다소 겸손한 제안처럼 들리는 간단한 질문이다.

“참나무를 다 잘라야 할까?” 미시간 주립대학교 식물 탄력성 연구소의 교수인 톰 샤키(Tom Sharkey)에게 묻는다.

분명히 말하면 샤키는 참나무를 모두 베어야 한다고 진심으로 제안한 것이 아니다. 그럼에도 불구하고 그의 질문은 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재된 그의 팀의 최신 연구에 의해 촉발된 진지한 질문이었다.

연구팀은 지구가 따뜻해지면 참나무나 포플러 같은 식물이 대기 질을 악화시켜 문제가 되는 미립자 물질과 대기 저압 오존을 발생시키는 화합물을 더 많이 방출한다는 사실을 발견했다.

문제는 이소프렌이라고 불리는 동일한 화합물이 깨끗한 공기의 질을 향상시키는 동시에 식물이 곤충과 고온을 포함한 스트레스 요인에 대한 저항력을 강화할 수 있다는 것이다.

“우리는 식물이 더 많은 이소프렌을 만들어 더 탄력적이기를 원하는가, 아니면 대기 오염을 악화시키지 않기 위해 식물이 더 많은 이소프렌을 만들기를 원하는가? 적절한 균형은 무엇일까?” 식물 연구소와 생화학 및 분자 생물학 부서에서 근무하는 샤키가 묻는다.

“이것이 바로 이 작업을 이끄는 근본적인 질문이다. 더 많이 이해할수록 더 효과적으로 답변할 수 있다.”

샤키는 1970년대 미시간 주립대학교에서 박사과정을 밟던 시절부터 이소프렌과 식물이 이소프렌을 생산하는 방법을 연구해 왔다.

식물에서 나오는 이소프렌은 인간 활동으로 인한 메탄 배출 다음으로 지구상에서 두 번째로 많이 배출되는 탄화수소이다. 그러나 대부분의 사람들은 그것에 대해 들어본 적이 없다고 샤키는 말한다.

샤키는 "이는 오랫동안 숨겨져 있었지만 매우 중요했다."고 말했다.

1980년대 당시 로널드 레이건 대통령이 나무가 자동차보다 대기 오염을 더 많이 발생시킨다고 거짓 주장을 했을 때 약간의 악명을 얻었다. 그러나 그 주장에는 진실의 핵심이 있었다.

이소프렌은 석탄 화력 발전소와 차량 내연 기관에서 생성되는 대기 오염에서 발견되는 산화질소 화합물과 상호 작용한다. 이러한 반응은 인간과 식물 모두에게 건강에 해로운 오존, 에어로졸 및 기타 부산물을 생성한다.

샤키는"도시 경관을 가로질러 공기가 이동하고, 질소 산화물을 포착한 다음, 숲 위로 이동하여 이 독성 맥주를 제공하는 흥미로운 현상이 있다."고 말한다. "도시의 바람이 부는 방향의 공기 질은 종종 도시 자체의 공기 질보다 더 나쁘다."

이제 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받아 샤키와 그의 팀은 식물이 이소프렌을 만들기 위해 사용하는 생체분자 과정을 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있다. 연구자들은 이러한 과정이 환경, 특히 기후 변화에 어떻게 영향을 받는지에 특히 관심이 있다.

연구팀이 새로운 논문을 발표하기 전에 연구자들은 특정 식물이 광합성을 수행하면서 이소프렌을 생산한다는 사실을 이해했다. 그들은 또한 지구가 직면하고 있는 변화가 이소프렌 생산에 경쟁적인 영향을 미치고 있다는 것을 알고 있었다.

즉, 대기 중 이산화탄소가 증가하면 속도가 낮아지고 온도가 높아지면 속도가 빨라진다. 팀의 새로운 출판물 뒤에 숨어 있는 질문 중 하나는 본질적으로 이러한 효과 중 어떤 것이 승리할 것인지였다.

새로운 보고서의 주 저자이자 샤키 연구 그룹의 박사후 연구원인 아비라 사후(Abira Sahu)는 "우리는 높은 이산화탄소 하에서 이소프렌의 생합성 경로에서 조절 지점을 찾고 있었다."고 말했다.

"과학자들은 오랫동안 이것을 찾으려고 노력해 왔다."고 사후는 말한다. "그리고 마침내 우리는 답을 얻었다."

샤키는 "생물학자들의 입장에서 이 논문의 핵심은 이산화탄소, CO2에 의해 느려진 특정 반응을 확인했다는 것이다."고 말했다.

“이를 통해 우리는 온도 효과가 CO2 효과보다 우월하다고 말할 수 있다.”고 그는 말한다. “화씨 95도(섭씨 35도)가 되면 기본적으로 CO2 억제 효과가 없다. 이소프렌이 미친듯이 쏟아져 나온다.”

연구팀은 포플러 식물을 사용한 실험에서 잎이 섭씨 10도의 따뜻함을 경험하면 이소프렌 방출이 10배 이상 증가한다는 사실도 발견했다고 사후는 말했다.

샤키의 연구실에서 일하고 있으며 새 보고서의 또 다른 저자인 조교수인 모하마드 모스토파(Mohammad Mostofa)는 "톰과 함께 일하면서 식물이 실제로 많은 양의 이소프렌을 방출한다는 것을 알게 되었다."고 말했다.

이 발견은 연구자들이 미래에 이소프렌 식물이 얼마나 많은 양의 이소프렌을 방출할지 예측하고 그 영향에 더 잘 대비하는 데 도움이 될 것이다. 그러나 연구원들은 또한 이 정보가 그 동안 사람들과 지역 사회가 내리는 선택에 정보를 제공하는 데 도움이 되기를 바라고 있다.

모스토파는 “우리는 더 나은 일을 할 수 있었다.”고 말했다.

이는 이소프렌 배출을 제한하기 위해 앞으로 더 적은 수의 참나무를 심는 것을 의미할 수 있다. 이미 이소프렌을 방출하는 나무에 대해 우리가 하는 일에 대해 샤키는 나무를 자르는 것과 관련이 없는 아이디어를 가지고 있다.

“내 제안은 우리가 산화질소 오염을 더 잘 통제해야 한다는 것이다.”고 샤키는 말한다.

샤키 연구실의 전 박사후 연구원이자 현재 퀘벡 주교 대학교의 조교수인 사라티 웨라두와게(Sarathi Weraduwage)도 연구에 기여했다.

출처: 미시간 주