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식물은 정교한 이메일 시스템을 사용하고 있다.
: 식물의 극도로 복잡한 정보전달 시스템이 우연히?
(Plants Use Elaborate Email System)
David F. Coppedge

   전자메일(email)이 장거리 양방향 부호화된 메시지를 전달하는 시스템이라면, 식물은 사람들이 전자메일을 생각해내기 훨씬 전부터 이것을 사용해왔다.

  

식물의 뿌리에서 싹으로 이메일이 보내진다!

CEH 지에서 16년 전(2001. 7. 13)에 식물이 이메일(전자메일) 시스템을 갖고 있다는 보고를 했을 때에, 독자들을 깜짝 놀랐었다.(아래 관련자료 링크 1, 2번 참조). 이 식물 인트라넷(intranet- 내부통신망)이 발견된 이후로 더 많은 것들이 밝혀졌다. 최근 Current Biology(2017. 9. 11) 지의 '미니리뷰(minireview)'에서 두 명의 과학자는 ”현화식물 내의 싹-뿌리 통신(Shoot-Root Communication in Flowerings Plant)”이라는 제목의 글에서, 식물의 통신을 기술하고 있었다. 이것은 꽤 놀라운 시스템이지만, 공개된 이 논문의 독자들은 화분에 심겨진 식물 내부에서 진행되는 놀라운 일들을 진정으로 알기 위해서는, 진화론적 목소리(과학 저널에 실리기 위한 의무 사항)를 무시할 필요가 있다.

이동할 수 없는 생물로서, 육상식물은 (외부)환경 변화에 대응하여, 두 가지 구분된 시스템인 싹(shoot, 줄기)과 뿌리(root)의 성장과 발달을 조정하는 정교한 메커니즘을 진화시켜 왔다. 적응 시스템의 반응들은 싹-뿌리 통신에 의해 달성되며, 다양한 장거리 신호 분자들이 관여한다. 지난 수십 년 동안 다양한 유전적, 생화학적, 분자적, 이식 연구에서 식물이 외부 변화에 적응하는 데 중요한 여러 장거리 신호 분자들을 확인했다. 이번 미니리뷰 글에서는 다양한 환경적 신호에 대한 시스템적 반응과 관련된 장거리 신호를 살펴보려한다.

 

싹과 뿌리는 상호 메시지를 전달한다.

신호 분자들을 이메일의 메시지와 비교하는 것이 적절할 수 있을까? 어떤 면에서는 그렇고, 어떤 면에서는 아닐 수도 있다. 분자 신호들은 문자화 되어 개별적으로 보내지는, 이메일 메시지와 꼭 같은 것은 아닐 수 있다. 이것은 미리 정해져있는 절차에 비교될 수 있다. 이것은 마치 ”만일 당신이 이 신호를 보게 된다면, 당신이 가진 매뉴얼에서 이 페이지를 읽고 그 지침을 따르시오”와 같은 정해진 과정과 같은 것이다. 그리고 신호 분자들 중 일부는 일종의 '텍스트'로 구성되어 있다. 즉 펩티드들과 특정 시퀀스의 RNA 분자들은 그 의미가 결정되어 있다. 이메일과 같은 것은 장거리 통신, 통신 채널, 언어 협약(보내는 부호를 상대방이 똑같은 의미로 해석하는 서로 간의 약속)이다. 메시지는 식물의 맥관을 따라 멀리, 그리고 광범위하게 이동한다. 메시지는 미리 정해진 경로(식물의 목관과 체관)를 따라 전달되는 것이다. 그리고 신호를 받으면, 수신 부위는 그 메시지를 이해하고, 응답 행동을 유발하면서, 여러 일들이 벌어진다. 식물에서 어떤 메시지는 특정 주소(식물의 특정 부분)로 배달된다. 그리고 어떤 메시지는 식물 전체에 알려주는 ”이-블라스트(e-blast)” 뉴스 레터와 비슷하다. 다음의 인용문에서 메시지와 정보라는 단어에 주목하라 :

실제로, RNA 분자들, 단백질들, 펩티드들, 식물호르몬(phytohormones) 등을 비롯한 다양한 신호물질들이 식물의 맥관에서 검출되었으며, 장거리 운송을 통해 도달한 표적(target) 조직에서 반응을 유도하고 있다. 예를 들면, 싹의 성장과 구축은 뿌리-유래 식물호르몬에 의해 조절된다. 유사하게, 뿌리의 영양 섭취 활동은 싹–유래 신호에 의해서 위쪽에서 조절되며, 이는 싹과 뿌리가 시스템적 반응을 유도하기 위해서, 상호 메시지들을 전달하고 있다는 것을 의미한다. 장거리 신호에 의해 조절되는, 식물의 성장과 발달의 적응적 시스템 반응과 유연성은 식물이 육상에서 생존하기 위한 중요한 요소이다. 이 미니리뷰에서는, 영양 상태, 뿌리 착생, 비생물적 스트레스, 빛... 등의 변화에 대응하여, 싹과 뿌리 사이에 정보를 전송하는 장거리 신호의 역할에 대해 설명하고자 한다.

식물의 통신 신호들은 단백질과 RNA와 같은 시퀀스 기반의 정보들이 전부가 아니다. 일부는 칼슘 이온(calcium ions), 옥신(auxin, 식물 성장물질), 자스몬 산(jasmonic acid)과 같은 화학물질들도 이에 해당한다. 사람의 이메일 시스템도 기호나 소리와 같은, 텍스트가 아닌 신호들이 포함된다. 요점은 그것들도 의미를 가진다는 것이다. 성장하는 식물의 끝(싹)에 나타나는 하나의 화학물질도 어떤 유전자들은 켜지고, 어떤 유전자들은 꺼지도록, 미리 정해진 협약이 없었다면, 어떤 것도 달성이 될 수 없다. 시퀀스에 기초한 분자들(단백질과 RNA)는 이메일과 더욱 비슷하다. 시퀀스가 손상된다면, 그 의미는 깨어진다.

이 논문은 식물이 필요로 하는 종류의 신호(영양 결핍, 스트레스, 발아 시기... 등)들과 식물 자체와 외부 환경의 접촉을 유지하기 위해 사용하는 다양한 신호 분자들을 나열하고 있다. 이들 신호들은 표1에 요약되어 있다. 결론적으로, 저자들은 실제로 이메일의 비유를 사용하지 않고도, 식물의 통신을 인트라넷과 비교하는 것이 타당함을 입증하고 있었다 :

이 미니리뷰에서, 우리는 환경 변화에 대한 시스템적 반응에 관련된, 다양한 장거리 신호들의 역할을 설명했다. 뿌리가 영양분을 흡수하는, 토양의 영양소 상태는 뿌리에 의해서 인지되며, 포만 또는 굶주림 신호를 전달하여, 뿌리뿐만 아니라 싹에서도 반응을 유도한다. 또한 뿌리에 있는 결절(마디)의 수는 영양소와 에너지 상태의 균형을 맞추기 위해서, 뿌리에서 싹으로, 싹에서 뿌리로 보내지는 신호 네트워크에 의해서 엄격히 조절된다. 뿌리에 있는 비생물적 스트레스는 신호가 되어 싹 방향으로 이동을 시작하고, 전체 식물 수준에서 스트레스 대처 반응을 유도한다. 싹으로부터, 빛, 당류, 빛-활성화 HY5 등이 뿌리로 이동하여, 뿌리 성장과 영양분 흡수를 활성화시킨다. 이러한 장거리 메신저는 환경 및 내생(식물 내부의) 변화에 관한 정보를 멀리 있는 조직(싹 혹은 뿌리)에 전달함으로써, 식물이 전체 환경에서 그들의 반응을 통합하여 성장과 발전을 최적화 할 수 있게 함으로써, 끊임없이 변화하는 환경에 적응할 수 있도록 한다. 따라서 이러한 과정을 파악하는 것은 식물을 기본적으로 이해할 수 있게 할 뿐만 아니라, 다양한 식물 재배를 계획하는데 있어서, 최적으로 식물들을 번식시킬 수 있게 할 것이다.

지금까지 우리는 식물의 통신을 단일 건물이나 회사 내에서 진행되는 통신(messaging)과 비교할 수 있는 '인트라넷(intranet)'으로 설명했다. 이 매혹적인 사실에 추가하여, 식물은 다른 종의 식물과도 '인터넷'을 사용한다는 것이다. 12/15/2014 글에서 설명한 대로, 숲의 다양한 종들은 곰팡이 균사(fungal hyphae)의 지하 네트워크를 사용하여 서로 신호를 보낼 수 있다.(see also 6/17/2004 and 10/04/2004. 아래 관련자료 링크 3, 4번 참조). 또한 식물은 사람이 휴대전화 송신탑을 통해 메시지를 보내는 것처럼, 공기를 통해 메시지를 보낸다.(아래 관련자료 링크 6, 7번 참조). 우리가 빠뜨리지 말아야 할 것은, 동물도 신체 내 및 신체 간 메시지 시스템(Phys.org를 보라)을 활용하고, 식물과의 양방향 의사소통(Nature 2017. 10. 18, The Conversation. 2017. 10. 19)도 한다는 것이다. 사실, 모든 생명의 세계는 의사소통으로 넘쳐난다. 통신은 생명체를 특징짓는 성질로 간주될 수 있다.

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The Conversation 지의 기사에 따르면, 식물은 광합성(photosynthesis)과 초소수성(super-hydrophobicity, 超疏水性)과 같이 의사소통을 넘어서는 수많은 ”놀라운 나노기술”을 사용하고 있다는 것이다. 식물은 너무 훌륭하여, 엔지니어들도 그들을 모방하고 싶어한다. 그러나 식물에는 뇌가 없다. 뇌가 없는 식물들이 그러한 정교하고 복잡한 기술들을 스스로 생각해냈을까?

정보와 의사소통에 관한 흥미로운 읽을거리를 보려면, 윌리엄 뎀스키(William Dembski)의 저서나 그의 웹 사이트(Being as Communion)를 보라. 관념사와 철학에 정통한 뎀스키는 우주에서 가장 근본적인 실체는 물질이 아니라 정보(not matter, but information)라고 강력하게 주장한다. ”비트에서 존재로(It from bit)”라는 말은 물리학자 존 휠러(John Archibald Wheeler)의 간결한 경구로서, 그를 유사한 결론으로 이끌었던 그의 사고(생각)를 요약한 것이다. 뎀스키의 정리(theorem)는 식물 통신과 어떤 관련이 있을까요? 식물은 프로그램 된 시스템처럼, 내재적 지능을 소유하고 있지는 않지만, 부여된 지능으로 인해 작동되고 있다는 것이다. 작동되고 있는 로봇(robots)처럼, 식물들의 신호는 외부 지성(프로그래머)으로부터 입력되었기 때문에 갖고 있는 것이다. 그러나 뎀스키가 주장하는 것처럼, 정보가 우주의 근본적인 '재료'라면, 생명과 (모든 정보를 갖고 있지만 방금 죽은) 비생명은 어떻게 구별되는 것일까?

 

*역자 주 : 의미(뜻과 목적)가 없는 DNA는 아무 쓸모가 없다. 그저 화합물 덩어리이다. 미립자들의 힘의 균형으로 이루어진 모든 원소들도 물리적 정보의 표현이다. 비생명의 물질 원소나 생명의 존재와 생명의 동작을 설명하는 그 원리는 모두 정보로 표현이 된다. 누군가 이 모든 정보들을 기획한 이후에, 물질들이 생겨나고, 그 물질의 성질을 이용한 생명체 정보를 만드셨다. 식물은 정보시스템으로 드러나고 있다. 인체는 고차원의 생화학 정보시스템이다. 생명세포의 동작을 보면, DNA를 포함한 생명정보시스템은 원자/분자/고분자의 물리적/전기적/화학적 성질을 완전히 이해하는 분만이 만들 수 있다는 결론에 도달하게 된다. 원자를 만드실 때에 분자/고분자를 미리 구상하셨고, 원자를 만드셨을 때에 생명체의 동작을 염두에 두고 만드셨다는 결론에 도달하게 된다. 이 우주의 창조주는 현세계의 생명활동을 염두에 두고 원소들을 만드셨고, 또한 생명정보시스템을 만드셨다. 고차원적인 피드백 시스템이나, DNA 중심의 정보시스템은 물질로부터 저절로 만들어질 수 없다. 식물의 경우, 뿌리와 싹을 동시에 구상하고, 그 사이의 이메일 시스템을 동시에 구현해야만 동작이 가능하다. 진화론자들은 뿌리와 싹이 각각 진화하면서, 서로 환경에 적응하면서, 그 식물 정보시스템을 만들어냈다고 주장하지만, 그러한 설명만 있을 뿐, 논리적인 근거는 전혀 찾을 길이 없다. 식물은 적어도 10차원 이상의 피드백 시스템이다. 2차원 피드백 시스템이 저절로 생겨나려면, 우주의 나이를 거쳐도 우연히 발생하는 것은 확률적으로도 불가능하다. 이것은 저명한 수학자들이 이미 논증하였다. 사람은 수 백차원의 피드백 시스템으로 보인다. 창조주의 손길 없이는 불가능하다. 사람이 만물을 창조하시고 나를 만드신 창조주를 찬양하지 않고, 모든 것들이 저절로 우연히 만들어졌다고 주장하는 것은, 창조주에 대한 모욕이자, 창조주를 만홀(漫忽)히 여기는 것이다. 히브리서 11:3절에서 믿음은 창조주 하나님이 세상을 말씀으로, 직접 구체적으로 만드셨다는 것을 믿는 것으로부터 시작한다고 말씀하고 있다.

 

출처 : CEH, 2017. 10. 24
URL : https://crev.info/2017/10/plants-use-elaborate-email-system/
번역자 : 정광도

관련 자료 링크:

1. 식물에서 이메일 시스템이 확인되었다! : 이러한 고도의 복잡성은 진화론을 부정한다. (Plant Email System Described)
2. 식물에서 인트라넷이 작동되고 있었다. : 식물 내의 정교한 통신 시스템은 진화론을 거부한다. (Plant Intranet Seen in Action)
3. 식물은 땅속의 ‘곰팡이 인터넷’을 사용하여 통신을 한다. (Plants Use Underground 'Fungal Internet' to Communicate)
4. 세균과 식물들은 네트워크 기술을 알고 있었다. (Bacteria and Plants Know Network Tech)
5. 식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다. (Plants Have Social Networks)
6. 나무들은 아스피린으로 의사전달을 한다. (Trees Communicate With Aspirin)
7. 말하는 나무와 식물의 향수들 (Of Talking Trees and Plant Perfumes )
8. 예기치 않은 숲 도우미 : 겨우살이 (An Unexpected Forest Helper : Mistletoe)
9. 식물이 전기 신호를 보내고 있다는 충격적 증거! (Shocking Evidence of Electrical Signals in Plants)
10. 사랑의 함정 : 작은뿌리파리를 이용한 난초의 놀라운 수분 방법 (The Love Trap)
11. 생명체에 작용하는 동력학 법칙 Ⅱ
12. 식물의 기공들은 독립적으로 개폐된다. (Plant Pores March to Their Own Beat)
13. 식물들도 면역계를 가지고 있었다. (Plants Have an Immune System, Too)
14. 식물은 훌라후프 모양의 철도로 세포벽을 건설한다. (Plant Hula-Hoop Railroads Build Cell Walls)
15. 식물의 피보나치 나선들에 대한 설명 찾기 (Seeking Explanations for Plant Fibonacci Spirals)
16. 진화론적 개념과 어긋난 식물들의 세계 여행 (Plants' International Travel Upsets Evolutionary Idea)
17. 단풍은 하나의 기능을 가지고 있다. (Fall Colors Have a Function)
18. 뿌리의 경로 : 식물에서 발견된 또 하나의 놀라운 경이 (The Root Route)
19. 2천년 전 씨앗에서 자라난 야자 나무 (Long Live the Seed)
20. 식물 잎의 놀라운 엽맥 패턴 (Leaf Vein Patterns Are Not in Vain)
21. 식물 향기가 화분 매개 생물의 행동을 조절한다. (Plant Perfume Manipulates Pollinator Behavior)
22. 식물들은 자동온도조절 장치를 가지고 있었다. (Plants Have Thermostats)
23. 식물에 있는 가장 훌륭한 태양전지 (The Finest Solar Technology Doesn't Come from a Lab)
24. 나무 사이를 걷는 것은 집중력을 증진시킨다. (A Dose of Nature Improves Concentration)
25. 작은 바다 식물의 생화학적 수수께끼 (Tiny Ocean Plants Offer Biochemical Enigma)
26. 나무를 썩게 하는 균류의 이용. (The Uses of Wood Rot)
27. 벌레잡이 식물의 기원 : 진화론의 끈적끈적한 문제 (Flytrap Origins: A Sticky Problem for Evolution)
28. 식물들은 모래시계 메커니즘을 사용한다. (Plants Use Hourglass Mechanism)
29. 식물들은 빛과 광합성을 최고 효율로 얻고 있다. (Respect Your Plant: Don’t Say it Evolved)
30. 해조류는 양자역학을 알고 있었다. (Algae Molecule Masters Quantum Mechanics)
31. 어리석은 수선화 진화론 (Daffy Daffodil Darwinism)
32. 중력보다 600 배 빠른 식물의 신비 (Plant Accelerates 600 G's)
33. 광합성을 증진시키기 : 태양전지가 광흡수 면에서 식물을 이제 앞질렀다? (Improving Photosynthesis? Solar Cells Beat Plants at Harvesting Sun's Energy, for Now)
34. 느리게 움직이는 포복성 식물들 (Creepy Crawly Plants: Plant Tropism)
35. 식물의 수학적 패턴은 진화론자들을 계속 난처하게 만들고 있다. : 피보나치 수열이 돌연변이로 우연히? (Plant Patterns Prolong Perplexity)
36. 식물의 단백질 상호작용에 대한 가장 큰 유전자 지도가 작성되었다. (Largest-Ever Map of Plant Protein Interactions)
37. 박테리아는 식물 잎과 빛 스펙트럼을 공유한다. (Bacteria Share Light Spectrum with Plant Leaves)
38. 식물의 비순환성 순환계의 획기적 발견. (New Breakthrough in Plant’s Non-circulatory Circulation System)
39. 식물의 자외선 탐지기는 진화될 수 없었다. (Plant UV Detectors Could Not Have Evolved)
40. 2천년 된 므두셀라 씨앗이 이제는 나무가 되었다 (Methuselah Seed Now a Tree)
41. 생체모방공학을 통한 강렬한 희망 2 : 계속 발견되고 있는 생물들의 경이로운 능력들 (Living Surprises, Living Hopes)
42. 식물은 꽃이 피는 개화 시기를 어떻게 아는가? (Plants spring into action)
43. 당신의 피부가 방수인 이유 (Why You Are Waterproof)
44. 식물은 자세히 볼수록 경이롭다 (Plant Wonders Are in the details)
45. 준비, 조준, 개화 : 개화 시간을 알려주는 식물의 시계 (Ready, Aim, Flower)
46. 단풍나무 씨앗을 모방한 소형 비행 로봇 (Maple to the Rescue)
47. 식충식물이 R&D 수상을 이끌다 : 생체모방공학의 새로운 기술들 (Pitcher Plant Inspires R&D Award)
48. 식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다. (Photosynthesis Uses Quantum Physics)
49. 나무를 만드신 하나님께 감사하라 (Thank God for Wood)
50. 공학자들은 식물의 세포 구조를 부러워하고 있었다. (Engineer Envies Plant Cell Structure)
51. 규조류 진화의 미스터리 (Diatom Evolution a Mystery)
52. 식물의 배 발달은 창조를 지지한다. (Plant Embryo Development Supports Creation)
53. 식물의 경이로움이 계속해서 밝혀지고 있다. (Olympic Plants Perform in Place)
54. 벌레잡이 식물인 파리지옥은 여전히 신비이다. (Venus Flytrap Still Mystifies, Inspires)
55. 식물 공변세포의 고도로 복잡한 생합성 과정 (Wilt Thou? Not with Guards in the Chem Lab)
56. 나무와 함께 사는 것이 장수의 비결? (Do People Live Longer among Trees?)
57. 말하는 식물들과 비밀 네트워크 (Talking Plants and Secret Networks)
58. 나무의 셀룰로오스를 전분으로 바꿀 수 있을까? (Wood You Cellulose for Starch?)
59. 산불은 씨앗에게 발아 시점을 알려준다. (Burning Plants Tell Seeds When to Germinate)
60. 꽃과 깃털의 복잡한 패턴은 설계를 가리킨다. (How Intricate Patterns Grow in Flowers, Feathers)
61. 성경적 창조론에 입각한 재배식물의 기원 (Origin of Cultivated Plants Based Upon The Biblical Doctrine of Creation)
62. 식물도 수학 계산을 한다. (Plants Do Arithmetic)
63. 광합성의 양자 비밀이 밝혀졌다. (Quantum Secret of Photosynthesis Revealed)
64. 식물의 보이지 않는 영향이 밝혀지고 있다. (Invisible Influence of Plants Coming to Light)
65. 식물을 사랑해야 될 더 많은 이유들 (More Reasons to Love Plants)
66. 전기 발생 생물에 대한 놀라운 사실들 (Shocking Facts About Electric Life)
67. 파동 성장을 하는 식물 (Pulsating plants)
68. 편평한 식물 잎에 숨어있는 놀라운 설계 (Flat leaves—a curly problem)
69. 풀산딸나무 화분의 경이로운 폭발! : 투석기와 유사한 발사 장치는 설계를 가리킨다. (Bunchberry bang!)
70. 새로운 잡종 무의 출현은 유전정보의 획득과는 전혀 상관없는 변화이다! (Rampaging Radishes)
71. 녹색 파워 광합성 : 경이로운 식물의 태양광 발전소 (Green power (photosynthesis) God’s solar power plants amaze chemists)
72. 씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다. (Sensational Seeds: compact packages attest to God’s handiwork)
73. 나무의 기원 (The Origin of Trees)
74. 사막의 미스터리한 식물 : 살아있는 화석 웰위치아 (Mystery Plant of the Desert)
75. 생물권 전역에서 공학적 설계가 발견되고 있다. : 생체모방공학의 계속되는 행진 (Engineering Designs Found Throughout the Biosphere)
76. 식물도 눈을 가지고 있다. (Even the Plants Have Eyes)
77. 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)
78. 진화론을 거부하는 규조류 : 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물. (Homage to Diatoms)
79. 똑똑한 클로버 : 진화의 증거인가? (Clever Clover: Evidence for Evolution?)
80. 어린이를 위한 창조과학: 빛을 바라보기 (Creation for Kids - Facing the light)
81. 카페인 : 수렴진화된 것인가, 창조된 것인가? (Caffeine: Convergently Evolved or Creatively Provided)
82. 나무는 정말로 “보기에 좋도록” 창조되었다. (Trees Really Are 'Pleasant to the Sight')
83. 식물에 내장되어 있는 광합성 조절 스위치 (Plants' Built-in Photosynthesis Accelerators)
84. 계속 밝혀지고 있는 식물의 고도 복잡성 : 식물의 썬크림, 광 스위치, 변태, 미생물과의 공생 (Plants Are Clever 1)
85. 식물의 진화 연구는 실패를 거듭하고 있다. (Plants Are Clever 2)
86. 식물이 씨앗을 퍼뜨리는 놀라운 방법들 (Plants Borrow Their Transportation)
87. 낭상엽 식물은 박쥐를 유인하도록 설계되어 있었다. (Pitcher Plants Designed to Attract Bats)
88. 사막에서 화려하게 피어난 꽃들 (Dry Desert Explodes in Color)
89. 식물의 그늘 감지 센서와 토양 두께 측정기. (Plant Brains Solve Problems)
90. 해바라기의 해굽성은 아직도 미스터리이다. (Sunflower Motion Is a Black Box)
91. 꽃들은 벌을 위한 ‘전기적 착륙유도등’을 켜고 있었다. (Flowers Create ‘Electric Landing Lights’ for Bees)
92. 도시의 나무들은 창조를 가리킨다. (Urban Trees Point to Creation)
93. 다목적의 식물 센서는 과학자들을 당황시키고 있다 : 빛을 감지하는 파이토크롬 단백질은 온도도 감지한다. (Multipurpose Plant Sensors Startle Scientists)
94. 기적의 식물인 모링가 나무는 제3세계의 식량과 연료가 될 수 있다. (Miracle Tree Could Feed and Fuel Third World)
 
 
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