2022년 미국 플로리다대 연구팀이 달토양 샘플 3개에 식물 씨를 심고 싹이 트고 자라는 것을 목격했다. 나사의 달 모사토에서도 식물이 성장했다. 한국에도 한국산 달 모사토가 있어서 식물재배를 할 수 있으며 이는 인류의 달 탐사에 기여한다.
1. 애기장대풀로 11년 된 달 토양에 식물재배 과정
플로리다대 로버트 펄 석좌교수팀은 유인우주선 아폴로 11호(1969년), 12호(1970년), 17호(1972년)가 수집해 온 달 토양 샘플에 애기장대를 재배했다. 연구하겠다고 11년 동안 세 번이나 신청한 끝에 이번에 처음 허가를 받았다.
애기장대는 한국, 유럽, 아프리카에 흔한 식물로 어디서나 쉽게 자라는 배추과이자 십자화과의 속씨식물이다. 무와 배추도 같은 십자화과이다. 이름의 유래는 가지가 없어서 ‘애기’이고 직립해서 자란다고 ‘장대’이다
씨가 발아해서 씨가 맺힐 때까지의 1세대가 6주로 매우 짧아서 빠른 시간 내에 많은 개체를 얻을 수 있다. 지놈(유전체)가 5 copy, 135염기쌍으로 유전자가 비교적 적다. 현재 모든 유전자 지도가 완성되어 있어 조작이 간편해서 과학실험에 자주 쓰인다.
이런 이유로 토양 상태를 알아보기 위한 식물 재배 모델로 많이 쓰이고 이번 연구에도 채택되었다. 학명은 아라비돕시스 탈리아나 Arabidopsis thaliana이고 영어로는 mouse ear cress이다. 산업용 이용가치는 아직 거의 없다.
연구팀은 골무 크기의 홈이 있는 세포 배양용기 12개에 달 토양을 0.9g씩 5mm 깊이로 씨앗을 심고 물을 줬다. 이후 조명을 설치한 청정실의 인공정원(테라리움)에 두고 매일 영양분을 주면서 싹이 트는지 지켜봤다. 이틀 후 진전이 생겼다. 실험 용기 3개 모두에서 싹이 터 자라기 시작했다.
대조군은 나사 존슨우주센터에서 시행되었다. 지구에서 채취한 화산재로 달 토양과 비슷하게 만든 모사토(JSC1 A)를 배양 용기 16개에 넣고 애기장대 씨앗을 심었다. 역시 싹이 텄다.
달 토양에서 싹튼 애기장대는 상태가 달랐다. 자라는 속도가 대조군 모사토에서보다 느리고 뿌리가 꺾였다. 일부 잎이 잘 자라지 못하고 붉게 변하는 등 상태가 부실한 부분이 있었다. 이는 식물이 스트레스를 받을 때 보이는 전형적인 증세이다.
연구팀은 심은 지 20일 후 꽃이 피기 전에 애기장대들을 베어 유전자 분석을 실시했다. 결과는 애기장대들이 염분이나 중금속이 많이 포함된 극도로 열악한 환경에서와 같이 스트레스를 받았다는 사실을 확인했다.
달 토양 채취장소에 따라서도 애기장대들의 상태가 달랐다. 3개의 샘플 중 아폴로 11호가 가져온 토양에 심은 애기장대가 다른 두 샘플에 심은 것보다 훨씬 허약했다. 연구결과는 네이처의 자매지인 ‘커뮤니케이션 바이올로지’에 발표했다. 이에 대해 미국 나사가 2022년 5월 16일에 보도했다.
이번 연구로 미래 달 토양에서의 식량 재배 가능성을 열었다는 평이 일반적이다. 달의 토양 환경이 지구와 매우 다른 만큼 적응할 수 있는 품종을 개량해야 한다.
지역마다 다른 달 토양의 특성을 연구해서 식물 재배에 더 적합한 지역을 선정할 필요가 있다. 연구진은 애기장대의 어떤 유전자가 작동했는지 조사했다.
달 토양에서 자란 경우는 유전자가 1000개 이상 더 작동했다. 이것들은 염분이나 중금속, 활성산소 등 유해용인에 대항하는 스트레스 반응 유전자들이다.
스트레스 유전자 발현 형태는 달 토양에서도 채취지역에 따라 차이가 났다. 우주에서 날아오는 고에너지 입자에 더 오래 노출된 아폴로 11호 토양에서 스트레스 반응이 가장 강했다.
11호 토양에서는 애기장대의 스트레스 유전자가 4654 작동한 반면 12호와 17호 토양에서는 각각 265개와 113개였다.
2. 애기장대풀로 예상 가능한 달 식량 기지화
연구진은 앞으로 달 토양에서 식물이 더 잘 자라도록 개선하는 방법을 찾겠다고 밝혔다. 달의 유인 기지에서 작물을 재배해서 자급자족도 가능할 것으로 기대된다. 장차 달을 우주탐사 허브(=기지)나 발사장으로 쓰려면 달에서 식물을 키우는 것이 합리적이다.
http://m.dongascience.com/news.php?idx=55957
나사의 생물물리학 연구원 ‘샤밀라 바타차랴’는 지구 밖 우주에서 생물을 키우게 되면 식량 공급 및 지속적인 탐험이 가능하다고 설명했다. 이러한 연구성과와 미래 가능성은 미국이 50년만에 다시 추진 중인 아르테미스 유인 달 탐사 프로그램에도 도움이 될 것으로 보인다.
3. 한국 독자적인 달탐사선과 달 모사토 국산화
한국도 독자적인 달탐사를 앞두고 있다. 한국의 첫 달탐사선을 앞두고 이에 전 세계가 주목하고 있다. 달토양의 샘플 등 여러 성과를 가져올 것이다.
2022년 8월 1일로 예정되어 있다. 달 궤도선과 달 착륙선을 포괄하는 한국의 달탐사 계획으로 한국항공우주연구원이 주관한다. 2007년 노무현 정부 당시 우주개발 관련해서 로드맵이 제시되었다.
달 궤도선의 크기는 1.82m x 2.14m x 2.29m이고 총 중량은 678kg이다. 탑재체는 6기이고 발사체는 스페이스 엑스의 팰컨9이다. 발사장소는 케네디 우주센터이고 운용 궤도는 경사각은 90도 달 상공 100km 원 궤도이다. 임무기간은 1년이다.
달 착륙선은 2008년 카이스트 교수팀과 솔페이스솔루션사가 공동으로 개발에 성공했다. 공개 지상착륙시험도 실시했다. 과기정통부는 1.5톤급 달 착륙선을 개발해 2030년대 달 표면에 착륙시키는 목표를 세웠다. 이는 올해 8월 1일 발사 예정된 달 궤도선의 후속 사업이다.
한국 달탐사선에 식물 재배실험을 준비해야 한다는 목소리를 수용할 필요가 있다. 우크라이나전으로 식량무기화가 시작된 시점이다. 지구 평균기온이 상승하는 온난화로 인해 작물에도 변동이 커지고 있다.
좋은 소식이 있다. 한국건설 기술연구원 스마트건설연구소의 신휴성 본부장에 의하면 이미 포천의 현무암으로 국산 달 모사토를 개발했다.
이것을 주로 우주장비 시험에 썼지 식물 재배를 아직 하지 못했다. 한국 고유 달 탐사선이 착륙에 성공하면 달 토양을 가져올 수 있고 이것으로 생명과학 분야 정부 연구기관과 함께 국내에서도 달의 환경 상태 하에 재배 실험을 추진할 수 있다.
또 하나의 공상과학 속 이야기가 현실화되고 있다. 달 토양의 작물재배 성공으로 달에 탐사용 유인 기지를 설립하는 구상이 좀 더 구체화되었다. 그리고 유인 기지를 넘어서 민간인 달 거주를 꿈꾸는 일론 머스크의 사업이 본 궤도에 오를 것이다.
한국도 인공위성에 이어 독자적인 달 탐험선을 추진하고 있다. 성공해서 나사에 달 토양 표본을 건네 협력하고 우주과학과 우주산업에서 더 많은 성과를 얻어내기를 기대한다. (참조 동아사이언스)
2022년 미국 플로리다대가 달토양 샘플에 애기장대풀 씨앗을 심었더니 싹이 트고 성장했다. 나사의 달토양 모사토에서도 애기장대풀 씨앗이 발아해서 자랐다. 한국건설 기술연구원 스마트건설연구소에서 이미 한국산 돌을 재료로 달 토양 모사토를 만들어 냈고 한국에서도 달의 환경 상태 하에 재배 실험이 가능해서 인류의 달탐사에 기여한다.
