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식물의 그늘 감지 센서와 토양 두께 측정기.
(Plant Brains Solve Problems)
CEH

   식물은 물리적 뇌나 신경계가 없지만, 자기 위치에서 살아가는 방법을 알고 있다.

식물의 그늘 감지 센서 (PhysOrg. 2015. 12. 24) : 당신은 눈이 없다면 빛을 느낄 수 있겠는가? 그리고 피부가 없다면, 당신에게 비춰지는 빛을 누군가가 가렸을 때, 그것을 알아챌 수 있겠는가? 식물은 이러한 문제와 다른 문제들을 해결할 수 있었다. ”수동적인 것처럼 보임에도 불구하고, 식물들은 서로서로 더 크게 자라나서 햇빛을 더 많이 받기 위한 전쟁을 벌이고 있다. 한 식물이 다른 식물에 의해서 그늘이 드리워졌다면, 그것은 식물의 생존에 필요한 필수적인 햇빛을 차단당하는 것이 된다”라고 그 기사는 말하고 있었다. 

이 치명적인 그늘을 피하기 위해서, 식물들은 다른 식물의 그림자에 의해서 위협받았을 때, 내부적 경고를 울릴 수 있는 광센서(light sensors)를 가지고 있다. 그들의 광센서는 적색과 청색 빛(식물들에 의해서 흡수되는 파장)의 결핍을 탐지할 수 있다. 그 광센서는 구름에 의한 그늘과 경쟁하는 식물에 의한 그늘 사이의 차이를 구별할 수 있다.

솔크 연구소(Salk Institute)의 과학자들은 식물이 위협적인 이웃 식물의 과도한 성장으로 인한 그늘의 질을 평가하고 있는 방법을 발견했다. 그것은 곡물의 생산성을 증진시키기 위해 사용될 수 있는 발견이다. 2015. 12. 24일자 Cell 지에 게재된 새로운 연구에 의하면, 식물에서 분자 센서(molecular sensors)에 의해서 탐지되는 청색 빛의 결핍은 경쟁하고 있는 이웃 식물을 극복하기 위한 가속화된 성장을 시발시키고 있었다. 

그들의 비밀은 크립토크롬(cryptochromes)이라 불리는 빛 감지 세포소기관에 있다. 그것이 활성화 되었을 때, 성장을 위해서 유전자 위에 있는 후성유전학적 조절 스위치를 켠다. ”우리는 크립토크롬이 DNA에 있는 이들 전사 요소에 접촉하는 것을 발견했는데, 그것은 다른 광수용체(photoreceptors)가 활성화되는 것보다 완전히 다르게 유전자들을 활성화시킨다.”라고 솔크 연구소의 과학자는 말했다. 그것은 식물이 빠르게 반응할 수 있는, 그러나 너무 빠르지는 않는, 일종의 짧은 경로이다.

민들레의 생존 기술 : 민들레의 우유 빛깔의 하얀 수액은 이유가 있었다. 그것은 그 뿌리를 와삭와삭 씹어 먹어버리는, 토양에 있는 벌레 유충을 퇴치시키기 위한 것이었다. ”민들레는 생존 전문가이다.” Science Daily(2016. 1. 5) 지는 말했다. 그 기사는 온화하게 보이는 작은 풀에서 두 가지의 놀라운 업적을 지적하고 있었다. 그것은 전 세계적으로 분포한다는 것과, 근육을 가지고 있다는 것이다! 

민들레(dandelions, Taraxacum officinale agg.)는 전 세계의 온대지역 거의 대부분에 걸쳐 분포하고 있는, 유럽과 아시아 기원의 잘 알려진 식물이다. 어린이들은 민들레의 노란 꽃과, 낙하산처럼 보이는 솜털 많은 씨앗을 사랑한다. 바람에 의해서 먼 거리를 여행할 수 있는, 어린 민들레는 아스팔트도 뚫을 수 있는 힘을 가지고 자라난다. 그러므로 민들레는 현대 도시에서 생존의 상징물이 되고 있다.

식물의 토양 두께 측정기 : 당신이 흙 속에 박혀있는 모종(seedling)이라 생각해 보라. 당신은 위로 이동하라고 말해주는 센서를 가지고 있다. 그러나 당신은 ”대기 중으로 얼마의 높이로 자라나야 하는지를 어떻게 알 수 있겠는가?” 이것은 생존에 있어서 매우 중요하다. 햇빛이 당신의 자라난 가지에서 잎들의 성장을 도와주기 전에, 자원들을 보존해야만 한다. 모종은 자신 위에 있는 토양의 기계적 압력과 깊이를 측정할 수 있는 특별한 장비를 가지고 있다. Current Biology(2015. 12. 31) 지에 게재된 논문에 의하면, 그 계측기는 COP1 이라는 단백질을 포함하고 있다. 그 단백질은 모종의 출현(emergence, 땅 표면을 뚫고 나오는 것)을 중재하는 화학물질로서, 빛에 반응하여 에틸렌 생산을 위한 전사 요소를 조절한다. 당신은 기계공학과 유기화학의 박사급 수준인 이 작은 콩 모종이 대학에서 과학 수업을 받았다고 생각하는가? 여기에 작은 모종이 햇빛 쪽을 향하여 무거운 토양을 뚫고 자라날 때, 무슨 일이 일어나는 지를 알려주고 있다 :

우리는 COP1이 직접 F 상자단백질(F box proteins) EBF1 및 EBF2를 표적으로 하여, 유비퀴틴화(ubiquitination) 및 분해를 시켜 EIN3를 안정화함을 보여준다. 모종이 지표면 쪽으로 자라면서, 위에 놓여있는 토양의 두께는 감소하고, 결과적으로 빛의 강도는 점진적인 증가한다. COP1은 빛 신호를 보내고, 에틸렌은 토양의 기계적 상황에 대한 정보를 변환시킨다. 이것은 토양으로부터 모종의 출현을 증진시키기 위해 EIN3 단백질 수준을 협력하여 제어한다. COP1-EBF1/2-EIN3 모듈은 식물이 지표면의 깊이를 감지하는 메커니즘으로 밝혀졌고, E3 유비퀴틴 연결효소(ubiquitin E3 ligase)의 급격한 증가를 조절하는 새로운 패러다임으로 밝혀졌다.  

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식물은 너무도 아름답고 현명하다. 당신은 그들을 가끔 끌어안아주고 싶을 정도일 것이다. 그러나 돼지풀(ragweed)이나 옻나무는 끌어안지 마라. 그들은 당신을 하나의 위협으로 인식하고 방어 메커니즘을 작동시킬 수 있다. 이러한 식물들의 경이로운 기능들은 어떻게 생겨났을까? 무작위적인 과정으로 어쩌다 우연히? 민들레가 아스팔트를 통과하는 구멍을 낼 수 있다면, 그것이 고속으로 작동된다면, 무슨 일이 일어날지를 상상해 보라.

 

출처 : CEH, 2016. 1. 8.
URL : http://crev.info/2016/01/plant-brains-solve-problems/
번역자 : 미디어위원회

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