파동 성장을 하는 식물

저자: David Catchpoole
번역자: 한국창조과학회 (creation.kr)

식물(plants)은 행성 지구의 푸른 나무들을 연구하는 연구자들에게 끊임없이 놀라움을 더해주고 있다. 식물의 복잡성에 대한 새로운 발견이 있을 때마다,^{1, 2} 우리는 식물에 대해 아는 것이 적다는 것을 깨닫게 된다.

특히 이러한 놀라움은 땅 속의 식물 뿌리에서 더욱 그러한데, 일반적으로 뿌리는 잎, 줄기, 꽃과 같은 지상에 있는 부분보다 연구하기가 더 어려웠다.

그러나 기술의 발전과 함께, 뿌리 생장의 신비가 점차 밝혀지고 있다.

예를 들어, 위스콘신 대학의 식물학자 사이먼 길로이(Simon Gilroy)가 이끄는 연구팀은 정교한 비디오 영상 기술을 이용하여, 뿌리털(root hairs)로 알려진 뿌리세포 각각의 섬세하게 확장되는 생장 모습을 촬영할 수 있었다.³

식물 뿌리를 덮고 있는 이 길쭉한 피질의 돌출부위는 문자 그대로 수백만 개가 있다. 뿌리털이 식물 근계의 표면적을 엄청나게 증가시키고, 따라서 물과 미네랄 영양소를 얻을 수 있는 토양 용적을 증가시키고 있다는 것은 오랫동안 잘 알려져 있었다. 그러나 뿌리털이 어떻게 정교하게 형성되고 자라는 지는 하나의 미스터리로 남아 있었다.

길로이의 연구팀이 카메라로 뿌리털을 촬영했을 때, 놀랍게도 그들이 예상했던 느리고 꾸준한 자라남은 볼 수 없었다. 대신에 그들은 매 20초 정도마다 주기적으로 파동(pulses) 생장을 하는 뿌리털을 보았던 것이다. 좀 더 자세히 조사해본 결과, 그 파동은 뿌리털 선단의 급격한 산도(pH) 변화와 또한 특정 반응성 화합물 농도와 연관되어 있었다.

이발견은식물은느리지않고,정적이지않으며,상상했던것보다훨씬더복잡하고정교하다는것을보여주었다.

“식물은 단지 자기 위치에 고정되어 있고, 그저 태양 빛을 받고 살아가는 생물로 생각했던 것보다 실제로 훨씬 더 역동적”이라고 길로이는 말했다.⁴ 실제로 식물은 흔히 동물 반응에서만 있는 것과 같은 신속성을 가지고, 초나 밀리초의 시간 척도로 지시에 반응하고 있었다.

더욱이 길로이가 설명했던 것처럼, 동물세포와는 달리 커지는 식물세포들은 셀룰로오스로 이루어진 세포벽과 싸워야 하는데, 그 벽은 강철보다 무겁고 강한 것이다. 셀룰로오스의 강화 강도는 내부의 엄청난 수압(팽압, turgor)으로부터 세포가 붕괴되는 것을 막아준다. 그러나 뿌리털의 선단이 자라기 위해서는, 세포는 어찌되었든 터지지 않고, 내부 압력으로부터 충분히 늘어날 수 있도록 유연하게 세포벽을 만들어야만 한다. 일단 세포 확장이 일어나면 뿌리털 선단 바로 뒤의 벽을 빠르게 강화해야만 한다.

“어떻게 식물세포는 어느 곳의 벽은 단단하게 만들고, 어느 곳의 벽은 느슨하게 만드는 것을 알았을까? 그리고 그것을 그토록 정교하게 조절하여, 팽압이 세포를 터트리거나 죽지 않도록 했을까”. “그것은 언제나 미스터리였다. 지구상의 식물세포가 이러한 일을 수행할 수 있도록 한 것은 도대체 무엇인가?”라고 길로이는 말했다.

길로이와 그의 동료들은 아마도 식물세포가 산도 경사를 만들기 위해 주의 깊게 양자(protons)를 세포벽 안으로 펌프하고, 그 결과 뿌리털의 꾸준한 신장(elongation)을 발생시켰을 것이라고 생각했었다. 그러나 앞에서 언급한 것처럼, 그들은 파동하는 성장을 보았다. 그것은 정말로 양성자에 의해서 조정되지만, 예상했던 것보다 훨씬 활기찬 방식으로 자라나고 있었던 것이었다.

양자(protons)가 세포벽 안으로 흘러들어갈 때, 세포벽은 늘어나고, 뿌리의 선단은 길어진다. 그러나 식물세포는 거의 즉각적으로 다시 흡입한 양자를 내뱉는다. 그리고 셀룰로오스 가닥은 세포벽을 다시 강화시키기 위해 제자리로 고정된다. 잠시 멈춘 후에 그 주기는 다시 반복되는 것이다.

왜 이들의 생장은 지속적인 신장을 하는 대신에, 파동을 하며 생장하는 것일까? 길로이는 뿌리털이 너무 많이 약해져 붕괴되는 위험을 막기 위해, 그것을 멈추기 위한 재빠른 “숨고르기”를 하는 것으로 추론했다. “거기에는 세포가 안전한지를 보기위한 감속과 기다림에 관여하는 많은 조절들이 있다 ”고 그는 설명했다.

이러한 파동 성장의 화학적 조절은 고도로 복잡하다. 길로이는 여전히 모르는 것이 더 많이 있다는 것을 인정하고 있었다. “모든 것이 협력적으로 조절되고 있다. 그것은 마치 춤과 같다. 분당 세 번 일어나는 완전히 복잡한 발레 춤 말이다” 그는 말했다.

모든 위대한 발레에는 안무를 만들고 편성한 사람이 있는 것처럼, 우리가 인식하지 못한 채, “완전히 복잡한 발레”가 오랫동안 우리의 발아래 땅속에서 반복적으로 진행되고 있었다는 사실은 이것이 누군가에 의해서 만들어졌음에 틀림없음을 가리키고 있는 것이다. 성경은 그 안무가가 누구인지를 우리에게 말씀해주고 있다. (시편 104.14, 고린도전서 3:7)