식물 속에 내재한 광합성 가속화 장치
Brian Thomas, M.S.(ICR 작가), 조희천 (지구물리학 박사과정). ACT뉴스 2015년 4월
나뭇잎은 강한 태양 아래에 있거나 그보다 더 많은 양의 빛을 받게 되면 광합성이라는 과정을 통해서 탄수화물 분자를 만들게 된다. 그러나 잠시 후 구름이 햇빛을 가리면 식물의 광합성 장치는 작동을 멈추게 된다. 최근에 한 식물 연구팀이 이렇게 빠르게 변하는 빛의 조건에 대처하도록 돕는 새로운 방법(
mechanism)을 발견했다.
생물학 교과서에는 광합성의 기본 장치들의 기능이 소개되어 있다. 여러 가지의 놀라운 효소들이 나뭇잎 안으로 들어오는 햇빛을 이용해서 잎 안에 있는 분자 펌프를 작동시킨다. 이 펌프는 물이나 공기를 이동시키는 것이 아니라, 수소와 다른 이온들을 한 번에 하나씩 이동시킨다.
이번의 새로운 광합성 연구는 마치 자동차의 가속 페달의 기능과 같은 차원이 다른 또 다른 복잡한 과정(mechanism)에 대한 연구였다. 효율적인 광합성은 이온의 흐름 조절에 달려 있다. 사람을 포함한 모든 육지 생물들은 궁극적으로 식물이 생산하는 탄수화물에 기초한 영양분에 의존하기 때문에 우리는 이 광합성 작용에 대해서 감사해야 하고, 더욱이 어떻게 식물이 빠르게 변하는 빛의 조건에서도 부드럽게 광합성 작용이 작동할 수 있도록 하는지에 대해 조금은 궁금해 할 필요가 있다.
한 국제 연구 그룹은 아직 충분히 연구되지 못한 효소인 KEA3라는 단백질의 새롭고 중요한 기능을 발견했다. 이 효소 단백질은 “역수송체”(antiporter: 교환 수송이 존재하는 막 관통 단백질) 로서, 적절한 순간에 수소 이온을 막 건너편에 있는 칼륨 이온과 맞바꾸어주는 기능을 한다는 사실이 드러났다. 이 효소의 작용은 녹색 잎이 강한 햇빛에서 적게 생산하다가 빛의 세기가 약한 상황에서 더 많이 생산해야 하는 상태로 바뀔 필요가 있으면 일어나게 된다.
이 연구의 저자 들 은 과학 잡지인 네이처 커퓨니케이션 (Nature Communications)에 “이 데이터들은 KEA3가 빛이 많은 양에서 적은 양의 조건으로 바뀌는 동안에 NPQ 기능의 중단을 가속화 시키는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 보여준다”라고 보고했다. NPQ는 비광화학적 형광소멸(Non-Photochemical energy Quenching)의 약자로서 식물이 강한 햇빛에 의한 세포 손상으로부터 자기를 보호하기 위해 사용하는 작용이다. 빛의 세기가 약해질 때 KEA3의 활성은 불과 몇 초 만에 NPQ의 기능을 중단시킨다. (즉, 축적된 에너지를 열로 전환하는 것을 잠시 중단시킨다.) 만약 KEA3가 없다면 이 과정은 몇 분간이나 소요될 것이다. 이렇게 식물들은 가변적인 빛의 조건에 대해 거의 실시간으로 반응하며, 매우 효율적으로 많은 양의 탄수화물을 축적하게 된다.
저자들은 논문 어느 곳에도 식물에 이러한 햇빛에 반응하는 능력이 새로이 생겼다고 이야기하지 않았다. 단지 KEA3를 포함한 식물 내부의 작용들을 정확하게 설명했을 뿐이다. 그들은 “식물이 이러한 작동을 가속화 시킬 수 있는 이미 내재한 내부 장치가 있다는 우리의 발견은 KEA3를 식량 생산을 개선하기 위한 노력의 새로운 연구 대상이 되게 하였다.” 라고 언급했다.
여기 “내재한”이라는 말이 중요하다. 태양 전지판을 세우려는 사람은 자연이 태양 빛을 저장해서 유용한 다른 형태의 에너지로 바꾸어주는 장치를 만드는 데 필요한 부품들이 스스로 조립할 수 없다는 사실을 틀림없이 알 것이다. 자연이 아닌 누군가가 그러한 장치를 만든 것처럼, 누군가 (Someone) 놀라운 장치를 식물 속에 만들어 넣었어야만 가능한 것이다. 다시 말하면, 오직 하나님만이 광합성에 사용된 완벽하고 놀라운 “내재된” 장치를 설계하실 수 있었다는 것이다. 그리고 이 새로운 연구는 창조주 하나님이 광합성의 효율성을 높이기 위해 빛에 빠르게 반응하는 장치를 고안하셨음을 보여준다.
Reference
1. Armbuster, U. et al. Ion antiport accelerates photosynthetic acclimation in fluctuating light environments. Nature Communications. Published online November 13, 2014, accessed November 14, 2014.
