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“식물이 서로 싸우는 과정에서 새빨간 피를 흘린다면
숲은 온통 피투성이일 것이다. 그러나 겉모습은 마냥 평화롭다”

치열한 경쟁 사회에서 살아가는 우리 인간의 삶에
깊은 통찰과 울림을 주는 식물의 다양한 생존 전략 이야기!

평화롭게 공존하는 것처럼 보이는 식물도 때로는 모두가 손해일 수밖에 없는 경쟁을 벌인다. 제한된 자원을 얻기 위해 어쩔 수 없이 싸우고, 희생하며, 한편으로는 이를 피하기 위한 다양한 생존 방법을 열심히 찾으며 살아간다. 움직일 수 없는 식물과는 전혀 다른 전략을 갖고 살아가는 인간이 그것을 모를 뿐이다. 이 책은 식물생리학 박사이지만 이제껏 식물을 성취 도구의 수단으로만 여겼던 저자가, 인간으로서 식물을 알고 사랑하고 삶을 성찰하기를 바라는 마음으로 식물에 대한 미안함을 담아 완성했다. 고착생물인 식물이, 어떻게 주어진 환경을 극복하고 자신만의 오래된 ‘언어’와 정교한 ‘전략’으로 전쟁에서 살아남는지 일상 속 다양한 생명현상을 통해 사례 중심으로 설명한다. 그와 더불어 식물의 삶이 보여주는 함의(含意)를 고찰한다.

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

(14~15쪽) 입대를 앞둔 아들이 집에서 친구들과 놀겠다고 하여 어쩔 수 없이 아파트를 나섰다. 혼자서 무엇을 할지 생각하며 아파트 동 옆 벤치에 앉았다. 물끄러미 내려다본 땅바닥에는 이끼류가 잔뜩 자라고 있었다. 습한 날도 아니었다. 잔디나 질경이 같은 다른 풀도 좀 있었지만, 그곳의 대세는 이끼였다(그림 1-1 A). 우점종이 이끼라는 뜻이다. 근처로 고개를 돌리니 이끼가 보이지 않았다. 두 지점에서 자라는 식물의 우점종이 완전히 달랐다.
(중략) 특정 지역에 어떤 종의 식물이 자라는지는 환경에 의해 결정된다. 줄기를 만들고 잎을 발달시키고 키를 크게 하는 능력만으로 결정되는 것이 아니다. 이런 능력들이 부족해도 주변 여건에 적합하다면 경쟁에서 승리해 살아남을 수 있다. 한마디로 식물의 생존은 몇 가지 잣대로 평가할 수 없다. 아파트 주변에서 자라는 식물은 약간만 환경이 달라져도 전혀 다른 종류가 자랐다. 어떤 것은 환경에 잘 적응했고, 어떤 것은 다른 것과의 경쟁에서 이겼기 때문이다. 식물은 살아남기 위해 어떤 일을 벌이고 있을까?

(62~63쪽) 오래전 전남 보성에 있는 녹차밭을 갔다가 그곳에 있는 메타세쿼이아의 웅장한 자태에 감탄사를 연발한 적이 있다. 이렇게 수목의 덩치에 탄복하는 경우는 많다. 그러나 나무줄기가 왜 그렇게 굵어야 하는지에는 별 관심이 없다. 늘 보다 보니 익숙해져서 그럴지도 모르겠다. 나무줄기가 굵고 단단해져야 하는 데는 매우 중요한 식물의 생존 원리가 숨어 있다.
(중략) 식물에는 장력 외에 물을 잎으로 올려 보내는 몇 가지 힘이 있다. 뿌리의 물 흡수에 중요한 역할을 하는 삼투압은 뿌리 물관에 물이 많이 모이게 한다. 이렇게 모인 물은 세포벽을 밀어내며 팽압을 만들고, 결국 뿌리압을 형성하기에 이른다. 이 같은 힘들은 모세관현상과 함께 물을 위로 올리는 작용을 한다. 이 때문에 이른 아침 잎끝에 물방울이 맺히는 일액현상이 나타난다. 이러한 힘들은 물을 100미터 높이까지 올리지 못한다. 수십 미터를 끌어 올리려면 앞에서 말한 장력이 필요하다. 100미터 끌어 올리는 힘의 세기를 계산해 보니 약 2메가파스칼(MPa)로 조사되었다. 대기압이 약 0.1메가파스칼이니 대기압의 20배 정도다. 이렇게 엄청난 힘을 식물 줄기가 견뎌야 한다. 장력을 견디지 못하면 세포가 뭉그러지고 줄기 성장이 불가능해진다. 다시 말해 식물의 줄기나 뿌리는 장력을 견디기 위해서 굵고 단단하게 목질화한다.

(91쪽) 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수한 CAM 식물은 말산을 만들어 이를 액포에 저장한다. 그리고 낮이 되면 기공을 닫은 후 말산에서 이산화탄소를 떼어내고 햇빛에서 ATP와 환원력을 얻어 광합성을 한다. 광합성의 명반응과 이산화탄소 흡수를 밤과 낮으로 분리한 것이다. 선인장과 같은 식물은 온도와 가뭄에 적응하는 방법으로 일반 식물과는 다른 유전적 능력을 얻었다. 그리고 사막에서 살아남았다.
생명체가 척박한 환경에서 살아남는 방법은 다양하다. 옳고 그름이나 방향이 있다고 말하기 어렵다. 살아남았으면 그것으로 충분한 것 같다. 공통점이 하나 느껴진다. 어렵고 힘든 환경을 인내하며 자기 변화를 꾀하고, 달라진 모습으로 환경에 적응했다는 사실이다.

(139쪽) 햇빛을 화학에너지로 바꾸어 유기물을 만드는 생명현상의 가장 기본적인 첫 과정은 루비스코라는 효소가 촉매한다. 루비스코(Rubisco)는 ‘Ribulose BisPhosphate Carboxylase and Oxygenase’에서 밑줄이 있는 알파벳만으로 축약한 이름이다. 이 효소는 RuBP(Ribulose BisPhosphate)에 탄소와 산소를 모두 결합할 수 있는데, 이산화탄소가 결합하면 광합성 과정으로 이어진다.
생명의 근원이 되는 첫 과정을 촉매하는 효소라서 다른 효소와 차원이 다르게 느껴진다. 지구상에서 대부분 생명체의 생존에 필요한 물질과 에너지의 원천이 루비스코에서 출발한다. 이 효소의 작용으로 무기물인 이산화탄소는 유기물인 PGA로 전환되고, 이후의 경로를 통해 포도당이 만들어진다. 이 효소가 세상에서 가장 양이 많은 효소인 데는 이유가 있어 보인다. 흔하고 많다면 가치가 없다고 여기지만 루비스코는 그와 정반대의 결론을 얻게 한다. 흔하고 많아서 오히려 더 중요하다. 마치 평범한 사람들이 없다면 세상이 결코 돌아갈 수 없는 것처럼 말이다.

(153쪽) 단종릉인 장릉 주변은 소나무들이 왕릉을 향해 고개 숙인 모습을 하고 있다고 한다. 사람들은 이 소나무들을 단종의 안타까운 죽음을 애도하는 모습으로 받아들인다. 그러나 이것은 햇빛을 따라가는 식물의 굴성에서 나오는 현상일 뿐이다. 무덤 근처의 소나무들이 햇빛을 더 많이 받으려면 잔디로 덮인 무덤 쪽으로 가지를 뻗거나 줄기를 기울여야 한다. 잔디 상층부에 교목이 자랄 수 있는 충분한 공간이 있기 때문이다. 이렇게 해서 생긴 형태가 고개 숙인 소나무다. 다른 왕릉 주변의 소나무도 이와 비슷하다.
과학적으로 장릉 주변의 고개 숙인 소나무는 단종 애도와는 아무 관계가 없다. 그러나 단종릉과 굽은 소나무는 생존에 대한 갈망과 연결된다. 어린 나이에 삼촌에 의해 죽음을 맞은 단종의 아픈 마음과 살아남고자 구부러진 소나무의 줄기는 서로 잘 어울리는 듯하다.

(179쪽) 식물이 만드는 타감물질은 단기적으로 생존에 유리할 수 있다. 하지만 긴 진화의 시간을 고려할 때 항상 유리할지는 장담할 수 없다. 타감물질을 만드는 것 자체가 에너지를 사용하는 일이어서 성장에 저해를 받는다. 식물이 분비하는 물질에 영향을 받는 개체도 유전자 변이를 일으켜 함께 공진화하므로 누군가를 향한 공격은 상대의 방어를 부르기도 한다. 공격하는 물질을 분비하는 식물에 피해를 주는 종을 끌어들일 수 있기 때문이다. 자신을 위해 누군가를 공격한다는 것이 생존에 정말 필요한 일인지 생각하게 한다.

(213쪽) 식물은 기계적 자극에서부터 옆에 있는 개체의 정체성을 확인하는 것까지 환경의 여러 측면을 감지할 수 있다. 이뿐만이 아니다. 서로 다른 종들끼리 정보도 교환할 수 있다. 가장 대표적인 것이 휘발성 물질이다.
어떤 식물의 잎에 병이 들었다면 그 잎에서 휘발성 물질인 살리실산이 나와 공기 중으로 퍼진다. 살리실산의 주된 기능은 질병을 막는 것이다. 살리실산을 같은 개체의 인접한 잎이 인식하면 병원균과 관련된 단백질을 합성해 병해에 대비한다. 다른 개체의 잎도 이 물질을 인식할 수 있다. 종이 달라도 가능하다. 살리실산 농도가 충분히 높으면 주변 식물도 덩달아 병원균 방어에 들어간다. 옆에 있는 같은 종의 식물이나 다른 종 식물에 도움을 주는 것이다. 종내 또는 종간의 유익한 상호작용이다.

(310쪽) 식물이 자신의 능력을 극대화하려고 다른 개체와 비교할 때가 있다. 키를 맞추려 더 빨리 자라거나 반대로 성장 속도를 더 늦추거나 하는 경우다. 그렇지만 식물은 상대방에 대해 우위를 점하려고 하지 않는다. 오히려 자신이 높이에서 우위에 있다면 뿌리 능력을 강화해 다른 개체들과 보조를 맞춘다. 이것이 변화하는 환경에서 더 나은 생존 가능성을 만든다. 무엇인가 잘못되었을 때는 자신의 유전자 변이를 통해 환경에 적응하며 산다. 자신을 바꾸지 다른 개체를 바꾸려고 하지 않는다. 다른 개체를 바꾸려는 타감작용과 같은 행동은 에너지를 많이 사용하는 데다 거꾸로 자신에게 해가 될 수도 있다. 경쟁 심화로 지치고 힘들어지는 시대에 식물의 경쟁 전략을 살필 필요가 있다.