식물도 움직이고 감각한다!
식물은 개별적, 사회적 행동을 할 수 없는 수동적이고 무감각한 생물일까?『매혹하는 식물의 뇌』는 단호하게 아니라고 말하며, 식물의 지능과 감각이 있음을 과학적으로 설명한다. 광합성을 위해 빛을 감지하여 성장하고, 휘발성 유기화합물과 반응하는 수용체를 가지고 있으며, 토양 속 무기염류와 화학적 기울기의 위치를 알아내 뿌리를 뻗는다. 이는 빛과 냄새, 맛, 감촉, 소리 등을 감지하는 능력이라고 넓게 생각한다면 식물에게는 감각이 있음을 입증할 수 있다는 것. 모든 식물이 대량포식을 면하는 능력을 획득하고 궁극적으로 동물과 달리 가분성을 지니게 된 과정을 차근차근 설명한다. 더불어 식물이 인간처럼 오감을 갖고 있음을 증명하며, 다른 식물이나 곤충과 상호작용하고 있음을 보여준다.
식물이 과연 벙어리, 붙박이 가구 같은 생물일까?
우리는 식물에 대해 아무것도 모른다
찰스 다윈 이후 가장 열정적이고 웅변적으로 식물을 옹호하고 있는 세계적인 식물생리학자 스테파노 만쿠소 박사는 과학작가 알레산드라 비올라와 함께 《매혹하는 식물의 뇌》라는 탄탄한 과학적 근거를 지닌 과학저술로써 우리의 오랜 편견과 오해에 반대 증거를 제시한다. 최고의 과학저술이 늘 그렇듯 이 책은 강력한 상상력의 결과물로서 독자들로 하여금 세상을 완전히 새롭고 자유로운 관점에서 바라보게 해준다. 이제 알량한 인간중심주의는 잠시 접어두고, 보다 풍요롭고 경이로운 세상에 발을 들여놓기 바란다. 이 책은 독자들을 절대로 실망시키지 않을 것이며, 독자들로 하여금 한동안 감동과 충격에서 벗어나지 못하게 할 것이다. -마이클 폴란, 《욕망하는 식물》의 저자
출판사 서평
감각, 전략적 행동, 의사소통이 가능한 식물,
과연 지능이 없다고 할 수 있는가?
지금까지 다양한 시대적ㆍ문화적 배경을 지닌 철학자와 과학자들이 식물이 지능을 가지고 있다고 생각했다. 기원전 데모크리토스와 플라톤에서부터 근대의 린네와 페히너, 그리고 20세기에 들어 찬드라 보즈까지 이런 믿음을 받아들여왔다. 하지만 역사상 처음으로 확고한 정량적 데이터에 의거해 ‘식물은 우리 생각보다 훨씬 더 진보한 생물체’라고 주장한 학자는 진화론의 아버지 찰스 다윈이었다. 다윈은 저서《식물의 운동력》에서 “어린뿌리의 말단은 매우 민감해서, 인접한 다른 부분의 운동을 지휘한다고 해도 과언이 아니다. 식물의 어린뿌리는 하등동물의 뇌와 비슷한 기능을 한다”라고 썼다.
다윈의 주장대로 식물 뿌리의 말단, 즉 근단은 뿌리의 생장을 지휘한다. 이것은 말처럼 간단한 일이 아닌데, 식물 다른 부위의 요구 사항과 뿌리의 요구 사항이 다를 때도 있고, 심지어 물, 영양소, 무기염류 등이 각각 다른 곳에 분포해서 뿌리가 뻗어나가야 할 방향을 선택해야 할 때도 있기 때문이다. 근단은 마치 우리의 뇌가 그렇게 하듯이 이런 서로 다른 욕구와 문제를 해결하고 식물 전체를 위한 결정을 내린다. 시시각각 중력, 기온, 습도, 전기장, 빛, 압력, 독성물질, 소리의 진동, 산소와 이산화탄소의 농도 같은 다양한 정보를 수집하고, 마치 데이터처리센터처럼 정보를 분석해서 뿌리를 뻗을 곳을 정하는 것이다.
근단은 이렇게 생장점과 감각능력을 가지고 있을 뿐 아니라, 전기활성을 나타내며 동물의 뇌신경과 유사한 전기신호를 발생시킨다. 더 놀라운 것은 이 센터들이 개별적으로 작동하지 않고 서로서로 연결되어 네트워크를 이룬다는 점이다. 네트워크의 장점은 역시 모듈성으로 볼 수 있다. 수백만 개의 근단이 네트워크를 형성하므로, 주요부분이 파괴되더라도 네트워크가 와해되지 않는다는 것이다. 근단 하나의 계산능력은 미약하지만 이런 네트워크를 이뤘을 때의 능력은 비범해진다. 이런 현상은 마치 개미들이 군집을 이루어 자연계에서 가장 복잡하고 구조화된 사회를 형성하는 것과 유사하다.
수많은 뿌리들, 그리고 그것이 모인 근단의 네트워크가 어떻게 두뇌와도 같이 작용하는 것인지 그 메커니즘은 아직 완전히 밝혀진 바가 없다. 하지만 최신 연구 결과들은 속속 고등식물이 환경에서 신호를 받아들여 처리한 다음 생존에 적절한 해법을 도출해낸다는 것을 입증하고 있으며, 식물이 개체가 아닌 군집으로 행동할 수 있게 하는 일종의 무리지성을 발휘한다고 밝히고 있다. 그러므로 지능을 그 핵심적인 의미만 담아 ‘삶이 제기하는 문제를 해결하는 능력’으로 정의한다면, 식물이 지능을 가졌다는 점을 부인...할 수 없을 것이다.
이런 증거에도 불구하고 우리는 ‘지능,’ ‘학습,’ ‘의사소통’과 같은 단어와 식물을 연결 짓는 데 여전히 불편함을 느끼며 이런 것들을 동물의 전유물로 삼으려 한다. 하지만 지구 생명체 99.7퍼센트를 차지하는 식물은 우리가 인정하든 하지 않든 지구 공간을 지배하는 우점종의 위치에서 생태계를 떠받치고 있으며, 우리의 생명줄과 다름없는 존재라고 할 수 있을 것이다. 식량, 의약품, 에너지, 설비 등 우리는 식물에 의존하지 않는 것이 없다. 앞으로 과학기술이 계속 발달함에 식물의 중요성은 더욱 커질 것이다. 바로 지금이 인간중심적인 사고방식에서 벗어나 지구 주민으로서, 동반자적 생명체 식물을 다시 알아야 할 때가 아닐까?
인간의 시간과 식물의 시간,
그 시차 사이로 펼쳐지는 식물의 감각활동과 운동
식물의 씨앗을 심으면 싹이 트고 줄기가 자라난다. 하지만 이런 움직임을 인간의 눈으로 확인하기란 힘들다. 우리가 식물을 움직이지 못하는 생물로 생각하는 데는 이런 ‘시차’의 탓이 크다. 하지만 식물의 시계로 본다면 식물도 분명히 ‘운동’한다. 싹을 틔우고 줄기를 뻗으며 밤에는 꽃잎을 닫고 아침에는 열며 주변의 자극에 반응을 보이기까지 한다. 극명한 예가 만지면 잎을 오므리는 미모사나 곤충을 포획하여 잡아먹는 파리지옥과 같은 감촉성 식물일 것이다. 이렇게 우리 눈앞에서 움직임을 보이는 식물을 본다면 식물이 운동성은 그 누구도 부인하지 못할 것이다.
하지만 움직이는 데서 그치는 것이 아니다. 우리 눈에는 보이지 않지만 식물은 시각, 후각, 미각, 촉각, 청각뿐 아니라 그 외에 열다섯 가지나 되는 감각을 더 가지고 있다. 이런 감각들을 단순히 눈, 코, 입, 귀 등 특정 기관의 존재가 전제되어야 가능한 것이라고 한정하지 않고, 빛과 냄새, 맛, 감촉, 소리 등을 감지하는 능력이라고 넓게 생각한다면 충분히 입증할 수 있는 이야기다. 식물은 광합성을 위해 빛을 감지하여 생장하고, 휘발성 유기화합물과 반응하는 수용체를 가지고 있으며, 토양 속 무기염류와 화학적 기울기의 위치를 알아내 뿌리를 뻗는다. 또한 덩굴손은 생장에 유리한 곳을 찾아 덩굴을 휘감으며, 대부분의 식물은 특정 주파수의 소리를 들으면 발아, 생장, 뿌리 발달이 촉진된다.
이렇게 인간의 눈에 보이지 않을 뿐 식물도 움직이고 감각함에도 우리가 식물을 붙박이나 벙어리 정도로 치부해온 것은 그 움직임이 느리기 때문일 것이다. 이렇게 우리와 다른 시간의 흐름 속에서 삶을 영위한다는 이유로 오랫동안 무활동, 무감각 생물이라고 오해해온 것이다. 또한 오래된 우리의 생물관도 식물에 대한 선입견을 형성하는 데 큰 역할을 했다. 16세기 프랑스의 수학자 카롤루스 보빌루스는 《지혜에 대하여》라는 책에서 식물은 ‘존재할 뿐 아무 속성이 없는 것’으로 정의했는데, 이런 믿음은 식물을 동물과 대비시키며 그 하위에 두는 진화적 관점과 맞물려 오랫동안 우리 마음속에 자리 잡아왔다.
모든 방법이 정당화되는 식물 세계의
사랑과 전쟁, 그리고 생존전략
약 5억 년 전 식물은 동물과 다른 생활양식을 택했다. 바로 ‘고착생활’을 선택한 것이다. 이로써 식물은 동물과 달리 이리저리 움직일 필요가 없게 되었고, 이 생활양식에 알맞은 생존법을 발달시켰다. 하지만 이에 따르는 문제도 있었다. 바로 초식동물의 위협을 받으면 도망칠 수가 없다는 점이었다. 천적에게 저항하는 방법으로 식물의 신체는 각 모듈의 구성체로 진화하게 되었다. 인간이 각각 특정한 기능을 수행하는 개별 장기와 뇌라는 중앙통제센터로 구성되는 데 비해, 식물은 여러 기능을 분산시켜 개별적으로 독립적인 기능을 수행하는 동시에 큰 조직의 일부가 되는 모듈로 구성되는 것이다.
이런 모듈화 덕분에 식물은 신체의 일부를 잃어도 치명적 손상을 받지 않고 살아나갈 수 있지만, 이런 전략만으로 영토관리나 생식 등 다른 문제까지 해결할 수는 없다. 그렇다면 식물은 이 외의 문제들은 어떻게 해결하고 있는 것일까? 해결 방법 중 하나는 놀랍게도 식물 상호 간의 의사소통이었다. 이를 테면 소나무는 수관기피 현상을 보이는데, 이것은 이웃한 나무끼리 아무리 가까이에서 성장하더라도 서로의 수관에 맞닿지 않는 현상이다. 또한 식물도 친척을 인식해내서, 친족과 같은 공간에서 자랄 때에는 지하 뿌리부의 경쟁보다는 지상부에 더 많은 에너지를 투자하여 유전적 대물림이라는 생물의 주목적을 성취하는 데 주력하는 것으로 나타났다.
또 식물은 곤충의 공격을 받으면 화학적 억제물질을 분비하여 쫓아낸다. 심지어 이이제이 전략을 구사하기도 하는데, 리마콩의 경우 점박이응애가 나타나면 휘발성 화학물질을 분비하여 초식성 점박이응애의 천적인 칠레이리응애를 불러들인다. 생식의 매개체가 되는 동물들과는 보통 공생관계를 형성하지만, 때로는 사기를 쳐서 목적을 달성하기도 한다. 난초류의 1/3은 벌을 기만하는 것으로 알려져 있는데, 특히 오프리스 아피페라는 암벌과 똑같이 생긴 꽃을 피워 수벌을 유인한 뒤 수벌의 몸에 화분괴만 묻혀 보내는 것으로 유명하다. 이렇게 오랫동안 지구에서 진화를 거듭하며 다양한 전략을 구사하여 살아남는 일은 지능이 없다면 어려운 일이다. 우리가 전통과 선입관에서 벗어나 과학적 사고와 실험에 의거해 식물의 지능을 연구한다면 일반적인 생물의 지능을 연구하는 데에도 도움이 될 뿐만 아니라 생명과 과학을 보는 우리의 시야도 한층 넓고 풍부해질 것이다.
책속으로 추가
각각의 근단에는 시시각각으로 중력, 기온, 습도, 전기장, 빛, 압력, 화학적 기울기, 독성물질의 존재, 소리와 진동, 산소와 이산화탄소의 농도 등과 같은 다양한 정보가 입력된다. 근단에 입력되는 정보의 목록은 엄청나게 길지만, 완성되려면 아직 멀었다. 과학자들은 매년 이 목록에 새로운 항목들을 추가한다. 근단은 이러한 정보들을 분석하여, 식물의 각 부분이 요구하는 사항들을 종합적으로 검토하고 식물 전체의 입장에서 뿌리를 뻗을 방향을 최종 결
정한다. 이러한 의사결정 과정은 자동반응과는 차원이 다르다. 한마디로 말해서, 각각의 근단은 데이터처리센터(DPC)다. 하지만 각각의 DPC는 개별적으로 작동하지 않고 수백만 개의 다른 DPC들과 연결되어 거대한 네트워크를 형성한다.
-208~209p ‘5장. 지능을 가진 생명체, 식물’ 중
식물은 중앙통제기능을 수행하는 하나의 인지기 관(뇌) 대신, 일종의 분산지능을 진화시켰다. 분산지능은 무리 지어 사는 생물들의 전형적인 특징이다. 여러 마리의 생물들이 모여 무리를 형성하면, 개별 생물들에게 존재하지 않던 창발행동emergent behavior이 나타난다. 과학자들은 최근 생물의 창발행동을 체계적으로 관찰하고 분석하여 흥미로운 결과를 얻었다.
심지어 인간의 경우에도 집단을 형성하면 창발행동의 역학관계를 나타내는 것으로 입증되었다. 그 고전적 사례는, 대형극장에 모인 수천 명의 관객들이 박수를 칠 때 나타나는 현상이다. 최근의 연구에 의하면, 처음에는 중구난방으로 박수를 치던 관객들이 몇 초 후부터 점차 박자
를 맞춰나가다가, 종국에는 행동을 통일한다고 한다.
-215~216p ‘5장. 지능을 가진 생명체, 식물’ 중
추천사 004
프롤로그 012
1장. 조용히 뒤로 물러나 있던 식물 ㆍ019
1. 종교와 식물 024
2. 예술, 철학과 식물 028
3. 식물학의 아버지: 린네와 다윈 032
4. 식물생리학: 프랜시스 다윈 036
5. 언제나 뒷전이었던 식물 045
2장. 우리에게 낯선 식물의 모습 ㆍ049
1. 유글레나와 짚신벌레 053
2. 진화의 갈림길 059
3. 식물은 하나의 군집이다 061
4. 식물은 느려도 너무 느리다 065
5. 인간은 식물 없이 살 수 있을까? 069
3장. 식물이 세상을 감각하는 방법 ㆍ077
1. 시각 081
2. 후각 089
3. 미각 095
4. 촉각 108
(1) 수동적 촉각 108
(2) 자발적 촉각 112
5. 청각 115
6. 그 밖의 다양한 감각들 122
4장. 식물이 세상과 소통하는 방법 ㆍ127
1. 식물 내부의 의사소통 130
(1) 뿌리와 잎의 대화 130
(2) 관다발계 133
(3) 기공 135
(4) 누출사고 138
2. 식물 상호 간의 의사소통 140
(1) 식물의 신체언어 140
(2) 식물도 친척을 알아본다 142
(3) 식물과 곰팡이의 공생 145
(4) 콩과 식물과 질소고정세균의 공생 148
3. 식물과 동물 간의 의사소통 152
(1) 우편과 원거리통신 152
(2) 식물의 방어전략 153
(3) 적의 적은 나의 친구 155
(4) 옥수수의 슬픔 157
(5)... 식물의 성性 158
(6) 세계 최대의 시장 165
(7) 정직한 식물과 부정직한 식물 167
(8) 이 세상에 공짜는 없다 170
(9) 씨앗 배달부 173
(10) 씨앗 배달부를 위한 선물, 열매 175
5장. 지능을 가진 생명체, 식물 ㆍ181
1. 식물에게 지능이 있다고 할 수 있을까? 185
2. 인공지능에게 한 수 배우자 189
3. 지능에는 문턱값이 없다 193
4. 찰스 다윈과 식물의 지능 197
5. 지능적 식물 205
6. 식물은 살아 움직이는 인터넷이다 210
7. 뿌리떼 214
8. 식물과 외계인 218
9. 식물도 잠을 잔다 221
에필로그 228
참고문헌 235
지난 수 세기 동안 수많은 철학자와 과학자들은 ‘식물이 뇌나 영혼을 보유하고 있으며 아무리 하등식물이라도 외부 스트레스를 느끼고 반응할 수 있다’는 아이디어를 제시해왔다. 이루 다 열거할 수는 없지만 데모크리토스에서 플라톤까지, 페히너에서 다윈에 이르기까지, 역사상 최고의 지성들이 식물의 지능을 옹호해왔다. 어떤 이들은 식물에게 감정을 부여하고, 어떤 이들은 식물을 ‘거꾸로 선 인간’으로 묘사했다. 즉, 고착생활을 한다는 점만 빼면 식물도 감정과 지능을 보유한 존재로서 인간에게 꿀릴 것이 없다는 것이다. 수십 명의 위대한 사상가들이 식물의 지능을 이론화하여 문서로 남겼다. 하지만 ‘식물은 무척추동물보다 열등하고 덜 진화했으며 진화적 관점에서 보면 무생물보다 나을 것이 없다’는 고정관념이 전 문화권에 퍼져 있다.
-22p ‘1장. 조용히 뒤로 물러나 있던 식물’ 중
《식물의 운동력》의 마지막 단락에서, 다윈은 ‘식물의 뿌리에는 하등동물의 뇌와 비슷한 것이 들어 있다’는 자신의 믿음을 명백하게 드러냈다. 사실, 하나의 식물은 수천 개의 근단을 갖고 있으며 각각의 근단에는 독자적인 컴퓨팅센터가 존재한다. 악의적인 비판자들을 포함한 이 책의 모든 독자들은 내가 여기서 ‘뇌’ 대신 ‘컴퓨팅센터’라는 말을 사용한 것에 주목하기 바란다. 여기서 분명히 말해두지만 다윈 이후 어느 누구도 식물의 뿌리에 인간처럼 호두같이 생긴 뇌가 들어 있다고 생각하거나 말한 적이 없다. 만약 식물이 그런 뇌를 갖고 있다면 지난 수천 년 동안 인간의 눈에 띄지 않았을 리가 없다. 그 대신 과학자들은 ‘식물의 근단에는 일종의 뇌 유사체가 존재하고 있어서 동물의 뇌와 동일한 기능을 수행할 것’이라는 가설을 제시해왔다. 이 얼마나 놀라운 가설인가?
-40p ‘1장. 조용히 뒤로 물러나 있던 식물’ 중
우리가 동물과 식물을 차별하는 것은 기본적으로 진화 때문이며, 오늘날 식물계를 깊이 이해하는 데 어려움을 겪는 것도 역시 진화가 걸림돌로 작용하고 있기 때문이다. 이 문제를 좀 더 자세히 살펴보려면 잠시 한걸음 뒤로 물러서야 한다. 우리는 지구상에 최초로 나타난 단세포생물이 조류라는 사실을 알고 있다. 조류는 식물에 속하는데 광합성을 통해 산소를 생성함으로써 지구 전체에 생명을 퍼뜨린 일등공신이었다. 조류는 진핵생물과 동물세포의 탄생에도 기여했다. 그런데 우리가 흔히 생각하는 것과는 달리 최초의 식물세포는 동물세포와 크게 다르지 않았다(사실은 오늘날의 식물세포도 동물세포와 별반 다르지 않다).
-54p ‘2장. 우리에게 낯선 식물의 모습’ 중
식물의 행동은 보기보다 훨씬 더 정교하다. 사실 식물은 자신이 감지한 무기염류의 농도기울기에 비해 필요한 것보다 훨씬 더 많은 뿌리를 뻗는데, 이는 당장의 필요보다 미래를 내다본 포석이다. 즉, 미래에 발견될지도 모르는 영양분을 확보하기 위해 귀중한 에너지와 자원을 투자하는 것이다. 이는 광산회사들이 새로운 갱도를 파기 위해 상당한 자원을 투자하는 일에 비견된다. 미래의 수익을 기대하여 투자한다는 것은 식물이 지능을 보유하고 있음을 보여주는 또 하나의 증거라 할 수 있다.
-97p ‘3장. 식물이 세상을 감각하는 방법’ 중
캐나다 맥마스터 대학교의 연구진은 두 개의 화분을 준비하여, 한 화분에는 동일한 모계의 서양갯냉이 씨앗 30개를, 다른 화분에는 다른 모계의 서양갯냉이 씨앗 30개를 각각 심었다. 그리고 두 화분에서 자라는 식물의 행동을 관찰한 결과, 종전에는 동물에게만 존재한다고 여겨졌던 진화 메커니즘들이 여럿 발견되었다. 즉, 모계가 다른 30개의 식물들이 한 화분에서 ...자랄 경우, 그것들은 예상했던 대로 영토지배와 수분 및 양분 확보를 위해 경쟁적으로 뿌리를 뻗었다. 그리고 그 과정에서 다른 식물들에게 불이익을 주는 것으로 나타났다. 그러나 모계가 같은 식물들이 한 화분에서 자라는 경우에는 분위기가 사뭇 달랐다. 그들은 뿌리를 덜 뻗으며 제한된 공간에서 공존하고, 남는 에너지를 지상부에 투자하는 것으로 나타났다. 이상의 관찰결과는 ‘식물이 유전적 근접성을 고려하여 비경쟁적 행동을 취한다’는 것을 시사하며, ‘식물은 단순한 행동을 반복한다’는 전통적 견해와 완전히 배치된다.
-144~145p 4장. 식물이 세상과 소통하는 방법
스테파노 만쿠소 [저]
저자 스테파노 만쿠소(Stefano Mancuso)는 세계적 권위의 식물생리학자로, 피렌체대학교에서 교수로 재직하며 국제식물신경생물학연구소(LINV)를 이끌고 있다. 국제식물신호 및 행동연구협회(International Society for Plant Signaling & Behavior)의 창립 멤버이자 농예학회(Accademia dei Georgofili) 정회원이다. 다수의 논문이 세계 여러 나라의 학술지에 소개되었으며, 2012년에는 이탈리아 잡지 《라 레푸블리카》에서 ‘우리 삶을 바꿀 이탈리아인20’에 선정되었고, 2013년 《뉴요커》 지의 ‘세상을 바꾸는 사람들’ 리스트에 오르기도 했다. 저서로는 『식물을 미치도록 사랑한 남자들』, 『생물의 다양성』, 『매혹하는 식물의 뇌』 등이 있다. 『매혹하는 식물의 뇌』는 2016년 오스트리아 올해의 과학책으로 선정되었고, 『식물 혁명』은 2018 프레미오 갈릴레오 상을 수상하였다.
양병찬 [저]
서울대학교 경영학과와 동 대학원을 졸업한 후 직장 생활을 하다 진로를 바꿔 중앙대학교에서 약학을 공부했다. 약사로 활동하며 틈틈이 의약학과 생명과학 분야의 글을 번역했다. 지금은 생명과학 분야 전문번역가로 활동하며 포항공과대학교 생물학연구정보센터(BRIC) 바이오통신원으로, 《네이처》와 《사이언스》 등 해외 과학 저널에 실린 의학 및 생명과학 기사를 번역해 학계의 최신 동향을 소개하고 있다. 진화론의 교과서로 불리는 《센스 앤 넌센스》와 알렉산더 폰 훔볼트를 다룬 화제작 《자연의 발명》을 번역했고, 『아름다움의 진화』로 제60회 한국출판문화상 번역 부문을 수상했다. 그 밖에 옮긴 책으로 『유리우주』, 『모든 것은 그 자리에』, 『크레이지 호르몬』, 『오늘도 우리 몸은 싸우고 있다』, 『경이로운 생명』, 『내 속엔 미생물이 너무도 많아』, 『완전히 새로운 공룡의 역사』, 『텐 드럭스』, 『마지막 고래잡이』, 『과학자 아리스토텔레스의 생물학 여행 라군』 등이 있다.
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