파리지옥의 생체 자기장을 감지하는 시스템

(Measuring magnetic signals generated by a Venus flytrap (photo collage). Credit: Anne Fabricant)

대부분의 생물은 세포막에서 발생하는 이온의 흐름 때문에 미약한 전류를 생산합니다. 물론 전기 뱀장어 같은 예외도 존재하지만, 대부분은 약한 전류입니다. 그래도 인간처럼 큰 동물은 심전도처럼 측정이 쉬운 강한 전류를 생산합니다. 반면 근육이나 신경 세포처럼 강한 세포막 전위를 만들지 않는 식물 세포의 경우 매우 약한 전류의 흐름이 있을 뿐입니다. 따라서 생체 자기장을 직접 감지하기는 어렵습니다.

그런데 일부 식충 식물의 경우 마치 동물 신경세포처럼 전기 신호에 의해 빠르게 반응합니다. 앞서 소개한 파리지옥 (Venus flytrap, Dionaea muscipula)이 대표적입니다. 파리지옥의 감각털은 동물의 신경세포와 비슷하게 활동전위를 이용해 매우 빠르게 흥분해 순식간에 먹이를 잡을 수 있습니다.

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독일 마인츠 요하네스 구텐베르크 대학을 비롯한 독일 내 여러 연구기관 (Gutenberg University Mainz (JGU), the Helmholtz Institute Mainz (HIM), the Biocenter of Julius-Maximilians-Universität of Würzburg (JMU), and the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Berlin, Germany's national meteorology institute)은 파리지옥이 만드는 미약한 자기장도 감지할 수 있는 시스템을 개발했습니다.

이들이 개발한 QuSpin Zero-Field Magnetometers (QZFM) 방식의 원자 자력계 (atomic magnetometers)는 지구 자기장의 수백만분의 1 수준인 파리지옥 (대략 0.5 picotesla)의 자기장도 감지할 수 있습니다. 이는 서치라이트 옆의 반딧불의 밝기를 측정하는 수준입니다. 과거 이런 수준의 자기장을 감지하기 위해서는 초전도 양자 간섭기 자력계 superconducting-quantum-interference-device (SQUID) magnetometer 같은 매우 복잡한 장치가 필요해서 사실상 실용성이 떨어진 반면 연구팀의 기술은 훨씬 기술적 접근성이 높다고 하네요.

이 기술은 앞으로 미약한 자기장을 생성하는 동식물의 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있습니다. 아무튼 식물의 생체 자기장까지 검출이 가능하다는 점이 놀랍습니다.

참고

Anne Fabricant et al. Action potentials induce biomagnetic fields in carnivorous Venus flytrap plants, Scientific Reports (2021). DOI: 10.1038/s41598-021-81114-w

https://phys.org/news/2021-02-venus-flytraps-magnetic-fields.html

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