식물들이 외부의 해충이나 초식동물로부터 공격을 받을 때 서로 신호를 주고받아 방어 물질을 분비하는 통신 방식은 무엇인가요?

Question

곤충에게 갉아 먹히는 식물이 바람이나 뿌리 네트워크를 통해 주변의 동종 식물들에게 위험 경보 휘발성 유기 화합물을 뿜어내어 미리 잎의 맛을 쓰게 만드는 생존 전략이 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요, 심야식당님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 식물이 초식동물이나 해충의 공격을 받을 때, 주변 동료들에게 위험을 알리는 통신 방식은 공기 중으로 방출하는 휘발성 유기화합물(VOCs)과 땅속 곰팡이 균사를 이용한 균근 네트워크를 통해 이루어지며, 경보를 받은 이웃 식물들은 방어 물질을 미리 합성하는 프라이밍 상태에 돌입하게 된답니다.

■ 공기 중으로 퍼지는 화학적 경보음과 방어 유도

애벌레가 식물의 잎을 갉아먹으면 식물 조직은 상처 부위에서 자스몬산이라는 방어 호르몬을 급격히 합성합니다. 이 호르몬은 공기 중으로 쉽게 날아갈 수 있는 기체 형태인 메틸 자스모네이트나 녹색 잎 휘발성 물질(GLVs)로 전환되어 바람을 타고 사방으로 퍼져나가는데요. 마치 식물이 화학적인 비명을 지르는 것과 같습니다. 바람을 타고 날아온 이 휘발성 분자를 이웃한 식물의 잎 표면 수용체가 감지하면, 아직 공격받지 않은 상태임에도 불구하고 즉각 세포 내 방어 스위치를 켭니다. 이러한 방어 준비 태세를 생물학에서는 프라이밍(Priming)이라고 부르는데요. 경보를 접수한 식물들은 잎 속에 떫고 쓴맛을 내며 단백질 소화를 방해하는 탄닌이나 독성 알칼로이드, 단백질 분해효소 억제 물질을 대량으로 축적하여 해충이 잎을 뜯어먹지 못하도록 미리 무장합니다. 더 나아가 어떤 식물들은 해충의 천적인 기생벌을 유인하는 특수한 향기 물질을 내뿜어 공중 지원군을 부르기도 합니다.

■ 땅속 균근 네트워크를 통한 지하 정보 고속도로

식물의 위험 통신은 지상에 부는 바람에만 의존하지 않고 땅속 깊은 곳에서도 매우 정밀하게 일어납니다. 숲속 토양 속에는 식물의 뿌리와 공생하는 곰팡이 균사들이 거미줄처럼 얽혀 있는 공통 균근 네트워크(CMN)가 형성되어 있는데요. 바람이 불지 않거나 거리가 다소 먼 환경에서도, 한 식물이 해충의 공격을 받으면 뿌리를 통해 균근 네트워크로 스트레스 신호 물질을 전송합니다. 지하 망과 연결된 다른 나무와 식물들은 균사를 타고 전달된 신호를 수신하여 몇 시간 안에 방어 유전자를 활성화하는데요. 이처럼 식물들은 침묵 속에 고립되어 있는 것이 아니라 지상과 지하를 아우르는 다중 통신망을 통해 유기적인 집단 방어 생태계를 구축하고 있답니다.

정리하자면,

해충의 습격을 받은 식물은 메틸 자스모네이트 같은 휘발성 유기화합물을 공기 중으로 날려 보내고 땅속 균근 네트워크로 지하 경보를 타전하며, 이 신호를 포착한 주변 식물들은 프라이밍 작용을 통해 잎에 쓴맛 물질과 소화 방해제를 축적하여 스스로를 지켜내는 고도로 진화된 집단 방어 전략을 펼친답니다.

※ 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.😉

Answer 2

안녕하세요. 말씀햊ᆢ신 생존 전략은 식물의 유도 방어 반응과 휘발성 유기 화합물을 통한 식물 간 화학적 신호 전달이라고 합니다. 해충이나 초식동물에게 공격받은 식물은 자스몬산 등의 신호 물질을 이용해 방어 반응을 활성화하고, 휘발성 유기 화합물을 공기 중으로 방출할 수 있는데요, 주변 식물이 이 화합물을 감지하면 방어 관련 유전자의 발현이나 방어 물질의 생산이 촉진되어 이후 공격에 더 빠르게 대응할 수 있습니다. 이러한 현상은 흔히 식물 간 화학적 신호 전달 또는 식물의 공중 경보 신호라고 설명합니다.

다만 모든 식물이 서로 의도적으로 경고하는 것은 아니며, 주변 식물의 반응도 식물종과 화합물의 종류, 환경 조건에 따라 달라집니다. 또한 신호가 반드시 뿌리 네트워크를 통해 전달되는 것은 아닌데요, 어떤 경우에는 공기 중 휘발성 물질을 통해 전달되기도 하고, 일부 식물에서는 균근균으로 연결된 토양 네트워크가 신호 전달에 관여할 가능성도 연구되고 있습니다. 이때 핵심은 공격받은 식물이 방출한 화학 물질을 주변 식물이 감지해 방어 능력을 미리 높이는 현상으로, 이를 통해 식물은 움직일 수 없다는 한계를 보완하고 초식동물의 공격에 대비할 수 있습니다. 감사합니다.

Answer 3

식물들이 외부 해충이나 초식동물의 공격을 받을 때 서로 신호를 주고받는 통신 방식은 주로 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 방출하거나, 지하의 균근 네트워크를 통해 화학적 경보를 전달하는 식물 간 커뮤니케이션입니다.

먼저 곤충에게 갉아 먹히는 식물은 상처 부위에서 특유의 VOCs를 뿜어내어 바람을 타고 주변의 동종 식물들에게 위험 신호를 전달합니다.

또한 눈에 보이지 않는 땅속에서는 균사망(미코리자)을 통해 뿌리 사이로 방어 관련 화학 물질을 직접 주고받으며, 경보를 수신한 주변 식물들은 미리 타닌, 알칼로이드 등의 방어 물질을 합성하거나 잎의 맛을 쓰게 만들어 초식동물이 기피하도록 유도하기도 합니다.

이런 방식으로 식물은 신경계나 뇌가 없더라도 화학 물질을 매개로 거대한 소통망을 형성하여 집단 생존율을 높이는 방어 전략을 구사하는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

이러한 현상은 식물 간 화학적 의사소통 또는 식물의 방어 신호 전달이라고 합니다 .해충의 공격을 받은 식물은 휘발성 유기화합물을 방출하고, 주변 식물은 이를 감지해 방어 유전자와 독성 기피 물질, 생성을 활성화 할 수 있습니다. 일부 식물은 뿌리나 균근 네트워크를 통해서도 방어 신호를 전달합니다. 다만 모든 식물에서 동일하게 나타나는 현상은 아닙니다.