뿌리혹박테리아와 레그헤모글로빈의 관계

풋콩(이것이 자라면 대두황권이 됩니다.)의 뿌리에는 작은 혹이 줄줄이 달려 있어 뿌리가 병든 것처럼 보이기도 하는데 그렇지는 않다. 혹의 주인은 풋콩의 뿌리에 기생하며 풋콩과 공생하는 뿌리혹박테리아이다.

뿌리혹박테리아는 풋콩의 뿌리에 기생하며 광합성으로 생긴 당분을 먹고 산다. 한편 뿌리혹박테리아는 공기 중의 질소를 흡수하는 특수한 능력이 있다. 풋콩은 뿌리혹박테리아 덕분에 질소가 부족한 토양에서도 생육할 수 있다.

콩과 식물과 뿌리혹박테리아의 공생은 연꽃, 토끼풀, 살갈퀴 등의 들풀에서도 관찰된다. 들에 나가지 않아도 채소가게에서 사와 뿌리혹박테리아를 관찰할 수 있는 것은 뿌리째 뽑아 가지에 달린 그대로 파는 풋콩뿐이다.

신선한 풋콩의 뿌리혹을 잘라보면 피가 번지듯이 옅은 붉은색 물이 배어나온다. 이것은 말하자면 풋콩의 피다.

인간의 혈액이 붉은 이유는 헤모글로빈이라는 물질 때문이다. 헤모글로빈은 세포에 산소를 운반하는 역할을 한다. 콩과 식물 역시 인간의 헤모글로빈과 비슷한 레그헤모글로빈이라는 물질을 갖고 있다.

콩과 식물과 뿌리혹박테리아의 공생에는 한 가지 문제점이 있다. 뿌리혹박테리아의 효소는 산소와 만나면 활성을 상실한다. 반면 뿌리혹박테리아가 공기 중의 질소를 흡수할 때는 엄청난 에너지가 필요한데, 에너지를 만들어내려면 충분한 산소가 필요하다. 이 모순을 해결하기 위하여 콩과 식물은 산소를 효율적으로 운반할 레그헤모글로빈을 갖고 있다. 두 생물이 이러한 공생구조를 갖추기까지는 피나는 노력이 있었음이 틀림없다.

그런데 식물에게도 피가 있다니 믿기지 않을 것이다. 그러나 식물의 엽록소는 헤모글로빈과 구조적으로 매우 비슷하다. 헤모글로빈은 중앙에 철 원자를 가지고 있는데, 간이나 시금치 등의 철분이 함유된 음식이 빈혈에 좋다는 이유도 그 때문이다. 엽록소는 철 대신에 마그네슘 원자를 가진 점이 다를 뿐 그 밖의 구조는 헤모글로빈과 똑같다. 철이냐 마그네슘이냐의 차이로 피와 잎의 색깔이 달라진다니 흥미롭다.

인간의 붉은 피가 혈관을 따라 온몸을 돌 듯이, 식물의 엽록소는 햇볕을 받고 푸르게 빛난다. 생명의 근원은 인간이나 식물이나 별반 차이가 없는 것이다.

『보약보다 좋은 채소』 中에서