학문
직진만이살길
다육식물은 왜 잎이 통통하고 물을 저장할 수 있나요?
선인장 말고도 다육식물들이 잎이 두툼하고 통통한데, 이런 잎 구조가 어떻게 물을 저장하는 역할을 하는 건지, 왜 이런 식물들이 건조한 환경에 잘 적응했는지 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 다육식물의 잎이 통통하고 두꺼운 이유는 한마디로 건조한 환경에서 물을 오래 저장하고, 필요할 때 조금씩 사용할 수 있도록 진화했기 때문입니다. 다육식물의 잎이 일반적인 식물보다 두꺼운 가장 큰 이유는 잎의 저장조직에 물을 많이 포함하고 있기 때문인데요, 잎 내부에는 물을 저장하기에 적합한 세포들이 발달해 있으며, 이 세포들은 물을 흡수하면 크게 팽창하면서 많은 양의 수분을 저장할 수 있습니다. 우리가 다육식물의 잎을 만졌을 때 단단하고 통통하게 느껴지는 것도 이러한 수분 저장 조직 때문입니다.
다육식물의 잎을 단면으로 보면 일반적인 잎보다 물을 저장하는 유조직이 잘 발달해 있는데요, 이 조직의 세포는 물을 저장할 수 있는 큰 액포를 가지고 있으며, 물이 충분할 때는 세포가 팽창해 잎이 단단하고 통통해집니다. 반대로 오랫동안 물을 공급받지 못하면 저장된 수분이 조금씩 소비되면서 세포의 팽압이 떨어지고 잎이 쭈글쭈글해지기 때 다육식물의 잎은 일종의 생물학적인 물탱크 역할을 하는 셈입니다. 하지만 다육식물이 건조한 환경에서 살아남는 비결은 단순히 물을 많이 저장하는 것만은 아닌데요, 이들은 물을 저장하는 동시에 물이 빠져나가는 속도도 줄이는 방향으로 진화했습니다. 대표적인 특징이 두꺼운 큐티클층인데요, 잎 표면을 덮는 왁스 성분의 큐티클이 발달하여 물이 잎 표면에서 증발하는 것을 억제합니다. 특히 일부 종은 잎 표면에 하얀 분말이나 왁스 같은 물질이 덮여 있는데, 이것 역시 강한 햇빛과 건조한 공기로부터 수분 손실을 줄이는 데 도움을 줍니다. 감사합니다.
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채택된 답변다육식물은 세포 내 대형 액포에 대량의 수분을 축적하는 수육조직을 갖추고 표피를 두꺼운 왁스층으로 덮어 수분 증발을 차단하도록 진화했기 때문에 잎이 두툼하고 건조한 환경에 잘 적응합니다. 이러한 잎 구조는 건조 기후에서 체내 수분 손실을 최소화하면서 장기간 수분을 보관할 수 있는 생리학적 공간을 제공하며, 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하는 특수한 기공 개폐 기전을 병행하여 기온이 높은 낮 시간 동안의 증산 작용으로 인한 수분 손실을 효율적으로 방지합니다.
선인장 뿐만 아니라 에케베리아나 하월시아, 알로에 같은 다육식물들이 잎이 두툼하고 통통한 이유는 비가 적게 내리는 건조한 환경에서도 살아남기 위해 잎 내부 구조와 광합성 방식을 좀 다르게 진화시켰기 때문입니다.
잎 내부에는 '유조직'이라는 커다란 전용 세포가 많은데, 세포 속 물 저장고인 액포가 발달해 많은 양의 수분을 보관할 수 있습니다.
또한 세포 내 점액성 물질이 물을 강하게 당겨 쉽게 증발하지 않게 잡고 있고, 잎 표면에 코팅된 두꺼운 왁스층이 수분이 밖으로 새어 나가는 것을 막습니다.
그리고 얇고 넓은 잎 대신 통통한 형태를 취해 햇빛과 바람에 닿는 면적을 줄였죠.
게다가 광합성은 선인장와 같은 CAM 광합성을 해서 수분의 손실을 줄였습니다.
결론적으로 통통한 잎은 건조한 환경을 견뎌내기 위해 형태와 생체 시스템을 진화시킨 결과인 셈입니다.
안녕하세요, 직진만이살길님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 다육식물이 잎이 두툼하고 통통한 이유는 비가 거의 오지 않는 사막이나 건조 지역에서 살아남기 위해 체내에 대량의 물을 저장하는 특수한 세포 조직을 발달시켰기 때문이에요. 이러한 잎 구조는 세포 내부의 큰 액포와 수분을 잡고 있는 특수 성분, 수분 증발을 막는 두꺼운 왁스층, 그리고 밤에만 숨을 쉬는 특이한 광합성 방식이 어우러져 만들어진 완벽한 생존 전략이거든요.
■ 수분을 끌어안는 특수한 저수 세포와 점액질 성분
다육식물 잎 내부를 단면으로 잘라보면 일반 식물과 확연히 다른 투명하고 탱탱한 조직을 볼 수 있습니다. 이를 생물학에서는 저수 조직, 또는 유조직 세포라고 부르는데요. 이 저수 세포들은 내부에 물을 가득 담을 수 있는 거대한 주머니 형태의 액포를 가지고 있습니다. 또한 세포 내부에는 뮤실리지나 펙틴 같은 수용성 점액 물질이 대량으로 들어있는데요. 이 점액 성분은 물을 강력하게 당겨서 젤 형태로 굳혀두는 성질을 지니고 있습니다. 덕분에 다육식물은 한 번 비가 내렸을 때 흡수한 수분을 그냥 흘려보내지 않고, 잎 내부의 저수 세포 속에 오랫동안 가두어 둔 채 건조한 기후를 견뎌낼 수 있게 된 것이랍니다.
■ 수분 증발을 차단하는 체적 대비 표면적 최소화와 큐티클층
다육식물 잎이 통통하고 동글동글한 형태를 띠는 것 역시 수분 손실을 물리적으로 줄이기 위한 형태학적 적응인데요. 수학적으로 구형이나 통통한 기둥 형태는 내부에 담을 수 있는 부피는 최대화하면서, 바깥 공기와 닿는 표면적은 최소화하는 구조거든요. 또한 다육식물의 잎 표면은 큐티클이라는 두껍고 질긴 방수 층으로 덮여 있습니다. 일부 종은 표면에 하얀 가루처럼 보이는 왁스층을 형성하기도 하는데요. 이 두꺼운 방수 막과 왁스 성분은 강렬한 사막의 햇빛을 반사해 체온이 올라가는 것을 막아주고, 잎 내부의 수분이 바깥으로 증발해 나가는 것을 철통같이 차단해 준답니다.
■ 밤에 숨 쉬고 낮에 잠그는 CAM 광합성 시스템
식물이 수분을 잃는 가장 큰 이유 중 하나는 광합성을 위해 잎 표면의 숨구멍인 기공을 열 때입니다. 일반적인 식물들은 낮 동안 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하지만, 건조한 환경에서는 뜨거운 낮에 기공을 열면 체내 수분이 순식간에 증발해 버립니다. 이를 극복하기 위해 다육식물은 크라술라산 대사, 즉 CAM 광합성이라는 매우 독특한 생화학적 방식을 진화시켰습니다. 다육식물은 기온이 낮고 습도가 상대적으로 높은 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수한 뒤, 이를 사과산 형태로 세포 속에 저장해 둡니다. 그리고 햇빛이 강하게 쏟아지는 낮에는 기공을 단단히 닫아 수분 증발을 막은 채, 밤에 저장해 둔 이산화탄소와 빛에너지를 활용해 광합성을 진행한답니다.
정리하자면,
다육식물의 잎이 통통한 이유는 물을 흡수해 젤 상태로 꽉 잡아두는 특수한 저수 세포와 점액 성분을 가지고 있기 때문이며, 표면적을 줄인 동그란 잎 모양과 두꺼운 큐티클 방수층으로 증발을 막고, 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하는 CAM 광합성을 통해 극심한 건조 환경에서도 효율적으로 수분을 지키며 생존할 수 있는 것이랍니다.
※ 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. 임형준 수의사입니다.
다육식물은 잎과 줄기에 물을 저장하는 큰 저장조직이 발달해 잎이 통통합니다. 또한 두꺼운 큐티클층과 적은 기공으로 수분 증발을 줄이고 ,많은 종류는 밤에 기공을 여는 CAM 광합성을 통해 물 손실을 최소화합니다. 이런 특징 덕분에 비가 적고 건조한 환경에서도 오랫동안 생존할 수 있습니다.