Electrical experiments with plants that count and communicate | Greg Gage

번역: Changkyun Ahn 검토: Gichung Lee

I'm a neuroscientist,

저는 신경과학자 입니다.

and I'm the co-founder of Backyard Brains,

Backyard Brains라는 기업의 공동창업자이기도 하며

and our mission is to train the next generation of neuroscientists

저희 회사는 다음 세대의 신경과학자들을 양성하기 위해

by taking graduate-level neuroscience research equipment

대학원 수준의 신경과학 연구장비들을

and making it available for kids in middle schools and high schools.

중.고등학교로 가져와 아이들이 체험해보게끔 합니다.

And so when we go into the classroom,

그래서 저희는 교실로 들어갈 때마다

one way to get them thinking about the brain, which is very complex,

학생들이 이 난해한 뇌에 대해 생각해보게끔 하려고

is to ask them a very simple question about neuroscience,

신경과학 분야의 간단한 질문 한 개를 던져봅니다.

and that is, "What has a brain?"

"뇌를 가지고 있는 것들은 무엇이 있지?"

When we ask that,

우리가 그렇게 물으면

students will instantly tell you that their cat or dog has a brain,

학생들은 즉각 답하기를 그들의 개나 고양이가 뇌를 지녔다고

and most will say that a mouse or even a small insect has a brain,

그리고 대부분 학생들은 쥐라던가 작은 곤충까지 뇌를 지녔다고 답하지만

but almost nobody says that a plant or a tree

식물이나 나무 혹은 관목에게 뇌가 있다고

or a shrub has a brain.

답하는 학생은 거의 없습니다.

And so when you push --

그래서 학생들을 다그쳐보면

because this could actually help describe a little bit

왜냐면 이렇게 다그치는 것이 뇌가 어떻게 기능하는지를

how the brain actually functions --

묘사하는데 조금 도움이 되거든요.

so you push and say,

이런식으로 물어보는 겁니다,

"Well, what is it that makes living things have brains versus not?"

"자, 생물들 중 뇌가 있는 것들과 없는 것들간에 차이가 뭐지?"

And often they'll come back with the classification

그러면 대개 학생들은 이런 식의 구분법을 제시합니다.

that things that move tend to have brains.

움직이는 것들이 뇌가 있다고요.

And that's absolutely correct.

그건 진짜 정확한 말입니다.

Our nervous system evolved because it is electrical.

우리의 신경계는 전기신호이기에 진화로 획득한 것입니다.

It's fast, so we can quickly respond to stimuli in the world

전기라서 빠르고 그래서 필요시 외부세계의 자극에 빠르게 반응하고

and move if we need to.

움직일 수 있거든요.

But you can go back and push back on a student,

그쯤에서 다시 돌아가 학생들을 또 다그쳐봅니다,

and say, "Well, you know, you say that plants don't have brains,

"글쎄, 너희들도 알겠지만, 식물들에겐 뇌가 없잖아.

but plants do move."

그런데도 식물들은 움직이는걸."

Anyone who has grown a plant

식물을 길러본 사람은 누구나

has noticed that the plant will move

식물들이 햇볕을 향해 움직인다는걸

and face the sun.

눈치채셨을 겁니다.

But they'll say, "But that's a slow movement.

그러면 학생들은 이렇게 말합니다. "그치만 그건 느린 움직임인걸요.

You know, that doesn't count. That could be a chemical process."

그건 안 쳐줘요. 그렇게 느린 건 화학적인 걸 수도 있잖아요."

But what about fast-moving plants?

그럼 빨리 움직이는 식물은 어떨까요?

Now, in 1760, Arthur Dobbs, the Royal Governor of North Carolina,

1760년 당시 노스 캐롤라이나의 아서 돕스 주지사는

made a pretty fascinating discovery.

매우 흥미로운 것을 발견했습니다.

In the swamps behind his house,

그의 집 뒤에 있는 습지에서

he found a plant that would spring shut

한 식물이 자기 잎 사이에 벌레가 날아올 때마다

every time a bug would fall in between it.

이파리를 닫는 것을 발견하였습니다.

He called this plant the flytrap,

그는 이 식물을 파리지옥이라고 명명했으며

and within a decade, it made its way over to Europe,

그로부터 10년 내에 그 식물은 유럽으로 넘어갔으며

where eventually the great Charles Darwin got to study this plant,

그곳에서 위대한 찰스 다윈이 그 식물에 대해 연구하게 되었고

and this plant absolutely blew him away.

그 식물은 찰스 다윈을 깜짝 놀라게 했습니다.

He called it the most wonderful plant in the world.

다윈은 그 식물이 지구에서 가장 경이로운 식물이라 불렀습니다.

This is a plant that was an evolutionary wonder.

이 식물은 진화의 불가사의였습니다.

This is a plant that moves quickly,

이 식물은 빠르게 움직이며

which is rare,

드문 특징인데요

and it's carnivorous, which is also rare.

육식이기도 한데 이 점 역시 드뭅니다.

And this is in the same plant.

이 두가지가 같은 식물에 있죠.

But I'm here today to tell you

제가 오늘 여러분들께 말씀드릴 것은

that's not even the coolest thing about this plant.

이 식물의 가장 놀라운 점은 따로 있다는 것입니다.

The coolest thing is that the plant can count.

그것은 바로 식물이 수를 셀 수 있다는 것입니다.

So in order to show that,

그것을 보여드리기 위해

we have to get some vocabulary out of the way.

우리는 몇몇 단어를 파헤쳐보아야 합니다.

So I'm going to do what we do in the classroom with students.

제가 보여드릴 것은 제가 실제 교실에서 학생들과 하는 겁니다.

We're going to do an experiment on electrophysiology,

전기생리학에 관한 실험을 하나 할 건데요.

which is the recording of the body's electrical signal,

그것은 곧 체내 전기 신호를 기록해보겠단 말입니다.

either coming from neurons or from muscles.

근육이나 신경으로부터 오는 것들을 말이죠.

And I'm putting some electrodes here on my wrists.

저는 여기 제 손목에 전극을 부착해두었습니다.

As I hook them up,

제가 연결시키자마자

we're going to be able to see a signal

여기 화면에 신호가 잡히는 것을

on the screen here.

보실 수 있죠.

And this signal may be familiar to you.

아마 다들 보신 적 있을 겁니다.

It's called the EKG, or the electrocardiogram.

EKG 혹은 심전도 라고 불리는 건데요.

And this is coming from neurons in my heart

이건 제 심장 속 신경세포로부터 나온 것인데

that are firing what's called action potentials,

이른바 활동전위라는 것을 보내고 있구요.

potential meaning voltage and action meaning it moves quickly up and down,

전위의 의미는 전압이고, 활동은 빠르게 오르고 내림을 뜻하며

which causes my heart to fire,

이게 제 심장이 뛰게끔 하여서

which then causes the signal that you see here.

여기서 여러분들이 보시는 신호가 잡히게 되는 것입니다.

And so I want you to remember the shape of what we'll be looking at right here,

앞으로 보시게 될 이 모양을 잘 기억해두시기 바랍니다.

because this is going to be important.

굉장히 중요하거든요.

This is a way that the brain encodes information

이 활동전위의 형태가 바로 뇌가 정보를

in the form of an action potential.

암호화하는 방식입니다.

So now let's turn to some plants.

다시 식물들로 돌아가보죠.

So I'm going to first introduce you to the mimosa,

우선 이 미모사를 보시면요.

not the drink, but the Mimosa pudica,

술 말고, 함수초 말이에요.

and this is a plant that's found in Central America and South America,

이 식물은 중남미 지역에서 발견되는 식물인데요.

and it has behaviors.

독특한 행동양식들을 지녔습니다.

And the first behavior I'm going to show you

첫번째로 보여드릴 행동은

is if I touch the leaves here,

제가 이 이파리들을 만지면

you get to see that the leaves tend to curl up.

잎이 말려올라가는 것을 보시게 될 겁니다.

And then the second behavior is,

두번째로 보여드릴 행동은

if I tap the leaf,

잎을 톡톡 두들기면

the entire branch seems to fall down.

가지 전체가 내려앉는 것을 보시게 됩니다.

So why does it do that?

왜 저럴까요?

It's not really known to science.

과학이 그에 대한 답을 주지는 못합니다만

One of the reasons why could be that it scares away insects

추정되는 이유로는 미모사가 곤충들을 내쫓기 위한다거나

or it looks less appealing to herbivores.

초식동물에게 덜 먹히려고 그런다고 알려져있습니다.

But how does it do that? Now, that's interesting.

어떻게 저럴 수 있을까요? 바로 그 점이 흥미로운데요.

We can do an experiment to find out.

실험을 통해 알아볼 수 있습니다.

So what we're going to do now,

지금부터 해볼 것은

just like I recorded the electrical potential from my body,

제 몸에서 생긴 활동전위를 기록해보았듯이

we're going to record the electrical potential from this plant, this mimosa.

이 식물, 그러니까 미모사의 활동전위를 기록해볼 겁니다.

And so what we're going to do is I've got a wire wrapped around the stem,

그러기 위해 미모사의 줄기에다가 전선을 둘러감아 두었구요,

and I've got the ground electrode where?

여기 접지전극 (ground electrode) 도 있습니다. 어디에요?

In the ground. It's an electrical engineering joke. Alright.

땅 속에요. 전기 공학 농담입니다.

(Laughter)

(웃음)

Alright. So I'm going to go ahead and tap the leaf here,

자, 그럼 이제 다시 잎을 톡톡 두드려 볼 건데요.

and I want you to look at the electrical recording

여러분들은 전기신호 기록에 주목해주세요.

that we're going to see inside the plant.

식물 안에서 일어나는 것을 보게 될테니까요.

Whoa. It is so big, I've got to scale it down.

와. 정말 크네요, 줌아웃 좀 해야겠어요.

Alright. So what is that?

방금 본 것이 뭘까요?

That is an action potential that is happening inside the plant.

저게 식물 속에서 생긴 활동전위 입니다.

Why was it happening?

왜 저게 생겼죠?

Because it wanted to move. Right?

식물이 움직이려고 했잖아요. 그렇죠?

And so when I hit the touch receptors,

제가 촉각 수용체를 건드렸을 때

it sent a voltage all the way down to the end of the stem,

전위가 그곳부터 줄기 끝까지 흘러내려 보내졌기에

which caused it to move.

움직임이 일어난거죠.

And now, in our arms, we would move our muscles,

그렇다면 우리 팔은 근육을 통해 움직이는데

but the plant doesn't have muscles.

식물에는 근육이 없잖아요.

What it has is water inside the cells

식물에 있는 것은 세포 안에 있는 물인데요.

and when the voltage hits it, it opens up, releases the water,

전위가 도착하면 채널이 열려 물을 밖으로 내보내게 됩니다.

changes the shape of the cells, and the leaf falls.

그래서 세포의 모양이 바뀌고 잎이 내려간거죠.

OK. So here we see an action potential encoding information to move. Alright?

지금까지 식물이 움직이려는 정보를 지닌 활동전위를 봤습니다. 그렇죠?

But can it do more?

식물이 뭔가 더 할 수 있을까요?

So let's go to find out.

확인해 봅시다.

We're going to go to our good friend, the Venus flytrap here,

지금부터 살펴볼 친구는 바로 파리지옥이며

and we're going to take a look at what happens inside the leaf

파리지옥의 잎에 파리가 앉았을 때 잎 속에서 어떤 일이 일어나는지

when a fly lands on here.

알아볼 것입니다.

So I'm going to pretend to be a fly right now.

지금부터 제가 파리 역할을 해볼게요.

And now here's my Venus flytrap,

여기 파리지옥이 있구요.

and inside the leaf, you're going to notice

잎 속을 자세히 들여다 보시면

that there are three little hairs here, and those are trigger hairs.

세 가닥의 검정 털이 보이실 겁니다. 이 털들이 방아쇠 역할을 합니다.

And so when a fly lands --

그러니까 파리가 내려 앉으면 --

I'm going to touch one of the hairs right now.

제가 이 털들 중 하나를 건드려보겠습니다.

Ready? One, two, three.

준비됐죠? 하나, 둘, 셋

What do we get? We get a beautiful action potential.

뭐가 나왔나요? 화면에 멋진 활동전위 하나가 생겼네요.

However, the flytrap doesn't close.

그러나 파리지옥은 여전히 열려있는 상태입니다.

And to understand why that is,

왜 이런가를 이해하려면

we need to know a little bit more about the behavior of the flytrap.

우리는 파리지옥의 행태에 대해 조금 더 알아야할 필요가 있습니다.

Number one is that it takes a long time to open the traps back up --

첫번째로 우선 파리지옥이 닫히면 다시 열리기까지 시간이 깁니다.

you know, about 24 to 48 hours if there's no fly inside of it.

대략 24 ~ 48 시간 정도 되는데 만일 파리가 거기 없었다면요?

And so it takes a lot of energy.

한번 닫는데 에너지도 많이 듭니다.

And two, it doesn't need to eat that many flies throughout the year.

두번째는 일년 동안 파리지옥이 많은 파리를 먹을 필요가 없다는 점입니다.

Only a handful. It gets most of its energy from the sun.

태양으로부터 대부분의 에너지를 얻기에 한웅큼이면 됩니다.

It's just trying to replace some nutrients in the ground with flies.

그저 땅에서 얻는 영양소들 중 일부를 파리로 대체하려는 것 뿐입니다.

And the third thing is,

세번째 사실은

it only opens then closes the traps a handful of times

파리지옥의 일생동안 잎을 열고 닫기를

until that trap dies.

몇 번 안한다는 것입니다.

So therefore, it wants to make really darn sure

따라서, 파리지옥은 잎을 닫기 전에

that there's a meal inside of it before the flytrap snaps shut.

뭔가 소화할 만한 게 있다는 것을 확실하게 해두고 싶어합니다.

So how does it do that?

어떻게 확실히 할까요?

It counts the number of seconds

바로 방아쇠 털이 제대로 건드려진

between successive touching of those hairs.

횟수 사이의 초를 세는 것입니다.

And so the idea is that there's a high probability,

쉽게 말하자면 만일 파리지옥 안에 파리가 있다면

if there's a fly inside of there, they're going to be quick together,

잎보다 파리가 빨리 움직일 가능성이 매우 높으니까

and so when it gets the first action potential,

파리지옥은 첫번째 활동전위로부터

it starts counting, one, two,

초를 셉니다. 하나, 둘

and if it gets to 20 and it doesn't fire again,

20까지 세는 동안 다시 활동전위가 안 생기면

then it's not going to close,

잎을 닫지 않는 것이죠.

but if it does it within there, then the flytrap will close.

그러나 그 사이에 다시 활동전위가 생기면 잎이 닫히는 것이죠.

So we're going to go back now.

파리지옥에게 돌아가서

I'm going to touch the Venus flytrap again.

다시 파리지옥을 건드려볼 건데요.

I've been talking for more than 20 seconds.

저는 한 20초 이상 말하고 있었으니까

So we can see what happens when I touch the hair a second time.

두번째로 털을 건드리면 어떤 일이 생기는지 봅시다.

So what do we get? We get a second action potential,

뭐가 나오나요? 두번째 활동전위가 나왔네요.

but again, the leaf doesn't close.

그러나 잎은 여전히 안 닫히죠.

So now if I go back in there

다시 파리지옥에게 가서

and if I'm a fly moving around,

움직이며 돌아다니는 파리인양

I'm going to be touching the leaf a few times.

잎을 몇 번 건드려 보겠습니다.

I'm going to go and brush it a few times.

이런 식으로 몇 차례 건드리면

And immediately,

즉시 바로

the flytrap closes.

파리지옥이 닫히죠.

So here we are seeing the flytrap actually doing a computation.

보시는 바와 같이 파리지옥이 실제로 판단을 한다는 거죠.

It's determining if there's a fly inside the trap,

파리지옥이 덫 안에 파리의 유무를 판단해서 그에 따라

and then it closes.

잎을 닫으니까요.

So let's go back to our original question.

다시 처음 질문으로 돌아가봅시다.

Do plants have brains?

식물에게 뇌가 있나요?

Well, the answer is no.

아니죠. 없습니다.

There's no brains in here.

식물에겐 뇌가 없어요.

There's no axons, no neurons.

신경 축삭도 없고, 신경세포도 없어요.

It doesn't get depressed.

우울증도 안 걸리고

It doesn't want to know what the Tigers' score is.

디트로이트 타이거즈 점수도 안 궁금해 하고

It doesn't have self-actualization problems.

자아실현에 관한 문제도 없죠.

But what it does have is something that's very similar to us,

그러나 식물에겐 우리와 비슷한 점이 있는데

which is the ability to communicate using electricity.

그건 바로 전기를 이용한 소통능력입니다.

It just uses slightly different ions than we do,

사람과는 다른 종류의 이온으로 소통할 뿐

but it's actually doing the same thing.

사실상 같은 일을 하거든요.

So just to show you

이런 활동전위의 특징이

the ubiquitous nature of these action potentials,

모든 생물에게 존재한다는 점을 여러분들께 보여드리기 위해

we saw it in the Venus flytrap,

파리지옥도 보았구요.

we've seen an action potential in the mimosa.

미모사에서도 활동전위의 잠재력을 보았습니다.

We've even seen an action potential in a human.

우리는 인체에서의 활동전위도 목격한 바 있습니다.

Now, this is the euro of the brain.

이 활동전위란 것은 뇌의 공용 화폐와 같습니다.

It's the way that all information is passed.

모든 정보가 활동전위의 형태로 전달됩니다.

And so what we can do is we can use those action potentials

그래서 이 활동전위를 이용하여

to pass information

다른 식물 종끼리도

between species of plants.

정보를 전달할 수 있습니다.

And so this is our interspecies plant-to-plant communicator,

여기 보이는 것은 저희 회사의 식물 종간 소통기계 인데요.

and what we've done is we've created a brand new experiment

저희가 개발해낸 것은 새로운 종류의 실험을 가능하게 만들었고.

where we're going to record the action potential from a Venus flytrap,

지금부터 파리지옥의 활동전위를 기록하여

and we're going to send it into the sensitive mimosa.

이 민감한 미모사에게 전해넣어 볼 것입니다.

So I want you to recall what happens

미모사의 잎을 건드렸을 때

when we touch the leaves of the mimosa.

어떤 일이 일어났었는지 떠올려보세요.

It has touch receptors that are sending that information

미모사에는 촉각 수용체가 있고 그것들이 받아들인 정보를

back down in the form of an action potential.

활동전위의 형태로 아래로 흘러내려 보냅니다.

And so what would happen

따라서 만약에

if we took the action potential from the Venus flytrap

파리지옥에서 생긴 활동전위를

and sent it into all the stems of the mimosa?

미모사의 줄기에 넣으면 어떻게 될까요?

We should be able to create the behavior of the mimosas

미모사는 전혀 건드리지 않은채로

without actually touching it ourselves.

움직이게 만들 수 있지 않을까요?

And so if you'll allow me,

자 그럼 제가 한번

I'm going to go ahead and trigger this mimosa right now

파리지옥의 방아쇠 털을 건드림으로써

by touching on the hairs of the Venus flytrap.

미모사를 움직이게 만들어보겠습니다.

So we're going to send information about touch from one plant to another.

쉽게 말해 한 식물로부터 생긴 정보를 다른 식물로 보내보겠습니다.

So there you see it.

이렇게 말이죠.

So --

그러니까

(Applause)

(박수)

So I hope you learned a little bit, something about plants today,

오늘 식물에 대해 조금이라도 더 알게 되셨다면 좋겠습니다.

and not only that.

그뿐만 아니라

You learned that plants could be used to help teach neuroscience

식물들을 신경과학을 가르치는데 쓸 수도 있음과 신경혁명의 도래에도

and bring along the neurorevolution.

기여함을 알아주세요.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)