영화 ‘아바타’를 보면 한밤에 형광색으로 빛나는 수많은 식물들이 등장한다.
실제로는 존재하지 않는 상상 속의 식물이었다. 그런데 최근 과학자들이 어둠 속에서 초록 색으로 빛나는(glow-in-the-dark) 식물을 개발했다.
연구를 수행한 영국의 스타트업 플랜타(Plant LLC), 러시아과학원 공동연구팀은 논문을 통해 반딧불처럼 발광을 지속할 수 있는 담배 나무(tobacco plants)를 개발했다고 밝혔다. 발광 식물이 개발되기는 이번이 처음이다.

신진대사 연구, 원예 산업에 큰 변화 예고

28일 ‘CNN’, ‘가디언’, ‘사이언스 얼럿’ 등 주요 언론들은 이 발광 식물을 통해 식물의 신진대사 활동이 어떻게 일어나고 있는지 새로운 분석이 가능해졌다고 보도했다.
또 산업 측면에서는 새로운 차원의 조명이 가능해져 발광 식물이라는 새로운 원예 분야를 탄생시키고, 더 나아가 홈 데코(Home Deco) 등 인테리어 산업 전반에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 예상했다.
그동안 과학자들은 균류, 반딧불과 같은 곤충들, 물고기, 해저에 사는 무척추동물, 박테리아 등에서 생물발광(Bioluminescence) 현상을 관찰해왔다.
영‧러 공동연구팀이 특히 주목한 것은 균류인 버섯이다. 일부 버섯들이 반딧불처럼 발광을 하고 있었는데 발광 시스템을 면밀히 분석한 결과 다른 식물의 신진대사 시스템과 유사하다는 사실을 확인할 수 있었다.
연구팀은 버섯에서 빛을 발산하는 세포의 DNA를 담배 나무에 이식했다. 그리고 버섯처럼 밝은 초록색 빛을 발산하는지 관찰한 결과 담배 나무 씨앗에서부터 성숙한 모습을 갖출 때까지 전 생애에 걸쳐 생물발광을 지속할 수 있다는 사실을 발견했다.
논문은 생명과학 분야 최고 수준으로 평가받는 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnolog)’ 17일 자에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Plants with genetically encoded autoluminescence’이다.
연구팀이 처음 주목한 것은 바다 깊은 곳에서 생물발광을 하고 있는 박테리아다.
미생물인 박테리아의 신진대사에 의한 발광 시스템을 균류(fungi)인 버섯에 적용할 수 있다고 보고 DNA를 이식했으나 효과를 보지 못했다.
대안을 찾고 있던 연구팀은 균류 속에서 열을 동반하지 않은 채 빛을 발산하게 하는 카페산(caffeic acid)에 주목했다. 이 물질은 신진대사 활동을 도우며 빛을 유발해 최근 과학자들로부터 큰 관심을 불러일으키고 있었다.

장비‧피뉴니아 등 다른 식물에도 적용

카페산은 커피콩을 비롯 배와 같은 과일들, 바질‧타임‧버베나‧타라곤‧오레가노‧민들레 등과 같은 약용식물에 포함돼 있는 페놀 화합물이다.
의료계에서는 발암억제제로 사용하고 있는데 항산화제로서 알려져 있으며 다른 항산화제보다 효과가 우수한 것으로 알려지고 있다. 일부 버섯들은 신진대사 과정에서 카페산이 발견됐는데 연구팀이 주목한 것은 빛을 유발하고 있다는 점이었다.
연구팀은 균류의 신진대사 시스템을 담배 나무(Nicotiana benthamiana plants)에 이식할 경우 같은 현상을 유발하는지 알아보기 위해 균류의 DNA를 담배 나무에 이식했다.
그리고 담배 나무가 어둠 속에서 빛을 발산하기 시작했다.
연구팀은 나뭇잎은 물론 줄기 뿌리에까지 모든 부분에서 생물발광이 일어나고 있었으며, 신진대사가 지속되는 한 발광이 일어날 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
또 세포에 다양한 호르몬을 주입해 식물에게 나쁜 영향을 미치지 않은 상황에서 이전의 빛보다 약 10배 더 강한 빛을 발산하게 할 수 있었다. 연구팀은 피튜니아, 장미, 빙카와 같은 또 다른 식물도 발광이 가능하다고 보고 후속 연구를 진행할 계획이다.
2009년 초연된 영화 ‘아바타’에서 형광 식물의 숲을 보고 많은 사람들이 강한 인상을 받고 있었다.
한편 과학자들은 머지않아 영화에서 보는 것 같은 형광 식물이 등장할 것으로 예상하고 있었다. 그리고 11년이 지난 지금 형광 식물 시대가 열리고 있다.
연구에 참여한 영국 임페리얼 칼리지 런던의 교수이면서 스타트업 플랜타ICC를 이끌고 있는 카렌 사르키샨(Karen Sarkisyan) 박사는 “향후 후속 연구에 의해 이 형광 식물이 다양한 분야에서 중요한 역할을 하게 될 것”이라고 보고 있다.
박사는 “식물 세포에 다양한 호르몬을 주입해 다양한 종류의 빛을 유발할 수 있으며, 이를 통해 식물의 스트레스나 환경에 대한 반응 등을 감지할 수 있다.”고 말했다.
특히 기후변화로 인해 식물들이 어떤 반응을 하고 있는지 내부 신진대사 과정을 세밀하게 모니터 할 수 있는 길이 열리고 있다고 설명했다.
박사는 또 수년 안에 이 발광식물이 원예 시장에 등장할 것으로 예상했다.
사르키샨 박사는 “머지않아 낮과 밤에 관계없이 빛을 발산하는 식물을 볼 수 있을 것”이라며, “사람들은 이 원예식물을 통해 가정을 아름답게 가꾸는 것은 물론 공기 정화 등을 위해 안전장치로 활용할 수 있을 것”으로 내다봤다.
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