​기후 변화의 희망? '부활초'의 생존 전략 집중 탐구

[박원서]

​기후 변화의 희망?

 '부활초'의 생존 전략 집중 탐구

기후 변화의 희망? 

'부활초'의 생존 전략 집중 탐구

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화분을 키우다 보면 물 주는 것을 깜빡해 

식물이 시드는 경험은 흔하다. 식물에게 

꾸준한 수분 공급이 필수적이라는 것은 상식이다. 

따라서 며칠, 몇 주, 심지어 몇 달 동안 물 없이 

생존하는 식물이 있다는 이야기는 SF 소설처럼 

비현실적으로 들릴 수 있다.  하지만 실제로

 '부활초(resurrection plants)'라 불리는 일부

식물은 극한의 건조 환경에서도 살아남았다가 

물만 닿으면 다시 생기를 되찾는다. 

지구 온난화로 인해 가뭄 발생 빈도와 강도가 

심화되는 가운데, 과학자들은 극한 건조 

환경에서도 생존하는 부활초의 능력에 주목하고 있다.

 이 놀라운 식물의 생존 메커니즘을 식량 작물에 

적용하여 가뭄에도 잘 자라는 작물을 개발하는 

연구가 활발히 진행 중이다. 이 놀라운 식물의 능력이 

우리에게 어떤 새로운 길을 안내해 줄 수 있을까?

사진을 통해 부활초의 모든 것을 집중해 보자!

극한 건조 환경과

가뭄

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기후 변화가 지구 전역에 영향을 미치며 

농업에도 심각한 타격을 주고 있는 가운데, 

농부들이 직면한 가장 큰 과제 중 

하나는 바로 가뭄이다.

악화하는 문제

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물론 가뭄은 원래부터 농업의 중요한 문제였지만, 

온실가스 배출 증가로 인해 그 양상은

 점점 더 악화되고 있다.

지속되는 방법 모색

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앞으로도 상황이 쉽게 나아지지 

않을 것으로 보이는 가운데, 

전문가들은 극심한 건조 조건 속에서도 농업을 

지속할 수 있는 창의적인 방법들을 모색하고 있다

부활초에 집중되는 관심

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그중 하나가 바로 ‘부활초’이다. 

이 식물은 무려 6개월 이상 

물 없이도 살아남을 수 있다.

농업 혁신의 실마리

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일부 연구자들은 부활초의 유전적 특성에서 

영감을 받아 미래의 농업을 변화시킬 

실마리를 찾을 수 있을 것이라고 보고 있다.

부활초의 서식지

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부활초는 서로 다른 계통의 다양한 

식물 종으로 이루어져 있으며, 

주로 남아프리카, 호주, 남아메리카 

등지에서 발견된다.

독립적 진화

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이들이 지역적으로 분산되어 존재한다는 사실은, 

부활초의 생존 능력이 서로 독립적으로 

진화했음을 시사한다.

마르면서

갈색으로 변하는 부활초

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부활초의 큰 특징 중 하나로, 

이 식물은 오랜 시간 물 없이 방치되면 

잎이 갈색으로 변하고 바삭하게 말라버린다.

재수분

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그러나 물을 주면 몇 시간 만에

 다시 초록빛을 되찾고, 

하루가 지나면 본래의 모습으로

 돌아가 광합성도 다시 시작한다.

기적의 능력

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이런 ‘죽음에서 되살아나는’ 능력은 

이끼나 양치류에서는 흔히 나타나지만,

 꽃 피는 식물에서는 매우 드물다.

희귀 개화 식물

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현재까지 알려진 개화 식물은 약 35만 2천 종인데, 

그중 오직 240종만이 이러한 회복 능력을 갖추고 있다.

어떻게 하면 가능할까?

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그렇다면 부활초는 어떻게 이런 ‘마법’ 같은 일을 해낼까? 

그 비결은 수분이 사라질 때, 이를 대체할 수 있는 당 성분,

 예를 들어 자당(sucrose) 같은 당분을 활용하는 데 있다.

물을 당분으로

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물이 빠져나간 자리에 당분을 채워 넣음으로써 

이들은 세포 내부를 끈적한 유리질 같은 상태로 바꾼다

유리화 현상

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이처럼 화학 반응을 느리게 만드는 과정을 

‘유리화(물이 결정화를 거치지 않고 유리와 같은

 고체를 생성하는 현상)’라고 하며, 이는 

극한의 건조에도 견디는 동물인 

완보동물(물곰)과 같은 생물에서도 발견된다

광합성 물질 분해

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또한 부활초는 유리화 상태로 전환되는 과정에서 

광합성에 사용되는 엽록체 같은 조직을 분해한다

휴면 상태로 전환

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이를 통해 주된 에너지 생성 활동을 

차단하고 휴면 상태로 전환된다

보호막 생성

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이와 함께, 세포막과 단백질 구조를 유지하기

 위해 특별한 보호 단백질들도 분비한다.

샤페론

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이러한 보호 단백질은 "샤페론(chaperone)"이라고 불리며, 

식물 세포가 어려운 시기를 버틸 수 있도록 돕는다.

씨앗과 비슷한 능력

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어떤 면에서 보면, 부활초의 놀라운 능력은 

대부분의 꽃 피는 식물의 씨앗과 크게 다르지 않다.

씨앗의 능력

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실제로 씨앗은 건조하고 어두운 곳에 보관하면

수년, 심지어 수천 년이 지나도 다시 식물로

 자랄 수 있는 능력을 유지한다.

한 가지 다른 점

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하지만 대부분의 식물에서 처음 녹색 싹이 트는 순간, 

이러한 탈수 생존 능력은 사라진다. 대신 빠른 성장,

높은 수확량, 그리고 더 영양가 있는 

열매와 씨앗으로 대체된다.

부활초를 활용한다면?

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극단적인 기후로 인해 작물이 위협받는 상황에서, 

연구자들은 부활초의 능력을 일반 식량 작물에 

적용할 수 있을지를 고민하고 있다.

이미 개량되어 온

 다수의 작물

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물론, 밀, 옥수수, 콩과 같은 주요 식량 작물은 

이미 선별 육종을 통해 어느 정도 

가뭄에  견디도록 개량되어 왔다.

선택적 품종의 이점

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예를 들어 개화 시기를 앞당긴 

품종을 선택함으로써, 농부들은

 짧아진 성장 기간 내에서도 

씨앗을 수확할 수 있게 된다.

극단적인 기후변화

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 그러나 가뭄이 점점 더 흔해지고

 예측이 어려워지면서, 전문가들은

 작물 생존을 위해 더 극단적인 

조치가 필요하다고 보고 있다.

형질전환 유전자 조작 연구

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한동안 과학자들은 부활초의 능력을

 식량 작물에 도입하려면,

 '형질전환 유전자 조작

(transgenic genetic modification)'을

 거쳐야 한다고 믿었다

형질전환 유전자 조작 연구

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이는 즉, 부활초의 DNA를 원하는 

식량 작물의 유전체에 삽입하는 방식이다.

최근 연구

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하지만 최근 연구에 따르면, 이러한 

유전자 조작은 꼭 필요하지 않을 수도 있다. 

실제로 연구에 따르면 대부분의 식물은 

이미 건조에서 살아남는 데 필요한 

유전자를 가지고 있는 것으로 나타났다.

기존 유전자를 

활성화하는 기술

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문제는 이 해당 유전자들이 발아 과정에서

 '침묵' 상태로 전환된다는 것이다. 따라서 

가뭄에 강한 식물을 만드는 방법은, 

기존 식물의 유전자를 ‘재활성화’하는 

것만으로도 충분할 수 있는 것으로 보고있다.

보다 적은 사회적 논란

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이 방식은 유전자를 외부 종에서 

삽입하지 않기 때문에, 

기존의 유전자 조작 기술보다 

사회적 논란이 적을 수 있다.

출처: (BBC)