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식물혁명 1-3장 발제

cja 2021.04.23 21:33 조회 수 : 127

< 『식물혁명』(스테파노 만쿠소, 2017, 김현주 옮김, 2019, 동아엠엔비) 1-3장 발제 >

(파일도 첨부했습니다)

  ▪ <중앙집권화된 모든 조직은 선천적으로 약하다. (…) 식물은 동물보다 훨씬 저항력있고 현대적인 모델을 구현한다. 식물의 모듈식 구성은 현대화의 정수로, 기능은 잃지 않은 채 반복되는 파멸적인 사건에 완벽하게 대처할 수 있고 환경변화에 빠르게 적응할 수 있는, 중앙통제센터가 없는 분산적 협력구조다.>(pp.8-9)

제1장. 뇌 없이 기억하는 식물의 신비한 능력

제2장. 식물에서 플랜토이드까지, 식물을 활용한 로봇공학

제3장. 동물을 능가하는 숭고한 모방기술

 

 1. 뇌 없이 기억하는 식물의 신비한 능력

 (1) 경험이 가르쳐 준다

 ▪ 지능은 하나의 기관에서 실행한 작업의 산물이 아니다. 생명체의 대다수는 뇌의 기능을 담당하는 전용 기관이 없이도 지능이 발달했다. 다만, 식물의 지능이 기억이긴 한데 정확히 어떤 종류의 형태인지는 우리가 상상하기 어렵다. (p.19)

유기체는 경험을 통해 학습한다. 기억은 지능과는 다른 것이다. 식물이 경험을 통해 학습한다면 기억 메커니즘을 갖고 있다는 것. 최고의 대처방법을 학습하고 저장해 생존가능성을 높인다. (p.20)

(2) 식물의 기억은 단기가 아니다

  ▪ 생물의 기억에 대해선 최근에서야 비교 테스트 시작함.

 ▻ 처음엔 라마르크. 식물, 특히 미모사의 잎이 닫히는 메커니즘에 관심.

 ▻ 미모사가 같은 자극을 반복적으로 받으면 어느 순간 크게 반응하고 이후엔 무시. 라마르크는 피곤함 때문이라 여김.

 ▻ 르네 데폰테이누: 수레에 싣고 파리를 돌아다니며 관찰. 

  같은 자극에 처음엔 닫다가 (위험하지 않다는 걸 알고) 잎을 열기 시작함: “적응하고 있다”.

 ▻ 2013년 모니카 갈리아노와 만쿠소(저자)의 실험.

   “이미 알고 있는 자극과 그렇지 않은 자극을 구분하고 적절하게 대응하는지 실험.

  반복적 추락: 무관심으로 무시 → 다른 종류의 자극에 대해선 반응(잎을 닫음).

▪ 후성유전학

 ▻ 미모사는 40일 이상 기억. 고등동물과 견줄 수준.

 ▻ 메커니즘은 여전히 미스테리.

 ▻ 후성유전학이 영향을 끼칠 것으로 여겨지고 있음. (유전자의 표현이 달라짐)

 ▻ 세포 내에 코드화되지 않은 DNA가 있음.

 ▻ 최근 식물의 기억능력의 신비 밝혀지고 있음.

  식물은 어떻게 꽃을 피워야 할 정확한 시기를 기억할까?

  → 시간이 얼마나 지났는지 기억할 수 있음. (겨울추위 노출 후 특정 일수 지나 꽃피움)

 ▻ 쿨에어(특별한 RNA시퀀스) 조각을 제거-비활성화하면, 식물은 개화를 못 함.

 ▪ 뇌가 없는 존재의 기억 기능에 대한 이해는 식물뿐 아니라 우리 기억이 어떻게 작용하는지 파악하는 데도 사용될 수 있다.

 

2. 식물에서 플랜토이드까지, 식물을 활용한 로봇공학

 

(1) 생물에서 영감을 얻은 접근이 새로운 것일까?

 

▪ 인간은 자신이 사용할 도구를 만들 때 자신을 복제하여 만들어왔음. 항상 “생각하는 뇌”가 있는 구조를 기본으로 해왔음.

▪ 다행히 최근 ‘생물에서 영감을 얻은’ 접근법이 사용되기 시작했음.

 ▻ 새로운 건 아님. 레오나르도 다빈치가 사용했던 것과 동일한 이론들.

 ▻ 이제 로봇 개발에서 인간 뿐 아니라 동물계 전체가 모방의 대상이 되고 있음.

 ▻ 저자는 동물을 넘어 식물이야말로 모방할 점들이 무궁무진하다고 주장.

 → “견고하고 에너지 자급이 가능하고 지속적으로 변화하는 환경에 적응할 수 있는

     무언가를 설계하고 싶다면, 지구상에서 식물보다 더 큰 영감을 줄 수 있는 건 아무 것도 없다.”(p.41)

 

(2) 왜 식물인가

 

식물의 뿌리조직의 힘

 ▻ 굴성(屈性, tropism):

   식물이, 특히 뿌리가 외부 자극에 대한 반응으로 특정 방향으로 성장하는 특성.

 ▻ 외부 자극: 빛, 중력, 접촉, 습도, 산소, 전기장, 음원(소리) 등

 ▻ 이런 메카니즘의 조합으로 식물은 적대적 환경에서 생존하고 뿌리체계 생성

 ▻ 뿌리조직이 식물의 생존과 안전성 보장

 ▻ 뿌리끝의 중요한 특징은, 아무리 내구성 높은 물질도 그 안에서 자랄 방법을 찾아내는

   능력을 갖고 있다는 점. 세포의 분열과 팽창을 통해 어떤 바위도 파괴할 수 있다.

  압력을 이용해 아스팔트, 시멘트, 심지어 화강암처럼 내구성 높은 물질도 파괴할 수 있다.

 

(3) 식물의 개성

 

식물의 또 한 가지 중요한 특징은 <반복적인 모듈식 구조>

 ▻ 나무의 몸체는 반복되는 단위로 구성되고, 이 단위가 모여 전체 구조를 이루고 생리현상 결정. 즉 동물계에서와 아주 다른 일이 일어남.

 ▪ 우리가 동물에게 사용하는 개체라는 정의도 식물계와는 거의 관련이 없다.

 ▻ 개체의 정의

 ① 어원: 개체는 두 부분 중 한 부분이 죽지 않는 이상 두 부분으로 나뉠 수 없는 생물학적 존재

 ② 유전학적 의미: 개체는 현재의 공간과 시간 속에서 안정적인 게놈을 지닌 생물학적 존재이다. 안정적 상태는 공간적으로     게놈 자체가 유기체의 세포 내에 있고, 시간적으로는 전체 수명이 연장되는 것을 뜻한다.

 ▻ 식물에 대해선 이런 정의가 별 의미가 없음.

  ► 식물은 둘로 나뉘고 증식됨.

    파브르: “동물은 거의 대다수가 분열이 파괴를 의미하고, 식물의 경우 분열은 증식이다.“

 ► 유전적 안정성도 식물계에선 별로 중요치 않음.

 ► 키메라: 하나의 식물에 공존하는 서로 다른 게놈의 예.

   ▸ 접목한 부분에서 생성된 서로 다른 개체들이 함께 발전하는 것.

   ▸ ‘시트러스 엑스 아우란티움 비짜리아’는 오렌지,유자 모양의 열매들이 한 뿌리에서 불규칙적으로 나타나는 감귤류의 변종.

 ▻ 즉 식물에 대해선 하나의 ‘개체’라고 정의하기 어려움

 ▻ 에라스무스 다윈(찰스 다윈의 조부):

   “나무의 모든 싹은 개별적 식물이다. 따라서 나무는 단일 식물들로 구성된 가족”(1800년)

   찰스 다윈: “여러 개체들이 서로 통합될 수 있다는 게 놀라울 수 있는데 나무가 그런 통합을 확인시켜 준다. 식물의 싹들은 개별적 식물로 봐야 한다“(1839년)

식물 = 콜로니개념은 오랫동안 유명 인사들의 지지를 얻어 왔음.

 ▻ 콜로니: 공간적으로 집합하고 있는 동일종 또는 복수종의 생물개체. 넓은 뜻으로 사용하며 생태학적으로 어떤 경우에는 군 또는 군집, 개체군이거나 더 하위집단을 의미하기도 한다.

 ▻ 여기엔 수명 연장의 의미도 포함됨.

  (콜로니는 자기 구성원보다 오래 생존함. 산호충과 산호의 관계)

 ▻ 각 뿌리는 자체적 자율 명령센터를 가지고 각자의 성장방향을 정함.

    but 식물 전체 생명과 관련된 문제가 발생하면 다른 뿌리와 협력.

 

(4) 식물의 생물 영감의 예, 플랜토이드

 

▪ 2003년 필자는 플랜토이드(Plantoid) 아이디어 개발.

 ▻ 식물이 최고의 개척자 생물이므로, 그 생존체계를 연구하여 플랜토이드에 적용하면 악조건 환경에서 최대한 저항력을 보이는 기계를 구현할 수 있다는 생각.

 ▻ 플랜토이드를 계속 개선 및 특수화하고 있음. 테러지역,광산지역 지도 작성, 우주탐사, 광물이나 석유 연구, 특수치료 등에 사용가능.

 

3. 동물을 능가하는 숭고한 모방기술

 

(1) 모델, 위장, 수신자

 

유기체는 환경과 주고받는 정보가 이동하는 하나의 개방된 시스템.

 ▻ 모든 존재는 주변 세상과 데이터를 교환하고, 그 데이터를 바탕으로 생존할 수 있음. 따라서 커뮤니케이션은 생명과 불가분의 관계.  의사소통이 없으면 아주 단순한 생물도 균형을 유지할 수 없음.

 ▻ 모든 생명체는 상대가 자신과 같은 종인지 위험요소인지 따지기 위해 매순간 상대를 인지해야 함.

 

(2) 모방의 여왕 보퀼라 트리폴리아타와 식물의 홑눈

 

보퀼라 트리폴리아타의 탁월한 모방능력

 ▻ 온대 활엽수림에서 자라는 칡의 일종.

 ▻ 나무의 잎들을, 자신이 자라는 모든 관목, 즉 각 ‘숙주’의 종에 맞춰 놀라울 정도로 비슷하게 모방함. 다양한 잎들을 자유자재로 복사.

 ▻ 넝쿨을 타고 오르며 다른 종을 모방할 수 있는 식물이 보퀼라 뿐은 아님. 보퀼라의 놀라운 점은, 어떤 종류의 식물이 가장 가까이 있는지에 따라 수차례’  잎의 형태와 크기, 색상을 바꾼다는 점.

 ▻ 이렇게 유연하게 잎의 특성에 변화를 줄 수 있다는 건, 보퀼라가 유전자 표현을 조절한다는 것을 의미함.

가장 중요한 의문은, 보퀼라가 무엇을 모방해야 할지를 어떻게 아느냐이다.

 ▻ 여전히 의문으로 남아있음.

 ▻ 필자는 보퀼라가 관찰능력을 갖고 있다는 가설 제시.

 ▻ 식물이 표피세포가 일종의 홑눈 기능을 하여 이미지를 인지할 수 있다는 주장 있었음 (고틀린 하버란트, 1905년)

 ▻ 프랜시스 다윈(찰스 다윈의 아들)도 이 이론의 과학적 타당성 강조했었음.

 ▻ 오랫동안 잊혀졌었지만, 최근 단세포 생물도 시각능력을 가질 수 있음을 증명하는 사실들 발견.

 

(3) 식물과 살아 있는 돌, 색상 신호

 

▪ 리돕스(Lithops): 돌을 완벽하게 모방한 식물. 포식자의 눈을 피하기에 좋음.

▪ 다른 식물들은 리돕스와 반대로 자기 힘을 과시하거나 위험한 존재라고 알리려고 형태와 색을 사용

 ▻ 화려한 색을 자랑하는 낙엽. 진딧물에 약한 단풍나무가, 진딧물에게 나는 이 정도의 힘과 기운이 있으니 더 살기 좋은 다른 곳을 찾아가라’는 메시지.

 

(4) 인적 자원, 혹은 식물의 자원으로서의 인간

 

▪ 세 종의 식물(밀, 옥수수, 쌀)이 인류에 칼로리를 공급하며 인간과 식물은 공생.

 ▻ 그러나 인간의 생존을 이 서너 종의 식물만으로 연결시키는 것은 제한적.

▪ 우리가 흔히 ‘잡초’라고 부르는 식물들은, 인간의 기호에 대응하는 방식을 학습

 : “바빌로프 모방

 ▻ 살갈퀴는 렌즈콩을 모방하여 혜택을 누림

  ▸ 렌즈콩 밭엔 항상 살갈퀴도 자람. 골라내기 쉬워서 항상 버려짐.

  ▸ 살갈퀴는 수 세대를 거치며 씨앗의 모양 변화, 점점 렌즈콩과 비슷해짐.

  ▸ 인간은 이제 살갈퀴도 버리지 않고 재배.

 ▻ 바빌로프 (러시아 유전학자이자 농경제학자): 식물 종자 보관 필요성 강조

  ▸ 인간이 식물의 특정 성질을 선택하면 다른 식물들의 모방을 부추길 수 있음을 처음 알림

  ▸ 스탈린 명령으로 감옥에서 굶어죽었고 잊혀졌음.

 ▻ 현재의 수많은 재배종들은 모방능력 때문에 탄생

  ▸ 호밀. 원래 밀과 보리의 잡초였음. 밀과 보리와 비슷해서 골라내느라 힘들었음. 밀-보리 경작지역 확대와 함께 호밀도 분포영역 넓혔음. 야성적 특성 이용해 밀-보리보다 더 품질좋고 많은 양의 곡식 생산.

    → 마침내 모든 효율성을 갖춘 재배식물이 됨.

 ▻ 인간의 농업용 제초제 사용량 증가에 따라 많은 식물이 내성 생겨남. 내성있는 식물의 확산에 제초제 살포로 맞설 것이 아니라 환경을 배려한 기술 이용해야.

  ▸ 그 식물들과 공생할 방법을 찾아야 한다. 호밀처럼 유용해진 식물 뿐 아니라, 대부분의 잡초처럼 인간을 성가시게 하는 식물과도. 

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