키가 큰 나무들은 어떻게 뿌리에서 나무 꼭대기까지 영양분을 공급하나요?
안녕하세요? 나무들을 보면 키가 큰 나무들이 있더라구요~ 근데 영양분과 수분을 뿌리로부터 흡수하여 수관을 통해 이동을 하잖아요~ 그런데 키가 큰 나무들은 어떻게 뿌리에서 나무 꼭대기까지 영양분을 공급할수 있는건가요?
안녕하세요.
키가 큰 나무들이 뿌리에서 꼭대기까지 영양분을 효과적으로 이동시키는 메커니즘은 식물 생리학의 중심적인 주제 중 하나입니다. 이 과정은 주로 두 가지 주요 수송 체계, 즉 제일관(xylem)과 체관(phloem)을 통해 이루어집니다.
제일관은 주로 물과 무기물 영양분을 뿌리에서 잎으로 이동시키는 구조로, 나무의 생명 유지에 필수적입니다. 이 수송은 코헤이션-텐션 이론(cohesion-tension theory)에 의해 설명됩니다. 이 이론에 따르면, 물 분자 사이의 인력(코헤이션)과 잎에서의 물 증발로 인한 인장력(텐션)이 결합하여 수관을 따라 물을 끌어올립니다. 즉, 잎의 기공(stomata)을 통해 물이 증발하면서 발생하는 텐션이 제일관을 따라 물 분자들을 상승시키는데 필요한 음압을 생성하여 물리적으로 물을 끌어올립니다. 이 과정은 높이가 매우 높은 나무에서도 효과적으로 작동하여, 꼭대기까지 물과 영양분을 공급할 수 있습니다.
체관은 주로 광합성을 통해 생성된 유기 영양분(ex : 당류)을 잎에서 다른 식물 부위로 운반합니다. 이 운반 과정은 소위 '원양류 모델(source-sink model)'에 의해 설명됩니다. 광합성에서 생성된 당류는 '원(source)'에서 '양(sink)', 즉 당이 필요한 다른 식물 부위로 이동합니다. 이 이동은 농도 경사를 따라 이루어지며, 물의 오스모틱한 이동을 통해 당 분자가 운반됩니다.
이러한 복합적인 수송 시스템 덕분에, 심지어 매우 높은 나무에서도 모든 세포가 필요한 수분과 영양분을 효율적으로 받을 수 있습니다. 이 과정은 생태학적으로도 중요한 역할을 하며, 나무의 생장과 번식, 생존에 결정적인 영향을 미칩니다. 이처럼 식물의 수송 시스템은 식물이 외부 환경에 대응하고, 다양한 생태계에서 번성할 수 있도록 하는데 기여합니다.1명 평가안녕하세요. 김경태 전문가입니다.
나무의 뿌리에서 흡수된 수분은 나무의 줄기와 가지를 따라 올라갑니다. 이 과정에서 모세관 작용이 중요한 역할을 합니다. 나무의 세포 내에서 수분이 이동하는 동안, 나무의 세포벽에 있는 미세한 튜브인 물관이 수분을 위로 이동시키는 데 도움을 줍니다.
나무의 잎에서 수분이 증발할 때, 줄기와 뿌리에서 수분을 끌어당기는 힘이 생깁니다. 이 과정을 증산 작용이라고 하며, 잎에서 수분이 빠져나가면서 나무 전체의 수분이 위로 올라가는 데 기여합니다.
안녕하세요. 박창민 수의사입니다. 삼투현상으로 뿌리 속의 물의 압력이 높아집니다. 뿌리에서 밀어올리는 압력으로 인해 물은 줄기를 타고 서서히 위쪽으로 이동하게 됩니다. 감사합니다.
안녕하세요. 김지호 박사입니다.
세상에서 가장 키가 큰 나무는 미국 캘리포니아 북쪽 레드우드 국립공원에 있는 하이페리온(Hyperion)이라는 이름을 가진 레드우드(미국 삼나무)인데요, 높이는 120m 정도로 건물 한 층 높이를 3m로 기준할 경우 40층짜리 건물과 비슷한 수준입니다. 이처럼 나무의 키가 클 경우에는 식물에게 절대적으로 필요한 물을 높은 나무꼭대기까지 어떻게 공급할 것인지가 궁금할 수 있는데요, 뿌리에서 밀어 올리는 뿌리압, 펌프의 원리로 나뭇잎에서 끌어당기는 힘, 줄기에서 물관을 타고 물이 올라가는 모세관 현상 등이 복합 작용해야 물이 올라갈 수 있다고 보고 있습니다. 먼저 땅속에 있는 물을 뿌리로 빨아들이는 삼투현상을 살펴보면, 삼투현상에 의해 땅속에 있는 물이 나무 뿌리로 이동하게 되면 뿌리압이라고 하는 뿌리 속 물의 압력이 높아집니다. 뿌리에서 밀어 올리는 압력으로 물은 줄기를 타고 서서히 위쪽으로 이동하게 됩니다. 나무의 뿌리압은 수종과 계절에 따라 다양하지만 몇m에 달하는 높이까지 물을 밀어 올릴 수 있다고 합니다. 다음으로 뿌리에서 나무 꼭대기로 물을 밀어 올리는 힘이 뿌리압이라고 하면 나무 꼭대기에서 물을 끌어당기는 힘도 있는데요, 바로 흡인력입니다. 광합성으로 나뭇잎 뒷면 기공을 통해 수증기를 내보내면 물을 공급하는 물관 내부는 압력이 낮아지고, 물관 내부의 낮아진 압력은 흡인력을 나타내 아래쪽 물을 끌어 올리게 됩니다. 이는 마치 빨대로 물을 빨아올리는 원리와 같은데요, 나무에 잎이 무성해 광합성이 활발하게 되면 기공을 통해 내보내는 물의 양이 증가하고 결국은 물을 빨아올리는 힘도 커집니다. 이 흡인력은 나무꼭대기까지 물이 올라가는데 가장 크게 영향을 미치는 힘으로 알려졌습니다.
키가 큰 나무들은 증산 작용과 모세관 현상, 뿌리 압력 등을 통해 영양분과 수분을 꼭대기까지 공급합니다. 뿌리가 흡수한 수분은 나무의 물관을 통해 위로 이동하며, 잎에서 증산 작용으로 수분이 증발할 때 물 분자가 서로 끌어당기는 힘(응집력)과 물관 벽을 따라 올라가는 힘(부착력)이 작용하여 수분이 이동합니다. 이와 함께 뿌리에서 생성되는 뿌리 압력이 수분을 위로 밀어올리는 역할을 합니다. 이러한 기작들이 결합되어 나무의 꼭대기까지 효율적으로 영양분과 수분이 공급됩니다.
안녕하세요. 박온 전문가입니다.
키가 큰 나무들은 물관을 통해 뿌리에서 꼭대기까지 영양분과 수분을 공급합니다. 증산작용으로 잎에서 수분이 증발하면서 압력 차이가 생기고, 그로 인해 물과 영양분이 뿌리에서 꼭대기까지 끌어올려집니다. 삼투압현상이죠.