파인애플이 사용하는 CAM 광합성은 일반적인 식물의 광합성과 어떤 차이가 있을까요?

Question

안녕하세요. 파인애플과 같은 열대 과일 식물은 강한 햇빛과 높은 온도, 건조한 환경에 적응하기 위해 독특한 광합성 방식을 사용한다고 알려져 있습니다. 파인애플이 사용하는 CAM 광합성은 일반적인 식물의 광합성과 어떤 차이가 있을까요? 또한 이러한 방식이 물 손실을 줄이고 생존에 어떤 이점을 주는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 파인애플이 사용하는 CAM 광합성은 일반적인 식물의 광합성과 비교했을 때 기공을 여는 시간이 다른데요, 일반적인 식물은 낮에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하면서 광합성을 하지만, 파인애플은 낮에는 기공을 닫고 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수합니다. 이러한 방식은 덥고 건조한 환경에서 물을 최대한 아끼기 위해 진화한 적응 전략입니다. 일반적으로 대부분의 식물은 C3 광합성을 합니다. 낮 동안 기공을 열어 공기 중의 이산화탄소를 받아들이고, 빛을 이용해 광합성을 진행하여 포도당을 합성하는데요, 낮에는 햇빛이 강하고 기온이 높기 때문에 기공을 열어 두면 수증기가 함께 빠져나가 많은 물을 잃게 됩니다. 특히 건조한 지역에서는 이러한 물 손실이 식물의 생존에 큰 불리함이 됩니다.

반면 파인애플, 선인장, 용설란과 같은 CAM 식물은 이 문제를 해결하기 위해 밤에는 기온이 낮고 습도가 높아 증산작용이 적기 때문에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수합니다. 흡수한 이산화탄소는 즉시 광합성에 사용하지 않고 사과산과 같은 유기산의 형태로 액포에 저장하며, 낮이 되면 기공을 닫은 상태에서 저장해 두었던 사과산을 다시 분해하여 이산화탄소를 방출하고, 이를 이용해 광합성을 진행합니다. 즉, 이산화탄소의 흡수는 밤에, 광합성은 낮에 이루어지는 것이 CAM 광합성의 핵심입니다. 이러한 방식의 가장 큰 장점은 물 손실을 크게 줄일 수 있다는 것인데요, 밤에는 증산량이 매우 적기 때문에 같은 양의 이산화탄소를 얻더라도 잃는 물의 양이 일반적인 식물보다 훨씬 적습니다. 그래서 CAM 식물은 사막이나 건조한 열대 지역처럼 물이 부족한 환경에서도 오랫동안 살아남을 수 있습니다. 하지만 CAM 광합성도 장점만 있는 것은 아닌데요, 밤에 저장할 수 있는 이산화탄소의 양에는 한계가 있기 때문에 광합성 속도가 일반적인 C3 식물보다 느린 경우가 많습니다. 따라서 물이 풍부하고 기후가 온화한 환경에서는 C3 식물이 더 빠르게 성장하는 경우가 많습니다. 감사합니다.

Answer 2

파인애플처럼 덥고 건조한 환경에서 뿌리를 내리는 식물들은 수분 손실을 최소화하기 위한 CAM광합성을 사용합니다.

일반적인 C3식물과 비교해보면 많은 부분에서 차이가 있죠.

우선 일반 식물과 달리 낮과 밤의 광합성 과정을 철저히 분리합니다.

즉, 온도가 낮고 선선한 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수해서 말산이라는 물질로 바꾸어 세포 안에 저장합니다.

그리고 햇볕이 강하고 뜨거운 낮에는 수분 손실을 막기 위해 기공을 닫고, 밤새 저장해 둔 말산에서 이산화탄소를 다시 꺼내어 광합성을 하는 것입니다.

낮에 기공을 닫기 때문에 일반 식물보다 수분 증발량을 획기적으로 줄어들게 되죠. 그래서 건조한 환경에서도 일반 식물 대비 약 10~20%의 물만 쓰고도 살아남을 수 있는 것입니다.

게다가 가뭄이 심해지면 기공을 아예 열지 않고 자체 호흡으로 나온 탄소를 재활용하며 버티기도 합니다.

결론적으로 CAM 광합성은 비록 효율 떨어지더라도 뜨거운 태양 아래서 물을 아끼면서도 영양분을 생산하는 환경에 최적화된 생존 전략인 셈입니다.