식물도 뇌가 있다: 빛 기반 신호가 식물 "뇌"의 열쇠가 될 수 있다.

렌즈콩 씨앗의 생체광자에 대한 통계적 분석은 식물에서 일종의 '지능'이 나타날 수 있다는 이론을 뒷받침하는 증거를 제공한다.

모든 살아있는 유기체는 '생체광자'라고 알려진 희미한 수준의 빛을 방출하지만, 그 기원과 기능은 여전히 ​​대부분 설명되지 않았다. 기초 질문 연구소 Foundational Questions Institute (FQxI)의 지원을 받는 국제 물리학자 팀은 방출된 빛의 통계적 분석을 사용하여 이 현상을 연구하는 새로운 접근 방식을 도입했다.

그들의 목표는 생체 광자가 생물 내부와 생물 간 정보 전달에 역할을 할 수 있는지, 그리고 생체 광자를 모니터링하는 것이 다양한 질병의 조기 진단을 위한 의료 기술 개발에 기여할 수 있는지 테스트하는 것이다.

렌즈콩 씨앗에서 방출되는 희미한 빛을 측정한 분석은 생체 광자 방출이 정보를 전달하고 식물이 의사 소통 수단으로 사용할 수 있는 일종의 식물 '지능'의 출현에 대한 모델을 뒷받침한다. 연구팀은 이를 보고하고 2024년 6월 저널 Applied Sciences에 실린 기사에서 생체 광자의 역사를 검토했다.

약 1세기 전, 러시아 생물학자 알렉산더 구르비치는 양파가 세포 성장과 관련된 약한 전자기장을 방출한다는 것을 깨달았다. 이탈리아 프라스카티에 있는 국립 핵물리학 연구소(INFN)의 실험 핵 및 양자 물리학자이자 FQxI 회원인 카탈리나 쿠르체아누는 "그 이후로 과학자들은 박테리아, 식물, 동물, 심지어 인간도 생체 광자를 방출한다는 것을 발견했다."라고 말한다.

"어떤 과학자들은 이러한 생체 광자가 정보 교환에 관여할 수 있다고 생각하지만, 지금까지 단일 모델은 생체 광자가 어디에서 나오고 무엇을 위해 사용되는지 설명하지 못했다.”라고 INFN의 데이터 분석을 이끈 마우리치오 벤파토가 덧붙였다.

수년에 걸쳐 과학자들은 살충제와 비료가 식물에 미치는 영향을 연구하고 식품 품질을 확인하는 수단으로 발아하는 씨앗에서 방출되는 생체 광자를 모니터링하여 품질을 측정하려고 노력했다. 조직 조각을 이용한 실험에서는 종양 세포와 악성이 아닌 세포 간에 생체 광자 방출 속도가 다르다는 사실이 밝혀졌다. 벤파토는 "사람들은 화가 나면 생체 광자를 더 많이 방출한다."라고 말한다.

확실한 실험을 수행하는 데 있어 한 가지 어려움은 생체 광자 신호가 매우 약하고 주변 조명과 소음에 쉽게 가려진다는 것이다. 커시안과 그녀의 동료들은 매우 민감한 양자 광자 검출기를 사용하여 어두운 상자에 보관된 발아실에서 76개의 렌즈콩 씨앗에서 방출되는 생체 광자를 측정했다.

떠오르는 식물 지능

연구팀은 10시간에서 60시간까지의 시간 창에 걸쳐 씨앗을 모니터링했다. 방출 패턴은 생물 광자 방출이 발아 과정 동안 다른 세포 그룹의 활성화와 관련이 있다는 개념을 뒷받침한다.

벤파토는 "각 단위는 네트워크의 노드로 생각할 수 있다."라고 설명하며 "각 노드는 생물 광자를 방출하기 전에 이웃 노드와 상호 작용한다."라고 말했다. 그는 이를 "협력과 지능"의 출현으로 해석할 수 있다고 말한다. 즉, 단위는 가장 가까운 이웃과 매우 멀리 떨어진 단위에 민감하다는 것이다. 이러한 글로벌 지능은 생물 광자를 방출하면 식물에 대한 글로벌 이점이 증가하거나 감소하는지 여부를 결정하는 데 도움이 된다.

이 연구는 기초 과학 연구를 촉진하는 것을 목표로 하는 Foundational Questions Institute(FQxI)에서 부분적으로 자금을 지원받았다. "이 현상을 이해하면 생명체에서 사용되는 메커니즘에 대한 새로운 빛을 비추는 것뿐만 아니라 인간과 비인간 병리의 치료에 대한 새로운 아이디어의 가능성이 열린다."라고 커시안은 말한다. "FQxI가 바이오포톤과 일종의 식물 지능 간의 잠재적 연관성을 발견할 수 있는 기회를 제공한 것에 감사드린다."

커시안은 예를 들어 바이오포톤이 어디에서 유래하는지(아마도 미토콘드리아 내부)와 이들이 정보를 전달하는지 확인하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 지적한다. 그렇다면 "어떤 종류의 정보인가?" 커시안은 묻는다. "그리고 이들이 전달하는 정보를 어떻게든 바꿀 수 있을까?"

민감한 신호

커시안, 벤파토 및 동료들은 또한 이러한 민감한 신호를 포착하기 위해 미래의 실험을 개선할 수 있는 경제적 방법을 설명했다. 여기에는 '프레넬 렌즈'(수직 평행 평면이 동심원을 형성하는 단면 볼록 렌즈)를 사용하여 수집된 광자 수를 10배 이상 개선할 가능성이 있다.

이 팀은 또한 빛 반사를 개선하기 위해 흰색 테프론 구 안에 씨앗을 넣을 것을 제안한다. "테프론은 빛의 99% 이상을 반사하므로 생체 광자는 결국 감지기에 도달하기 전에 구 주위를 튕겨 다닐 것이다."라고 벤파토는 말한다.

"우리는 또한 다른 개선 사항을 논문에 포함시켰는데, 이것이 다른 사람들이 이 매혹적인 자연 현상을 조사하도록 영감을 줄 수 있기를 바란다."라고 쿠르체아누는 말한다.