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[표지로 읽는 과학] 나무는 어떻게 겨울잠을 잘까?

2018년 04월 14일 19:10
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-사이언스지 제공


하얀 눈밭에 나무 한 그루가 서 있다. 가지마다 눈으로 뒤덮인 나무는 하루 빨리 따듯한 봄이 오기를 기다리고 있다. 이번주 사이언스 표지 논문은 나무의 겨울잠 메커니즘에 대한 내용이다.

 

온대 및 아한대 생태계에서 자라는 다년생 식물은 겨울잠을 통해 추운 겨울 환경에 적응한다. 스웨덴 농업과학대학을 비롯한 국제연구팀은 겨울잠 즉, 추운 겨울동안 성장을 하지 않고 ‘휴면 상태’를 유지하는 나무의 생태를 탐구했다. 

 

연구팀은 계절별로 나타나는 미국 사시나무(Populus tremuloides)의 생태를 분자 수준으로 살펴봤다. 그 결과 식물을 구성하는 세포 사이의 연결 채널인 ‘원형질 연락사(Plasmodesmata)’의 통신이 차단되는 일부 원인을 규명했다.

 

식물 세포에서는 세포벽을 통해 물에 녹는 미세한 단백질이나 용질 등 크기가 작은 물질이 침투할 수 있다. 그러나 비교적 크기가 큰 물질들은 세포벽을 투과하지 못한다. 이에 원형질 연락사가 세포 사이 미세한 구멍을 통해 크기가 큰 물질도 직접적으로 전달 및 교환하는 역할을 한다. 즉 원형질 연락사는 세포간 물질을 교환하는 통로이자, 신호를 주고받는 통신망인 셈이다.

 

겨울이 되고 식물이 받을 수 있는 햇빛의 양이 줄어들면 원형질 연락사가 통신을 중단한다. 세포 사이에 있는 미세한 구멍이 닫히기 때문이다. 연구팀은 이 과정을 유도하는 것이 식물호르몬 중 하나인 아브시스산(Abscisic Acid, ABA)이라는 사실을 알아냈다. 

 

이미지 확대하기A는 야생형, B와 C는 아브시스산 반응을 약화시킨 미국 사시나무의 새싹을 빛에 노출되는 시간이 짧은 <br>환경(겨울과 비슷한 수준)에서 11주 동안 노출시켰다. 그 결과 야생형은 휴면 상태를 유지해 <br>잎의 생생함이 유지됐지만, B와 C는 그렇지 못해 잎이 많이 시든 모습이다. -사이언스지 제공
A는 야생형, B와 C는 아브시스산 반응을 약화시킨 미국 사시나무의 새싹을 빛에 노출되는 시간이 짧은
환경(겨울과 비슷한 수준)에서 11주 동안 노출시켰다. 그 결과 야생형은 휴면 상태를 유지해
잎의 생생함이 유지됐지만, B와 C는 그렇지 못해 잎이 많이 시든 모습이다. -사이언스지 제공

 

아브시스산은 식물이 스트레스를 받을 때 식물체 내에 다량으로 만들어지는 호르몬이다. 잎의 기공이 닫히게 하는 역할을 해 식물 내 수분을 유지시킨다. 실제 휴면 중인 식물의 눈이나 알뿌리, 종자 등에 아브시스산이 많이 들어 있는 것으로 알려져 있다. 

 

연구팀은 겨울이 되고 식물이 빛에 노출되는 낮의 길이가 줄어들면 아브시스산과 해당 호르몬 수용체가 늘어나면서 반응이 증폭되는 사실을 확인했다. 이런 변화는 세포 사이 구멍을 막아 원형질 연락사가 통신을 중단시키는 원인이 되는 것이다. 세포 사이 구멍이 막히면 식물체 내에서 성장 촉진 신호를 계속해서 만들어내도 성장이 정지된 휴면 상태가 유지된다. 

 

식물이 저온에 장시간 노출되면 세포 사이 구멍이 다시 열리면서 휴면 상태가 풀리고 성장이 재개된다. 봄이 오면 휴면 상태가 풀리고 낮의 길이도 길어지면서 식물이 쑥쑥 자라나는 환경이 되는 것이다.

 

더 자세한 내용은 사이언스지 4월 13일자(360호)에서 확인할 수 있다.


이혜림 기자

pungnibi@donga.com

 

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