학문
밤하늘의오로라
선인장과 같은 다육식물의 광합성 수행 시 이점은?
안녕하세요. 사막과 같은 건조한 환경에 사는 선인장과 같은 다육식물은 잎 대신 줄기에서 광합성을 수행하는 경우가 많은데, 이러한 형태적 적응은 수분 손실을 줄이는 데 어떤 구조적, 기능적 이점을 가지나요?
3개의 답변이 있어요!
사막의 다육식물은 수분 손실을 최소화하기 위해 줄기 중심의 구조적, 기능적 형태를 이룬 것입니다.
말씀하신 선인장이라면 잎을 가시로 퇴화시켜 수분이 증발할 면적을 극단적으로 줄이고, 광합성 기능을 줄기로 옮겨 부피 대비 표면적을 낮췄습니다. 또한 줄기 표면을 두꺼운 왁스질의 큐티클 층으로 덮어 체내 수분이 외부로 빠져나가는 것을 물리적으로 차단했죠. 거기에 줄기 내부에 다량의 물을 저장할 수 있는 특수한 점액질 조직을 발달시켜 물을 저장했습니다.
특히 말씀하신 CAM 광합성은 뜨거운 낮에는 기공을 닫아 수분 증발을 막고, 선선한 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하는 전략을 취했는데, 밤에 흡수한 이산화탄소를 산 형태로 저장했다가 낮에 햇빛을 이용해 줄기 내부에서 광합성을 완진행함으로 수분 소모를 다른 식물의 10% 수준으로 줄인 것입니다.
결론적으로 몸의 형태도 그렇지만, 광합성 역시 수분의 손실으 최대한으로 줄여 사막에서 살아남을 수 있는 이점을 가진 것입니다.
건조한 환경에 서식하는 다육식물은 기공의 수를 줄이고 표면적을 최소화한 줄기 구조를 통해 증산 작용에 의한 수분 손실을 억제하는 구조적 이점을 가집니다. 일반적인 식물과 달리 잎을 가시로 퇴화시켜 수분 증발 면적을 극단적으로 차단하며 비후해진 줄기에 대량의 수분을 저장함으로써 장기적인 가뭄 상태에서도 생존에 필요한 대사 기능을 유지할 수 있습니다. 기능적으로는 기온이 낮은 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하고 유기산 형태로 저장했다가 낮에 광합성을 진행하는 캠(CAM) 광합성 경로를 채택하여 수분 효율성을 극대화합니다. 이러한 적응은 낮 시간의 강한 일사량에 노출되는 기공의 개방 시간을 최소화함으로써 고온 건조한 사막 기후에서 생존력을 높이는 핵심적인 전략입니다.
안녕하세요.
선인장과 같은 다육식물이 잎 대신 줄기에서 광합성을 수행하는 것은 사막과 같은 고온 건조 환경에서 물 손실을 최소화하면서도 광합성 효율을 유지하기 위한 적응의 결과입니다. 일반적인 식물에서 잎은 넓은 표면적을 통해 빛을 효율적으로 흡수할 수 있지만, 동시에 증산을 통한 수분 손실이 매우 큽니다. 사막 환경에서는 이 넓은 표면적 자체가 치명적인 약점이 되기 때문에, 선인장류는 잎을 거의 완전히 퇴화시켜 가시로 전환했는데요 가시는 광합성 기능을 잃는 대신 표면적을 극단적으로 줄여 증산을 최소화하고, 일부 종에서는 그늘을 만들어 줄기 표면의 온도를 낮추거나 초식동물로부터 보호하는 역할까지 수행합니다. 그 결과 광합성 기능은 잎이 아니라 줄기가 대신 맡게 된 것입니다.
기능적 측면에서 가장 중요한 적응은 CAM 광합성 방식을 택한 것입니다. 일반적인 식물은 낮 동안 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하지만, 선인장과 같은 다육식물은 낮의 극심한 고온과 건조를 피하기 위해 밤에 기공을 열어 CO₂를 흡수합니다. 이때 흡수된 CO₂는 말산 형태로 저장되었다가, 낮 동안 기공을 닫은 상태에서 광합성에 사용되며 이 과정은 수분 손실이 가장 적은 시간대에 기체 교환을 집중시킴으로써, 물 1분자당 고정할 수 있는 탄소의 양을 극대화하는 전략이라고 볼 수 있습니다. 감사합니다.