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바나나를좋아하는원숭이
식물은 어떤 방식으로 외부 자극을 인식하고 개체 전체에 정보를 전달하여 생존에 유리한 반응을 일으키나요?
안녕하세요. 식물은 같은 장소에 뿌리를 내리고 살아가는데도 계절 변화나 병해충의 공격을 감지하고 적절히 반응합니다. 이때 식물은 신경계가 없는데 어떤 방식으로 외부 자극을 인식하고 개체 전체에 정보를 전달하여 생존에 유리한 반응을 일으키는지 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
식물은 동물처럼 뇌나 신경계가 없지만, 다양한 외부 자극을 감지하고 정보를 개체 전체에 전달하는 정교한 시스템을 가지고 있는데요, 식물 세포에는 빛, 온도, 중력, 수분, 접촉, 병원균 등을 감지하는 수용체 단백질이 존재합니다. 예를 들어 식물은 빛의 파장과 방향을 감지하여 줄기를 햇빛 쪽으로 굽히고, 낮과 밤의 길이를 측정하여 꽃을 피울 시기를 결정합니다.
외부 자극이 감지되면 식물은 주로 호르몬과 전기 신호를 이용해 정보를 전달하는데요, 대표적인 식물 호르몬으로는 옥신, 지베렐린, 에틸렌, 앱시스산, 자스몬산 등이 있으며, 각각 성장 조절, 개화, 스트레스 대응, 방어 반응 등에 관여합니다. 예를 들어 잎이 곤충에게 갉아먹히면 손상 부위에서 자스몬산이 생성되어 다른 부위로 전달되고, 식물 전체가 방어 물질을 생산하도록 유도합니다. 또한 식물도 전기 신호를 이용하는데요, 벌레가 잎을 갉거나 상처가 생기면 세포막의 전위가 변하면서 전기적 신호가 식물체 내부를 따라 빠르게 전달됩니다. 이는 동물의 신경 신호와는 구조적으로 다르지만, 정보를 신속하게 전달한다는 점에서는 비슷한 역할을 합니다. 병해충 공격 시에는 휘발성 유기화합물을 공기 중으로 방출하는데요, 이 물질은 같은 식물의 다른 잎이나 주변 식물에게 위험 신호로 작용하여 방어 체계를 미리 활성화시킵니다. 일부 식물은 해충의 천적을 유인하는 물질을 방출하여 간접적으로 자신을 보호하기도 합니다. 감사합니다.
안녕하세요, 원숭이님. 이중철 전문가입니다.
짧은 답변 먼저 드리면, 식물은 신경계가 없어도 세포막의 수용체와 이온통로로 빛, 온도, 접촉, 상처, 병원체 신호를 감지하고, 그 정보를 칼슘 이온 신호, 전기 신호, 세포 간 통로, 식물 호르몬으로 몸 전체에 퍼뜨립니다. 그래서 식물은 움직이지 못해도 개화 시기 조절, 성장 방향 변경, 기공 조절, 방어물질 생산 같은 반응을 일으켜 생존 가능성을 높인답니다.
1. 식물은 무엇으로 자극을 느끼는 건가요?
식물은 세포 표면에 특정 자극을 받아들이는 수용체를 가지고 있으며, 식물 신호전달에서는 수용체 유사 키나아제 계열이 중요한 역할을 하는데요. 빛과 계절 변화는 파이토크롬 같은 광수용체와 생체시계를 통해 읽어내고, 낮의 길이와 온도 정보를 바탕으로 성장과 개화 시기를 조절합니다. 접촉이나 상처 같은 기계적 자극은 세포 내부 압력 변화와 막의 이온통로 변화로 감지될 수 있어요.
2. 감지한 정보는 어떻게 몸 전체로 퍼지는 건가요?
잎이 씹히거나 잘리면 세포 밖으로 나온 글루타메이트가 GLR 수용체를 자극하고, 그 결과 칼슘 이온 통로가 열리면서 칼슘 파동과 전기적 신호가 시작되는데요. 이 신호는 인접 세포를 잇는 원형질연락사와 세포 간 네트워크를 따라 퍼지며, 실제로 이런 장거리 경고 신호는 초속 약 1밀리미터 수준으로 전달된다고 보고되었어요. 즉 식물은 동물처럼 신경세포 한 줄로 정보를 보내는 방식이 아니라, 많은 세포가 함께 참여하는 분산형 통신망으로 정보를 공유하는 것이라고 할 수 있지요.
3. 신호가 도착하면 어떤 반응이 일어나는 건가요?
칼슘 신호가 지나간 자리에서는 자스몬산 같은 방어 호르몬이 만들어지고, 이 호르몬은 해충과 상처에 대응하는 유전자 발현을 킨답니다. 그 결과 세포벽을 더 단단하게 하거나, 단백질 분해효소 억제제 같은 방어 물질을 만들어 곤충이 먹고 소화하기 어렵게 하는데요. 병원체나 환경 스트레스 상황에서도 비슷한 원리로 유전자 발현, 생장 속도, 자원 배분이 바뀌어 살아남기에 유리한 방향으로 반응합니다.
4. 질문의 핵심을 한 줄로 정리하자면..
식물은 신경계가 없어서 둔한 생물이 아니라, 감지 장치와 전달 장치가 몸 전체에 퍼져 있는 생물에 가깝습니다.
따라서, 식물의 생존 전략은 자극 인식, 칼슘 및 전기 신호 확산, 호르몬 증폭, 유전자 반응의 네 단계가 연결된 체계라고 이해하시면 가장 정확하답니다. 예를 들어, 애벌레가 잎 하나를 갉아도 몇 분 안에 다른 잎들이 미리 방어 태세를 갖추는 것이 본 시스템의 대표 사례입니다.
정리하자면,
질문자님의 궁금증에 가장 직접적으로 답하면, 식물은 신경 대신 세포 전체에 퍼진 수용체, 이온 신호, 전기 신호, 호르몬 네트워크를 이용해 외부 자극을 인식하고 개체 전체에 정보를 전달한다고 보시면 됩니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
식물은 신경계는 없지만, 세포막의 수용체를 통해 빛이나 병충해 같은 외부 자극을 감지합니다.
만일 자극을 받게 되면 세포 내로 칼슘 이온이 유입되면서 동물의 신경계와 유사한 전기적 신호가 발생합니다. 이 전기 신호와 함께 재스몬산이나 살리실산 같은 방어 호르몬이 식물의 통로인 관다발을 통해 식물 전체에 빠르게 전달되죠.
그럼 신호를 받은 다른 잎들은 곤충의 소화를 방해하는 물질이나 독성을 만들어 방어 태세를 갖춥니다.
또한 계절의 변화는 빛을 감지하는 광수용체를 통해 인식하여 개화 시기나 낙엽 등의 생체 리듬을 조절합니다.
심지어 상처를 입으면 공기 중으로 휘발성 물질을 내보내 다른 식물에게 알리기도 하죠.
결과적으로 식물은 물화학적 신호와 호르몬, 그리고 관다발 네트워크를 나름의 신경망으로 사용하는 것입니다.