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다목적의 식물 센서는 과학자들을 당황시키고 있다
: 빛을 감지하는 파이토크롬 단백질은 온도도 감지한다.
(Multipurpose Plant Sensors Startle Scientists)
Jeffrey P. Tomkins

   식물의 놀라운 센서(sensors, 감지기) 시스템은 다양한 환경 조건들에 반응하여 적응할 수 있도록 해준다. 식물은 동물처럼 주변으로 이동할 수 없으므로, 있는 곳에서 성장하고, 발달하고, 번식해야한다.

식물의 생활사에서 핵심 요소 중 하나는 햇빛이 비치는 시간(광주기), 질(파장), 강도에 따라 태양광선을 처리하는 것이다. 상호 연결된 모든 빛 관련 요인들은 식물 잎의 세포 내에 있는 파이토크롬(Phytochromes)이라 불리는, 센서 역할을 하는 단백질들에 의해서 모니터링 된다.[1] 하루 동안 가시광선 스펙트럼이 적색~원적색(far-red) 영역으로 변할 때, 또는 근처 식물에 의해서 그늘이 질 때, 파이토크롬 단백질의 구조(3-D 형태)가 변경되어, 그것들은 유전자 스위치처럼 작용한다. 파이토크롬은 식물의 신진대사, 생리, 성장, 발달을 변경시키는 전체 유전자들의 스위치를 켜고, 끈다. 또한 파이토크롬은 식물의 일주기 리듬(circadian rhythm, 주간/야간 시계)을 설정하는데 도움을 줄뿐만 아니라, 식물에게 꽃을 피우는 시점, 씨앗을 만드는 시점, 겨울 동안 휴면상태의 시기 등을 식물에게 알려주는 역할을 한다.

과학자들은 1960년대 이후로 광 조절과 관련되어있는, 식물에 있는 파이토크롬의 센서 역할을 연구해왔다. 하지만 식물이 온도를 또한 감지하고, 그 반응을 조절하는 것에 대해 당혹스러워 했다. 빛은 물론이고, 온도도 식물의 건강한 성장, 발달, 생리를 위해, 적절히 모니터링 되고 반응해야만 하는 주요한 환경적 변수이다. 과학자들은 식물에 파이토크롬과 같은 센서가 있어서, 빛을 감지하고, 빛에 반응하는 것과 같은, 믿을 수 없도록 복잡한 과정이 장착되어 있을 것이라는 예상을 전혀 하지 못했었다. 이러한 문제점은 식물에서 일종의 온도 감지기(temperature detector)를 찾아냈던 과학적 발견 과정에 있어서도 동일하게 장애가 되었다.

이제 과학자들은 다른 온도 상황 하에 있는 파이토크롬 변이 식물들을 연구하면서, 예기치 않은 일련의 놀라운 발견을 했는데, 파이토크롬은 적색~원적색의 다른 파장의 빛들을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 온도를 또한 감지하며, 잘 반응할 수 있게 해주어서, 유전자 발현과 식물의 많은 과정들을 직접적으로 변경시킬 수 있다는 것이다.[2, 3] 이것은 사람의 합리성과 창의력을 뛰어 넘는, 초고도로 복잡한 공학 시스템의 한 사례가 되고 있었다. 이 온도-감지 기능과 광-감지 기능의 완벽한 통합은 너무도 세밀하게 조정되어있어서, 밤 동안, 그리고 낮의 광합성 동안, 모두에서 식물의 성장과 발달에 있어서 다양한 조정을 가능하게 한다는 것이다.

진화 과학자들은 하나의 단백질 시스템에서 이와 같은 정교한 감지기능들이 통합되어 들어있을 것이라고는 전혀 예측하지 못했었다. 그러한 놀라운 공학적 기술은 인간의 능력을 넘어서는 방법이며, 무작위적인 자연적 과정으로 우연히 생겨날 수 없는 초고도의 복잡성이다. 이것은 생물들은 초월적 지혜의 전능하신 창조주에 의해서 창조되었음을 분명하게 가리키고 있는 또 하나의 증거가 되고 있는 것이다.


References
1. Xu, X. et al. 2016. Illuminating Progress in Phytochrome-Mediated Light Signaling Pathways. Trends in Plant Science. 20 (10): 641–650.
2. Legris, M. et al. 2016. Phytochrome B integrates light and temperature signals in Arabidopsis. Science. DOI: 10.1126/science.aaf5656.
3. Jung, J.-H. et al. 2016. Phytochromes function as thermosensors in Arabidopsis. Science. DOI: 10.1126/science.aaf6005.

* Dr. Tomkins is Director of Life Sciences at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in genetics from Clemson University. Cite this article: Jeffrey P. Tomkins, Ph.D. 2017. Multipurpose Plant Sensors Startle Scientists. Acts & Facts. 46 (1).

 

출처 : ICR, Acts & Facts. 46 (1). 2017.
URL : http://www.icr.org/article/9754
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

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2. 식물의 그늘 감지 센서와 토양 두께 측정기. (Plant Brains Solve Problems)
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4. 식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가? (Plants spring into action)
5. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved)
6. 생물에 있는 복잡한 감지기와 '아마존 고' (Amazon Go, Creatures Depend on Sophisticated Sensors)
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22. 박테리아의 놀라운 빛 감지 능력 : 렌즈와 같은 세포 (The Crawling Eye: Cells as Lenses)
23. 위장의 천재 문어는 피부로 빛을 감지하고 있었다! : 로봇 공학자들은 문어의 팔은 모방하고 있다. (The Octopus: Invertebrate Designs)
24. 박테리아는 식물 잎과 빛 스펙트럼을 공유한다. (Bacteria Share Light Spectrum with Plant Leaves)
25. 빛과 어두움의 창조 리듬과 생체시계
26. 해바라기의 해굽성은 아직도 미스터리이다. (Sunflower Motion Is a Black Box)
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