페사흐 벤슨 작성 • 2026년 11월 4일
예루살렘, 2026년 11월 4일 (TPS-IL) — 해바라기 묘목이 착시와 유사한 현상을 겪으며 훨씬 더 강한 두 개의 빛이 비추고 있을 때도 더 약한 광원을 향해 돌아설 수 있다는 사실을 이스라엘 연구진이 발견해, 식물이 뇌나 신경계 없이도 주변 환경에 대한 정보를 어떻게 처리하는지 밝혀냈다.
이번 연구 결과는 살아있는 유기체가 중앙 집중식 제어 시스템 없이 어떻게 복잡한 정보를 처리하는지에 대한 새로운 통찰을 제공한다. 이는 궁극적으로 농업용 조명을 개선하는 데 도움을 줄 수 있으며, 세포와 박테리아가 환경을 감지하고 반응을 조율하는 방식을 규명하는 데도 기여할 수 있다.
텔아비브 대학교 연구진은 식물이 줄기를 따라 분포된 광수용체로부터 오는 신호들을 결합한다는 점을 발견했다. 여러 방향에서 빛이 들어올 때, 이러한 신호들 간의 상호작용은 놀라운 성장 반응을 만들어낼 수 있다.
한 실험에서 연구진은 동일한 강도의 두 광원을 서로 마주 보게 배치하고, 직각 방향에 세 번째의 더 약한 광원을 두었다. 해바라기 묘목은 더 강한 두 광원 중 어느 한쪽으로 자라는 대신, 마주 보는 광원들이 생성한 신호가 서로 상쇄되면서 더 약한 광원 쪽으로 구부러졌다.
일반적으로 특화된 감각 기관과 중추 신경계에 의존하는 동물과 달리, 식물은 몸 전체에 분포된 수용체를 통해 정보를 수집한다. 줄기 외층에 있는 감광성 수용체는 국소적으로 빛을 감지하여 이를 집단적으로 성장의 방향에 영향을 미치는 생물학적 신호로 변환한다.
빛 신호가 충돌할 때
연구진은 해바라기 묘목을 다양한 방향과 강도의 청색광에 노출시키고 20시간 이상 움직임을 기록했다. 식물은 대체로 마주 보는 두 광원 중 더 강한 쪽으로 구부러졌으나, 그 반응은 밝기의 차이에 비례하지 않았다.
다른 광원보다 2배 더 강한 광원이라고 해서 2배 더 강한 생물학적 신호를 생성하지는 않았다. 이러한 비선형적 반응은 식물이 단순히 들어오는 빛을 합산하지 않는다는 것을 의미한다. 대신 식물은 수용체에 의해 이미 처리된 신호들을 결합하여, 빛의 물리적 분포 자체만으로 예상되는 것과는 다를 수 있는 반응을 만들어낸다.
동료 평가 학술지 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 연구에서 연구진은 이 과정을 들어오는 빛 자극의 물리적 총합이 아니라 ‘변환된 신호의 벡터 합’에 반응하는 것으로 설명했다.
이번 연구 결과는 향후 온실 및 실내 농장의 인공 조명 시스템을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 식물이 여러 방향에서 오는 빛에 어떻게 반응하는지 이해하면 재배자가 에너지를 더 효율적으로 사용하면서도 원하는 성장 패턴을 유도하도록 조명을 배치하는 데 도움이 될 수 있다.
이 연구는 농업을 넘어선 분야에도 응용될 수 있다. 중앙 제어기 대신 여러 개의 소형 센서를 통해 정보를 처리하는 탈중앙화 감지 기술에 영감을 줄 수 있다. 아울러 과학자들이 세포와 박테리아가 주변 환경의 변화를 감지하고 반응하는 방식을 더 잘 이해하는 데도 기여할 수 있다.
연구진의 수학적 모델은 또 다른 놀라운 결과를 예측한다. 식물의 빛 처리 시스템이 착시와 유사한 효과를 낼 수 있다는 점이다. 이 시스템은 들어오는 빛에 비선형적으로 반응하기 때문에, 실질적으로 가장 밝다고 감지하는 방향이 가장 많은 조명을 받는 방향과 약간 다를 수 있다.
이것이 식물이 이미지를 보거나 의식적으로 주변 환경을 잘못 해석한다는 의미는 아니다. 오히려 식물의 감각 시스템이 빛을 성장 반응으로 변환하는 과정에서의 왜곡을 설명한다. 예측된 효과는 식물 움직임의 자연적인 변동 때문에 실험에서 직접 측정하기에는 너무 작았다.
연구 저자 중 한 명인 야스민 메로즈 교수는 “놀라운 점은 식물이 뇌나 중앙 처리 장치 없이도 환경에 대한 복잡한 정보를 통합할 수 있다는 사실”이라고 말했다.
그는 “연산은 줄기 전체에서 빛이 국소적으로 감지되고 처리되는 방식에서 나타난다”며, 이 원리가 분산 감지에 의존하는 세포, 박테리아 및 기타 살아있는 시스템으로 확장될 수 있다고 덧붙였다.