파리지옥 포충잎의 자극에 대한 기억능력(Memory capability of VFT)

파리지옥 포충잎내의 감각모가 2회 연속으로 자극을 받을 경우 닫히게 된다는 것을 보았습니다. 그러면 이번에는 하나의 감각모를 건드린 후에 다음 자극까지 얼마의 시간동안 첫번째 자극이 기억되어 닫힘반응이 일어날까도 알아보겠습니다. 포충잎내의 감각모에 대해서는 다음 그림과 같이 번호를 부여하고 1번을 자극한 후 10초부터 50초까지 간격을 두고 두번째 자극을 주었습니다. 혹시 파리지옥 포기마다의 특성이 차이가 있을 수 있어 5개의 화분에서 성장한 파리지옥을 사용하였습니다.

감각모에 대한 자극의 기억시간 확인을 위한 실험결과는 다음과 같습니다. 표에서 보는 바와같이 거의 모든 경우, 10초동안은 자극을 기억하고 있었으며, 일부 파리지옥은 30초까지도 기억이 유지되는 것을 볼 수 있었습니다. 식물에 가해진 자극자체도 이렇게 오랜 기간동안 기억이 유지된다는 것은 매우 놀라운 사실이 아닌가 생각합니다.

감각모자극 반응(Trap Closure by touch of sensory hair)

위치가 다른 감각모를 자극했을 때 포충잎의 닫힘반응은 어떻게 나타날까?

일반적으로 포충잎은 2개이상의 감각모를 동시에 건드리거나 동일한 감각모를 짧은 시간내에 두번이상 건드리면 닫히게 된다고 알려져있습니다. 감각모는 포충잎 각면에 3개씩 있는 것을 알고 있는데 그렇다면 위치가 다른 감각모를 짧은 시간내에 두번 건드리면 어떻게 될까요? 또한 각기 다른 면에 있는 감각모를 건드리면 어떤 반응이 나올까요? 이러한 질문에 답하기 위해 감각모를 다양한 방식으로 자극하며 관찰을 해보았습니다.

아래의 그림에 보는 바와같이 각 포충잎내부에 있는 감각모에 번호를 부여하고 번호를 다르게 하여 다양한 자극을 주고 반응을 관찰하였다. 자극조건의 종류는 다음과 같습니다;
1)  동일한 감각모를 2초간격을 두고 두번 자극(예: 1번을 2회 자극)
2)  동일한 면에 있는 서로 다른 감각모를 2초의 간격을 두고 각각 자극(예: 1번 자극 후 2번 자극)
3)  다른 면에 있는 서로 마주보고 있는 감각모를 2초간격으로 자극(예: 1번 자극 후 4번 자극)
4) 서로 다른 두개의 감각모를 선정하여 2초간격으로 자극(예: 1번 자극 후 6번 자극)

위와같이 일정한 간격을 두고 두개의 감각모를 자극하였을 때, 동일한 감각모를 두번 자극하는 것과 동일한 반응(포충잎의 닫힘)을 볼 수 있었다. 또한 한쪽면의 감각모와 다른 면의 감각모를 건드렸을 때에도 동일하게 닫힘반응이 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 첫번째와 두번째 서로 다른 감각모를 건드렸을 때의 경우는 다음의 표에서와 같고 모든 경우에 연속된 자극에 의해 포충잎이 닫히는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 6개의 감각모중 어떠한 조합이든간에 2개이상을 연속해서 건드리면 포충잎이 닫히는 것을 알 수있습니다.

포충잎의 감각인지 부위는 어디일까(Where is the sensory location in the trap)?

파리지옥 포충잎의 감각인지 부위는 어디일까요?
포충잎을 자세히 살펴보면 두개의 대칭으로 이루어진 잎 각각에는 3개씩의 감각모(Sensory hair)가 대칭위치에 나와 있는 것을 볼 수 있습니다. 보통 2개의 감각모는 보통 2개의 감각모는 가시쪽에 1개는 줄기쪽에 위치해 있음을 알 수 있습니다. 이 감각모는 특수한 기능을 가지고 있는데 보통 곤충 등의 먹이가 포충잎에 들어와 이 감각모를 건드리면 매우 빠르게 포충잎이 닫히게 되어 있습니다.

이 감각모는 뽀족한 침 형태를 가지고 있으며 사람의 머리카락 굵기 정도이고 길이는 2mm 입니다. 감각모의 뿌리부분은 여러가닥의 섬유모양으로 마치 나무 뿌리처럼 되어 있지만 뿌리로부터 감각모굵기 정도의 위치에는 마디가 만들어져 있습니다. 감각모가 휘어지거나 꺽이더라도 이 마디의 탄력으로 다시 일으켜 세워지는 것으로 생각됩니다.



이 감각모를 보다 상세히 관찰한 것이 다음의 사진입니다. 첫번째 것은 전자현미경을 이용해 확대해본 것이고 두번째는 광학현미경을 통해 관찰한 감각모의 단면 사진입니다.

파리지옥 포충잎의 성장(Growth of VFT's trap)

이번에는 파리지옥 포충잎의 성장 모습에 대해 알아보도록 하겠습니다.

포충잎은 한 뿌리에서 여러개가 나올 수 있습니다만, 대부분 동시에 2개 이상이 나오는 경우는 거의 없고 한 뿌리에서 일단 하나씩 나옵니다. 처음에는 고개를 숙인 떡잎처럼 서서히 올라오면서 3일째 정도되면서 고개가 펴지는 것을 볼 수 있습니다. 5일 째 정도면 포충잎이 고개를 완전히 들고 자리를 잡게 되는데 이 때부터는 성장보다는 잎이 펼쳐지게 됩니다. 6일째 정도면 포충잎이 펼쳐지면서 가시가 포충잎 가장자리에 바로 서기 시작하고 8~10일정도면 우리가 일반적으로 보는 것과 같은 포충잎이 완성됩니다. 한 뿌리에서 3~4개 정도의 포충잎이 나오는데 많은 경우는 10개까지도 계속 나오기도 합니다. 보통 한개의 포충잎은 몇개월은 살아있기 때문에 한개의 뿌리에서 여러개의 포충잎이 달려있는 것을 볼 수 있습니다.

파리지옥(Venus Flytrap) 포충잎(Trap)의 작동

파리지옥을 키우면서 실제 닫힘반응을 관찰해보면 식물로서 어떻게 이렇게 빠른 시간내에 작동할 수 있을까하고 놀라게 됩니다. 일반적으로 조사한 대부분의 자료에서 공통적인 값은 약 1/10~1초 이내에 닫힌다고 되어 있는데, 다음동영상에서 보는 것처럼 정말 0.2~0.3초 정도의 매우 짧은 시간에 닫히는 것을 볼 수 있습니다.

이 정도의 속도로 잎이 닫힐 수 있도록 하는 것이 과연 어떠한 원리에 의한 것인지는 과거에 많은 학자들이 관심을 가지고 조사해왔습니다. 가장 최근에 발표된 자료에 따르면 파리지옥의 포충잎 내에 있는 감각모에 자극이 있게 되면, 잎 안에 있는 수분이 빠르게 이동하여 작동된다고 합니다. 보통 때에는 포충잎의 안쪽이 볼록거울처럼 튀어나와 있지만 이렇게 이동한 물로 인해 포충잎의 바깥 면이 급격히 팽창하여 바깥쪽이 볼록거울처럼 튀어나오게 되고 포충잎의 안쪽에는 우리가 두 손으로 물을 담을 때처럼 오목하게 변하고 양면이 닫히게 됩니다.

 

 

포충잎의 닫힘이 잎의 모양변화에 의해 발생된다는 것은 알려져 있었지만 포충잎의 내-외부에 잎의 변형이 과연 얼마나 발생하는가는 정확하게 측정하지 못했습니다. 최근에 'Nature'지에 발표된 연구결과에 따르면 포충잎의 변형이 높이방향으로는 크게 늘어나는데 너비방향으로는 줄거나 아주 적게 늘어나기 때문에 포충잎의 모양이 변화될 수 있다고 설명하고 있습니다. 상대적인 변형의 크기를 측정하였을 때, 다음 그림에서 보는 것처럼, 높이(x방향)로는 줄기와 가까운 부분에서 늘어나는 것이 +8~9 정도로 매우 크게 생기는데 비해 길이(y방향)로는 +1에서 -1.5까지로 거의 늘어나지 않거나 가운데 부분에서는 오히려 줄어들고 있어 포충잎의 바깥쪽 모양이 오목하다가 자극을 받은 후에는 볼록하게 변형되면서 닫히게 된다는 것입니다. 이에 대해서는 나중에 다시 더 상세히 살펴보도록 하겠습니다.

VFT의 포충잎닫힘시 상대적변형

(Yoel Forterre, Jan M. Skothelm, Jacques Dumals & L. Mahadevan, "How the Venus Flytrap snaps", letters to Nature, Nature Vol. 433, January 2005)

 

파리지옥(Venus Flytrap) 개요

첫번째로 오늘은 파리지옥에 대한 일반사항을 올리려고 합니다. 그림에서 보는 것 처럼 파리지옥은 곤충을 잡을 수 있는 비교적 넓은 잎을 가지고 있습니다. 보통 이것을 포충잎이라고 부르기도 하는데 영어로는 Flytrap이라고 합니다.

파리지옥(Venus Flytrap: VFT)은 우리나라에서는 야생하지 않기 때문에 특별히 재배를 하여 판매하는 것만 구할 수 있는데, 크게는 한 종류이지만 색깔이나 형태에 약간의 차이가 있어 구분이 됩니다. 국내에서 구할 수 있는 종류는 팽, 패스트, 썬샤인, 버뱅크패스트, 붉은파리 5종류가 있습니다. 이러한 5종류의 파리지옥은 외형상의 차이일 뿐 배양조건, 성장 시기, 먹이 포획 방법 등에는 아무런 차이가 없습니다.

 

 

 

                                  

파리지옥의 생태조건에 대해서도 간단히 설명하면 다음과 같습니다.

 

(1) 서식지 : 이끼가 낀 습지에서 자란다.

(2) 재배조건 : 화분에서 재배하는 경우에는 검은물이끼가 뒤섞인 토양이 필요하다. 습지의 조건을 만들어 주기 위해서 파리지옥의 화분 바닥이 항상 물에 젖어 있도록 하는 것이 좋다. 위에서 물을 흘려주는 것도 방법이지만 이렇게 할 경우에는 물이 포충잎의 감각모를 건드려 불필요하게 포충잎이 닫힐 수 있기 때문에 바닥에 물이 있도록 하는 것이 더 좋다.

(3) 분갈이 : 거의 2년에 1회 정도, 뿌리가 계속 살아남는 다년생 식물이기 때문에 10년 이상까지도 계속 살 수 있다.

(4) 온도 : 상온의 조건이면 충분하다. 우리나라의 기후면 사계절을 충분히 버틸 수 있는 온도조건이 된다.

(5) 생장주기 : 봄이 되면 줄기가 새롭게 돋아나면서 잎의 끝자락에 포충잎이 같이 본격적으로 성장하여 크게 자란다. 크게 자란 포충잎은 약 성인의 엄지손가락마디 정도, 즉 2~3㎝ 정도까지 자란다. 9월부터는 겨울을 준비하기 위해 크게 성장했던 포충잎과 줄기는 까맣게 말라죽고 작은 새로운 줄기와 포충잎이 나온다. 겨울에도 토양속이 완전히 얼어붙지만 않는다면 영하의 기온에서도 죽지는 않는다. 



파리지옥(Venus Fly trap)과 함께

안녕하세요?

저는 Catherin이라고 해요. 저는 초등학교 5학년때부터 아빠와 함께 식충식물, 그중에서도 파리지옥(Venus Flytrap)에 대해 실험과 관찰을 해왔습니다. 그동안 제가 관찰한 결과를 이제는 주변의 관심있는 분들과 나누었으면 해서 이렇게 블로그를 만들었습니다. 아직도 부족한 것이 많지만 앞으로도 모르는 것은 꾸준히 관찰해가면서 내용을 조금씩 늘려가려고 합니다. 물론 이미 이 분야에 대해 많은 연구를 하신 세계적인 학자들도 계십니다. 이런 분들이 내어놓은 중요한 연구결과도 이 블로그에 같이 올리려고 합니다. 그래서 이 블로그를 방문하시는 분들이 신기한 Venus Flytrap를 알아가면서 또한 재미를 나눌 수 있도록 하겠습니다. 많이 많이 사랑해 주세요~~