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나무는 어떻게 상처 없이 잎만 정확히 떨어뜨릴까?

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나무는 어떻게 상처 없이 잎만 정확히 떨어뜨릴까?

2018.05.04 00:00

추운 겨울이 되면 나무에 달려있던 잎이 모두 떨어지는 탈리 현상이 일어난다. 탈리 과정에서 잎이 달려있던 나무 표면의 세포도 함께 떨어져 나간다. 사람에 비유하자면 피부가 떨어져 나가는 셈이다. 하지만 나무는 금세 보호막을 만들어 다가올 봄을 준비한다. 나무는 어떻게 떨어져 나갈 부분과 새 살이 돋아야 할 부분을 정확하게 알 수 있을까. 

 

GIB 제공
GIB 제공

곽준명 DGIST 교수와 이유리 기초과학연구원(IBS) 식물 노화수명 연구단 연구위원 연구팀은 식물에서 잎이 떨어져 나가는 정확한 위치를 결정하는 것이 ‘리그닌’이라는 사실을 밝혀 국제학술지 ‘셀’ 5월 4일자에 발표했다. 리그닌은 식물의 세포벽 안에 있는 물질로, 나무를 단단하게 만든다. 


나무에서 잎이 떨어지면 잎이 달려있던 나무 표면의 세포들도 함께 떨어져 나간다. 사람에 비유하자면 피부가 떨어져 나가는 셈이다. 만약 잎이 떨어져야 하는 정확한 위치를 나무가 알지 못하면, 그 주변부의 ‘피부’까지 떨어지게 된다. 이는 세균 감염으로 이어져 생존까지 위협할 수 있다. 


잎이 떨어지는 부위에는 잎과 함께 떨어져 나가는 이탈세포와 식물 본체에 남아있는 잔존세포가 함께 붙어있다. 그 동안은 잎이 떨어져 나간 뒤, 잔존세포 안의 리그닌이 벗겨진 나무의 표면을 보호한다고 알려져 왔다. 

 

꽃잎과 함께 떨어져 나가는 이탈세포의 주변부를 리그닌이 벌집구조로 감싸고 있다. 이는 세포벽 분해 효소가 탈리가 일어나는 정확한 위치에만 밀집하게 한다. - IBS 제공
꽃잎과 함께 떨어져 나가는 이탈세포의 주변부를 리그닌이 벌집구조로 감싸고 있다. 이는 세포벽 분해 효소가 탈리가 일어나는 정확한 위치에만 밀집하게 한다. - IBS 제공
개화 후 잎이 떨어지기 직전의 꽃에서는 육각형 구조의 리그닌을 확인할 수 있다. 반면 개화 전과 탈리 후에는 이 구조를 찾아볼 수 없다. - IBS 제공
개화 후 잎이 떨어지기 직전의 꽃에서는 육각형 구조의 리그닌을 확인할 수 있다. 반면 개화 전과 탈리 후에는 이 구조를 찾아볼 수 없다. - IBS 제공

연구팀은 이탈세포와 잔존세포 수천 개를 분리해 조사한 결과, 리그닌이 잔존세포가 아닌 이탈세포에 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 리그닌은 떨어져 나가는 이탈세포의 테두리를 벌집모양으로 감싸고 있었다. 이는 잎이 분리되기 위해 필요한 세포벽 분해 효소가 세포 안이나 주변부로 퍼지지 않고, 탈리가 일어나는 경계 부분에만 밀집되도록 하는 울타리 역할을 했다. 떨어져 나간 식물의 표면에는 큐티클 층이 형성돼 세균의 감염을 막았다. 


곽 교수는 “이번 연구를 통해 구체적인 탈리 메커니즘이 밝혀졌다”며 “작물의 꽃과 종자 등이 떨어지는 시기를 조절해 수확량을 늘리는 등 식량 생산 증대에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 

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