식물들이 시간을 알고 있는 이유- 다샤 새비지(Dasha Savage)

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나팔꽃은 시계 장치처럼 정확히 이른 아침에 그들의 꽃잎을 펼치고, 수련을 보면 우리는 그 때가 늦은 오후라는 것을 알 수 있습니다. 밤메꽃은 그 이름처럼 밤하는 아래에서만 핍니다. 무엇이 이 식물들에게 선천적인 시간의 감각을 주었을까요? Dasha Savage가 동식물 체내의 시계역할을 하는 '생물학적 주기'가 어떻게 작동하는지 연구합니다.

Lesson by Dasha Savage, animation by Avi Ofer.

18세기에

스웨덴의 식물학자 린네는
꽃시계를 고안했습니다.

시계는 종자식물로 이루어졌는데,

꽃들이 하루 중 정확한 때에
피고, 지는 성질을 이용했습니다.

린네의 계획이 완벽하지는 않았지만,
그 뒤에 있던 아이디어는 확실했습니다.

꽃들은 완전하지 않지만
어느정도 시간을 느낄 수 있습니다.

나팔꽃은 시계 장치처럼 정확한
이른 아침에 꽃잎을 펼칩니다.

수련이 지는 것은 그때가
늦은 오후라는 신호이고,

밤메꽃은 이름으로부터 알 수 있듯이,
오직 밤하늘 아래에서만 핍니다.

그런데 무엇이 식물들에게 이러한
선천적인 시간의 감각을 주는걸까요?

실은, 이런 현상을 갖고있는
것은 식물만이 아닙니다.

지구의 많은 생물체들은
내재된 의식을 가지고 있는데,

이는 하루의 주기에서 지금
어디에 있는지를 알 수 있게 합니다.

이는 생물학적인
24시간 주기의 리듬 때문입니다.

즉, 체내의 시계가 생물의 안에서
똑딱똑딱 흘러가는 것입니다.

이 생물학적 시계는 유기체가
시간을 확인할 수 있게 하고,

환경 신호를 알수 있게 해
적응에 도움을 줍니다.

이것이 중요한 이유는,
지구의 자전과 공전이

우리를 지속적인 흐름의
상태에 놓이게 하지만,

반복적이고 예측 가능하게
유발되기 때문입니다.

생물학적 리듬은 다양한 신호를 받아,

이를 통해 생물이 언제
일어나고 자야하는 지를 조절하고

특정한 움직임들을 실행합니다.

식물에게는 빛과 온도가
반응을 유발하는 계기이며

이 반응은 분자단위로 발생합니다.

줄기와 잎, 꽃에 있는 세포들은
녹색 색소 단백질을 포함하는데,

녹색 색소 단백질(피토크롬)은
빛은 감지하는 작은 분자입니다.

이때, 피토크롬은 일련의
화학 반응을 착수시키고,

메세지를 세포의 핵까지 전달합니다.

여기, 메세지에 포함된 요인들이
단백질의 생성을 유발하고,

이 단백질이 빛에 의존되는 과정들을
수행하기 위해 사용됩니다.

광합성처럼 말입니다.

이 피토크롬들은 단순히 식물이
받는 빛의 양만 느끼는 것이 아니라,

미세한 차이들까지

식물이 받는 파장의 분포에서 느낍니다.

이렇게 미세하게 조정된 감각으로

피토크롬은 식물이 동시에 시간과,

낮과 밤의 차이를,

장소와, 직접적 햇빛 또는
그늘에 의한 날씨를 알게 하여

식물이 환경에 맞게 화학적 반응을
할 수 있는 능력을 부여합니다.

식물이 일찍 일어나도록
유도하기도 합니다.

일출 몇시간 전이면, 보통의
식물들은 이미 활동하고 있고

광합성 조직을 위해 MRNA(핵산)
형판을 만들고 있습니다.

피토크롬이 햇빛의 증가를 감지함에 따라

식물들은 빛을 수집하는
분자를 준비하게 됩니다.

따라서 광합성을 할 수 있게 되고,
아침 동안에 성장을 하는 것입니다.

아침의 햇빛을 받고나면,

식물은 나머지의 시간을 에너지의
긴 연결을 강화하는데 사용합니다.

고분자 포도당의 형태,
마치 녹말처럼 말입니다.

태양이 지면 낮동안의 일은 끝나고,

밤에는 활발하게 활동하지 않습니다.

하지만 태양빛이 없어도 식물은

대사 작용을 하고, 자라납니다.

물론 에너지는 낮동안 만든 녹말을
분해시켜 얻습니다.

많은 식물들은 계절적 리듬또한
가지고 있습니다.

봄이 겨울의 숲을 녹일 때,

피토크롬은 길어진 낮과
증가한 빛의 양을 감지하고

현재에 알려지지 않았던 메커니즘으로
온도의 변화를 찾아냅니다.

이 시스템은 소식을
식물 전체에 전달하고

식물이 개화하여 꽃을 피우게 합니다.

따뜻해진 날씨에 의한 꽃가루 매개자의
준비과정을 거친 후에 말입니다.

생물학적 리듬은 식물과 그들의 환경
사이를 잇는 고리역할을 하며,

이 움직임은 식물 그들 자체에서 만들어집니다.

각각은 불완전한 리듬을 갖고 있습니다.

그렇기는 하지만, 시계는
그들의 움직임에 적응하며

환경변화와 신호에 맞추어 갑니다.

지구 안에는 끊임없는 흐름이 있는데,

이 안에서 식물이 그들의 스케줄에
충실하게 사는 것은,

그들만의 시간을 지키게 하는것은
바로 '생물학적 주기' 입니다.