기본 콘텐츠로 건너뛰기

눈도 없는 식물이 주변 환경을 감지하고 경쟁하는 비결은?



 (The plant on the left is under standard growth light, while the plant on the right exhibits shade avoidance responses to shaded light. Credit: Mieke de Wit)

우리가 보기에는 식물은 그냥 그 자리에 가만히 평화롭게 있는 배경 같지만, 이들 역시 생물인 이상 자원을 차지하고 후손을 퍼트리기 위해 끊임없이 경쟁합니다. 특히 제자리에서 이동하기 어려운 만큼 조금이라도 빠르게 영양분과 햇빛을 차지하기 위해 치열한 경쟁을 벌입니다.

네덜란드 바헤닝언 대학 (Wageningen University)의 피에르 가우트라트 (Pierre Gautrat)과 롤랜드 피에릭 (Ronald Pierik, professor of molecular biology at Wageningen University & Research)은 식물이 햇빛과 영양분을 놓고 어떻게 경쟁을 조절하는지 연구했습니다.

일반적으로 너무 많은 식물이 한정된 장소에 있으면서 햇빛을 두고 경쟁하는 상황이 되면 식물들은 줄기를 키워 최대한 경쟁에서 이기기 위해 노력합니다. 하지만 다양한 환경에서 무조건 키를 키우는 것이 최선의 방책은 아닐 수 있습니다. 예를 들면 질소처럼 꼭 필요한 영양소가 부족한 상황에서 무리하게 키를 키우다가 결국 영양소가 떨어지면 생존이 어려울 수 있습니다.

연구팀은 눈도 없는 식물이 주변 환경을 감지하고 더 나아가 신경이나 뇌 없이 상황에 맞는 판단을 하는 기전을 연구했습니다. 식물이 주변에 햇빛을 두고 경쟁하는 다른 식물이 많다는 사실을 감지하는 역할은 빛에 민감한 색소인 파이토크롬 (light-sensitive pigment phytochrome)이 담당합니다.

파이토크롬은 적색 파장의 빛과 바로 그 옆에 있는 원적외선 (Far-red light)의 비율에 반응합니다. 경쟁이 심해서 햇빛을 받기 어려운 경우 원적외선의 비율이 높아지기 때문입니다. 하지만 앞서 말한 것처럼 빛이 모자란다고 마구 몸집을 키우면 낭패를 볼 수 있습니다.

이때 식물에게 영양분이 충분한지 알려주는 호르몬이 사이토키닌 (Cytokinin)입니다. 연구팀은 식물의 뿌리에서 생성되는 사이토키닌의 역할을 더 상세히 분석했습니다. 만약 질소가 풍부한 경우 식물은 뿌리에서 많은 양의 사이토키닌을 만들어 잎과 줄기로 신호를 보냅니다. 여기에 파이토크롬의 신호가 결합되면 식물이 키와 몸집을 키우면서 갑자기 성장하는 것입니다.


(The leaves of bean plants are constantly in motion, helping them to optimally position themselves for light capture. Leaf movements also help the model plant Arabidopsis to outgrow its competitors. Video credit: Ronald Pierik and Christa Testerink, https://plantmoves.nl)

연구팀은 영양분이 부족한 상황에서도 사이노키닌을 투여해 식물을 크게 성장하게 유도했습니다. 이 호르몬이 빛에 반응하는 식물의 경쟁 성장을 조절한다는 사실을 보여주는 셈입니다.

그냥 주변 환경에 맞춰 수동적으로 살아가는 것 같지만, 사실 식물 역시 치열한 경쟁을 벌이고 있고 주변 환경에 매우 능동적으로 대응하고 있습니다. 옆에서 보면 편해 보여도 막상 그 입장이 되면 쉽지 않은 건 자연계도 마찬가지일 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2024-10-mechanism.html

Pierre Gautrat et al, Phytochrome-dependent responsiveness to root-derived cytokinins enables coordinated elongation responses to combined light and nitrate cues, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52828-y

댓글

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

세상에서 가장 큰 벌

( Wallace's giant bee, the largest known bee species in the world, is four times larger than a European honeybee(Credit: Clay Bolt) ) (Photographer Clay Bolt snaps some of the first-ever shots of Wallace's giant bee in the wild(Credit: Simon Robson)  월리스의 거대 벌 (Wallace’s giant bee)로 알려진 Megachile pluto는 매우 거대한 인도네시아 벌로 세상에서 가장 거대한 말벌과도 경쟁할 수 있는 크기를 지니고 있습니다. 암컷의 경우 몸길이 3.8cm, 날개너비 6.35cm으로 알려진 벌 가운데 가장 거대하지만 수컷의 경우 이보다 작아서 몸길이가 2.3cm 정도입니다. 아무튼 일반 꿀벌의 4배가 넘는 몸길이를 지닌 거대 벌이라고 할 수 있습니다.   메가칠레는 1981년 몇 개의 표본이 발견된 이후 지금까지 추가 발견이 되지 않아 멸종되었다고 보는 과학자들도 있었습니다. 2018년에 eBay에 표본이 나왔지만, 언제 잡힌 것인지는 알 수 없었습니다. 사실 이 벌은 1858년 처음 발견된 이후 1981년에야 다시 발견되었을 만큼 찾기 어려운 희귀종입니다. 그런데 시드니 대학과 국제 야생 동물 보호 협회 (Global Wildlife Conservation)의 연구팀이 오랜 수색 끝에 2019년 인도네시아의 오지에서 메가칠레 암컷을 야생 상태에서 발견하는데 성공했습니다.   메가칠레 암컷은 특이하게도 살아있는 흰개미 둥지가 있는 나무에 둥지를 만들고 살아갑니다. 이들의 거대한 턱은 나무의 수지를 모아 둥지를 짓는데 유리합니다. 하지만 워낙 희귀종이라 이들의 생태에 대해서는 거의 알려진 바가 없습니다.  (동영상)...

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...