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- 육식성 파리 지옥의 포획 메커니즘을 에테르로 마비시켜
- 육식성 식물의 포획 메커니즘은 인간의 촉각과 몇 가지 유사성 보여줘
- 마취 가스가 자극 전도를 차단한다.

마취된 파리지옥
에테르는 인간과 유사하게 식물에서 자극 전달을 방지한다.

우리 인간을 마취시키는 것은 분명히 일부 식물에게도 효과가 있다.
연구원들은 육식성 파리지옥의 포획 메커니즘을 에테르로 마비시켰다. 그들은 에테르가 식물의 올가미 잎에 있는 감각 털을 만져서 촉발되는 신호 전달을 마취시켜 방해한다는 것을 알아냈다. 인간의 마취와 놀라운 유사점이 있다. 

▲ 비너스 파리지옥은 인간과 마찬가지로 에테르로 마취될 수 있다. © Björn S. CC-by-sa 3.0

육식성 파리지옥은 먹이를 참을성 있게 기다린다. 곤충이 덫에 걸린 잎에 앉자마자 식물은 이 접촉을 감지하고 덫을 닫는다. 자극의 전달은 인간의 경우와 유사한 방식으로 작동한다. 예를 들어 포획하는 잎 표면의 감각 털에 있는 수용체가 곤충 껍질을 인식하고 전기 자극을 유발한다. 이러한 활동 전위가 전달되고 다음 반응이 촉발된다. 즉 함정을 닫는다. 접촉 지점의 수에 따라 식물은 먹이가 얼마나 풍부한지와 얼마나 많은 소화 분비물을 생산해야 하는지 "느낄" 수도 있다.

마취제로서의 에테르 가스

이 육식성 식물의 포획 메커니즘은 인간의 촉각과 몇 가지 유사성을 보여준다.
뷔르츠부르그(Würzburg) 대학의 죈케 쇠르처(Sönke Scherzer)는 동료들과 함께 "에테르가 육식성 식물의 촉각에 영향을 미치는지 여부와 방법을 테스트하는 것이 합리적이었다"고 말했다. 에테르는 현대 의학에서 최초의 마취제 중 하나로 사용됐지만 심각한 부작용과 가연성으로 인해 오늘날 더 사용되지 않는다.

마취 실험을 위해 연구원들은 파리지옥 파리통 Dionaea muscipula의 표본을 특수 용기에 담긴 마취 에테르 가스에 노출시켰다. 그런 다음 그들은 육식성 식물이 붙어 있는 잎을 만졌을 때 여전히 반응하는지 여부를 테스트했다. 또한, 그들은 칼슘 이온의 유입에 의해 생성된 전기적 막 전위를 유도해 에테르가 자극의 전달에 어떻게 영향을 미치는지 추적할 수 있었다.

마취 가스가 자극 전도를 차단한다.

에테르는 인간과 동물뿐만 아니라 육식성 식물에도 마비 효과가 있다. 마취 가스의 영향으로 파리지옥 금성은 더 이상 접촉에 반응하지 않았다. 이 상태에서 먹이 곤충은 치명적인 접힘 메커니즘을 일으키지 않고 덫에 걸린 잎 위를 안전하게 걸을 수 있었다.

자극 전도의 분석은 이 기절상태의 원인을 밝혀냈다. 식물이 에테르 환경에 있는 경우, 갇힌 잎을 만지면 여전히 칼슘 신호가 촉발되지만 이것은 더 이상 활동 전위에 의해 전달되지 않는다. 자극은 국부적으로 유지되고 함정은 더 이상 닫히지 않았다.

▲ 마취된 비너스 파리지옥은 에테르가 칼슘 신호의 전파를 방지하기 때문에 더 이상 닫힐 수 없다. © Sönke Scherzer / 뷔르츠부르크 대학교

파리지옥은 기억하지 못해

분명히 식물은 의식을 잃고 이 마취로 기억도 잃는다. 식물은 접촉 신호를 세어 먹이의 크기를 추정하고 그에 따라 소화를 조정할 수 있다는 것이 이전에 알려져 있었다. 그는 최대 4시간 동안 접촉 지점의 수를 기억할 수도 있다. 말하자면 기억력이 있다.

그러나 Scherzer와 그의 팀이 최근 발견한 것처럼 이 기억은 에테르로 마취된 상태에서 차단된다. 덫 기억에 대한 연구에 따르면 덫은 마취 중 접촉을 "기억"할 수 없다. 따라서 마취에 대한 그들의 반응은 인간 환자의 반응과 다르지 않다. 식물은 실제로 의식을 잃는다.

에테르는 글루타메이트(Glutamate) 수용체에 작용한다.

연구팀은 마취제의 정확한 작용 기전을 이해하기 위해 식물의 감각 털을 자세히 조사한 결과 성숙한 털만이 만졌을 때 빠른 칼슘 신호를 유발한다는 사실을 알아냈다. 반면 미성숙 덫의 경우 신호가 발동되지 않아 먹이를 잡을 수 없었다. 선임 저자인 라이너 헤드리치(Rainer Hedrich)는 "이제 우리는 이 두 발달 단계가 어떻게 다른지 살펴보았고 성장한 덫의 머리카락에서만 발견되는 흥미로운 유전자를 발견했다"고 설명했다.

이것은 자극의 빠른 전달을 분명히 담당하는 글루타메이트 수용체의 유전자다.
연구자들은 마취된 함정과 글루타메이트 수용체가 없는 미성숙한 함정에서 동일한 현상을 관찰했다. 즉, 감각 털을 자극한 후에 자극이 전달되지 않았다. 따라서 글루타메이트 수용체는 에테르 마취에서 가능한 표적으로 나타난다. 이 수용체가 차단되면 자극 전달도 중단된다. (Scientific Reports, 2022; doi: 10.1038/s41598-022-06915-z)
출처: Julius-Maximilians-Universität Würzburg

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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