처음 *아바타*를 봤을 때, 판도라 행성에 있는 거대하고 빛나는 영혼의 나무 이미지가 제게 강렬한 인상을 남겼고, 그 인상은 지금까지도 생생하게 남아 있습니다.
이제 한때 공상 과학 영화의 영역에만 국한되었던 시나리오가 현실이 되었습니다.
최근 한 중국 생명공학 회사가 반딧불이와 발광 버섯의 생물 발광 유전자를 식물 유전체에 성공적으로 삽입하여 어둠 속에서 가시광선을 방출할 수 있는 유전자 변형 식물을 재배했습니다.
현재 이 기술은 난초, 해바라기, 국화 등 20여 종 이상의 식물과 꽃에 적용되었으며, 2026년 중관춘 포럼에서 큰 주목을 받으며 데뷔했습니다.
**식물에 발광 시스템을 장착하기**
보도에 따르면, 스스로 빛을 내는 이 식물을 재배하게 된 영감은 회사 설립자가 시골에서 보낸 어린 시절의 경험에서 비롯되었다고 합니다.
저는 시골 마을에서 태어났어요. 그때는 꽤 가난해서 밤에는 할아버지 댁 대나무 숲에 있는 해먹에 누워서 더위를 식히곤 했죠. 반딧불이가 제 팔에 자주 앉으면 저는 그 작고 빛나는 곤충들을 유심히 관찰하곤 했어요.
수년 후, 유전학 연구를 진행하던 중 그는 반딧불이의 생물발광 유전자를 해바라기에 이식하는 아이디어를 문득 떠올렸습니다.
그의 생각은 간단했다. 만약 식물이 밤에 빛을 낼 수 있다면, 전기가 필요 없이 도시를 밝히는 가로등 역할을 할 수 있을 뿐 아니라, 도시 경관 속에서 치유의 존재로 작용할 수 있다는 것이었다.
그 결과, 그는 팀을 구성하여 생물 발광 식물에 대한 연구를 시작했습니다.
이 꽃들이 스스로 빛을 내는 원리는 반딧불이와 동일한 생물발광입니다. 반딧불이와 생물발광균류는 모두 루시페라제라는 효소가 특정 발광 분자에 작용하여 가시광선을 방출하는 원리를 이용합니다. 이 변환 과정은 거의 100% 효율적이며, 전구와 달리 열을 발생시키지 않아 차가운 빛, 즉 '차가운 빛'을 만들어냅니다.
연구진은 이러한 화학 반응을 담당하는 특정 유전자 서열을 성공적으로 분리해냈습니다. 유전자 편집 기술을 이용하여 이 유전자들을 식물 게놈에 통합함으로써, 한밤중에도 찬란하게 빛나는 꽃을 만들어낼 수 있었습니다.
생물발광 버섯 (버섯목, 균사과)
이 기술을 이용해 재배한 생물 발광 꽃은 특별한 관리나 외부 광원이 필요하지 않습니다. 꽃은 오로지 자체적인 생물학적 메커니즘에 의존하여 빛을 내며, 생애 주기 전체에 걸쳐 지속적으로 빛을 발합니다.
이러한 생물발광 특성은 유전자 통합의 산물이므로 유전됩니다. 이러한 생물을 '안정적으로 변형된 생물발광 식물'이라고 합니다(이에 대한 설명은 본문 끝부분에서 확인할 수 있습니다).
굳이 단점을 꼽자면, 현재 이러한 생물 발광 식물들은 색깔의 다양성이 부족하다는 점입니다. 대부분은 은은하게 빛나는 녹색 빛만 낼 수 있습니다.
다채로운 빛을 내는 다육식물
2025년 8월 27일, 중국 과학자들은 학술지 *물질*에 햇빛에 노출되는 것만으로 에너지를 충전할 수 있는 최초의 다채로운 색깔의 다육식물을 만드는 데 성공했다는 논문을 발표했습니다.
앞서 언급한 생물 발광 꽃과는 달리, 이 빛나는 다육식물은 유전자 조작을 거치지 않았습니다.
이 식물들이 빛을 내는 능력은 연구원들이 식물의 잎에 미크론 크기의 발광 입자를 주입한 데서 비롯됩니다.
이 잔광 입자(지속 발광 나노 입자라고도 함)는 외부 광원으로부터 에너지를 저장할 수 있는 독특한 특성을 지니고 있습니다. 외부 광원이 제거된 후에도 이 입자들은 지속적인 발광을 합니다. 많은 야광 장난감들이 바로 이 원리를 이용합니다. 다양한 화학 원소와 물질로 구성된 잔광 입자는 여러 가지 색깔의 빛을 낼 수 있습니다.
빛나는 식물 벽
연구진은 다육식물이 발산하는 빛이 균일하고 밝도록 하기 위해 흔히 실내에서 재배되는 다육식물인 에케베리아를 연구 대상으로 선정했습니다. 각 잎에 야광 입자를 주입한 후, 식물을 햇빛에 단 몇 분 동안 노출시켰습니다. 그 결과, 식물은 최대 두 시간 동안 계속해서 빛을 발했습니다.
과학자들은 또한 직경이 약 7마이크로미터인 입자를 사용하는 것이 나노미터 크기의 입자를 사용하는 것보다 더 나은 결과, 특히 더 밝은 빛을 얻을 수 있다는 것을 발견했습니다.
밝기 수준을 테스트하기 위해 과학자들은 변형된 다육식물 56개를 일렬로 배열한 녹색 벽을 만들었습니다. 완전한 어둠 속에서 이 식물들이 만들어내는 빛은 사람이 바로 앞에 놓인 글자와 이미지를 선명하게 식별할 수 있을 만큼 충분했습니다.
오랜 시간 동안 빛이 약해지면 식물을 다시 햇빛에 노출시키기만 하면 에너지를 재충전하여 다시 빛을 발합니다. 이러한 특성 덕분에 특히 생산 비용이 저렴하여 가정용 야간 조명으로 사용하기에 매우 적합합니다.
반딧불이 페튜니아
결론적으로:
사실, 반딧불이에서 추출한 생물발광 유전자를 이용해 식물을 유전자 변형하는 개념은 완전히 새로운 것은 아닙니다. 미국에서도 이와 유사한 연구가 이미 진행된 바 있습니다.
2024년, 미국의 한 회사가 반딧불이 페튜니아를 개발하는 데 성공했습니다. 자세히 알아보니, 도자기 화분에 담긴 발광 페튜니아 한 포기의 가격은 39.99달러였고, 대량 구매 시에는 단가가 할인되었습니다.
중국에서 재배되는 발광 식물과 관련하여, 한때 잠깐 동안만 빛을 내는 일시 발광 해바라기가 5개 묶음에 89.9위안에 시험 판매된 적이 있으나, 현재는 더 이상 구매할 수 없습니다.
이 글 서두에 소개된 '지속적으로 발광하는 식물'은 아직 상용화되지는 않았지만, 일부 공공 공원의 조경 디자인에 활용하기 위한 계획이 현재 진행 중입니다. 일시적으로 발광하는 식물과 지속적으로 발광하는 식물 모두 유전자 공학의 산물이며, 각각 다른 두 가지 기술적 접근 방식을 활용합니다.
주된 차이점은 발광 지속 시간에 있습니다. 안정적으로 발광하는 식물은 훨씬 더 긴 기간 동안, 잠재적으로 생애 주기 전체에 걸쳐 빛을 발하며, 이러한 발광 특성은 유전됩니다. 반면, 일시적으로 발광하는 식물은 일반적으로 5~7일 동안만 빛을 발하며, 이 특성은 다음 세대로 전달되지 않습니다.
(일시적 발광 식물에서는 발광을 담당하는 외래 유전자가 식물 세포에 직접 도입되지만 식물 고유의 유전체와 완벽하게 통합되지 않아 해당 형질이 안정적으로 유전되지 않습니다. 반대로, 안정적 발광 식물에서는 외래 유전자가 성공적으로 접합되어 식물 고유의 유전 물질에 통합됩니다.)
잠재적 응용 시나리오를 보여주는 다이어그램
현재의 기술력을 고려할 때, 발광 식물을 가로등으로 활용하는 것은 매우 유망해 보인다.
발광 식물의 밝기는 아직 기존 가로등에 미치지 못하지만, 과도한 빛 공해가 바람직하지 않은 지역이나 공원과 같이 미적으로 민감한 환경 등 기존 조명이 적합하지 않은 특정 장소에 훌륭한 대안이 될 수 있습니다.
하지만 대규모 배포에 앞서 다음과 같은 몇 가지 실질적인 문제에 주의를 기울여야 합니다.
야행성 곤충들은 이 빛나는 식물들을 만났을 때 어떤 반응을 보일까요?
이 발광 식물의 유전자가 유전자 변형되었다는 점을 고려할 때, 이러한 변형된 유전자가 야생으로 유출되어 잠재적으로 새롭고 특이한 생물체를 발생시킬 위험이 있을까요?
