광합성(光合成, photosynthesis)은 태양으로부터 쏟아지는 무궁무진한 햇빛을 포도당으로 만드는 과정이다. 모든 식물이 광합성 작용을 진행할 수 있으며 식물은 광합성을 할 수 있는 능력이 있기 때문에 외부에서 별도의 영양분 공급이 안 되더라도 생존에는 아무런 문제가 없다.

이러한 특징으로 인해 식물을 독립영양생물이라고 부른다. 반면에 사람을 포함한 동물들은 외부에서 음식물(먹이)을 섭취해야만 에너지를 얻을 수 있다. 사람은 밥이나 고기를 입으로 씹어 위로 넘기면 위(胃)와 소장, 쓸개 등에서 음식물을 분해하는 소화 효소를 분비하여 우리 몸에 필요한 양분을 만들어 낸다. 이러한 일련의 과정을 소화라고 하는데 어쨌든 사람이나 동물은 외부에서 음식물이 들어와야 생존이 가능하다. 그렇지 않으면 굶어 죽는다. 그래서 사람이나 동물은 외부에 식량을 의존한다고 해서 종속영양생물이라고 부른다. 인간의 역사는 식량 쟁탈을 위한 투쟁이었고 지금도 식량으로 전쟁을 하는 소리 없는 갈등과 다툼이 끊이질 않고 있다. 먼 곳으로 여행을 떠나더라도 늘 먼저 챙기는 것이 식량이다. 그런데 식물은 그러한 식량 걱정이 없으니 얼마나 편한 생물인가!

물과 이산화탄소 그리고 빛만 있으면

포도당을 무한정 만들어 내는 식물

식물은 물과 이산화탄소 그리고 빛만 있으면 식물 세포내 엽록소라는 곳에서 포도당을 무한정 만들어 내는데 반해 우리 사람이 포도당을 얻기 위하여 탄수화물인 밥을 꼭꼭 씹어서 입에 있는 침인 효소(아밀라아제)에 의해 녹여내고 그렇게 해서 녹여낸 포도당이 소화기관인 소장에서 흡수가 되어야만 세포 구석구석으로 포도당이 배달이 되는 것이다. 인간보다는 식물이 편하고 번거롭지도 않은 것 같다.

단순히 빛(光)이라고 하면 무형의 밝은 광선을 생각하는데 실제로 빛에는 아주 작은 덩어리(입자)가 연속적으로 쏟아져 오는 집합체이다. 아주 작은 입자들이 쏟아져 오는 것이 빛인데 빛의 입자가 엽록소를 쳐주면서 엽록소가 자극을 받아 포도당을 생산하는 것이다. 그런데 빛마다 입자가 오는 속도가 다르며 그 속도에 따라서 우리가 볼 수 있는 빛이 있고 볼 수 없는 빛이 있다. 우리가 볼 수 있는 빛을 가시광선(可視光線, visible light)이라 하고 7가지 무지개색이 그것이다. 가시광선 중에서 가장 파워가 적은 색이 빨강색이고 그나마 강력한 색이 보라색이다.

자외선을 켜놓아 잡균이 오염되는 것을 방지

가시광선보다 더 많은 에너지를 가지고 있는 빛을 자외선(紫外線, ultraviolet rays)이라 부르는데 한자에서 볼 수 있듯이 보라색을 뜻하는 보라색(紫) 바깥쪽에 있는 빛이라 해서 자외선이라 부르는 것이다. 식당에 가면 컵을 자외선으로 소독을 하거나 실험실에서 무균실(클린벤치, clean bench)에 자외선을 켜놓아 잡균이 오염되는 것을 방지하는데 모두 다 자외선이 가지고 있는 강력한 파괴력을 이용하는 것이다.

강력한 파괴력을 가진 자외선

장시간 직접 노출 되면 피부암 발생 시켜

자외선이 얼마나 강력한 파괴력을 가지고 있는지 우리 피부에 장시간 직접 노출되면 피부세포 DNA를 파괴하여 피부암을 발생시킬 수도 있다. 태양빛에는 가시광선을 비롯해 자외선도 포함되어 있는데 태양빛에 포함된 유해한 자외선이 지상에 살고 있는 우리 사람에게 도달하지 못 하도록 막아주는 것이 오존층이다. 그렇게 소중한 오존층이 그동안 우리가 편하자고 사용했던 에어콘가스, 냉장고냉매, 정밀부품 세척제와 헤어스프레이에 들어있는 프레온가스(염화불화탄소)에 의해 파괴가 되어 자외선 차단 역할이 떨어지게 되면서 우리의 건강을 위협하고 있다.

카로티노이드(carotenoid)라는 천연색소

과일의 착색 증진 뿐만 아니라 당도도 증진시켜

광합성은 식물만이 하는 것이 아니라 미생물 특히 세균들도 그 역할을 수행할 수 있다. 특히 Rhodopseudomonas palustris(로도슈도모나스 팔루스트리스)라는 광합성 세균은 외부 환경 조건에 그다지 영향도 잘 안 받고 먹이로 사용되는 배지도 까다롭지 않다. 빛이 있으면 있는 대로 자라고 없으면 없는 대로 자라는 성질이 순한 녀석들이다. 성질만 순한 것이 아니다. 작물의 생장을 조절하며 작물이 잘 자라도록 도와주는 식물 호르몬도 생산해낸다. 또한 식물의 뿌리가 잘 뻗어나가도록 도와주며 토양 양분을 잘 흡수할 수 있도록 해주는 옥신이라는 호르몬도 만들어낸다. 또한 이 광합성 세균의 세포내에는 카로티노이드(carotenoid)라는 천연색소를 만들어 작물에 응용할 수 있는데 과일의 착색을 증진시켜 상품성을 높일 수도 있고 당도를 증진시켜 맛 좋은 과일을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 사료첨가제로도 응용할 수 있다. 그 외에 실험실에서 입증된 효과로는 공기 중의 질소를 작물이 흡수할 수 있도록 도와주는 질소 고정 능력과 식물 생장 조절물질인 5-aminolevulinic acid(ALA)를 합성하고 토양 내 방선균이 우점할 수 있도록 지원하는 역할도 한다. 외국에서 발표된 연구 논문에는 온실가스와 중금속 제거 능력도 있다고 하는데 여하튼 농사에 많은 도움을 줄 수 있는 유용한 미생물임에는 틀림이 없다.

요즘 우리 실험실에서 이 광합성 세균을 쉽게 배양할 수 있는 방법을 연구하고 있는데 먹이도 까다롭지 않고 이틀(48시간) 동안 배양하는데 조건도 용이하여 농민들이 농가에서 쉽게 배양할 수 있을 거라 기대하고 있다. 앞으로 우리 농가에서 유용한 광합성 세균을 직접 배양하여 토양과 작물에 사용할 수 있는 방법을 구체화할 계획이다.