식물은 어떻게 느끼고 행동하고 기억하는가

세계적인 식물 세포 연구 권위자에게 듣는
느끼고 대화하고 판단하는 경이로운 식물의 지능

'반려식물'이라는 표현에는 식물이 단순히 인테리어 소품이 아니라 마치 동물처럼 서로 교감을 나눌 수 있는 대상이라는 의미가 담겨 있다. 최근 과학계의 연구에 따르면 이는 과장이 아니다. 식물의 지능과 행동 연구는 최근 20년 사이 과학계에서 주목받는 뜨거운 주제로, 식물은 실제로 환경에 민감하게 반응하며 때로는 자신만의 생각이 있는 것처럼 판단하고 행동한다. 식물이 서로 대화를 나누거나 환경에 '반응'하고 때로는 눈에 보이는 '행동'을 보인다는 소식이 더는 놀랍지 않다.
식물 세포 연구의 세계적인 권위자인 곽준명 교수의 신간 『식물은 어떻게 느끼고 행동하고 기억하는가』는 여기에서 한발 더 나아간다. 식물이 주위 환경을 감지하고 판단하며 행동하는 메커니즘을 세포와 유전자 수준으로 내려가 자세히 파고드는 것이다. 지금까지 파리지옥을 비롯한 식물이 보이는 행동이나 지능의 단초를 소개하는 책은 많았지만 관찰 결과만을 나열하는 데 그칠 뿐, 식물이 정확히 어떤 메커니즘을 거쳐 그러한 행동을 보이는지 설명한 책은 없었다. 이 책은 그 간극을 메우면서 세포 신호, 식물 호르몬, 단백질, DNA와 같은 현대 생명과학의 언어로 식물의 감각과 생각, 행동이 일어나는 방식을 설명해주는 최초의 식물 분자생물학 대중서다.
식물은 우리와 같은 뇌도, 신경계도 없지만 동물보다도 정교하게 발달한 세포 신호전달 체계를 이용하여 척박한 환경에서도 살아남는다. 따라서 식물 세포에 대한 연구가 결국 식물뿐만 아니라 지구상의 생명체 전체에 대한 이해를 한 차원 드높여준다고 저자는 강조한다. 작디작은 초록색 세포가 결정하는 식물의 생존 전략과 메커니즘이 전 지구적 생태계에 어떤 영향을 미치는지, 우리는 장차 식물에게서 어떤 도움을 받을 수 있을지까지 나아가는 책이다.


"식물의 생태뿐 아니라 과학자의 생각법까지 엿볼 수 있다"
어디서도 볼 수 없었던 미시 세계로의 다정한 초대

눈으로만 보면 식물은 뿌리내린 자리에 가만히 못 박혀 꼼짝하지 못하는 것처럼 보인다. 그러나 현미경을 동원하여 세포와 단백질, 유전자 수준까지 들여다보면 사실은 그 어느 생물보다도 민첩하고 정교하게 활동하는 생명체라는 사실을 알 수 있다. 이를 위해 저자는 연구실에서 직접 촬영한 생생한 전자현미경 사진과 벌레의 공격을 받은 식물 세포가 반응하는 영상 등을 곁들여 식물이 지닌 역동성을 독자가 직접 관찰하게 해준다. 또한 이 과정에서 독자는 식물의 생태뿐 아니라 과학자가 생각하는 방법까지 엿볼 수 있다. 지금까지 식물을 좀 안다 했던 이들이라도 식물 세포 사진, 영상 자료를 통해 식물을 완전히 새로운 시각으로 만나게 될 것이다.
세포나 단백질 DNA를 다루는 미시 세계는 너무나 작아서 멀고 어렵게 느껴지지만, 저자는 복잡한 메커니즘을 풍부한 비유를 곁들여 생물학적 지식이 없어도 흥미진진하게 읽을 수 있도록 한다. 곰팡이와 식물이 상대를 무력화하기 위해 상대에게 보내는 작은 RNA 조각(sRNA)을 네이비씰과 같은 '특수부대'에 비유하거나, 식물이 세포소기관에 곰팡이를 무력화하는 물질을 섞어 보내서 일부러 탈취당하는 과정을 '트로이의 목마'에 빗대는 것이 대표적이다. 또한 풍부한 각주와 용어 설명을 더해서 낯선 과학 개념도 읽으면서 바로 이해할 수 있도록 구성했다. 이 책을 읽고 나면 식물의 신기한 일면을 자세히 들여다볼 수 있을 뿐만 아니라, 친절한 식물 분자생물학 강의를 듣고 나온 듯한 지적 만족감까지 느낄 수 있을 것이다.


뿌리내리면 터를 옮길 수 없는 식물은 어떻게 살아남았나?
식물을 통해 그리는 지구의 내일

저자는 식물 연구가 단순히 지적 호기심을 충족하는 행위가 아니라 우리의 미래가 달린 중차대한 일이라고 강조한다. 식물이 느끼고 행동하고 기억하는 데 사용하는 세포 신호전달은 우리 인간을 비롯한 모든 생명체에서 일어나는 현상인데, 식물은 이 체계를 더욱 정교하게 발달시킨 생명체이기 때문이다. 저자는 그 예로 더욱 진한 보라색 피튜니아 꽃을 피우려던 연구가 결국 유전병까지 고칠 수 있는 기적의 신약인 RNA 치료제의 발견으로 이어진 사례를 자세히 소개한다. 또한 중금속과 방사능을 추출하는 해바라기와 같은 식물의 특성을 더욱 발전시키면 오염된 토양을 쉽게 정화할 수 있고, 뿌리에 이산화탄소를 더욱 많이 저장할 수 있는 식물을 찾아낸다면 기후위기를 극복하는 길도 열릴 것이라고 희망적으로 미래를 내다본다.
다시 말해 식물은 인간이 보호해야 할 대상인 동시에 인간이 보고 배워야 할 오래된 스승이다. 이 책을 읽고 나면 화분의 잎, 밥상의 채소, 길가의 잡초가 더 이상 조용한 일상 속 풍경으로 보이지 않을 것이다. 그들은 지금도 감지하고 반응하고 싸우고 협력하며 분주하게 지구를 지탱하고 있으니 말이다.

추천의 글
들어가며_초록색 세포의 세계로

1장 식물의 생존법: 위기를 돌파하는 민첩함을 배우다

식물이 언제나 살아남는 비밀
세포가 행동을 결정한다 │ 눈 깜짝할 사이에 반응하는 식물 │ 동물보다 신속하고 정교한 신호들

세균과 싸우는 식물들
식물이 스스로를 보호하는 법 │ 뇌 없이도 학습할 수 있을까 │ 초록 세포의 판단력

식물과 곰팡이의 특수부대 대결
생명현상의 중심 원리 │ 세상에서 가장 작은 특수부대 │ 실험실의 모델들 │ 식물이 보내는 트로이의 목마

가뭄을 이기는 전략
지구상에 물이 부족한 진짜 이유 │ 숨을 참아서 물을 지키다 │ 식물의 응급용 아침 도시락 │ 기적의 식물을 찾아서

2장 대화하는 식물: 함께하는 삶의 가치를 아는 존재들

척박한 땅에서 살아남기 위한 동맹
식물이 세균을 향해 손을 내밀 때 │ 콩의 비밀을 밝히는 모험

식물의 재난 경보
형광을 내는 식물 │ 뇌가 없는 식물에게도 신경전달물질이 있다 │ 다음 세대까지도 구해내는 지혜 │ 식물의 소리 경보

식물의 이야기를 듣는 법
흙속의 은밀한 속삭임 │ 식물이 인간을 공격한다면

식물은 노화를 반긴다
오래 사는 애기장대의 비밀 │ 대범하게 노화를 받아들이다 │ 진시황의 불로초를 찾아서 │ 약을 만드는 식물 공장

식물도 어릴 적 기억을 한다
어려운 시절을 기억해야 잘 산다 │ 식물의 기억은 얼마나 오래 갈까 │ 망각하는 식물들

3장 지구를 지키는 식물: 녹색 세포에서 희망을 찾다

식물에게도 입이 있다
입이 많으면 숨을 더 잘 쉴 수 있을까 │ 돌연변이를 연구하는 방법 │ 초록 잎에 숨은 질서

대기를 정화하는 녹색 필터
식물이 이산화탄소를 섭취하는 이유 │ 식물도 질식할까 │ 이산화탄소를 가두는 뿌리

산소의 두 얼굴
산소도 때로는 유독해진다 │ 독을 잘 쓰면 약이 된다 │ 위험한 독소를 다루는 법

토양을 지키는 식물
토양에서 중금속을 골라내는 법 │ 방사능도 이겨내는 강인함

식물이 세상을 풍요롭게 하는 법
완두의 싹을 방해한 가스등 │ 늦게 피는 꽃의 비밀 │ 심장 약을 만들다 벌어진 일

4장 식물의 감각: 식물에게 길을 묻다

식물도 더위를 탈까
빛과 온도를 읽어 계절을 감지하다 │ 영하의 기온에도 얼지 않는 이유 │ 50도의 일교차에서 살아남는 법

꽃은 피어야 할 때를 어떻게 알까
고난 끝에 꽃이 핀다 │ 낙화를 계획하는 식물 │ 통념을 뒤엎은 놀라운 발견 │ 다음 세대를 위해 세포의 운명을 바꾸다

과일과 곡식 알갱이가 떨어지지 않는다면
열매가 될 수 있는 꽃은 극소수다 │ 10년 걸려 발견한 기적의 유채

숫자를 세는 식물
수를 세어서 먹잇감을 인식하다 │ 한 가지 신호만으로 수백 가지 자극을 구분하는 법

식물의 미래
냄새 맡는 식물을 만들 수 있을까 │ 초록 세포 속 경이로움을 찾아서

마치며_식물의 본능 속에 답이 있다

용어 설명
참고문헌

곽준명 식물생명과학자이자 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지학과 특훈교수.
연세대학교 생화학과를 졸업하고 포항공과대학교에서 석박사 과정을 마쳤다. 이후 캘리포니아대학교 샌디에이고에서 박사 후 과정을 거쳐, 메릴랜드대학교 칼리지파크에서 조교수로 연구를 시작하여 종신교수로 임명되었다. 그러나 한국에서 후진을 양성하고 연구를 이어가고자 하는 열망으로 2014년 DGIST로 자리를 옮겼다. 인류가 직면한 기후위기와 식량 문제를 해결하기 위한 대안으로 식물 성장과 발달 연구에 매진하고 있다. 이 외에도 기초과학연구원(IBS) 식물노화수명연구단의 그룹리더를 역임했으며, 현재는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 지정 열매성장연구센터 단장을 맡고 있다.

- 생명과학 연구지원 국제기구 휴먼 프런티어 사이언스 프로그램(HFSP) 펠로우십 수상(1998)
- ?꽃, 열매가 떨어지는 '탈리 현상'? 『셀』 표지 논문 선정(2018)
- 이달의 과학기술인상 수상(2019)
- ?꽃과 열매가 일정한 위치에서 떨어지는 원리? 국가연구개발 우수성과 100선 선정(2019)
- 한국식물학회 최우수학술상 수상(2020)
- 한국과학기술한림원 주관 카길한림생명과학상 수상(2022)