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식물도 스트레스 받으면 '비명' 지른다
등록일 : 2019-12-17 10:55 | 최종 승인 : 2019-12-17 10:56
이택경
스트레스를 받을때 공기 중 소리를 방출하는 식물이 발견됐다(사진=셔터스톡)
 

[리서치페이퍼=이택경 기자] 이스라엘 과학자들은 담배 및 토마토 식물이 스트레스를 받으면 이른바 '비명'을 지르는 것을 밝혀냈다. 

식물이 비명을 지르는 방식이 인간에게는 들리지 않지만, 동물이나 다른 식물에게는 전달된다고 연구팀은 밝혔다.

식물의 스트레스는 자연 재해나 토양 문제 등의 다양한 요인에 의해 발생하는데, 특히 물 스트레스가 큰 부분을 차지한다. 

연구팀에 따르면 식물은 스트레스를 받을때 표현 형태(특성)에 변화를 보인다. 가령 모양이나 색상이 시각적으로 변하는 것으로, 또한 휘발성유기화합물(VOCs)도 대기 중으로 방출된다. 이 화학 물질들은 기생충과 초식 곤충으로부터 방어하고 주변 식물에게는 신호 역할이 될 수 있다. 결론적으로 식물 역시 촉각과 화학, 시각적인 단서를 생성할 수 있다.

이런 가운데, 새 연구에서는 다른 유기체들도 들을 수 있는 공중 음향을 방출한다는 사실이 추가로 드러나 더욱 흥미롭다.

 

공기로 방출되는 소리

연구팀은 식물은 수분이 부족하면 공동현상(cavitation)을 경험하게 된다고 밝혔다. 이는 식물의 목질부에서 기포가 형성돼 점차 팽창하고 폭발하는 과정을 의미하는데, 결과적으로 식물이 고통과 통증을 발성시키는 방식으로 일어난다. 목질부는 흡수한 물과 양분의 이동 통로 및 식물체의 기계적 지지 역할을 하는 조직이다. 

실험을 위해 연구팀은 토마토와 담배 식물에서 4인치(10cm) 떨어진 곳에 마이크를 배치해 이들의 소리를 감지했다. 그 결과, 평균적으로 토마토 식물은 가뭄 환경에 노출될때 시간당 35개, 담배 식물은 11개의 소리를 냈다. 

연구팀이 식물의 줄기를 자르자 토마토 식물은 시간당 25개, 그리고 담배 식물은 15개의 소리를 방출했다. 이들의 '비명' 소리는 몇 피트 떨어진 곳에서 곤충들과 몇몇 포유동물까지도 들을 수 있는 수준이다.

연구팀은 더 나아가 음향 박스와 온실의 두 가지 설정을 추가해 이들의 음향 행동을 관찰했다. 먼저 내부에 식물이 없는 빈 온실의 상태를 기록한 뒤, 자체 컨볼루션신경네트워크 모델이 식물의 소리와 자연적인 온실 소음을 구별할 수 있도록 온실 소음 라이브러리를 구축했다. 이 같은 탈수 과정에서의 식물 음향 증상은 연속 10일간 기록됐다.

특히 연구팀이 적용한 머신러닝 모델은 식물이 내뿜는 소리를 바탕으로 제어 및 절단, 가뭄 스트레스별 반응 차이를 구별하는데 효과를 발휘했다. 향후 식물 음향학(식물의 음향인지)을 연구하는 머신러닝 모델의 잠재성을 보여줬다는 평가다.

이번 연구 결과는 농작물의 물 상태를 감지하는 새로운 방법을 제공하는데 도움이 될 수 있다(사진=셔터스톡)
 

정밀 농업을 위한 새로운 길

연구팀은 이번 결과를 통해 사람들이 식물에 대해 생각하는 방식을 바꿀 수 있을 것으로 전망했다. 물론 실험은 담배와 토마토 식물에만 국한됐지만, 다른 식물들도 소리를 낼 수 있을 것이라는 기대다. 

특히 농업에 종사하는 사람들에게 더 중요한 의미를 가질 수 있는데, 농작물의 물 상태를 감지하는 새로운 방법을 제공하는데 도움이 될 수 있기 때문이다.

가령 식물이 내는 소리를 기반으로, 가뭄에 시달리는 식물을 결정할 수 있는 더 나은 장비를 갖출 수 있다. 이는 나아가 더 많은 환경 생산과 지속가능성, 더 높은 생산성, 그리고 경제적 이익을 가져올 수 있다.

이밖에도 이번 결과는 보다 정확한 관개 시스템을 구축, 잠재적으로 수율을 높이고 물 소비를 50%나 절약할 수 있는 가능성을 제공한다. 연구팀은 더 많은 지역이 기후 변화에 노출돼있다는 사실을 강조, 생태계와 식품 안전을 위한 효율적인 물 사용이 이루어질 수 있어야 한다고 말했다.

 

글로벌 산업 동향, 정밀 농업 시장

마켓워치에 따르면, 정밀농업시장은 2017~2023년까지 12%의 연평균성장류(CAGR)에 이를 것으로 추정된다. 시장 규모는 2023년까지 70억 달러에 이른다는 전망이다.

시장 성장의 가장 큰 동인은 수확량 향상을 위한 시장 기술 채택이다. 이외에도 인구 증가와 식량 수요 증가, 자원 보존에 대한 노력, 경작지 부족 등이 있다.

지역별로는 캐나다와 미국 등의 북아메리카가, 최근의 농업 방식 채택으로 전세계 정밀농업시장을 지배할 것으로 예측된다. 유럽에서는 독일과 프랑스, 영국 등이 해당된다. 새로운 시장 기술은 주로 원격 감지와 위치 추적 등으로, 이는 농작물을 관리하는데 큰 효과를 제공한다.

한편 세계은행(WB)과 유엔이 주도하는 공동 프로그램 농업지식과학기술국제평가(IAASTD)는, 전세계 경제활동 인구 중 3분의 1가량이 농업에서 생계를 유지하고 있다고 보고했다. 2017년 농업 분야 종사자는 8억 6,600만 명으로 추산되며, 이 중 1억 4,840만 명은 동아시아, 2억 9,220만 명은 남아시아, 그리고 2억 1,570만 명은 사하라 이남 아프리카 지역이다.

[리서치페이퍼=이택경 기자]
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