식물의 사회생활

한곳에 뿌리내린 식물이

다른 식물, 미생물, 동물, 인간과 맺는

친밀하거나 적대적인 모든 관계

“도울 것인가, 싸울 것인가, 이용할 것인가”

두 식물학자가 그리는

식물들의 거대하고도 경이로운 네트워크!

지속 가능한 삶을 위해

보호해야 하는 식물의 사회생활

다른 생명체를 이용하는

다양하고도 독창적인 식물의 생존법

2020년 노벨화학상을 수상한 제니퍼 다우드나와 에마뉘엘 샤르팡티에. 두 과학자는 유전자를 잘라 새로운 작물을 만들거나 질병을 치료할 수 있는 ‘크리스퍼 카스9’ 원천 기술을 개발했다. 이 기술은 곰팡이, 해충, 가뭄에 견디는 식물을 개발하게 했고, 새로운 암 치료법의 가능성을 제기하기도 했다. 이처럼 최근 과학계는 생화학, 유전학, 계통학 분야 기술에 특히 주목하고 있다. 염기서열을 분석하는 DNA 시퀀싱 기술과 대사물질을 분석해 숨어 있는 돌연변이체를 찾아내는 메타볼로믹스 기술도 눈부시게 발전 중이다. 과학계는 왜 이런 식물을 활용하는 기술에 주목하는 것일까?

식물은 지구 생태계를 만들어낸 기반이다. 식물들은 나름의 사회생활을 통해 경쟁하고, 협력하고, 방어하며 살아남았다. 우리가 알지 못하는 식물들의 생존방법은 무궁무진하다. 다른 생물과 관계를 맺으며 식물의 내부, 외부에서 일어나는 변화를 알고 있는 것은 사회적 동물인 인류에게도 분명히 유용한 정보다. 식물에 관한 꾸준한 연구로, 현재 인류는 식물과 여러 생명체가 맺어온 이 관계가 어떤 생화학물질을 분비하는지, 어떤 유전자가 관여하는지, 어떤 진화적 단계를 거치고 있는지 알 수 있다. 그리고 인류는 이를 이용해 새로운 사회생활 방법과 생존법을 모색하고 있다. 이는 곧 모든 생명체가 조화롭고 지속 가능한 삶을 살아가게 하는 힌트를 제공할 것이다.

지은이 : 이영숙

식물생리학자. 식물이 지닌 여러 기능의 근본 원리를 유전자 수준, 세포 수준, 개체 수준에서 연구하고 있다. 서울대학교 식물학과에서 학사와 석사학위를, 미국 코네티컷대학교에서 박사학위를 받았다. 이후 하버드대학교 연구원을 거쳐 1990년부터 2022년까지 포항공과대학교에서 연구하며 제자들을 가르쳤고, 한국식물학회 부회장, 《뉴파이톨로지스트》 편집자, 국가과학기술 자문위원으로도 활동했다. 특히 식물의 생장과 발달에 필수적인 식물 ABC 수송체 유전자들에 관한 연구로 국제적인 명성을 얻어 미국식물학회의 교신회원상, 미국학술원의 코차렐리상을 수상했고, 국내에서도 한국과학상, 삼성행복상 창조상 등 많은 상을 받았다. 매일 오후 포항 철길숲을 반려견과 함께 산책한다.

지은이 : 최배영

생물정보학으로 식물의 생리학을 연구하는 식물학자. 다양한 식물의 유전체 정보를 해독하고, 이를 통해 식물의 생리학적 반응을 시스템생물학적으로 해석하는 연구를 하고 있다. 울산과학기술원 나노생명화학공학부를 숨마쿰라우데로 졸업하고, 포항공과대학교 생명과학과에서 식물생리학으로 박사학위를 받았다. 포항공과대학교 우수졸업논문상, 한국식물생명공학회 신진과학자상을 수상했으며, 현재는 충남대학교 생명과학과에서 전임연구원으로 근무하고 있다. 매주 토요일 동호회 사람들과 바둑을 포함한 보드게임을 즐긴다.

머리말

1부　식물과 이웃 식물의 사회생활

1장　식물들의 협조

식물은 서로 연결되어 돕는다 | 식물은 모두가 병충해의 보초를 선다 | 유모 역할을 하는 식물 | 식물도 친족을 알아본다? | 식물이 친족과 남을 구별한다는 분자적 증거

2장　식물들의 경쟁

빛을 얻기 위한 경쟁 | 빛을 가려서 토착종을 밀어낸 외래침범종 | 식물은 이웃 식물보다 키가 커야 유리한가? | 빛을 얻기 위해 걸어다니는 야자나무? | 식물도 공간을 더 많이 차지하려고 경쟁한다 | 내 옆에 오지 마: 타감작용 | 타감작용으로 토착종을 밀어낸 외래종 | 타감작용의 응용

3장　식물들의 기생

남의 영양분을 빨아먹는 기생식물 | 농업에 큰 피해를 주는 기생식물 스트리가 | 스트리가의 피해를 줄이기 위한 연구 | 기생식물이 붙지 못하게 하려는 숙주식물의 작전

2부　식물과 미생물

4장　미생물과 공생하는 식물

식물과 미생물의 공생의 기원 | 식물의 생장에 도움을 주는 미생물 | 식물-미생물총의 형성 | 식물과 곰팡이의 공생: 균근의 형성 | 식물이 곰팡이와 공생하며 잃는 것과 얻는 것? | 식물과 질소고정박테리아의 공생 | 뿌리혹의 형성과정 | 식물이 뿌리혹을 관리하는 방법 | 뿌리혹에서 일어나는 물질교환 | 질소고정박테리아를 농업에 이용하기

5장　식물과 미생물의 전쟁

미리 준비하는 기본적 방어 | 병균이 침범하였을 때 식물의 대응 | 식물이 병균의 침임을 알아차리는 방법 | 병균의 침입을 알아차린 후에 시작하는 식물의 방어기작 | 식물에 침입하는 병균의 작전

6장　식물은 어떻게 이로운 미생물과 해로운 미생물을 알아보나

공생이 먼저인가 방어가 먼저인가 | 공생균이 식물의 방어기작을 회피하는 방법 | 공생균과 병원균을 구분하는 벼 | 상처가 생긴 때만 병균 민감성을 올리는 방법

3부　식물과 동물

7장　식물과 곤충의 관계

식물의 번식을 돕는 곤충 | 곤충을 속여 꽃가루를 나르게 하는 절묘한 방법 | 식물과 공진화한 개미 | 식물을 먹는 해충과 식물의 전쟁 | 식물의 곤충 방어작전 | 식물이 곤충을 방어하는 방법들 | 곤충에 대항하는 휘발성물질들 | 해충이 서로 잡아먹도록 유도하는 방법 | 식물이 해충을 방어하기 위해 만드는 화학물질들 | 식물의 해충방어의 분자적 기작을 밝히는 방법 | 곤충에 대항하는 식물 단백질들 | 곤충을 막기 위한 위장술 | 곤충의 침입을 막기 위한 염생식물의 방광세포 | 움직여서 곤충을 쫓는 식물 | 곤충이 낳은 알에 식물이 반응하는 기작 | 곤충을 방어하는 데에 얼마나 투자해야 하나? | 곤충이 식물의 방어를 극복하는 방법 | 식물과 곤충의 관계에 관한 지식을 농업에 응용 | 곤충을 잡아먹는 식충식물 | 식충식물의 기원과 멸종위기

8장　식물과 척추동물의 관계

식물이 먹이고 부리는 초식 척추동물 | 초식동물에 대한 식물의 방어기작 | 초식동물들이 식물의 다양성에 미치는 영향 | 식물, 초식동물과 육식동물의 삼자관계 | 기후변화에 따라 변화하는 식물과 초식동물의 관계

4부　식물과 사람

9장　사람이 재배하는 식물인 농작물

식물이 농작물이 되면서 변화한 것 | 농사를 하려면 농약을 쳐야 하는 이유 | 농사를 하려면 비료를 줘야 하는 이유 | 농약과 비료의 문제점 | 농작물에 물을 많이 줘야 하는 이유 | 관개와 관개시설의 문제점

10장　농작물로 개량된 식물에 일어난 유전적 변화

농작물화 과정에서 변화한 유전자들을 찾는 방법 | 농작물화 과정에서 변화한 유전자들의 예시 | 농작물화에 기여한 유전자를 이용하는 방법

11장　농업이 사람들에게 미친 영향

12장　사람들이 만든 지구환경의 변화와 식물

지구온난화와 농업 | 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 따른 식물의 성장 변화 | 대기 중 이산화탄소 농도 증가와 농업 | 대기 중 이산화탄소 농도 증가와 식물의 다양성 | 식물의 멸종 속도 | 농작물의 다양성을 유지하기 위한 노력 | 전체 식물의 다양성을 유지하기 위한 노력 | 대체육은 식물 다양성을 보존하는 데 도움이 될까?

13장　미래의 식물과 사람의 관계

우주에서 식물을 재배할 수 있을까? | 미래에는 어떤 식물을 재배하게 될까? | 외래 유전자를 이용한 우수한 농작물 개발 | GMO가 환경에 끼치는 영향에 관한 지나친 염려 | 유전자가위 기술과 그 기술의 장래성 | 유전자가위 기술을 이용하여 개량한 작물 | 작물의 생산량을 높이기 위한 연구사례 | 수직농법은 미래농업의 대안인가? | 환경에 좋은 농업이 가능한가?

맺음말

감사의 말

부록: 최근에 발달한 생화학, 유전학, 계통학 분야 기술

참고 문헌

그림 출처