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.