식물도 아픔을 느낄까? - 식물신경생물학

[시냇물]

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식물도 아픔을 느낄까? - 식물신경생물학(Pflanzen neurobiologie)

식물도 아픔을 느낄까? - 식물신경생물학(Pflanzen neurobiologie)

외부 자극을 받자, 식물이 마치 움직이는 곤충처럼 반응하며 잎을 접는 모습


나무 가지를 자를 때나 풀을 벨 때, 뿐만 아니라 잡초라고 생각하여 아예 뽑아낼 때도 마음 속에는 일말의 미안함이 있었다.

"참 많이 아플텐데, 어쩌다가 너에게 몹쓸 짓을 하는구나...." 라는 심정으로 말이다.

요리를 할 때는 심지어 야채를 토막토막 썰고, 그것도 모자라서 내 욕구를 채우기 위해 이빨로 짓이기고 부숴서 삼키기까지 하니...........

야채들, 식물들이 없으면 인간은 존재 위협까지 당할 정도인데, 그들 우리에게 먹힘을 당하는 식물들은 어찌 느낄까?

나무는, 풀은 통증을 느낄까?

결론부터 말하면, 뉴런 즉 신경전달 구조와 물질이 없는 식물은 통증을 느끼지 않는다는 것이다.

비 온 뒤 기온이 내려가서 꽃들이 꽁꽁 얼었다. 꽃들에게 감각이 있다면 몹시 아프고 추웠으리라.

"식물신경생물학(Pflanzen neurobiologie)"이라는 신학문이 있다.

그 정의를 살펴보면, " 식물 스스로 환경을 인식하고 반응하며, 이와 관련한 식물 통신 및 신호 처리를 조사하는 연구분야" 라는 것이다.

"식물 시냅스"와 "식물 지능"의 이론은 아주 오래 전부터 심심찮게 가정되어 왔고 몇 주 전엔 우리 집에 초대손님으로 왔던 지인과 격하게 의견대립을 빚기도 했었다.

식물학자로서 노벨상까지 수상했던 바바라 멕클린톡는 "뿌리 뇌" 에 관한 가설을 만들었다. 식물의 뿌리에는 인간들의 뇌에 준하는 센서가 있어서 처한 상황을 인지한다는 것이다.

그러나 이것은 여전히 가설일 뿐, 식물 신경 생물학이라는 전제 하에 유도 된 결론과 함께

사용 된 용어와 주장 등이 여전히 논란이 되고 있다. 보다 솔직한 표현으로는 이 가설은, 기존 전통적인 식물 생리 학자 대다수들로부터의 외면을 받고, 관련자들로부터 비난을 받아왔다.

코스모스도 얼어서 마치 종이처럼 굳었다.

이 같은 추세임에도 불구하고 , 식물신경생리학에 흥미로운 주장들이 있는데, 옮겨 본다.

식물 유기체에서 동물 신경계에서 신경 전달 물질 및 신경 전달 물질과 비슷한 역할을 하는 분자가 발견되었단다. 동물의 신경체계에서 보이는 알려진 신경 전달 물질(그룹) , 아세틸 콜린은 카테숄라민은, 히스타민, 세로토닌, 도파민, 멜라토닌, 글루타민산 등이 모두 식물에서도 발견이 된다고 하였다.

문제는 이 물질들이 대사 작용이나 식물 자극에 중요한 역할을 하는지는 여전히 미지의 영역이다. 다만 글루타민산의 경우 적절한 수용체가 발견되었다고 보고, 아세틸 콜린에는 식물에서 전달 물질로도 작용한다는 징후가 있다고 하였다.

그리고 읽은 것 중에 놀라운 다른 하나는, 식물 신경 생물학은 또한 식물 뿌리 조직에서 세포 간 균열을 기술하는데, 동물의 신경 시냅스의 성질에 "식물 시냅스"로 특징 지어진다는 것이다.

식물 뿌리가 신경 독성 알루미늄에도 매우 민감한 반응을 보이는데, 이는 알루미늄이 인간의 뇌에서도 알츠하이머 병에 기인하기 때문에, 식물의 뿌리 연구가 인간의 질병 연구에 어떤 역할이든 해 줄 것 같은 막연한 기대감을 갖게 된다.


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[바이오토픽] 식물도 나름의 신경계를 갖고 있다

바이오토픽] 식물도 나름의 신경계를 갖고 있다생명과학 / Bio통신원
양병찬 (2018-09-17)


우마미(うま味)가 통증을 전달하는 메커니즘

일본 사이타마 대학교(埼玉大学) 대학원 이공학연구과(理工学研究科)의 토요타 마사츠구(豊田 正嗣) 교수가 이끄는 연구팀은, 식물이 '손상되었다'는 감각을 전신에 전달하는 메커니즘을 해명했다.

① 식물이 손상되면, 세포에서 우마미(감칠맛)의 원천인 글루탐산이 유출된다. ② 글루탐산은 잎맥에 발현된 두 가지 글루탐산 수용체와 결합한다. ③ 전신성 장거리·고속 칼슘신호가 발생한다. ④ 관다발을 경유하여 칼슘신호를 전달받은 원거리 잎은 국소적인 손상정보를 감지하여, 장차 다가올 공격에 대비하여 저항성을 상승시킨다. (참고 1)

동물의 신경세포는 글루탐산을 이용하여 서로 대화한다. 흥분한 세포가 글루탐산을 분비하면, 주변의 세포에서 칼슘이온의 물결이 일어난다. 이 물결은 다음 세포로 계속 릴레이 되어, 신경세포들 간의 장거리 의사소통을 가능케 한다. 그런데 그게 동물의 전매특허가 아닌 것으로 밝혀졌다. 뇌 없는 식물도, 일종의 신경계를 보유하고 있다는 것이다.

벌레가 당신을 깨물려고 할 때마다, 당신은 손바닥을 파리채처럼 휘두른다. 안타깝게도 대부분의 식물들은 그런 럭셔리한 도구를 갖고 있지 않은 것 같다.

그러나 놀라지 마시라. 과학자들에 따르면, 식물도 나름의 대책을 마련했다고 하니 말이다. 그것은 혁신적인 커뮤니케이션 시스템으로, 동물의 신경계와 똑같은 신호(전기신호)를 이용하여 당면한 위험을 다른 신체부위에 전달하는 역할을 수행한다.

과학자들은 식물이 곤충 애벌레의 미세한 발가락 움직임까지도 감지하여, 기민하게 방어적으로 반응한다는 사실을 발견했다(참고 2). 모든 과학적 발견들이 그렇듯, 그들은 식물이 중력을 감지하는 방법을 연구하다가 우연히 이 사실을 발견했다.

과학자들은 칼슘 신호전달이 중력 감지에 관여할 거라고 생각하고, 애기장대(Arabidopsis)의 유전자를 조작하여 칼슘 수준이 상승할 때마다 형광(fluorescence)을 발(發)하게 만들었다. 그런데 형광현미경을 이용하여 식물의 거동을 관찰할 때, 흥미로운 현상이 발견되었다. 중력은 차치하고, 조직 손상에 반응하여 칼슘 수준이 극적으로 상승하는 것이 아닌가!


흥미로운 현상이 발견되었다. 중력은 차치하고, 조직 손상에 반응하여 칼슘 수준이 극적으로 상승하는 것이 아닌가!

이는 식물이 추가적인 손상에 반응하여 가드를 올린다는 것을 의미한다. 식물에게 촉감을 느끼는 신경이라도 있는 걸까?

모든 것은 글루탐산(glutamate)이라는 화합물과 함께 시작된다. (학창시절 생물학 시간에 배운 아미노산 되겠다.) 곤충에게 깨물렸든 예리한 물체에 베였든, 모든 종류의 손상은 글루탐산 분비를 초래한다. 글루탐산은 수용체를 활성화하여 칼슘기반신호(calcium-based signal)를 촉발한다. 이 신호는 식물의 전신으로 퍼져나간다.

구체적으로 말하면, 칼슘신호는 식물의 관다발계(vascular system)라는 녹색고속도로를 불과 1~2분 만에 주파한다. 그리하여 방어호르몬을 활성화하는데, 이 호르몬은 먼 곳에 있는 잎으로 하여금 임박한 침입에 대비하게 한다.

이러한 과정을 좀 더 잘 파악한다면, 과학자들은 식물의 신호전달을 모니터링할 수 있을 것이다. 그리하여 언젠가 식물의 커뮤니케이션을 조작할 수도 있을 것이다.

그러나 그렇게만 생각할 게 아니다. 등산을 하거나 들판을 거닐다 식물을 스쳐 지나갈 때는, 걔네들이 바짝 긴장한다는 사실을 명심하기 바란다. 식물 허투루 건드리지 마라.



식물 신경생물학과 기독교 녹색 윤리

초록
식물이 영혼을 가질 수 있는가? 이와 같은 질문은 신학에 있어서도 매우 흥미로운 주제가 아닐 수 없다. 최근 식물의 인지기능에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며 식물이 인간처럼 지능적 존재라는 것이 밝혀지고 있다. 일반적으로 식물이란 단어를 은유로 사용할 때 식물은 움직이지 못한다거나 생각을 하지 못한다는 맥락에서 ‘식물인간’이나 ‘식물국회’ 라는 말을 사용하는데, 신경생물학의 연구에 의하여 점차 그러한 해석들이 편견으로 밝혀지고 있는 것이다. 전통적으로 인간중심의 생명윤리 개념이 식물까지 포함된 생태계로 확장되고 있으며, 특히 생태신학의 방향에 대한 진지한 재고가 필요하다.
한국의 기독교학계에서는 신경생물학과 연관한 윤리의 방법론에 대한 선행연구가 그동안 거의 이루어지지 않았는데, 필자는 이 논문에서 주로 서구권의 이론들을 소개하면서 크게 세 가지 방향으로 연구를 진행하고자한다. 첫째, 신경생물학에서 강조하는 식물의 인지기능과 사회성의 요소들에 대하여 살펴보고자 한다. 둘째, 이러한 신경생물학적 해석을 기독교세계관의 식물에 관한 해석학적 지평을 넓혀보도록 하겠다. 특히, 식물과 연관된 ‘나무 십자가’에 대한 상징적 해석을 신경생물학적 관점에서 살펴보도록 하겠다. 그리고 셋째, 신경생물학과 생태신학적 관점에서 식물에 대한 기독교윤리적 과제를 제안하도록 하겠다. 이 연구가 신경생물학과 기독교윤리 사이의 간학문적 통섭을 통하여 생태계에 대한 인식이 보다 깊어지기를 바란다.