학문
기억상실은공식인가
뿌리는 왜 항상 중력 방향으로 자라나요?
씨앗을 어떤 방향으로 심어도 뿌리는 아래로, 줄기는 위로 자란다고 하는데, 식물이 중력을 감지해서 방향을 정하는 이 원리가 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 기억상실은공식인가님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 식물이 씨앗의 방향과 상관없이 뿌리를 아래로, 줄기를 위로 뻗어 올리는 이 현상은 중력을 감지하고 반응하는 굴중성 생리 반응 때문인데요. 식물은 뿌리 끝에 존재하는 녹말 알갱이로 중력의 방향을 알아내며, 이에 따라 성장 호르몬인 옥신의 농도를 조절하여 뿌리는 중력 방향으로, 줄기는 중력 반대 방향으로 자라나게 만드는 것입니다.
■ 뿌리골무 속 녹말체를 통한 물리적 중력 감지
식물이 중력을 감지하는 핵심 기관은 뿌리 끝부분에 위치한 뿌리골무 내부의 평형세포입니다. 평형세포 안에는 비중이 크고 밀도가 높은 암밀로플라스트라는 녹말 알갱이(녹말체)가 들어 있지요. 씨앗을 어떤 방향으로 심더라도 지구의 중력에 의해 이 녹말체들이 세포 내부의 가장 아래쪽 바닥으로 침강하게 되는데요. 녹말체가 바닥에 깔리면서 세포 내 소포체나 세포골격을 누르게 되고, 식물 세포는 이 물리적 압박 자극을 통해 어느 쪽이 아래쪽인지 정확하게 감지해 내어요.
■ 옥신 호르몬의 이동과 불균등한 세포 성장
중력 방향을 감지한 식물은 즉시 성장 호르몬인 옥신의 분포를 조절하기 시작하는데요. 녹말체가 아래로 떨어지면 뿌리 세포막에 있는 수송 단백질의 위치가 변경되면서, 옥신 호르몬이 중력 방향인 뿌리의 아래쪽 영역으로 집중적으로 이동합니다. 이에 따라 뿌리의 아래쪽은 옥신 농도가 매우 높아지고, 위쪽은 옥신 농도가 상대적으로 낮아지는 불균등한 상태가 만들어진답니다.
■ 뿌리와 줄기의 호르몬 농도 반응 차이
옥신 호르몬은 식물 기관에 따라 세포 성장에 미치는 영향이 완연히 다르게 작용해요. 줄기 세포에서는 옥신 농도가 높을수록 세포가 촉진되어 빠르게 길어지지만, 뿌리 세포는 옥신에 대한 민감도가 훨씬 높아 일정 농도 이상에서는 오히려 세포의 신장 성장이 억제되지요. 따라서 옥신이 많이 몰린 뿌리의 아래쪽은 세포 성장이 억제되어 서서히 자라고, 옥신이 적은 뿌리의 위쪽은 세포가 빠르게 길어집니다. 위쪽 세포가 아래쪽 세포보다 길어지면서 뿌리가 자연스럽게 밑으로 굽어지며 중력 방향을 따라 내려가게 되는데요. 반대로 줄기에서는 옥신이 몰린 아래쪽 세포가 훨씬 빠르게 길어지기 때문에 줄기가 위쪽을 향해 휘어지며 공기 중으로 올라가게 된답니다.
정리하자면,
식물의 뿌리가 항상 중력 방향으로 자라는 이유는 뿌리골무 속 녹말 알갱이가 아래로 침강하며 중력을 감지하고, 이 자극으로 아래쪽에 몰린 옥신 호르몬이 뿌리 세포의 신장을 억제하여 위쪽 세포만 더 길어짐으로써 아래로 굽어 자라기 때문이랍니다.
※ 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.😉
채택 보상으로 144베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
식물은 중력을 감지하는 세포를 가지고 있습니다 .뿌리 끝부분의 평형석이 중력 방향으로 가라앉으면서 식물호르몬인 옥신의 분포가 달라지고, 그 결과 뿌리의 아래쪽 성장이 촉진되어 중력방향을 굽어 자랍니다. 반대로 줄기는 옥신의 영향으로 중력 반대 방향을 자라는 음의 굴증성을 보입니다. 즉 씨앗을 어떻게 심어도 식물이 중력 방향을 감지해 스스로 방향을 조절하는 것입니다.
말씀하신 현상은 굴중성이라 하는데, 중력을 감지해서 호르몬을 재배치하는 방식으로 이뤄지게 됩니다.
뿌리 끝의 뿌리골무 세포에는 무거운 녹말 알갱이인 녹말체가 들어 있습니다. 그리고 씨앗을 어떤 방향으로 심어도 녹말체는 중력에 의해 항상 세포 내 아래쪽으로 가라앉게 되죠.
이렇게 가라앉은 녹말체가 세포막을 누르며 식물에게 어디가 아래쪽인지 방향 정보를 전달하는 것입니다.
중력의 방향이 파악되면 성장 호르몬인 옥신이 줄기와 뿌리의 아래쪽으로 이동해 쌓입니다.
옥신은 줄기 세포의 성장은 촉진하지만, 뿌리 세포의 성장은 오히려 억제하게 되는데, 이론 옥신의 영향으로 뿌리 아래쪽은 성장이 멈추고 위쪽 세포만 자라면서 뿌리 끝이 아래로 꺾이게 되고, 줄기 아래쪽 세포가 폭발적으로 자라면서 줄기가 위쪽을 향해 솟아오르게 됩니다.
이런 조절 덕분에 흙 속에서도 뿌리는 물을 찾아 내려가고, 줄기는 빛을 향해 올라가는 것입니다.
식물은 뿌리끝 수근관 세포에 존재하는 녹말체라는 무거운 세포기관이 중력 방향으로 침전하면서 발생하는 물리적 자극을 통해 위아래를 감지합니다. 녹말체가 아래로 이동하면 위치 감지 단백질을 자극하여 식물 성장 호르몬인 옥신이 뿌리의 아래쪽 부분에 집중적으로 누적되도록 유도합니다. 줄기에서는 옥신이 농축된 아래쪽 세포가 더 빠르게 성장하여 위를 향해 굽어 자라는 반면, 뿌리에서는 고농도의 옥신이 오히려 세포의伸長 세포 확장을 억제하므로 옥신이 적은 위쪽 세포가 더 빨리 자라나며 자연스럽게 아래를 향해 구부러지게 됩니다. 이러한 호르몬 불균등 분배에 따른 성장 속도 차이로 인해 씨앗의 심은 방향과 관계없이 뿌리는 항상 중력 방향인 땅속으로 자라나고 줄기는 중력 반대 방향인 하늘을 향해 자라게 됩니다.