광합성과 세포호흡 사이의 화학순환, 나무와 기후문제

 대부분의 생태계는 식량을 어기 위해 전적으로 광합성에 의존합니다. 이런 이유로 생물학자들은 식물과 그 밖의 다른 독립영양생물을 생산자라고 부릅니다. 반면 종속영양생물은 식물을 먹거나 또는 식물을 먹고 자란 동물을 먹음으로써 자기 식량을 얻기 때문에, 이들은 소비자가 됩니다. 동물인 우리와 그 밖의 다른 종속영양 생물들은 유기 연료와 세포나 조직을 만들기 위해 그리고 필요한 원료로 쓸 유기물질을 얻기 위해 독립영양생물에 의존합니다. 

  광합성의 재료는 작은 구멍을 통해 공기로부터 식물로 들어온 기체, 즉 이산화탄소와 토양에서부터 식물의 뿌리를 통해 흡수되는 물입니다. 잎 세포 내부에 엽록체라는 세포소기관이 빛에너지를 사용하여 이런 재료의 원자를 재배열하여 당인 포도당과 그 박의 다른 유기물을 생산합니다. 엽록체는 아주 작은 태양광 에너지로 움직이는 당 생산 공장이라고 생각할 수 있습니다. 광합성의 부산물은 산소인데 이것은 기공을 통해 대기로 방출됩니다.

 동물과 식물은 광합성의 유기 산물을 에너지원으로 사용합니다. 세포호흡이라고 부르는 화학적 과정은 당의 화학결합에 저장된 에너지를 ATP라고 부르는 다른 화학 에너지원으로 전환하기 위해 O_2를 사용합니다. 세포는 자신이 하는 대부분의 일에 ATP를 소모합니다. 식물과 동물 모두 세포호흡에서 ATP의 생산은 주로 미토콘드리아라고 부르는 세포소기관에서 일어납니다. 

 에너지가 생태계를 거치는 동안 편도여행을 하는데 햇빛으로 들어와 열로 방출됨을 주목해야 합니다. 반면에 화학물질들은 순환됩니다. 또한 세포호흡의 폐기물이 광합성의 재료가 되는 이산화탄소와 물이라는 사실에 주목해야 합니다. 식물은 광합성을 통해서 화학에너지를 저장한 다음 세포호흡을 통해서 이 화학에너지를 수확합니다. (식물은 연료 분자를 만들기 위해 광합성을 하고, 이들을 태우기 위해 세포호흡을 수행하는 반면, 동물세포는 단지 세포호흡만을 수행합니다) 하지만 식물은 통상 자신들이 필요한 연료보다 더 많은 유기 분자를 만듭니다. 광합성의 이 여분은 식물의 생장을 위한 물질로 제공되거나, 저장될 수도 있습니다. 최종생산물에 대해서도 에너지와 원료물질의 원천을 알아보기 위해 거슬러 올라가 추적해 보면 결국 태양 동력에 의한 광합성에 이르게 됩니다. 

 통상 숨을 쉬는 것을 말하는 단어로 호흡이라는 용어를 사용합니다. 생물 개체수준에서의 호흡과 세포호흡이 혼동되지 않아야 하지만, 사실 둘은 밀접하게 관련되어 있습니다. 세포호흡은 세포가 자신을 둘러싸고 있는 주위환경과 두 종류의 기체교환이 필요합니다. 세포는 기체인 O_2 형태의 산소를 받아들입니다. 세포는 또 기체인 이산화탄소, 즉 CO_2 형태의 노폐물을 내놓습니다. 우리가 호흡하는 것, 즉 숨을 쉬는 것도 이와 마찬가지인데 우리의 혈액과 몸 밖에 있는 공기 사이에 똑같은 기체교환이 일어납니다. 들이마시는 공기에 들어 있는 산소는 폐를 지나 혈류로 확산합니다.

 

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이 나무는 기후변화와 싸운는데 도움이 된다. 

 

 나무의 문제는 나무가 너무 느리다는 것입니다. 재앙적인 기후 변화와 관련된 문제의 일부는 이미 엄청난 양의 피해가 발생했다는 것입니다. 하룻밤 사이에 모든 석탄 화력 발전소가 마법처럼 바람과 태양열로 바뀌고, 우리의 모든 자동차가 전기로 바뀐다고 해도 200년 동안 우리가 대기로 퍼올린 모든 온실 가스는 여전히 그곳에 있을 것입니다. 이론적으로 나무는 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그들이 자라면서, 그들은 대기로부터 이산화탄소를 흡수하고 그것을 나무로 바꿉니다. 하지만 많은 나무들은 일년에 1피트 이하만 자랍니다. 기후 변화를 막을 뿐만 아니라, 실제로 되돌리기 위해서는 훨씬 더 빨리 자랄 수 있는 나무를 발명해야 할 것입니다.

 

샌프란시스코에 본사를 둔 리빙 카본 사는 정확히 그것이 가능한 일이라고 말합니다. 그 스타트업은 더 많은 이산화탄소를 흡수하고 기후 변화의 피해를 최소화하는 것을 돕기 위해 유전자 변형 잡종 포플러 나무가 더 빨리 자랄 수 있도록 했다고 말합니다. 이산화탄소는 산업혁명이 시작된 이래로 대기 중에서 빠르게 성장하여 극심한 기후 영향을 초래했습니다. 이 스타트업은 식물이 이산화탄소와 물로 음식을 만드는 과정인 광합성 속도를 높이기 위해 나무의 유전자를 편집한다고 말합니다. 이 회사에 따르면, 이것은 여분의 에너지로 나무들이 더 빨리 자랄 수 있게 해준다고 합니다.

 

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