C4 광합성 - 진화인가? 설계인가?
(C4 photosynthesis—evolution or design?)
by Don Batten
생명체들은 식물이 대기 중에서 이산화탄소와 에너지원으로 빛을 사용하여 고에너지의 당(sugars)으로 변환시키는 광합성(photosynthesis)에 의존하고 있다. 두 가지 기본 형태의 광합성이 발견되었다. 하나는 CO2로 만들어지는 첫 번째 화합물이 탄소 3개의 화합물이어서 C3 광합성(C3 photosynthesis)이라고 부른다. 다른 하나는 첫 번째 화합물이 탄소 4개의 화합물이어서 C4 광합성(C4 photosynthesis)이라고 부른다.[1] 대부분의 식물 종들은 C3 광합성을 하고 있고, 약 15%의 식물 종들이 C4 광합성을 하고 있다. C3 광합성을 하는 식물로는 밀, 쌀, 감자, 양배추 등이 포함된다. 그리고 C4 광합성을 하는 식물에는 옥수수, 사탕수수, 수수, 다육식물 등이 포함되는데, 주로 열대 및 건조한 환경에서 살아가는 식물 종들이다.
C4와 C3 광합성 식물은 잎의 구조와 광합성이 일어나는 곳이 서로 다르다. C3 광합성 식물은 내부 잎(엽육, mesophyll) 세포 전체에 엽록체(chloroplasts)를 갖고 있으며, 세포 주위에 CO2가 그 안으로 충분히 확산될 수 있도록 공간(air spaces)이 있다. C4 광합성 식물에서 광합성을 하는 세포는 잎맥(vascular bundles, 관다발) 주위에 군집화 되어 있고, 광합성 세포 주위에 공간이 없다. 광합성 세포는 잎맥 주위에 단단한 외피를 형성하기 때문에, 유관속초세포(bundle sheath cell)라 불려진다.
C3 및 C4 광합성 식물은 탄소를 당으로 변환(고정)하기 위한 동일한 효소 회로(칼빈-벤슨 회로, Calvin-Benson cycle, 탄소환원회로) 뿐만 아니라, 동일한 광(빛) 수확 시스템을 갖고 있다. 이 회로에서 첫 번째 효소인 '루비스코(Rubisco)‘는 잎에 있는 단백질의 25%를 만들어, 지구에서 가장 풍부한 단백질을 만드는 효소이다. 루비스코는 CO2를 취해서, 탄소 5개의 당에 첨가하여, 두 개의 3탄소 당 분자를 만든다.
.광합성의 캘빈-벤슨 회로(Calvin-Benson cycle, C3 광합성 회로). 회로의 각 단계는 포스포글리세르알데하이드(phosphoglyceraldehyde, PGAL, 3탄소를 포함하는) 분자를 생성한다. 이것은 포도당(glucose)과 과당(fructose)을 만들기 위해서 엽록체에서 옮겨져서, 자당(sucrose)을 형성하기 위해 응축된다.
C4 식물 종의 분포는 어떤 합리적인 진화 계통발생 패턴을 보여주지 않는다.
C4 식물에는 잎에서 작동되고 있는 여러 효소들이 있다. 이 효소들은 CO2(실제로 중탄산염, HCO3–)를 4탄당인 4개 탄소화합물(일반적으로 말레이트(malate, 말산염, 사과산염)) 안으로 결합시킨다. 엽육세포(mesophyll cells, 잎살세포)는 이 말레이트를 원형질연락사(plasmodesmata, 식물세포 사이를 연결하는 20~50nm 지름의 수많은 좁은 관)이라고 불리는 수많은 작은 관들을 통해서 유관속초세포로 운반한다. 또 다른 효소는 CO2를 방출시켜, C3 식물에서와 같은 방식으로 루비스코에 의해서 당 안으로 고정되도록 한다. 유관속초세포는 특화된 두꺼운 세포벽을 갖고 있으며, 그 주위에 공기 공간이 없으므로, CO2가 빠져나갈 수 없으며, 정상적인 외부 공기보다 10배 이상 농축된다.
이것은 C3 식물과 C4 식물 사이의 주요한 차이점 중 하나이다. 단기적으로 C3 식물은 대기 중의 CO2 농도 증가에 반응하여 광합성률을 증가시키지만, C4 식물은 그렇지 않다.
또 다른 차이로, C3 식물은 '광호흡'(photorespiration, 3탄당 화합물 내로 고정된 CO2 일부를 잃어버림)을 하지만, C4 식물은 그렇지 않다. 이는 O2가 CO2가 결합하는 루비스코의 활성 부위와 경쟁하기 때문에 발생된다. 루비스코는 CO2에 대한 친화력이 훨씬 높지만, 공기 중 O2의 분압은 CO2 분압보다 700배 더 크다. 산소는 에너지 고갈 형태의 에너지 운반체 분자인 ADP(Adenosine Di-Phospahte) 및 NADP(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)를 생산하며, CO2 방출을 촉진한다.
이것은 낮은 CO2 농도에서, 광합성 시스템의 손상을 피하기 위한 안전한 메커니즘인 것 같다. 만약 엽록소 시스템에 의해 수확된 에너지를 변환시키기에 CO2가 충분하지 않다면, 산소 라디칼이 형성되는데, 이것은 광수확 시스템을 손상시킨다. 광호흡은 광수확 시스템에서 생성된 에너지를 수용하기 위해 ADP와 NADP의 공급을 유지한다.
C4 식물은 CO2를 농축하여 광호흡을 억제한다. 또한, CO2의 공급은 낮은 농도에서도 유지되므로, 광 수확으로부터의 에너지 저하가 항상 존재하므로, 광 시스템의 손상이 방지된다. 따라서 광호흡이 필요하지 않다.
왜 이산화탄소를 고정시키는데 두 가지 방법이 있을까?
왜 (광호흡을 하는) C3 식물은 온화한 기후에, C4 식물은 열대나 건조한 기후에 적응하는 경향이 있을까? 광호흡 율은 온도에 따라 급격히 상승하므로, 열대에서 '비효율'(고정된 탄소의 손실) 측면에서 훨씬 심각한 문제가 발생된다. 반면에, 열대에서 C4 시스템은 에너지 비용이 들어간다. 말레이트에 고정된 각 CO2는 전체 사이클에서 하나의 NADPH(Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase)와 하나의 ATP가 필요하다. 따라서 상대적인 장점은 C3 식물의 광호흡과 C4 식물의 탄소고정 추가 비용과의 균형 관계에 기인한 것으로 보인다. 온도가 상승함에 따라, 광호흡 비용은 C4 시스템의 추가 비용보다 더 높게 된다. C4 시스템은 어쨌든 증가된 햇빛에너지에 의해 충족되므로, 더 우세하게 된다.
또한 C4 식물은 건조한 환경에서도 잘 작동된다. 건조 상황에서 식물은 기공(잎 모공)을 닫아 물을 보존한다. 이것은 또한 잎에 들어가는 이산화탄소의 양을 줄이고, 잎 온도를 높인다. C4 식물에서 CO2를 고정하는 효소는 C3 식물에서 단독으로 작용하는 루비스코 보다 CO2에 대해 훨씬 더 큰 친화력을 갖는다. 따라서 C4 식물은 광합성 세포에서 루비스코에 많은 양의 이산화탄소를 공급할 수 있는 반면, C3 식물은 문제가 있을 수 있다.[2]
C4 광합성의 기원
외떡잎식물군(monocots, 풀 포함)과 쌍떡잎식물(dicots, 대게 활엽을 가진 식물)을 포함하여, 18개 과에 속하는 약 8,000~10,000 종의 식물들이 C4 광합성 시스템을 갖고 있다. C4 식물의 대사는 단세포인 해양 규조류(diatom)에서도 발견되었다.[3] 많은 현화식물 과들은 C3와 C4 종을 둘 다 갖고 있다. 일부 종은 중간으로, C3 및 C4 특성을 같이 보여준다. 갯능쟁이속(Atriplex genus)의 일부 종은 C3이고, 반면에 다른 종은 C4이고, C3 및 C4 종은 교잡되어왔다.[4] 우드와 카바노프(Wood and Cavanaugh)는 C3, C4, 및 중간 유형의 종들을 갖고 있는, 플라베리아(Flaveria) 속을 검토했는데, 그중 다수는 교잡되었다.[5]
C4 식물 종의 분포는 그 어떠한 합리적인 진화 계통발생학과 관련된 패턴을 보여주지 않는다. 결과적으로, 진화론자들은 C4 광합성이 다계통 진화(polyphyletic evolution)의 고전적 사례로, 적어도 30회 이상 각각 독립적으로 발생했다고 제안했다. 그러나 C4 식물의 광합성에는 여러 복잡한 효소 시스템이 필요한데, 그 화학적 구성은 여러 식물들에서 현저하게 유사하다.
C4 광합성에 관여하는 모든 화학물질들이 무작위적인 자연적 과정에 의해서 우연히 한 번 발생했을 것이라고 믿는 것도 엄청난 '믿음'이 필요하다. 또한 이 모든 화학물질들을 만드는, 유전정보가 들어있는 유전자들도 모두 무작위적 과정으로 생겨났다고 믿어야 한다. 그런데 이 모든 광합성 시스템을 구성하는 화학물질들과 암호화된 유전정보들이 무작위적 과정으로 약 30번이나 각각 독립적으로 생겨났다는 것을 믿기 위해서는 정말로 엄청난 믿음이 필요한 것이다. 그것도 본질적으로 거의 동일한 광합성 시스템이라는 사실은 더욱 더 큰 엄청난 믿음을 필요로 하는 것이다. 이것은 수렴진화(convergent evolution)의 한 극단적인 사례로, 겹눈(compound eye)의 기원(또는 생물발광의 기원)에 대한 수렴진화보다 더 심각해 보인다.[6]
C3 및 C4 광합성 형태를 모두 갖고 있는 일부 식물 종들은 성장 중에 이 시스템을 서로 전환시킬 수도 있다. 이것은 아마도 C4 화학이 C3 식물에서 잠복되어 있었거나, 어떤 수단으로 억제되어 있었음을 가리킨다. 위에서 언급한 해양 규조류에서 C4 대사(metabolism)는 선택적일(facultative) 수 있는 것으로 보인다.[3] 우드와 카바노프는[5] 플라베리아(Flaveria)에 대한 창조생물학적 생물분류체계 연구에서, C4 광합성 경로가 원래 C3인 식물에서 발생했으며, 이것은 아마도 노아 홍수 이후에 일어났다고 결론지었다. 저자들은 C4-모드 광합성에 대한 유전정보들은 원래 창조된 종류 내에 존재했지만, 잠복되어 있다가, 이후에 활성화되었다고 제안했다.
놀랍게도 C3 식물이 C4 시스템을 갖고 있다!
이제 히버드와 퀵(Hibberd and Quick)은 두 고전적인 C3 식물인 담배(tobacco)와 셀러리(celery)는 잎이 아니라, 뿌리, 줄기 및 잎자루에서는 사실상 모든 C4 특성을 포함하고 있음을 보여주었다.[7] 뿌리에서 호흡된 CO2는, C4 식물의 잎에서 CO2를 고정시키는 동일한 효소에 의해서, 말레이트(malate) 내로 고정되고 있음을 보여주었다. 목관부를 거슬러 이동된 말레이트는 식물의 줄기와 잎자루의 맥관 다발을 둘러싼 유관속초세포(bundle sheath cell) 안으로 전달된다.
.C3 식물의 뿌리와 줄기에서 작동되고 있는, CO2 포집 및 고정의 해치-슬랙 경로(Hatch-Slack cycle)의 도식적 표현. 한때 이 능력은 완전히 결여된 것으로 생각됐었다. (목질부와 체관부는 사실 관다발에 함께 있으며, 이 다이어그램처럼 분리되어 있지 않다.)
여기에서 C4 광합성 시스템의 3가지 하위 유형에서 확인된 3가지 탈카르복실화(decarboxylation, CO2-방출) 효소는 모두 상승된 수준으로 존재하고 있었다. 그들은 CO2를 방출하여, 루비스코가 캘빈 회로에서 그것을 사용할 수 있었다. 그 화학적 성분들은 분명히 C4 시스템과 동일했다. 이들 식물은 단지 말레이트의 합성 장소(C3 식물은 뿌리, C4 식물은 잎의 입살세포)와 유관속초세포로 그것의 전달만이 C4 식물과 다르다. 심지어 줄기와 잎자루에 있는 유관속초세포의 해부학적 구조도 비슷하다.
이것은 뿌리에서 호흡된 탄소를 회수하기 위한 매우 효율적인 시스템을 만든다. 실제로 CO2는 타가영양미생물(heterotrophic micro-organisms)의 활동으로 인해서 CO2 수준이 일반적으로 상당히 높은 토양으로부터 뿌리로 들어갈 수 있으며, 이렇게 하면 토양의 CO2 농도가 줄어들어, 그곳에 사는 호기성 유기체에 도움이 된다. 이것은 효율적인 생태학을 위한 멋진 설계가 아닌가!
히버드와 퀵은 C3 식물에 이미 많은 C4 시스템이 존재하기 때문에, C4 광합성이 진화하기 위해서는 적은 수정이 필요했다고 지적했다. 실제로, 이것이 새로운 암호화된 유전정보의 기원에 대해 알려주고 있는 것인가? 아니면 창조론자인 우드와 카바노프가 제안한 것처럼, 기존에 이미 있던 유전정보에 의한 적응을 보고 있는 것일까?
이제 C4 광합성에 관여하는 효소들과 유전자들은 C3 식물의 뿌리, 줄기 및 잎자루에서 선택적으로 발현되지만, 잎에서는 억제되는 것으로 보인다. C4 광합성 식물은 이 유전자들이 또한 잎에서도 발현된다는 점이 다를 뿐이다. 예를 들어, C3 식물의 광합성이 잎에서 억제되고 있는 것이, 예를 들어 촉진자(promoter) 염기서열과 상호작용하는 단백질의 합성에 기인한 경우, C3–C4 또는 C4 광합성의 발현을 초래한 이러한 단백질 합성 유전자의 돌연변이로 볼 수도 있다. 또는 이러한 적응은 유전적으로 스위치를 켤 수 있도록 설계된, 그래서 한때 스위치가 켜진 채로 유전된, 우드의 이타적 유전자 요소(Altruistic Genetic Elements, AGEs)와 같은 어떤 것일 수도 있다.[5]
식물의 광합성에 대한 이러한 이해는 원래의 식물이 얼마나 정묘하게 만들어졌는지를 보여준다. 식물은 광범위한 환경에 적응할 수 있도록 잠재적 능력이 내장되어 있는 것이다. 이들에 대한 세부적 내용을 살펴보는 일은 흥미로울 것이다.
References
1.The basic details of C4 photosynthesis were elucidated by Australian scientists in the 1960s. See Hatch, M.D. and Slack, C.R., Photosynthesis by sugarcane leaves, Biochem. J. 101:103–111, 1966.
2.A variation on the C4 theme is seen in CAM (crassulacean acid metabolism) plants. Typically succulent desert plants, they open their stomata at night to fix CO2, storing the fixed form in vacuoles (reservoirs within cells), then release the CO2 for photosynthesis during the day when the stomata shut. In this manner they conserve water very efficiently.
3.Reinfelder, J.R., Kraepiel, A.M.L. and More, F.M.M., Unicellular C4 photosynthesis in a marine diatom, Nature 407:996–999, 2000.
4.Sengbusch, P. v., Influence of different parameters on the efficiency of the CO2-uptake—C3-and a C4-plant, <www.biologie. uni-hamburg.de/b-online/e24/8.htm>, accessed 15 March 2002.
5.Wood, T.C. and Cavanaugh, D.P., A baraminological analysis of subtribe Flaverinae (Asteraceae: Helenieae) and the origin of biological complexity, Origins (GRI) 52:7–27, 2001.
6.Oakley, T.H. and Cunningham, C.W., Molecular phylogenetic evidence for the independent evolutionary origin of an arthropod compound eye, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 99(3):1426–1430, 2002. Their abstract says, ‘These results illustrate exactly why arthropod compound eye evolution has remained controversial, because one of two seemingly very unlikely evolutionary histories must be true. Either compound eyes with detailed similarities evolved multiple times in different arthropod groups or compound eyes have been lost in a seemingly inordinate number of arthropod lineages.’
7.Hibberd, J.M. and Quick, W.P., Characteristics of C4 photosynthesis in stems and petioles of C3 flowering plants. Nature 415:451–453, 2002.
*참조 : 계속 밝혀지고 있는 광합성의 경이로운 복잡성
http://creation.kr/LIfe/?idx=1757482&bmode=view
식물의 광합성은 양자물리학을 이용하고 있었다.
http://creation.kr/Plants/?idx=1291386&bmode=view
출처 : CMI, Journal of Creation 16(2):13–15, August 2002
주소 : https://creation.com/c4-photosynthesis-evolution-or-design
번역 : 미디어위원회
이스라엘에서 2,000년 전 씨앗이 발아하여 나무로 성장했다.
(Seeds from Time of Christ Sprout, Grow Trees in Israel)
David F. Coppedge
이스라엘에서 발견된 2,000년 된 멸종된 대추야자(date palms) 씨앗에서 싹이 난 후, 자라나서 나무가 되었고, 열매를 맺었다.
씨앗은 얼마나 강인할까? 하나의 씨앗은 더 많은 씨앗을 생산할 수 있는 성체 식물로 자라나기 위한, 모든 구조와 유기물질들, 초기 영양분을 포함하고 있는, 생명의 패키지이다. 씨앗의 크기는 작은 겨자 씨앗에서부터, 딱딱한 껍질로 보호되어 바다를 건너갈 수 있는 커다란 코코넛에 이르기까지 다양하다.
특정 종의 야자수로서, 군집으로 자라나는 대추야자의 씨앗은 맛이 있고, 오랫동안 의약품으로도 사용되어 왔다. 대추야자는 이스라엘과 캘리포니아 남부의 사막을 여행하는 여행객에게 친숙하게 볼 수 있는 나무이다. Science Advances(2020. 2. 5) 지에 게재된 글에서 살론(Sallon) 등은, 피닉스 닥틸리페라(Phoenix dactylifera)라고 불리는 특정 종의 대추야자는 과일의 품질, 크기, 의약적 특성으로 인해, 고대부터 문헌들에 기술되어 왔는데, 수세기 전에 멸종됐다고 쓰고 있었다.
테오프라스토스(Theophrastus), 헤로도토스(Herodotus), 갈렌(Galen), 스트라본(Strabo), 플리니우스(Pliny the Elder), 요세푸스(Josephus) 등을 포함한 고대의 저술가들이 기록해 놓은 이 귀중한 대추야자는 달콤한 맛, 커다란 크기, 영양, 의학적 이점, 긴 저장 수명 등과 같은 다양한 특성으로 인해 로마제국 전역으로 수출됐었다. 유대지역의 몇몇 대추야자 종들은 최대 11cm 크기의 열매를 맺는, 예외적으로 큰 "니콜라이(Nicolai)" 종을 포함하여 고대 문헌에 기록되어 있다.
.대추야자는 고대부터 재배되어왔다.(Photos by David Coppedge)
가장 크고 가장 강인한 씨앗은 아니지만, 이 대추야자 종의 씨앗은 쿰란과 마사다에 있는 유명한 헤롯 궁전을 포함하여, 이스라엘 남부의 4개의 고고학 유적지에서 회수되었다. 그들을 심었을 때, 성숙한 나무로 성장했고, 유전체 염기서열이 분석되었다. 앨리스 클라인(Alice Klein)은 2천년 된 오래된 씨앗에서 7그루의 나무가 자라났다고 New Scientist(2020. 2. 5) 지에서 보고했다.
발아된 가장 오래된 씨앗은 동굴과 BC 1세기 헤롯 대왕이 지은 고대 궁전에서 발견 된 수백의 씨앗들 중 하나였다.
예루살렘의 루이스 보릭 국립의학연구소(Louis L Borick Natural Medicine Research Center)의 사라 살론(Sarah Sallon) 박사팀은 이전에 씨앗 중 하나에서 대추야자 나무 (Phoenix dactylifera) 하나를 성장시켰다. 연구팀은 이제 6그루의 나무를 더 성장시켰다.
고대 씨앗은 물에 담그고, 발아와 발근을 촉진하는 호르몬을 첨가한 다음, 격리된 지역의 토양에 심겨졌다.
클라인은 유대 사막의 덥고 건조한 조건이 씨앗의 수명에 기여했다고 추측했다. 그러나 열은 보통 섬세한 식물 조직의 분해 속도를 높인다.
많은 식물들과 마찬가지로, 대추야자는 암컷과 수컷의 기관이 별도의 나무에 붙어있는, 암수딴그루(dioecious)의 식물이다. 연구자들은 식물에 성경적 이름을 주었다. 두 암나무는 유딧, 한나 라는 이름을, 숫나무들은 우리엘, 요나, 보아스, 아담, 므두셀라 라는 이름이 붙여졌다. 클라인은 썼다 :
고대 유대지역의 대추야자 씨앗은 현대의 품종보다 더 컸으며, 이것은 종종 더 큰 열매를 가리킨다. 살론과 그녀의 동료들은 이제 암나무와 숫나무를 교배시켜, 고대의 과일을 재생산하기를 희망하고 있었다.
연구팀은 유전체 데이터를 통해, 로마시대 농부들이 수행했던 정교한 육종 및 농업 행위의 증거를 보고 있다. 그들은 북아프리카 품종과 유대 품종의 혼합 종이 과일의 품질과 긴 저장 능력을 갖도록 의도적으로 선택되었다고 생각하고 있었다.
동부 및 서부 지역 대추야자의 유전자 풀 사이에서 지역 위치와 일치하는 이러한 발견은 정교한 농업 기술이 유대 대추야자의 역사적 명성에 기여했을 수 있음을 시사한다. 탁월한 저장 잠재력을 고려할 때, 대추야자는 씨앗의 수명 연구에 있어서 훌륭한 모델이 되고 있다.
.해수면 보다 300m 이상 아래에 있는, 사해(Dead Sea) 옆의 대추야자 농장.
대추야자 나무와 과일에 대한 연구는 계속되고 있는 중이다. 비록 대추야자 품종의 관리와 번식에 인공선택이 관여했지만, 저자들은 진화론에 세뇌되어 있었다 :
특정 유전자 관련 형질(예로 과일의 색 및 조직)에 대한 새로운 정보가 발견됨에 따라, 이 역사적인 대추야자 종의 표현형을 재구성하고, 최근 진화 역사에 대한 선택 압력과 관련된 유전체 영역을 식별하고, 고대 숫나무를 고대 암나무에 수분을 시켜 대추야자의 특성을 연구하고자 한다. 그렇게 함으로써, 우리는 이 지역에서 한때 재배됐던 고대 유대지역 대추야자 나무의 유전학 및 생리학을 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
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수백 명의 과학자들에게 최첨단 장비와 최고급 시약들이 있는 실험실에서 수천억의 연구비를 주면서, 씨앗을 인공적으로 만들어보라고 한다면 만들 수 있을까? 큰 나무로 자랄 수 있는 씨앗을, 맛이 있고, 영양분이 풍부하고, 의약품으로도 쓰이는 열매를 맺으며, 세대가 지나면서 스스로 번식할 수 있는 씨앗을 인공적으로 만들어내는 것이 가능할까? 더군다나 더운 온도에서 2,000년 동안을 견디다가, 다시 자라나는 씨앗을 만드는 것은 불가능할 것이다. 그런데 이러한 씨앗이 무작위적인 자연적 과정으로 우연히 생겨났다는 주장이 과학적으로 합리적인 주장이 될 수 있을까? 씨앗은 분명 지적설계를 가리키고 있는 것이다.
*참조 : 2천년 전 씨앗에서 자라난 야자 나무
http://creation.kr/Plants/?idx=1291350&bmode=view
2천년 된 므두셀라 씨앗이 이제는 나무가 되었다.
http://creation.kr/Plants/?idx=1291379&bmode=view
씨앗의 경이로움 : 작은 꾸러미는 하나님의 작품임을 증명하고 있다.
http://creation.kr/Plants/?idx=1291419&bmode=view
풀산딸나무 화분의 경이로운 폭발! : 투석기와 유사한 발사 장치는 설계를 가리킨다.
http://creation.kr/Plants/?idx=1291416&bmode=view
식물이 씨앗을 퍼뜨리는 놀라운 방법들
http://creation.kr/Plants/?idx=1291433&bmode=view
출처 : CEH, 2020. 2. 5.
주소 : https://crev.info/2020/02/old-date-palm-seeds-grow/
번역 : 미디어위원회
지의류의 공생은 창조주의 독창성을 보여준다.
(Symbiotic Lichens Showcase Our Creator's Ingenuity)
by Jeffrey P. Tomkins, PH.D.
지의류(lichens, 이끼)는 식물이나 균류(fungi)를 닮은 생물로, 바다 산호와 같은 정교한 가지, 작은 컵 모양의 구조 또는 잎 모양의 엽상체(fronds)를 갖고 있다. 그들은 숲, 사막, 동토지역, 또는 집근처의 바위나 벽 등 모든 곳에서 발견된다. 그리고 지의류가 무엇인지에 대한 수백 년 동안의 단순했던 추측과는 달리, 지의류는 실제로 최대 4개의 다른 유기체로 구성된, 복잡한 다중 생물 시스템이라는 사실로 인해 과학자들은 놀랐다.[1, 2]
외형적 모습으로 인해, 많은 생물학자들은 지의류가 식물이나 균류라고 생각했었다. 흥미롭게도 찰스 다윈(Charles Darwin)이 진화에 대한 아이디어를 발표하고 약 10년 후에, 스위스의 식물학자 시몬 슈벤데너(Simon Schwendener)는 지의류는 균류와 조류(algae)로 이루어진 복합유기체라고 제안했었다. 그러나 슈벤데너와 같은 견해는, 생물들은 자신의 생존을 위해 서로 투쟁하고 있다는 진화론적 견해로 인해 묵살되었다. 그리고 그의 견해는 심지어 균류는 자신의 이기적 목적을 위해 조류를 노예로 부리고 있다라는 주장으로 진화론자들에 의해서 변질되었다.
늑대이끼(Wolf lichen)
진화론자들의 잘못된 견해에도 불구하고, 오늘날 상호 유익을 주는 생물체 시스템이 식물과 동물 모두에서 자연에 널리 퍼져 있음을 사람들은 깨닫게 되었다. 과학자들은 이러한 관계를 공생(symbiosis)이라고 부른다. 이들 생물들은 먹이, 자원, 서식지에서 서로 도움을 주도록 의도적으로 설계된 것으로 보인다. 식물들은 뿌리와 상호작용하는 곰팡이와 박테리아 덕분에 번성할 수 있다. 그리고 인간과 다른 생물들은 음식물을 처리하기 위해서 장내박테리아에 의존한다.
반면에 많은 생물들은 미생물 조력자가 없다면, 매우 아프고, 심지어 죽을 수도 있다. 그러나 그들은 여전히 독립된 별개의 개체로서, 공생 없이도 동일하게 존재한다. 지의류를 구성하는 생물들은 자체로는 매우 다르게 보이지만, 그들은 함께 모여 완전히 독특한 하나의 생물체를 형성한다.
최초의 3중 복합 지의류는 2016년에 발견되었는데, 균류, 조류, 효모로 구성되어 있었다. 이것은 진화론적 패러다임의 과학사회에 커다란 충격을 주었다.[4] 진화론자들은 두 생물체가 연결되어 있는 지의류를 설명하기 위해서도 힘든 시간을 보내왔다. 옥스퍼드 대학의 한 저명한 생물학자는 “이 발견은 두 생물체 패러다임을 폐기시켰다”고 말했다.[3] 그리고 이러한 복잡성이 충분하지 않다면, 늑대이끼(wolf lichen)라고 불리는 매우 흔한 지의류 종은 4개의 다른 생물체들이 모여서 하나의 독립체(생물)를 이루고 있다.[2]
이 복합생물체는 과학자들이 이해하기 특히 어렵다. 왜냐하면 그들이 친숙하게 알고 있는 것과는 다르기 때문이다. 지의류는 식물과 동물과 달리 배아(embryos)에서 자라지 않는다. 대신에 그들은 개별적 유기체들의 통합을 통해 발달된다. 다른 조합(combinations)은 매우 다양한 이끼 구조와 형태를 만든다. 동물에서 다리, 날개, 눈이 나타나는 것처럼, 전체 다중생물체에서 다양한 특성들은 중요하다. 앨버타 대학의 지의류 연구자인 토비 스프리빌(Toby Spribille)은 다음과 같이 말했다 : “가능한 범위 내에서 어떤 종류의 상대적 배치(configurations)가 있는지 말하기 어렵다.”[3]
진화론자들은 자연에서 발견되는 상상할 수 없는 복잡성으로 인해 당황하고 있지만, 창조론자들은 그러한 발견에 기뻐한다. 여러 개의 다른 생물체들로 구성된 이 놀라운 적응 시스템은 전능하신 창조주의 지혜와 무한한 독창성을 나타내는 것이다.
*참조 : 완두진딧물과 박테리아와의 공생 관계는 창조를 가리킨다.
http://creation.kr/Mutation/?idx=1289846&bmode=view
식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다.
https://creation.kr/Plants/?idx=1291370&bmode=view
숲의 교향곡 : 식물들은 생존경쟁을 하는 것이 아니라, 서로 돕고 있었다.
http://creation.kr/NaturalSelection/?idx=1290270&bmode=view
References
* Dr. Tomkins is Director of Life Sciences at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in genetics from Clemson University.
Cite this article: Jeffrey P. Tomkins, Ph.D. 2020. Symbiotic Lichens Showcase Our Creator's Ingenuity. Acts & Facts. 49 (2).
출처 : ICR, 2020. 1. 31.
주소 : https://www.icr.org/article/11746/
번역 : 미디어위원회
수수는 가뭄 시에 유전자 발현을 조절한다
: 식물의 환경변화 추적 및 대응 메커니즘은 설계를 가리킨다.
(Sorghum Manages Gene Expression to Resist Drought)
by Randy J. Guliuzza, P.E., M.D.
수수(Sorghum)는 가뭄에 잘 견디는 특성으로 인해, 중요한 식량 작물 중 하나이다. 이 특성은 생물 개체가 환경 변화를 지속적으로 추적할 수 있는 방법을 보여주는 이상적 모델이 되고 있다. 새로운 한 연구는 가뭄 내성의 기저에 있는 일부 메커니즘을 밝히는 데 큰 진전을 보여주고 있었다. 수수는 물이 부족한 경우, 광합성 관련 유전자의 발현과 뿌리의 곰팡이들과의 관계를 근본적으로 조절한다.
넬 바로쿠아스(Nelle Varoquaux)와 버클리 캘리포니아 대학의 엘리자베스 퍼덤(Elizabeth Purdom)이 이끄는 연구자들은 PNAS 지에 그들의 연구 결과를 발표했다.[1] 17주를 지속한 현장 연구에서, 그들은 두 다른 유전자형을 나타내는 두 세트의 수수(Sorghum bicolor)를 경작했다. 그리고 개화 전 및 개화 후에 가뭄 스트레스를 받게 했다. 연구팀은 매주 잎과 뿌리 샘플을 수집했다. 연구자들은 현장에서 샘플을 빠르게 동결시키는 방법을 개발하여 적용했다. 실험실에서 그들은 약 400개의 전사체(transcriptomes, 샘플링 시 식물의 RNA 프로파일) 데이터 세트를 생성하기 위해서, 메신저 RNA(활성 유전자의 산물)의 염기서열을 분석했다. 그것으로부터, 연구자들은 성장기 동안 가뭄에 반응하는 분자들의 프로필을 얻게 되었다.
놀랍게도 연구원들은 다음의 것을 발견했다 :
우리의 주간 시계열 연구는 수수가 1주 내에 개화 전 및 개화 후 가뭄 스트레스를 감지하고, 적응하여, 궁극적으로 유전체의 40% 이상의 유전자 발현에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 이 전사체 반응에는 생물학적 방어, 비생물학적 스트레스 반응, 광합성과 같은 중요한 기능과 관련된 유전자들이 포함된다.[1]
U.C. 버클리 대학의 보도자료는 게재된 과학적 결과와 일치했다. 보도자료는 연구의 중요성을 언급하며 이렇게 말했다. “이번 주 PNAS 지에 발표된 새로운 연구는, 식물이 유전체를 절묘하게 제어하는 방법에 대한, 즉 물 부족의 경우 일부 유전자의 스위치를 켜고 일부는 끄는, 상세한 모습을 최초로 보여준다." 덧붙여서 ”식물은 총 10,727개의 유전자의 발현을 조절하고 있었다...."[2]
이 연구자들이 보고하지 않은 것은, 유전체 전반에서 정확한 제어를 가능하게 하는, 수수 내의 적응 시스템 요소들이다. 그 시스템은 유사한 기능을 수행하는, 사람이 만든 공학 시스템과 동일한 것이다. 수수에는 가뭄을 감지하는 센서가 장착되어 있음이 분명하다. 또한, 식물에 들어있는 정교한 제어는, 올바른 표적 유전자의 발현을(무작위적이 아님) 정확하게 초래하고, 반응을 제어하고 조절하기위한 논리적 알고리즘이 식물 내에 내장되어 있음을 가리킨다.
수수의 가뭄에 대한 적응은 그 특성의 발현을 조절하는 데 국한되지 않는다. ICR이 이전에 보고한 바와 같이, 식물 수수는 혼자 고립되어 가뭄이라는 조건에 적응하지 않는다. 수수는 뿌리덩어리를 둘러싼 토양의 미생물들과 관련하여 반응한다.[3] 수수는 뿌리 주변의 환경 조건을 직접 변경하여, 토양 박테리아의 구성을 변경했다. 변경된 미생물 군집은 수수가 가뭄에 잘 대처할 수 있도록, 뿌리의 질량이 증가하도록 촉진했다.
또한 바로쿠아스와 그녀의 연구팀은 가뭄이 없는 조건에서, 수수의 뿌리와 공생관계에 있으며 풍부하게 존재하는, 수지상 균근 곰팡이(arbuscular mycorrhizal(AM) fungi)에 대한 가뭄의 영향을 연구했다. 가뭄 동안, 수수에서 특별하게 변형된 유전자들 중 일부는 대사경로를 하향 조절함으로써, 이러한 공생관계를 변화시켰다. 이 하향 조절은 수수와 곰팡이 사이에 교환 가능한 생산물의 이용 감소를 반영하는 것으로 보였다. 연구원들은 결론을 내렸다.
이 식물(수수) 뿌리의 전사체에 대한 우리의 연구는, 가뭄이 AM 곰팡이와의 공생에 중요한 유전자들의 전사체를 조정하여 감소시키고 있음을 보여준다. 그것은 가뭄에서 총 AM 곰팡이 바이오매스의 손실과 일치하는 것으로 나타났다.[1]
이러한 밀접한 협력적 관계를, 진화론자들은 "공진화(co-evolution)", "공동옵션(co-option)", "수렴진화(convergent evolutions)" 등에 기인한 것으로 설명하고 있다. 이 단조로운 이야기들은 만족스럽지 않은데, 그들은 모두 진부한 상상의 이야기이기 때문이다. 그러나 바로쿠아스의 연구는 ICR이 개발해왔던 생물학적 설계 이론을 다시 한 번 확인해주는 것이었다.[4] 생물학적 설계 이론은 생물학적 기능은 공학적 원리를 활용하여 개발된 모델에 의해 정확하게 설명된다는 것이다. 또한 사람의 공학적 행동에 대한 연구는, 생물학적 연구에 대한 정확한 정보를 예측할 수 있도록 해주며, 연구자들에게 그 현상의 정확한 특성을 알려줄 것이라고 본다.
가뭄에 대한 수수의 반응은, 생물체가 사람의 추적 시스템과 유사한 시스템을 사용하여, 환경 변화를 추적할 것으로 예측하는, 연속환경추적(CET, continuous environmental tracking)이라 불리는 ICR의 공학적 기반 적응 모델과 적합하다.[5] 수수는 가뭄을 감지하는 센서를 갖고 있으며, 유전체 전반에 걸쳐 정확한 제어를 수행할 수 있는 내장된 논리적 메커니즘을 보유하고 있었다.[2] 그리고 연속환경추적 모델을 지지하는 표적 반응들을 발현하고 있었다. 수수의 반응은 신속하고 반복 가능한 것으로 특징지을 수 있으며(설계된 해결책의 전형적인 방식), 추가적으로 확인된 것이다.
이 모델은 생물체 고유의 내장되어 있는 상호연결망(interface) 시스템의 존재를 예측한다.[6] 이 예측은 두 개의 독립된 개체가 함께 작동하려면, 인터페이스로 상호 연결되어야 한다는 공학적 원칙에 기반한다. 수수는 특정 유전자의 발현을 조정하고, AM 곰팡이는 두 개체 모두에게 유익한 방식으로 반응하고, 가뭄이 끝났을 때 관계를 쉽게 다시 되돌릴 수 있다는 사실은, 상호연결망 시스템의 세 단계의 요소(인증 메커니즘, 조절 방법, 공동 매체)들이 작동되고 있음을 가리킨다.
ICR은 생물학에 대한 접근 방식과 생물학적 현상에 대한 이해를 근본적으로 바꾸는 길을 선도하고 있다. 이를 위해 우리는 공학적 분야 내에서 이론적 프레임을 도입하고 있는 중이다. 이 프레임은 분자적 수준에서 생태학적 수준까지, 생물학적 군집을 따라 생물학적 기능의 작동을 설명하는, 공학적 원리를 명확하게 정의하기위한 연구 프로그램을 고안했다. 이 접근 방식은 상당한 통찰력과 광범위한 설계된 제어를 입증하여, 더 높은 수준의 설계를 보여줌으로서, 자연의 창조주이신 예수 그리스도에게 영광을 올려드리도록 하는 것이다.
References
1. Varoquaux, N. et al. 2019. Transcriptomic analysis of field-droughted sorghum from seedling to maturity reveals biotic and metabolic responses. Proceedings of the National Academy of Sciences. Posted at pnas.org on December 5, 2019, accessed December 9, 2019.
2. Manke, K. 2019. Genomic gymnastics help sorghum plant survive drought. Posted on news.berkeley.edu December 2, 2019, accessed December 9, 2019.
3. Guliuzza, R. 2018. Sorghum and Bacteria Cooperative Design. Creation Science Update. Posted on icr.org on October 16, 2018, accessed December 9, 2019.
4. Guliuzza, R. J. 2019. Engineered Adaptability: Continuous Environmental Tracking Wrap-Up. Acts & Facts. 48 (8): 17-19.
5. Guliuzza, R. J. and P. B. Gaskill. 2018. Continuous environmental tracking: An engineering framework to understand adaptation and diversification. In Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, ed. J.H. Whitmore. Pittsburgh, Pennsylvania: Creation Science Fellowship, 158-184.
6. Guliuzza, R. J. and F. Sherwin. 2016. Design Analysis Suggests that our “Immune” System Is Better Understood as a Microbe Interface System. Creation Research Society Quarterly. 53:123-139.
*Randy Guliuzza is ICR’s National Representative. He earned his M.D. from the University of Minnesota, his Master of Public Health from Harvard University, and served in the U.S. Air Force as 28th Bomb Wing Flight Surgeon and Chief of Aerospace Medicine. Dr. Guliuzza is also a registered Professional Engineer.
*참조 : 세포도 인간 공학자처럼 제어 이론을 사용하고 있다!
http://creation.kr/LIfe/?idx=2867103&bmode=view
출처 : ICR, 2020. 1. 16.
주소 : https://www.icr.org/article/11753/
번역 : 미디어위원회
꽃은 소리를 듣고 있었다.
: 달맞이꽃은 벌의 윙윙 소리에 맞추어 꿀의 당도를 더 높인다.
(Your Flowers Are Listening)
by Frank Sherwin
식물학자들은 수십 년 전부터, 식물이 단지 광합성을 하고 번식만을 하는, 정적인 생물체가 아니라는 것을 깨닫고 있다. 실제로 식물은 과학자들을 놀라게 하는, 명확하게 설계된, 믿을 수 없도록 놀라운 지각 특성을 갖고 주변의 살아있는 세계를 인식하고 있었다.[1~3]
식물학에서 새롭게 시작되고 있는 한 분야는 식물음향학(plant acoustics, phyto acoustics)이라고 불리는 분야이다.[4] 2019년에 식물은 실제로 벌 날개의 진동 주파수(0.2~0.5 KHz)를 감지하고, 반응할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 다시 말해서 어떤 식물은 그들의 꽃으로 들을 수 있다는 것이다. 조사된 그 놀라운 식물은 달맞이꽃(evening primrose)이었다.
이 사실은 여러 측면에서 정말로 놀라운 일이다. 텔아비브 대학의 생물학자들은(Lilach Hadany and Yossi Yovel)은 식물이 벌의 소리를 처음 들었을 때의 반응 속도에 주목했다.[5] 식물은 3분 안에 꿀의 당도를 최대 20%까지 일시적으로 증가시켰다. 식물은 윙윙 거리는 꿀벌의 신호를 받을 때만 꿀을 더 달게 만들도록 설계되어 있었다. 그러나 이 식물은 바람과 같은 관련 없는 소리는 무시하고 있었기 때문에, 더 달콤한 꿀을 만드는데 에너지가 낭비되지 않는다.
덧붙여서 연구팀은 레이저를 사용하여, 꽃잎이 위성접시와 매우 흡사하다는 것을 발견했다. 달맞이꽃의 꽃잎은 “귀”와 같은 역할을 수행하며, 음파가 꿀벌 날개에 의해 생성되는 특정 주파수에 도달하면 맥동하고 있었다. 이 수신된 소리가 정확히 어디로 가는지 결정하기 위해서, 더 많은 연구가 필요하다는 것이다. 릴라크 하다니(Lilach Hadany)는 이 특별한 분야를 식물음향학이라고 부르고 있었다.
진화론자들은 식물이 어떻게든 수천만 년에 걸쳐, 그들의 수분생물과 느리게 공존하도록 진화되었다고 말한다. 그들의 주장은 소리를 듣는 것과 같은, 꽃의 명백한 설계적 특성을 살펴보지 못하도록 만들었다. 창조과학자들은 꽃의 들을 수 있는 능력은 태초부터 식물의 유전자 내에 장착되어 있었다고 생각한다. 사실 달맞이꽃과 같은 꽃을 피우는 현화식물(flowering plants)은 화석기록에서 언제나 현화식물이었다.
"지구상의 대부분의 식물 종들이 현화식물들이지만, 꽃의 진화론적 기원은 미스터리로 남아있다."[6] 미스터리로 남아있다고? 아니다. 식물들의 능력은 처음부터 명확하게 설계되어있는 것이다.
References
1. Sherwin, F. 2005. All Out War in the Cornfield. Acts & Facts. 34 (8).
2. Tomkins, J. 2013. Complex Bioengineering in Blooming Flowers. Acts & Facts. 42 (4): 16.
3. Guliuzza, R. 2019. Plants Show Engineering Principles. Creation Science Update. Posted on ICR.org May 28, 2019, accessed May 30, 2019.
4. Gagliano, M. 2013. Green symphonies: a call for studies on acoustic communication in plants. Behavioral Ecology. 24(4) 789-796.
5. Donahue, M. Z. Flowers can hear buzzing bees—and it makes their nectar sweeter. National Geographic. Posted on nationalgeographic.com January 15, 2019, accessed May 30, 2019.
6. Vallejo-Marin, M. Revealed: The First Flower, 140-million Years Old, Looked Like a Magnolia. Scientific American. Posted on scientificamerican.com August 1, 2017, accessed May 30, 2019.
*관련기사 : ‘윙윙’ 벌 소리 들은 꽃의 꿀이 20% 더 달콤하다 (2019. 2. 20. 한겨레)
http://www.hani.co.kr/arti/animalpeople/ecology_evolution/882924.html
"식물도 소리 듣고 반응한다" / YTN 사이언스(2014. 7. 6.) (YouTube)
https://www.youtube.com/watch?v=zheonUkV-Gc
식물도 보고, 느끼고, 냄새 맡고, 기억한다 (2013. 4. 19. 한겨레)
http://www.hani.co.kr/arti/culture/book/583697.html
출처 : ICR, 2019. 6. 20.
주소 : https://www.icr.org/article/your-flowers-are-listening/
번역 : 미디어위원회
식물은 사회적 통신망으로 소통하고 있다.
(Plants Have Social Networks)
by David F. Coppedge
2011. 3. 31. - 식물들은 대부분 정지해 있는 것으로 보이지만, 서로 연결이 되어있다. 사실 너무나 잘 연결이 되어 있어 인트라넷, 엑스트라넷, 그리고 인터넷까지 지니고 있다. 내부적으로는 자신의 도관(vessels)을 통해 단백질과 RNA 분자를 가지고 뿌리에서 줄기에 이르기까지 의사전달을 하고 있다. 외부적으로는 다른 유기체들과 많은 사회적 관계를 맺고 있다. 심지어 사람이 페이스북(FaceBook)을 통해 친구를 만드는 것처럼 식물은 그들의 파트너로서 친구를 두고 있다.
페리스 자브르(Ferris Jabr)은 이번 주 New Scientist (2011. 3. 23) 지에 식물의 의사전달에 관하여 기술하였다. 그의 기고는 ”식물들의 지하조직은 강력한 동맹과 친족으로 구성된 하나의 사회적 네트워크(social network)이다”로 시작하는데, ”식물들의 메시지를 해독하는 것은 농장이나 산림에서 근본적인 변화를 가져올 수 있다”고 그는 주장한다. 그는 진화론의 용어인 ”경쟁, 생존, 길항작용, 방어, 혈연선택(kin selection)” 등을 사용하여 기술하고 있었는데, 그러나 그러한 이야기는 실제로 보면 ”식물이 의사전달을 수행하는 놀라운 기작”에 관한 설명인 것이다.
우리는 식물들이 서로 반응을 하고 있다는 사실을 이전부터 알고 있었지만, 그러한 반응의 상호작용이 얼마나 미묘하고 정교한지는 단지 오늘날 비로소 깨닫고 있는 중이다. 식물은 계속해서 때로는 공감적으로 때로는 이기적으로 서로간의 화학적 소리를 엿듣고 있다. 스칸디나비안 진달래(석남)와 같은 어떤 식물은 필요한 자원을 공유함으로서 자기의 이웃을 돕는다. 다른 식물들은 가까운 친척들을 인식하고 그들을 다른 낯선 식물보다 더 좋아한다. 그리고 적어도 어떤 기생식물은 그 기주(숙주)식물의 비밀스런 화학적 향기를 알아채어 기생한다...
”식물들은 파티에 참석하거나 영화를 보기위해 외출하지 않습니다. 그러나 그들은 사회적 소통을 하며 지냅니다”. 캐나다 밴쿠버 브리티시 콜롬비아 대학의 산림생태학자인 수잔 시마드(Suzanne Simard)는 말한다. ”식물들은 서로 지지(후원)하기도 하고 서로 싸우기도 합니다. 우리가 식물들의 신호전달과 의사소통을 연구하면 할수록 그만큼 더 새로운 것을 배우게 됩니다. 정말 믿기지 않는 놀라운 일입니다”.
물론 식물들이 이기심이 있다던가, 아니면 호전성이 있다고 말하는 것은 적절치 못한 의인화이다. 식물들은 눈이 없고, 귀가 없고, 뇌가 없어도, 신호를 전달하고 그것에 반응하는 불가사의한 능력을 지니고 있다. 자브르은 그의 논문에서, ”이러한 것의 일부는 공기 중에 떠돌아다니는 휘발성 화합물입니다. 더욱더 놀라운 것은 토양속의 균류 섬유(fungal filaments)의 고속도로 망인데, 그것들은 식물과 식물사이의 메세지와 영양분을 중계(연결)한다”고 기술하고 있었다.
숲의 바닥층 아래에 있는 한 스푼의 토양 속에도 수백만 개의 작은 유기체들이 들어있다. 이러한 박테리아와 균류는 식물의 뿌리와 공생관계를 이루며 기주식물의 지속적인 영양공급의 보답으로서 수분흡수와 질소와 같은 필수요소(성분)의 흡수를 돕는다.
이제 좀 더 자세히 조사해보면 균류의 끈실(fungal thread)이 물리적으로 다수의 나무뿌리를 물리적으로 결합시키고(종종 다른 수종의 뿌리도 결합시킨다) 하나의 단일화된 균근 네트워크(single mycorrhizal network)를 구성함을 알 수 있다. 우리의 발아래로 얼기설기 퍼져있는 이러한 통신망(webs)이 진정한 사회적 네트워크인 것이다.
자브르는 계속된 설명에서, ”이러한 균류의 고속도로망을 통하여 식물은 양분은 물론 정보를 공유하는데, 예를 들면 풀쐐기(caterpillar, 모충)가 토마토의 잎을 우적우적 먹기 시작할 때 잎들은 해로운 화합물을 만들어 내어 공격자를 쫓아내거나, 이웃한 식물들은 자신의 방어체계를 준비하도록 자극된다는 것이다”는 것이다. 식물들은 그들 자신의 고유한 종(species)을 인식하며, 공동의 이익을 위해 함께 일한다. 그러나 한편 식물들은 다양한 유기체들의 공동체 안에 있어서, 서로의 공헌을 통해 공동체에 이익을 주고 있는 것이다.
”우리는 아직 식물의 언어에 대해서는 말할 수 없다. 하지만 우리는 식물이 뿌리에서 근계토양층(rhizosphere)으로 분비하는 페놀들, 플라보노이드들, 당들, 유기산들, 아미노산들, 단백질들 등과 같은 수용성 화합물로 구성된 암호(code)를 통해 말할 수 있음을 알고 있다”. 어떻게 이러한 것들이 서로 관련성을 가지고 있는 지는 여전히 신비이지만, 실용적으로 응용한다면 농부는 재배작물을 ‘친구’로 만들 수 있을 것이다. ”서로 다른 작물이나 정원식물들을 전략적인 위치에 식재하여, 그들이 해충을 쫓아내거나, 꿀벌에 의한 수분(pollination)을 유인하거나, 양분의 흡수를 개량시킴으로서 서로에게 이익을 줄 수 있다”. 다른 말로 표현하면 단일작물을 재배하면서 제초제를 듬뿍 뿌리는 것 대신에, 미국 원주민들이 수세기 동안 사용해왔던 재배방식으로 되돌아 갈 수 있다는 것이다.
이러한 식물의 능력이 수백만 년에 걸쳐 서서히 진화되어 왔을까? 찰스 다윈은 지구상에서 가장 크고 가장 다양한 식물 그룹인 개화식물(flowering plants, 현화식물)의 갑작스런 출현을 ‘지독한 미스터리(abominable mystery)’라고 불렀다. 다윈의 이 ‘지독한 미스터리’는 이번 주에 또 한 번의 강타를 당했다. 왜냐하면 중국 서부 요녕성의 제홀(Jehol) 지층에서 책속에 인쇄된 것처럼 보이는 아름답고 정교한 잎들이 완벽하게 보존된 채로 발견됐다고 New Scientist 지가 보도했기 때문이다. 그들의 연대는 1억2천3백만 년 전으로 평가되었는데, 이것은 하나의 발달된 피자식물(angiosperm, 속씨식물)을 ”오늘날 주변에 있는 모든 개화식물들의 조상과 거의 같은 연대로 위치시키는 것이다.”
콜린 바라스(Colin Barras) 기자는 ”개화식물(현화식물)은 당시 주변에 있던 침엽수와 기타 다른 나자식물(gymnosperm, 겉씨식물)의 진화적 경쟁에 위치했다가 갑자기 우점되었다”고 주장한다. 그러나 그러한 설명의 문제는 적자생존(survival of the fittest)을 한 것이 아니라, 가장 적합한 상태로 적자도착(arrival of the fittest)을 했다는 것이다. 심지어 진화론자들 자신의 타임라인을 가정한다 하더라도, 진화론자들은 어떻게 복잡한 식물들이 공통조상도 없이, 갑작스럽게, 완벽한 형태로 나타나게 되었는지, 그리고 통신수단과 네트워크 그 모든 것들을 가지게 되었는지에 대해 설명하지 못하고 있는 것이다.
다윈의 진화론은 사회적 통신망의 해커(hacker)이며, 단지 좋은 소식을 공유하기를 바라는 사람들 속의 악성코드(malware)인 것이다.
*관련기사 : ”敵 출현…방어하라” 식물들만의 유·무선 통신망 있다. (조선비즈. 2013. 5. 21)
https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2013/05/20/2013052002525.html
칭찬은 고래, 아니 '식물'도 춤추게 한다 (2013. 7. 25. 동아사이언스)
http://www.dongascience.com/news/view/1701/news
새에게도 '도와줘요', 식물은 소통의 '달인' (2013. 7. 30. 한겨레)
http://ecotopia.hani.co.kr/171198
번역 - 문흥규
주소 - https://crev.info/2011/03/plants_have_social_networks/
출처 - CEH, 2011. 3. 31.
식물은 자세히 볼수록 경이롭다
: 통신과 스위치, 세포벽 건축, 상향 이동성
(Plant Wonders Are in the details)
David F. Coppedge
당신이 보도블럭의 틈새로 자라난 잡초를 밟았을 때, 그 풀이 어떤 놀라운 기계장치에 대한 아이디어를 제공해 줄 수 있는지 생각해 보았는가? 좀 더 자세히 들여다본다면, 도움이 될 수 있을 것이다.
1. 통신과 스위치 시스템 : 종자는 싹이 틀 때, 스스로를 보호하려고 노력하면서 어둠속에서 우선 위로 향하여 자랄 필요가 있다. 그리고 공기와 빛에 이르게 되었을 때, 잎을 펼치고 햇빛을 수집할 필요가 있다. Science Daily(2010. 12. 27) 지는 이러한 특정한 시점에서 발생하는 화학적 신호에 대하여. ”많은 요소들이 이러한 발달적 스위치에 포함되어있다...”고 하면서 카네기 연구소(Carnegie Institute)의 연구를 전하고 있었다. 그것 중 하나는 브라시노 스테로이드(brassinosteroid)라 부르는 호르몬으로써, 이 호르몬은 토양에서 대기로의 천이(transition) 시에 햇빛에 길항적으로 작용한다는 것이다. 그러나 GATA2라 부르는 또 다른 조절자가 있을 때에만 작용한다는 것이다. ”카네기 연구팀의 새로운 발견은 통신시스템에서 하나의 잃어버린 고리(missing link)로써, GATA2라 부르는 단백질을 확인했다. 그 논문에서는 진화론적 의미에서 ”잃어버린 고리”로 사용하는 것이 아니라, 신호-변환의 의미에서 ”잃어버린 고리”로 사용하고 있었다. ”이 단백질은 특정 스위치 유전자를 켜거나 끔으로써, 어린 식물이 어떤 형태로 자랄 것인가를 알려 준다”. ”....또한 그것은 빛에 의해 켜지는 식물 내부 시스템과 브라시노스테로이드에 의해 켜지는 시스템 간의 통신 연결부로서 기능을 한다”는 것이다.
2. 세포벽 건축자 : 세포벽은 리그닌(lignin)이라 불리는 고분자의 분자들을 가지고, 어린 나무와 큰 나무들이 똑바로 서있을 수 있도록 해준다. 그러나 리그닌은 세포질의 내에서 조립될 수 없다. 그것은 세포벽 안에서 조립되어야만 한다. 그것은 세포내에서 제조되는 전구체(precursors)라 부르는 재료가 세포막을 통해서 조립 장소로 이동해야만 하는 것을 의미한다. 그것 중 일부는 물질을 저장하는 미소기관인 액포(vacuoles)에서 일시적으로 저장되고, 액포 막을 통한 추가적 전달을 필요로 한다.
그 전구체가 단지 확산(diffusion)의 방법으로 그들의 목적지로 흘러가는 지는 분명치 않았다. 브룩해분 국립실험실(Brookhaven National Labs)의 연구자들은, 대신 전구체를 건설 위치로 운반해주는 트랜스포터(transporters, 운반자)라 부르는 에너지로 추진되는 분자기계를 발견했다. PhysOrg(2010. 12. 13) 지는 PNAS에 한 논문을 보고했는데[1], 어떻게 이러한 트랜스포터가 연료처럼 ATP 에너지를 소비하면서 그들이 속해있는 곳에서 재료를 활발하게 취하는지를 설명하고 있었다. 그 논문은 ”시험 결과 순수 모노리그놀(monolignols, 리그닌 전구체)은 세포막을 가로질러 이동하고, 한편 모노리그놀 글루코사이드(monolignol glucosides)는 선택적으로 액포로 이동한다”고 말하고 있었다. ”그러나 가장 중요한 것은, 어느 쪽 전구체라도 ATP의 추가(세포내 에너지의 분자적 보급) 없이는 어떤 막이라도 횡단하여 이동할 수 없었다”. 그 논문은 어떻게 그 운반자가 그들의 작용에 있어 매우 선택적인지를 기술했다 : ”APT의 존재 하에서, 역위 원형질막(inverted plasma membrane) 소낭은 선택적으로 monolignol aglycones를 취하고, 반면 액포 소낭은 glucoconjugates에 대해 더욱 특이적이라는 것인데, 그것은 서로 다른 ATP-결합의 카세트 같은 운반자가 그것을 특정한 장소로 운반하는데 있어서, 서로 다른 화학적 형태들을 인식한다는 것을 암시하는 것이다.......”
3. 상향 이동성 : 여러분은 나무의 뿌리에서 꼭대기로 수액(sap)을 펌프하여 올리는데 무엇이 필요한지 생각해 본 적이 있는가? 마드리드 대학(University of Madrid)의 과학자들은 그러한 생각을 가진 사람들 중 일부이다. 학생들은 아마도 목질부(xylem)나 체관부(phloem)라는 용어를 기억할 것이다. 목질부는 물을 전달하고, 체관부는 양료를 전달하는 기관이다. Science Daily(2011. 1. 4) 지는 ”새로운 수력시스템이나 흡입 펌프를 향상시킬 수 있는 기술을 응용하기 위하여, 수액의 이동에 열쇠가 되는 것을 발견”하는데 연구의 목적이 있다고 하였다.
”이 연구의 주요 결론은 나무의 줄기 속에 있는 수액은 가압상태에 있었다”고 논문은 밝혔다. ”그것은 압력이 체관부의 도관은 물론 목질부의 도관에서 양성(positive)일 때, 그 모델은 방사방향으로 팽창한다는 것”으로 입증된다. ”그러나, 그 압력이 목질부에서 음성이고, 체관부에서 양성일 때는(이것은 낮 동안에 일어난다고 믿어진다), 그 모델은 방사방향으로 수축한다는 것”이다. 나무는 도대체 어떻게 이러한 정보를 배웠을까? 나무는 중력에 반대하여 물을 짜내거나, 혹은 펌프하는 여러 가지 좋은 방법들을 가지고 있다. 연구자들 중 한 사람은, ”현재 정상 대기압 하에서 10m 이상 물을 끌어올릴 수 있는 흡입펌프는 없다”고 전문가들의 의견을 말했다. 그러나 세쿼이아(sequoia) 나무는 100m 이상 물을 끌어올릴 수 있다! 그 사실은 식물로부터 배울 수 있는 어떤 것이라도 이 분야에서 일하는 사람들에게는 대단한 관심을 끌 수 있는 것일 수 있다.
프린스톤 대학의 연구자들 역시 이러한 실마리를 찾기에 열심이었다. PNAS 지에 발표된 논문에서[2], 그들은 ”식물 유관속의 네트워크는 식물학적 형태, 기능, 그리고 다양성의 중심부”라고 말했다. 그리고 그들은 어떻게 전달물질이 수력 안정성과 효율 사이에서 교환을 필요로 하는 지를 설명했다. 그들은 ”수액 흐름의 예측, 수간에서 나무 꼭대기 가지로 목질부 도관 반경의 점차 가늘어짐, 그리고 어떻게 목질부 도관의 빈도가 도관의 반지름에 따라 변하는 지”의 모델을 개발하였고, 그 모델을 참나무, 단풍나무, 소나무 등 여러 나무들과 비교하였다. 어찌되었든 이들 나무들은 최대 효율을 얻기 위해 바닥에서 나무의 꼭대기까지 자신의 도관 반지름을 어떻게 점차 가늘게 하는지를 알고 있었던 것이다.
저자들은 그들의 논문에서 ”진화적 운전자”를 말했으나, 그러나 실제로는 ”설계의 필요조건”을 말하고 있었던 것이다. 즉, 1)도관을 통해 수액의 흐름과 잎에 의한 탄소흡수를 최대로 하기위한 공간 채움의 기하학적 배열 2)잎으로 수력 전도계수와 자원 공급의 증가 3) 색전증(embolism)에 대비한 보호기능과 그와 관련한 유관속 전도의 감소 4)식물전체로 균일한 생물 기계적 제한의 실행 5)말단부 가지 크기의 독립성, 유속비율, 그리고 식물의 크기와 관련된 내부구조” 등이다. 어디에도 그 필요한 구조를 만들 것 같은 그럴듯한 돌연변이 결과를 설명해주는 내용은 전혀 없었다. 그들은 단지 ”자연선택”이 어떻게든 이러한 필요사항들을 충족시켰을 것이라고 추정만하고 있었다.
식물의 진화에 대해 말하면서, PhysOrg(2010. 12. 13) 지의 또 다른 기사는 PNAS[3]의 다른 논문을 요약하고 있었는데, 그들은 구과(cone, 솔방울 등)를 지닌 현화식물의 공통 조상을 찾기 위해서 추적하고 있었다. 그 논문은, 다윈의 지독한(혐오스러운) 미스터리(Darwin’s Abominable Mystery)라 불려지는 ”피자식물(angiosperms, 속씨식물)의 기원과 급격한 다양화는 많은 연구자들이 오랜 기간에 걸쳐 연구해왔다”면서. ”현화식물이나 피자식물의 진화론적 기원은 미해결된 최대의 생물학적 미스터리의 하나로 남아있다”고 서론에서 말하고 있었다.
그렇다면 그들은 그 미스터리를 해결했는가? 만약 PhysOrg 지의 요약 글에서 그러한 어떠한 암시가 있었다면, 그들은 출현(emergence)이라는 단어로 그것을 표현함으로써, 진화를 추측하고 있었을 뿐이다 :
PNAS 지의 이번 주에 발표된 새로운 연구는 1억3천만년 이상 된 수많은 다양한 속씨식물들을 재빨리 일으키는 진화론적 혁신으로 그들의 유전적 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 있다. 연구팀의 공동 책임자는 비슷한 완곡어법을 사용했다 : ”수련(water lily)과 아보카도(avocado)의 꽃은 근본적으로 여전히 같은 유전적 구조를 지닌 ‘유전적 화석’인데, 그것은 나자식물의 구과(cone)가 꽃으로 변형되도록 허용한 것 같다”고 도우 솔티스(Doug Soltis)는 말했다. ”우리는 최초의 속씨식물이 나자식물(gymnosperm, 겉씨식물)의 구과에서 발견된 이미 존재하는 유전적 프로그램에서 어떻게 진화되었는지, 그 다음 우리가 오늘날 볼 수 있는 다양한 속씨식물들로 어떻게 발달했는지를 보여주었다”. 솔티스는 ”나자식물 구과에 들어있는 유전적 프로그램은 최초의 꽃을 만들기 위해 변형되었다”라고, 진화론적인 실제 과정은 소극적인 표현의 동사로 감추면서 말을 계속했다.
그의 설명은 또한 어떻게 구과가 달리는 식물이 처음의 장소에서 꽃을 위한 유전적 프로그램을 만들었는지, 그리고 왜 그것이 진화론적 시간 틀에서 이전의 수백만 년 동안 그러한 목적으로 사용되지 않았는지에 대한 논점을 교묘히 피하고 있었다. 마지막에서, 그 논문은 만물 우연의 법칙과는 동떨어진 답변을 하고 있었다 : ”어떻게든 유전적 변화가 일어나 웅성(수컷)의 구과가 자성(암컷)의 기관을 만들도록 했고, 아마도 더욱 중요한 것은, 그것이 화려한 화판(petal)과 같은 기관을 만들게 하여, 벌과 같은 수분 매개체와 새로운 상호작용을 유인했다”는 것이다. 그러나 ”무언가 허용한다” 것이 성취되기 위한 필요충분 조건을 제공하는가? 만약 그것이 사실이라면, ”건축을 허가하는 것이, 건물이 저절로 지어진다는 의미”로 간주 될 것이다.
1. Miao and Liu, ATP-binding cassette-like transporters are involved in the transport of lignin precursors across plasma and vacuolar membranes, PNAS, published online before print December 13, 2010, doi: 10.1073/pnas.1007747108 PNAS December 13, 2010.
2. Savage et al, Hydraulic trade-offs and space filling enable better predictions of vascular structure and function in plants, PNAS, published online before print December 13, 2010, doi: 10.1073/pnas.1012194108.
3. Chanderbali et al, Conservation and canalization of gene expression during angiosperm diversification accompany the origin and evolution of the flower, PNAS, published online before print December 13, 2010, doi: 10.1073/pnas.1013395108.
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자연의 한 새로운 법칙인 DAM(Darwin’s Abominable Mystery, 다윈의 지독한 미스터리) 법칙이 여기서 기술되고 있다. 속씨식물의 진화에 대한 어떠한 논설이나 논문도 그러한 어구에 의해 덧붙여질 것이다. 이것은 다윈뿐만 아니라, 오늘날 그의 추종자들에게까지 그러한 곤경을 설명하는 시간불변의 법칙이 되고 있다.
진화론자들은 역시 DAM 법칙에 관하여 미쳐(MAD) 있다. 다윈의 지독한 미스터리(Mystery’s Abominable Darwin) 법칙은 여러 곳에서 발생될 수 있음을 보여주고 있다. DAM 법칙은 식물 자체를 혐오스러운 것으로 주장하지 않음을 주목하라. 그렇다. 식물은 놀라운 것이다. 그들은 정말로 잘 설계되어있다. 식물 기원의 미스터리는, 다윈주의라는 전제(가정)된 증오의 씨앗으로 음모를 꾸미고, 설계와는 동떨어진 ”저절로 발생하는”, ”발달하는” 등과 같은 해로운 웅변술로 물을 줄 때에만 혐오스러운 것이다. 그러한 변형된 정원에서는, 어떠한 것도 자랄 수 없고, 어떠한 신비감도 없는 것이다!
번역 - 문흥규
주소 - https://crev.info/2010/12/plant_wonders_are_in_the_details/
출처 - CEH, 2010. 12. 26.
진화론을 거부하는 규조류
: 정교한 구조와 다양한 아름다움을 가진 경이로운 생물.
(Homage to Diatoms)
David F. Coppedge
당신이 호흡하는 공기의 20%는 크리스털 성에 사는 작은 생물에서 온 것이다.
Live Science(2014. 6. 10) 지에 게재된 한 규조류(diatom)의 사진은 충격적이다. 그것은 사람이 만든, 또는 기계가 만든 구조임에 틀림없어 보인다. 너무도 완벽하게 보이는, 이 나노공학의 결정체가 살아있는 생물체인 규조류라는 것은 놀랍다. 규조류는 광합성을 하는 단세포 미생물로 바다에 극도로 풍부하며, 일부 민물 호수에서도 살아가는 플랑크톤이다. 그들의 서식지도 매우 다양한데, 일부는 극지방의 얼음에서, 일부는 열대 산호초에서도 발견된다.
기사는 규조류 전문가인 앤드류 앨버슨(Andrew Alverson, 아칸소 대학)와의 인터뷰로 시작하고 있는데, 다양한 규조류 종들의 전자현미경 사진들을 보여주고 있다.(photo gallery). 이들은 너무도 멋있어서 실제 생물이 아닌 것처럼 여길 정도이다. 앨버슨은 규조류를 ”대부분의 사람들이 잘 들어본 적이 없는 가장 중요한 작은 생물”이라고 불렀다.
규조류는 매우 작다. (그들 중 10에 5는 핀 머리에 올려놓을 수 있을 정도로). 하지만 이들 단세포 조류는 지구 행성의 생태계 유지에 엄청난 역할을 감당하고 있다. 그들은 탄소와 산소의 순환, 해양 먹이사슬의 주요 구성 요소이며, 지각의 약 1/4을 구성하고 있는 규소(silica)의 주요 순환체이다.
앨버슨은 규조류는 10만 종(species) 정도가 있는 것으로 (심지어 두 배까지도 될 수 있다) 평가했다. 그들은 우리가 호흡하는 산소의 약 20%를 생성하고 있는, 생물권에서 매우 중요한 생물이다.
이 규조류에 대한 최초의 유전체(genome) 분석이 이루어졌는데, 그 결과는 진화론자들을 매우 당혹스럽게 만들었다 :
규조류는 많은 다양한 근원에서 기원한 유전자들을 가지고 있는, 고도의 모자이크식(짜집기) 유전체(mosaic genome)를 가지고 있는 것으로 나타났다. 가장 주목할 만한 것은, 유전자들의 많은 부분이 박테리아로부터 수평유전자전달(horizontal gene transfer, HGT)에 의해서 획득된 것처럼 보인다는 것이다. (수평유전자전달은 상호 교배될 수 없는 생물 종들 사이에 유전자들 교환이 일어나 있는 것을 말한다). 유전체 데이터는 수평유전자전달이 한때 생각했었던 것보다 진핵생물에서 훨씬 더 흔하다는 것을 보여주고 있지만, 이러한 멀고 먼 친척 생물들 사이에 유전자 전달은 극히 드문 일이다. (진화론적 시간 틀로 규조류와 박테리아는 마지막 공통조상을 10~20억 년 전에 가지고 있었다).
이것은 진화론의 절망적인 유전학적 증거이거나, 유전학적 진화론이 완전히 허구임을 가리키는 증거처럼 보인다. 앨버슨은 이러한 문제점을 설명해내기 위해 애쓰고 있었다 :
극도로 다양한 진핵생물의 다양성에 관련된 일부 동일한 (대부분 내인적인) 과정이 규조류의 진화 과정을 통해 나타났는지는 두고 볼 일이다. 예를 들어, 현화식물과 척추동물은 전체 유전체를 복제하는 연속적인 단계를 경험했다. 복제된 유전자의 대부분이 진화 역사의 쓰레기통 속으로 즉시 소실되었지만, 일부 복사본들은 남았고, 새롭고 변형된 기능을 획득하도록 그들의 조상들에서 자유롭게 독립적으로 진화했다. 규조류 유전체는 많은 중복된 유전자들을 포함하고 있다. 하지만, 이러한 조각난 대대적인 유전자 폭발이 어떻게 기원했는지는 공개된 질문이다.
앨버슨은 더 많은 규조류들에 대한 유전체 염기서열 분석이 이러한 질문에 대답을 줄 수 있을 것으로 희망하고 있었다 :
그러나 유전체는 모든 간격을 메울 수 없다. 규조류 종의 약 90%는 아직 발견되고 명명되어야 한다. 그래서 우리가 규조류의 다양성을 밝히기 시작한다 하더라도, 그들의 대부분은 익명으로 남아있을 것이다.
이 기사의 어디에도, 그리고 앨버슨도 규조류의 극도로 정교한 크리스털 성이 어떻게 만들어질 수 있었는지 설명하지 않고 있었다.
현미경을 통해서 이 생물이 처음 관찰된 이후로, 규조류는 사람들을 매료시켜 왔다. 무디 연구소의 오래된 과학 영화 ‘숨겨진 보물(Hidden Treasures)’에서 어윈 문(Irwin Moon) 박사는 규조류의 다양성과 아름다움을 눈송이에 비유했었다. 어떻게 그렇게 많은 종들과 다양한 모양과 패턴들이 생겨날 수 있을까? 이것들이 모두 목적도 없고, 방향도 없고, 지성도 없고, 계획도 없는, 무작위적인 돌연변이들로 우연히 생겨났을까? 규조류들의 아름다움과 디자인은 생존을 위해 어떻게 필요했던 것일까?
만약 창조주가 지구 행성에서 생물들이 살아가는 데에 필수적일 뿐만 아니라, 아름답고 멋진 한 부류의 생물체를 만들기 원하셨다면, 여기에 그 좋은 예가 있다. 규조류의 다양한 모습들과 정교한 디자인과 아름다움은 진화론으로 설명될 수 없다. 진화론자들이 규조류의 유전체와 다양성과 아름다움에서 느끼고 있는 절망감은 창조론자들과의 야구시합에서 퍼펙트 게임을 당했음을 의미한다.(8/11/2012. 아래 관련자료 링크 1번 참조).
이제 사진 갤러리(photo gallery)에 들러 경이로운 규조류들을 감상해 보라. (구글 이미지는 여기를 클릭)
*관련기사 : 규조류의 숨겨진 가치. 반도체 칩 제조와 CO2 흡수 (2008. 3. 5. ScienceTimes)
식물이 냄새를 맡는다고? 돌 냄새를 맡는 규조류 (2016. 3. 8. ScienceTimes)
번역 - 미디어위원회
링크 - http://crev.info/2014/06/homage-to-diatoms/
출처 - CEH, 2014. 6. 19.
나무에서 중력을 거스르는 물의 운반
(Anti-Gravity Water Transport in Trees)
Frank Sherwin
나무의 뿌리에서 꼭대기의 잎까지 10층 높이로 물을 운반하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이것이 어떻게 이루어지는가? 그 답은 목질부(xylem)라고 불리는, 작고 특별히 설계된 맥관과 다른 요소들의 조합에 있다. 과학자들은 미래의 대규모 담수화 및 하수 처리를 위해서, 이 놀라운 물의 수직 통로를 모방하고자 한다.[1, 2]
진화론자들은 나무는 이러한 물의 놀라운 운송을 수억 년 전에 마스터했다고 말하고 있었다. 연구자들은 캘리포니아 레드우드(California redwood tree, 세쿼이아) 나무에서 100m의 높이로 지속적으로 이동되는, 끊어지지 않는 수직적 물기둥이 얼마나 복잡한 지를 보여주고 있었다. 물과 미네랄은 뿌리계와 맥관 조직(즉, xylem) 내로 들어가고, 주로 증산(transpiration, 발산)이라 불리는 "당겨지는" 힘을 받는다. 증산은 잎의 밑면에 있는 기공(stomata)이라는 특수한 개구부를 통한 수증기의 손실이다. 뿌리에 의해 흡수된 물의 20% 이상이 수증기로서 대기로 방출된다. 이 물리적인 끌어당김(pulling) 작용은 수소결합이라 불리는 물 분자 사이의 독특한 화학적 부착 때문이다. 물 분자는 서로 밀착되어 응집 장력 이론(cohesion-tension theory)이라 불리는, 증산류(transpiration stream)를 형성한다. 이것은 지속적으로 움직이는 물의 비정상적으로 안정적인 기둥을 생성한다.
나무의 물-운반 시스템을 모방하는 것은 쉬운 일이 아니다. 중국 절강이공대학과 저장대학의 연구자들은 나무의 반-중력 물 수송 시스템은 “좋은” 것으로 여기고 있었다. 그리고 “산업 전반에서 응용될 수 있는, 물을 빠른 속도로 먼 거리로 운송할 수 있는 시스템을 만들기 위해 노력하고 있었다.
그 기사는 이렇게 말하고 있었다 : “중력을 거슬러 물을 높은 곳으로 효율적으로 이동시키는 시스템은 사람이 만들어낸 주요한 공학적 업적이었다. 그런데 나무들이 수행하고 있는 놀라운 물 수송 시스템을 재현하는 것은 어려운 일이다.”
식물의 물 수송 시스템은 놀라울 정도로 복잡하다. 연구자들이 모방하려는 이러한 시스템은 창조주의 설계를 가리키는 것이다. 무작위적 돌연변이들이 오랜 시간 동안 축적되어 우연히 생겨날 수는 없어 보인다.
References
1. Zyga, L.Antigravity water transport system inspired by trees. PhysOrg. Posted on phys.org July 8, 2019, accessed July 10, 2019.
2. Xu, W. et el. 2019. Efficient Water Transport and Solar Steam Generation via Radially, Hierarchically Structured Aerogels. ACS Nano. DOI.org/10.1021/acsnano.9b02331
*Mr. Sherwin is Research Associate at the Institute for Creation Research. He earned his master’s degree in zoology from the University of Northern Colorado.
출처 : ICR, 2019. 7. 30.
주소 : https://www.icr.org/article/anti-gravity-water-transport-in-trees/
번역 : 미디어위원회
풀산딸나무 화분의 경이로운 폭발!
: 투석기와 유사한 발사 장치는 설계를 가리킨다.
(Bunchberry bang!)
여름 맑은 날 북미의 광활한 가문비-전나무 숲을 거닐다보면, 당신은 온통 녹색의 세상 속에 있다고 생각할지도 모르겠다.
풀산딸나무(Bunchberry, Cornus canadensis, 층층나무속의 일종. 산딸나무)는 일반적으로 4월말에서 6월에 꽃이 핀다.
그러나 연구자들은 이 숲의 지면에 카펫을 깔아놓고 있는 이 나무가, 꽃이 필 때 꾸물거리지 않는다는 사실을 발견했다. 고속의 비디오카메라를 이용하여 연구자들은 이 나무의 꽃이 화판에서 열릴 때, 공중으로 0.4 밀리초(=0.0004초)의 속도로 화분을 발사한다는 것을 보여주었다![1, 2] 그것은 솔거품벌레(spittle bugs)와 거품벌레(froghoppers)의 도약(0.5~1.0 밀리초)[3, 4], 사마귀새우(mantis shrimp)의 찌르기(2.7 밀리초)[5, 6], 봉선화/물망초 과실의 열림(2.8~5.8 밀리초)[2], 카멜레온(chameleon)의 혀 내뱉기(50 밀리초)[7, 8], 그리고 벌레잡이 식물 파리지옥(venus flytraps)의 잎 닫기(100 밀리초)보다 빠른 것이었다.[9, 10].
(Photo by A. Acosta, J. Edwards, M. Laskowski and D. Whitaker, see ref. 2.)
”대부분 사람들은 식물이 정지해 있고, 정적인 것으로 생각한다”. ”우리조차도 이 꽃이 얼마나 빨리 열리는 지를 보고 놀랐다”고 연구자인 조안 에드워드(Joan Edwards)는 말했다.[11]. 정말로 그랬다. 연구자들은 매 초 당 1,000장의 사진을 찍는 고속 카메라를 이용하여 시작을 했으나, 그 이미지는 흐렸다. 그것은 카메라가 너무 느렸음을 가리키는 것이었다! 그래서 초 당 10,000장을 찍을 수 있는 초고속 카메라를 사용하여, 이 나무의 꽃이 열릴 때 어떤 일이 일어나는지를 정확히 필름에 담을 수 있었다!
꽃이 폭발할 때, 화판이 빠르게 분리되고(처음 0.2밀리 초 안에), 화분이 달린 수술이 밖으로 튀어나가는 형태로 뒤로 젖혀졌다. 그 때 수술이 휘날리고, 중력의 2,400배로 가속이 되어(우주비행사가 이륙할 때 경험하는 힘의 약 800배) 화분 알갱이들은 공중으로 ‘2.5cm의 인상적인 높이’로 사출되었다. 이것은 일견 대단치 않은 것 같이 보일지 모르지만, 그 꽃은 키가 수 mm(1인치의 1/10 미만)일 뿐이다. 그래서 그것은 우리가 돌을 6층 빌딩 꼭대기로 던져 올리는 것과 같은 성취라고 말할 수 있겠다![11]
실제로, 사람들은 그 같은 업적을 성취하는 법을 알고 있었다. 중세의 전쟁 시에 사용된 투석기(trebuchet)가 그것이다.[13] 그 투석기는 독창적으로 설계된 것으로[14], 물리학의 지렛대 원리를 이용하여, 단순한 석궁보다 더 멀리, 그리고 더 빠르게 물체(돌)를 내던지는 도구이다.[12]
중세시대에는 투석기가 전쟁에서 사용되었다. 예로써, 대형투석기에 의한 지레장치와 힘은 적진을 향해 요새의 벽에 손상을 입히기에 충분한, 상당히 무거운 물체를 던지기에 충분한 것이었다. 중세 투석기의 어떤 그림에는 심지어 불운한 협상자(사자)를 그가 온 곳의 성벽 너머로 던져지는 그림이 있다! 또한 투석기는 성 내에 질병을 퍼뜨리기 위해서, 사람의 시체나 동물의 시체를 성이나 요새 안으로 던져 넣을 때 사용됐었다고 보고되고 있다.
풀산딸나무의 수술(stamens)도 이와 유사한 것으로, 그 기능에 있어서는 소형 투석기인것으로 밝혀졌다. 수술대(filament) 끝의 꽃밥(anther)과 연결되어있는 유연한 ‘경첩’에 의해서, 탄두(꽃밥의 화분)는 던져지는 팔(수술대)에 부착되어 있다. 화판이 열린 후에 구부러져 있던 수술대가 펴지고, 탄성에너지가 방출되면서, 수술대 선단 근처의 꽃밥의 회전은 화분을 위쪽으로 세게 내던지며, 최대 수직 속도로 화분을 가속 방출시킨다.[2]
중세의 투석기가 바람이 불고 번개가 치는 날 우연히 나무들이 부러져서 어쩌다 저절로 조립되어 생겨날 수 있었을까? 그럴 수 없었을 것이다. 투석기가 지능을 가진 사람에 의해서 설계된 것이라면, 풀산딸나무의 꽃도 누군가에 의한 설계일 가능성이 높지 않은가?(그 꽃의 설계자는 처음부터 그러한 투석기 원리를 알고 있었다!). 실제로, Nature 지의 연구자들은 '설계'라는 단어를 사용하지 않을 수 없었다 : ”풀산딸나무의 수술은 중세의 소형 투석기처럼 ’설계‘되어 있었다.....”[2]
꽃의 구성요소들 각각이 어떻게 하나씩 하나씩 점진적으로 진화되어, 함께 조화스럽게 작동될 수 있었을까? 이러할 가능성은 분명 상상하기 어렵다. ”화판은 수술의 활동과는 무관하게 열린다”[15]고 연구자들은 지적했으나, 그러나 완전히 기능을 하는 수술 ‘투석기’가 이미 제자리에 있지 않았다면, 왜 그렇게도 빠른 화판의 열림이 필요했을까? 그와 반대로, 만약 봄에 화판이 제 때에 열리지 않는다면, 빠르게 발사되는 화판의 발사 장치는 전혀 쓸모가 없었을 것이다.[16]
이러한 모든 사항들에 대한 논리적인 결론은 로마서 1:20절에서 지적한 것처럼, 풀산딸나무 화분의 ‘발사’ 장치는 우연히 생겨나지 않았다는 것이다.
”창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그가 만드신 만물에 분명히 보여 알려졌나니 그러므로 그들이 핑계하지 못할지니라” (로마서 1:20)
References
1.Angell, S., Professors record the world’s fastest plant, Oberlin College News & Features, 24 August 2006.
2.Edwards, J., Whitaker, D., Klionsky, S., Laskowski, M., A record-breaking pollen catapult, Nature 435(7039):164, 2005.
3.Burrows, M., Froghopper insects leap to new heights, Nature 424(6948):509, 2003.
4.See also Catchpoole, D., In leaps and bounds—the amazing jumping prowess of frogs and froghoppers.
5.Patek, S., Korff, W., and Caldwell, R., Deadly strike mechanism of a mantis shrimp, Nature 428(6985):819–820, 2004.
6.See also Sarfati, J., Shrimpy superboxer.
7.Snelderwaard, P., de Groot, J. and Deban, S., Digital video combined with conventional radiography creates an excellent high-speed X-ray video system, Journal of Biomechanics 35:1007–1009, 2002.
8.Sarfati, J., A coat of many colours—captivating chameleons, Creation 26(4):28–33, 2004.
9.Forterre, Y., Skotheim, J., Dumais, J., and Mahadevan, L., How the Venus flytrap snaps, Nature 433(7024):421–425, 2005.
10.See also Sarfati, J., Venus flytrap—ingenious mechanism still baffles Darwinists.
11.Schirber, M., World’s fastest plant: New speed record set, Live Science, 24 August 2006.
12.Sohn, E., Fastest plant on Earth, Science News for Kids, 24 August 2006.
13.Trebuchet.com—dedicated to the art of hurling, 1 December 2006.
14.All about catapults, 1 December 2006.
15.Again, our emphasis in bold font. Ref. 2.
16.The catapult mechanisms of chameleon tongues and horse legs are similarly irreducibly complex. That is, both ‘spring’ and ‘release’ systems must be fully in place for the catapult to work—evolution’s hypothetical small intermediate steps would have no advantage by themselves, therefore natural selection would not favour them. See ref. 8—Box: ‘Chameleon catapult’; and Sarfati, J., Horse legs: the special catapult mechanism, Creation 25(4):36, 2003.
(Available in Portuguese and Russian)
번역 - 문흥규
링크 - http://creation.com/bunchberry-bang-mag
출처 - Creation 31(2):32–34, March 2009.
