학문
넉넉한키위191
식물도 스트레스를 받고 화학 물질로 의사소통을 한다는 과학적 증거들이 무엇이 있는지 알고 싶습니다.
식물도 스트레스를 받기도 하고 그리고 반대로 화학물질로 자기들끼리 의사소통을 한다는 과학적 증거가 있다고 하는데요 이러한 증거가 어떤게 있는지 구체적으로 알고 싶네요.
5개의 답변이 있어요!
식물은 상처를 입으면 공기 중으로 위발성 유기화합물(VOCs)을 내뿜어 주변 식물에게도 위험을 알립니다.
경고 신호를 받은 다른 이웃 식물은 직접 공격받지 않아도 잎에 독성 물질을 축적해 방어 태세를 갖추고, 옥수수나 담배 등은 애벌레에게 먹힐 때 화학 물질을 방출해 애벌레의 천적인 기생벌을 끌어들이는 신호를 보내기도 합니다.
또 식물의 잎이 꺾이거나 애벌레에게 물렸을 때, 그 상처 정보가 전신으로 전달되는 원리가 밝혀졌습니다.
즉, 잎이 잘리면 글루타메이트라는 물질이 분비되며, 이는 신경계처럼 칼슘 이온 파동을 일으켜 전신으로 경고를 전달하는 것입니다.
그 외에도 땅속에서는 뿌리와 공생하는 곰팡이 네트워크를 통해 가뭄이나 병충해 신호를 옆 식물로 전송하기도 하고, 수분이 부족해지면 뿌리에서 앱시스산 호르몬을 만들어 잎의 기공을 닫아 수분 증발을 막기도 합니다.
결론적으로 식물은 의식이 있는 동물처럼 대화하는 것은 아니지만, 휘발성 화학물질이나 호르몬, 전기/칼슘 신호, 지하 균사망 등을 활용하여 스트레스를 감지하고 주변 생명체와 신호를 주고받고 있음이 다양한 실험으로 입증되었죠.
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채택된 답변식물이 가뭄이나 포식자의 공격 등 외부 자극을 받을 때 휘발성 유기화합물이라는 기체 상태의 화학물질을 방출하여 이웃한 식물에게 위험 신호를 전달하거나 뿌리를 통해 침입한 미생물 및 주변 식물과 신호를 주고받는다는 사실은 다수의 연구를 통해 입증된 명확한 과학적 사실입니다. 잎이 해충에게 공격당하면 체내에서 자스몬산이나 살리실산 같은 물질이 합성되어 주변으로 퍼져 나가며, 이를 감지한 주변 식물은 포식자의 접근에 대비해 미리 방어 물질이나 독소를 합성하는 체계를 가동합니다. 또한 초음파 영역의 미세한 소리를 내어 수분 부족이나 줄기 상처 상태를 외부로 알리고, 뿌리 인근의 초록색 화학물질인 상호작용 물질을 분비하여 이웃 식물의 성장을 억제하거나 공생 미생물을 유인하는 등 정교한 정보 교환 시스템을 작동시키는 행동이 관찰되었습니다.
안녕하세요, 넉넉한키위191님. 이중철 전문가입니다.
식물은 신경계나 입이 없지만, 가뭄이나 상처 등 환경적 자극을 받을 때, 스트레스 호르몬을 분비하며, 공기 중으로 휘발성 유기화합물(VOCs)이라는 화학 물질을 내뿜어 주변 식물이나 곤충과 정밀하게 의사소통을 합니다. 이는 최신 식물생리학 및 생태학 연구를 통해 분자 생물학적 수준에서 명확히 검증된 사실이며, 식물이 위험 신호를 공유하고 생존 확률을 높이기 위해 사용하는 과학적 생존 전략이에요.
■ 식물이 스트레스를 받을 때 일어나는 생리적 변화와 증거
식물은 가뭄, 강한 햇빛, 병충해 공격, 물리적 손상 등 외적 요인을 접하면 생체 내부에서 명확한 스트레스 반응을 보이는데요. 식물이 수분 부족이나 고온 스트레스를 받으면 체내에서 앱시스산(ABA)이라는 스트레스 호르몬을 즉시 합성합니다. 이 호르몬은 잎 표면에 있는 기공을 닫아 수분 증발을 막는 물리적 방어 작용을 수행합니다. 또한 애벌레나 곤충에게 잎을 갉아먹히는 상처를 입으면 재스몬산이나 살리실산 같은 물질이 생성되어 식물 전신으로 전달되는데요. 이 신호 물질은 식물이 곤충의 소화를 방해하는 독성 물질이나 소화 효소 억제제를 자체 생산하도록 유도하는 생화학적 반응을 일으킵니다.
■ 공기를 통한 식물 간 화학 물질 의사소통 기전
식물은 잎이나 줄기에서 식물체 휘발성 유기화합물(BVOCs)을 공기 중으로 방출하여 이웃한 식물들에게 위험을 알리는데요. 대표적인 예로 옥수수, 콩, 토마토 등의 식물은 애벌레의 공격을 받으면 녹색 잎 비말 물질이나 테르펜 계열의 화학 물질을 공기 중으로 풍깁니다. 이 바람을 타고 날아간 화학 신호를 주변의 다른 식물들이 받으면, 아직 곤충의 공격을 받지 않았음에도 미리 방어 물질을 합성하기 시작합니다. 즉, 한 식물의 스트레스 신호가 주변 식물들의 방어 태세를 갖추게 만드는 일종의 경보 시스템으로 작동하는 것이랍니다.
■ 제3자(천적 곤충)를 불러들이는 구원 신호 전달
식물의 화학 물질 의사소통은 식물끼리만 이루어지는 것이 아니라 자신을 공격하는 곤충의 천적을 불러들이는 통로로도 쓰이고 있는데요. 배추나 옥수수가 애벌레에게 먹힐 때 방출하는 특정한 휘발성 물질은 애벌레의 천적인 기생벌이나 무당벌레를 유인하는 신호가 됩니다. 기생벌은 이 화학 물질의 향을 맡고 날아와 애벌레 몸속에 알을 낳거나 애벌레를 잡아먹어 식물을 구출해요. 식물이 곤충의 침에 들어있는 특수 성분을 감지하고 맞춤형 간맥 신호를 보내 천적을 고용하는 고도의 생태계 네트워크가 형성되어 있는 것이랍니다.
■ 뿌리와 미생물 네트워크를 통한 지하 의사소통
식물은 공기 중뿐만 아니라 땅속 뿌리와 균류(곰팡이)의 망을 통해서도 화학적 신호를 주고받는데요. 땅속에는 균근균이라 불리는 곰팡이 실(균사)이 여러 식물의 뿌리를 연결하고 있는 거대한 네트워크가 존재해요. 한 식물이 병원균이나 해충의 공격을 받으면 뿌리를 통해 화학적 경고 물질을 유기적으로 흘려보내며, 이 신호는 균사망을 타고 옆 식물로 전달됩니다. 신호를 받은 이웃 식물은 병원균에 대항하는 효소 생산을 늘려 미리 대항 준비를 마치게 되는 것이랍니다.
정리하자면,
식물은 스트레스를 받을 때 앱시스산이나 재스몬산 같은 호르몬을 분비해 스스로를 보호할 뿐만 아니라, 공기 중으로 휘발성 유기화합물을 내뿜거나 땅속 균근균 네트워크를 활용해 이웃 식물에게 경고 신호를 보내고 천적 곤충을 불러들이는 과학적으로 검증된 화학적 의사소통을 수행합니다.
※ 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.😉
안녕하세요. 식물은 뇌나 신경계가 없기 때문에 사람처럼 감정을 느끼거나 의식적으로 스트레스를 경험하는 것은 아닌데요, 그러나 생물학에서 말하는 스트레스는 가뭄, 고온, 저온, 병원균, 곤충의 공격처럼 생존에 불리한 환경에 의해 정상적인 생리 기능이 방해받는 상태를 의미합니다. 이러한 의미에서 식물도 분명히 스트레스를 받으며, 이에 대응하기 위해 다양한 화학물질을 만들고 다른 식물이나 생물과 정보를 주고받는다는 사실이 수많은 연구를 통해 확인되었습니다.
대표적인 증거는 곤충에게 잎이 갉아 먹혔을 때 나타나는 반응인데요, 식물의 잎이 손상되면 자스몬산이라는 식물 호르몬이 빠르게 증가합니다. 자스몬산은 식물 전체에 신호를 전달하여 단백질 분해효소 억제물질이나 독성 화합물 같은 방어물질의 생성을 촉진하는데요, 이 때문에 곤충은 식물을 계속 먹기 어려워지고 성장도 느려집니다. 이러한 반응은 분자생물학과 유전학 연구를 통해 관련 유전자들의 활성 변화까지 확인되어 매우 확실한 과학적 사실로 인정받고 있습니다. 또 다른 중요한 증거는 식물이 휘발성 유기화합물을 이용해 의사소통한다는 것입니다. 식물이 곤충의 공격을 받으면 메틸자스모네이트, 녹색잎휘발성물질, 테르펜류 등의 휘발성 화학물질을 공기 중으로 방출하는데요, 주변의 다른 식물들은 이러한 물질을 감지하여 실제 공격을 받기 전부터 방어 관련 유전자를 활성화하고 독성 물질이나 항산화 물질을 미리 생산하기 시작합니다. 즉, 화학 신호를 통해 위험을 미리 알리는 것입니다. 식물은 자신을 직접 방어하는 것뿐 아니라 곤충의 천적을 불러오는 화학 신호도 사용하는데요, 예를 들어 옥수수나 목화가 애벌레의 공격을 받으면 특정 향기 성분을 방출하는데, 이 냄새를 기생벌이 감지하여 날아옵니다. 기생벌은 애벌레 몸속에 알을 낳고, 결국 애벌레가 죽게 되므로 식물은 간접적으로 자신을 보호할 수 있으며, 이러한 현상은 실험실과 자연환경 모두에서 반복적으로 확인되었습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
식물은 신경계는 없지만 환경 변화에 반응하는 스트레스 체계를 가지고 있습니다. 예를 들어 가뭄이나 해충 피해 시 앱시스산 같은 호르몬을 만들어 기공을 닫고 수분 손실을 줄입니다. 또한 해충 공격을 받으면 휘발성 물질을 방출해 주변 식물의 방어 유전자를 활성화 시키는 현상도 관찰되었습니다. 이는 감정이 아닌 화학적 신호 전달입니다.