식물의 표면 온도와 식물이 낙엽을 만드는 원리는?

활엽수인 물푸레나무과의 쥐똥나무(문화어:검정알나무)를 액체(물과 사이다) 속에 동일한 잎수를 가지도록 준비하였고, 특히 열화상 촬영 등을 위하여 잎들의 위치를 비이커 속에 고정하고 물과 사이다 속에서 잎의 온도 변화를 실험하였다.

 

Photo and numbering of sample plant

위의 그림에 표시된 물과 사이다 속의 1번과 3번 잎의 표면온도를 열화상카메라로 측정하고 이를 평균하여 주위온도와 함께 나타내었다.

 

Averaged leaf temperature with time during 24hrs

밤 9시부터 시작되어 주위온도는 다음날 일출 전까지 점차 낮아져 5℃ 차이를 나타내고 있으며 이에 따라 잎 앞면의 온도도 비슷한 온도차이 만큼 감소하고 있다.

그러나 일출 후에는 주위온도가 약 29.3℃ 까지 증가함에도 잎 표면온도는 시작온도까지만 상승하는 포물선 형태의 온도변화를 나타내었다.

즉, 식물 주위의 온도는 크게 변화하더라도 잎 자신의 표면온도는 거의 일정한 진폭을 가지고 변화하고 있음을 확인할 수 있다.

 

사이다 속에서 144시간 정도 이후에 쥐똥나무 잎들이 떨어지기 시작하였다.

사이다 속의 쥐똥나무 잎이 떨어지기 20분 전에 열화상카메라로 촬영한 이미지인 아래 열화상 이미지(그림 내의 검은 선은 잎의 윤곽이 명확하게 나타나지 않아 잎의 존재를 표시하기 위하여 표시함)에서와 같이 잎과 줄기가 맞닿는 줄기부분의 온도가 다른 줄기와 잎의 표면온도에 비하여 약 2℃ 정도 낮게 유지되고 있었음을 알 수 있다.

 

Thermal image captured in Cider before falling

이러한 온도 강하 현상은 2009년 UW(University of Wisconsin)의 연구진들이 좌측의 단풍나무(Maple) 가지에서 우측의 잎으로 연결되는 부분에 낙엽이 되기 전에 붉은 색의 Scissor cell을 촬영한 아래 그림에서와 같이 단백질이 주성분인 Scissor cell이 잎으로 공급되는 물의 흐름을 차단하는 것으로 발표한 결과와 깊은 연관이 있는 것으로 판단된다.

 

Scissor cell photo from University of Wisconsin plant image teaching collection

줄기와 잎의 연결부에 단백질 막 생성에 의해 물 공급이 서서히 차단되면 부분적인 마름현상이 발생하고 이러한 물 공급의 차단이 부분적인 국소적인 온도 강하 현상을 일으키는 것으로 판단된다.

 

낙하 직전 혹은 시들기 시작하면서 발생하는 온도 강하 현상은 3회 실험에서 동일하게 나타남을 명확하게 확인하였다.

따라서, 식물에서 낙엽이 발생하거나 시드는 현상에 대한 근거의 일부를 제시한 것으로 판단된다.

 

출처 : "식물의 성장과 열화상카메라로 측정된 열적 특성과의 연관성 분석", 한국태양에너지학회 논문집, Vol. 36, No. 2, 2016.04, pp. 1-7.