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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

미모사에서 발견된 전기 '근육'

미디어위원회
2022-12-05

미모사에서 발견된 전기 '근육'

(Electric ‘Muscle’ Found in Sensitive Plant)

David F. Coppedge


     만약 '근육'이 동작하는 시스템이라고 넓게 정의된다면, 미모사는 보디빌더의 자격이 있다.


     미모사(Mimosa) : 뛰어난 능력으로 근육을 구부릴 수 있는 식물! 


   나는 "미모사"(sensitive plant, Mimosa pudica, 신경초, 함수초)라는 식물에 대한 이야기를 들어왔었고, 1986년 피지에서 직접 보았다. 그 후로 36년이 지났지만, 오늘날까지도 과학자들은 그 식물이 어떻게 작동되는지에 대해 많은 것을 알아내지 못했다. 잎은 손으로 만지면 축을 따라 빠르게 접히는데, 10분의 1초 만에 줄기처럼 된다.

미모사는 파리지옥(Venus flytrap)처럼 빠르게 움직일 수 있는 몇 안 되는 식물 중 하나이다. 특정 장소의 세포들은 갑작스런 팽압(turgor pressure)의 손실을 일으켜, 운동을 초래하는 수분 유출(water efflux)을 진행하는 것으로 믿어진다. 하지만 무엇이 그들에게 이것을 진행하라고 신호하는 것일까?

"찰스 다윈의 시대 이후로, 이 놀라운 잎의 움직임은 연구되어 왔다"라고 한 보도자료는 말한다. “그러나 잎의 빠른 움직임과 이 움직임의 생리학적 역할을 촉발하는 장거리 신호 분자는 아직까지 연구되지 않은 상태이다.”

.미모사(sensitive plant, Mimosa pudica). 왼쪽: 만지기 전. 오른쪽: 만지고 난 후, 잎들은 줄기를 닮은 단단한 다발로 빠르게 접혀진다. <Photos by David Coppedge>.


영상으로 포착된 형광의 폭발은 미모사 식물이 잎을 빠르게 움직이는 방법과 이유를 보여준다(Saitama University via Phys.org, 2022. 11. 14). 일본 연구자들은 전기 신호가 반응을 시발하기 위해 먼 거리를 이동하는 것을 발견했다.

식물은 동물의 빠른 움직임을 가능하게 하는 신경과 근육을 갖고 있지 않다. 그러나 흔히 ‘나를 만지지 마시오(touch-me-not)’, 또는 신경초(sensitive plant), 함수초(shame plant)로 불리는 미모사 푸디카(Mimosa pudica)는 촉각과 상처에 반응하여, 즉시 운동기관 "엽침(pulvinus)"를 구부림으로써 잎을 움직인다.

"빠른 잎의 움직임을 위한 장거리 신호와 생리학적 기능을 명확히 하기 위해서, 우리는 이식유전자 형광(transgenic fluorescent)과 움직임 없는(immotile) 미모사 푸디카를 만들었다"고 도요타(Toyota)는 말했다. 그 영상물은 형광의 파열(bursts of fluorescence)이 잎 전체를 빠르게 이동하고, 잎의 움직임을 촉발한다는 것을 보여준다. 형광 빛은 실시간으로 세포내 칼슘을 추적한다.

"미모사 푸디카는 운동기관 엽침에 Ca2+ 신호가 도착한 지 0.1초 만에 잎을 닫는다"라고 도요타는 덧붙였다.

기사에 포함된 영상물은 잎들이 닫히는 것을 시발하며, 잎맥 아래로 형광의 파열이 여행하는 것을 보여준다. 형광 단백질은 잎 아래로 이동하는 칼슘 신호를 추적한다. 이 신호들은 기관들의 기저부에 있는, 엽침이라고 불리는 운동기관들이 반응하도록 촉발시킨다. 칼슘 이온은 전위차를 만들어내기 때문에, 식물의 반응은 전기(electricity)에 의해 일어난다고 말하는 것이 정확하다. 이것은 우리의 근육에서 일어나는 것과 비슷하다.

이전의 연구들은 활동전위와 같은 전기신호가 미모사의 빠른 잎 움직임에 중요하다고 제안해왔다.

"우리는 이 신호들 사이의 시공간적 관계를 밝히기 위해서, 세포질 Ca2+와 전기신호를 동시에 기록하는 시스템을 개발했다"고 도요타는 말했다. 잎에 상처를 입히자, Ca2+와 전기신호는 비슷한 속도로 체계적으로 전파되었고, 비슷한 시간에 기록 부위를 통과했다. 따라서 미모사 푸디카에서 장거리 Ca2+와 전기신호가 시공간적으로 결합되었다.

이 현상이 그 식물에 도움이 될까? 한 동영상은 잎을 먹던 메뚜기가 잎이 접히면, 흥미를 잃는다는 것을 보여준다.


이 연구는 Nature Communications 지에 공개 접근으로 게재되었다.

Hagihara et al, Calcium-mediated rapid movements defend against herbivorous insects in Mimosa pudica. Nature Communications, 14 November 2021.


진화론이 빠진 논문은 몇몇 유전자가 전장 유전체 복사(whole-genome duplication)에 의해 기원된 것으로 보인다고 추측하는 것 외에는, 진화를 언급하지 않고 있으며, 이 시스템이 어떻게 진화했을지에 대해 추측하지 않고 있었다. 미모사의 움직임의 기원, 칼슘 신호에 대한 수분 유출 반응, 잎의 기저부에 있는 엽침의 배치, 신호의 전달, 위협이 지나간 후 원래 잎 모양의 재설정 등의 기원은 설명되지 않고 있었다. 이러한 전기적 '근육' 반응이 어떤 상상하는 조상의 유전자에 이미 존재하지 않았다면, 무작위적 복사 오류에 의한 전장 유전체 복사는 이러한 반응과 현상을 만들어내지 못할 것이다.

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너무도 적은 시간에, 너무도 많은 경이로움! 사람들은 하나님의 지혜를 알아내려고 바쁘게 지낸다. 논문에서, 저자들은 이 놀라운 식물에 대한 몇 가지 미스터리를 이렇게 설명하고 있었다.

상처가 없는 자극들, 예로 기계적 접촉, 한랭 충격, 전기적 자극과 같은 것들은, 세포막 전위, 즉 활동전위(action potential, AP)의 빠른 탈분극을 생성하여, 잎, 소수경(rachillae), 잎자루(petioles)의 기저부에서 운동기관 또는 엽침을 향해 전파된다. 절단 또는 연소와 같은 부상 자극은 활동전위와 그에 따른 장기간 지연된 탈분극을 모두 생성하며, 이를 변동 전위(variation potential, VP)라고 한다. 전기신호가 도착하면, 수축하는(신근, extensor) 쪽의 엽침세포가 물의 유출(팽압의 소실)로 수축하면서, 순간적으로 잎들을 접고, 잎자루를 아래로 떨어뜨린다. 비록 많은 연구들이 이러한 빠른 움직임의 생리학적 역할을 가정해왔지만, 즉 어두운 땅을 배경으로 잎들을 눈에 띠지 않게 하기, 곤충들을 놀라게 만들기, 가시를 드러내기, 적은 부피의 식사로 위장하기 등등,,  지금까지 이러한 이론들을 뒷받침하는 명확한 증거는 존재하지 않는다. 게다가, 이러한 빠른 움직임의 기초가 되는 메커니즘과, 그것을 촉발하는데 사용되는 식물 전체 신호 네트워크에 대한 우리의 지식에는 아직도 많은 것이 알려져 있지 않다.



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출처 : CEH, 2022. 11. 23.

주소 : https://crev.info/2022/11/electric-muscle-sensitive-plant/

번역 : 미디어위원회



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