식물에 전기를 공급하려 했던 사람들

19세기에 소수의 과학자들은 식물이 더 잘 자랄 수 있도록 전기를 이용할 수 있다는 이상한 집착에 사로잡혔습니다.

프랑켄슈타인의 괴물에 대해 잘 알고 있을 가능성이 큽니다. 하지만 그의 정원에 대해 들어 보셨나요?

메리 셸리(Mary Shelley)의 소설 프랑켄슈타인(Frankenstein)에 영감을 준 과학자가 살아있는 동물과 죽은 죄수를 감전사하느라 바빴을 무렵 , 그의 동시대 사람들 중 몇몇은 다년생 식물과 뿌리 채소에 대해서도 같은 일을 하고 있었습니다. 그리고 전기 자극에 대한 이러한 18세기의 시도는 (마비와 우울증에서 설사와 성병에 이르는 질병에서 인간의 몸을 전달함으로써) 인체를 더 튼튼하게 만든다고 주장했으며, 식물의 삶의 개선에 대해서도 조사되었습니다. 전기 정원에 대한 실험은 더 밝은 꽃 에서 더 맛있는 과일에 이르기까지 다양한 이점을 제공한다고 주장되었습니다 . 오래지 않아 이 추구는 그 사촌인 의료용 전자 돌팔이의 길을 갔고 19세기 말에 훌륭한 과학은 두 가지 모두를 대체로 버렸습니다.

1세기 이상 동안 더 나은 도구와 새로운 통찰력이 전기가 생물학에 미치는 영향에 대한 연구를 되살리고 있습니다. 정보가 없는 초기 동물 실험은 지난 200년 동안 진정한 이해로 해결되었으며 유망한 전기 의학으로 이어졌습니다. 유사하게, 그들이 현대에 어떤 열매를 맺을 수 있는지 알아보기 위해 오래된 채소 실험이 발굴되고 있습니다. 아마도 새로운 이해는 21세기 정원을 개선할 수도 있습니다.

전기 충격이 농작물에 극적인 영향을 미칠 수 있다는 첫 번째 힌트는 인간의 개입이 아니라 자연 자체에서 나왔습니다. 일본의 오랜 농경 설화에 따르면 번개가 치고 나면 버섯이 미친 듯이 번식할 것입니다 .

그러나 이것을 실험적으로 확인하기 위해 필요에 따라 정확히 번개를 내릴 수는 없습니다. 즉, 1740년대까지 과학자들은 다양한 새로운 장치를 통해 여전히 신비한 "전기" 현상을 마음대로 저장하고 배치할 수 있었습니다. 

정원 가꾸기 보조 수단으로 전기를 사용하는 것이 곧 화제가 되었습니다. 여전히 잘 이해되지 않는 전기의 신비에 대해 광범위하게 실험한 프랑스의 물리학자이자 철학자인 Pierre Bertholon de Saint-Lazare는 동시대인의 많은 식물 실험을 De L'électricité des Végétaux 컬렉션으로 정리했습니다 .

더 밝은 꽃과 함께 꽃은 전기 공급 후 더 일찍 핀다고 주장되었습니다. 마찬가지로, 짜릿한 과일은 냄새와 맛의 성숙을 촉진한다고 합니다 . 그러나 Bertholon의 주요 초점은 그가 발명한 새로운 장치에 있었습니다. 개별 과일과 채소를 하나씩 재는 대신 거대한 장치가 정원 전체에 전기를 주입할 수 있었습니다. 그것은 마치 전기 "비료"인 것처럼 성장하는 식물을 양육하는 바로 그 토양과 공기에 전기를 공급했습니다.

 

전기식량계

돛대와 배선의 고가 시스템은 Bertholon이 수집한 대기 전기를 장비하고 끌어내어 농작물에 분배했습니다. 그에 따르면 그것은 번개의 자극 효과를 모방했습니다 . 단 한 번의 피해를 입히는 것보다 적은 양의 전기를 지속적으로 공급하여 자연 품종보다 더 잘 작동했습니다. 그는 "전기 채소 측정기"가 아크 아래에 있는 식물의 성장을 증가시켜 "발아, 성장, 잎, 꽃, 과일 및 증식"을 가속화했다고 보고했습니다.

Bertholon은 또한 다른 형태로 전기를 많이 사용했으며, 알려진 바에 따르면 초보적인 도구를 사용하여 감염된 나무를 베는 방식으로 해충을 파견했습니다 . 그의 동시대 사람들은 정원에서 전기를 다양하게 사용했습니다 . 한 사람 은 비료에 대한 전통적인 접근 방식을 대체하기 위해 다소 모호하게 "전기 유체로 함침"되었다고 주장한 특수 물로 식물을 관개  할 계획을 세웠습니다 .

모든 사람이 확신하지는 못했습니다. 광합성을 발견한 네덜란드-영국 생리학자 Jan Ingenhousz가 자신의 정원에서 사용하기 위해 자신의 전기 식물 측정기를 활용한 후 상황이 나빠졌습니다. 그는  Bertholon의 전기 거름이 음, 거름이라고 결론지었습니다 .

전기 문화에 대한 관심이 줄어들었습니다. 몇몇 개인 신사 과학자 유형은 작은 실험을 계속했습니다. 1830년대에 한 사람은   그의 실험이 식물이 뛰어난 전도체임을 입증했다고 주장했으며 , 이는 전기가 식물 생물학의 근본적인 측면임을 암시합니다. 그러나 과학이나 도구는 그러한 주장을 뒷받침할 만큼 충분히 발전하지 못했습니다. 그 후, 몇 가지 틈새 프로젝트를 제외하고는 전기 문화에 대한 아이디어가 일렉트로라티들 사이에서 빠르게 인기를 잃었습니다.

"우리는 우리 자신에게 질문을 피할 수 없습니다." 1918년의 애처로운 논문에서 두 명의 비평가는 사건의 몰락을 되돌아보며 "전기와 그 많은 산업적 응용에 대한 연구가 엄청난 중요성으로 발전하는 동안 어떻게 전기 문화가 그 사이에 거의 150년 동안 정지 상태를 유지했습니다." 그들은 "우리는 아마도 살아있는 식물에 대한 과학의 침체에서 답을 찾을 것입니다."라고 결론지었습니다.

즉, 전기 배양을 개선하려면 먼저 작동 방식을 이해해야 하며 이를 이해하려면 식물 생물학의 전기적 차원을 이해해야 합니다. 운 좋게도 듀오가 불만을 표명했을 때 정확히 그러한 노력의 첫 번째 날씬한 새싹이 이미 서리를 뚫고 나왔습니다. 초목과 전기에 대한 관심은 다름 아닌 Charles Darwin에 의해 되살아났습니다.

 

다윈 의 육식성 채소

그의 할아버지는 전기가 식물의 성장을 촉진할 수 있다고 확신했지만 Charles Darwin의 주장은 보다 견고한 과학적 토대 위에 세워졌습니다. 그는 19세기의 신경생리학자들이 어떻게 전기 신호가 우리가 생각하고 느끼고 움직일 수 있게 해주는 인간 신경계 신호의 근본적인 토대라는 것을 보여주기 시작한 것과 같은 방식으로 전기가 식물 생리학의 근본적인 측면이라고 믿었습니다.

다윈의 집착은 끈끈이주걱으로 알려진 드로세라 속의 단일 육식 식물에서 시작되었습니다 . On the Origin of the Species가 출판된 지 겨우 1년 만에 그가 생각할 수 있는 전부였습니다. "현재 나는 세계의 모든 종의 기원보다 드로세라 에 더 관심이 있습니다."라고 그는 1860년에 썼습니다 . 약간의 경이로움. Drosera는 식물이 해서는 안 되는 모든 일을 했습니다. 고기를 먹고 사냥을 했습니다 . 길고 끈적끈적한 촉수는 풀 같은 분비물에 파리를 가둔 다음 불행한 먹이 주위를 거침없이 휘감아 무시무시한 스위스 롤처럼 감쌌습니다.

 

다윈은 파리지옥의 동물과 같은 반사 작용에 흥미를 느꼈습니다(Credit: Getty Images)

어떻게 이럴 수 있니? "육식 야채"는 모순이었습니다! 그러나 Drosera는 혼자가 아니었습니다. Dionaea muscipula (비너스 파리지옥으로 알고 있음)는 훨씬 더 빠르게 사냥 했습니다 . 그들의 반사 신경은 동물과 같았습니다. 식물계와 동물계를 넘나드는 전문 지식을 가진 생리학자이자 식물학자인 한 친구는 생리학자들이 최근에 움직이는 동물 근육을 확인한 것과 동일한 종류의 "신경" 전기적 변화에 대해 이 이상한 식물을 조사할 것을 제안했습니다  .

그들은 그들을 찾았습니다. 발표  된 결과에 따르면 파리지옥이 닫히면 동물의 전기를 정의한 활동 전위와 매우 유사한 활동이 수반되는 것으로 나타났습니다. 이러한 신호는 동물계에만 국한된 것이 아닙니다.

그러나 그들의 생각 역시 식물 생리학자에 의해 압도적으로 거부당했습니다. 그 이유를 이해할 수 있습니다. 육식 식물은 빠르게 움직이고 동물처럼 사냥했습니다. 그래서 그들에게는 신경 신호가 일종의 의미가 있었습니다. 그러나 다른 식물은 움직이지 않았고 사냥도 하지 않았습니다. 그들은 그냥 거기 앉아서 햇빛을 먹었습니다. 육식 동물의 고유한 속성(분류학적 특이치)을 나머지 식물 왕국에 외삽하는 것은 그들에게 이치에 맞지 않았습니다.

수십 년 후  Jagadis Chandra Bose 라는 인도의 엔지니어이자 박식가가 Darwin의 질문을 다시 검토했습니다. 그는 작은 고사리 같은 다년생 식물인 Mimosa pudica 에 특히 관심이 많았 습니다. 고기는 먹지 않지만 움직입니다. 놀라면 작은 고사리 잎을 접습니다. "민감한 식물"과 손대지 않는 것을 포함하여 수년 동안 많은 별명을 얻은 놀라운 틱입니다. Bose는 이러한 빠른 움직임이 동물과 같은 신경 활동에 의해 뒷받침되어야 한다고 생각했습니다.

아니나 다를까, 전위계는 작은 식물이 잎사귀를 접기 직전에 그가 찾고 있던 활동 전위를 보여 주었습니다. Bose의 호기심이 불타 올랐습니다. 전기 신호가 있는 다른 식물은 무엇입니까? 1901년에 그는 루바브(rhubarb)와 홀스 래디시(horser radish)를 포함하여 움직이지도 먹지도 않는 수많은 일반 식물에서 강한 전기 신호를 보고했습니다 . 그 후 수십 년 동안 이러한 발견은 양파, 나무, 그리고 누구든지 측정하려고 애쓰는 식물 왕국의 거의 모든 구성원으로 확장되었습니다.

 

식물은 전기

이것은 20세기 말까지 거의 설명되지 않았는데, 신경과학 도구가 식물 세포가  동물 세포와 마찬가지로 내부 통신을 관리하기 위해 전하를 사용한다는 사실이 밝혀졌습니다. 모든 살아있는 세포는 바깥쪽 안감에 기공을 가지고 있어 서로 다른 이온이 막의 서로 다른 면에 머물도록 합니다. 포유류 세포는 칼륨 이온을 내부에, 나트륨 이온을 외부에 유지하는 것을 좋아합니다. 이러한 불균형의 결과로 세포 내부는 작은 음전하를 띤다. 신경계는 이 작은 배터리를 사용하여 몸이 느끼고 행동하는 것에 대한 모든 메시지를 뇌로 보내고 받습니다.

식물 세포에도 내부 전압이 있으며 동일한 효과, 즉 환경에 대한 정보를 전달하는 데 사용합니다. 1990년대 후반에 수행된 연구에 따르면 식물은 빛, 온도, 접촉 및 손상을 비롯한 다양한 자극에 전기적으로 반응합니다 . 이는 식물이 위험을 감지하고 다른 식물과 의사소통하며 동물에게 도움을 요청할 수 있음을 시사하는 화학 식물 커뮤니케이션의 통찰력과 일치합니다. 예를 들어 옥수수는 옥수수를 공격하는 애벌레 종류를 공격하기 위해 말벌을 소환할 수 있습니다 . 그 수십 년 동안 이전에는 신경과학에만 관련되었던 개념이 점점 식물 생리학에 스며들었습니다.

19세기 말, 인도 과학자는 '민감한 식물'로 알려진 미모사 푸디카에서 전기 신호를 발견했습니다(Credit: Alamy).

이러한 발견은 식물 전기생리학의 일부 집단 에서 관련 없는 기러기 추격전으로 인식되었던 식물 지능에 대한 수십 년 된 대화에 다시 불을 붙였습니다 . 식물은 지능적입니까? 그렇다면 "지능"에 대한 우리의 정의에 대해 뭐라고 말할까요? 논쟁은 계속되고 있지만 식물의 전기 신호에 대해 생각하는 유일한 방법은 아닙니다.

일부 식물학자들은 식물이 복잡한 신호를 사용하여 서로 및 자연 세계와 소통한다는 생각에 반대하지 않습니다. 그들이 우리와 같지 않다는 것뿐입니다. 동물에서 전기 통신은 다음과 같이 작동합니다. 신경 세포는 칼륨을 내부에, 나트륨을 외부에 유지하는 것을 좋아하며 이러한 이온의 분리로 인해 생성된 전기적 차이는 근본적으로 활동 전위를 보내는 뉴런의 능력을 뒷받침합니다. 그러나 나트륨은 식물에 독성이 있기 때문에 나트륨은 식물 활동 전위에 아무런 역할을 하지 않습니다. 몸에서 칼륨과 나트륨의 역할은 칼륨, 염화물 및 칼슘 이 담당합니다. . 자세히 살펴보면 전기 신호가 다르게 보입니다. 우선 그들은 더 강합니다. 또 다른 경우에는 약간 더 다양한 레퍼토리가 있습니다. 표준 활동 전위 외에도 식물은 " 변화 전위 "와 " 시스템 전위 "라는 두 가지 추가 신호를 사용합니다.

이러한 신호는 서로 다른 시스템을 조정합니다. 활동전위는 기본적으로 동물에서와 같은 역할을 합니다. 예를 들어 누군가가 그것을 만지거나 눈에 띄는 온도 변화와 같은 흥미로운 자극에 대해 장거리로 빠르게 통신합니다. 변형 가능성은 더 가변적입니다(이름에서 알 수 있듯이). 그것은 절단, 화상 및 기타 종류의 부상에 의해 유발되며 신호의 크기는 손상의 심각도에 따라 다릅니다. 표면 전위는 느리고 국소적이며 아마도 영양소 상태와 관련이 있습니다.

그러나 식물은 이러한 신호를 내부 상태에 대해 스스로에게 말하기 위해서만 사용하지 않습니다. 식물은 서로에게 말할 수도 있습니다. 일부는 토양에 편재하고 회로 역할을 하는 것처럼 보이는 곰팡이 필라멘트 네트워크를 통해 이동할 수 있다고 믿습니다 .

이것은 새로운 전망을 제기했습니다. 우리는  식물을 도청 하고 이러한 전기 신호를 스스로 해독할 수 있습니까? 식물이 편안하게 앉아 있는지 여부 - 너무 덥거나 춥습니까? 토양에서 더 많은 영양분이 필요합니까? 아니면 식물이 병원균의 공격을 받고 있다는 조기 경고를 줄 수 있습니까? 

그것은 감질나는 전망을 제기합니다. 우리는 우리 야채가 "생각"하는 것을 알아내려고 할 수도 있습니다.