식물 묘목이 원을 그리며 자라는 이유 (영상)
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-08-19 20:42:46
3'00" 읽기 + 0'14" 영상
- 찰스 다윈(Charles Darwin)조차도 이미 어린 식물의 흔들리는 모습에 대해 고민
- 해바라기 실험: 시간이 지나면서 이것들이 지그재그 패턴으로 배열
- 태양의 위치와 이웃의 음영이 결합돼 가능한 최대의 빛 제공하는 방식으로 방향 지정
찰스 다윈과 흔들리는 덩굴
진화론의 아버지인 찰스 다윈(Charles Darwin)조차도 이미 어린 식물의 흔들리는 모습에 대해 고민하고 있었다. 1860년대에는 반복되는 질병으로 인해 장기간 여행이나 산책을 할 수 없게 되자 며칠에 걸쳐 식물의 움직임을 관찰하고 특별한 지도 형태로 기록하기도 했다. 다윈은 1863년 친구에게 이렇게 썼다. “나는 내 덩굴손을 보고 매우 즐겁습니다. 그것은 바로 제가 즐기는 작업입니다.”
그러나 그 유명한 박물학자조차도 그의 묘목이 왜 꼬이는지 설명할 수 없었다. 텔아비브 대학의 수석 저자인 Yasmine Meroz는 "등산식물의 경우 버틸 수 있는 지지대를 찾는 것이 전부라는 것이 분명하다"며 "그러나 다른 식물의 경우 이것이 왜 가치가 있는지는 확실하지 않다"고 설명했다. 콜로라도 대학의 주저자 찬탈 응우엔(Chantal Nguyen)과 동료들과 함께 그녀는 이제 오래된 미스터리를 다시 열었다.
해바라기를 위한 연립 주택 정착지
과학자들이 비좁은 환경에 어린 해바라기를 심었던 2017년의 연구에서 중요한 단서가 제공되었다. 그들은 시간이 지나면서 이것들이 지그재그 패턴으로 배열된다는 것을 발견했다. 그들은 이 특별한 배열이 식물이 집단적으로 햇빛에 대한 접근을 최대화하도록 돕는 것과 같이 식물에 가치를 부가했음에 틀림없다고 결론지었다. 그런데 해바라기는 이 지그재그 모양을 어떻게 구성했을까? 아마도 어린 식물처럼 이리저리 움직여 완벽한 위치를 찾는 것이 아닐까?
이를 알아보기 위해 Nguyen과 그녀의 팀은 어린 해바라기도 줄지어 심었다. 다윈과 마찬가지로 그들은 일주일 동안 다섯 가지 식물의 흔들리는 패턴을 기록했다. 근본적인 성장 패턴을 분석하기 위해 연구자들은 마침내 이 흔들림 데이터를 특별히 개발된 컴퓨터 프로그램에 입력했다.
적절한 크기가 중요
다윈과 2017년 연구에서도 비슷한 현상이 나타났다. 어린 해바라기는 성장 끝부분을 거칠고 겉보기에 무작위로 회전했다. Nguyen과 그녀의 동료들이 가상 묘목을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 발견한 것처럼, 그 뒤에는 방법이 있다. 즉, 해바라기는 적절한 양의 무작위성으로 움직일 때만 특징적인 패턴을 형성한다.
묘목이 전혀 움직이지 않으면 식물의 머리 부분은 거의 일직선으로 유지된다. 너무 많이 움직이면 결과적으로 그늘에 많은 나뭇잎이 있는 완전히 무작위로 배열된다. "그러나 [움직임의 형태로] 약간의 노이즈만 추가하면 식물이 환경을 탐색하고 최적의 빛을 제공하는 구성으로 성장할 수 있다"고 Nguyen은 설명했다.
최적의 빛을 찾아서
연구자들은 어린 식물을 흔드는 것이 실제로 주변 환경에서 최상의 조명 조건을 검색하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 빛을 놓고 경쟁하는 식물을 식별하는 데에도 도움이 된다고 결론지었다. 이 정찰을 통해 줄에 있는 모든 해바라기는 추가 성장을 위해 최적으로 정렬될 수 있다. 이제 태양의 위치와 이웃의 음영이 결합되어 가능한 최대의 빛을 제공하는 방식으로 방향이 지정된다. 어린 식물이 흔들릴 때 보여주는 것도 그들의 비장의 카드다.
(Physical Review X, 2024; doi: 10.1103/PhysRevX.14.031027)
출처: 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스
- 찰스 다윈(Charles Darwin)조차도 이미 어린 식물의 흔들리는 모습에 대해 고민
- 해바라기 실험: 시간이 지나면서 이것들이 지그재그 패턴으로 배열
- 태양의 위치와 이웃의 음영이 결합돼 가능한 최대의 빛 제공하는 방식으로 방향 지정
흔들리는 식물의 퍼즐이 풀렸다
찰스 다윈은 묘목이 왜 머리를 회전하는지 이미 의아해했다.
신비한 버블헤드:
어린 식물은 위쪽으로 뻣뻣하게 자라는 것이 아니라 끝부분을 원을 그리며 움직인다. 심지어 식물을 기어오르거나 올라가지 않더라도 마찬가지다. 왜? 찰스 다윈은 이미 이것에 대해 고민하고 있었다. 이제 과학자들이 그 미스터리를 풀었다. 해바라기와 마찬가지로 빛도 중요한 역할을 한다.
<© University of Colorado Boulder>
식물은 우리에게 경직된 것처럼 보이지만 실제로는 많이 움직인다. 그들은 이 작업을 너무 느리게 수행하므로 그들의 움직임이 항상 육안으로 보이지는 않는다. 예를 들어 저속 촬영 기록은 해바라기가 낮 동안 태양을 따라갔다가 밤에 시작 위치로 돌아가는 모습을 보여준다. 해바라기 모종과 기타 어린 식물도 매우 활동적이다. 단순히 똑바로 자라는 대신 머리를 흔들고 계속 원을 그리며 돌린다. 도대체 왜? |
| ▲ 어린 식물은 자라면서 머리를 둥글게 돌립린다. 그런데 왜 그럴까? |
찰스 다윈과 흔들리는 덩굴
진화론의 아버지인 찰스 다윈(Charles Darwin)조차도 이미 어린 식물의 흔들리는 모습에 대해 고민하고 있었다. 1860년대에는 반복되는 질병으로 인해 장기간 여행이나 산책을 할 수 없게 되자 며칠에 걸쳐 식물의 움직임을 관찰하고 특별한 지도 형태로 기록하기도 했다. 다윈은 1863년 친구에게 이렇게 썼다. “나는 내 덩굴손을 보고 매우 즐겁습니다. 그것은 바로 제가 즐기는 작업입니다.”
 |
| ▲ 여기에서 찰스 다윈(Charles Darwin)은 4일에 걸쳐 어린 카네이션의 흔들리는 움직임을 지도로 그려냈다. © „The power of movement in plants,“ 1896, by Charles Darwin and Francis Darwin |
그러나 그 유명한 박물학자조차도 그의 묘목이 왜 꼬이는지 설명할 수 없었다. 텔아비브 대학의 수석 저자인 Yasmine Meroz는 "등산식물의 경우 버틸 수 있는 지지대를 찾는 것이 전부라는 것이 분명하다"며 "그러나 다른 식물의 경우 이것이 왜 가치가 있는지는 확실하지 않다"고 설명했다. 콜로라도 대학의 주저자 찬탈 응우엔(Chantal Nguyen)과 동료들과 함께 그녀는 이제 오래된 미스터리를 다시 열었다.
해바라기를 위한 연립 주택 정착지
과학자들이 비좁은 환경에 어린 해바라기를 심었던 2017년의 연구에서 중요한 단서가 제공되었다. 그들은 시간이 지나면서 이것들이 지그재그 패턴으로 배열된다는 것을 발견했다. 그들은 이 특별한 배열이 식물이 집단적으로 햇빛에 대한 접근을 최대화하도록 돕는 것과 같이 식물에 가치를 부가했음에 틀림없다고 결론지었다. 그런데 해바라기는 이 지그재그 모양을 어떻게 구성했을까? 아마도 어린 식물처럼 이리저리 움직여 완벽한 위치를 찾는 것이 아닐까?
이를 알아보기 위해 Nguyen과 그녀의 팀은 어린 해바라기도 줄지어 심었다. 다윈과 마찬가지로 그들은 일주일 동안 다섯 가지 식물의 흔들리는 패턴을 기록했다. 근본적인 성장 패턴을 분석하기 위해 연구자들은 마침내 이 흔들림 데이터를 특별히 개발된 컴퓨터 프로그램에 입력했다.
적절한 크기가 중요
다윈과 2017년 연구에서도 비슷한 현상이 나타났다. 어린 해바라기는 성장 끝부분을 거칠고 겉보기에 무작위로 회전했다. Nguyen과 그녀의 동료들이 가상 묘목을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 발견한 것처럼, 그 뒤에는 방법이 있다. 즉, 해바라기는 적절한 양의 무작위성으로 움직일 때만 특징적인 패턴을 형성한다.
 |
| ▲ 어린 해바라기의 흔들리는 움직임은 검은색으로 표시되고 최종 지그재그 방향은 파란색으로 표시된다. © Nguyen 외, 2024, Physical Review X |
묘목이 전혀 움직이지 않으면 식물의 머리 부분은 거의 일직선으로 유지된다. 너무 많이 움직이면 결과적으로 그늘에 많은 나뭇잎이 있는 완전히 무작위로 배열된다. "그러나 [움직임의 형태로] 약간의 노이즈만 추가하면 식물이 환경을 탐색하고 최적의 빛을 제공하는 구성으로 성장할 수 있다"고 Nguyen은 설명했다.
최적의 빛을 찾아서
연구자들은 어린 식물을 흔드는 것이 실제로 주변 환경에서 최상의 조명 조건을 검색하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 빛을 놓고 경쟁하는 식물을 식별하는 데에도 도움이 된다고 결론지었다. 이 정찰을 통해 줄에 있는 모든 해바라기는 추가 성장을 위해 최적으로 정렬될 수 있다. 이제 태양의 위치와 이웃의 음영이 결합되어 가능한 최대의 빛을 제공하는 방식으로 방향이 지정된다. 어린 식물이 흔들릴 때 보여주는 것도 그들의 비장의 카드다.
(Physical Review X, 2024; doi: 10.1103/PhysRevX.14.031027)
출처: 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
