식충식물 파리지옥의 "잎이 닫히는 메커니즘"을 해명! 30년 전 가설을 일본 연구진이 실증했다.

Credit: 基礎生物学研究所

미국 남동부에만 분포하는 파리지옥은 벌레를 잡아먹어 영양을 섭취하는 식충식물입니다.

일반적인 식물은 뿌리부터 영양을 공급하는데, 파리지옥 은 벌레를 끼워 넣은 잎에서 양분을 섭취하기 때문에 영양이 부족한 토양에서도 자랄 수 있습니다.

그러면서도 파리지옥이 잎을 닫는 구조는 지금까지 밝혀지지 않았습니다.

그러나 이번에, 기초 생물학 연구소의 연구 그룹이, 약 30년전에 제창된 가설을 실증해내며, 잎이 닫히는 메카니 즘의 해명에 성공했다고 발표했습니다.

10월 5일자로 <Nature>에 실린 보고서에 따르면, 파리지옥에 주어진 자극량이 어느 임계치를 넘으면 닫히도록 되어 있었다고 합니다.

■ 파리지옥은 '단기 기억'을 지녔다

파리지옥의 두 장의 접힌 잎은 테두리를 따라 많은 가시를 가지며, 안쪽 잎 표면에는 6개의 날카로운 감각모가 있습니다.

이 감각모에 자극이 주어지면 잎이 닫히지만, 한번 만지면 닫히지 않습니다.

30초 안에 한 번 더 만지게 되면 불과 0.3초 만에 재빨리 잎을 닫고 곤충을 잡는 겁니다.

Credit: 基礎生物学研究所

2회 만지지 않으면 반응하지 않는 것은 비나 쓰레기에 부딪혀 의도하지 않게 잎이 닫히지 않도록 하는 장점이 있다고 합니다.

단지 여기에는 「첫번째의 자극을 30초간 기억하고 있다」라고 하는"단기 기억"의 존재가 암시되고 있습니다.

뇌와 신경이 없는 파리지옥이 어떻게 자극을 기억할 수 있을까요?

■ 30년 전에 제창된 가설

위 물음에 대해 독일 과학자 호딕과 시바스는 1988년 칼슘 이온의 농도 변화가 연관돼 있는 것은 아닐까라고 추측했습니다.

그들의 가설은 다음과 같습니다.

● 파리지옥의 감각모를 자극하면 전기신호가 발생하여 세포내의 칼슘이온 농도가 상승함

● 방출한 칼슘 이온은 축적하여, 어느 일정한 임계치를 넘으면 잎이 닫힌다.

● 1회째의 자극만으로는 임계치를 넘지 않고, 한번 더 자극을 주어야 한다.

● 칼슘 이온 농도는 서서히 감소하며, 30초 이상 지나면, 2회째의 자극을 주어도 임계치를 넘지 않게 된다.

Credit: 基礎生物学研究所

두 사람의 가설은 당시부터 설득력이 있었지만, 칼슘이온 농도의 변화를 측정할 방법이 없어서 30년 넘도록 실험 되지 못한 것입니다.

■ 가설은 옳았다!일본 연구진이 증명
이 가설에서 일본 기초생물학연구소의 연구진은 칼슘 이온의 농도 변화를 측정하기 위해 파리풀에 'GCaMP6f' 라고 하는 단백질 유전자를 삽입했습니다.

이 단백질은 칼슘 이온과 결합하여 녹색으로 발광하기 때문에 농도 변화를 가시화할 수 있습니다.

이를 바탕으로 실험한 결과 1회째 자극에서는 감각모에서 잎 표면으로 형광반응이 퍼졌습니다(아래 그림의 맨 위). 그러나 시간이 지남에 따라 형광범위는 줄어듭니다 (가운데 줄).

30초 이내에 2차 자극을 주자 형광 반응은 강해지고 잎이 힘차게 닫혔습니다(맨 아래 줄).

이것은 칼슘 이온 농도가 임계치를 초과한 것을 나타냅 니다.

Credit: 基礎生物学研究所

한편, 호딕과 시바스의 가설대로, 첫 번째 자극으로부터 30초가 넘으면 칼슘 이온은 큰폭으로 감소하며, 두 번째 자극을 주어도 잎은 닫히지 않았습니다.

이것은 자극량이 있는 임계치를 넘지 않았던 것을 나타내 고 있어 2명의 가설이 옳았던 것이 증명되었습니다.

연구팀은 앞으로 잎의 움직임과 칼슘이온의 관계를 더 자세히 살펴 식충식물의 진화 과정을 밝혀낼 예정 입니다.

그 결과의 응용에 따라서는 일반 식물도 움직일 수 있게 될지도 모릅니다.


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