유전자 변형 숲의 등장

유전자 변형 숲의 등장

대학생신재생에너지기자단 22기 유현서

 

[인간의 욕심으로 위기를 맞은 생태계]

숲은 생태계의 서식지이자 중요한 탄소흡수원이다. 그러나 지구 기온이 산업화 이전과 비교해 1.2℃ 상승했을 뿐 아니라 탄소흡수원인 나무들을 무분별하게 베어 가는 인간들의 이기적인 행동으로 인해 산림이 파괴되고 있다. 산림 파괴가 기후 위기를 악화시킨다는 사실은 누구나 아는 사실이다. 탄소를 배출하는 원인이 있다면, 이를 흡수하는 요인도 분명히 있을 것이다. 바로 숲과 바다가 탄소 배출의 주요 흡수원인데, 숲이 점점 우리로 인해 망가지고 있다.

[자료1. 탄소를 흡수하지 못하는 아마존 숲]

출처: 이미지 투데이

브라질의 아마존 숲이 더 이상 지구의 허파로서 기능을 하지 못하고 있다고 밝혀졌다. 브라질 캄피나스대, 아마존 환경연구소 등 35명의 과학자로 이루어진 국제공동연구팀이 2001~2018년 수집된 아마존 숲을 분석한 결과, 인간의 영향으로 제 기능을 하지 못하는 토양이 250만 ㎢으로, 이는 아마존 전체 면적의 38%에 달한다. 또한 2019년 기준 산불, 개간으로 인해 나타나는 산림파괴 면적이 이전 2년에 비해 4배 가까이 증가했고, 이는 무려 400억 톤에 이른다.

지구 생태계의 중심을 맡은 아마존이 이산화탄소 굴뚝으로 바뀐 것이라면, 다른 숲들은 되돌릴 수 없는 지경으로 갔을지도 모른다. 이러한 상황으로 인해 각국의 정부 및 단체들은 생태계 복원 및 기후 위기에 대응하는 자세를 적극적으로 취하고 있다. 그 중 유전자 변형 식물 및 작물을 개발해 식량위기와 동시에 숲을 살리겠다는 해결책이 떠오르고 있다. 오늘은 유전자 변형 나무가 생태계 복원에 도움이 될지 알아보려고 한다.

 

[유전자 변형 나무의 사례]

나무는 이산화탄소를 흡수해 바이오매스 형태로 저장하기 때문에, 기후변화를 완화하는 중요한 수단으로 여겨진다. 이에 공기 중의 탄소를 더욱 많이 흡수시키기 위해 세계 각국에서 생명공학 연구를 진행 중이다. 생명공학기술은 형질과 관련된 유전자를 직접 제어하는 방식으로 이산화탄소 감축을 위한 육종 전략을 제공한다. 또한 형질 개량을 통해 기후 위기 대응에 이바지할 수 있다. 다음은 유전자 변형 식물들의 예시이다.

1. GM 유칼립투스

[자료2. 유전자 변형된 GM유칼립투스]

출처: EurekAlert!

브라질의 FuturaGene 사는 성장 속도를 증가시킨 GM 유칼립투스를 개발했다. 일반 유칼립투스는 7년 정도 자라야 벌채가 가능하지만, GM 유칼립투스는 5년 반 만에 가능하다. 바이오매스 생산량이 20-30% 이상 증가하면서, 해당사가 개발한 GM 유칼립투스는 상업화를 승인받았다.

또한 유칼립투스의 유전자 변형을 통해 토착 생태계 침략을 막을 수 있도록 개발한 사례가 있다.  CRISPR Cas9 유전자 편집 기술을 활용해 꽃 생성에 필요한 유전자를 거의 100% 효율로 제거한 것이다. 이는 나무의 성장이나 형태에 부정적인 영향은 발견되지 않았고, 오직 꽃 생성 유전자만을 제거하는 연구에 성공한 사례이다.

2. 백색증 포플러

[자료3. 유전자 가위기술을 적용한 백색증 포플러]

출처: 산림청

국립산림과학원 연구진은 식물에서 엽록소 생합성에 관여하는 피토엔 불포화화효소 3와 유사한 유전자를 포플러 나무에서 유전자가위로 교정했고, 결과적으로 엽록소가 합성되지 않는 백색증 포플러 나무를 만들었다. 유전자가위 기술을 적용하면 환경 스트레스를 견디는 품종이나 목재 내 성분 변화를 유도하는 등 새로운 유전적 특성을 가진 나무를 만들 수 있다.

현재 미국과 중국 등 유전자 교정 연구를 주도하고 있는 나라에서 이미 나무에 대한 유전자 변형을 시도하고, 실제로 적용하고 있는 사례가 보고되고 있다. 그러나 아직까지 유전자 변형 나무의 안정성이 확실하지 않아 자연에 자유롭게 방출하지는 못하고, 연구실이나 상업용 과수원에 심고 있다. 이러한 상황 속에서 미국 조지아주에서는 유전자 변형 나무를 실제로 숲에 심었다. 이에 대한 시각이 엇갈리고 있는데, 과연 ‘유전자 변형 숲’은 미래를 바라보았을 때 긍정적인 시도일까, 부정적인 시도일까? 

 

[미국의 유전자 변형 숲]

[자료4. 유전자 변형(GM) 포플러 나무]

출처: ChosunBiz

최근 기후 위기의 심각성이 대두되면서 탄소를 기존보다 더 많이 흡수하는 유전자 변형 나무가 해결책으로 떠오르고 있다. 기존에는 나무 심기에 주목했다면, 리빙카본이라는 미국 기후 테크 기업은 나무 자체의 탄소 격리 ‘효율성’을 연구했다.

유전자 변형 포플러 나무가 탄소를 더 많이 흡수할 수 있는 이유는 무엇일까? 이를 알기 위해서는 나무의 탄소 격리 과정을 이해해야 한다.

[자료5. 나무의 탄소격리 과정]

출처: greenium

나무는 광합성 작용을 통해 이산화탄소를 포도당으로 전환하는데, 이 과정에서 루비스코(RuBisCo)라는 효소가 이 작용을 담당한다. 생물권 대부분의 유기탄소는 루비스코 효소를 거쳐 만들어진다고 보면 되는데, 문제는 루비스코 효소가 대기 중의 산소를 통해 독성 부산물을 만들어낸다는 것이다. 이 부산물을 처리하기 위해 광호흡 과정을 거치고, 이 과정에서 이산화탄소가 배출된다.

결국 리빙카본은 나무 광합성 과정의 비효율성에 관점을 둔 것이다. 유전자 총 기술을 이용해 나무의 광호흡을 제어하는 유전자 발현을 만들었고, 나무가 에너지를 덜 사용하도록 유전자를 편집했다. 이 때문에 나무는 에너지를 잃지 않고 탄소를 더 많이 보유하게 되는 것이다. 리빙카본의 유전자 변형 포플러 나무는 지상 유기물질이 기존보다 50% 이상 더 많고, 1.5배 이상 더 빨리 성장하면서 탄소를 격리시킬 수 있다.

[자료6. 미국 테일러 야드를 복구하기 위해 심어진 리빙카본 묘목들]

출처: greenium

 

[유전자 변형 숲의 엇갈린 시각]

유전자 변형 나무의 긍정적인 점은 공기 중의 탄소를 더 많이 제거함으로써 기후 위기에 이바지할 수 있고, 생명공학 연구에서 환경에 대한 시각을 넓혀 주는 것이다. 또한 탄소의 포집을 넘어서 격리, 저장을 강화하는 연구를 하고 있는데, 이는 공기뿐 아니라 토양의 금속을 정화하는 효과도 있다. 결국 GM 나무는 환경에 크게 이바지하는 것이다.

그러면 생명공학에서는 나무 연구를 진행하면 될 텐데, 왜 쉽사리 진행하지 못하는 것일까? 첫 번째, 당국의 규제 때문이다. 나무는 생태계에 미치는 영향력이 크기 때문에 더 엄격한 잣대를 적용하고 있다. 유전자 변형 작물도 제초제에 내성이 생긴 슈퍼잡초를 죽이기 위해 제초제를 많이 치는 것과 같이 악순환이 발생하고 있는데, 유전자 변형 나무도 이러한 순환이 생길 수 있다는 당국의 입장이다. 둘째, 생태계의 교란이다. 유전자 변형 나무를 자연에 심게 되면 생명 다양성이 파괴되고, 결국에는 생태계에 혼란이 올 수 있다.

GM 숲을 두고 아직까지 양측의 주장은 팽팽하다. 지구 환경을 해결할 ‘제2의 녹색혁명’이기도 하지만, 한편으로는 아직까지 안정성이 입증되지 않았으니 생산의 자제가 필요하다는 것이다. 유전자 기술이 처음 나왔을 때도 대립되는 의견이 팽팽했지만, 결국에는 상용화가 되면서 식량위기를 해결해 나가고 있다. 생명공학 연구를 통해 장점은 극대화하고 단점은 없애 나가면, 나중에는 분명 기후 위기를 해결할 수 있는 유전자 변형 숲이 넓어질 수 있으리라 믿는다. 

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유전자 기술에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

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참고문헌

[인간의 욕심으로 위기를 맞은 생태계]

1) 국립생태원, “[내.지.구] 생태계 기후위기 대응전략 연구 끝판왕의 등장!”, 네이버 블로그, 2021.11.25, https://blog.naver.com/nie_korea/222577386965

2) 사이드뷰, “아마존이 ‘이산화 굴뚝’으로 바뀐 이유”, 네이버 포스트, 2021.05.03, https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=31409372&memberNo=40708925&vType=VERTICAL

3) 이영애, “아마존 숲 3분의 1,숲 기능 잃어…복원력 임계점 도달”, 2023.01.27, 동아사이언스, https://www.dongascience.com/news.php?idx=58227

[유전자 변형 식물의 사례]

1) 김문섭, “유전자 가위로 싹둑, 맞춤형 나무 시대 온다”, 산림청 서부지방산림청, 2020.10.26, https://west.forest.go.kr/kfsweb/cop/bbs/selectBoardArticle.donttId=3150497&bbsId=BBSMSTR_1036&mn=UWST_03_02

2) 국립산림과학원, “[국립산림과학원 지금] 유전자 가위로 싹둑, 맞춤형 나무 시대 온다”, 네이버 블로그, 2020.10.26, https://blog.naver.com/kfri9612/222126576781

3) 오민지, “GM나무를 소개합니다! – 만화로 알아보는 GM나무 이야기”, 네이버 블로그, 2020.12.28, https://blog.naver.com/lmoman/222182594099

4) Steve Strauss, “Eucalyptus trees can be genetically modified not to invade native ecosystems”, EureAlert!, https://www.eurekalert.org/news-releases/577345

[미국의 유전자 변형 숲]

1) 김형근, “‘탄소 저장하는 나무’ 만들어 온난화 막는다”, NewsQuest, 2022.07.15, https://www.newsquest.co.kr/news/articleView.html?idxno=98755

2) 고래, “시급해진 기후변화 대응, ‘더 빨리’ 이산화탄소를 흡수하는 나무가 있다면?”, greenium, 2022.07.20, https://greenium.kr/%EA%B8%B0%ED%9B%84%EB%B3%80%ED%99%94%ED%85%8C%ED%81%AC%ED%83%84%EC%86%8C%ED%9D%A1%EC%88%98%EC%9C%A0%EC%A0%84%EC%9E%90%ED%8E%B8%EC%A7%91-%EB%82%98%EB%AC%B4/

3) 곽노필, “탄소 포집하는 유전자변형 나무 숲이 등장했다”, 한겨레, 2023.02.28, https://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/1081517.html

4) 디에고 곤자가 그린피스 인터내셔널 콘텐츠 작가, “기후위기에 맞서기 위해 건강한 숲이 꼭 필요한 이유”, 그린피스 서울사무소, 2022.02.23, https://brunch.co.kr/@greenpeacekorea/444

5) 홍아름, “美 조지아에 유전자 변형 나무 숲 첫 조성...‘기후변화 대응’ vs ‘생태계 교란’ 엇갈린 시선”, ChosunBiz, 2023.02.17, https://n.news.naver.com/mnews/article/366/0000878484?sid=105

6) Dr. Matin Qaim, “Genetic engineering can have a positive effect on the climate”, UNI BONN, 2022.02.08, https://www.uni-bonn.de/en/news/023-2022