잡초로 오해받은 완두콩 뿌리혹, 곡물 발아를 깨우다

아일랜드 코크 해안의 소도시 킨세일에서 시작된 이 이야기는, 흔히 '식물의 병'으로 치부되던 것이 실은 오래된 자연의 협력관계였다는 데서 출발한다. 에머 히키는 어머니와 정원을 가꾸다 뽑아 올린 완두콩의 뿌리에서 창백한 사마귀 같은 혹들을 발견했다. 병든 것처럼 보였던 그 혹을 버리는 대신 학교로 가져가 교사에게 무엇이 잘못됐는지 물은 것이, 퇴비 더미로 갈 뻔한 식물을 과학의 출발점으로 바꿔놓았다.

돌아온 답은 '아무 문제 없다'였다. 그 혹은 뿌리혹(nodule)이었고, 안에는 리조비움(rhizobium)이라는 토양 세균이 살고 있었다. 콩과 식물은 이 질소고정 세균을 일부러 뿌리에 들여 공기 중 질소를 암모니아 형태로 받고, 그 대가로 당분을 내준다. 농업에서 가장 오래된 동반관계지만 동시에 가장 답답한 배제이기도 하다. 밀, 보리, 쌀 같은 세계 주식 곡물은 이 관계를 맺지 못하기 때문이다.

전문가가 닫아둔 문을 밀어본 실험

에머는 친구 시아라 저지, 소피 힐리토와 이 발견을 나눴다. 마침 이들의 지리 수업은 2011년 아프리카의 뿔 지역 기근을 배경으로 세계 식량 위기를 다루고 있었다. 세 사람은 수십억 달러 규모의 원조 프로그램이 매달린 질문에 도달했다. 곡물이 이 세균을 뿌리에 들일 수 없다면, 그럼에도 세균이 곡물에 도움을 줄 수는 없을까.

어른들의 조언은 부정적이었다. 리조비아의 효능은 콩과 식물의 것이며 곡물에는 영향이 없으리라는 것이 통념이었다. 당시 열네 살 무렵이던 세 사람은, 그 반론이 자신들이 시도하려는 규모에서 실제로 검증된 적은 없다고 판단하고 아무도 예상하지 못한 규모로 실험에 나섰다. 저지의 집 침실 하나를 실험실로 개조하고 배양 선반과 손으로 라벨을 붙인 시료, 직접 짠 대조군 체계를 갖춘 채, 곡물 씨앗을 리조비움 배양액에 담그고 발아 시간, 발아율, 유묘 성장, 건조 질량을 하나하나 측정했다.

씨앗이 통념을 무시했다

보리, 귀리, 밀을 대상으로 3년에 걸쳐 계절을 바꿔가며 실험을 반복해 약 1만 3,000개의 씨앗을 시험했고, 야외 포장 시험에서 수천 개를 더 다뤘다. 손으로 노트와 스프레드시트에 기록한 개별 측정값만 12만 건 수준이었다. 결과는 전문가 합의를 무시했다. 처리한 보리와 귀리는 훨씬 빠르고 안정적으로 발아해 발아율이 최대 50%까지 개선됐고, 그 앞선 출발은 이후로도 이어져 성장 시험에서 건조 질량이 최대 74%까지 늘었다. 세균이 보리에게 콩과 식물의 뿌리혹을 만들어주지는 못했지만, 씨앗 단계에서 전달된 이 결합 속의 무언가가 곡물을 일찍 깨워 더 튼튼하게 세상으로 내보낸 것이다.

아일랜드 과학계가 먼저 주목했다. 이 프로젝트는 2013년 BT 젊은 과학자 대회에서 우승하며 세 사람을 아일랜드 최고 청소년 과학상을 받은 최초의 여학생 팀으로 만들었고, 이어 EU 젊은 과학자 대회에서도 수상했다. 2014년 9월에는 캘리포니아 구글 본사에서 '세계 식량 위기와의 싸움: 곡물 성장 촉진제로서의 질소고정 세균'이 구글 사이언스 페어 대상을 차지하며 전 세계 수천 건의 출품작을 눌렀다. 시아라 저지는 타임지가 꼽은 세계에서 가장 영향력 있는 십대에 이름을 올렸다. 이들은 열여섯, 열일곱이었고, 대부분의 정원사라면 버렸을 식물에서 열네 살에 이 일을 시작했다.

실무적 함의와 정직한 각주

결과의 의미는 은근하지 않다. 발아는 농사에 매겨지는 조용한 세금이다. 더디게 싹트거나 아예 싹트지 않는 씨앗은 시즌이 시작되기도 전에 수확량을 갉아먹는다. 더 빠르고 균일한 출발은 생육 기간이 짧고 이윤 폭이 얇은 곳에서 가장 크게 작용한다. 합성 화학물질 없이 자연 발생 토양 세균에 기반한 종자 처리는 소농에게 잘 전달되는 저비용 도구다. 세 사람이 처음부터 식량 안보를 축으로 프로젝트를 짠 이유이며, 콩과를 넘어 질소고정 협력을 확장하려는 곡물·미생물 공학은 오늘날 농업 연구에서 가장 많은 자금이 몰리는 야심 중 하나로 자리 잡았다.

정직한 각주도 필요하다. 침실 연구는 아무리 규모가 컸어도 동료 심사를 거친 포장 프로그램이 아니며, '최대' 50%와 74%라는 수치는 평균이 아니라 상한값이다. 킨세일의 데이터에서 유래한 상용 제품은 아직 없다. 그럼에도 흔들리지 않는 것이 있다. 생물학의 문이 닫혀 있다는 말을 들은 세 십대가 문헌을 확인해 아무도 1만 3,000개의 씨앗과 3년의 인내로 밀어본 적이 없음을 발견하고 직접 밀어봤다는 사실이다. 병들어 보였던 것은 완두콩의 혹이 아니라 검증되지 않은 가정이었고, 그 치료는 버리려던 것에 대고 정확히 무엇이 잘못됐느냐고 물은 데서 시작됐다.