34.15: 물 손실을 줄이는 적응

식물 잎에서 일어나는 증발이 증산작용(transpiration)을 촉진하지만, 동시에 물 손실을 초래합니다. 물은 광합성 반응과 다른 세포 과정에 중요하기 때문에, 다양한 환경에 놓인 식물에 대한 진화적 압력은 물 손실을 줄이는 적응(adaptation)을 주도했습니다.

육지 식물에는 표피(epidermis)라고 불리는 식물의 가장 윗부분의 세포층이 각피(cuticle; 큐티클)라고 불리는 왁스로 덮여 있습니다. 이 소수성(hydrophobic) 층은 표피 세포에 의해 합성된 중합체(polymer) 큐틴(cutin)과 여러 식물 유래 왁스로 구성되어 있습니다. 이러한 물질은 원치 않는 수분 손실과 불필요한 용질의 유입을 방지합니다. 각피의 구체적인 구성과 두께는 식물의 종류와 환경에 따라 다릅니다. 다른 잎 적응은 표면적을 줄임으로써 증발을 최소화하기도 합니다. 예를 들어 어떤 풀은 물 손실을 줄이는 접힌 구조로 되어 있습니다. 또 어떤 풀 종은 증발로부터 보호하기 위해 잎몸을 둥글게 맙니다. 사막에 사는 몇몇 식물은 수증기를 가두어 증발을 감소시키는 미세한 털로 코팅된 잎을 가지고 있습니다.

물은 주로 기공(stomata)이라 불리는 식물 잎의 작은 구멍을 통해 증발합니다. 일부 식물의 기공은 낮은 잎 표면에만 있어 과도한 열로 생기는 증발로부터 자신을 보호합니다. 어떤 식물은 기공 개구부 옆에 있는 공변세포가 상대 습도를 감지할 수 있어 잎의 구덩이에 위치한 기공 근처에 수증기를 가두어 증발로 인한 물 손실을 줄입니다. 일부 사막 식물은 증발 가능성이 적은 밤에 기공을 엽니다. 이 전략은 크래슐산 대사(Crassulacean acid metabolism, CAM)라고 불리며, CAM을 사용하는 식물은 밤에 이산화탄소를 잡아 고정하고, 낮 동안 빛에 의존적인 광합성 반응을 합니다. 일부 과학자들은 지구 온난화와 관련된 증발을 완화하기 위해 생체공학 기술을 통해 CAM을 활용하여 식물을 조작해 광합성으로부터 탄소고정을 분리하자고 제안했습니다.

물은 식물이 광합성과 신진대사를 하고 세포 조직을유지를 하는데 아주 중요하다그래서, 과다한 물의 손실은 식물에게 문제가 된다어떠한 적응 방법으로 진화하여 식물은 물 손실을 견디고저항하게 되었을까?대부분의 식물은 왁스 같은 각피가잎 표면을 덮고 있어서물의 증발을 막아준다각피의 구체적인 구성이 물에 영향을 준다기공이라고 하는 표면의 작은 구멍은가스 교환과 증산을 용이하게 해준다물 손실을 최소화하기 위하여 식물은 잎에 생기는 기공의밀도와 위치를 조정하여 물과 햇볕의 가용성에반응한다예를 들면 대부분의 낙엽수는기공이 잎의 아랫 부분에 위치해 있다게다가, 기공의 밀도는나무의 중심 가까운 잎에서 더 높고주변으로 갈수록 낮아진다물의 보존은 특히사막에 있는 식물에게 중요하다사막의 관목 국화과 식물은 자그만 엽모로 잎 주위에서물을 모은다분비모라고 하는 이 엽모는 태양을 피하고바람의 건조 효과를 줄인다부채 선인장 같은 다른 사막 식물은두꺼운 줄기에 물을 저장하여가뭄에 대비한다게다가, 선인장은 가시라는 변형된 잎을 갖고 있어서증발을 줄이고 열을 소멸시킨다건조한 환경의 식물은 또한밤에 이산화 탄소만을 둘여서 증발을줄인다낮에는 기공이 닫혀 있다이 과정을 크레슐산 대사 (CAM)라고부른다구체적인 잎 구조가 또한 물 손실을 줄이도록 도와준다작거나 미세한 잎은 증발을 줄인다풀은 말린 혹은 접힌 잎 구조를갖고 있어서 표면적을 줄이고, 그래서증발을 줄인다