씨앗에서 씨앗까지, 식물학자가 들려주는 푸릇한 생명체의 여정

김우재(꿀벌 유전학자, 하얼빈공과대학교 생명과학센터 교수)

이 책은 식물이 하루하루를 살아가는 방법에 대한 세밀하고도 적극적인 식물학자의 탐구 일지다. 아주 작은 점 하나인 씨앗에서 연둣빛 싹이 터져 나오는 과정부터 뿌리는 어떻게 아래로 뻗는지, 잎이 차례차례 돋고, 꽃이 피어 씨를 맺으며 노화하기까지, 알고 보면 더욱 흥미로운 식물의 일생을 담았다. 또한 뿌리 내린 곳에서 주어진 환경과 상호작용 하는 법과 병원균이나 바이러스의 침입에 대처하는 방식 등 식물의 전 생애에 걸쳐 일어나는 거의 모든 생명현상을 다룬다. 우리 주변의 식물은 늘 같은 자리에서 푸릇푸릇함으로 안정감을 선사하니 평화로워 보일 수 있다. 하지만 볕이 너무 따갑거나 날씨가 춥다고 해서 움직여 피하지 못한다. 그렇다면 식물은 환경의 악조건 속에서 어떻게 살아남을까? 동물과 전혀 다르게 생을 이어가는, 가만한 식물의 생동감 넘치는 활약을 읽으면 놀라움을 느낄 수 있을 것이다. 씨앗이 잎을 틔우는 신호는 무엇일까? 풀풀 날리는 꽃가루의 목적지는? 양파처럼 생긴 수선화 구근은 왜 냉장고에 넣어두지? 식물의 노화는 자연스러운 현상일까, 식물의 의도일까? 죽지 않는 식물이 존재할까? 낙엽은 왜 떨어지지? 식물도 면역체계가 있나? 식물은 카페인을 왜 만들까? 소금물로 토마토를 키우면 짠맛이 날까? 식물도 감정이 있을까? 그리고 우리 집 식물은 왜 시들까? 저자는 수많은 궁금증을 냉철한 식물학자의 시선으로 하나하나 풀어간다. 매일 씨를 심어 때맞춰 물을 주고, 떡잎이 난 식물을 하나하나 분갈이하는 실제 식물학자의 일상이 어우러진 다감한 글들이 다양한 식물 이야기의 문을 연다. 식물에 파고든 과학자들의 치열한 연구와 실험 역시 흥미진진하게 담겨 있다. 식물의 일생과 식물학자의 일을 찬찬히 들여다보면 식물 연구가 우리의 앎과 삶을 어떻게 바꾸었는지 살펴볼 수 있다. 뿐만 아니라 어디에서도 볼 수 없던 생생한 자료와 따뜻한 느낌의 세밀화가 함께 실려 더욱 풍성한 초록의 세계를 보여준다. 식물은 기후변화로 한층 더워진 여름, 더욱 추워진 겨울의 혹독한 환경에서 살아남기 위해 끊임없이 스스로를 변화시키는 신호들을 잎 끝에서 뿌리 끝까지 쉴 새 없이 전한다. 조용하게 생명력을 뿜는 푸릇한 생명에 귀 기울이는 동안 식물학자를 꿈꾸는 학생들은 과학자의 일을 미리 경험할 수 있다. 또한 식물을 키우는 데 관심 가진 이들이라면 우리 집 반려식물을 관찰하고 이해하면서 더욱 즐겁게 시간을 보낼 수 있고, 식물이 보내는 작은 신호를 재빨리 알아채는 법을 익힐 수 있을 것이다.

책머리에_ 식물이 하루하루를 살아가는 법 6

1부 식물의 발달
1장 싹을 틔우다 26
2장 고개를 든 콩나물 40
3장 새싹과 빛 54
4장 생장이 시작되는 곳 67
5장 넓적한 꽃이 피다 82
6장 지하 세계 생장점 95
7장 잎의 위아래 111
8장 식물의 사춘기 121

2부 후대를 준비하기
1장 꽃을 피울 시간 136
2장 겨울이 지나 봄이 오면 154
3장 꽃 모양의 기본 168
4장 꽃가루의 여행 181
5장 세상에서 가장 신기한 일 201
6장 식물의 노화 212
7장 낙엽의 떠날 준비 228

3부 병으로부터 자신을 지키는 법
1장 병원균을 마주하다 246
2장 병원균의 반격 265
3장 병원균에 대처하기 284
4장 식물이 병에 걸리면 301
5장 식물의 획득저항성 314
6장 대화하는 나무? 329
7장 깨진 튤립과 바이러스 345

4부 식물과 환경
1장 가뭄 366
2장 염분 387
3장 추위 399
4장 더위와 열 414
5장 빛 424
6장 물 435
7장 이산화탄소 443

5부 애기장대가 만들어낸 변화 457

나가며_ 식물의 일생, 식물학자의 일상 467
미주 및 참고 문헌 471
그림 출처 550

주변을 둘러보면 우리 생활에 식물이 관련되어 있지 않은 것이 없다. 매일 먹는 밥과 반찬, 종이와 책들, 매일 입는 옷과 침구류까지, 모두 식물에서 나왔다. 우리의 삶은 식물에 전부 의존하고 있다고 해도 지나치지 않다. 그렇다면 우리는 식물에 대해 얼마나 알고 있을까? _7쪽생물학의 흐름을 완전히 바꾼 여러 발견이 식물에서 이루어졌지만, 식물은 연구보다는 심미적인 대상으로만 여겨질 때가 많다. _12쪽기후변화로 여름이 날로 더워지고, 겨울은 날이 갈수록 추워지는 요즘, 에어컨이나 난방 없이 그 기후를 온전히 감내하는 식물은 어떻게 상황에 맞설까? _18쪽나는 식혜 만드는 법이 너무 궁금했다. 도대체 왜 하얀 엿기름물이랑 밥이 밥솥에 들어갔다 나오면 밥알이 흐물흐물해질까? 식혜에서만 맛볼 수 있는 은은한 단맛은 왜 날까? 엿기름은 왜 그렇게 박박 씻어서 맑은 물만 넣을까? _27쪽식혜를 만드는 엿기름, 그리고 맥주를 만드는 맥아는 씨앗을 며칠간 키워 녹말분해효소를 최대로 합성한 상태에서 이용된다. 녹말분해효소의 양이 최대가 되는 때는, 새싹이 세상을 향해 뻗어 나가기 위해 필요한 에너지원을 모두 쏟아낸 순간이다. 인간은 그 원리를 이용해 맛있는 음식을 만들지만, 식물의 입장에서는 다음 단계로 도약하기 위한 준비다. _39쪽식물은 어느 정도 나이가 들어야 꽃이 피지만, 나이가 들었다 해서 무조건 꽃이 피지는 않는다. 꽃이 핀다는 것은 곧 씨가 맺힌다는 뜻이기에 씨가 좋은 환경에서 발아하려면 꽃도 정확한 때 피어야 한다. _139쪽어느 날 그는 집 마당에 튤립을 피우고 싶어 근처 농장에 구근을 사러 갔다. “심기 전에 6주간 냉장고에 보관하셔야 합니다.” 농장 주인의 이 한마디가 그의 연구 인생을 통째로 바꿨다. 영국에서는 당연하게 느껴졌던 겨울의 추위가 캘리포니아에는 없었다. 그래서 인공적으로 추위라는 조건을 부여해야 식물이 반응했던 것이다. 튤립과 수선화는 왜 겨울을 경험해야 할까? _155쪽이쯤에서 궁금한 점이 생긴다. 누에가 뽕잎을 먹듯이 초식동물들이 식물을 다 먹어버린다면 지구에는 식물이
남아 있을 리가 없는데, 왜 여전히 지구는 푸를까? 이 ‘지구는 왜 푸를까’라는 질문은 생태학을 공부하는 사람들
에게 매우 중요한 명제다. 당연한 이야기지만, 식물이라고 먹힐 때 가만히 있지는 않을 것이기 때문이다. 그렇지만 식물은 대단히 불리한 조건에 있다. 찾아오는 동물을 피해 도망갈 수 없다. 그래서 나무의 경우, 먹을 수 없게 줄기를 단단하게 만들기도 한다. 또는 도무지 먹을 수 없게 맛이 없는 화학물질들을 잔뜩 생산하기도 한다. 그렇게 만들어진 화학물질이 캡사이신, 카페인 등인 것을 생각하면 아이러니하지만 말이다. _329쪽나의 하루는 영하 196도 액체질소를 보온 통에 담는 것으로 시작된다. 모든 게 얼어붙는 영하 196도 액체질소에 준비해둔 식물 잎을 넣어 얼리고, 얼어붙은 잎을 막자사발에 가는 게 그날의 첫 실험이다. 식물학자라고 하면 사람들은 완두콩을 세는 멘델이나 식물을 관찰하는 린네를 떠올릴지 모르겠다. 아마 나처럼 아침마다 ‘녹
즙’을 만드는 이를 식물학자로 떠올릴 사람은 많지 않을 것이다. _469쪽이 책에 등장하는 모든 연구 결과가 여러 명이 함께 얻은 것이라는 점도 꼭 강조하고 싶다. 대부분의 경우 논문의 교신 저자, 혹은 책임연구원의 이름만을 적었지만, 모든 실험은 팀을 이뤄야 하고, 그 경향은 날이 갈수록 강화되고 있다. 현대 과학은 규모가 점점 커지고 있고, 반대로 개인의 전문성은 세분화되어서 한 명이 이뤄낸 연구 결과는 큰 의미를 갖지 못한다. 함께해야 더 멀리 볼 수 있다. _469쪽

세밀화와 함께 읽는 식물학자의 치열한 식물 탐구 일지《식물이라는 우주》는 식물학자의 차분한 일상과 더불어 식물이 살아가는 방법에 대한 분자생물학적 연구와 이를 가능하게 한 애기장대라는, 과학자들이 사랑하는 식물의 연구 흐름을 짚는다. 작고, 보잘것없고, 먹을 수도 없으며 툭하면 쓰러지는 그야말로 길가의 잡초 애기장대를 모델식물로 삼아 식물학자들은 탐구에 열을 올려 생명의 경이로움을 설명하는 무수한 발견을 해냈다. 애기장대와 함께한 식물학자들의 여정은 식물에 관한 연구를 근본적으로 바꿔놓았을 뿐 아니라 생물학 전체의 기념비적인 발견으로까지 이어졌다. 그리고 애기장대 외에도 옥수수, 보리, 밀, 벼, 수수, 토마토 등 우리가 먹는 작물부터 맨드라미, 튤립, 영춘화, 히아신스, 수선화, 토레니아 등 아름다운 꽃까지 다양한 식물 종이 연구의 장을 어떻게 넓혀왔는지에 대한 이야기가 현장감 있게 펼쳐진다.
1부에서는 씨에서 싹이 트고 자라는 과정을 전한다. 씨앗이 막 발아했을 때 조그만 씨 안에서 일어나는 복잡다단한 일과 지상으로 나온 떡잎이 빛을 감지하며 생장 형태를 바꾸는 관찰을 담았다. 뿐만 아니라 뿌리는 어둠 속에서 어떻게 자라는지, 잎은 어떻게 위아래를 구분할 수 있게 나는지 등 전반적인 식물의 발달을 두루 다루었다. 그리고 애기장대 연구가 시작된 특별한 계기와 과학자들의 인간적인 면모가 고스란히 드러나는 에피소드가 흥미롭다.
2부에서는 꽃이 피고, 씨를 맺으며 노화하는 생명활동을 읽을 수 있다. 어떤 환경 신호 또는 식물체 내의 신호가 꽃을 피우게 만드는지가 중심이 된다. 일년생식물은 씨를 맺고 나서 죽지만 다년생식물은 겨울을 준비하며 잎을 떨어뜨린다. 이때 식물세포에서 일어나는 분주하고 계획적인 과정을 가까이서 살펴볼 수 있다.
3부와 4부에서는 식물이 환경과 상호작용 하는 방법이 나온다. 3부는 식물과 병원균의 끊임없는 싸움을, 4부는 더위, 추위, 가뭄 등 극단적인 환경을 이겨내기 위한 식물의 활약을 전한다. 주어진 기후를 온전히 감내해야만 하는 식물이 어떻게 상황에 맞서 살아남는지 들여다보면 생명의 섬세한 움직임에 감탄하게 될 것이다.
《식물이라는 우주》는 식물뿐 아니라 식물학자들의 생각 그리고 최신 연구 흐름을 온전히 살펴보는 최초의 시도라고 할 수 있다. 씨를 심고, 무수히 많이 번식시키고, 그 가운데서 돌연변이를 찾고, 어떤 유전자가 달라진 것인지 탐색한다. 가설로 세웠던 ‘그 무엇’을 밝혀내기 위해 식물이 태어나서 죽는, 그 긴 시간을 지켜보는 식물학자들의 앎을 향한 열의가 아름답다. 현장의 활기가 가득한 단 한 권의 교양식물학!