동물은 위협을 받을 때 평소와 다른 모습을 보이는데요. 다람쥐가 요란스레 움직이거나, 까마귀가 날카롭게 우는 것, 개가 으르렁거리는 행위가 대표적이죠. 동물들의 그런 움직임은 무리의 다른 동물들에게 위험을 알리는 신호이기도 한데요.
식물도 위협을 느끼면 '전기적 신호'로 일종의 비명을 지르며 서로 경고 메시지를 주고 받는다는 사실, 알고 계셨나요?
사실 과학자들은 식물이 전기적 신호를 보내면 다른 식물들과 곤충들이 이를 감지한다는 것을 오래 전 발견했습니다. 1873년 영국의 생리학자인 존 버든 샌더슨은 식물이 자극받았을 때 전기생물학적 신호를 일으킨다는 사실을 발견했습니다.
샌더슨의 발견 이래 과학자들은 빛과 습도, 기온의 변화, 외부의 충격 등 여러 자극에 노출된 식물의 전기적 신호를 연구해왔는데요. 대표적인 연구가 토란과 식물인 필로덴드론의 줄기와 잎에 전극을 삽입한 뒤 자극을 주며 필로덴드론을 관찰했던 실험입니다.
연구의 첫째 날 연구자들은 전극을 삽입한 필로덴드론을 방에 놓아둔 뒤 열 명의 사람들을 차례로 방에 들어가게 했어요. 필로덴드론을 만지거나 그 옆에 서 있게 했는데요. 그 가운데 한 사람은 필로덴드론의 잎을 몇 장 찢게 했습니다.
그런데 연구 둘째 날인 다음날, 필로덴드론의 잎을 찢었던 사람이 다시 방으로 들어서자 필로덴드론의 전기적 활동이 활성화되었다고 합니다. 다른 아홉 명의 사람들이 들어섰을 때에는 필로덴드론의 전기적 활동이 활성화되지 않았는데 말예요.
이에 놀란 연구진은 여기에 한 가지 실험을 더 진행하는데요. 연구진은 셋째 날에는 필로덴드론이 있는 방에 전극을 꽂은 다른 여러 종의 식물들을 함께 놓고 다시 열 명의 사람들을 차례로 들어가게 합니다. 필로덴드론은 역시 자신의 잎을 찢었던 사람이 들어오자 전기적 신호를 활성화시켰습니다.
그리고 실험 넷째 날. 필로덴드론과 다른 식물들이 있는 방에 잎을 찢은 사람이 들어서자 필로덴드론은 물론 다른 식물들도 모두 전기적 신호를 활성화시켰습니다. 다른 아홉 명의 사람들이 들어섰을 때는 식물들이 모두 반응을 보이지 않았습니다.
연구자들은 이를 필로덴드론이 보낸 전기적 신호를 다른 식물들이 위협을 알리는 신호로 감지해 동시에 전기적 신호를 냈다고 보고, 이를 '시스템 전위'라 불렀습니다.
지난 2009년에는 독일의 막스플랑크연구소와 기센대학교 연구진들이 '시스템 전위'와 관련해 좀 더 정교한 전기생리학 연구를 진행했는데요. 그들은 식물의 잎 표면의 미세한 구멍에 아주 가느다란 섬유 전극을 삽입했습니다. 세포벽으로 직접 '시스템 전위' 현상을 확인하기 위해서였죠.
연구진은 다음과 같이 결론내립니다. "식물의 잎에 손상이 생기면 전기 신호가 발생된다...(중략)...전압의 변화가 잎에서 줄기고, 그리고 다시 다른 잎으로 전달되는데 이는 세포막을 통과하는 과정을 거치는 것이 아니라 양성자 펌프가 활동한 결과다"
기센대학교의 허버트 펠레 교수는 동물의 신경에서 나타나는 고전적인 활동전위와 식물의 시스템전위가 다르다고 설명하는데요. 이로써 연구팀은 세포막을 통한 동물의 '활동전위'보다 식물의 '시스템 전위'가 훨씬 더 민감하고 동시에 여러 가지 다른 유형의 정보를 전달할 수 있음을 증명했습니다.
식물의 '시스템 전위'는 담배와 옥수수, 보리, 강낭콩 등 관찰되는 모든 식물들에게서 발현된다고 합니다.
##참고문헌##
캐런 섀너, 『동물의 숨겨진 과학』, 진선미, 서울:양문, 2013.
