식물의 전쟁

식물의 전쟁에서 배우는
나눔과 공존의 가치

최근 과학계를 떠들썩하게 만든 사건이 있다. 서울대 인공지능 연구팀의 표절 논문 사건이 그것이다. 세계 최고 권위의 학회에 제출했고, 우수 논문으로도 선정되었는데 알고 보니 여러 논문을 짜깁기한 표절 논문이었다. 식물생리학자로 식물이 분투(奮鬪)하며 살아가는 모습을 인간의 삶에 투영해 온 저자는 이 사건을 '경쟁의 폐혜'로 단언한다. 부당한 방법을 쓴 사람을 가려내고자 에너지가 투입되는 '낭비'가 발생하기 때문이란다. 낭비는 결과적으로 성장을 저해하고 새로운 능력을 키울 가능성을 줄여 모두에게 손해를 끼친다는 것이다. 그렇다면 식물의 경쟁도 그럴까?
식물은 피할 수 없을 때는 어쩔 수 없이 경쟁한다. 하지만 피할 수 있다면 굳이 경쟁하지 않는다. 경쟁보다는 자신에게 집중하고, 자기만의 독특한 유전적 능력을 발전시켜 나름의 생존을 이어간다. 또 자신이 만든 자원을 나누며, 다른 종이나 개체와 협력하여 공존을 모색하고 더 나은 생존 가능성을 찾아냄으로써 스스로의 한계를 극복하는 성숙하고도 지혜로운 태도를 보인다. 진정한 승자의 모습이다.
이 책은 식물생리학자인 저자가 한정된 자원을 놓고 생존을 위해 치열하게 싸우는 식물의 다양한 전략들을, 극심한 경쟁 사회에서 살아가는 인간의 삶과 대비해 풀어 쓴 에세이 형식의 과학 교양서다. 소소한 일상에서 포착한 식물생리에 관한 놀라운 이야기들이 사례별로 진중하면서도 흥미롭게 펼쳐진다.


식물생리학자가 일상에서 포착한
식물의 '전쟁과 평화'

나무가 빽빽이 들어찬 숲은 고요함으로 가득하다. 그러나 가만히 들여다보면 땅 위, 땅속에서 햇빛 한 줄기, 영양소 한 조각이라도 더 얻으려는 식물들의 전쟁이 한창이다. 만일 식물이 서로 싸우는 과정에서 새빨간 피를 흘린다면 숲은 온통 피투성이일 것이다. 어떤 화가가 숲을 빨간색으로 표현해도 이해할 수 있을 것 같다.
살기 위해 필사적일 수밖에 없는 식물의 생존 전략을 좀 더 자세하게 살펴보자.
먼저 견디기 전략이다. 메타세쿼이아의 나무줄기는 엄청나게 굵은데 이는 중력을 거슬러 물을 높이 올려 보내는 힘을 견디기 위한 방편이다. 맛없기로 소문난(?) 장마철 참외는 광합성량이 부족해 당도가 떨어지는 데다 잎이 빗방울의 무게를 견디느라 두께가 두꺼워지고 섬유질이 증가해 육질이 뻣뻣하다. 연잎은 땅 위의 종들과 경쟁을 피하고 물속에서도 산소 부족을 견딜 수 있도록 잎 윗면에만 통기조직이 발달하는 파격적인 '구조 변경'을 단행했다.
세우기 전략은 또 어떤가. 칡은 키 큰 나무를 만나면 덩굴이 그 나무를 타고 올라가 햇빛을 차단하고 자신이 타고 오른 나무를 죽이기도 한다. 귀화식물인 가시박 또한 매우 빠른 속도로 자라면서 다른 식물을 덮쳐 결국 죽게 만든다. '너 죽고 나 살자' 전략인 셈이다. 다른 이유로 이 전략을 활용하는 식물도 있다. 갈라파고스의 선인장은 자신을 먹이로 삼는 이구아나 때문에 키를 키워 이구아나의 먹이가 되는 것을 피했다. 선인장의 아랫부분은 매우 단단해서 이구아나가 이 부분을 먹을 도리는 없다.
펼치기 전략으로 넘어가 보자. 대나무는 햇빛을 향해 땅속줄기로 뻗는다. 위로 올라가는 방식이 아니라 옆으로 움직이는 방식이다. 국수나무는 비록 동물처럼 걷지는 못하지만 자신이 있는 곳에 빛이 적게 들면 빛이 많이 비치는 쪽으로 줄기를 늘어뜨리고 영양생식을 통해 햇빛이 많은 곳으로 '이동'한다. 신박한 방식이 아닐 수 없다. 호밀은 측근을 발달시켜 다른 토양이 있는 곳까지 뿌리를 뻗어 서식 범위를 확대한다.
타감물질을 분비하는 끼치기 전략도 있다. 식물은 타감작용(Allelopathy, 서로 해를 준다는 뜻)을 통해 다른 개체의 성장을 억제하기도 하고 촉진하기도 한다. 소나무의 타감작용은 갈로탄닌이란 물질 때문에 생기는데 소나무 주변에 다른 식물이 자라지 못하게 한다. 자신에게 해를 입히는 타감작용도 있다. 일본의 양미역취는 약 2~3미터까지 자라지만 0.5미터쯤 자랐을 때 꽃을 피우기도 한다. 타감작용으로 주변 식물을 몰아낸 결과 더는 공격할 대상이 없어져 자신을 공격한 것이다. 자가중독이다.
나누기 전략은 상식에 반하는 고도의 전략이다. 식물은 날아온 벌에게 자기가 만든 설탕(꿀)을 나눔으로써 꽃가루를 퍼뜨린다. 이때 유전적으로 강한 배우자를 찾고 싶어 하는 식물의 욕망은 벌의 능력으로 대체되었는데 벌은 아름답고 자신의 눈에 잘 띄며 꿀을 많이 주는 꽃을 찾아간다. 병이 들었을 때는 질병에 관여하는 살리실산을 퍼뜨려 경쟁 상대였던 주변 식물이 대비할 수 있도록 경고하는 등 화학물질 정보를 주고받으며 서로 소통하고 협력한다.
유전적 다양성을 만드는 달리하기 전략은 어떨까. 유전자가 다양하지 않으면 그 종은 결코 오래갈 수 없음을 증명하는 사건을 통해 그 의미를 짐작할 수 있다. 바로 대세였던 그로 미셸 바나나의 생산 중단이다. 그로 미셸은 1960년대에 파나마병으로 생산이 중단되었고, 지금은 캐번디시 바나나를 주로 재배한다. 그런데 최근 캐번디시가 변종 파나마병에 감염되면서 바나나 멸종 문제가 대두되었다. 개나리꽃은 암술과 수술의 길이를 달리한 두 가지 형태의 꽃을 피워 근친교배를 피하는데 이 역시 유전적 다양성을 확보해 오래도록 종을 존속하려는 책략이다.

고착생물인 식물은 전쟁에서 승리하기 위해 오랫동안 다양한 전략들을 개발해 왔다. 그리고 경쟁보다는 나눔과 협력을 '무기'로 하여 자신이 가진 한계를 극복하고 지구상에서 가장 번성한 생물종이 되었다. 『식물의 전쟁』은 우리 주변에서 만나는 식물들이 어떻게 살아가는지 궁금한 학생이나 교사, 일반독자들을 위한 책이다. 모쪼록 이 책을 통해 식물의 생존 전략에 담긴 의미를 발견하고 우리의 삶을 돌아보는 한편, 식물이 전하는 깊은 통찰과 위로를 만나기 바란다.

들어가는 글

1 전쟁의 이해_모두의 손해
1. 아파트를 나서며 2. 종간 그리고 종내 전쟁 ㆍ종간 경쟁 ㆍ종내 경쟁 3. 쟁탈 경쟁과 간섭 경쟁 ㆍ자원의 종류와 전쟁 전략

2 자원의 종류와 전쟁 전략
1. 생존을 위한 필수 요소 2. 전쟁의 전리품_자원의 종류 3. 전쟁 전략 ㆍ견디기 ㆍ세우기 ㆍ펼치기 ㆍ끼치기 ㆍ나누기 ㆍ달리하기

3 견디기 전략
1. 물과의 전쟁 ㆍ뿌리의 물 흡수 ㆍ토양의 물 이동 ㆍ물을 올리는 원동력 ㆍ강수와 식물 ㆍ수생식물 2. 중력에 대한 투쟁 ㆍ필요 없는 증산작용 ㆍ식물의 높이와 잎의 크기 ㆍ중력의 영향 3. 기후와 온도 적응 ㆍ최적 온도 ㆍ식물의 온도 적응 ㆍ동결과의 사투 4. 건조와의 전투 ㆍ건조 영향 ㆍ고사리와 기공 ㆍ목마르면 잎을 내려 ㆍCAM 식물 5. 바람과의 사투 ㆍ바람의 영향 ㆍ바람과 꽃가루받이 ㆍ바람과 피톤치드 ㆍ숲과 바람 6. 영양소 작용과 한계 ㆍ무기영양소 종류 ㆍ무기이온의 기능과 흡수 부위 ㆍ영양물질 과다와 중금속

4 세우기 전략
1. 떡잎의 기능 ㆍ콩나물 ㆍ떡잎의 역할 2. 줄기 발달 ㆍ포식 저항과 식물의 높이 ㆍ줄기의 관다발과 분열조직 3. 높이 경쟁 ㆍ지하부 경쟁과 식물의 높이 ㆍ경쟁과 성장 ㆍ높이 경쟁 ㆍ양수림과 음수림 ㆍ참나무 6형제와 식생천이 4. 틈새 활용 ㆍ덩굴식물과 덩굴손 ㆍ관목과 엽록소

5 펼치기 전략
1. 잎과 기능 ㆍ세상에서 가장 많은 단백질 ㆍ광억제 피하기 ㆍ식물체 내 탄소 이동 ㆍ잎의 다른 기능들 2. 잎의 구조와 환경 적응 ㆍ활엽수의 잎 ㆍ침엽수의 잎 3. 펼쳐진 가지 ㆍ숲의 빛 투과도 ㆍ굴성과 자원 확보 ㆍ줄기의 변형, 포복경과 지하경 ㆍ나무의 형태, 수형 4. 세근 발달과 영양소 흡수 ㆍ뿌리의 채굴과 결핍대 ㆍ세근의 발달 ㆍ무기염류의 영향 ㆍ비료의 3원소

6 끼치기 전략
1. 타감물질과 영향 ㆍ타감작용과 자가중독 ㆍ타감작용의 대상 ㆍ타감물질의 종류 ㆍ타감물질 분석 ㆍ제초제 후보, 타감물질 2. 식물의 공격과 방어 ㆍ타감작용과 식물 밀도 ㆍ환경과 경쟁 ㆍ타감물질의 공여자 종과 표적자 종 3. 광합성과 타감물질 ㆍ타감물질의 작용 ㆍ광합성의 간접 억제 ㆍ광합성의 직접 억제 4. 타감작용의 예 ㆍ소나무 ㆍ기후변화와 타감작용 ㆍ귀화식물의 타감작용

7 나누기 전략
1. 이타적 행동 ㆍ도와주기 ㆍ 혈연선택 2. 꽃과 나눔 ㆍ꽃과 현화식물 ㆍ 꽃색과 공진화 ㆍ곤충 부르기 ㆍ개화 시기와 생식 격리 3. 열매 퍼뜨리기 ㆍ과실의 종류 ㆍ개체 능력을 통한 종자 퍼뜨리기 ㆍ자원을 나누어 퍼뜨리기 ㆍ발아와 휴면 4. 뿌리의 공생 ㆍ뿌리 삼출물과 근권 미생물 ㆍ질소고정과 세균 ㆍ뿌리혹의 형성 과정 ㆍ인 채굴과 곰팡이 ㆍ균근의 구분

8 달리하기 전략
1. 생식과 유전적 다양성 ㆍ다양성의 역할 ㆍ무성생식과 유성생식 ㆍ근친교배 피하기 ㆍ수평적 유전자 전달 ㆍ전위유전단위 ㆍ유전체 배수화 ㆍ노이즈 현상-유전자 발현의 조절 2. 다양성 연결 ㆍ세포 간 연결 ㆍ춘계단명식물의 생태적 연결 ㆍ균근 네트워크 3. 다양한 식물의 생존 방법 ㆍ착생식물-거인의 어깨 위 ㆍ기생식물과 흡기 ㆍ사냥과 끈끈이주걱

9 식물 전쟁의 함의
1. 식물 전략의 확장 2. 경쟁 승리 전략의 다양성 3. 능력 확장과 한계 극복 4. 새로운 능력 개발 5. 경쟁 패배자의 운명 6. 인간의 경쟁 7. 경쟁 없는 세상 속으로

그림 출처 | 참고 문헌 | 찾아보기

김용범 대학에 진학하며 우연히 선택한 생물학 공부를 마치고 이후 2년과 5년을 더 배웠다. 학위를 마칠 때쯤 환경으로 방향을 틀어 대기, 수질, 폐기물, 악취 등의 환경영향평가를 연구했다. 문득 잘못 배달된 이메일 덕분에(?) 버클리로 가서 박사후연구원으로 지냈다. 식물을 이용해서 오염물질 등을 제거하는 식물복원(phytoremediation)을 거쳐 원래의 전공인 지베렐린 신호전달이라는 식물생리로 돌아왔다. 이때부터 서로 다른 학문의 융합이 중요함을 깨닫기 시작했고, 귀국해서는 연구교수를 하며 원하는 바를 추구했다.
또 다른 우연 덕분에 만나게 된 국립환경과학원 생태복원과에서는 기후변화에 의한 생태 영향을 조사하며 시료은행에 저장할 대상 시료를 찾아 산으로 강으로 다녔다. 그 뒤 과거의 작은 선행에 따른 인연으로 대학 시간강사가 되었으나 이는 스스로의 선택이었다. 생물학을 가르치며 부침(浮沈)의 시간을 유전자 관점으로 돌아보다가 인간이 어떤 존재인지 이해하고, 이제는 우연히 결정된 생물학을 좋아하고 즐길 수 있게 되었다.
지은 책으로 『배신의 유전자가 사회 개혁을 말하다』, 『뇌는 오줌 냄새를 맡는다』 등이 있다.