식물은 사막에서 온대림, 그리고 바다 밑바닥에 이르기까지 전 세계 거의 모든 생태계에서 발견됩니다. 자연 선택의 결과로, 식물은 다양한 환경 문제에 대처하기 위해 놀라울 정도로 다양한 적응을 진화시켜 왔습니다. 식물이 직면한 주요 과제 중 하나는 적절한 수분을 유지하는 것입니다. 물은 광합성, 구조적 지원, 영양분 및 기타 중요한 분자의 수송에 의존하는 중요한 자원입니다. 식물이 수분 균형을 조절할 수 있는 한 가지 방법은 증산(transpiration)으로 알려진 과정을 조절하는 것인데, 이는 본질적으로 식물의 공중 부분에서 물을 증발시키는 것입니다. 이러한 수분 손실은 주로 기공(stomata)이라고 하는 잎의 기공에서 발생합니다. 하지만 물은 어떻게 여기까지 오는 걸까요?
이 질문에 답하기 위해 지하를 좀 더 자세히 살펴 보겠습니다. 여기서 물은 삼투압에 의해 식물 뿌리로 들어간 다음 물관부라고 하는 혈관 조직을 통해 잎까지 이동합니다. 이 물의 수로는 증산 흐름으로 알려져 있습니다. 물 분자는 서로 그리고 물관부 벽에 달라붙기 때문에 기공에서 증발할 때 증산 흐름의 아래쪽에 있는 물이 위쪽으로 당겨져 그 자리를 차지하게 되어 뿌리에서 위쪽으로 흐르게 됩니다. 이제 장(요)루에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 각 기공 세포는 두 개의 보호 세포로 둘러싸여 있으며, 이 세포는 기공을 열기 위해 확장되고 기공을 닫기 위해 수축할 수 있습니다. 식물은 기공을 열어 광합성을 위해 이산화탄소를 흡수하고 산소 가스를 방출합니다. 증산으로 인한 수분 손실은 이 과정에서 피할 수 없는 부작용입니다.
이러한 절충안은 건조한 환경에 사는 식물에 특히 어려운 과제가 되기 때문에 가능한 한 수분 손실을 줄이기 위한 전략을 발전시켰습니다. 이를 수행할 수 있는 한 가지 방법은 작은 표면적을 가진 잎을 자라게 하여 증산이 발생할 수 있는 작은 영역을 제공하는 것입니다. 이것이 크레오소트와 같은 사막 식물의 잎이 상대적으로 작은 이유입니다. 그러나 한 걸음 더 나아가 건조한 환경에서 자란 식물은 잎의 단위 면적당 기공이 적어 증산을 통한 수분 손실을 최소화할 수 있습니다.
대조적으로, 열대 우림과 같이 물이 풍부한 환경에 서식하는 식물은 증산을 통해 많은 물을 잃을 수 있습니다. 예를 들어, 이 토란과 같은 식물은 종종 광합성을 촉진하기 위해 빛을 가로채는 능력을 증가시키는 표면적이 큰 잎을 발달시킵니다. 이 식물은 또한 건조한 서식지의 식물에 비해 기공의 밀도가 높아 높은 광합성 속도를 유지하고 큰 잎과 줄기를 지탱할 수 있습니다.
이 실험실에서는 증산률을 측정하고 다양한 식물 종에서 잎기공의 빈도를 조사하여 다양한 서식지의 식물이 증산 조절 문제를 어떻게 해결하는지 밝힙니다.
