식물 공변세포의 고도로 복잡한 생합성 과정
(Wilt Thou? Not with Guards in the Chem Lab)
David F. Coppedge
식물은 쌍으로 된 공변세포(guard cells)로 화학적 마술을 수행하며 시들음을 피하고 있었다.
잎은 기공(stomata)이라 불리는 타원형의 구멍으로 기체를 교환한다. 이들 구멍을 둘러싸고 있는 것은 수분 탈출과 이산화탄소의 흡입 속도를 조절하는 공변세포들이다. 건조한 조건에서 공변세포는 느슨해져 모공을 닫고, 습기가 많을 때는 단단해져서 모공을 연다. 하지만 어떻게 그들은 그 일을 수행하는 것일까? 어떻게 건조한 것을 ‘알고’, 어떤 원인으로 기공을 여는 것일까?
Current Biology(2012. 12. 6) 지에 실린 최근의 한 논문은 흥미로운 무엇인가를 전하고 있었다 : 공변세포는 처음부터 앱시식산(abscisic acid, ABA, 아브시스산)을 만드는 방법을 알고 있다는 것이다. 앱시식산은 기공을 닫기 위해 필요하다. 특히 프랜시스 다윈(Francis Darwin, 찰스 다윈의 아들)이 1898년 상대습도가 떨어질 때 기공이 닫힌다는 것을 관찰한 이래, 지금까지 누구도 이것을 진정 이해하지 못했다는 것은 놀라운 일이다. 그 관측은 비교적 간단한 것이었다 : ”그러나, 상대습도 하에서 기공 구멍의 변경을 위해 화학결합 변화를 책임지는 신호경로에 대한 우리의 이해는 단편적인 것이었다”. 바우어(Bauer) 등 대부분 독일인으로 구성된 14명의 연구팀은 건조 공기로 스트레스 처리한 식물에서 반응하는 유전자들을 관찰하여 새로운 사실을 발견해냈다 :
건조 공기에 대한 기공 반응에 있어서 앱시식산은 중요한 것으로 나타났다. 공변세포는 전체 앱시식산 생합성 경로를 가지고 있으며, 앱시식산에 의한 포지티브 피드백에 의해서 상승 조절되는 것으로 나타났다. 야생형 애기장대(Arabidopsis)와 앱시식산이 결핍된 돌연변이체 aba3-1을 감소된 상대습도에 노출시키면, aba3-1 돌연변이체는 시들은 반면에, 야생형은 그대로 있었다. 그러나 공변세포에서 앱시식산 합성이 특별히 구조된(파괴되지 않은) aba3-1 식물을 건조공기에 놓아두었을 때, 그들은 시들지 않았다. 이러한 데이터는 공변세포-자율 앱시식산 합성(guard cell-autonomous ABA synthesis)은 필요한 것이고, 저습도에 반응하여 기공을 폐쇄하는 것으로 나타났다. 공변세포–자율 앱시식산 합성은 식물이 주변 환경 조건에 적합하도록 잎의 가스교환을 정교하게 조절하는 것이다.
연구팀은 건조한 공기에 노출되었을 때 유전자 발현이 변화되는 588개의 유전자들을 발견했다. 그 중에서 ”131개는 공변세포에 풍부한 유전자 부류에 속한다”고 그들은 말했다. 하지만 그것이 모두가 아니다: ”공변세포에서 발현된 유전자 풀 내에는 1550개 유전자가 앱시식산에 민감한 것으로 나타났고, 1080개는 상승 조절하고, 470개는 하향 조절하는 것으로 나타났다.” 앱시식산 유도 유전자들 그룹 내에서, 그들은 습기에 반응하는 후보 유전자들을 발견했다.
그들의 관찰 가운데 ”가장 놀라운 모습 중 하나는” 공변세포가 앱시식산을 합성하는데 필요한 모든 유전자들을 가지고 있다는 것이었다. 그것은 보이는 것처럼 쉬운 것이 아니다. 그림 2A에서, 그들은 베타-카로틴(Beta-carotene)에서 앱시식산에 도달되는 데에 필요한 8개의 중간 단계를 나열했다. 처음 5단계는 공변세포의 색소체(plastids)에서 일어나고, 나머지 3단계는 시토졸(cytosol, 세포질의 액상 부분)에서 일어난다.
우리의 결과는 공변세포가 앱시식산 생합성 유전자의 전체 레퍼토리를 발현하고 있으며, 앱시식산에 노출된 이후에는 그들의 사본(transcripts)이 대량 증가함을 가리키고 있다. 후자의 결과는 포지티브 피드백 고리(positive feedback loop)의 존재를 시사한다.
더욱이 그들은 앱시식산이 기공폐쇄에 필수적임을 발견했다. 그것 없이는 잎이 시들었다. 그 잎은 앱시식산 발현 유전자를 켬으로써 회복될 수 있었다. 그들의 최종 고찰에서 그들이 이러한 정교한 시스템을 설명하는데 얼마나 흥분되었는지를 느낄 수 있다:
대기의 습도 변화에 기공이 어떻게 반응하는가에 대한 이해는 그 현상이 프랜시스 다윈에 의해 처음 설명된 이래, 주요한 도전이 되어왔다. 우리의 연구와 오카모토(Okamoto) 등의 자료는 상대습도의 감소와 증가에 대한 기공의 반응에서 앱시식산의 중요한 역할을 보여주었다. 우리 역시 기공이 세포-자율 방식(cell-autonomous way)으로 습도의 감소에 반응할 수 있음을 보여주었다. 그리고 이것은 매우 국소적인 앱시식산 생산을 통해 조정되고 있었다.....
공변세포-자율 앱시식산 합성은 개개의 기공이 잎의 함수 변화에 반응하도록 할 뿐만아니라, 대기습도의 변화와 하나의 신호로써 앱시식산을 사용하는 다른 스트레스들에 반응하도록 해준다. 이것은 결국 그 식물이 고도로 국소적인 환경에서 잎의 가스교환을 정교하게 조절하는 가능성을 제시하는 것이다. 더욱이 우리의 유전자전사 데이터는 앱시식산 생산에 대한 포지티브 앱시식산-조절 피드백을 암시하기 때문에, 가스교환에 대한 고도 국소적 수준에서의 빈틈없이 조절된 자가-조절 가능성이 명백하다. 우리의 데이터는 식물이 그들의 환경에서 어떻게 광합성과 수분손실을 결합하는지에 대한 전반적인 이해에 있어서 새로운 복잡성을 더해주고 있다.
저자들은 이러한 '새로운 수준의 복잡성'이 어떻게 자연선택에 의해 발생했는지 어떠한 언급도 하지 않고 있었다.
* 식물 호르몬인 앱시식산은 또한 '(2Z,4E)-5-[(1S)-1-hydroxy-2,6,6-trimethyl-4-oxocyclohex-2-en-1-yl]-3-methylpenta-2,4-dienoic acid.” 로 알려져 있다. 그것은 15개의 탄소와 3개의 고리를 가지고 있다. 그것의 구조식은 C15H20O4이다. 위키백과에 의하면, ”앱시식산의 C15 중추는 MEP에서 C40 carotenoids의 절단 후에 형성된다. 제아잔틴(Zeaxanthin)은 첫 번째로 관계된 앱시식산 전구체이다; violaxanthin을 통해 효소 촉매된 일련의 epoxidations 및 isomerizations, 그리고 dioxygenation 반응에 의해 C40 카로티노이드의 최종 절단은 말초 앱시식산 전구체, xanthoxin을 만든다. 그 다음 더 산화되어 앱시식산이 된다”. 앱시식산은 식물 전체에서 생산되며, 종자의 성숙, 과일 숙성, 잎의 탈리, 광합성률, 그리고 염(salt) 스트레스에 관련이 있다. 이것은 목부 도관으로 식물 전체로 빠르게 이동할 수 있다.
놀라운 발견이다. 독일 연구팀이 좋은 연구를 했다. 당신이 알기를 원한다면, 여기에 공변세포가 앱시식산을 만들기 위해 따라야만 하는 비법이 있다(이것들은 순서대로 합성되어야만 한다). 우선 색소체에서 1)beta-carotene, 2)zeazanthin, 3)antheraxanthin, 4) violaxanthin, 5)neoxanthin, 6)9-cis violaxanthin. 다음에는 시토졸에서 7)xanthoxin, 8)abscisic aldehyde, 마지막으로 9)앱시식산((abscisic acid)이 만들어진다. 이러한 과정이 적어도 29개의 유전자들이 관여하는 ”앱시식산 생합성 경로” 인 것이다. 목적도 없고 방향도 없는 무작위적인 돌연변이들이 이러한 고도로 정교하고 복잡한 생합성 과정을 만들어낼 수 있었을까?
만약 프랜시스 다윈이 좀 더 일찍 이것을 알았더라면, 찰스 다윈에게 이렇게 말했을지도 모른다. ”아버지, 우리에게 문제가 있는 것 같습니다. 자연선택은 공변세포를 만들어낼 수 없을 것 같습니다. 그것은 우리가 생각했던 것보다 아주 훨씬 더 복잡합니다. 아마도 진화계통나무(phylogenetic tree)나 잎을 배열하는 일은 그만두어야만 할 것 같습니다”.
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2013/01/leaf-guards-in-the-chem-lab/
출처 - CEH, 2013. 1. 7.
예기치 않은 숲 도우미 : 겨우살이
(An Unexpected Forest Helper : Mistletoe)
David F. Coppedge
오랫동안 나무를 죽이는 독이라고 생각해왔던 기생식물 겨우살이(mistletoe)가 산림생태계에 해를 주기보다는 훨씬 더 좋은 일을 하고 있는 것으로 밝혀지고 있다.
웨일즈의 찰스 스터트 대학(Charles Sturt University) 연구자인 데이비드 왓슨(David Watson)은 수년 동안 겨울살이를 연구해오고 있다. New Scientist (2012. 12. 18) 지에서 스테파니 페인(Stephanie Pain)은 ”놀라운 겨우살이 : 숲에 생명의 키스를 한다”고 적었다. 여기에 왓슨의 연구에서 얻은 결론을 소개한다 :
”겨우살이는 건강하고 풍부한 숲을 이루는 열쇠이다. 그들은 숲의 바닥으로부터 덮개에 이르기까지 다양성을 이끄는 엔진이다”.
겨우살이는 숙주나무(host tree)에서 물을 얻는다. 그러나 광합성을 통하여 그 자신의 탄수화물을 제조할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 겨우살이는 ”반기생 생물”(hemiparastic)이라 불려진다. 왓슨은 겨울살이가 나무를 거의 죽이지 않는다는 사실을 발견했다. 가장 흥미로운 것은 겨우살이가 숲에 제공하고 있는 혜택들이다 :
언제나 물을 확보하고 있는 상록의 겨우살이는 숲의 많은 거주생물에게 영양분 많은 잎사귀, 설탕 넥타, 쥬스, 지방이 풍부한 열매 등을 제공하는 연중 유용한 식량자원이다. 울밀한 군생을 이루며 튼튼한 줄기로 얽혀있어 작은 새들의 비밀 은신처와, 큰 새들이 집을 지을 수 있는 견고한 토대 및 멋진 휴식 공간을 제공한다.
왓슨은 호주의 유칼리나무 숲의 한 구획에서 모든 겨우살이를 제거하는 실험을 통해 이러한 혜택이 있음을 증명했다. 새들과 나무에 기어오르는 동물뿐만 아니라, 심지어 숲 바닥(forest floor)에 이르기까지, 겨우살이를 제거한 숲에서 생물 다양성은 극적으로 감소했다. 그것은 바로 신선한 잎이 땅에 떨어질 때 영양가 있는 식량급원을 제공하기 때문이다. 겨우살이의 잎을 사람이 다량으로 섭취했을 때 독성을 나타내지만, ”이 잎들은 특별한 음식덩어리”라고 왓슨은 말했다. 겨우살이가 없는 토양에서 유익한 박테리아, 곤충, 무척추동물들은 빈곤에 빠진다. 겨우살이가 없는 나무는 새의 둥지나 은신처로서의 좋은 장소가 될 수 없다.
겨우살이는 단일 종이 아니라 여러 종이 있다 : ”이들 식물은 공통된 조상의 연결 고리를 가지고 있지 않다. 왜냐하면 겨우살이는 생활양식에 따라 서로 다른 식물 집단에서 최소 5회 이상 진화되어 왔기 때문이다.” 겨우살이는 약 1,300여 종이 있다. 그들은 남극을 제외한 모든 대륙에 살고 있다. 어떤 생태학자는 겨우살이를 ”식물 종들 중에서 중추 종(keystone species)이며, 식물 집단에 대해 어울리지 않게 깊은 영향을 끼치는 생물체”(위키 백과사전)로 간주하고 있다.
스테파니 페인(Stephanie Pain)은 겨우살이 덤불에서 동면을 하는 고슴도치와 다람쥐를 포함한 겨우살이를 이용하는 동물들을 나열하고 있었다. 벌새(hummingbirds)와 매(hawks)를 포함하여 각종 크기의 새들은 겨우살이의 영양가 있는 잎과 열매로부터 도움을 받는다. 심지어 고릴라와 코뿔소도 겨우살이를 먹는다.
어떤 겨우살이 종의 씨앗은 새들에 의해서 전파된다. 그들은 새의 소화관에서 살아남을 수 있다. 그리고 씨 주변에는 접착제가 코팅되어 있어서 작은 가지에 들러붙는다. 다른 종들 중에서 특히 Arceuthobium 속의 것들은 가지에서 가지로 마치 로켓처럼 씨를 발사시킬 수 있다. 그 열매 주머니(pods)는 그것이 성숙해서 주머니가 터질 때까지 정수압을 유지한 다음, 끈적끈적한 씨앗을 88km/h의 속도로 15m 밖으로 날려 보낸다.
자연에 있는 것들은 언제나 외견상 보이는 것뿐만 아니라, 좀 더 자세히 관찰하면 할수록 놀라운 것들로 가득 차 있음을 당신은 알 수 있을 것이다. 대부분 사람들은 겨우살이를 단지 키스를 훔치기 위한 식물로만 생각한다. 이것은 시작에 불과한 것이고, 훨씬 더 많은 이야기들이 있다. 당신의 친구들에게 식물의 경이로움을 이야기해주라.
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/12/an-unexpected-forest-helper-mistletoe/
출처 - CEH, 2012. 12. 31.
벌레잡이 식물인 파리지옥은 여전히 신비이다.
(Venus Flytrap Still Mystifies, Inspires)
David F. Coppedge
벌레잡이 식물인 파리지옥(Venus flytrap)은 세상에서 가장 흥미로운 식물 중 하나이다. 무엇이 그것을 0.1초 만에 닫히도록 만드는 것일까? 근육이나 전선, 혹은 배터리 없이도, 우리가 이러한 작동을 모방할 수 있을까?
미국 물리학회의 유체역학(Fluid Dynamics) 분과에서 배포한 보도자료는 그 질문에 대해 다음과 같이 전하고 있었다 :
육식 식물인 파리지옥은 근육은 없지만, 단 0.1초 만에 곤충을 잡기위해 유체역학적으로 잎을 접어 낚아챈다. 이러한 놀랍도록 빠른 식물의 운동은 오랫동안 생물학자들을 매료시켜왔다. 상업적으로 이러한 파리지옥 잎의 낚아채기 메커니즘을 이해함으로, 미래의 언젠가는 명령 시에 방출되는 코팅, 접착제, 전기회로, 광학렌즈, 약물 전달 등의 제품을 개량하는데 도움이 될 수 있을 것이다.
Science Daily 지와 Live Science 지는 어떻게 식물 조직이 그토록 빠르게 반응할 수 있는지를 연구하고 있는 프랑스 팀의 연구 결과를 보도했다. 한 가지(물이 세포 내부로부터 외부로 이동한다는) 이론은 배제되게 되었다. 매튜 콜롬바니(Mathieu Colombani)가 이끄는 연구팀은 세포의 유체 압력을 측정함으로써(이것은 복잡한 실험이다), 물의 이동은 너무 느려서 파리지옥의 빠른 동작을 설명할 수 없음을 발견했다. 그들은 2012년 11월 18일 샌디에이고(San Diego)의 APU 모임에서 그 결과를 발표했다.
Live Science 지는 파리지옥을 ”세상에서 가장 경이로운 식물 중 하나”로 불렀던 찰스 다윈의 말을 인용하고 있었다. 파리지옥은 노스캐롤라이나 해안의 소택지에서 자라고 있는데, 그곳은 토양의 양분이 희박하다. 따라서 덫에 걸린 곤충들이 질소의 일부를 제공하고 있다. 악명 높은 이 식물의 명성에도 불구하고, 덫의 폐쇄 메커니즘은 그것이 발견된 이후 250년이나 미스터리로 남아있다. 콜롬바니 팀은 처음으로 세포 수준에서의 메커니즘을 시험했다. ”연구자들은 또 다른 인기 있는 설명을 실험 중에 있는데, 그것은 식물 세포벽의 탄력성(elasticity) 변화로, 잎이 불안정하게 되고 급격히 움직이는 원인이 된다”고 Live Science 지는 말했다. ”그 놀라운 식물의 빠른 닫힘을 일으키는 배후 메커니즘이 무엇이든지 간에, 그것은 의학 혹은 다른 분야에 잠재적인 응용성을 가지고 있다”고 콜롬바니는 말했다.
아이들에게 가르칠 수 있는 기회 : 부모와 아이들은 파리지옥에 매료되어 있다. 당신은 지역의 화훼단지에서 이 작은 식물을 살 수 있을 것이다. 가족을 위해 집에서 작은 파리지옥을 키워보라. 그리고 애완동물과 마찬가지로, 어떻게 먹이를 주고 보살펴야하는지를 아이들에게 가르쳐보라. 그 덫이 계속해서 낚아채기를 원하는 만큼, 아이들은 그 섬세한 식물을 보호하고 부드럽게 다룰 필요가 있음을 빠르게 배울 것이다. 바로 여기에 과학자의 눈으로 쉽게 관찰하고 실험할 수 있는 무엇인가가 있다고 그들에게 말해주라. 그러나 과학은 250년을 노력한 후에도 그것이 얼마나 우아하고 효과적으로 작동되는 지에 대해서 설명할 수 없음을 말해주라. 이 덫의 경이로운 설계에 초점을 맞추어 설명해주라. 그리고 이것을 응용하면 배터리 없이도 작동되는 멋진 장난감이나 물건을 만들 수 있음을 설명해주라. 어린이들은 과학에서 해결해야하는 매력적인 질문들이 여전히 많이 남아있다는 것을 알 필요가 있다. 그리고 이러한 수수께끼를 해결하는 것이 더 나은 세상을 만들 것이다. 과학은 추론이나 추측이 아닌, 실험적 증거로 설명할 필요가 있음을 보여주라. 어릴 때 자연의 경이로움에 호기심을 가지고 연구를 시작했던 패러데이, 주울, 그리고 다른 위대한 창조과학자들처럼, 과학은 모든 사람을 위한 것이다.
*관련기사 : 벌레는 껌? 생쥐 잡아먹는 육식식물 - 동영상 (2012. 4. 4. 경향신문)
http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201204041527151&code=970100
2.5m 육식 식물 '새까지 집어삼킨 육식 충격' - 동영상 (2011. 12. 31. 뉴스한국)
http://www.newshankuk.com/news/content.asp?fs=1&ss=7&news_idx=201112312143071316
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/11/venus-flytrap-still-mystifies-inspires/
출처 - CEH, 2012. 11. 21.
식물의 경이로움이 계속해서 밝혀지고 있다.
: 식물의 명령, 통제, 정보, 통신, 오염 조절 기능들
(Olympic Plants Perform in Place)
David F. Coppedge
식물들은 땅에 뿌리를 내리고 있지만, 그들 자신의 올림픽 조직위원회를 운영하고 있었다.
명령 및 통제 센터 : 어떤 큰 조직을 운영하려면 명령과 통제가 필요하다. 식물은 한 두 가지 그러한 시스템을 가지고 있는데, 하나는 호르몬의 작용이다. 명령과 통제 센터는 응급상황에 대응하기 위해 필요하다. 식물 역시 그것을 수행할 수 있다. 식물이 이러한 기능을 얼마나 잘 수행하는지 알아보기 위해서는, PhysOrg (2012. 7. 22) 지에 게재된 ”밝혀지고 있는 식물 호르몬의 명령 시스템”을 읽어보라. 그 논문은 카네기 연구소의 왕(Zhiyong Wang)의 말로 이렇게 끝나고 있었다 :
”이 명령 시스템은 다양한 입력 신호들을 수용할 뿐만 아니라, 여러 가지들로 출력 신호들을 내보낸다. 왜냐하면 각 구성요소가 공유된 목표에 대하여 상호의존적으로 작용할 뿐만 아니라, 고유의 목표 유전자 세트에 대해 독립적으로 작용하고 있기 때문이다”. ”이러한 복잡한 네트워크는 여러 개의 층들을 포함하고 있고, 식물의 주요한 생장과 발달 과정을 조절한다. 우리는 이러한 네트워크가 고생산성 작물을 개량하기 위한 주요 타켓이 될 것이라고 믿는다” 라고 왕은 말했다.
정보 센터 : 다음과 같은 흥미로운 제목의 또 다른 논문이 PhysOrg (2012. 7. 30) 지에 게재됐다 : ”식물은 보고, 느끼고, 맛을 볼 수 있다고, 텔아비브 대학의 연구원들은 말한다”. 첫 번째 문단은 놀라움을 더하고 있었다 :
과학자들에 의해서, 인간과 다른 생물 간의 놀라운 생물학적 연결성이 점점 더 많이 밝혀지고 있는 중이다. 이제 텔아비브 대학의 연구자들은 이전에 이해했던 것보다 식물과 인간의 생물학이 훨씬 더 가깝다는 것을 밝혀내고 있다. 그리고 이와 유사한 연구는 다른 '동물'의 행동은 물론 암과 같은 질병의 생물학적 기초를 밝힐 수 있다는 것이다.
이스라엘 텔 아비브 대학의 식물학자인 다니엘 샤모비츠(Daniel Chamovitz) 교수의 새로운 책 ‘식물이 알고 있는 것(What a Plant Knows)’은 ”과학자들로 하여금 그들이 생물학에 관하여 알고 있는 것을 다시 생각하게 만들었다”고 그 논문은 말하고 있었다. ”궁극적으로 우리의 유전적 구성이 식물과 많은 점에서 공유되어 있다면, 인간으로서 우리를 특징짓는 것이 무엇인지를 다시 생각해야만 한다”고 그는 말했다. ”우리는 빛에 대한 인간의 일주기성 생체 리듬이 식물의 그것과 유사하게 반응하는 것과 같은 사실에 주목했다. 식물은 하나의 행동 신호로써 빛을 이용함으로써, 필요한 양분을 모으는 때와, 잎을 내는 시기를 알고 있다”. 그들은 또한 '냄새'를 맡고, '기억'을 할 수 있다는 것이다.
그리고 그것만으로 식물의 '감각'이 제한되는 것이 아니다. 또한 식물은 느끼고, 맛을 보는 능력을 가지고 있을 뿐만 아니라, 냄새를 발산한다. 익은 과일은 대기 중으로 '숙성 페로몬(ripening pheromone)'을 발산하는데, 이것은 덜 익은 과일에 의해 탐지되어 그들을 따르도록 신호하는 것이다. 또한 식물은 정보를 암호화하고, 저장하고, 회수할 수 있기 때문에, 다른 형태이긴 하지만 어느 정도 '기억”할 수 있는 것이다.
더욱 흥미로운 것은, 사람의 유방암과 낭포성 섬유증과 관련된 동일한 유전자의 일부를 식물이 가지고 있다는 것이다. ”식물은 이러한 질병으로 몸져눕지는 않을지 모르지만, 생물학적 기초는 동일하다고 샤모비츠 교수는 말했다”. 이 놀라운 사실은 진화론과 조화되기 매우 어렵다. 왜냐하면, 진화론에 의하면 식물과 인간의 공통조상은 미생물 시기로까지 아득하게 내려가기 때문이다.
첼시 엘러(Chelsie Eller)는 샤모비츠의 책에 대한 리뷰 글을 Science 지에 게재했다(20 July 2012: Vol. 337 no. 6092 pp. 295–296, DOI: 10.1126/science.1224876). ”그는 어떤 논쟁적인 주장을 하지는 않았지만, 우리가 알아야 될 것이 무엇인지를 다시 생각하게 만들었다”고 그녀는 결론짓고 있었다. 만약 식물이 보고, 냄새 맡고, 느끼고, 어디에 있는지를 알고, 기억할 수 있다면, 아마도 식물은 어떤 종류의 지성(intelligence)을 소유하고 있는 것이다. 과거에 당신이 무심코 지나쳤던 식물에 대해서, 다음에는 곰곰이 생각해 보는 것도 가치 있을 것이다.
통신 센터 : 들판의 야생화들이 동시에 꽃을 피우는 광경은 아름다운 것이지만, 몇 가지 질문이 생겨나게 만든다. 어떻게 야생화들은 꽃을 피우는 시기를 알고 있는 것일까? PhysOrg (2012. 7. 30) 지는 바로 그러한 질문을 연구하는 캐롤린 딘(Carolyn Dean) 교수에 대해 보도했다. 짧은 대답은 식물의 개화 유전자들은 억제제(repressors)를 가지고 있고, 이 억제제는 환경적 요소들에 의해서 제거될 때까지 꽃의 개화를 막고 있다는 것이다. ”이 기억이 작동되는 방식은 매우 잘 보존되어 있고, 그것은 인간을 포함한 많은 생물에서 작동되는 방식과 유사하게 작동된다”는 것이다.
환경 책임 : 식물은 확실히 '녹색' 에너지 사용과 오염을 조절하는 역할을 한다. 그러나 이제는 ”녹색식물이 이전에 생각했던 것보다 8배나 더 많이 도시의 거리 오염을 감소시킨다”고 미국화학회(American Chemical Society)가 말했다. 도시 설계자들은 오염제거를 위해 '도심의 골짜기'에 더 많은 담쟁이, 산울타리(hedges), 식물들을 포함시키는 것이 좋을 것이라고 PhysOrg (2012. 7. 18) 지는 보도하고 있었다.
늘 그랬던 것처럼, 이들 논문에서 진화라는 말을 거의 또는 전혀 사용되지 않고 있었다. 왜냐하면 이러한 발견들 중 어느 것도 진화론에 도움이 될 만한 것이 없었기 때문이다. 그들은 진화론에 반대되는, 즉 어떤 미생물 같은 아득히 먼 공통 조상에서 설명할 수 없는 복잡성이 나타났다는 것을 보여주고 있었으며, 암호화, 정보의 저장, 정보의 회수 등과 같은 지적설계의 명확한 증거를 보여주고 있었다. 우리의 경험으로부터 내릴 수 있는 자연스러운 추론은, 복잡성의 공통된 특징은 일반적으로 설계(design)를 의미한다는 것이다. 이러한 증거들에 대한 논리적인 결론은 분명하다. 그러면 당신은 틀림없이 당신의 주변에 있는 식물들을 더 즐길 수 있을 것이다.
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/07/olympic-plants-perform-in-place/
출처 - CEH, 2012. 7. 30.
식물의 배 발달은 창조를 지지한다.
(Plant Embryo Development Supports Creation)
by Jeffrey P. Tomkins Ph.D.
Nature 지에 발표된 최근의 한 논문은 식물 발달에 있어 창조주의 독특한 형태의 경이로움을 보여주고 있었다[1]. 이 연구는 한 쌍의 단백질 암호 유전자가 어떻게 배형성(embryogenesis) 과정(식물의 배 혹은 종자를 만들어가는 과정)에서 켜지고 꺼지는 지를 분명하게 보여주었다. 그 유전자는 특정 종류의 생물체에 독특한 것으로, 유전자 발현의 정교하게 설계된 진행을 따르고 있었고, 이것은 진화론적 추정을 완전히 거부하는 것이었다.
진화론자들은 다양한 형태의 생물체에 들어있는 유사한 DNA 염기서열의 유전자들을 '고도로 보존된' 것으로 부르며, 그것을 고대의 것(먼 조상 생물)에서 유래된 것으로 생각하고 있다. 그러나 지적설계 측면에서, 다양한 생물에 걸쳐 들어있는 유사한 유전자들은 공통의 핵심 생화학적 기능을 하는 기본적 설계 단위의 역할을 하는 것으로 보고 있다.
더욱이 진화론자들은 생물체간에 서로 매우 다른 유전자들을 '고도로 진화된' 혹은 '최근에 파생된' 것으로 여기고 있다. 창조 모델에서는, 이러한 유전자들은 하나님이 각기 창조된 종류들에 특성을 부여하시기 위해서 선택한 독특한 유전자들로 생각하고 있다.
이 연구를 위해, 유전학자들은 연구용으로 널리 사용되고 있는 작은 겨자씨 같은 식물로 실험을 했다[2]. 그들은 단백질 암호 유전자들을 '고대의(ancient)' 그리고 '최근의(recent)' (다른 말로 '기본적' 그리고 '독특한') 두 부류로 조사를 했다. 그리고 식물의 배 발달의 서로 다른 단계에 걸쳐서 그들의 유전자 발현을 추적했다.
전통적인 진화론적 시나리오에 의하면, 배 발달 초기에는 '고대의 유전자들'이 많고, 그 다음에 진화적으로 발전된 '최근의' 유전자들이 나타날 것이 일반적으로 예상된다. 그러나 이 연구에서는, '고대의' 유전자들이 배 발달 단계에 걸쳐서 상당히 꾸준하게 발현되는 것으로 나타났다.
한편, '최근의' 유전자들은 배 발달 초기에, 즉 배가 가장 오래된 진화적 초기를 나타내는 시기에 폭발적으로 발현됨을 보여주었다. 그리고 이들 유전자들은 배 발달의 중간으로 가면서 감소했고, 끝으로 가면서 다시 한번 크게 증가됨을 보여주었다. 이 연구 결과가 보여주는, '최근의(독특한)' 유전자들, 특히 각 발달 단계에서 특별히 정교한 유전자들은 창조모델을 강력하게 지지하고 있는 것이다.
제브라피시(zebrafish) 및 초파리(fruit flies)에 대한 이전 연구에서도 이와 동일한 배 발달 형태가 관찰됐었다[2]. 물론 식물은 씨앗이 발아된 이후, 다른 발달 단계들을 계속 진행하며 자라간다.
이러한 독특한 발견은 진화적 기원을 반박하고, 창조적 기원을 강력하게 지지하는 것이다. 식물과 동물들은 마치 종류대로 독특한 유전자 청사진에 따라 발달되도록 창조된 것처럼, 정확한 양과 정확한 시기에 작동되는 정확한 유전자들로 배치되어 있는 것이다.
References
1. Quint, M. et al. 2012. A transcriptomic hourglass in plant embryogenesis. Nature. 490 (7418): 98-101.
2. Kalinka, T. et al. 2010. Gene expression divergence recapitulates the developmental hourglass model. Nature. 468 (7325): 811-814.
* Dr. Tomkins is Research Associate at the Institute for Creation Research and received his Ph.D. in Genetics from Clemson University.
번역 - 문흥규
링크 - http://www.icr.org/article/7085/
출처 - ICR News, 2012. 10. 19.
자연이 38억 년 동안 연구개발을 했는가?
: 생체모방공학의 계속되는 성공 - 해바라기, 규조류, 식물 의약품...
(Nature : 3.8 Billion Years of R&D)
David F. Coppedge
과학자들은 자연에서 생체모방공학의 금맥을 계속 캐내고 있지만, 여전히 모든 것을 장구한 시간과 진화의 탓으로만 돌리고 있었다.
여기 식물에 관한 세 가지 새로운 생체모방공학 소식이 있다 :
태양광 수집 모델로서의 해바라기 : PhysOrg(2012. 8. 16)의 짧은 비디오는 다시 한번 자연이 문제에 대한 적절한 해결책을 제공하고 있음을 보여주고 있다. 태양광 수집 장치에서 문제는 거대한 거울을 그늘을 최소화하며 배치하는 것이었다. 해바라기(Sunflowers) 꽃 중앙부의 회전식 배열은 피보나치 수열(Fibonacci series)을 따르고 있는데, 그러한 정렬은 최소의 공간에서 (거울로 인한) 그늘을 최소화하면서 최대로 빛을 수집할 수 있는 밀집 구조임이 밝혀졌다. 그 비디오에서는 태양광 수집 장치가 모방하기 어려운 또 다른 해바라기의 속성에 대해서는 언급하지 않고 있었다 : 해바라기는 태양을 향해 따라간다. 그 장치는 줄기에 존재하고 있다.
막대한 식량 자원, 규조류 : 우리는 거의 상상할 수 없을 만큼의 풍부한 자원에 둘러싸여 있다. 그것은 규조류(Diatoms)라 부르는 유리 집에 사는 물속 미생물이다. PhysOrg(2012. 9. 17) 지는 ”고대의 규조류를 이용해서 생물연료(biofuels), 전자기기, 건강식품을 동시에 만들어낼 수 있다”고 적고 있었다. 오레곤 주립대학의 연구자들은 특별 주문에 의한 맞춤형 제품을 만들어내는 극미세한 나노공장을 얻기 위해서 ”광합성적 생물 정제소(photosynthetic biorefinery)”를 만들고 있다고 논문은 말하고 있었다. 규조류에 물과 약간의 미네랄, 그리고 햇빛을 비춰주면, 그들은 적당하고 친환경적인 산물들, 즉 생물연료, 생물의약품, 심지어 반도체까지도 계속 만들어낼 수 있다는 것이다. ”이 모든 것의 열쇠는 규조류 자체이며, 규조류는 1억년 전 이상의 화석기록에서 발견되고 있는 자연적 나노공학 공장이다!”
식물에서 얻어진 의약품 : 식물은 신호, 방어, 공생 등을 위해서 많은 방향성 화합물(aromatic compounds)들을 만들어낸다. Scripps 지에서 이제 과학자들은 ”중요하지만 불명료한 생화학적 현상”을 모방하면서, 실험실에서는 합성이 어려운 화합물인 테르펜(terpenes)을 식물이 어떻게 일상적으로 만들어내고 있는지를 알아보기 위해 ”자연의 안내를 따르고 있다”고 말했다. 이것은 항암제인 택솔(taxol)과 같은 의약품을 더 빠르고 값싸게 제조할 수 있도록 해줄 것이다. Science Daily(2012. 9. 23) 지는 선임연구자의 말을 인용했는데, 그는 ”이것은 정말로 흥분되는 일입니다. 왜냐하면 이제 우리는 이전까지 실험실에서 결코 만든 적이 없었던 분자들을 합성할 수 있게 되었고, 자연의 방법을 관찰하여 처음으로 만들어낸 것이기 때문입니다”라고 말했다.
각광받고 있는 생체모방기술
정말로 흥분되는 생체모방공학(biomimetics)에 관한 한 기사가 PhysOrg(2012. 9. 26) 지에 실렸다. ”생체모방기술(biomimicry): 자연 모방 과학으로 식량을 확보하며, 공학적 충격을 감소시킨다”라는 제목을 달고 있었다. 이것은 문명세계의 많은 문제들은 자원의 부족 때문이 아니라, 노하우(know-how)의 부족 때문임을 의미하는 것이다. 그러한 노하우는 우리 주변의 식물과 동물에 풍부하게 존재한다. 기사에서는 고래, 나비, 곰팡이의 세 가지를 예로 들고 있었는데, 그들을 모방해 더 효율적인 기계, 더 생산적인 식량 작물, 더 좋은 의료기기... 등 훨씬 더 많은 것들을 이끌어낼 수 있다는 것이다.
EPA(미국 환경보호국)도 인정하고 있는 생체모방공학 교수인 마리 자노빅(Marie Zanowick)은 Boulder Weekly 지에서, ”생체모방기술은 어떻게 자연이 그러한 기능을 수행하는 가를 찾는 일”이라며, ”그것은 이 지구에서 자연의 우수한 전략과 가장 우수한 설계원리를 모방하는 것”이라고 말했다.
‘설계원리(design principles)’는 인간이 개발할 때처럼, 수많은 노력이 들어간 연구개발(R&D)을 필요로 한다. 그것은 자연에서도 마찬가지라고 그 기사는 말했다. ”적응하기 위해서, 효율적 자원이 되기 위해서, 통합적 성장 발달을 위해서, 친환경적이며 환경에 반응하기 위해서, 생물들은 R&D를 습득해왔다. 그것은 38억 년의 연구개발에 기반을 두고 있으며, 생명 원리를 따른 생물들만 생존했던 것이다.”
신다윈니즘은 확실하게, 완전히, 전적으로 연구개발(R&D)을 할 수 없다. 진화론자들에게 언제까지 이 말을 되풀이 해주어야 하는 것일까? 진화(Evolution)는 뇌도 없고, 생각도 없고, 목적도 없고, 통찰력도 없고, 방향성도 없는 것이다. 그러므로 ‘설계원리’를 내놓을 수 없다. 수십억 년이 주어진다 하더라도 자연은 연구개발을 할 수 없다. 돌연변이들은 상황을 악화시킬 뿐이다.
생체모방공학에서 마지막으로 남아있는 진화라는 불순물들을 제거하여 정화시킨다면, 과학의 기초가 되는 '지적설계(intelligent design)”의 토대 위에 과학의 황금시대가 도래할 수 있을 것이다.
*참조 : 생체모방공학
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/10/nature-3-8-billion-years-of-rd/
출처 - CEH, 2012. 10. 2.
규조류 진화의 미스터리
(Diatom Evolution a Mystery)
David F. Coppedge
한 과학부 기자는, 규조류(diatoms)의 기원과 복잡한 설계는 주요한 미스터리임에도 불구하고, 그것이 진화되었다고 확신하고 있었다.
옥스퍼드 대학의 과학부 기자인 마이클 그로스(Michael Gross)는 Current Biology 지에서, ”규조류의 미스터리”로 불리는 이야기를 쓰고 있었다(Current Biology, Volume 22, Issue 15, R581-R585, 7 August 2012). 그로스는 규조류가 매우 성공적이고, 다양하며, 탄소순환에서도 매우 중요하고, 보기에 아름답다는 것을 알고 있었다. 그러나 과학부 기자는 여전히 그것에 관하여 알려진 것이 거의 없다고 말하고 있었다. 주요한 미스터리중 하나는 그것의 진화에 관한 것이었다 :
규조류는 레이스가 달린 복잡한 실리카로 만들어진 세포벽속에 간직된 단세포 조류(single-celled algae)이다. 진화적 기원에서부터 형태 발생(morphogenesis)과 생식(reproduction)에 이르기까지 규조류는 전체가 미스터리로서 연구자들을 매료시켜왔다. 규조류는 진화적으로 늦게 비정상적인 입문을 통해서 식물세계로 들어왔다. 연구자들은 규조류를 2차 내부공생체(endosymbionts)로 믿고 있다. 이것은 그들의 전구체는 다른 진핵세포를 흡입한 하나의 진핵세포를 의미하는 것이다. 그 결과 규조류의 엽록체 주변에 약탈 행위로 얻은 4중의 막이 생긴 것으로 믿고 있다.
규조류의 진화적 성공 이야기는 약 2억 년 전에 시작되지만, 그들은 지구 도처에 퍼져 수백의 속(genera)으로 다양화되었고, 지질학적 시간 틀로 짧은 기간 동안에 약 10만 종이 되었다. 오늘날 규조류는 물이 있는 곳이면 어디나, 대양, 민물, 심지어 토양 속에도 존재한다. 그들은 탄소와 질소의 지구 순환에 매우 중요한 역할을 해오고 있으며, 규조토를 포함하여, 대규모 실리카 퇴적물의 원인이 되고 있다.
그 기사에서, 그로스는 유리 집에서 살고 있는 이 미생물에 대하여 많은 놀라운 사실들을 기술하고 있었다 :
• ”그것들은 비광화학적 억제(non-photochemical quenching)로 알려진, 과도한 태양에너지를 소산시키는 매우 효율적인 방법을 지니고 있다”.
• ”2억 년이 안 되는 기간에, 규조류는 다양한 종으로 갈라졌으며, 그들은 사람과 물고기가 다른 것처럼 유전적으로 서로 다를 수 있다”.
• 찰스 보울러(Chris Bowler)는 ”우리는 규조류를 ‘식동물(plantimals)'로 부르기를 원하지만, 이것들은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 복잡하다”고 말했다.
• 예로서, 동물과 마찬가지로 규조류는 완전한 요소 회로(urea cycle)를 가지고 있으며... 그 회로는 규조류가 오랜 기간의 질소 제한 후에도 빠르게 회복할 수 있도록 해준다.
• ”규조류는 지화학적 순환과 우리의 기후에 막대한 영향을 끼쳤다”.
• ”규조류는 세계의 모든 열대우림이 할 수 있는 것보다 더 많은 양의 이산화탄소를 고정한다...”
• 복잡한 나노 스케일의 패턴을 지닌 규산질 세포막(silica frustules)은 나노공학자들의 부러움을 살 수 있다. 자연은 상온과 적절한 조건하에서 그러한 구조를 만들 수 있으며, 그것은 우리의 기술로는 아직 도달할 수 없는 놀라운 성취이다.
• ”규조류 접착제는 두 가지 면에서 관심을 끌고 있다. 예를 들면 어떤 사람들은 물속과 같은 악조건 하에서도 잘 달라붙는 접착제를 만들기 위해서 이 같은 생-접착제를 모방하기를 원한다. 다른 사람들은 배와 같은 수중 물체에 들러붙는 규조류를 억제하고 싶어한다”.
규조류는 광범위하게 퍼져있고, 현미경하에서 바로 볼 수 있는 흔한 미생물임에도 불구하고, 놀랍게도 그것에 대하여 알려진 것이 거의 없다고 그로스는 말했다. 예를 들어, 물냉이(water cress)와 대장균 같은 모델 생물에 대한 심도 있는 연구도, 과학자들이 규조류의 분자생리를 이해하는데 도움을 주지 못하고 있다는 것이다. 규조류의 복잡한 유리 패턴의 성장(형태 발생)은 이해되지 않고 있다. 그들의 기후 변화 역할은 빈약하게 알려져 있다. 그것은 과학자들이 노력하지 않았기 때문이 아니라, 규조류의 미스터리가 훨씬 다루기 어렵기 때문이다.
마이클 그로스가 깊이 확신하고 있는 것처럼 보이는 한 가지는, 규조류는 비규조류에서부터 진화되었다는 그의 믿음이었다. 이 믿음은 그의 내생공생적(endosymbiotic) 이론뿐만이 아니라, 공학자들을 당황시키는 경이로운 다른 재능들을 진화시켰던 규조류의 연속적인 능력으로 확장되고 있었다. 그는 규조류의 ”진화론적 기원”에 관한 미스터리를 간단히 언급하곤, 규조류가 어떻게 ”두껍고 밀집된 세포를 진화시켰는지, 그리고 어떻게 대양을 가로질러 퍼지게 되었는지” 등과 같은 진화적 성공이야기를 입심 좋게 말하고 있었다. 투구게(horseshoe crabs)에서 5억년 동안 정지된 진화가, 절반도 안 되는 기간 동안에 물고기와 사람만큼 커다란 차이를 가진 10만 종의 다양한 유전체들을 진화시켰다고 말하면서, 그는 조금도 당황하지 않고 있었다. 진화는 이상한 방식으로 작동되고 있다.
여기에 진화적 성공 이야기 같은 것은 전혀 없다. 생각이 없고, 목적도 없고, 목표도 없는 진화는 (Evolution News에 있는 설명을 보라) 무엇이 번성하고, 무엇이 멸종되는지에 대해서 관심을 가질 수 없다. 만약 전 세계가 멸종으로 나아간다면, '진화”(상상하는 무엇이나)는 하품 한번 하고, 진행되는 것이다. 성공이란 단어를 사용함으로써, 그로스 자신이 관심을 가지고 있는 비진화된 인간임을 노출시키고 있었다.
우리는 2007/12/19일 보도에서, 진화에 대한 대체 용어로 난센스 단어인 ‘gribbleflix’를 사용했다. 그것은 진화와 동일한 방식으로 작동된다. 즉, 그것은 아무 것도 설명하지 않고 모든 것을 설명한다. 마이첼 그로스와 그의 공모자인 Current Biology 지가 난센스 가장무도회에 어떻게 진화론을 고용했는지는 그 논평을 다시 읽어보라.
번역 - 문흥규
링크 - http://crev.info/2012/08/diatom-evolution-a-mystery/
출처 - CEH, 2012. 8. 11.
공학자들은 식물의 세포 구조를 부러워하고 있었다.
(Engineer Envies Plant Cell Structure)
by Brian Thomas, Ph.D.
으깨지기 쉬운 사과 조직이나 질기고 강한 나무줄기나, 식물은 단지 네 가지 재료를 사용하여 자신의 이러한 부분들을 '건설한다'고 연구자들은 말한다. 식물 조직의 강도를 정밀하게 측정해보면, 그 강도는 3자리 수나 차이나도록 다양함을 보여준다. 어떻게 식물은 그토록 효율적으로 다양한 강도의 재료들을 동일한 4개의 건축 블록을 사용하여 제조하는 것일까?
MIT의 공학 교수인 로르나 깁슨(Lorna Gibson)은 식물이 다양한 강도의 조직들을 만들 때 식물이 ”통제하고 조정하는” 5가지 특징을 발견했다. MIT 뉴스에 따르면, ”견고성과 강도의 커다란 차이는 식물 미세구조의 복잡한 조합에 의한 것임이 밝혀졌다”는 것이다.[1]
그녀는 자신의 리뷰 논문을 Journal of the Royal Society Interface에 발표하면서, ”사과와 감자는 간단한 조직의 예로서, 얇은 벽을 지닌 실질(parenchyma), 공학적으로 밀폐-발포체와 유사한 다면체 세포(polyhedral cells)로 되어있다”고 적었다. 단단한 목재는 실질 세포에 더하여 도관과 섬유를 가지기 때문에 복잡한 조직을 가진다고 연구자들은 생각하고 있다. ”섬유 세포는 구조적 지지를 제공하고, 6각형의 건축 지지물에서 사용되는 것과 유사한 벌집(honeycomb) 모양의 구조를 가지고 있다”[2]. (사진은 여기를 클릭).
하지만 섬유세포 또는 실질 조직을 포함하던지 간에, 식물은 모두 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로스, 펙틴을 사용하여 자신의 세포벽을 구축한다. 식물은 능숙하게 이러한 구성요소를 배열시켜 넓은 범위의 강도를 지닌 조직들을 만들어낸다. 깁슨은 ”이러한 넓은 범위의 강도는 식물 조직의 세포 구조뿐만 아니라, 세포벽의 구성, 세포벽 층의 수, 그 층 내의 셀룰로오스 섬유의 부피 비율과 배열에 의해서 이루어진다”고 적었다.[2]
MIT 뉴스에 따르면, ”깁슨은 신재료의 설계에 관심이 있는 공학자들처럼 가치 있는 자원으로서 식물 메커닉스를 바라보고 있었다. 그러나 식물이 완벽하게 조절하는 수준의 세포 구성 재료들을 연구자들은 만들 수는 없었다”는 것이다[1]. 이 초라한 식물이 자신의 건축 재료를 놀라운 방식으로 만들어내도록 한 것은 무엇인가?
깁슨은 ”식물이 그들 자신의 미세구조를 발전시켜 왔다”고 말했다. 코넬 대학의 식물 생물학자인 칼 니클라스(Karl Nicklas)는 식물은 진화했기 때문에, ”우리는 자연으로부터 무엇인가를 배울 수 있고, 그것을 응용하여 사회에 도움이 되는 패널 보드, 스티로폼, 광전지 등을 구축할 수 있었다”고 말했다[1]
그러나 인간이 만든 기술을 뛰어넘는 고도로 복잡한 건축기술과 재료가 우연한 돌연변이들로 만들어질 수 있을까? 식물 혹은 자연이 어떤 것을 설계할 수 있을까? 그리고 이에 대한 그 어떠한 증거가 있는가? 인간 공학자가 소유한 것과 같은 뇌나 손을 식물은 가지고 있지 않다.[3] 식물에게 포크(fork) 같은 단순한 것이라도 만들어보라고 위임하는 전문 엔지니어는 없을 것이다. 똑똑한 교수도 기원 과학에 대해서는 헛다리를 짚고 있는 것이다.
References
1. Chu, J. Plants exhibit a wide range of mechanical properties, engineers find. MIT news. Posted on mit.edu August 14, 1012.
2. Gibson, L.J. The hierarchical structure and mechanics of plant materials. Journal of the Royal Society Interface. Published online before print, August 8, 2012.
3. According to Scripture, God did not necessarily use brains or hands to create either. However, He has something far more effective: audible commands spoken from beyond this universe. See Psalm 33.
번역 - 문흥규
링크 - http://www.icr.org/article/6997/
출처 - ICR News, 2012. 8. 22.
나무를 만드신 하나님께 감사하라.
(Thank God for Wood)
by Brian Thomas, Ph.D.
나무는 인류에게 산소, 즐거운 풍경, 그늘은 물론 오랫동안 강한 건축 재료로 사용되었고,또한 연료를 제공해준 놀라운 생물학적 산물이다. 일부 사람들은 나무가 '단순하다'고 말하지만, 실제로 나무는 너무나 복잡해서 과학자들은 나무의 전체 구조는 말할 것도 없고, 그 기본적 부분조차도 재현할 수 없다. 어떻게 나무는 그토록 잘 만들어졌고, 그리고 어떻게 진화될 수 있었을까?
나무의 미세 구조는 서로 수소결합을 이루는 긴 미세섬유(microfibrils)들로 묶여져 있는 약 36개의 병렬 셀룰로오스(cellulose, 섬유소) 가닥들을 포함하고 있다. 유연한 단백질이 이 미세섬유들을 함께 결합시키고 있다. 각각의 미세섬유는 육각형의 환으로 배열된 효소들에 의해 제조되는데, 그 육각형 환은 더 큰 육각형 형태를 형성한다. RTCSC (Rosette Terminal Cellulose-Synthesizing Complex)로 부르는 각각의 셀룰로오스 생산 장소는, 후면에는 새로운 재료를 제공하는 효소를, 중간에는 그러한 재료를 특이적이고 중요한 화학적 배열에 따라 함께 결합시키는 효소를, 세포막에는 그 결합을 단단히 하는 단백질을, 그리고 앞부분에는 식물세포로부터 밀려나온 긴 실 같은 셀룰로오스 미세섬유를 배열하고 결정화시키는 효소를 가지고 있다.
그러나 나무는 셀룰로오스 이상으로 훨씬 더 복잡하다! 콘크리트 내부의 철근처럼, 목재 안의 셀룰로오스 케이블은 리그닌(lignin)으로 불리는 유기 폴리머, 십자형 연결 글리칸(glycans), 펙틴(pectin), 기타 단백질 및 지질 등으로 구성된 기질에 싸여 있다. 셀룰로오스, 기질 단백질들, 그리고 그것을 제조하는 효소들은 식물이 대기 중의 이산화탄소로부터 얻은 탄소로 부분적으로 구성된다. 관상 식물의 세포는 파이프 주변을 감싸고 있는 열십자 유리섬유 시트처럼, 자신 주변의 서로 다른 방향으로 여러 층의 이들 재료들을 쌓아놓는다. 수많은 그러한 미세구조들에 의해서, 나무는 부러지지 않으면서도 휠 수 있는 강력한 물질이 되어 길게 자랄 수 있는 것이다.
간단히 말해서, '단순한' 나무는 그 어디에도 없는 것이다.
진화론자들은 나무는 하늘을 향해 높이 올라가도록 진화되었다고 추정한다. 이것은 부드러운 몸체를 가진 아래에서 사는 사촌들보다 생존에 유리한 점을 가져다주었다는 것이다. 그러나 최근 Science 지에 게재된 한 논문의 저자들은, 나무는 대기 중 가스가 희박했던 시기에 더 많은 이산화탄소를 얻기 위한 반응으로 발달되었다고 제안했다[1]. 몇몇 식물들은 이산화탄소 흡수를 증가시키기에 충분한 유액의 흐름을 가속화시키는 세포 도관(pipeline)을 구축하기 위해서 나무로 "진화”했다고 그들은 제안했다.
그러나 어떤 것이 먼저인가? 목질 도관을 만드는데 필요했던 잉여 이산화탄소인가, 아니면 잉여 이산화탄소를 모으는데 필요한 목질 도관인가?
연구의 저자들은 또한 가장 오래된 나무 화석이 발견되었다고 기술했다. 그들은 식물의 작은 크기는 하늘 위로 향하는 이점 개념과 반대되기 때문에, 따라서 ”초기에 나무의 진화는 수압적 제한(hydraulic constraints, 불충분한 유체 흐름)에 의해서 유도되었다”고 적고 있었다[1]. 그러나 불충분한 유체 흐름이나, 기계적 지탱의 필요성도 나무의 진화에 대한 충분한 이유가 되지 못한다. 현실 세계에서 이와 같은 문제점은 결코 자신이 해결할 수 없다. 오히려, 해결책은 언제나 지적인 문제해결자에 의해서 의도적으로 공학적 기술이 도입될 때 가능한 것이다.
만약 나무의 복잡한 구조가 그저 "단순”하다고 생각한다면, 나무가 진화되었다고 말하는 것은 쉽다. 그러나 심지어 나무를 만들고 있는 효소 하나라도 진화되었다는 그 어떠한 증거도 없고, 어떠한 가능성도 없다. 또한 그것이 가능하다하더라도, 완전한 목재 생산 설비 없이, 하나의 효소는 아무런 쓸모가 없는 것이다.
Science 지의 보고는 살아있는 나무나 화석 나무나 동일한 형태를 가지고 있음을 보여주었는데, 이것은 목본식물은 창조 주간의 셋째 날에 창조되었기 때문이다. 화석이 된 나무들은, 퇴적물에 급격히 파묻힌 식물들이 후에 암석으로 단단해진 것으로서, 노아홍수로 가장 잘 설명이 된다. 그리고 나무의 상호의존적이며 극도로 효율적인 세포 수준의 기계들은 오직 마스터 엔지니어이신 하나님으로부터 올 수 있는 것이다. 나무를 만드신 하나님께 감사하자!
Reference
1. Gerrienne, P. et al. 2011. A Simple Type of Wood in Two Early Devonian Plants. Science. 333 (6044): 837.
* Mr. Thomas is Science Writer at the Institute for Creation Research.
Cite this article: Thomas, B. 2011. Thank God for Wood. Acts & Facts. 40 (10): 17.
번역 - 문흥규
링크 - http://www.icr.org/article/thank-god-for-wood/
출처 - ICR, Acts & Facts. 40(10):17. 2011.
식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다.
(Photosynthesis Uses Quantum Physics)
by Brian Thomas, Ph.D.
사람과 동물의 생명은 직간접적으로 식물(plant life)에 의존하고 있다. 그리고 모든 식물의 생명은 흡수한 빛에너지를 살아있는 세포가 이용할 수 있도록 에너지로 변환시키는 매우 정교한 생화학적 기계들에 의존하고 있다. 미국 일리노이 주의 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 연구자들은 이러한 시스템이 어떻게 작동하는 지를 밝히기 위해서 초고속 분광기(ultrafast spectroscopy)를 사용해 왔다. 가장 최근의 발견인 자색세균(purple bacteria)에서 새로 발견된 고도로 복잡한 광합성은 그들을 매우 당황시키고 있었다. 광합성 기계들은 빛의 양자성질(quantum nature)의 장점을 취하는 최첨단기술을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.
연구자들은 먼저 -150℃ 이하로 그 광합성 박테리아를 냉동시켜, 빛을 수집하는 박테리아의 단백질 복합체 내의 초고속 광자와 전자의 상호작용이 천천히 발생하도록 만들어서, 보다 상세한 조사를 할 수 있도록 했다.
그들은 생화학적 빛 수확 단백질 복합체 안으로 빛의 한 파장이 특정한 색소 분자로 가도록 비추었다. 각각의 복합체는 정교한 배열을 지닌 여러 색소들을 포함하고 있다. ”아르곤 국립연구소의 과학자들은 이전에는 누구도 관찰한 바가 없는 무엇인가를 목도했다. 아르곤 국립연구소의 특집기사에 따르면, '단일 광자(single photon)가 동시적으로 서로 다른 색소체(chromophores, pigments)를 자극하는 것으로 나타났다”는 것이다[1].
이것은 하나의 빠르게 움직이는 입자가 동시에 두 장소에서 나타난다는, 빛의 ‘양자결맞음(quantum coherence)’이라는 기묘한 관측과 일치되는 것이었다.[2] 박테리아의 생화학은 빛을 수확할 때, 이러한 빛의 성질을 이용하고 있었다. 그러나 어떻게 이용하는 것일까? 연구자들은 PNAS 지에서, 이 '양자결맞음”으로 빛을 포획하는 것은 ‘보조인자(색소) 사이의 전자적 결합(electronic coupling)’과 그 결합을 특화하는 정확하게 위치된 단백질들에 주로 기인하는 것 같다고 발표하였다.[3]
빛을 적게 받는 해조류(algae)와 마찬가지로[4], 박테리아의 빛-수확 복합체(light-harvesting complexes)는 먼 거리에 걸쳐 에너지 전달을 최대로 하기 위해 빛 양자들을 이용하도록 배열되어 있었다. 이것은 빛의 수확 효율을 극적으로 증가시키는 것이었다[5, 6].
바꾸어 말하면, 박테리아는 오직 누군가에 위해서만 만들어진 기계들, 즉 빛의 복잡한 양자적 성질을 이해하고 있었던 누군가에 의하여 궁극적으로 만들어진 생화학적 초정밀 기계들을 장착하고 있었던 것이다[7]. 이것은 공동연구자인 게리 비더레슈트(Gary Wiederrecht)를 깜짝 놀라게 만들었다. 그는 ”어떻게 자연(Mother Nature)이 이토록 믿을 수 없을 만큼의 우아하고 정교한 해결책을 만들었을까? 라고 묻고 있었다[1]. 물론 ”자연'은 그렇게 하지 못했다. 만약 자연이 그렇게 할 수 있었다면, 게리는 결코 그와 같은 질문을 하지 않았을 것이다.
마찬가지로, 아르곤 국립연구소의 생화학자이며 선임연구자인 데이비드 티에드(David Tiede)는 ”그것이 정말로 우연히 거기에 존재하게 됐다면, 우리는 놀랄 수밖에 없다. 그렇지 않다면, 이 미묘하고 독특한 초정밀 기계들은 우리에게 무엇을 말하고 있는 것인가”라고 말했다[1].
자연과 우연이 이러한 첨단기술을 만들어낼 수는 없다. 그 기술은 현대 인류가 가지고 있는 최첨단 기술 이상의 것이고, 심지어 우리의 양자결맞음에 대한 이해를 넘어서는 것일 수도 있다. 만약 박테리아에 존재하는 광합성 기계들이 자연에서 생겨날 수 없는 탁월한 것이라면, 다른 분자 기계들의 기원과 마찬가지로, 그것의 기원은 자연 밖에 있는 누군가에 의해서만 오직 설명될 수 있는 것이다.
References
1. Sagoff, J. Scientists uncover a photosynthetic puzzle. Argonne National Laboratory. Posted on anl.gov May 21, 2012.
2. DeYoung, D. 1998. Creation and Quantum Mechanics. Acts & Facts. 27 (11).
3. Huang, L. et al. 2012. Cofactor-specific photochemical function resolved by ultrafast spectroscopy in photosynthetic reaction center crystals. Proceedings of the National Academy of Sciences. Published online before print, March 12, 2012.
4. Thomas, B. Algae Molecule Masters Quantum Mechanics. ICR News. Posted on icr.org February 17, 2010.
5. Lee, H., Y-C Cheng, and G. Fleming. Coherence Dynamics in Photosynthesis: Protein Protection of Excitonic Coherence. Science. 316 (5830): 1462-1465.
6. Strumpfer, J. et al. 2012. How Quantum Coherence Assists Photosynthetic Light-Harvesting. Journal of Physical Chemistry Letters. 3 (4): 536-542.
7. Birds also use quantum mechanics to navigate. See: Sherwin, F. Bird Brains and Quantum Mechanics. ICR News. Posted on icr.org May 4, 2012, accessed June 7, 2012.
번역 - 문흥규
링크 - http://www.icr.org/article/6894/
출처 - ICR News, 2012. 6. 25.
