식량위기의 해법은 우주에… 세계 각국, 미래작물 재배 연구 활발

변화하는 환경에 적응할 작물 발굴… 우주에서 실험해 농업 생산성 확대
우주정거장서 질소 고정 운동 실험
생산성 높이고 미세먼지 저감 기대
달에서 가져온 흙에 식물 기르기도

우주 환경에서 콩의 작물 생산성을 높이는 연구를 진행 중인 람혼밍 홍콩중문대 교수. 홍콩중문대 제공

우주 공간이 농업 생산성을 높이기 위한 연구의 새로운 무대로 떠오르고 있다. 우주 연구를 통해 기후변화 등으로 갈수록 척박해질 지구 환경에 적응할 새로운 성질의 작물을 발견할 것이란 관측도 나온다. 세계 각국의 우주 진출이 활발해지며 우주를 무대로 한 농생명 연구가 앞으로 더욱 활발해질 것으로 전망된다.

● 작물 생산성 높이고 미세먼지 줄이는 방법 발굴

25일 과학계에 따르면 세계 각국은 지구와 대기 성분 및 토양 환경이 다른 우주에서 작물의 생장력을 높일 수 있는 요인을 분석하는 연구를 활발히 진행 중이다. 지난달 우주로 발사된 중국의 화물우주선 톈저우 6호에는 질소 고정 운동을 일으켜 콩에서 아미노산 생산을 유도하는 박테리아인 ‘리조비아’가 실렸다. 질소 고정 운동은 공기 중에 담긴 질소를 콩에 필요한 영양분인 화합물로 전환하는 작용을 의미한다.

이번 프로젝트를 주도하는 람혼밍 홍콩중문대 교수에 따르면 우주로 쏘아 올려진 리조비아는 6∼8개월 동안 우주정거장에서 실험을 거칠 예정이다. 구체적으로는 리조비아가 질소를 고정하는 과정에서 질소를 영양분으로 충분히 전환하려면 콩에 어떤 유전적 변형이 필요한지 확인할 계획이다.

람 교수는 “만일 리조비아에 감염된 콩이 척박한 우주 환경에서 유전적으로 변이돼 새로운 토양 환경에 적응한다면 지구에선 더 뛰어난 자생 능력을 보이게 될 것”이라고 말했다. 이어 “리조비아가 질소를 영양분으로 전환하는 자세한 원리와 유전적 변이 조건이 규명되면 다른 농산물의 생산성을 향상하는 연구에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이 연구는 리조비아가 질소를 영양분으로 전환하면서 발생하는 이산화탄소(CO)와 초미세먼지(PM2.5)를 줄일 수 있는 단서를 찾는 데도 도움이 될 것으로 전망된다. 연구팀은 “이번 연구가 기후변화로 인한 작물 생산량 감소에 대비해 지구에서 농업 생산성을 높일 수 있는 기술 개발로 이어질 것”이라고 기대했다.

● 미션 수행 우주인 위한 작물 연구도 활발

우주 환경에서의 실험을 앞두고 지상 연구소에서 재배되고 있는 토마토. 미국항공우주국(NASA) 제공

미국은 우주에서 작물의 생장을 관찰하는 연구를 진행하고 있다. 2020년 우주로 떠난 미국항공우주국(NASA)의 무인우주선 X-37B에는 상추, 토마토, 무, 양파, 오이 등 11개 작물의 씨앗이 실렸다. 우주방사선 환경이 작물에 미치는 영향을 살피는 연구를 하기 위해서다.

이 씨앗들은 우주선 내부 시설에서 심어진 뒤 28∼90일 후에 수확됐다. X-37B는 지난해 12월 908일간의 임무를 수행한 뒤 지구로 복귀했다. 현재 X-37B가 갖고 돌아온 작물들에 대한 분석이 이뤄지고 있다.

연구팀은 우주에서 발아한 식물이 지구에서 발아한 식물과 비교해 생존 가능성, 발아 속도, 발육 이상, 분자 변화에서 어떤 차이가 있는지 확인할 계획이다. NASA는 우주 환경에 노출된 작물의 연구가 향후 우주 탐사 과정에서 식량으로 사용될 작물의 재배법을 연구하는 데에도 도움이 될 것으로 봤다. 영양분이 충분하지 않은 지구 환경을 견딜 수 있는 작물을 개발하는 데에도 참고가 될 것으로 기대했다.

● 달에서 갖고 온 토양으로 식물 재배 실험도

우주 토양에서 직접 작물을 재배하는 연구도 시도됐다. 지난해 미국 플로리다대 연구팀은 달에서 가져온 토양 ‘레골리스’에서 십자화과 식물인 애기장대를 발아시키는 데 성공했다. 애기장대는 염기서열 등 게놈(유전체)이 완전하게 밝혀진 최초의 식물로 식물의 유전적 연구에 주로 사용된다.

분석 결과 레골리스에서 발아한 애기장대는 지구에서 발아한 애기장대에 비해 생장이 느렸다. 개체 간 성장 양상의 차이도 더 두드러졌다. 염분, 금속, 산화 작용 등에 대처하기 위해 유전적 변화를 일으키는 모습도 보였다. 연구팀은 “달 토양의 특수한 환경에서 얻은 스트레스에 적응하기 위한 작용으로 보인다”고 설명했다.

일본도 우주 토양에서 작물을 재배하는 연구를 진행 중이다. 지난해 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 민간 회사와 협업해 레골리스를 본뜬 토양에서 잎채소인 소송채를 길러내는 데 성공했다. JAXA는 이 밖에도 우주 농업에 활용될 수 있는 인공 토양을 제조하는 연구를 하고 있다.

박정연 동아사이언스 기자 hesse@donga.com