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계속 밝혀지고 있는 식물의 고도 복잡성
: 식물의 썬크림, 광 스위치, 변태, 미생물과의 공생
(Plants Are Clever 1)
CEH

   식물들은 땅에 고착되어 있을지 모르지만, 그들은 필요한 것을 어떻게 얻을지를 알고 있었다. 식물들은 고도로 복잡하고 똑똑하다는 증거들이 계속해서 발견되고 있다.

썬크림 : ”식물들은 몇 시간동안 태양 아래에서 일광욕을 하고 있기 때문에, 우리와 마찬가지로 자외선의 손상으로부터 자신을 보호할 필요가 있다”고 New Scientist(2014. 10. 31) 지의 기사는 시작하고 있었다. ”이제 우리는 식물이 어떻게 그것을 수행하는지를 알게 되었다”고 Science Daily(2014. 10. 29) 지는 퍼듀(Purdue) 대학 과학자들의 발견을 설명하고 있었다.

생화학적 실험은 식물이 특별한 분자들을 만들고, 자신을 보호하기 위해서 잎의 바깥층으로 그것을 내보내는 것을 보여주었다. 시냅페이트 이스터(Sinapate ester)라 불리는 이러한 분자들은 잎 속으로 깊게 관통하는 자외선-B 방사선을 차단하는 것으로 밝혀졌다. 그렇지 않다면 식물의 정상적인 발달은 방해받을 것이다.

*관련기사 : 왜 식물은 햇볕에 화상을 입지 않는 것일까? (미리안)
https://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=252424&cont_cd=GT

밝기조절 광 스위치 : 식물은 햇빛과 그늘 사이에서 그들의 광합성 기구를 빠르게 바꿀 수 있다. 얼마나 빠를까? ”즉시 바꾼다”라고 PhysOrg(2014. 11. 13) 지는 말한다. 심지어 지나가는 구름에 반응할 정도로 ”그 반응이 매우 신속하다”는 것이다. 어떻게 그것이 수행될까? 거기에는 몇 가지 단계가 포함된다. 카네기 연구소의 연구자들에 따르면, 첫 단계는 빠른 전환처리를 위한 ”내장된 기계”의 일부로 KEA3(​K+ efflux antiporter 3)로 명명된 단백질이 관여한다는 것이다.

강한 햇빛(full light) 하에서, 과잉으로 흡수된 광자(photons) 에너지는 열로써 식물에 의해 의도적으로 방출된다. 만약 순간적으로 빛이 구름에 의해서 차단되면, 식물은 열로서 과도한 광자를 방출하는 것에서, 가능한 많은 광자를 흡수하는 쪽으로 즉시 바꾸어야만 한다. 고도화된 분석기법을 통해서 KEA3가 강한 햇빛에 적응된 모드(mode)로부터 그늘에 적응된 모드로 가속 작동되는 것을 알게 되었다. 빛의 강도에 따른 이러한 신속한 반응은 광합성의 첫 단계를 더욱더 효율적으로 만들어준다.  

식물의 변태 : 우리 모두 애벌레에서 나비로의 극적인 변태(metamorphosis)에 대해서는 잘 알고 있다. 그러나 식물도 그들 자신의 변태 과정을 진행한다는 것이다. Current Biology 지의 보고에 의하면, 식물이 배(embryo)로부터 성숙한 개체로 발달함에 따른 잎 모양의 변화는 헤켈의 생물발생법칙 또는 발생반복설(Haeckel’s Biogenetic Law or Recapitulation Theory)로 생각됐었다. 즉, 한 생물체는 그것이 자라면서 진화적 역사를 재현한다는 것이었다(”개체발생은 계통발생을 반복한다”는 주장). 그러나 그것은 틀렸다는 것이다. 그러한 개념은 ”총애를 잃었다”고 다니엘 칫우드(Daniel H. Chitwood)는 적고 있었다. 대신에, 그것은 10년 전만해도 거의 이해하지 못했던, 작은 RNA 분자들이 관여하는, 주의 깊은 안무 과정(choreographed process)에 따른다는 것이다. 

Current Biology 지에서 루비오(Rubio-Somoza) 등이 수행한 새로운 한 연구는, 식물에서 흔히 볼 수 있는 것처럼, 톱니 모양의 잎 가장자리(serration)와 잎의 연속적인 복잡성 증가를 설명하면서, 작은 RNAs 분자들과 그것들의 표적기관을 통한 세포의 발달시계(developmental clock)와 잎의 변태가 기계적으로 연결되어 있음을 보고했다.

어찌됐든, 이러한 조절 분자들은 타이머를 개시시키는 것과 같이 발달시계에 묶여져 있었다. 이 작은 RNAs들은 각각의 잎뿐만 아니라, 시간에 따라 변화하는 잎 모양까지도 조절한다. 이러한 발견은 완전히 새로운 영역의 연구의 문을 열고 있다고 칫우드는 결론지었다. 만약 진화가 먼 옛날부터 잎 모양의 변화에 어떤 역할을 했다면, 그것은 이러한 ”피드-포워드 메커니즘(feed-forward mechanism)”과는 상관이 없는 것 같다는 것이다. ”전체 잎 모양의 진화적 변화와 시간 의존적 변화는 아마도 별개인 것 같다”고 그는 말했다.

미생물과의 공생 : 식물 역시 그들의 미생물로부터 약간의 도움을 받을 수 있다. 워싱턴 대학의 과학자들이 PhysOrg(2014. 11. 17) 지에 보고한 내용에 의하면, 풀(grasses)에서부터 큰 키의 나무(trees)에 이르기까지, 식물들은 제초제의 독성에 견디는 도움을 미생물로부터 받고 있을 수 있음을, 통제된 실험을 통해 발견했다는 것이다. 내생식물(endophytes, 내부기생식물)로 불리는 무해한 미생물들은 식물의 내부조직에서 독성의 잔존물을 흡수하고 있었다.

자연에서, 내생식물은 식물과 공생 관계(symbiotic relationship)를 가지고 있어서 환영받고 있다. 예로서, 오염된 토양에 적합한 내생식물이 있다면, 그들은 식물뿌리를 통해 들어오는 오염물질을 없애준다. 식물이 흡수하여 죽을 수 있는 오염물질을 내생식물이 흡수하고 그것을 중화시키는데 도움을 주고 있는 것이다.

과학자들은 이러한 흥미로운 사실을 발견했다 : ”사람이 유익한 장내세균을 보충하기 위해서 요구르트를 먹거나 장내미생물 알약을 먹는 것과 이것은 매우 유사하다.”

광합성에 관여하는 효소들 : 루지애나 주립대학의 교수와 학생들은 광합성에 관여하는 두 효소 사이의 관계를 밝혀냈다. PhysOrg(2014. 10. 27) 지의 보고에는 다시 한번 어떠한 진화도 언급되어있지 않았다. ”광합성 혹은 산소가 없다면, 동물도 없고, 식물도 없으며, 우리가 육상에서 볼 수 있는 인식 가능한 모든 생명체들은 근본적으로 사라질 것”이라고 한 교수는 말했다. 광합성의 ‘역학’을 이해하기 위해서, 연구팀은 두 효소 PsbP와 PsbQ가 어떻게 상호작용하는 지를 밝혀냈다. 연구자들은 실험을 위해 시장에서 사온 시금치(spinach)를 사용했다. 일단 그들은 그 효소들을 확인했고, 그것들의 상호작용을 위한 컴퓨터 모델을 설계했다. 설계된 인공기계를 사용한 간결한 유사성 분석은, 연구팀이 이 세계에 생명을 불어넣는 과정을 이해하는 데에 도움을 주었다.

두 단백질은 엔진오일이 엔진에 도달하도록 해주는 자동차 부품과 같은 것이었다. 식물에서 그 ‘엔진오일’은 칼슘과 염화물이고, 그 ‘연료’는 물과 햇빛이다. pSBp와 pSBq의 구조는 식물에서 산소를 만들도록 하면서, 칼슘과 염화물의 효과적 사용을 촉매하고 있었다.

그들의 논문은 PNAS 지에 게재되었다. 요약 글에서 진화는 언급되어 있었는가? 그렇다. 그러나 살아있는 식물은 그들의 광합성 기계를 통하여 날마다 산소를 ‘진화시킨다(방출을 의미)‘ 라는 의미로만 적고 있었다. 구조와 기능에 초점을 둔 그들의 연구는 ”고등 식물 광합성시스템 내에 이러한 하부 단위의 조직이 있다는 이해의 틀을 제공해 주었다”는 것이다.

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진화론자들의 뇌는 도대체 어떻게 작동되고 있는 것일까? 계속적으로 밝혀지고 있는 식물들의 고도의 복잡성과 정교함과 다양성이 방향도 없고, 목적도 없고, 지성도 없는, 무작위적인 복제 실수로부터 어쩌다가 모두 우연히 계속 생겨날 수 있었다고 보는가? 그리고 그러한 우연은 놀라운 일인가? 꿈을 꾸는 것도 자유이다.



출처 : CEH, 2014. 11. 18.
URL : http://crev.info/2014/11/plants-are-clever/
번역자 : 문흥규

관련 자료 링크:

1. 식물에 내장되어 있는 광합성 조절 스위치 (Plants' Built-in Photosynthesis Accelerators)
2. 나무는 정말로 “보기에 좋도록” 창조되었다. (Trees Really Are 'Pleasant to the Sight')
3. 카페인 : 수렴진화된 것인가, 창조된 것인가? (Caffeine: Convergently Evolved or Creatively Provided)
4. 어린이를 위한 창조과학: 빛을 바라보기 (Creation for Kids - Facing the light)
5. 똑똑한 클로버 : 진화의 증거인가? (Clever Clover: Evidence for Evolution?)
6. 진화론을 거부하는 규조류 : 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물. (Homage to Diatoms)
7. 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)
8. 식물도 눈을 가지고 있다. (Even the Plants Have Eyes)
9. 사막의 미스터리한 식물 : 살아있는 화석 웰위치아 (Mystery Plant of the Desert)
10. 나무의 기원 (The Origin of Trees)
11. 씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다. (Sensational Seeds: compact packages attest to God’s handiwork)
12. 녹색 파워 광합성 : 경이로운 식물의 태양광 발전소 (Green power (photosynthesis) God’s solar power plants amaze chemists)
13. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere)
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16. 편평한 식물 잎에 숨어있는 놀라운 설계 (Flat leaves—a curly problem)
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19. 식물을 사랑해야 될 더 많은 이유들 (More Reasons to Love Plants)
20. 식물이 전기 신호를 보내고 있다는 충격적 증거! (Shocking Evidence of Electrical Signals in Plants)
21. 식물의 보이지 않는 영향이 밝혀지고 있다. (Invisible Influence of Plants Coming to Light)
22. 식물은 땅속의 ‘곰팡이 인터넷’을 사용하여 통신을 한다. (Plants Use Underground 'Fungal Internet' to Communicate)
23. 광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다. (Quantum Secret of Photosynthesis Revealed)
24. 식물도 수학 계산을 한다. (Plants Do Arithmetic)
25. 성경적 창조론에 입각한 재배식물의 기원 (Origin of Cultivated Plants Based Upon The Biblical Doctrine of Creation)
26. 꽃과 깃털의 복잡한 패턴은 설계를 가리킨다. (How Intricate Patterns Grow in Flowers, Feathers)
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36. 식물의 배 발달은 창조를 지지한다. (Plant Embryo Development Supports Creation)
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51. 박테리아는 식물 잎과 빛 스펙트럼을 공유한다. (Bacteria Share Light Spectrum with Plant Leaves)
52. 식물의 단백질 상호작용에 대한 가장 큰 유전자 지도가 작성되었다. (Largest-Ever Map of Plant Protein Interactions)
53. 식물의 수학적 패턴은 진화론자들을 계속 난처하게 만들고 있다. : 피보나치 수열이 돌연변이로 우연히? (Plant Patterns Prolong Perplexity)
54. 느리게 움직이는 포복성 식물들 (Creepy Crawly Plants: Plant Tropism)
55. 광합성을 증진시키기 : 태양전지가 광흡수 면에서 식물을 이제 앞질렀다? (Improving Photosynthesis? Solar Cells Beat Plants at Harvesting Sun's Energy, for Now)
56. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
57. 중력보다 600 배 빠른 식물의 신비 (Plant Accelerates 600 G's)
58. 어리석은 수선화 진화론 (Daffy Daffodil Darwinism)
59. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics)
60. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved)
61. 식물들은 모래시계 메커니즘을 사용한다. (Plants Use Hourglass Mechanism)
62. 벌레잡이 식물의 기원 : 진화론의 끈적끈적한 문제 (Flytrap Origins: A Sticky Problem for Evolution)
63. 나무를 썩게 하는 균류의 이용. (The Uses of Wood Rot)
64. 작은 바다 식물의 생화학적 수수께끼 (Tiny Ocean Plants Offer Biochemical Enigma)
65. 나무 사이를 걷는 것은 집중력을 증진시킨다. (A Dose of Nature Improves Concentration)
66. 식물에 있는 가장 훌륭한 태양전지 (The Finest Solar Technology Doesn't Come from a Lab)
67. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
68. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin)
69. 식물 향기가 화분 매개 생물의 행동을 조절한다. (Plant Perfume Manipulates Pollinator Behavior)
70. 식물 잎의 놀라운 엽맥 패턴 (Leaf Vein Patterns Are Not in Vain)
71. 2천년 전 씨앗에서 자라난 야자 나무 (Long Live the Seed)
72. 뿌리의 경로 : 식물에서 발견된 또 하나의 놀라운 경이 (The Root Route)
73. 단풍은 하나의 기능을 가지고 있다. (Fall Colors Have a Function)
74. 세균과 식물들은 네트워크 기술을 알고 있었다. (Bacteria and Plants Know Network Tech)
 
 
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