식물도 학습능력이 있다는 ‘놀라운’ 실험결과

식물들은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 똑똑하다. 사람들은 한동안 식물들이 빛과 촉각 자극에만 반응한다고 여겼다.

최근에는 식물들이 후각과 청각이 발달했고 다른 식물들과 대화까지 한다는 것을 발견했다. 심지어 일부 생물학자들은 식물이 배우고 선택하며 기억할 수 있다고 주장하기도 했다.

 

안전한 자극으로 기억한 식물, 같은 자극에 방어 반응 보이지 않아

신기한 사실을 소개하는 ‘아틀라스 옵스큐라(Atlas Obscura)’는 호주 웨스턴오스트레일리아대학 모니카 가글리아노(Monica Gagliano) 박사의 식물 행동 실험을 소개했다.

동물 행동학을 연구한 그녀는 동물 연구를 하며 쌓은 방법들을 식물에 응용했고 실제로 많은 영감을 받았다.

그녀는 ‘습관화’ 실험을 했다. 식물들이 안전하다고 판단한 같은 자극을 시간이 꽤 지난 뒤에도 안전하다고 기억하는가에 대한 실험이었다.

가글리아노 박사는 실험용 식물로 ‘미모사’를 선택했다. 양치식물처럼 보이는 미모사의 잎을 누군가 건드리면 미모사는 잠재적인 포식자들에게 맛없게 보이려고 시든 잔가지처럼 잎을 접기 때문이다.

미모사 (Shutterstock)

가글리아노는 짧은 주기로 식물에 물방울을 떨어뜨리는 물 낙하 장치를 만들었다. 나뭇잎에 상처를 주지는 못할 정도의 적당한 세기의 자극으로 물방울을  떨어트렸다.

몇 방울이 떨어진 후에 가글리아노는 미모사들이 물방울에 적응한 것처럼 잎이 다시 펴지는 데까지 걸리는 시간이 짧아짐을 발견했다. 그녀는 이어서 60번 정도 떨어뜨리고, 하루 동안 이 과정을 일곱 번 반복했다. 그 결과 안전한 자극이 여러 번 반복되자 미모사는 물방울이 떨어져도 잎을 접지 않았다!

미모사들이 더는 잎을 접지 않는 이유가 물방울 실험을 너무 많이 해서 지쳤기 때문일 수도 있으므로 가글리아노는 부드럽게 식물을 흔들어봤다. 그러자 잎들은 다시 빠르게 모두 접혔다.

더 놀라운 것은 식물들은 물방울들이 해롭지 않다는 것을 기억하는 것처럼 보인다는 것이다.

가글리아노가 나중에 다시 미모사에 물방울 떨어뜨리자, 예전 실험을 기억하는 듯 잎을 닫지 않았다.

실험 결과에 놀란 그녀는 3일 후 같은 자극을 줬지만, 미모사는 여전히 기억하고 있었다.

그녀는 ‘아틀라스 옵스큐라’와의 인터뷰에서 이렇게 말했다. “그리고 6일 후에 같은 실험을 반복했죠. 미모사가 앞 실험을 잊었을 거로 확신하면서요. 그런데 미모사는 여전히 기억하고 있었죠. 마치 확실하게 훈련받은 동물처럼요.”

그래서 가글리아노 박사는 4주 뒤 다시 같은 실험을 했지만, 미모사는 여전히 기억하고 있었다.

 

식물은 기억을 통해 선택한다

가글리아노는 유명한 ‘파블로프의 개’ 실험에서 개 대신 완두콩 묘목으로 조건 자극에 반응하는지 확인하고 싶었다.

완두콩 묘목 (Shutterstock)

가글리아노는 이렇게 말했다. “미모사로는 물방울 자극 실험만 했고 완두콩으로는 두 가지 자극을 동시에 주는 실험을 했어요. 바로 선풍기 바람과 빛이죠. 완두콩이 완전히 연관성이 없는 두 가지 자극을 기억할 수 있는지를 알아보는 실험이었죠.”

이 실험에서 가글리아노는 완두콩이 빛과 선풍기 바람(파블로프 실험의 사료와 종소리에 해당하는 자극)을 연결해서 판단할 수 있는지를 알아봤다.

그녀는 Y자 모양의 튜브 안에 완두콩 묘목을 키워서 두 방향으로 자랄 수 있게 했다.

첫 번째는 3일 동안 하루에 세 번씩 빛과 선풍기 바람을 모두 한 쪽 튜브 위에만 줬다. 그런 뒤 다른 한쪽에도 같은 자극을 줬다. 만약 완두콩 묘목이 기억한다면 빛과 선풍기 바람이 함께 있다는 것을 인식했을 것이다.

이제 완두콩 묘목이 빛과 선풍기 바람을 실제로 연결해 생각할 수 있는지를 확인하기 위해 그녀는 한쪽 튜브에만 두 자극을 같이 줬다. 그랬더니 60% 이상의 완두콩 묘목이 선풍기를 향해서 자랐다! 아마도 식물들은 선풍기 바람이 있어서 빛도 같이 있을 것으로 판단했을 것이다.

두 번째 실험에서 선풍기 바람과 빛 자극을 각각 다른 튜브에 준 뒤 위치를 바꿨다. 그다음에는 빛없이 선풍기만 켰더니 식물들의 69%가 선풍기의 반대 방향으로 자랐다. 묘목이 선풍기 반대편에 빛이 있다는 것을 기억한 것이다.

가글리아노는 이렇게 말했다. “이 실험 결과 식물이 기억한다는 것은 그리 놀라운 것은 아닙니다. 기억은 그저 배우는 과정일 뿐이죠. 정말 흥미로운 것은 누가 그것을 실제로 배우고 있느냐는 것입니다. 누가 실제로 선풍기와 빛의 상관관계를 인지한 걸까요?”

정말 흥미로운 질문이다. 100년 넘게 식물 기억에 관한 연구를 해오고 있지만, 최근에서야 이를 진지하게 여기고 있다.

‘식물은 두뇌가 없는데 어떻게 기억하고 배울 수 있을까?

가르시아노의 동료 스테파노 맨쿠소(Stefano Mancuso) 박사는 이렇게 말했다. “기관이 없다고 기능이 없는 것은 아닙니다.”

국제 식물 신경 연구소(LINV) 총감독이기도 한 그는 식물에 기관은 꽤 위험할 수도 있다고 한다. 만약 기관이 심각한 손상을 입었다면 식물에 치명적일 수 있다는 것.

“한번 상상해 보세요. 곤충이 당신의 뇌를 먹고 있다면 당신은 충분히 죽을 수 있죠. 이것이 식물에 기관이 없는 이유입니다.”

동물의 기억 형성 과정도 완전히 밝혀진 것은 아니지만, 뇌세포에서 일어나는 칼슘(Ca2+)의 농도 변화와 관련 있다고 잘 알려져 있다. 신기하게도 식물도 동물의 뇌 활동과 비슷한 정교한 칼슘 시스템을 가지고 있다.

과학자들도 여전히 식물들이 어떻게 기억하고 배우는 일이 가능한지 완전히 이해하지 못한다.

분명한 것은 놀랍게도 식물들이 기억하고 배운다는 점이다.

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