[기고] 가축도 광합성을 할 수 있을까?

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인간이 호흡하는데 필요한 산소는 우리가 무심코 지나치는 식물들의 광합성 반응을 통해 발생한다. 지구상의 모든 생명체는 광합성에 의존하고 있다고 해도 과언이 아니다. 광합성을 하는 생물의 출현은 지구를 근본적으로 변화시켰다.
광합성은 대기 중의 이산화탄소 농도를 감소시키고 지구의 온도를 떨어뜨렸으며 북극의 빙하를 높게 했다. 또한 해수면을 낮추고 대기를 다른 생명체의 생존에 필수적인 산소로 채웠다. 이처럼 광합성은 지구 생명체에 꼭 필요한 작용이다.
태양에너지를 가장 효율적으로 이용 할 수 있는 것은 생물계에서 빛 에너지를 이용한 탄수화물 합성이다. 이것은 엽록체라는 세포내 소기관에서 일어나는 광합성을 말한다. 태양에너지는 식물세포에 있는 특정한 색소분자에 의해 이산화탄소를 포도당으로 전환하는 효소에 의해 사용된다. 물은 광합성과정에 사용되고 산소(O₂)는 부산물로 방출된다.
이러한 공식으로 봤을 때 광합성 반응의 역반응은 호흡이 된다. 즉 광합성은 합성과정이며 호흡은 분해 과정으로써 산소를 이용하여 포도당을 분해하여 에너지를 방출시키는 것이다. 대부분의 식물과 광합성 세균인 녹조류는 이러한 광합성 작용을 통해 자신에게 필요한 에너지를 축적하고 활용한다.

한편 농작물의 생산성은 이 광합성 효율과 밀접한 관계가 있다. 작물은 광합성을 하여 만들어낸 탄수화물 들을 이차적으로 사람의 식량과 가축의 사료로 사용하는 생태계를 갖기 때문이다.
오늘날 우리에게 가뭄과 홍수 그리고 지구 온난화와 같은 기후변화, 지하 매장 자원을 이용하는 원료인 석유 에너지 고갈 등은 사회적인 문제 중 하나다. 이는 재생에너지인 태양에너지라는 무한한 에너지 원천으로 해결될 수 있다. 식물이 광합성을 통해 만들어낸 에너지는 가축이나 사람이 섭취하고 소화해서 이용한다. 이와 마찬가지로 동물이 직접 광합성하고 필요한 에너지의 일부를 이용한다면 친환경적 에너지 사용이 가능하게 된다.
최근 어느 과학 잡지에 보고된 내용을 인용해 보면 불도마뱀(salamander)이라는 동물의 세포 속에 광합성세균이 공생한다고 한다. 이 광합성 세균은 암컷의 생식세포 속에도 존재하고 후손들에게도 유전되어 간다. 척추동물의 세포 속에서 광합성 세균이 죽지 않고 공생하는 경우를 처음 발현한 것이다. 더 자세한 연구가 필요하겠지만 과학의 발달로 이 불도마뱀의 생체 시스템을 잘 응용한다면 동물도 광합성을 할 수 있는데 까지 발전하게 될 수 있을 것이다.

식물의 엽록체도 원시 시대에는 공생관계로 존재하다가 식물세포속의 한 기관으로 진화론적 학설이 있듯이 이 또한 현실 불가능한 일은 아니다. 지구환경의 에너지문제와 식량문제로 명확한 해결책을 찾지 못한 우리는 미래를 걱정하고 있다.
이와 동시에 만약 식물이 사라지게 되면 식물을 먹는 동물들이 굶주리게 되고, 그런 동물을 먹는 또 다른 동물들과 사람도 굶주리게 된다. 광합성이 중단되면 치명적인 연쇄반응이 시작되어 먹이사슬은 기초부도 붕괴되고 식량 문제는 심화될 것이다. 하지만 지구 어느 곳이든 빛을 비춰주는 태양이 있기에 태양에너지를 생명체에서, 더 나아가 동물까지도 광합성을 할 수 있게 된다면 어떤 세상이 될지 상상해본다.

농촌진흥청 국립농업과학원 분자육종과 / 이승범

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