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[강연] 곤충은 왜 해충이 되었을까? _ by신승관 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 7강 | 7강

곤충은 지구상에서 가장 번성한 동물군이지만, 인간의 관점에서는 종종 '해충'이라는 부정적인 이름으로 불리곤 합니다. 우리가 곤충을 해충으로 규정하는 기준은 대개 농작물에 피해를 주거나 질병을 매개하는 등 인간의 경제 활동과 보건에 끼치는 영향에 근거합니다. 하지만 진화의 관점에서 보면 이들은 단지 생존을 위해 환경에 적응해 온 생명체일 뿐입니다. 인간과 곤충은 같은 자원을 두고 경쟁하는 관계에 놓여 있으며, 이러한 경쟁은 양측 모두에게 끊임없는 진화적 변화를 요구해 왔습니다. 대표적인 해충인 모기는 인류에게 가장 치명적인 동물 중 하나로 꼽힙니다. 모기는 말라리아나 일본뇌염 같은 질병을 매개하며 인간의 생존을 위협해 왔습니다. 흥미로운 점은 바이러스의 진화 방식입니다. 직접 전파되는 바이러스는 숙주가 죽으면 전파가 중단되기에 독성이 약해지는 경향이 있지만, 모기와 같은 매개자가 있는 경우에는 숙주의 상태와 상관없이 전파될 수 있어 독성이 강하게 유지되기도 합니다. 이처럼 곤충은 미생물과 결합하여 생태계 내에서 강력한 영향력을 행사하며 자신들만의 생존 전략을 구축해 왔습니다. 겉모습이 징그럽다는 이유로 해충으로 오해받는 곤충들도 많습니다. 그리마는 바퀴벌레 알이나 파리를 잡아먹는 포식자로 실질적으로는 인간에게 도움을 주는 익충에 가깝습니다. 최근 대발생하여 주목받은 '러브버그' 역시 낙엽을 분해해 토양을 비옥하게 만드는 숲의 청소부 역할을 수행합니다. 이들은 단지 인간의 생활권에 대량으로 나타나 불편을 준다는 이유로 방제의 대상이 되곤 합니다. 하지만 이들을 무분별하게 살충하는 것은 생태계의 순환 고리를 끊고 천적 관계를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있음을 인지해야 합니다. 인간은 곤충에 맞서기 위해 화학 살충제라는 강력한 무기를 개발했습니다. 20세기 중반 DDT의 등장은 해충 박멸의 혁명처럼 여겨졌으나, 레이첼 카슨의 '침묵의 봄'은 화학 물질이 생태계 전체에 미치는 위험성을 경고했습니다. 더욱이 곤충은 살충제에 대한 저항성을 진화시키며 대응했습니다. 일부 개체가 우연히 가진 저항성 유전자가 생존을 통해 후대에 전달되면서, 웬만한 살충제로는 죽지 않는 '슈퍼 곤충'이 탄생하게 된 것입니다. 이는 인간의 기술 발전과 곤충의 진화가 벌이는 끝없는 군비 경쟁의 단면을 보여줍니다. 식물과 곤충의 관계는 단순한 먹이사슬을 넘어 정교한 공진화의 역사를 담고 있습니다. 식물은 곤충의 공격을 막기 위해 타닌이나 니코틴 같은 화학 독소를 개발했고, 곤충은 이를 극복하거나 오히려 이용하는 방식으로 진화했습니다. 반면 꽃과 화분 매개 곤충은 서로의 생존을 돕는 협력 관계를 구축했습니다. 특정 곤충만이 꿀을 먹을 수 있도록 꽃의 구조가 길어지면, 곤충의 주둥이도 그에 맞춰 길어지는 식입니다. 이러한 상호작용은 생물 다양성을 폭발적으로 증가시키는 핵심 동력이 되었으며 오늘날의 풍요로운 자연을 만들었습니다. 곤충 중에서도 가장 성공한 그룹으로 꼽히는 딱정벌레는 전체 동물의 약 25%를 차지할 정도로 다양성이 높습니다. 이들의 성공 비결 중 하나는 '딱지날개'라는 견고한 몸 구조에 있습니다. 부드러운 속날개를 보호하는 딱딱한 딱지날개 덕분에 딱정벌레는 거친 환경에서도 살아남아 대멸종의 위기를 극복할 수 있었습니다. 특히 속씨식물의 번성 시기와 맞물려 식물을 먹는 딱정벌레 그룹이 폭발적으로 분화했는데, 이는 새로운 먹이 자원을 확보하는 능력이 종의 번영에 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 사례입니다. 딱정벌레가 식물을 효과적으로 섭식할 수 있게 된 결정적인 계기는 미생물로부터 유전자를 획득한 '수평 유전자 이동'에 있습니다. 본래 동물은 식물의 섬유질인 셀룰로스를 스스로 분해하기 어렵지만, 딱정벌레는 과거 어느 시점에 미생물의 분해 효소 유전자를 자신의 유전체로 받아들였습니다. 이 '훔친 유전자' 덕분에 딱정벌레는 공생 미생물에만 의존하지 않고도 직접 나무와 잎을 소화할 수 있는 강력한 능력을 갖게 되었습니다. 이러한 유전적 혁신은 딱정벌레가 지구상의 수많은 식물 자원을 점유하며 번성하게 만든 진화적 열쇠였습니다.

신승관

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생명과학

[강연] 식물다양성과 인간의 공존스토리 _ 곽명해ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 5강 | 5강

생물다양성은 단순히 종의 수를 넘어 생태계 다양성, 종 다양성, 유전적 다양성을 모두 아우르는 복합적인 개념입니다. 1980년대 에드워드 윌슨 교수에 의해 대중화된 이 용어는 생물체 간의 변이성을 핵심으로 합니다. 육상과 해상을 가리지 않고 모든 생태계 속 생물들이 보여주는 차이가 곧 지구의 생명력을 지탱하는 힘이 됩니다. 하지만 이를 정량화하여 측정하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제이며, 관점에 따라 다양성의 가치는 다르게 평가될 수 있습니다. 생물다양성의 진정한 의미는 생명체들이 맺고 있는 복잡한 관계망 속에 존재하기 때문입니다. 생물다양성을 효율적으로 보전하기 위해 과학자들은 '생물다양성 핫스팟'이라는 개념을 도입했습니다. 이는 고유종이 풍부하지만 서식지 훼손 위험이 큰 지역을 우선순위로 정해 보호하려는 노력의 일환입니다. 특히 식물은 연구 역사가 길고 데이터가 풍부하여 전 지구적 다양성을 평가하는 핵심 지표로 활용됩니다. 특정 지역에만 서식하는 고유종은 그 지역의 생태적 독특성을 대변하며, 이들이 사라지는 것은 곧 지구상에서 해당 생명체가 영원히 멸종함을 의미합니다. 따라서 이러한 핫스팟을 식별하고 관리하는 것은 사회경제적으로도 매우 중요한 결정이 됩니다. 단순히 종의 숫자만 세는 방식은 생태계의 진정한 가치를 놓칠 위험이 있습니다. 예를 들어 갯벌이나 습지는 식물의 종 수는 적을지 몰라도 탄소 흡수 능력이 뛰어나 지구 온도를 조절하는 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 곳을 '콜드스팟'이라 부르는데, 종 다양성 수치는 낮더라도 생태계 서비스 가치는 매우 높습니다. 따라서 생물다양성을 평가할 때는 눈에 보이는 개체 수뿐만 아니라 해당 지역이 지구 전체에 기여하는 기능적 측면까지 폭넓게 고려해야 합니다. 이는 보전의 우선순위를 정할 때 우리가 반드시 견지해야 할 균형 잡힌 시각입니다. 최근에는 진화적 역사를 반영한 '계통 다양성'이 중요한 측정 기준으로 떠오르고 있습니다. 이는 생물들이 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시간의 길이를 합산하여 다양성을 측정하는 방식입니다. 종의 수가 같더라도 유전적으로 멀리 떨어진 종들이 모여 있는 지역이 진화적 독특성과 회복력이 더 높다고 평가받습니다. 식물의 경우 유전자 분석 기술의 발달로 전 세계적인 계통수가 완성되어 가고 있으며, 이를 통해 우리는 생명 탄생의 궤적과 분포의 역사를 더욱 정밀하게 이해할 수 있게 되었습니다. 이는 단순한 숫자를 넘어 생명의 깊이를 측정하는 도구가 됩니다. 식물의 계통 다양성이 높다는 것은 인간이 이용할 수 있는 생물 자원의 범위가 넓어진다는 것을 의미합니다. 연구에 따르면 계통적으로 다양한 식물군을 보유할수록 원예, 약용, 식료 등 여러 분야에서 활용 가능한 재료를 확보할 확률이 유의미하게 높아집니다. 이는 생물다양성 보전이 단순히 자연 보호라는 윤리적 차원을 넘어, 인류의 생존과 번영을 위한 실질적인 자산 확보와 직결됨을 보여줍니다. 즉, 자연의 진화적 유산을 지키는 것이 곧 미래의 신약이나 식량 자원을 지키는 길입니다. 생물다양성은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 가장 거대한 도서관과 같습니다. 인류는 역사적으로 주변의 야생 식물을 길들여 작물화하며 문명을 발전시켜 왔습니다. 콩이나 쌀과 같은 주요 작물들은 각 지역의 야생 조상 종으로부터 유래했으며, 오늘날에도 버드나무의 아스피린이나 개똥쑥의 말라리아 치료제처럼 식물은 현대 의학의 핵심 원천이 되고 있습니다. 과거에는 생물 자원을 인류 공통의 자산으로 여겼으나, 이제는 '생물 주권'의 개념이 강화되면서 자원 원산지국의 권리를 인정하고 이익을 공평하게 나누는 국제적 합의가 중요해지고 있습니다. 이는 자원 이용의 투명성을 높이고 국가 간의 공정한 협력을 이끌어내는 기반이 됩니다. 현대 생물학의 쟁점은 물리적 자원을 넘어 '디지털 서열 정보(DSI)'로 확대되고 있습니다. 유전자 정보만으로도 유용한 성분을 합성할 수 있게 되면서, 자원 보유국과 이용국 사이의 새로운 갈등이 발생하고 있습니다. 과학 기술의 발전과 자원 주권 보호라는 두 가치가 충돌하는 지점에서 우리는 지속 가능한 공존을 위한 해법을 찾아야 합니다. 생물다양성을 지키는 일은 결국 우리 주변의 생명에 관심을 갖는 것에서 시작되며, 이는 지구라는 생명 행성의 미래를 결정짓는 가장 중요한 발걸음이 될 것입니다. 우리 모두가 생태계의 일원으로서 책임감을 가질 때 비로소 공존은 가능해집니다.

곽명해

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 곽명해_생물다양성을 유지하려면? / Bend the Curve를 위해 다 같이 노력 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

식물 분류학은 과학의 역사와 궤를 같이하는 유서 깊은 학문입니다. 전통적으로는 식물을 관찰하여 이름을 붙이고 학명을 부여하며, 그 형태적 특징을 기술하는 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 현대의 식물 분류학은 단순히 이름 찾기에 그치지 않습니다. 과거 지역 간 교류가 적어 발생했던 명칭의 혼선을 방대한 데이터를 통해 재정의하고 정리하는 작업을 진행합니다. 최근에는 유전자 분석과 유전체 연구를 도입하여 식물 간의 유연관계를 밝히고, 과거 기후 변화에 따른 종의 이동 경로를 추적하는 등 정밀한 과학적 탐구를 이어가고 있습니다. 생물 다양성은 인간의 모든 활동 및 과학 기술과 긴밀하게 연결된 포괄적인 개념입니다. 자동차의 연비를 개선하거나 화석 연료를 대체할 에너지를 개발하는 공학적 노력 또한 넓은 의미에서는 생물 다양성을 유지하기 위한 활동이라 할 수 있습니다. 학자들은 현재 지구의 생태계가 처한 상황을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 가장 효율적인 보전 방향을 제시하는 역할을 합니다. 이러한 평가는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어, 인류가 자연과 어떻게 공존해야 하는지에 대한 실질적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 멸종한 종을 되살리는 기술은 머지않은 미래에 실현될 가능성이 있는 흥미로운 분야입니다. 복제양 돌리의 사례처럼 특정 기술을 활용해 개체를 복원하려는 시도가 논의되고 있으나, 완전히 사라진 종을 무기물로부터 창조하는 것은 여전히 현대 과학의 거대한 과제입니다. 다만 특정 지역에서 사라진 종을 복원하는 사업은 현재도 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라의 따오기나 반달가슴곰 복원 사례처럼, 인접 국가에서 유전적으로 가까운 개체군을 도입하여 생태계의 일원으로 다시 정착시키기 위한 체계적인 복원 프로그램이 운영되고 있습니다. 성공적인 생물 복원을 위해 가장 필수적인 전제 조건은 안정적인 서식지의 확보입니다. 생물이 스스로 살아갈 수 있는 환경을 조성하기 위해서는 지리적 요건뿐만 아니라 먹이망과 은신처 등 복합적인 생태적 요소가 고려되어야 합니다. 이 과정에는 종을 정확히 식별하는 분류학자부터 유전적 다양성을 분석하는 분자생물학자, 그리고 장기적인 변화를 관찰하는 모니터링 전문가까지 다양한 분야의 협력이 필요합니다. 최종적인 목표은 인간의 인위적인 도움 없이도 생물들이 자연 속에서 스스로 개체군을 유지하며 살아갈 수 있는 자생력을 갖추게 하는 것입니다. 2019년 생물 다양성 과학기구(IPBES)의 보고서에 따르면, 지구의 생물 다양성을 저해하는 주요 요인인 토지 이용 변화, 남획, 침입 외래종 등은 대부분 인간의 활동에서 비롯되었습니다. 지구가 탄생한 이래 환경과 생물은 끊임없이 상호작용하며 변화해 왔지만, 현재의 급격한 멸종 속도를 늦추는 것은 인류에게 주어진 시급한 과제입니다. 최근 국제 사회에서 강조되는 '밴드 더 커브(Bend the Curve)'는 이러한 감소 곡선을 완만하게 만들자는 의지를 담고 있습니다. 우리가 자연을 위해 조금씩 양보하고 노력한다면, 미래 지구의 변화 양상은 분명 달라질 것입니다.

곽명해

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[인터뷰] 김주곤_쌀과 밀, 어느 것이 건강에 더 좋을까? | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

벼는 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 작물이지만, 이를 주곡으로 하는 지역의 사람들은 종종 심각한 영양 부족 문제에 직면하곤 합니다. 특히 쌀에는 비타민 A 전구체인 베타카로틴이 결핍되어 있어, 저개발국의 수많은 어린이들이 야맹증이나 시력 약화로 고통받는 현실입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄에 강하면서도 필수 영양 성분을 강화한 새로운 종자를 개발하는 연구는 인류의 건강과 생존권을 지키기 위한 필수적인 과제라고 할 수 있습니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 막연한 불안감이 존재하지만, 지난 25년 동안 전 세계 수십억 명의 인구가 이를 섭취해 왔음에도 불구하고 유해성이 입증된 사례는 단 한 건도 없었습니다. 과학계는 GMO 개발 단계에서 아미노산 서열 분석을 통해 알레르기 유발 가능성을 철저히 검증하며 안전성을 확보하고 있습니다. 우리가 일상적으로 섭취하는 일반 식품에서도 개인차에 따른 알레르기가 발생할 수 있다는 점을 고려한다면, GMO 기술은 과학적 근거에 기반한 안전한 식량 생산 기술로 이해되어야 합니다. 최근 주목받는 유전자 편집 기술은 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 자체의 유전자 서열을 정밀하게 교정하는 방식입니다. 이는 자연계에서 발생하는 돌연변이 육종과 원리적으로 구분되지 않아 안전성 논란에서 비교적 자유롭다는 장점이 있습니다. 특히 크리스퍼-카스9과 같은 혁신적인 시스템의 등장은 정밀 육종의 시대를 열었으며, 이를 통해 기후 변화에 대응할 수 있는 유용한 형질을 신속하게 구현할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 직면한 식량 위기를 극복할 강력한 도구가 될 것입니다. 식물은 세포 하나가 완전한 개체로 재생될 수 있는 '전분화능'이라는 놀라운 능력을 갖추고 있어 생명공학 연구에서 동물보다 훨씬 유리한 고지를 점하고 있습니다. 또한 지구상에서 태양 에너지를 유기물로 전환하여 생태계 전체에 에너지를 공급하는 유일한 생산자이기도 합니다. 이러한 식물의 생물학적 잠재력은 단순히 먹거리를 제공하는 수준을 넘어, 인류가 직면한 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 2050년 세계 인구는 100억 명에 달할 것으로 예상되며, 기후 변화로 인한 경작지 감소는 식량 안보를 심각하게 위협하고 있습니다. 전통적인 육종 방식만으로는 급증하는 식량 수요를 감당하기에 한계가 있으므로, 현대 생명공학 기술을 활용한 종자 개량은 선택이 아닌 필수입니다. 미래에는 극심한 온난화로 인해 거대한 실내 식물원 형태의 농업이 보편화될 가능성도 제기되고 있습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해서는 과학 기술을 바탕으로 한 식량 생산 효율의 극대화가 절실히 요구되는 시점입니다.

김주곤

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 좋은 균, 나쁜 균, 이상한 균 _ 류충민 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 1강 | 1강

식물은 움직일 수 없다는 치명적인 단점을 안고 수억 년을 생존해 왔습니다. 그 비결은 미생물과의 긴밀한 상호작용에 있습니다. 린 마굴리스가 제안한 '홀로바이옴' 개념은 식물과 미생물을 별개의 존재가 아닌 하나의 연합체로 봅니다. 우리 세포 속 미토콘드리아나 엽록체도 과거에는 독립된 미생물이었으나 공생을 통해 세포의 일부가 되었습니다. 이처럼 식물은 보이지 않는 수많은 세균, 진균과 협력하며 지구 생태계의 당당한 주인공으로 자리 잡았습니다. 미생물은 현미경으로만 볼 수 있을 정도로 작지만, 지구상 어디에나 존재합니다. 섭씨 수백 도의 열수구나 산소가 없는 극한 환경에서도 그들은 삶을 이어갑니다. 흔히 미생물이라고 하면 병을 일으키는 나쁜 존재로만 생각하기 쉽지만, 실제로 병원균은 전체의 0.0001%도 되지 않습니다. 대부분의 미생물은 죽은 유기물을 분해하여 자연으로 돌려보내는 분해자 역할을 수행합니다. 이들이 없다면 지구의 생태 순환은 멈추고 말 것입니다. 인류 역사에서 미생물은 거대한 변화를 이끌어왔습니다. 19세기 아일랜드 대기근은 감자역병균이라는 작은 진균에서 시작되어 수많은 인명 피해와 대규모 이주를 초래했습니다. 이후 인류는 비료와 농약을 개발하며 '녹색 혁명'을 이루어 기아 문제를 해결하려 노력했습니다. 하지만 최근에는 농약에 대한 내성 문제가 대두되면서, 화학적 방제 대신 식물 본연의 면역력을 높이고 미생물 생태계를 활용하는 친환경적인 연구가 더욱 중요해지고 있습니다. 식물의 뿌리 주변인 근권은 미생물들에게는 거대한 먹이 창고와 같습니다. 식물은 광합성 산물의 약 30%를 뿌리를 통해 토양으로 내보내며 미생물을 유인합니다. 미국 워싱턴주의 밀밭 사례를 보면, 특정 병해가 창궐하다가도 시간이 지나면 자연스럽게 억제되는 현상이 나타납니다. 이는 뿌리 주변에 병원균을 억제하는 유익균인 '슈도모나스'가 늘어났기 때문입니다. 식물은 스스로를 보호하기 위해 특정 미생물을 선택하고 그들과 공생하는 지혜를 발휘합니다. 최근 과학자들은 단일 미생물이 아닌 미생물 공동체, 즉 네트워크의 힘에 주목하고 있습니다. 토마토 풋마름병 연구에 따르면, 건강한 식물 곁에는 병원균이 존재하더라도 이를 억제하는 핵심 미생물들이 네트워크를 형성하고 있었습니다. 마치 연예인들의 인맥 지도처럼 미생물 사이에도 중심 역할을 하는 '허브 균주'들이 존재합니다. 여러 유익균을 적절히 조합했을 때 단일 균주보다 훨씬 강력한 방어 효과를 나타낸다는 사실은 생태계의 다양성이 얼마나 중요한지 시사합니다. 병원균 또한 식물을 공격하기 위해 정교한 전략을 구사합니다. 세균은 식물의 호흡 통로인 기공을 강제로 열기 위해 특수한 물질을 분비하며, 세포벽을 뚫고 폭탄과 같은 단백질을 주입하는 '분자 주사기'를 사용합니다. 특히 이들은 '정족수 인식'이라는 소통 방식을 통해 동료의 수가 충분히 모일 때까지 숨어 있다가, 일제히 독소를 뿜어내어 식물의 면역 체계를 무너뜨립니다. 식물과 미생물은 수억 년 동안 이처럼 치열한 창과 방패의 전쟁을 이어오고 있습니다. 식물은 위급 상황에서 일종의 SNS와 같은 신호 체계를 가동합니다. 온실가루이 같은 해충이 잎을 공격하면, 식물은 체관을 통해 뿌리로 위험 신호를 보냅니다. 이 신호를 받은 뿌리는 평소보다 더 크게 자라나며 유익균인 슈도모나스를 대거 불러모읍니다. 놀랍게도 이렇게 모인 유익균은 식물의 면역력을 높일 뿐만 아니라 해충을 직접 공격하기도 합니다. 움직일 수 없는 식물이지만, 보이지 않는 미생물 군대를 동원하여 자신을 지키는 고도의 생존 전략을 펼치는 셈입니다.

류충민

카오스재단카오스강연

생명과학

[술술과학] 지구에 처음으로 꽃이 피다!🌏🌼_ EP.12 (식물의 관점#6)

식물의 진화 과정에서 '꽃이 먼저냐, 씨앗이 먼저냐'는 질문은 식물학적 분류를 통해 명확히 답할 수 있습니다. 씨앗을 맺는 종자식물은 씨방의 유무에 따라 겉씨식물과 속씨식물로 나뉘는데, 꽃이 피는 식물은 속씨식물에 해당합니다. 즉, 겉씨식물이 속씨식물보다 먼저 등장했으므로 진화의 순서상 씨앗이 꽃보다 앞선 셈입니다. 겉씨식물은 씨앗이 겉으로 드러나 있지만, 속씨식물은 씨방이라는 보호막 속에 씨앗을 감추고 꽃을 피워 번식하는 전략을 취하며 지구 생태계의 새로운 주인공으로 자리 잡았습니다. 씨앗의 발명은 식물 역사에서 가장 위대한 혁신 중 하나로 꼽힙니다. 이끼나 고사리 같은 초기 육상 식물은 번식을 위해 반드시 물이 필요했지만, 씨앗은 단단한 껍질과 영양분인 배젖을 갖추어 물 없이도 생존과 번식이 가능하게 했습니다. 특히 씨앗은 생명 활동을 일시적으로 멈추는 '휴면' 능력을 갖추고 있어, 적절한 시기가 올 때까지 수천 년을 기다릴 수도 있습니다. 실제로 2,000년 전의 대추야자 씨앗이 현대에 다시 싹을 틔운 사례는 씨앗이 식물에게 얼마나 강력한 서바이벌 키트인지를 잘 보여줍니다. 꽃은 단순히 아름다움을 뽐내기 위한 도구가 아니라, 동물을 이용해 꽃가루를 퍼뜨리려는 고도의 번식 전략입니다. 꽃잎은 곤충이나 새를 유인하는 활주로 역할을 하며, 수정 후 만들어지는 열매는 동물의 먹이가 되어 씨앗을 멀리 이동시키는 수단이 됩니다. 이러한 과정에서 식물과 동물은 서로의 유전자를 주고받거나 긴밀한 관계를 맺으며 함께 진화하는 '공진화'의 길을 걸어왔습니다. 인간 역시 아름다운 꽃과 맛있는 열매를 위해 식물을 정성껏 돌보며, 서로를 길들이는 특별한 관계를 유지하고 있습니다. 찰스 다윈은 중생대 백악기에 속씨식물이 갑작스럽게 번성한 현상을 '지독한 미스터리'라고 불렀습니다. 오늘날 육상 식물의 90% 이상을 차지하는 속씨식물의 성공 비결은 빠른 생장과 번식에 있습니다. 이들은 나무보다 수명이 짧은 대신 환경 변화에 민첩하게 적응하며 새로운 형질의 후손을 빠르게 만들어냅니다. 또한, 빨리 죽고 쉽게 썩는 특성은 토양을 비옥하게 만들어 다음 세대가 더 잘 자랄 수 있는 '양의 피드백' 환경을 조성합니다. 이러한 전략 덕분에 속씨식물은 대멸종이나 기후 변화 속에서도 다양성을 유지할 수 있었습니다. 꽃의 기원에 대해서는 여전히 학계의 의견이 분분하지만, 최근의 화석 연구들은 약 2억 년 전인 쥐라기 무렵에 최초의 꽃이 피었을 것으로 추정합니다. 당시 지구는 공룡과 겉씨식물이 지배하던 시기였으나, 포유류와 함께 속씨식물은 조용히 자신들만의 시대를 준비하고 있었습니다. 겉으로 드러나지 않던 씨앗이 씨방 속으로 들어가고 화려한 꽃을 피우기 시작한 이 사건은 지구의 풍경을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 오늘날 우리가 보는 다채로운 자연은 수억 년 전 시작된 식물의 치열한 생존 전략과 혁신이 만들어낸 결과물입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[강연] 식물과 기후변화 _ 박연일, 강호정, 김광형, 김상규 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 10강 카오스 콘서트 | 10강

식물은 정적인 존재처럼 보이지만, 사실 화학 물질이라는 정교한 언어를 통해 주변 세계와 끊임없이 소통하고 있습니다. 꽃향기는 단순히 인간의 코를 즐겁게 하기 위함이 아니라, 나비나 벌 같은 화분 매개자를 유혹하거나 자신을 갉아먹는 적을 물리치기 위한 전략적 메시지입니다. 카페인이나 니코틴 같은 물질 역시 식물이 스스로를 보호하기 위해 만들어낸 독성 물질의 일종입니다. 이러한 화학적 상호작용을 연구하는 화학 생태학은 식물이 자연이라는 거대한 네트워크 속에서 어떻게 관계를 맺고 생존해 나가는지를 해독하는 중요한 열쇠가 됩니다. 식물의 광합성은 지구 생명 역사의 근간을 이루는 가장 혁명적인 사건 중 하나입니다. 약 30억 년 전 남세균의 출현으로 시작된 산소 방출은 대기 성분을 완전히 바꾸어 놓았으며, 이는 에너지 효율이 높은 진핵생물과 다세포 생물이 등장할 수 있는 토대가 되었습니다. 하지만 산소의 등장은 당시 산소에 적응하지 못한 수많은 미생물에게는 대참사이기도 했습니다. 오늘날 식물은 엽록소와 루비스코 같은 정교한 단백질 복합체를 통해 태양 에너지를 유기물로 전환하며, 지구 탄소 순환의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 상승하면서 식물의 생리적 반응에도 변화가 나타나고 있습니다. 흔히 이산화탄소가 많아지면 식물이 더 잘 자랄 것이라 기대하지만, 실제로는 키가 크기보다는 전분과 같은 당분 함량만 높아지는 일종의 '당뇨병' 상태에 빠지기 쉽습니다. 특히 습지 생태계에서는 높아진 이산화탄소 농도로 인해 메탄과 같은 온실가스 배출이 오히려 증가하는 부작용이 관찰되기도 합니다. 이는 단순히 나무를 많이 심는 것보다, 탄소가 땅속 유기물로 얼마나 안정적으로 저장될 수 있는지를 이해하는 것이 기후 위기 대응에 더 중요함을 시사합니다. 농업은 기후 변화의 최전선에서 가장 먼저 타격을 받는 분야이며, 이는 사회 전반으로 번지는 '방아쇠 효과'를 유발할 수 있습니다. 역사적으로 기후 변화로 인한 농업 생산성 저하는 기근과 전염병을 넘어 전쟁과 국가의 멸망으로 이어지는 연쇄적인 비극을 초래해 왔습니다. 아일랜드 대기근이나 프랑스 대혁명 같은 역사적 사건들은 이상 기후가 인류 문명의 존립을 어떻게 위협하는지 잘 보여줍니다. 따라서 현대의 농업은 단순한 생산 증대를 넘어, 기후 변화에 적응하고 탄소 배출을 완화하는 '기후 스마트 농업'으로의 전환이 절실한 시점입니다. 현재 지구는 과거 다섯 차례의 대멸종에 버금가는 생물 다양성 위기에 직면해 있습니다. 기온 상승 속도가 생물들의 적응 능력을 앞지르면서 수많은 종이 사라지고 있으며, 이는 생태계 서비스의 붕괴로 이어집니다. 특히 꿀벌과 같은 화분 매개자의 감소는 식물의 번식과 인류의 식량 안보에 직접적인 위협이 됩니다. 자연이라는 실험실이 사라지기 전에 우리는 우리 주변의 생태계가 어떻게 구성되어 있고 어떤 변화를 겪고 있는지 더 정밀하게 관찰하고 기록해야 합니다. 자연을 아는 것이 보호의 첫걸음이기 때문입니다. 인류는 과학 기술을 통해 기후 위기를 극복할 수 있다는 낙관론과 시스템의 한계로 인해 멸망을 피할 수 없다는 비관론 사이에서 치열하게 논쟁하고 있습니다. 탄소 포집 기술이나 신재생 에너지의 발전은 희망적인 신호를 주지만, 자본주의 경제 체제 아래에서의 무분별한 개발과 자국 우선주의는 전 지구적 공조를 어렵게 만듭니다. 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거두기 위해서는 생태계의 복잡한 메커니즘에 대한 깊은 이해와 더불어, 인류 전체의 위기의식 공유와 행동 변화가 반드시 뒷받침되어야 합니다. 식물행성이라는 이름 아래 진행된 탐구는 결국 인간이 지구라는 거대한 생태계의 일원임을 다시금 깨닫게 해줍니다. 식물의 언어를 이해하고, 광합성의 신비를 풀며, 기후 변화에 대응하는 모든 노력은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 과정입니다. 자연을 단순히 이용의 대상으로 보지 않고, 함께 공존해야 할 파트너로 인식할 때 비로소 우리는 기후 위기라는 거대한 파도를 넘을 수 있을 것입니다. 작은 곤충의 이름 하나를 아는 것에서 시작되는 관심이 모여 지구의 푸른 생명력을 지키는 거대한 힘이 되기를 기대합니다.

강호정, 김광형, 김상규, 박연일

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[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

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[술술과학] 아까시 나무 vs 아카시아 나무🌼_식물 EP.09 (식물의 시간#5)

우리가 흔히 '아카시아'라고 부르는 나무는 사실 진짜 아카시아가 아닌 '아까시나무'입니다. 1970년대 동요 '과수원 길'이나 아카시아 껌, 그리고 달콤한 꿀 덕분에 우리에게 매우 친숙한 이름이 되었지만, 학명인 '슈도아카시아'에서 알 수 있듯 이는 '가짜 아카시아'라는 뜻을 담고 있습니다. 진짜 아카시아는 호주나 아프리카 같은 열대 지방에서 노란 꽃을 피우는 종이며, 우리 주변의 하얀 꽃을 피우는 나무는 북아메리카가 원산지인 아까시나무입니다. 한국임학회에서는 가시가 많다는 특징을 살려 '아까시나무'라는 정식 명칭을 부여했습니다. 아까시나무는 한때 일제가 산림을 망치기 위해 심은 '악수(惡樹)'라는 오해를 받으며 마녀사냥의 대상이 되기도 했습니다. 하지만 이는 근거 없는 편견에 불과하며, 실제로는 척박한 땅에서도 잘 자라 황폐해진 산을 복구하는 데 일등공신 역할을 했습니다. 특히 콩과 식물로서 뿌리혹박테리아를 통해 땅에 질소를 공급하여 주변 식물들까지 잘 자라게 돕는 비옥한 토양의 파수꾼입니다. 또한 뿌리가 옆으로 넓게 퍼지는 특성 덕분에 산사태를 예방하는 효과도 탁월하여 산림녹화 사업에서 매우 중요한 위치를 차지해 왔습니다. 아까시나무는 생태적 가치뿐만 아니라 경제적으로도 우리 삶에 깊숙이 들어와 있습니다. 우리나라 전체 꿀 생산량의 70% 이상이 아까시나무 꽃에서 나올 정도로 양봉 산업의 핵심적인 존재입니다. 5월부터 꽃이 피기 시작하면 양봉업자들은 꽃의 개화 시기에 맞춰 남쪽에서 북쪽으로 이동하며 꿀을 채취하는데, 이들은 마치 풀을 찾아 떠도는 유목민처럼 아까시나무 꽃을 따라 이동하는 현대판 유목민이라 할 수 있습니다. 과거에는 꽃을 전으로 부쳐 먹거나 기름에 튀겨 먹기도 했을 만큼, 아까시나무는 우리 민족의 삶과 함께해 온 고마운 나무입니다. 이른 봄, 잎보다 먼저 노란 꽃을 피우며 봄을 알리는 전령사로는 산수유와 생강나무가 있습니다. 두 나무는 겉모습이 매우 비슷해 보이지만, 자생하는 장소와 특징으로 쉽게 구별할 수 있습니다. 주로 마을 어귀나 집 근처에서 사람의 손길로 심어진 것은 산수유일 확률이 높고, 깊은 산속에서 자생하는 것은 생강나무인 경우가 많습니다. 산수유는 가을에 맺히는 빨간 열매가 약재로 유명하며, 생강나무는 가지를 꺾었을 때 알싸한 생강 향이 나는 것이 특징입니다. 꽃자루가 길어 여유 있게 피는 산수유와 달리 생강나무는 꽃송이가 가지에 다닥다닥 붙어 피어납니다. 생강나무는 문학 속에서도 중요한 상징으로 등장하는데, 김유정의 소설 '동백꽃'에 나오는 노란 꽃이 바로 생강나무 꽃입니다. 강원도 등 추운 지역에서는 동백나무 대신 생강나무 씨앗으로 기름을 짜서 사용했기에 이를 '산동백'이라 불렀던 문화적 배경이 담겨 있습니다. 또한 생강나무의 잎은 모양이 두 가지인데, 셋으로 갈라진 잎은 산(山)을 닮았고 하트 모양의 잎은 사랑을 상징한다고 하여 산을 사랑하는 이들에게 '산사랑'의 상징으로 여겨지기도 합니다. 초봄 산비탈을 환하게 밝히는 생강나무의 자태는 그 어떤 꽃보다 눈부신 생명력을 보여줍니다.

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[인터뷰] 이호정_식물도 스트레스 받는다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 우리 생각보다 훨씬 더 민감하게 환경의 변화를 감지하며 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스는 단순히 식물의 성장을 저해하는 데 그치지 않고, 인류의 경제 시스템 전반에 큰 영향을 미칩니다. 식물의 생산량이 감소하면 곡물 가격이 폭등하고, 이는 곧 전반적인 물가 상승으로 이어지는 '애그플레이션' 현상을 초래하기 때문입니다. 따라서 식물의 스트레스 저항성을 연구하는 것은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지난 150여 년간 지구의 평균 기온은 약 0.9도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보일 수 있으나, 이는 농작물 생산에 치명적인 결과를 가져왔습니다. 실제로 옥수수와 같은 주요 곡물의 가격이 두 배 가까이 폭등하며 세계 곳곳에서 사회적 혼란이 발생하기도 했습니다. 기후 변화는 가뭄과 같은 비생물적 스트레스뿐만 아니라 특정 해충의 급증과 같은 생물적 스트레스까지 유발하여 식물의 생존을 더욱 어렵게 만들고 있습니다. 식물의 줄기는 단순해 보이지만 지지와 수송이라는 핵심적인 기능을 수행합니다. 잎이 광합성에 집중하고 뿌리가 수분과 무기질을 흡수한다면, 줄기는 이들을 연결하며 식물이 꼿꼿이 서 있을 수 있도록 돕습니다. 특히 줄기 내부의 관다발은 물과 영양분을 이동시키는 통로 역할을 합니다. 흥미로운 점은 뿌리와 줄기의 관다발 배치가 다르다는 것인데, 뿌리는 중심부에 모여 있는 반면 줄기는 주변부에 흩어져 있는 구조를 띱니다. 줄기의 관다발이 주변부에 흩어져 있는 구조는 외부 공격으로부터 생존하기 위한 전략으로 해석될 수 있습니다. 지상부에 노출된 줄기는 초식동물이나 강한 바람 등 다양한 위험에 직면합니다. 만약 관다발이 한곳에 모여 있다면 작은 상처만으로도 수송 기능 전체를 잃을 수 있지만, 여러 곳으로 분산되어 있으면 일부가 손상되더라도 나머지 조직을 통해 생명을 유지할 수 있기 때문입니다. 이는 식물이 환경에 적응하며 진화해 온 지혜를 보여줍니다. 식물의 지능은 우리가 상상하는 것 이상으로 뛰어납니다. 어떤 식물의 종자는 산불이 나야만 비로소 싹을 틔우는 독특한 생존 전략을 구사합니다. 이는 다른 경쟁 식물들이 불에 타 사라진 뒤, 충분한 자원과 빛을 확보할 수 있는 최적의 시기를 기다리는 것입니다. 수천 년을 살아가는 식물의 장수 비결 또한 특정 부위에만 존재하는 분열 조직을 통해 끊임없이 세포를 재생하는 정교한 메커니즘 덕분이며, 이는 식물이 결코 단순한 생명체가 아님을 증명합니다. 우리가 고기를 섭취하는 식습관조차 식물 자원과 밀접하게 연결되어 있습니다. 소고기 1kg을 생산하기 위해서는 무려 8kg의 곡물이 필요할 정도로 축산업은 막대한 식물 자원을 소비합니다. 결국 비건이 아니더라도 인류의 모든 먹거리는 식물로부터 시작되는 셈입니다. 이처럼 식물은 식량 안보뿐만 아니라 우리가 사용하는 가구의 원목 재료부터 정서적 안정감을 주는 조경에 이르기까지 우리 삶의 모든 영역에서 필수불가결한 존재로 자리 잡고 있습니다. 현대 농업에서 질소 비료는 필수적이지만, 과도한 사용은 심각한 환경 오염을 야기합니다. 식물이 흡수하지 못한 질소 성분은 강과 바다로 흘러 들어가 녹조 현상과 같은 부영양화를 일으키며 생태계를 파괴합니다. 따라서 식물이 질소를 더 효율적으로 흡수하고 이용할 수 있는 메커니즘을 밝혀내는 연구는 매우 중요합니다. 이를 통해 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지하는 지속 가능한 농업 모델을 구축하는 것이 미래 식물 과학의 핵심 목표입니다.

이호정

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[술술과학] 지구 역사상 가장 오래 산 생물은?😺👽🌿_식물 EP.08 (식물의 시간#4)

지구상에서 가장 거대한 생명체를 떠올릴 때 많은 이들이 공룡이나 대왕고래를 먼저 생각하곤 합니다. 아르헨티노사우루스 같은 거대 공룡은 무게가 70톤에 달하며, 현존하는 동물 중 가장 큰 대왕고래는 무려 190톤에 이르는 압도적인 체구를 자랑합니다. 하지만 진정한 의미에서 지구 역사상 가장 큰 생명체는 동물이 아닌 식물의 영역에 존재합니다. 생명에 대한 시야를 넓혀 식물까지 포함한다면, 우리가 알고 있던 거대함의 기준은 완전히 새롭게 정의되며 자연의 압도적인 스케일을 마주하게 됩니다. 세계에서 가장 큰 생물로 알려진 '셔먼 장군 나무'는 세쿼이아의 일종으로, 지상 높이만 83미터에 달하며 무게는 최소 1,200톤 이상으로 추정됩니다. 이는 대왕고래 6마리를 합친 것보다 무거운 수치입니다. 세쿼이아는 주로 미국 북서부 해안의 안개가 자욱한 지역에서 서식하며, 부족한 수분을 안개로부터 얻는 독특한 생존 전략을 가집니다. 또한 두꺼운 수피 덕분에 산불에도 강하며, 오히려 불이 나야 솔방울이 열려 번식할 수 있는 강인한 생명력을 지니고 있어 자연의 신비로움을 더해줍니다. 덩치뿐만 아니라 높이에서도 식물은 독보적입니다. 세계에서 가장 키가 큰 나무인 '히페리온'은 높이가 116미터에 이르며, 그 이름처럼 높은 곳에서 세상을 내려다봅니다. 우리에게 친숙한 메타세쿼이아는 이들의 친척으로, 한때 멸종된 것으로 알려졌으나 1940년대 중국에서 발견되어 현재는 전 세계의 아름다운 가로수로 사랑받고 있습니다. 비록 메타세쿼이아가 30미터 이상 자라며 웅장함을 뽐내지만, 100미터가 넘는 원조 세쿼이아 앞에서는 그저 작은 나무처럼 보일 정도로 식물의 세계는 광활하고 거대합니다. 샌프란시스코 인근의 뮤어 우즈는 이러한 거대 세쿼이아들의 본거지로, 영화 거장 알프레드 히치콕의 작품 '현기증'의 배경이 되기도 했습니다. 영화 속 주인공이 거대한 나무의 나이테를 가리키며 자신의 탄생과 죽음이 그저 한 점에 불과함을 읊조리는 장면은 깊은 울림을 줍니다. 수천 년을 버텨온 나무의 나이테 속에서 인간의 일생은 아주 짧은 순간에 지나지 않습니다. 이러한 식물의 시간은 우리에게 삶을 바라보는 새로운 관점과 겸손함을 가르쳐 주며, 자연이 품은 유구한 역사를 다시금 깨닫게 합니다. 지구상에서 가장 오래 산 생명체 역시 식물입니다. '므두셀라'라는 별명을 가진 강털소나무는 약 5,000년이라는 경이로운 세월을 살아왔습니다. 인류 문명의 시작과 함께한 이 나무의 장수 비결은 역설적이게도 '죽은 척하기'에 있습니다. 몸의 대부분을 죽은 상태로 유지하고 최소한의 조직만 활동하게 하여 에너지를 보존하는 전략입니다. 이처럼 세상에서 가장 크고, 높고, 오래 사는 존재들은 모두 식물입니다. 우리 곁의 식물을 단순한 풍경이 아닌 신비롭고 경이로운 생명으로 바라보는 감수성이 필요한 때입니다.

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[인터뷰] 이유리_식물도 욕망이 있다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물의 잎은 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하는 핵심적인 에너지 생성 공장입니다. 생존에 필수적인 광합성이 일어나는 장소인 만큼, 잎은 곤충이나 미생물 같은 생물학적 공격뿐만 아니라 가뭄과 바람 같은 물리적 환경 변화로부터도 스스로를 지켜내야 합니다. 식물은 이동할 수 없기에 도망치는 대신 정교한 방어 전략을 발달시켰으며, 이는 도시가 공격받았을 때 재건을 위해 노력하는 과정과 유사한 생존 본능을 보여줍니다. 식물은 손이 없어도 자신의 표면을 깨끗하게 유지하는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 대표적인 사례인 연꽃잎은 더러운 환경에서도 방수 효과와 자정 작용을 통해 청결을 유지하는데, 이는 표면의 특수한 미세 구조 덕분입니다. 과학자들은 이러한 식물의 비밀을 파헤쳐 방수 페인트나 기능성 의류 제작에 응용하고 있습니다. 외부 환경으로부터 자신을 보호하고 스스로를 정화하는 식물의 지혜는 현대 공학 기술의 중요한 영감이 되고 있습니다. 식물은 동물과 달리 신체 부위를 자유롭게 새로 만들거나 떼어내는 유연한 생장 방식을 가집니다. 줄기세포가 곳곳에 잠자고 있다가 필요에 따라 새로운 줄기나 잎을 형성하며, 심지어 잘린 잎 하나에서도 뿌리가 내려 새로운 개체로 재분화되기도 합니다. 이러한 강력한 재분화 능력은 식물이 환경 변화에 적응하고 손상을 극복하는 핵심 동력입니다. 움직이지 못하는 한계를 극복하기 위해 식물은 끊임없이 자신을 갱신하며 생명력을 이어가는 독특한 전략을 선택했습니다. 진화의 역사에서 식물과 동물을 가른 결정적인 차이는 세포벽이라는 '갑옷'의 유지 여부에 있었습니다. 초기 세포들은 독립성을 지키기 위해 단단한 벽을 가졌으나, 다세포 생물로 진화하는 과정에서 동물은 움직임을 위해 이를 벗어던졌고 식물은 이를 유지하는 길을 택했습니다. 이 선택은 소통 방식의 차이로 이어졌습니다. 식물 세포는 벽을 사이에 두고 원거리 통신을 하듯 정보를 주고받으며, 이러한 독특한 체계가 식물만의 복잡한 생명 현상을 가능하게 만들었습니다. 현미경으로 들여다본 식물의 세계는 단순한 평면이 아니라 정교하게 설계된 3차원 건축물과 같습니다. 세포벽의 단단하고 질긴 특성 덕분에 식물 세포는 별 모양이나 뾰족한 모양 등 다채로운 형태를 띠며, 이들이 모여 견고한 구조물을 형성합니다. 식물은 성장 단계나 환경 변화에 맞춰 이 구조를 유연하게 리모델링하며 최적의 상태를 유지합니다. 눈에 보이지 않는 미세한 공간 속에서 벌어지는 이러한 건축적 변화는 식물이 가진 생명력의 신비로움을 잘 보여줍니다.

이유리

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[강연] 식물 씨앗도 잠에 들고 깨어난다 _ by최길주 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 4강 | 4강

지구는 흔히 푸른 행성이라 불리지만, 그 푸름의 실체는 광활한 바다와 더불어 육지를 뒤덮은 식물의 생명력에서 기인합니다. 식물은 단순히 풍경의 일부가 아니라 지구 생태계의 근간을 이루는 존재입니다. 이들은 태양 에너지를 유기물로 변환하여 모든 생명체에게 에너지를 공급하는 생산자 역할을 수행합니다. 우리가 숨 쉬는 산소 또한 식물의 광합성 결과물이라는 점을 상기할 때, 식물 없는 지구는 상상조차 할 수 없습니다. 식물은 지구의 역사를 지탱해 온 가장 위대한 생존자입니다. 수억 년 전 식물이 바다에서 육지로 올라온 사건은 지구 역사상 가장 극적인 전환점 중 하나였습니다. 초기 육상 식물은 척박한 환경에 적응하기 위해 뿌리와 줄기, 잎이라는 정교한 구조를 발달시켰습니다. 이러한 진화 과정은 대기 중의 이산화탄소 농도를 조절하고 기후를 안정시키는 데 결정적인 기여를 했습니다. 식물의 등장은 다른 생명체들이 육지에서 번성할 수 있는 터전을 마련해주었으며, 오늘날 우리가 보는 풍요로운 자연의 시작이 되었습니다. 이는 생명 진화의 거대한 흐름을 바꾼 혁명이었습니다. 식물은 움직이지 못하기 때문에 수동적인 존재로 오해받기 쉽지만, 사실 그들은 매우 역동적이고 지능적인 생존 전략을 구사합니다. 주변 환경의 변화를 민감하게 감지하고, 빛의 방향이나 중력에 반응하며 최적의 성장 조건을 찾아냅니다. 또한 화학 물질을 분비하여 해충의 공격을 알리거나 이웃 식물과 정보를 교환하기도 합니다. 이러한 식물의 소통 방식은 우리가 미처 알지 못했던 생명의 신비로움을 보여주며, 식물을 바라보는 우리의 관점을 완전히 바꾸어 놓습니다. 그들은 정적인 존재가 아닌, 치열하게 소통하는 생명체입니다. 광합성은 지구상에서 일어나는 가장 경이로운 화학 반응 중 하나입니다. 식물은 엽록소를 통해 태양 에너지를 흡수하고, 물과 이산화탄소를 결합하여 포도당을 만들어냅니다. 이 과정에서 배출되는 산소는 지구 대기를 정화하고 모든 호흡하는 생명체의 생존을 가능하게 합니다. 식물이 수행하는 이 정교한 에너지 전환 시스템은 인류가 꿈꾸는 지속 가능한 에너지 기술의 궁극적인 모델이기도 합니다. 자연의 공장이라 불리는 식물의 잎 속에서는 지금 이 순간에도 생명의 기적이 쉼 없이 일어나고 있습니다. 생물 다양성의 관점에서 식물은 수많은 생명체에게 서식처와 먹이를 제공하는 안식처입니다. 숲의 거대한 나무부터 길가의 작은 풀꽃에 이르기까지, 각기 다른 식물들은 고유한 생태적 지위를 차지하며 복잡한 그물망을 형성합니다. 특정 식물 종의 멸종은 그와 연결된 곤충, 새, 포유류의 생존을 위협하며 결국 생태계 전체의 붕괴로 이어질 수 있습니다. 따라서 식물의 다양성을 보존하는 것은 단순히 식물을 지키는 것을 넘어 지구 전체의 건강을 유지하는 필수적인 과제입니다. 식물은 생태계라는 거대한 건축물을 지탱하는 주춧돌입니다. 인류의 문명은 식물과 떼려야 뗄 수 없는 관계를 맺으며 발전해 왔습니다. 농경의 시작은 인류가 정착 생활을 하고 사회를 형성하는 계기가 되었으며, 식물로부터 얻은 식량과 약재, 목재는 인류 생존의 필수 자원이었습니다. 현대에 이르러서도 식물은 정서적 안정과 치유를 제공하는 반려 식물로서 우리 곁을 지키고 있습니다. 식물은 단순한 자원을 넘어 인류의 역사와 문화를 관통하는 동반자이며, 우리가 존중하고 보호해야 할 소중한 생명체입니다. 식물과의 공존은 인류가 지속하기 위한 필수적인 선택입니다. 기후 위기와 환경 파괴가 가속화되는 오늘날, 식물의 가치는 그 어느 때보다 중요하게 부각되고 있습니다. 이산화탄소를 흡수하고 지구 온난화를 늦추는 식물의 능력은 인류가 직면한 위기를 극복할 수 있는 가장 강력한 열쇠입니다. 우리는 식물이 보내는 신호에 귀를 기울이고, 그들이 건강하게 살아갈 수 있는 환경을 조성해야 합니다. 식물 행성 지구의 미래는 곧 우리 인류의 미래와 직결되어 있음을 명심해야 합니다. 자연과 공존하는 지혜를 배울 때 비로소 우리는 지속 가능한 내일을 꿈꿀 수 있으며, 식물은 그 길을 안내하는 이정표가 될 것입니다.

최길주

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[인터뷰] 최길주_식물의 씨는 시간을 계산한다?! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 눈이나 귀가 없지만 주변 환경을 정교하게 인식하며 살아갑니다. KAIST 최길주 교수는 식물이 빛을 어떻게 인지하고 반응하는지를 연구하며 식물의 생존 전략을 탐구합니다. 식물은 옆에 다른 식물이 있는지, 혹은 나무 그늘 아래에 있는지를 빛의 조건을 통해 파악합니다. 예를 들어 숲속의 소나무는 경쟁자들 사이에서 살아남기 위해 옆으로 퍼지기보다 위로 길게 자라는 선택을 합니다. 이러한 반응은 식물 내부에 존재하는 '피토크롬'이라는 광수용체 덕분에 가능하며, 이를 통해 식물은 최적의 성장 방향을 결정합니다. 많은 식물 씨앗은 싹을 틔우기 위해 빛을 필요로 합니다. 땅속 깊은 곳에 묻힌 씨앗은 빛이 닿지 않아 발아하지 않고 휴면 상태를 유지하지만, 홍수로 흙이 뒤집히거나 적절한 깊이에 위치하게 되면 빛을 감지해 생명 활동을 시작합니다. 이는 잡초가 농경지에서 갑자기 무성해지는 이유이기도 합니다. 또한 식물마다 발아 속도가 다른데, 배가 잘 발달한 무나 배추는 금방 싹이 트는 반면, 당근이나 인삼처럼 미숙한 상태의 씨앗은 충분한 발달 시간을 거친 후에야 비로소 세상 밖으로 나옵니다. 식물의 생명력은 인간의 상상을 초월할 정도로 끈질기고 경이롭습니다. '부처손'이라 불리는 식물은 수분이 전혀 없는 극한의 건조 상태에서도 바스라질 듯 견디다가, 물을 만나면 다시 푸르게 살아나는 놀라운 회복력을 보여줍니다. 씨앗의 수명 또한 놀라워서 고려시대 연꽃 씨앗이 수백 년 만에 꽃을 피우기도 하고, 시베리아에서는 무려 13,000년 전의 씨앗이 발아에 성공한 사례도 있습니다. 수천 년을 사는 브리슬콘 소나무처럼 식물은 개체 혹은 클론의 형태로 지구상에서 가장 오랜 시간 생명을 유지하는 존재입니다. 우리가 흔히 식물이라고 부르는 범주는 생물학적으로 매우 흥미로운 구분을 가집니다. 이끼나 고사리, 꽃을 피우는 육상 식물은 좁은 의미의 식물에 해당하며, 바닷속 김과 같은 녹조류나 홍조류도 넓은 의미의 식물로 분류됩니다. 하지만 흥미롭게도 미역은 식물학적으로 식물이 아닙니다. 이는 세포 내 엽록체가 형성된 기원이 다르기 때문인데, 남세균이 직접 세포 안으로 들어온 1차 내부 공생을 거친 것만 식물로 인정합니다. 미역처럼 이미 공생이 일어난 세포를 다시 먹어 형성된 계통은 식물과 다른 길을 걷게 된 것입니다. 식물 연구는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어 인류 문명을 지탱하는 핵심적인 활동입니다. 벼, 밀, 옥수수와 같은 작물은 인류 생존의 근간이며, 이들에 대한 이해는 곧 우리 문명의 유지와 직결됩니다. 식물은 물, 공기, 빛이라는 필수 조건 외에도 '시간'이라는 요소를 정교하게 계산합니다. 어떤 씨앗은 수확 후 일정 시간이 지나야만 발아하는 특성을 지니는데, 이는 죽은 듯 보이는 씨앗 내부에서 끊임없이 시간이 흐르고 있음을 시사합니다. 이러한 식물의 신비로운 메커니즘을 이해하는 것은 생명의 본질에 다가가는 과정입니다.

최길주

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생명과학

[강연] 식물은 어떻게 키가 커지고 뚱뚱해질까? _ by조현우 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 3강 | 3강

식물은 단순히 제자리에 머물러 있는 존재가 아니라, 생존을 위해 치열하게 투쟁하며 정교한 설계도에 따라 자신의 형태를 만들어가는 생명체입니다. 우리가 흔히 보는 감자의 맛이나 인삼의 효능은 인간을 위한 것이 아니라, 식물 스스로가 척박한 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과물입니다. 식물 형태학은 이러한 50만 종 이상의 다양한 생존 전략을 연구하는 학문으로, 자연 선택을 통해 유리한 기능을 갖춘 조직과 기관이 어떻게 형성되었는지 탐구합니다. 식물의 모습은 곧 그들이 환경에 적응하며 써 내려간 역사라고 할 수 있습니다. 식물의 변화를 설명할 때 '성장'과 '발달'은 구분되어야 합니다. 성장이 단순히 세포의 숫자와 크기가 증가하는 과정이라면, 발달은 세포의 종류와 다양성이 늘어나며 새로운 기능을 갖춘 조직이 생겨나는 과정을 포함합니다. 특히 식물은 동물과 달리 평생토록 새로운 기관을 만들어낼 수 있는 '후배아 발달' 능력을 갖추고 있습니다. 적절한 환경이 주어지면 필요에 따라 새로운 잎과 뿌리를 끊임없이 생성하는데, 이는 식물이 가진 고유한 유연성이자 생존을 위한 핵심적인 메커니즘입니다. 이러한 무한한 발달 능력의 원천은 바로 '줄기세포'에 있습니다. 식물의 줄기세포는 지상부와 지하부의 생장점, 그리고 부피 성장을 담당하는 형성층에 숨어 있습니다. 이들은 스스로를 복제함과 동시에 기능이 다른 세포로 분화하는 '불균등 분열'을 통해 식물의 일생 동안 새로운 조직을 공급합니다. 특히 생장점 한가운데에는 거의 분열하지 않으면서 줄기세포를 보호하고 보충하는 '기관 형성 중심부'가 존재하여, DNA 복제 과정에서 발생할 수 있는 돌연변이의 축적을 막고 식물의 장수를 가능하게 합니다. 식물에게 빛은 단순한 에너지원을 넘어 성장의 방향을 결정하는 가장 중요한 환경 신호입니다. 식물은 광수용체라는 단백질을 통해 빛의 유무와 파장을 인식하며, 이에 따라 '암형태 형성'과 '광형태 형성' 중 하나를 선택합니다. 흙 속 어둠에서는 빛을 찾아 빠르게 길어지는 데 집중하고, 지표면으로 나와 빛을 만나는 순간 성장을 멈추고 광합성을 위한 잎을 펼칩니다. 이 과정에서 식물은 호르몬 신호 전달 체계의 '이중 억제 구조'를 활용하여 환경 변화에 매우 신속하고 정교하게 반응하며 생존 확률을 높입니다. 식물의 키를 키우는 데는 옥신, 지베렐린, 브라시노스테로이드라는 세 가지 주요 성장 호르몬이 결정적인 역할을 합니다. 특히 옥신은 세포벽의 산성도를 높여 구조를 느슨하게 만드는 '산 생장' 과정을 유도합니다. 이때 세포 내부의 액포가 물을 흡수해 팽창하면서 세포의 길이가 길어지게 됩니다. 식물은 세포벽이 배열되는 방향을 스스로 조절함으로써 어느 방향으로 길어질지를 결정하는 놀라운 지능을 보여줍니다. 이러한 정교한 조절 덕분에 식물은 중력을 거스르고 빛을 향해 높이 솟아오를 수 있습니다. 식물이 위로 자라는 길이 성장을 마친 후에는 옆으로 두꺼워지는 부피 성장이 시작됩니다. 형성층에서 만들어지는 물관과 체관, 그리고 단단한 섬유 세포들은 식물의 거대한 몸집을 지탱하고 효율적인 수분 수송을 가능하게 합니다. 특히 목재의 주성분인 리그닌이 축적된 2차 세포벽은 철근 콘크리트처럼 견고한 구조를 형성합니다. 이러한 부피 성장 과정은 매년 엄청난 양의 탄소를 목재 속에 저장하므로, 식물의 부피 성장 메커니즘을 이해하고 응용하는 것은 현대 사회의 중요한 과제인 탄소 중립 실현에도 큰 기여를 할 수 있습니다. 결국 식물이 키가 커지고 뚱뚱해지는 모든 과정은 빛을 더 효율적으로 획득하고 이용하기 위한 치열한 진화의 산물입니다. 식물은 변하지 않는 상수인 '빛의 길이'를 나침반 삼아 계절을 읽고, 호르몬과 줄기세포를 동원해 최적의 성장 전략을 펼칩니다. 이러한 정교한 설계도 덕분에 식물은 지구의 육상을 정복하고 생태계의 근간을 이루는 주인공이 되었습니다. 우리가 무심코 지나치는 나무 한 그루에는 수억 년의 세월 동안 다듬어진 생존의 지혜와 우주적인 질서가 깃들어 있는 셈입니다.

조현우

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[인터뷰] 조현우_뿌리를 식물의 뇌라고 말할 수 있을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

농업은 단순히 먹거리를 생산하는 1차 산업을 넘어, 식물이 성장하는 근본적인 원리를 탐구하는 기초 과학의 영역입니다. 식물 연구는 인간의 풍요로운 삶뿐만 아니라 지구가 함께 건강해질 수 있는 방법을 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 한곳에 뿌리를 내리고 움직일 수 없는 식물에게 성장은 주어진 환경에 적응하며 다음 세대를 이어가는 치열한 생존 게임과 같습니다. 이러한 식물의 고군분투를 이해하는 것은 생명 본연의 가치를 깨닫는 중요한 시작점이 됩니다. 식물의 성장에 가장 필수적인 요소는 빛과 물이지만, 모든 식물이 동일한 조건을 요구하는 것은 아닙니다. 지구상에 존재하는 40만 종의 식물들은 각기 선호하는 빛의 파장이 다르며, 어떤 종은 적외선을, 어떤 종은 청색광을 더 좋아하기도 합니다. 이러한 다양성은 식물이 각자의 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과입니다. 식물형태학은 이처럼 다양한 형태가 어떤 환경 적응 과정을 거쳐 형성되었는지, 그리고 그 속에 숨겨진 공통적인 원리는 무엇인지 탐구하는 학문입니다. 인류가 생명 과학 분야에서 이룩한 위대한 발견들 중 상당수는 식물 연구에서 시작되었습니다. 유전 법칙을 밝힌 멘델의 완두콩 실험부터, 현대 의학의 핵심인 줄기세포라는 개념의 어원 역시 식물의 줄기에서 비롯되었습니다. 또한 유전자 이동 현상을 처음 발견하게 해준 것도 옥수수 연구였습니다. 이처럼 식물은 인류의 지적 발전에 지대한 공헌을 해왔으며, 우리가 생명체를 이해하는 방식에 혁신적인 변화를 불러일으킨 반전 매력을 지니고 있습니다. 지구의 생물량 중 탄소의 80% 이상을 식물이 차지하고 있다는 사실은 식물이 실질적으로 지구를 지배하는 주인공임을 시사합니다. 육상 생태계가 생명체가 살 수 있는 환경으로 조성된 것 역시 식물의 역할이 결정적이었습니다. 현재 인류가 직면한 가장 큰 위기인 기후 변화 문제를 해결할 열쇠 또한 식물이 쥐고 있습니다. 지구의 환경을 근본적으로 바꾸어 놓았던 식물의 힘을 빌려, 우리는 위기에 처한 지구를 다시 회복시킬 수 있는 실마리를 찾을 수 있을 것입니다. 최근 연구에 따르면 식물의 뿌리는 단순히 양분을 흡수하는 기관을 넘어, 주변 환경을 감지하고 반응하는 '뇌'와 같은 역할을 수행합니다. 뿌리는 물을 찾아 이동할 뿐만 아니라, 화학 물질을 내뿜어 주변 식물이나 미생물과 소통하며 복잡한 관계망을 형성합니다. 식물이 어떻게 길어지고 두꺼워지는지, 그 성장 과정을 정밀하게 이해하는 것은 농업의 미래를 설계하는 데 필수적입니다. 식물의 성장을 깊이 있게 들여다봄으로써 우리는 자연과 공존하는 새로운 길을 모색할 수 있습니다.

조현우

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[강연] 식물학명 이야기 _ by장진성 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 2강 | 2강

식물을 정의하는 기준은 시대와 관점에 따라 변화해 왔습니다. 아리스토텔레스는 운동성을 기준으로 생물을 구분했지만, 현대 과학은 광합성, 세포벽, 다세포성, 육상 거주 여부 등을 핵심 키워드로 삼습니다. 이러한 정의에 따라 식물의 기원은 35억 년 전 남세균의 등장부터 5억 년 전 이끼류의 상륙까지 수십억 년의 편차를 보입니다. 결국 식물을 어떻게 바라보느냐가 그 생명의 역사를 결정짓는 중요한 잣대가 되며, 우리가 흔히 아는 식물의 모습은 기나긴 진화의 산물입니다. 식물이 육상으로 진출한 사건은 지구 생태계의 거대한 전환점이었습니다. 물속에서 자유롭게 수분을 흡수하던 조상들과 달리, 육상 식물은 땅속의 물을 끌어올려 잎으로 보내는 정교한 관속 조직을 발달시켜야 했습니다. 이들은 광합성을 통해 대기 중에 충분한 산소를 공급함으로써 훗날 동물들이 육지에서 진화할 수 있는 환경적 토대를 마련했습니다. 관속식물의 등장은 단순한 생존을 넘어 지구의 대기 성분까지 바꾼 혁신이었으며, 육상 생태계 형성의 근간이 되었습니다. 한반도의 식물상은 지질학적 변화와 기후의 흐름 속에서 형성되었습니다. 신생대 제3기부터 현재와 유사한 식물들이 자리를 잡기 시작했으며, 빙하기를 거치며 대륙과 연결된 통로를 통해 다양한 종이 유입되었습니다. 그 결과 우리나라는 아무르강과 우수리강에서 내려온 북방계, 일본 및 중국 남부와 연결된 남방계, 그리고 중국 북부를 거친 계통이 공존하는 독특한 생물 다양성을 갖게 되었습니다. 이는 한반도가 식물들에게 중요한 지리적 교차로이자 다양한 생명의 피난처였음을 시사합니다. 수많은 식물에 체계적인 이름을 부여하려는 노력은 18세기 린네에 의해 집대성되었습니다. 그는 복잡하고 긴 서술형 이름 대신 속명과 종소명을 조합한 '이명법'을 제안하여 전 세계 학자들이 공통된 언어로 소통할 수 있는 기틀을 마련했습니다. 비록 라틴어라는 생소한 언어를 사용하지만, 이는 지역마다 다른 일반명으로 인한 혼란을 방지하고 식물 간의 친척 관계를 명확히 파악할 수 있게 해주는 과학적 약속입니다. 이러한 체계 덕분에 인류는 방대한 생물 정보를 질서 있게 정리할 수 있게 되었습니다. 학명을 정하는 과정에는 엄격한 국제 명명 규약이 존재합니다. 새로운 종으로 인정받으려면 라틴어나 영어로 된 기재문과 함께 기준 표본을 지정해야 하며, 학술지에 유효하게 발표되어야 합니다. 또한 가장 먼저 발표된 이름에 우선권을 주는 '선취권' 원칙에 따라 정명이 결정됩니다. 이러한 법적 통제는 분류학적 자유와 양립하며, 수백 년간 축적된 방대한 식물 정보를 체계적으로 관리하고 오류를 수정하는 핵심적인 장치가 됩니다. 이는 과학적 신뢰성을 유지하기 위한 필수적인 절차입니다. 21세기 생물 다양성 연구의 핵심은 방대한 데이터를 관리하는 정보학에 있습니다. 전 세계에 흩어진 수백만 개의 학명과 표본 정보를 통합하기 위해 '종 목록(Checklist)'을 작성하고 데이터베이스화하는 작업이 필수적입니다. 학명은 서로 다른 연구 자료를 연결하는 고리 역할을 하며, 이를 통해 멸종 위기종을 파악하고 생태계를 보존하는 전략을 세울 수 있습니다. 즉, 학명은 단순한 이름표를 넘어 생물 정보를 통제하고 활용하는 핵심 기술이며, 미래 생물 자원 관리의 기초가 됩니다. 하지만 현대 분류학은 전문가의 급격한 감소라는 위기에 직면해 있습니다. 식물의 이름을 바로잡고 계통을 연구하는 일은 인문학적 소양과 과학적 끈기가 동시에 요구되는 고된 작업이기 때문입니다. 최근에는 식물 영명에 포함된 특정 국가의 명칭을 두고 국수주의적 논란이 일기도 하지만, 중요한 것은 과학적 근거를 바탕으로 세계와 소통하는 진취적인 자세입니다. 분류학은 과거의 기록을 정리하는 동시에 미래의 생물 주권을 지키는 토대이며, 우리가 자연을 이해하는 가장 근본적인 방법입니다.

장진성

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생명과학

[술술과학] 식물의 성생활🌱_식물 EP.05 (식물의 관점#4)

식물의 성생활은 유전적 다양성을 확보하여 불확실한 미래에 대비하기 위한 치열한 진화의 결과물입니다. 유성생식은 이미 물속 단세포 녹조류 시절부터 시작되었으며, 이는 유전자를 효율적으로 섞어 후손의 생존 확률을 높이는 핵심적인 방법이었습니다. 특히 생명체는 유전자가 하나인 반수체(n)보다 두 개인 이배체(2n) 상태를 선호하는데, 이는 치명적인 돌연변이로부터 자신을 보호하기 위함입니다. 유전자가 두 개라면 하나가 망가져도 다른 하나가 그 기능을 대체할 수 있기 때문입니다. 진화의 과정에서 식물은 점차 이배체인 포자체 시기를 늘리는 방향으로 발전해 왔습니다. 이끼의 경우 우리가 흔히 보는 초록색 몸체가 반수체인 배우체이며, 포자체는 여기에 조그맣게 기생하는 형태를 띱니다. 반면 고사리에 이르면 우리가 보는 커다란 잎 자체가 이배체인 포자체로, 독립적인 성체로서 생활하게 됩니다. 이처럼 취약한 반수체 상태보다 안정적인 이배체 상태로 지내는 시간이 길어진 것은 육상 환경의 혹독한 변화에 적응하기 위한 식물만의 영리한 생존 전략이었습니다. 씨앗의 등장은 식물 진화 역사에서 가장 거대한 혁신 중 하나로 꼽힙니다. 포자가 단순히 번식을 위한 최소한의 수단이었다면, 씨앗은 배를 보호하는 강력한 삼중 보호막과 영양분을 갖춘 완벽한 생존 패키지라 할 수 있습니다. 은행나무 씨앗처럼 단단한 껍질로 배를 감싸고, 새끼가 자랄 때 필요한 양분인 배젖을 함께 제공하는 방식입니다. 이는 마치 어미가 새끼를 떠나보낼 때 따뜻한 담요로 정성껏 감싸고 젖병까지 들려 보내는 것과 같습니다. 이러한 구조적 완성도 덕분에 식물은 척박한 환경에서도 후손을 안전하게 퍼뜨릴 수 있었습니다. 씨앗과 꽃가루의 발달은 식물이 진정한 의미에서 물이라는 환경적 제약을 완전히 벗어나게 해주었습니다. 이끼나 고사리는 여전히 정자가 물을 헤엄쳐 난자에 도달해야 했기에 물이 필수적인 환경에서만 번식이 가능했습니다. 하지만 겉씨식물과 속씨식물은 바람이나 곤충을 이용해 꽃가루를 전달함으로써 물 없이도 수정을 이뤄내는 능력을 갖추게 되었습니다. 특히 속씨식물은 씨앗을 씨방으로 한 번 더 감싸 보호 능력을 극대화했습니다. 이러한 변화는 식물이 지구상의 거의 모든 육상 환경으로 서식지를 넓히는 결정적인 계기가 되었습니다. 흥미롭게도 식물의 씨앗은 동물의 알과 구조적으로 매우 유사한 형태를 보입니다. 벼의 배와 배젖이 계란의 배아와 노른자에 대응하는 식인데, 10억 년 넘게 각자 진화했음에도 생존을 위한 최적의 전략이 닮아있다는 점은 매우 놀라운 사실입니다. 또한 식물은 암수한그루부터 암수딴그루, 자가수정, 심지어 줄기나 뿌리를 통한 복제에 이르기까지 인간의 상상을 초월하는 다채로운 번식 방식을 구사합니다. 이러한 유연성과 다양성은 식물이 수억 년이라는 긴 시간 동안 지구의 주인으로 당당히 살아남을 수 있었던 강력한 생명력의 근원입니다.

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[강연] 식물의 탄생과 진화 _ by김기중 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 1강 | 1강

지구는 흔히 푸른 행성이라 불리지만, 그 푸름의 실체는 광활한 바다와 더불어 육지를 뒤덮은 식물의 생명력에서 기인합니다. 식물은 단순히 풍경의 일부가 아니라, 지구 생태계의 근간을 이루는 가장 중요한 존재입니다. 이들은 태양 에너지를 유기물로 변환하여 모든 생명체에게 에너지를 공급하는 생산자 역할을 수행합니다. 우리가 숨 쉬는 산소 또한 식물의 광합성 산물이라는 점을 상기할 때, 식물 없는 지구는 상상조차 할 수 없습니다. 식물의 가장 경이로운 능력은 바로 광합성입니다. 잎 속의 엽록체는 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물을 포도당으로 바꿉니다. 이 과정은 현대 과학기술로도 완벽히 재현하기 어려운 정교한 화학 공정입니다. 식물은 이 에너지를 바탕으로 스스로의 몸집을 키우고, 열매를 맺어 다른 생명체들에게 먹거리를 제공합니다. 결국 지구상의 거의 모든 에너지는 식물이라는 통로를 거쳐 우리에게 전달되는 셈이며, 이는 생명의 순환을 가능케 하는 핵심 동력입니다. 수억 년 전, 식물이 바다에서 육지로 올라온 사건은 지구 역사상 가장 극적인 전환점 중 하나였습니다. 건조한 환경에 적응하기 위해 식물은 단단한 줄기와 뿌리, 그리고 수분 증발을 막는 큐티클층을 발달시켰습니다. 이러한 구조적 혁신은 식물이 거대한 나무로 성장하고 숲을 이룰 수 있게 했습니다. 숲은 다양한 생물들의 서식지가 되었고, 대기의 조성을 변화시켜 인류를 포함한 육상 동물이 진화할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 흔히 식물을 정적인 존재로 생각하기 쉽지만, 이들은 주변 환경과 끊임없이 소통하며 반응합니다. 포식자가 나타나면 화학물질을 내뿜어 인근 식물들에게 위험 신호를 보내기도 하고, 뿌리를 통해 균류 네트워크와 정보를 교환하기도 합니다. 이러한 '식물의 지능'은 우리가 미처 알지 못했던 복잡하고 정교한 생존 전략을 보여줍니다. 식물은 소리 없이 움직이며 자신만의 방식으로 세상을 인지하고, 공동체를 형성하여 척박한 환경을 극복해 나갑니다. 식물의 번식 전략 또한 놀라울 정도로 다양하고 치밀합니다. 화려한 꽃과 달콤한 꿀로 곤충과 새를 유혹하여 수분을 돕게 하거나, 바람에 날리기 쉬운 씨앗을 만들어 멀리 퍼뜨리기도 합니다. 어떤 식물은 동물의 몸에 붙어 이동하거나, 물의 흐름을 이용해 새로운 서식지를 찾아갑니다. 이러한 전략은 종의 다양성을 유지하고 변화하는 환경 속에서 식물이 멸종하지 않고 살아남을 수 있게 하는 원동력이 됩니다. 기후 위기 시대에 식물의 역할은 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 식물은 대기 중의 이산화탄소를 흡수하여 지구 온난화를 늦추는 거대한 탄소 저장고 역할을 합니다. 하지만 무분별한 개발과 환경 파괴로 인해 많은 식물종이 사라지고 있으며, 이는 곧 생태계 전체의 위기로 이어집니다. 식물학 연구는 단순히 학문적 호기심을 넘어, 인류의 식량 문제와 환경 문제를 해결하기 위한 필수적인 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. ‘식물 행성’이라는 이름처럼 지구는 식물에 의해 빚어지고 유지되는 공간입니다. 우리는 식물을 정복의 대상이나 단순한 자원으로 보지 않고, 공존해야 할 동반자로 인식해야 합니다. 식물의 생명 현상을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 자신과 우리가 살아가는 터전을 이해하는 과정과 같습니다. 이 강연을 통해 식물이 지닌 경이로운 세계를 탐구하고, 자연과 인간이 조화를 이루며 살아갈 수 있는 지혜를 얻는 소중한 시간이 되기를 바랍니다.

김기중

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생명과학

[술술과학] 동물은 식물에서 진화하지 않았다?🌼🐘_식물 EP.02 (식물의 관점#2)

식물과 동물을 구분하는 기준은 시대에 따라 변화해 왔습니다. 과거 아리스토텔레스는 움직임의 유무를 기준으로 삼아 '심겨 있는 것'과 '움직이는 것'으로 생물을 분류했습니다. 하지만 현대 과학의 관점에서 식물을 정의하는 것은 훨씬 복잡한 문제입니다. 광합성 능력, 세포벽의 존재, 다세포성, 그리고 육상 거주라는 네 가지 핵심 키워드를 어떻게 조합하느냐에 따라 식물의 기원은 35억 년 전부터 5억 년 전까지 수십억 년의 편차를 보이기 때문입니다. 결국 식물의 본질을 이해하기 위해서는 그들이 수행하는 가장 중요한 생화학적 과정인 광합성에 주목할 필요가 있습니다. 광합성은 태양의 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물이라는 화학적으로 매우 안정적인 물질을 포도당과 산소로 전환하는 기적 같은 과정입니다. 이 놀라운 기술을 처음으로 선보인 존재는 가장 단순한 생명체인 남세균이었습니다. 이들은 오늘날 녹조 현상을 일으키는 주범으로 오해받기도 하지만, 실제로는 지구 대기의 화학적 조성을 완전히 바꾸어 놓은 위대한 개척자들입니다. 화학적으로는 폐기물이나 다름없던 물질들을 생명의 에너지원으로 탈바꿈시킨 이들의 등장은 지구 생태계가 형성되는 데 있어 가장 결정적인 사건 중 하나로 평가받습니다. 식물이 광합성을 통해 산소를 배출하기 시작하자, 생명체들은 이 강력한 반응성을 지닌 산소에 적응하며 호기성 세균이라는 새로운 존재를 탄생시켰습니다. 호흡은 광합성 과정을 정확히 뒤집은 역과정으로, 산소를 이용해 양분을 태워 무산소 호흡보다 20배나 높은 효율로 에너지를 얻어냅니다. 이는 식물과 동물이 서로의 생성물을 원료로 사용하는 완벽한 콤비 플레이를 가능하게 했습니다. 태양이라는 무한한 에너지원을 연료로 삼아 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 이 순환 시스템은 지구상의 생명체가 영속할 수 있는 거대한 에너지 장치이자 일종의 영구 기관을 만들어낸 셈입니다. 생명 진화의 제3차 혁명은 세포 내 공생을 통한 진핵생물의 등장입니다. 약 15억 년 전, 호기성 세균이 다른 세포 속으로 들어가 미토콘드리아가 되었고, 이후 남세균이 합류하여 엽록체로 진화했습니다. 이들은 각각 에너지 공장과 광합성 공장의 역할을 맡아 세포의 복잡성을 비약적으로 높였습니다. 흥미로운 점은 세포 내 공생 순서상 미토콘드리아의 정착이 엽록체보다 먼저 일어났다는 사실입니다. 이는 세포 수준에서 볼 때, 식물 세포의 조상이 동물 세포의 조상보다 나중에 출현한, 보다 복잡하고 진화된 형태일 수 있음을 시사하는 흥미로운 대목입니다. 결국 식물과 동물 중 무엇이 먼저인가라는 질문에 대한 답은 우리가 식물을 어떻게 정의하느냐에 따라 달라집니다. 광합성을 하는 생명체를 기준으로 하면 식물이 앞서지만, 세포 내 공생 순서를 따지면 식물 세포가 더 늦게 완성되었기 때문입니다. 그러나 분명한 사실은 식물이 지구 생태계의 실질적인 주인이라는 점입니다. 동물은 식물이 생산한 자원 없이는 단 한 순간도 존재할 수 없지만, 식물은 스스로 에너지를 만들어내며 생명의 근간을 유지합니다. 경계가 흐릿한 진화의 역사 속에서도 식물은 생명이라는 거대한 메커니즘을 실질적으로 장악하고 지탱하는 핵심 축입니다.

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생명과학

[술술과학] 식물행성 'Plant Planet'🌲_식물 EP.01 (식물의 관점#1)

우리는 흔히 식물을 움직이지 않는 정적인 존재로 여기며 때로는 물건처럼 가볍게 대하곤 합니다. 하지만 지구 전체 생물량의 약 80% 이상을 차지하며 생태계의 실질적인 주인공 역할을 하는 것은 바로 식물입니다. 이들은 태양 에너지를 생명의 원천으로 변환하고 이산화탄소를 흡수하여 지구의 허파 역할을 수행합니다. 외계인의 시선에서 지구를 정의한다면 아마도 '식물 행성'이라 부를 만큼, 식물은 단순히 배경으로 존재하는 것이 아니라 지구 생명권의 근간을 이루는 핵심적인 존재입니다. 생명의 고향인 바다에 더 많은 생물이 살 것 같지만, 실제 통계는 우리의 통념을 깨뜨립니다. 전체 생물량의 99%가 육상에 존재하며 바다 생물은 단 1%에 불과하기 때문입니다. 특히 육상에서 식물과 동물의 비율을 비교하면 식물이 동물보다 무려 200배나 더 많다는 놀라운 사실을 알 수 있습니다. 이는 지구상에서 눈에 보이는 생명체의 압도적인 다수가 식물이라는 점을 뒷받침합니다. 우리가 마주하는 거대한 녹색의 물결은 단순한 풍경이 아니라 지구를 지탱하는 거대한 생명력의 증거입니다. 인간이 속한 동물의 비중은 전체 생물량에서 고작 0.4%에 불과하며, 그중 인류는 단 0.01%라는 미미한 비중을 차지합니다. 그러나 이 작은 비중의 인류가 생태계에 끼치는 영향은 가히 파괴적입니다. 포유류 전체로 범위를 좁혀보면 인간과 가축의 무게가 전체의 96%를 차지하고, 야생 동물은 겨우 4%로 밀려난 상태입니다. 단일 종인 호모 사피엔스가 40억 년 진화의 역사가 만들어낸 자연스러운 생명 분포를 인위적으로 왜곡하고 있는 현실은 우리가 식물에 대해 가져야 할 태도를 다시금 생각하게 합니다. 과학자 호프 자런은 저서 '랩걸'을 통해 인류 문명이 4억 년간 지속된 생명체를 식량, 의약품, 목재라는 세 가지 도구적 관점으로만 분류해버렸다고 비판합니다. 도시화가 진행되면서 식물이 일구어 놓은 푸른 땅은 다시 황폐한 콘크리트로 덮였고, 인간은 알량한 죄책감을 덜기 위해 작은 화분에 식물을 가두어 기르고 있습니다. 인류 문명 시작 이후 전 세계 나무의 절반이 사라졌다는 사실은 우리가 식물의 세계를 얼마나 무분별하게 훼손하며 살아왔는지를 여실히 보여주는 가슴 아픈 지표입니다. 이제는 인간 중심의 사고에서 벗어나 식물의 눈높이에서 세상을 바라보는 과학적 태도가 절실히 필요합니다. 식물은 동물 없이도 자생할 수 있지만, 인간을 포함한 모든 동물은 식물 없이는 단 한 순간도 생존할 수 없기 때문입니다. 우리가 원하는 세상에 식물이 존재하는 것이 아니라, 식물들이 구축해 놓은 거대한 세계 속에 우리가 잠시 머물고 있다는 겸손한 인식이 필요합니다. 빛을 향해 자라나는 식물처럼 우리도 생명의 근원을 존중하고 공존의 길을 찾는 방향으로 나아가야 할 때입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[인터뷰] 국종성_낯선 지구 : 다시는 예전의 지구로 돌아갈 수 없다!

기후변화 연구는 단순히 데이터를 분석하는 즐거움을 넘어 이제는 우리 사회가 직면한 가장 중대한 도전 과제가 되었습니다. 25년 넘게 기후를 연구해 온 학자로서 초기에는 가설이 증명될 때 느끼는 학문적 카타르시스와 전율에 집중했다면, 이제는 연구자로서의 사회적 책임감을 깊이 통감하고 있습니다. 대중과 소통하며 기후 위기의 심각성을 알리는 과정에서, 개인적인 연구의 재미와 사회적 필요성 사이의 균형을 맞추는 것이 얼마나 중요한지 깨닫게 된 것입니다. 최근 기후학계에서 주목하는 화두 중 하나는 바로 '기후 임계점'입니다. 이는 지구온난화가 진행되면서 기후가 서서히 변하다가 특정 지점에 도달하면 걷잡을 수 없이 급격하게 변화하는 현상을 의미합니다. 임계점을 넘어선 이후의 기후가 어떤 방향으로 흐를지는 현재의 과학적 지식으로도 정확히 예측하기 어렵습니다. 영화 속 장면처럼 갑작스러운 빙하기가 찾아오거나 울창한 숲이 순식간에 사막으로 변하는 등, 지구가 전혀 다른 환경으로 변모할 수 있다는 사실은 우리에게 큰 경각심을 줍니다. 이산화탄소 증가가 지구에 미치는 영향은 단순히 온실효과에 그치지 않습니다. 식물은 이산화탄소 농도가 높아지면 기공을 적게 열어 수분 증발을 억제하는데, 이는 지면의 온도를 조절하는 증발산 작용을 방해하여 온도를 더욱 높이는 결과를 초래합니다. 이러한 복합적인 기후 시스템을 연구하기 위해 과학자들은 가상의 지구인 '기후 모형'을 활용합니다. 실제 지구를 대상으로 함부로 실험할 수 없기에, 정교한 수학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미래 기후를 예측하고 대응책을 마련하는 것입니다. 우리가 탄소 중립을 실현하여 대기 중 농도를 낮춘다 하더라도 지구가 과거의 안정적인 상태를 회복할 것이라는 보장은 없습니다. 최근의 학술적 성과들은 지구가 원래의 궤도가 아닌 전혀 새로운 환경적 평형 상태로 진입할 가능성을 경고하고 있습니다. 이는 현재 우리가 산정하는 기후 대응 비용에 미래의 영구적인 손실분까지 포함해야 한다는 경제적, 윤리적 함의를 담고 있습니다. 기후변화가 남기는 흔적은 인류의 예상보다 훨씬 깊고 오래 지속될 수 있음을 잊지 말아야 합니다. 과학 연구는 단거리 경주가 아닌 마라톤과 같습니다. 젊은 연구자들이 처음의 열정을 잃지 않고 꾸준히 나아가기 위해서는 체력 관리와 마음의 여유가 필수적입니다. 밤을 새워 연구에 매진하는 것보다 규칙적인 운동과 다양한 활동을 통해 창의성을 유지하는 것이 장기적으로 더 큰 성과를 내는 비결입니다. 조급함을 버리고 작은 성공들을 쌓아가며 자신만의 페이스를 유지할 때, 비로소 기후 위기라는 거대한 장벽을 넘을 수 있는 혁신적인 해답을 찾고 지속 가능한 연구를 이어갈 수 있을 것입니다.

국종성

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[노벨상 해설강연] 노벨화학상: 다가오는 유전자 교정 시대_ 배상수｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 3강

지구상의 모든 생명체는 세포를 기본 단위로 하며, 그 안에는 생명 활동을 영위하고 정보를 전달하는 유전 물질인 DNA가 존재합니다. DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기로 이루어진 일종의 문자열과 같습니다. 우리가 외국어를 공부하여 그 의미를 이해하듯, DNA의 서열을 읽고 쓰는 기술은 생명의 신비를 풀기 위한 핵심적인 도구입니다. 특히 유전자 가위 기술은 DNA를 직접 표적화하여 정보를 수정함으로써, 유전자의 기능과 원리를 규명하고 질병을 치료할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 유전자 교정의 역사는 1960년대 제한 효소의 발견으로부터 시작되었습니다. 초기에는 특정 염기 서열을 인식해 자르는 제한 효소를 이용해 인슐린을 대량 생산하는 등 유전공학의 혁명을 일으켰으나, 인간과 같은 복잡한 생명체에 적용하기에는 한계가 있었습니다. 인식하는 서열이 너무 짧아 원치 않는 부위가 함께 잘리는 문제가 있었기 때문입니다. 이후 단백질을 이용해 정밀도를 높인 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌 기술이 개발되었지만, 제작 과정이 까다롭고 비용이 많이 들어 대중적으로 활용되기에는 어려움이 따랐습니다. 3세대 기술인 크리스퍼 유전자 가위는 구조가 단순하고 제작이 쉬워 유전자 교정의 대중화를 이끌었습니다. 이 기술은 박테리아가 바이러스의 공격에 대항하기 위해 갖춘 후천적 면역 체계에서 착안한 것으로, 특정 DNA를 찾아가는 가이드 RNA와 절단 역할을 하는 단백질로 구성됩니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나는 이 시스템을 인공적으로 재설계하여 효율적인 도구로 만들어낸 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다. 이제 연구자들은 RNA 서열만 교체함으로써 원하는 유전자를 자유자재로 교정할 수 있는 강력한 수단을 갖게 되었습니다. 크리스퍼 유전자 가위 기술은 기초 과학 연구부터 실생활 응용까지 광범위한 변화를 가져왔습니다. 실험실에서는 특정 유전자가 제거된 형질 전환 동물을 단기간에 만들어 질병 모델 연구에 활용하며, 농업 분야에서는 갈변하지 않는 버섯이나 기후 변화에 강한 작물을 개발하고 있습니다. 의료 분야에서는 환자의 세포를 체외에서 교정해 다시 주입하거나, 체내 특정 기관에 유전자 가위를 직접 전달하여 희귀 질환을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 심지어 멸종 동물의 복원이나 특정 유전자를 종 전체에 확산시키는 유전자 드라이브 기술까지 논의되고 있습니다. 유전자 교정 기술이 인간 배아에 적용되면서 사회적, 윤리적 논란이 제기되기도 했지만, 이는 기술의 발전 과정에서 반드시 거쳐야 할 숙제입니다. 과거 시험관 아기 기술이 처음 등장했을 때도 많은 우려가 있었으나, 현재는 수많은 난임 부부에게 희망을 주는 보편적인 기술로 자리 잡았습니다. 유전자 가위 역시 법적, 제도적 틀 안에서 안전하게 관리된다면 인류의 건강과 복지에 크게 기여할 것입니다. 상상 속의 미래가 현실이 되는 시대에, 우리는 이 강력한 도구를 지혜롭게 통제하고 활용하여 더 나은 세상을 만들어가야 합니다.

배상수

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[석학인터뷰] 김호영_ 공돌이?? 아티스트!!! | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

역학과 예술은 자연을 이해하고 표현한다는 점에서 깊은 공통점을 지니고 있습니다. 기계 역학이 사물의 움직임을 수학적으로 분석하고 이해하는 과정은, 미술가가 대상을 관찰하여 화폭에 담거나 입체적으로 형상화하는 사고 과정과 매우 흡사합니다. 실제로 르네상스 시대에는 과학과 예술의 경계가 모호하여 많은 예술가가 과학적 탐구를 병행하기도 했습니다. 오늘날에는 이러한 전통을 이어받아 과학적 시각으로 예술을 재해석하거나, 과학적 원리 속에서 발견한 아름다움을 예술의 경지로 승화시키려는 협업이 활발하게 이루어지고 있습니다. 최근 로봇 공학의 흐름은 딱딱하고 무거운 금속 구조를 벗어나 부드럽고 유연한 '소프트 로봇'으로 향하고 있습니다. 아이를 돌보거나 사람이 직접 착용하는 로봇의 경우, 차가운 금속보다는 말랑말랑한 소재가 훨씬 안전하고 친숙하게 다가오기 때문입니다. 또한, 아주 비좁은 틈새를 비집고 들어가 인명을 구조해야 하는 특수 상황에서도 유연한 구조는 필수적입니다. 이러한 소프트 로봇은 기존의 기계가 가진 한계를 극복하고 인간의 삶에 더욱 깊숙이 들어와 다양한 편의를 제공할 것으로 기대됩니다. 과학적 사고를 기르는 데 있어 의외로 큰 도움을 주는 것은 추리 소설 속 탐정의 논리입니다. 셜록 홈즈가 흩어진 단서들을 찾아내서 그것들을 잘 조합하여 어떤 결론을 도출하는 과정은 과학자가 가설을 세우고 검증하는 탐구 과정과 본질적으로 맞닿아 있습니다. 이러한 논리적 사고를 바탕으로 탄생할 미래의 기계는 더 이상 정형화된 모습에 머물지 않을 것입니다. 사용자의 필요에 따라 자유자재로 모양을 바꾸고, 사람의 손길이 닿았을 때 부드러운 촉감을 전달하는 새로운 형태의 로봇들이 우리 곁에서 공존하며 세상을 더욱 풍요롭게 만들 것입니다.

김호영

카오스재단카오스강연

물리학
융합

[석학인터뷰] 조세형_SEX는 고비용 저효율?!｜2019 가을 강연 '도대체 都大體'

지구 탄생 초기 생명체들은 대부분 무성 생식을 통해 번식했을 것으로 추정됩니다. 하지만 진화의 역사를 거치며 생명체는 조건부 유성 생식을 거쳐 완전한 유성 생식의 형태로 진화해 왔습니다. 성이 왜, 그리고 어떻게 나타나게 되었는지에 대해서는 아직 학계에서 뚜렷하게 합의된 이론이 존재하지 않습니다. 이러한 생명 현상의 기원은 생물학의 핵심적인 연구 과제이지만, 여전히 우리가 명확한 답변을 내놓기 어려운 미스터리로 남아 있습니다. 무성 생식과 비교했을 때 유성 생식은 생물학적으로 매우 높은 비용을 지불해야 하는 방식입니다. 무성 생식은 단순히 자신의 유전자를 복제하여 후손에게 전달하면 되지만, 유성 생식은 배우자를 찾고 유인하는 복잡한 과정이 필요합니다. 이 과정에서 포식자에게 노출될 위험이 커지며, 자신의 유전자 중 절반만을 후손에게 전달한다는 점에서도 효율성이 낮아 보입니다. 그럼에도 불구하고 자연계에서 유성 생식이 보편화된 이유는 무엇일까요? 먼저 유성 생식이 이로운 돌연변이를 고정하는 역할을 한다는 견해가 있습니다. 또한 '뮬러의 톱니바퀴' 가설은 무성 생식 과정에서 축적되는 해로운 돌연변이를 막기 위해 유성 생식이 진화했다고 설명합니다. 기생충과의 끊임없는 경쟁 속에서 살아남기 위한 전략으로 보는 '붉은 여왕 가설'도 유명합니다. 이처럼 성이 왜 진화했는가에 대한 질문은 여전히 완벽하게 풀리지 않은 과학적 수수께끼로 남아 있습니다. 자연계에는 암수가 고정된 경우 외에도 자웅동체와 같은 다양한 성의 형태가 존재합니다. 식물의 경우 암술과 수술이 한 꽃에 함께 있는 자웅동체 형태를 흔히 볼 수 있습니다. 동물 중에서도 애니메이션으로 친숙한 흰동가리는 무리의 암컷이 사라지면 수컷이 암컷으로 성을 전환하는 '순차적 자웅동체'의 특성을 보여줍니다. 인간의 관점에서는 남성과 여성이라는 이분법적 구분이 당연해 보일 수 있지만, 생태계 전체를 놓고 보면 성은 훨씬 더 유동적이고 다채로운 방식으로 나타납니다. 리처드 도킨스의 '이기적인 유전자'와 같은 고전은 많은 이들에게 생명 현상을 바라보는 새로운 시각을 제공했습니다. 특히 성의 기원과 진화에 대한 탐구는 사회생물학적 질문들과 맞물려 우리에게 깊은 통찰을 줍니다. 비록 성의 신비에 대한 완벽한 해답은 아직 나오지 않았지만, 과학자들은 끊임없이 가설을 세우고 이를 검증하며 생명의 본질에 다가가고 있습니다. 이러한 탐구 과정은 우리가 당연하게 여겼던 성이라는 주제를 다시금 생각해보게 하며, 미래의 연구자들에게 새로운 도전 과제를 던져줍니다.

조세형

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 술술과학] 진화 타임머신, Evol호!

진화론은 우주론만큼이나 인류가 고안해 낸 가장 극적인 아이디어 중 하나입니다. 생명체가 아주 조금씩 변화하며 새로운 종으로 분화한다는 이 이론은 언뜻 황당하게 들릴 수 있지만, 우리 자신의 삶을 돌이켜보면 이해의 실마리를 찾을 수 있습니다. 세 살 아이가 여든 살 노인이 되는 과정처럼, 매일의 변화는 눈에 띄지 않지만 수십 년이 흐르면 완전히 다른 모습이 됩니다. 생명은 멈추지 않고 아주 조금씩, 그러나 확실하게 변화를 거듭하며 긴 역사를 만들어냅니다. 수만 년 전 늑대에서 갈라져 나온 수백 종의 개들을 떠올려 보면 진화의 힘을 실감하게 됩니다. 가상의 타임머신 '에볼호'를 타고 과거로 거슬러 올라가면, 우리는 수많은 생명체와 조우하게 됩니다. 약 700만 년 전에는 침팬지와의 공통 조상을 만나고, 더 거슬러 올라가 7,000만 년 전에는 원숭이들과의 공통 조상을 마주하게 됩니다. 이 여정은 인간이 홀로 존재하는 것이 아니라, 지구상의 수많은 영장류 및 포유류와 깊은 혈연관계로 얽혀 있음을 보여줍니다. 시간의 단위가 '억 년'으로 바뀌면 진화의 여정은 더욱 역동적으로 변합니다. 3억 년 전후로는 파충류와 조류, 그리고 양서류와의 공통 조상을 차례로 만나게 됩니다. 4억 년이 넘어서면 타임머신은 바닷속을 달리기 시작하며, 폐어나 실러캔스 같은 희귀한 물고기들의 조상과 마주합니다. 6억 년 전에는 바다 밑을 기어 다니던 기이한 모습의 곤충 조상을 만나게 되는데, 이는 오늘날 지구를 가득 채운 수십만 종의 곤충들이 하나의 뿌리에서 시작되었음을 상기시킵니다. 생명의 역사를 더 깊이 파고들수록 생명체들의 크기는 점차 작아져 육안으로는 볼 수 없는 세계에 진입합니다. 타임머신의 창을 현미경 모드로 전환해야만 비로소 꾸물거리는 미생물들의 활기찬 움직임을 관찰할 수 있습니다. 약 35억 년 전에는 식물뿐만 아니라 고세균이나 박테리아와의 공통 조상까지 만나게 됩니다. 이 시점의 조상들은 우리와 형태적으로 너무나 다르지만, 생명의 설계도를 공유하는 엄연한 가족의 일원으로서 그 존재감을 드러내며 생명의 신비를 더해줍니다. 마지막으로 38억 년 전의 과거에 도달하면 모든 생명체가 하나의 점으로 수렴하는 경이로운 순간을 맞이합니다. 지구상의 모든 종이 공유하는 마지막 공통 조상인 '루카(LUCA)'를 만나는 지점입니다. 루카로부터 시작된 생명의 줄기는 수십억 년의 세월을 거치며 거대한 나무처럼 뻗어 나가 현재의 다양한 생태계를 이루었습니다. 대기권 밖에서 바라본 지구의 모든 생명체는 결국 하나의 거대한 가족이며, 우리는 그 유구한 역사의 한 페이지를 장식하고 있는 소중한 존재입니다.

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생명과학

[석학인터뷰] 과학자들이 말하는 기원 - '모든 것의 기원' 통합편

현대 우주론은 빅뱅 이론과 급팽창 이론이 결합된 표준 우주론으로 설명됩니다. 우주 초기 아주 짧은 순간에 일어난 급팽창은 양자 요동을 통해 다양한 진공에너지를 가진 다중우주의 가능성을 열어주었습니다. 이러한 거시적 우주의 탄생과 더불어 미시 세계에서는 힉스입자가 중요한 역할을 합니다. 2012년 실험적으로 증명된 힉스입자는 진공에 깔린 힉스장을 통해 기본 입자들에 질량을 부여하며 현재 우리가 보는 물질세계의 근간을 마련했습니다. 우주의 대칭성과 입자의 특정한 물리량은 물질의 근원을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 우리가 매일 마시는 물 한 잔에는 우주의 장대한 역사가 고스란히 담겨 있습니다. 물을 구성하는 수소는 우주 탄생 직후의 빅뱅을 통해 만들어졌으며, 산소는 별의 내부에서 일어나는 핵융합 과정을 거쳐 탄생했습니다. 이처럼 물질은 빅뱅과 별의 진화라는 두 축을 통해 형성되었습니다. 약 45억 년 전 태양계가 형성될 당시, 원시 지구는 화성 크기의 행성인 테이아와 충돌하는 거대한 사건을 겪었습니다. 이 충돌의 결과로 현재의 지구가 만들어졌고, 흩어진 파편들이 모여 달이 형성되었다는 가설은 지구의 기원을 설명하는 유력한 이론입니다. 생명의 기원에 대해서는 외계유입설보다 지구 내 유기물의 결합으로 인한 자연발생설이 더 많은 지지를 얻고 있습니다. 초기 지구에서 자기 복제가 가능한 RNA 분자가 등장하고, 이것이 점차 안정적인 DNA로 진화하면서 생명의 기초가 마련된 것으로 보입니다. 흥미로운 점은 박테리아부터 인간에 이르기까지 지구상의 모든 생명체가 공통적으로 DNA를 공유한다는 사실입니다. 이는 모든 생명이 단 하나의 세포에서 시작되었음을 시사하며, 초기 원시 세포가 만들어지는 과정은 여전히 현대 과학이 풀어야 할 신비로운 미스터리로 남아 연구가 계속되고 있습니다. 약 32억 년 전 광합성을 하는 시아노박테리아의 등장은 지구 환경을 획기적으로 변화시켰습니다. 이들이 배출한 산소는 당시 혐기성 생물들에게는 치명적인 독소였으나, 생명체들은 공생을 통해 이를 극복했습니다. 혐기성 박테리아가 호기성 박테리아를 받아들여 미토콘드리아가 되고, 일부는 시아노박테리아를 흡수해 엽록체가 되는 세포내공생 과정을 거치며 진핵생물이 탄생했습니다. 이러한 진화적 사건은 동물과 식물의 분화로 이어졌으며, 복잡한 다세포 생명체가 번성할 수 있는 토대가 되었습니다. 인류의 진화는 아르디피테쿠스에서 시작하여 오스트랄로피테쿠스를 거쳐 호모 속으로 이어졌습니다. 약 200만 년 전 기후 위기 속에서 등장한 호모 에렉투스는 아프리카를 넘어 전 세계로 확산되었고, 마침내 호모 사피엔스가 유일한 인류로 남게 되었습니다. 뇌의 진화는 동물의 움직임과 밀접하게 연관되어 환경에 적응하고 문제를 해결하는 방향으로 발전해 왔습니다. 하지만 의식이나 정신의 기원, 그리고 우주가 왜 존재하는가와 같은 근원적인 질문들은 여전히 과학적 방법론의 한계를 시험하며 우리에게 깊은 철학적 과제를 던져주고 있습니다.

김대수, 김항배, 김형도, 박성찬, 서민아, 윤성철, 윤환수, 이대열, 이상희, 이석영, 이일하, 최덕근

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
생명과학
천문학
융합

[석학인터뷰] 이일하_ GMO가 해롭다고요? 아닙니다!

식물은 정적인 존재로 보이지만, 끊임없이 진화하며 생명의 역사를 써 내려왔습니다. 약 5억 년 전, 식물은 동물과 함께 물속에서 육상으로 진출하는 거대한 변화를 맞이했습니다. 이 과정에서 식물은 곰팡이와의 공생이라는 독특한 전략을 선택했습니다. 수중에서는 무기 염류를 자유 확산으로 흡수할 수 있었으나, 척박한 육지에서는 그것이 불가능했기 때문입니다. 곰팡이는 유기물을 분해하여 식물에 필요한 무기 염류를 제공했고, 식물은 그 대가로 광합성 산물을 나누며 육지 생태계의 기틀을 마련했습니다. 지금도 이러한 공생 관계는 계속되고 있습니다. 생명 현상의 신비는 '창발성'이라는 개념을 통해 설명될 수 있습니다. 이는 개별 요소들이 모여 상위 단계의 시스템을 이룰 때, 하위 단계에서는 볼 수 없었던 새로운 성질이 나타나는 현상을 의미합니다. 수소와 산소라는 기체가 만나 전혀 다른 성질의 물이 되는 것처럼, 유기 분자들이 모여 거대 분자가 되고 이것이 다시 세포를 이룰 때 비로소 생명이라는 기적 같은 현상이 발현됩니다. 과학자들은 이러한 단계적 도약을 통해 단순한 화학 반응이 복잡한 생명 활동으로 진화하는 과정을 이해하고자 노력하며, 그 속에서 생명의 본질을 발견하게 됩니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 대중의 우려와 달리, 과학계는 이를 영양학적 관점에서 안전하게 받아들입니다. GMO 역시 우리 몸에 들어오면 단백질, 핵산, 탄수화물 등의 기본 단위로 분해되어 흡수될 뿐입니다. 소화 과정을 거치면 결국 아미노산이나 포도당 같은 분자가 되어 우리 몸의 일부가 되므로, 유전적 변형이 인체에 특별한 해를 끼친다고 보기는 어렵습니다. 엄격한 승인 절차를 거친 GMO는 현대 과학이 제공하는 효율적인 자원이며, 이에 대한 막연한 공포보다는 객관적인 데이터에 근거한 이해가 필요합니다. 미래 생물학의 핵심은 뇌과학의 비약적인 발전에 있습니다. 인간의 뇌는 여전히 미개척 분야로 남아 있으며, 여기서 도출된 과학적 발견들은 인공지능(AI)에 직접적으로 투영되어 새로운 도약을 이끌 것입니다. 생물학적 원리가 인공지능(AI)에 결합함에 따라 생명체와 인공지능(AI) 사이의 경계는 점차 모호해질 전망입니다. 이러한 변화는 단순한 기술 발전을 넘어 인간성에 대한 근본적인 성찰을 요구합니다. 따라서 과학자뿐만 아니라 인문학자와 사회과학자들이 모여 인간의 가치를 보호하기 위한 깊이 있는 논의를 시작해야 할 시점입니다. 죽음이라는 현상을 생물학적으로 정의한다면, 그것은 결국 뇌의 죽음이라고 볼 수 있습니다. 질병이나 외상으로 인해 신체의 다른 장기들이 여전히 기능을 유지하거나 타인에게 이식되어 살아남더라도, 한 개인의 정체성을 결정하는 뉴런 네트워크가 파괴된다면 그 생명은 끝난 것으로 간주됩니다. 뇌는 때로 고통스러운 기억을 의식적으로 지워버리며 자신을 보호하기도 하지만, 그 뉴런 네트워크 자체가 소멸하는 순간 인간으로서의 존재도 사라집니다. 결국 생명이란 단순한 유기체의 생존을 넘어, 뇌가 구축한 복잡한 뉴런 네트워크의 지속이라 할 수 있습니다.

이일하

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[카오스 술술과학] 뇌의 기원, '카오스 브레인 오디세이' 시작

뇌의 존재 이유를 이해하기 위해서는 생물학적 진화의 관점에서 접근해야 합니다. 식물에게 동물과 같은 뇌가 없는 이유는 그들이 움직이지 않기 때문입니다. 반면, 멍게는 유충 시절 바닷속을 헤엄칠 때는 뇌를 가지고 있지만, 성체가 되어 바위에 정착하면 자신의 뇌를 스스로 소화해 버립니다. 더 이상 움직일 필요가 없어지자 에너지를 많이 소모하는 뇌를 유지할 이유가 사라진 것입니다. 이처럼 뇌는 본래 생명체가 외부 환경에 대응하여 운동하기 위해 진화한 결과물이라고 볼 수 있습니다. 운동의 복잡성이 증가함에 따라 신경계 역시 정교해졌습니다. 해파리와 같은 단순한 생물은 위아래라는 제한적인 움직임에 머물러 신경 조직이 매우 단순합니다. 하지만 플라나리아와 같은 편형동물에 이르면 앞뒤, 좌우를 포함한 3차원적 운동이 가능해지며 뇌의 전신인 신경절이 나타나기 시작합니다. 복잡한 공간 속에서 신체를 조율하고 효율적으로 이동하기 위해 더 높은 수준의 정보 처리가 필요해진 것입니다. 이러한 운동의 내면화 과정이 결국 본격적인 뇌의 탄생을 이끌었습니다. 인간의 뇌는 단순히 움직이는 것을 넘어, 더 잘 움직이기 위해 감정과 이성을 발달시켰습니다. 생존에 유리한 행동을 유도하는 감정의 변연계가 생겨났고, 이를 적절히 통제하기 위해 이성을 담당하는 대뇌피질이 그 위를 감싸게 되었습니다. 이 과정에서 욕망하는 자아와 이를 조절하는 자아가 충돌하며 우리가 '마음'이라 부르는 복잡한 내면세계가 형성되었습니다. 결국 뇌는 생존을 위한 도구에서 시작하여, 이제는 인간의 행동과 의지를 주도하는 우리 존재의 핵심적인 주인이 된 것입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[강연] 식물은 빛을 어떻게 인지할까? - 광합성과 빛 (4) _최길주 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 4강 | 4강 ④

식물은 눈이나 코와 같은 감각 기관이 겉으로 드러나지 않지만, 빛을 인식하는 정교한 체계를 갖추고 있습니다. 파이토크롬이라 불리는 광수용체는 식물의 특정 부위에만 집중된 것이 아니라 뿌리, 줄기, 꽃, 열매 등 식물 전체에 분포하여 환경을 감지합니다. 이는 인간의 눈이 특정 위치에 고정된 것과 달리, 식물의 모든 세포가 각자의 위치에서 빛의 정보를 수집하고 계절의 변화나 주변 식물의 존재를 파악하는 역할을 수행함을 의미합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 생존하기 위한 필수적인 진화의 결과입니다. 식물의 감각은 시각에만 국한되지 않습니다. 식물은 냄새를 맡고 중력을 느끼며 물리적인 자극에도 반응하는 일종의 '오감'을 지니고 있습니다. 예를 들어, 우주와 같은 무중력 환경에서는 식물의 성장 형태가 변하며, 주변 식물이 내뿜는 화학 물질을 감지해 경쟁자를 물리치거나 열매를 맺는 시기를 조절하기도 합니다. 이러한 능력은 식물이 단순히 수동적인 존재가 아니라, 주변 환경과 끊임없이 상호작용하며 생존 전략을 짜는 능동적인 생명체임을 보여줍니다. 식물은 자신만의 방식으로 세상을 느끼며 그 안에서 최적의 삶을 영위해 나갑니다. 특히 뿌리는 식물의 지능이 집약된 기관으로 평가받기도 합니다. 뿌리 끝에는 인간의 이석과 유사한 역할을 하는 평형석(녹말체)이 있어 중력의 방향을 정확히 인식하고 땅속을 향해 자라납니다. 또한 뿌리는 빛의 반대 방향으로 이동하려는 성질도 함께 가지고 있어, 중력과 빛이라는 서로 다른 신호를 통합하여 최적의 성장 방향을 결정합니다. 이러한 복잡한 정보 처리 과정은 식물이 중추 기관 없이도 개별 세포와 조직의 협력을 통해 고도의 생존 판단을 내리고 있음을 시사합니다. 뿌리 끝은 환경 신호가 집적되는 중요한 의사결정 센터인 셈입니다. 식물의 이러한 놀라운 능력은 38억 년에 달하는 긴 진화의 역사 속에서 다듬어졌습니다. 초기 지구에서 가장 풍부한 에너지원이었던 빛을 활용하기 위해 식물의 조상들은 아주 단순한 형태의 광수용 분자부터 발달시켰을 것으로 추정됩니다. 이후 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 광합성이라는 복잡한 체계가 완성되면서 식물은 지구 생태계의 근간을 이루게 되었습니다. 단순한 자기 복제 물질에서 시작해 정교한 에너지 전환 장치를 갖추기까지, 식물은 생존을 위한 최선의 선택을 이어왔으며 이는 지구상의 모든 생명체가 살아갈 수 있는 기초를 마련했습니다. 광합성의 등장은 지구 역사를 바꾼 결정적인 사건이었습니다. 남세균과 같은 초기 광합성 생물들이 배출한 산소는 대기 중에 오존층을 형성하여 자외선을 차단했고, 이는 생명체가 수중을 벗어나 육상으로 진출하는 발판이 되었습니다. 또한 식물의 광합성 활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하며 지구의 기온과 빙하기, 간빙기의 순환에 깊이 관여해 왔습니다. 우리가 무심코 지나치는 작은 풀 한 포기가 사실은 지구 전체의 기후와 인류를 포함한 모든 생명체의 삶을 지탱해 온 거대한 조절자이자 생태계의 설계자 역할을 수행해 온 것입니다. 흔히 식물에게 클래식 음악을 들려주면 잘 자라고 록 음악은 해롭다는 이야기가 있지만, 이는 과학적 근거가 부족한 믿음입니다. 식물이 수십억 년의 진화 과정에서 인간의 음악 장르를 구분해야 할 생존상의 이유는 없었기 때문입니다. 다만 식물은 꿀벌의 날갯짓 진동이나 애벌레가 잎을 갉아먹는 소리와 같은 자연의 진동에는 민감하게 반응할 수 있습니다. 이는 식물의 반응이 인간의 감성적 기준이 아닌, 오로지 생존과 번식이라는 실질적인 목적에 따라 정교하게 설계되었음을 말해줍니다. 식물에게 중요한 것은 음악이 아니라 생존에 직결된 신호입니다. 식물은 화학 물질을 이용한 의사소통에도 매우 능숙합니다. 해충의 공격을 받으면 주변 식물에 위험 신호를 보내 방어 물질을 생성하게 하거나, 인간에게 유용한 영양분을 제공함으로써 자신들이 널리 재배되도록 유도하기도 합니다. 벼나 옥수수 같은 작물들이 인간에게 당분을 제공하는 것은, 결과적으로 인간을 이용해 자신들의 번식 범위를 넓히려는 고도의 전략으로 해석될 수 있습니다. 이처럼 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 영리하고 주도적으로 지구 생태계의 주인공 역할을 수행하고 있으며, 인류의 삶 또한 이러한 식물의 생존 전략 위에 놓여 있습니다.

박연일, 소문수, 최길주

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[강연] 식물은 빛을 어떻게 인지할까? - 광합성과 빛 (3) _최길주 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 4강 | 4강 ③

파이토크롬은 식물이 빛을 감지하는 정교한 구조를 갖추고 있습니다. 이 단백질은 PAS, GAF, PHY라는 세 개의 도메인으로 구성되며, 그중 GAF 도메인에는 빛을 흡수하는 색소단이 결합되어 있습니다. 흥미로운 점은 PHY 도메인에서 뻗어 나온 헤어핀 형태의 구조가 색소단을 덮고 있다는 사실입니다. 적색광을 받으면 색소단이 회전하며 아미노산 간의 수소 결합이 끊어지고, 이로 인해 단백질 전체의 구조가 비틀리게 됩니다. 이러한 미세한 변화가 식물의 생화학적 반응을 이끌어내는 첫 단추가 됩니다. 파이토크롬은 빛의 파장에 따라 형태를 바꾸는 일종의 광 스위치 역할을 수행합니다. 적색광을 흡수하면 Pfr 형태로 변하여 식물의 성장을 촉진하고, 원적색광을 받으면 다시 Pr 형태로 돌아갑니다. 이러한 가역적인 전환은 식물이 주변 환경의 빛 조건을 실시간으로 파악할 수 있게 해줍니다. 활성화된 파이토크롬은 전사 조절 단백질로 작용하거나 다양한 경로를 통해 씨앗의 발아를 돕고 엽록체를 발달시키는 등 식물의 생애 주기 전반에 걸쳐 중요한 결정을 내립니다. 식물은 파이토크롬이라는 '눈'을 통해 단순히 빛의 유무만을 판단하는 것이 아니라, 주변에 경쟁자가 있는지도 감지합니다. 예를 들어 토마토를 홀로 키우면 옆으로 넓게 자라지만, 여러 개체를 밀집시켜 심으면 위로 길게 자라기 시작합니다. 이는 식물이 주변의 다른 식물 존재를 인식하고 그에 맞춰 성장 전략을 수정한다는 증거입니다. 숲속의 나무들이 가지를 넓게 펴기보다 하늘을 향해 높이 솟구치는 이유도 바로 이 때문입니다. 식물은 눈에 보이지 않는 빛의 신호를 통해 이웃과의 거리를 측정하고 생존을 도모합니다. 식물이 주변의 경쟁자를 인식하는 비결은 광합성 과정에서 발생하는 빛의 변화에 있습니다. 식물은 광합성을 위해 청색광과 적색광을 대부분 흡수하지만, 파장이 더 긴 원적색광은 그대로 통과시키거나 반사합니다. 따라서 잎이 무성한 나무 그늘 아래에는 일반적인 햇빛과 달리 적색광보다 원적색광의 비율이 압도적으로 높아지게 됩니다. 파이토크롬은 이러한 빛의 비율 변화를 예민하게 포착하여 자신이 현재 그늘에 있는지, 아니면 탁 트인 곳에 있는지를 정확하게 판단할 수 있는 생물학적 지표로 활용합니다. 그늘을 감지한 식물은 생존을 위해 '음지 회피 반응'을 보입니다. 옆에 있는 식물이 햇빛과 영양분을 독점하는 것을 막기 위해, 줄기를 빠르게 신장시켜 그늘에서 벗어나려 노력하는 것입니다. 실내에서 키우는 식물이 빛이 부족할 때 비정상적으로 길게 자라는 현상도 더 많은 빛을 찾으려는 본능적인 반응입니다. 결국 파이토크롬은 식물에게 주변 환경을 살피고 적절한 대응책을 마련하게 해주는 핵심적인 감각 기관입니다. 식물은 이 정교한 시스템을 통해 정적인 존재를 넘어 역동적으로 환경에 적응하며 살아갑니다.

최길주

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[강연] 식물은 빛을 어떻게 인지할까? - 광합성과 빛 (1) _최길주 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 4강 | 4강 ①

식물은 눈, 코, 입이 없지만 우리와 마찬가지로 살아있는 생명체입니다. 어린 시절 누구나 한 번쯤 '식물은 눈이 없는데 어떻게 세상을 볼까?'라는 순수한 의문을 가져본 적이 있을 것입니다. KAIST 최길주 교수는 이러한 유년기의 호기심을 평생의 연구 주제로 삼아 식물의 광수용체인 피토크롬을 연구해 왔습니다. 식물은 단순히 수동적으로 존재하는 것이 아니라, 주변 환경을 인식하고 그에 맞춰 반응하며 살아가는 능동적인 존재라는 점을 이해하는 것이 식물학 연구의 시작입니다. 식물이 빛을 본다는 사실은 일상 속에서도 쉽게 관찰할 수 있습니다. 땅속에 심은 강낭콩은 싹이 터서 아래가 아닌 위를 향해 자라나며, 지표면을 뚫고 나오자마자 잎을 펼치고 녹색으로 변합니다. 또한 아파트 베란다의 화초가 창가 쪽으로 몸을 기울여 자라는 굴광성 현상은 식물이 빛의 방향을 정확히 인지하고 있음을 보여주는 명확한 증거입니다. 이러한 행동은 식물이 빛을 시각적으로 인지하지 않고서는 불가능한 정교한 반응이며, 식물 나름의 방식으로 세상을 보고 있다는 것을 의미합니다. 식물은 단순히 빛의 유무뿐만 아니라 빛의 파장까지도 구별해냅니다. 상추 씨앗의 경우, 670나노미터의 적색광을 쬐어주면 발아가 촉진되지만, 730나노미터의 원적색광을 쬐어주면 발아가 억제됩니다. 이는 식물이 자신이 받은 빛이 어떤 색인지, 즉 어떤 파장의 에너지를 흡수했는지를 정밀하게 판단하고 있음을 보여줍니다. 이러한 정교한 빛 감지 능력은 식물이 단순히 빛을 받는 것에 그치지 않고, 주변 환경의 변화를 깨닫고 그에 맞춰 생애 주기를 조절하는 핵심적인 역할을 합니다. 빛이 없는 어둠 속에서 자란 식물은 콩나물처럼 줄기가 길고 잎이 노란 상태를 유지하는데, 이는 빛을 찾아 빠르게 지상으로 올라가기 위한 생존 전략입니다. 반면 빛을 받으면 줄기 성장은 억제되고 잎이 넓어지며 광합성을 준비하는 형태로 변합니다. 또한 강낭콩 잎이 낮에는 펼쳐지고 밤에는 처지는 현상이나 사과가 빛을 받아 안토시아닌을 만들어내는 과정 역시 식물이 빛을 실시간으로 감지하고 그 정보를 생리적 변화로 연결하고 있음을 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 식물이 이토록 필사적으로 빛을 보려는 이유는 생존에 필수적인 광합성 때문입니다. 식물은 엽록체 내의 엽록소와 카로틴 같은 색소를 이용해 빛 에너지를 포획하고, 이를 탄수화물이라는 화학 에너지로 전환합니다. 스스로 에너지를 생산해야 하는 식물에게 빛은 단순한 정보 이상의 생명줄과 같습니다. 따라서 식물은 자신이 광합성을 하기에 가장 적합한 명당을 찾고, 그곳에서 최대한의 에너지를 얻기 위해 끊임없이 빛의 상태를 살피며 그들만의 방식으로 세상을 탐색합니다.

최길주

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