벤슨의 실험

요약 1949년 벤슨(Andrew A. Benson)이 한 실험이다. 이 실험을 통해 광합성(photosynthesis)은 빛을 필요로 하는 명반응(light-dependent reaction)과 이산화탄소를 필요로 하는 암반응(photosynthetic reaction)이 각기 존재 한다는 것을 밝혔다.

배경

광합성의 과정은 크게 두 단계로 나눌 수 있다. 첫번째가 빛을 필요로 하는 명반응이고 두번째가 이산화탄소를 필요로 하는 암반응이다. 명반응은 (chlorophyll)나 다른 색소들이 흡수한 태양에너지를 로 전환하는 과정이다. 명반응의 결과 와 NADPH2가 만들어지고, 명반응 다음에 일어나는 암반응에서는 ATP와 NADPH2와 더불어 이산화탄소에 들어있는 탄소를 이용하여 포도당(glucose)을 합성한다. 벤슨이 이 실험을 할 당시의 과학자들은 광합성에 빛과 이산화탄소가 필요하다는 것을 알고 있었다. 하지만 위와 같이 빛과 이산화탄소가 어떤 방식으로, 어떤 순서로 이용되는가는 정확히 알지 못했다.


벤슨의 실험
벤슨은 식물을 다음과 같은 환경에 순차적으로 처리하였다.
(1) 이산화탄소는 있지만 빛이 없는 상태
(2) 빛은 있지만 이산화탄소가 없는 상태
(3) 이산화탄소는 있지만 빛이 없는 상태

그리고 각각의 처리를 하는 동안 식물이 광합성을 하는지 살펴 보았다. (1)과정에서 광합성은 일어나지 않았다. 광합성에 빛이 필요하다는 것을 생각하면 당연한 결과라고 생각할 수 있다. (2)과정에서 광합성은 일어나지 않았다. 역시 광합성에 이산화탄소가 필요하다는 것을 생각하면 이것 역시 당연한 결과라고 생각할 수 있다. 하지만 (3)의 경우 빛이 없음에도 불구하고 광합성이 일어났다. 하지만 광합성이 계속 일어나지는 않았고 어느 정도 일어나다가 멈추었다.

이 결과에서 몇 가지 결론을 내릴 수 있다.
1. 빛과 이산화탄소는 광합성에 필수적이지만 이 두가지 요소가 반드시 동시에 존재하지 않더라도 광합성은 일어날 수 있다는 것이다. 즉 빛을 사용하는 단계(명반응)와 이산화탄소를 사용하는 단계(암반응)로 나누어 생각할 수 있다.
2. 또한 이 두 단계는 순차적으로 일어나는데, 명반응이 암반응보다 먼저 일어난다. 만약 순서가 중요하지 않거나 암반응이 먼저라면 (2)의 경우 광합성이 일어나야 한다.
3. (3)의 경우 광합성이 계속 일어나지 못했다는 점에서 암반응에는 계속적인 명반응이 필요하다는 것을 생각할 수 있다. 그래서 벤슨은 (3)의 경우를 이산화탄소와 빛이 모두 있는 상태로 바꾸어 보았으며, 이 경우 광합성이 계속 일어났다. 즉 빛이 주어지기 때문에 명반응이 계속 일어나고 따라서 명반응의 산물을 사용하는 암반응 또한 계속 일어난다고 생각할 수 있다.

이와 같은 실험으로 벤슨은 광합성이 빛을 사용하는 단계와 이산화탄소를 사용하는 두 단계로 구분될 수 있으며, 빛을 사용하는 단계가 먼저 일어난다는 것을 알아내었다.