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인이 부족하면 열대 삼겹잎에서 육식으로 변해

굶주리면 육식을 하는 식물
인의 부족은 열대 세겹 잎에서 육식 동물로 변해

열대 지방이 원산지인 세겹 잎은 일반적으로 무해하지만 육식 동물이 될 수 있으며 특수한 끈적끈적한 덫을 형성한다. 연구원들은 이제 이러한 변화가 발생하는 상황을 발견했다. 토양에 인이 부족하면 식물이 유인엽을 형성하게 된다. 그가 잡은 곤충은 토양이 다시 영양분이 풍부해질 때까지 인의 대체 공급원 역할을 한다. 

▲ 삼겹잎의 양면: 왼쪽은 광합성을 하는 덩굴성 잎, 오른쪽은 붉은 샘과 끈끈한 분비물을 가진 유인엽. © Traud Winkelmann, LUH

대부분 식물은 광합성을 통해 자체적으로 양분을 생산하며, 일부는 곤충을 먹고 살며 유일하게 하나는 둘 다 할 수 있다. 구부러진 잎 또는 삼겹잎(Triphyophyllum peltatum)은 열대 서부 아프리카에서 자라며 소위 통성 육식동물이다. 이것은 특정 상황에서 육식 동물이 될 수 있는 유일한 알려진 식물임을 의미한다. 그런 다음 메뉴에 작은 곤충이 있으며 끈적끈적한 덫을 사용하여 잡는다. 그러나 정확히 스위치를 뒤집고 Dreifaltigblatt에서 피의 갈증을 유발하는 것이 이전에는 명확하지 않았다.

컨버터블 시트 무기고

삼겹엽이라는 이름은 이미 열대 식물이 총 세 가지 유형의 잎을 형성할 수 있음을 나타낸다. 개발 초기에는 대부분 식물과 마찬가지로 광합성을 수행하는 단순한 잎을 가지고 있다. 그러나 나중에 분비물 방울의 형태로 수많은 끈적한 함정을 운반하는 소위 함정 잎이 형성될 수도 있다. 이것들이 목적을 달성하면 식물은 다시 정상적인 잎을 형성하거나, 그동안 덩굴 식물 단계에 들어간 경우 상단에 두 개의 갈고리가 있는 잎이 올라오도록 도와준다.

그러나 개발의 각 단계가 지속되는 기간은 크게 다르다. 일부 삼겹 잎은 단일 육식 트랩(Trap) 잎 단계를 거치지 않는 반면, 다른 잎은 나중에 초기에 없는 육식 단계를 보충한다. 그러나 식물이 고기에 대한 식욕을 갖게 되는 경우와 시기를 결정하는 것은 무엇일까?

스트레스 테스트의 식물

삼엽충의 융통성 있는 식단에 대한 이유는 무엇보다도 재배가 어려워 실험적으로 조사할 수 없었기 때문에 오랫동안 불분명했다. 그러나 하노버 라이프니츠 대학의 Traud Winkelmann이 이끄는 과학자들은 이제 그 일을 하는 데 성공했다. 팀은 영양 배지가 있는 배양 용기와 온실 모두에서 3중 잎이 시험관 내에서 싹이 트도록 했다.

▲ Triphyophyllum peltatum 시험관 내 새싹의 부정근 형성. (a) 뿌리 유도(46.17, 표 2) 및 발현 배지(WA + AC)에서 각각 1주 및 6주 배양 후의 묘목. (b) 뿌리 유도(46.17) 및 발현 배지(WA)에서 각각 1주 및 6주 배양 후 뿌리내린 묘목. (c) 뿌리 유도(46.20 표 2) 및 발현 배지(WA + AC) 각각(Bar, 1 cm)에서 1주 및 6주 배양 후 뿌리내린 묘목. (d) 물에서 (c)에 표시된 묘목의 뿌리(Bar, 200μm). (출처: 관련논문 Fig 2 / Carnivory on demand: phosphorus deficiency induces glandular leaves in the African liana Triphyophyllum peltatum)

그곳에서 Winkelmann과 그녀의 동료들은 라이나를 다양한 환경 조건과 스트레스 요인에 노출시키고 트랩 잎을 형성하여 반응하는지 여부를 관찰할 수 있었다. 그들은 먼저 높은 광도, 열, 더 낮은 온도 및 다양한 스트레스 호르몬과 같은 스트레스 요인을 테스트했다. 이 중 어느 것도 식물이 피에 굶주린 면을 나타내지 못한 후, 팀은 질소, 칼륨 및 인의 영양 결핍을 시도했다.

인이 부족하면 고기가 먹고 싶어진다

결과:
칼륨이 부족해도 눈에 보이는 잎의 변화는 없었고 질소가 부족하면 잎이 시들고 퇴색되었다. 반면에 인의 부족은 세겹 잎의 변형을 촉발하는 결정적인 요인으로 밝혀졌다. 일부 잎은 또한 좁아지거나 갈색이 되었지만 동시에 검사한 새싹의 67%에서 적어도 하나의 끈적끈적한 함정 잎이 생겼다.

“유인 잎의 발달은 녹색 땀샘으로 덮인 잎 끝의 특징적인 말림으로 시작되었다. 며칠 내에 땀샘이 빨갛게 변했고 약 1~2주 후에 끈적끈적한 액체가 바닥의 땀샘에서 나오는 것을 발견했다”고 Winkelmann과 그녀의 동료들은 보고했다. 이 분비물 방울은 정글에서 작은 곤충을 잡을 수 있으며 특수 효소로 소화된다.

육식 동물로 변한 결과 삼겹잎은 자신이 소화한 곤충의 인을 스스로 공급하여 토양의 영양분 부족을 보충한다. "토양의 인 수준이 부족 이전 수준으로 돌아가면 에너지 집약도가 낮은 광합성 잎이 형성된다"고 과학자들은 설명했다.
(New Phytologist, 2023; doi:10.1111/nph.18960)
출처: Leibniz Universität Hannover, New Phytologist

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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