간을 포함한 육상의 모든 생물들은 궁극적으로 식물이 만드는 당(sugar)에 기초한 산물에 의존하므로, 우리는 식물이 어떻게 산발적인 빛 조건하에서도 얼마나 원활하게 광합성을 작동시키는지에 대해서 감사해야만 하고 또 호기심을 가져야 한다.

한 국제 그룹의 연구자들은 KEA3(​K+ efflux antiporter 3)라 불리는 잘 알려지지 않은 효소에 대한 중요한 과제를 수행했고, 새로운 사실들을 발견했다. 그 효소는 하나의 ”역운반체(antiporter)”로써, 막을 건너 수소이온을 칼륨이온으로 교환하는 바로 정확한 순간에 켜진다. 이것은 식물 잎이 고강도의 빛 하에서 적절히 생산을 하다가, 저강도의 빛에서 추가적 생산의 필요가 있자마자 곧 발생한다는 것이다.

연구 저자들은 Nature Communications 지에서, ”이러한 데이터는 KEA3가 빛이 과도하게 비추는 조건에서 제한적으로 비추는 조건으로 전환될 때, NPQ(Non-Photochemical energy Quenching, 비광화학적 에너지 소멸) 붕괴를 가속시키는데 중요한 역할을 함을 보여주었다”고 적고 있었다.[1] NPQ는 비광화학에너지 억제를 유지시키는 것으로, 식물들이 강한 햇빛으로부터 세포 피해를 줄여 스스로 보호하기 위해 사용하는 메커니즘이다. KEA3의 작용은 수초 내에 NPQ 작동을 끈다. KEA3가 없다면, 이 작용은 몇 분이 걸릴 것이고, 그래서 그 때에는 구름이나 그늘을 만들었던 물체가 제거됐을 수 있다. 이러한 방식으로, 식물은 다양한 빛의 조건하에서 거의 실시간으로 반응함으로써 매우 효율적으로 당을 만들고 있었던 것이다.

저자들은 어디에서도 이 새로운 식물에서 발견된 능력이 햇빛에 기인한다고 적지 않고 있었다. 그 대신 KEA3를 포함하여, 식물의 내부 메커니즘에 기인한다고 정확하게 적고 있었다. 그들은, ”식물은 이들 KEA3 생성을 가속시키는 내장된 기계를 가지고 있어서 작물 생산을 증가시키고 있음을 우리는 발견했다”고 적고 있었다.[1]

핵심 문구는 ”내장(built-in)”되어 있다는 것이다. 태양광 패널(solar panel)을 만드는 사람들은 태양빛을 수집하여 다른 형태의 유용한 에너지로 전환시키는 기계를 만들 때에, 자연(nature)이 필요한 정확한 부품들을 조립할 수 없다는 것을 알고 있다. 자연 밖에 있던 어떤 지적 존재(사람)가 그러한 장치를 만든 것에 틀림없음과 마찬가지로, 식물에서도 누군가 어떤 지적 존재가 그것을 만들었음에 틀림없다.

다른 말로 하면, 오직 하나님만이 광합성에 사용되는 복잡하고 동적인 ”내장된” 기계를 설계하실 수 있었다는 것이다. 그래서 이 새로운 연구는 하나님이 창조주이시며, 광합성이 효율적으로 작동되도록 하는 신속-반응 광조절 메커니즘을 발명하셨음을 가리키고 있는 것이다.


Reference

1.Armbuster, U. et al. Ion antiport accelerates photosynthetic acclimation in fluctuating light environments. Nature Communications. Published online November 13, 2014, accessed November 14, 2014.


출처 : ICR News, 2014. 11. 20.
URL : http://www.icr.org/article/8495
번역자 : 문흥규

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