사막, 북극 고산, 열대 고산 식물의 온도 조절

식물의 온도조절

사막 식물의 온도조절

사막 식물의 온도조절은 어떻게 이루어질까요? 환경에서 식물은 뜨거워지는 것을 피해야만 합니다. 다시 말하면 식물은 그들의 열 저장량을 줄여야 합니다. 사막 식물은 이러한 문제를 다른 환경에 사는 식물처럼 그들은 환경과의 열 교환을 변화시키기 위해 형태와 행동을 변화시키는 것으로 해결하려고 합니다. 열 손실을 늘려 잎을 시원하게 하는 증발열을 이용하는 것은 적절한 방법이 아닙니다. 사막에서는 여기에 이용할 수 있는 물이 부족하기 때문입니다. 또한 식물의 대부분은 대사작용을 통해 아주 적은 양의 열을 발생하기 때문에 그 열의 양은 고려하지 않아도 됩니다. 열을 피하기 위하여 뜨거운 사막에 있는 식물들은 세 가지 주요한 기능을 가지고 있습니다. 전도에서 열을 줄이는 방법, 대류를 통하여 온도를 낮추는 방법, 방사선 열의 비율을 감소시키는 방법입니다. 많은 사막 식물의 잎은 전도를 통해 유입되는 열을 감소시키기 위해 땅에서 많이 떨어진 위쪽이 붙어 있습니다. 또한 많은 사막 식물들은 잎이 매우 작아 대류를 통해 많은 열을 식힐 수 있도록 진화하였습니다. 이는 잎의 부피에 대한 표면적의 비율을 증가시키며 식물의 줄기와 잎 주변에서 공기가 잘 흐르도록 할 수 있기 때문입니다. 일부 사막 식물은 방사열로 얻은 열의 비율이 낮습니다. 그 이유는 잎의 표면에서 빛을 반사하는 방향으로 진화하였기 때문입니다. 많은 사막식물의 잎은 흰 털로 빽빽하게 덮여 있습니다. 이러한 털은 햇빛의 거의 절반에 해당하는 에너지를 구성하는 가시광선을 반사시키면서 방사선열을 감소시킵니다. 식물은 방사열량을 조절하기 위해 잎과 줄기의 형태를 바꿉니다. 많은 사막 식물은 태양광선과 평행한 잎을 가짐으로써 또는 태양이 가장 강한 때인 낮에 잎을 접음으로써 받는 열을 줄입니다. 

북극 고산 식물

북극 고산식물이 추운지역에서 온도조절을 함으로써 환경에 적응하는 방식은  예측할 수 있듯이 보통의 경우 사막식물의 온도조절과 아주 대조됩니다. 여기에서 중요한 점은 따뜻하게 유지해야 한다는 데 있고, 북극 식물과 고산식물은 방사열을 높이고 대류성열을 줄이는 방식을 주로 이용합니다. 많은 식물들이 두 가지를 모두 활용하도록 진화하였고, 그 결과 그 식물들은 대기온도보다 훨씬 더 높은 온도까지 열을 저장할 수 있게 되었습니다. 그래서 사막에서는 빛을 반사하는 방식이 생존에 유리한 반면에 북극과 고산지역에서는 어두운 색소를 갖고 있어서 빛을 흡수하는 방식이 유리합니다. 이러한 어두운 색소는 방사열을 많이 얻게 합니다. Dryas integrifolia와 같은 북극 식물과 고산 식물은 또한 잎과 꽃이 태양광선에 수직이 되게 함으로써 방사열 흡수를 늘립니다. 또한 많은 식물은 땅을 '안고' 있는 '쿠션' 형태를 갖춤으로써 환경으로부터 얻는 방사열의 양을 증가시킵니다. 바닥은 종종 땅 위에 있는 공기의 온도 이상으로 따뜻하고 쿠션식물이 흡수할 수 있는 적외선을 방출합니다. 쿠션식물은 또한 전도열을 통해서 따뜻한 바닥으로부터 열을 얻을 수 있습니다. 쿠션식물은 또한 중요한 두 가지 방법으로 대류열의 손실을 줄입니다. 첫 번째로, 땅에 가까이 자람으로 해서 바람이 직접 불어 닥치지 못하도록 하는 보호막 역할을 합니다. 두 번째로, 쿠션식물의 빽빽한 반구형의 성장은 부피에 대한 표면적의 비율을 줄여서 식물의 내부를 통해 공기가 이동하는 속도를 느리게 합니다. 그리고 줄어든 표면적은 방사열로 인한 손실을 줄입니다. 이러한 과정의 결과로 쿠션 식물은 주변의 공기보다 종종 더 따뜻하여 다른 형태로 자라는 식물과 대비가 됩니다. 다양한 스칸디나비아 식물의 열수 지를 연구한 가우스라(Y.Gauslaa, 1984)는 쿠션 형태 성장형과 열의 관계를 확인하였습니다. 그는 개방된 성장형 식물의 체온은 공기 온도와 거의 비슷한 반면에, 쿠션 식물의 체온은 공기온도보다 섭씨 10도 이상 더 높을 수 있다는 것을 발견하였습니다.  

열대 고산 식물

열대 고산 식물의 온도조절 방법에서는 몇가지 놀라운 특징이 있습니다. 열대 고산지대의 온도는 연간변화가 거의 없지만, 밤에는 매우 낮은 온도가, 낮에는 '여름'과 같은 온도까지 올라가는 하루의 변동이 매우 심한 독특한 환경입니다. 이 환경에서 식물이 적응한 결과 전 세계적으로 열대의 산을 덮고 있는 거대한 로제트 식물로 되어가는 놀라운 사례를 만들었습니다. 거대한 로제트 식물은 열대 고산 지대에서 매일 계속되는 극한의 온도 변화에 대해서 자신을 보호하는 수많은 특징을 갖고 있습니다. 로제트 식물은 대부분 죽은 잎을 갖고 있어 줄기를 단열시키며 어는 것을 보호합니다. 2~3mm 정도의 두께로 빽빽이 덮인 솜털은 대부분 살아있는 잎을 덮고 있습니다. 이 두꺼운 솜털은 잎 표면 위에서 사지의 공기 공간을 만듦으로써 추운 고산 환경에서 열을 품는 것을 돕는데, 이것은 대류열을 잃는 확률을 줄입니다. 이러한 열대 고산 식물의 잎을 덮고 있는 솜털은 식물에게 동물의 가죽털과 같은 역할을 합니다. 많은 로제트 식물들은 그의 로제트나 크고 움푹 파인 화서 안에 수 리터의 액체를 저장합니다. 이렇게 많은 물을 저장함으로써 로제트나 화서는 더 많은 열을 보유할 수 있습니다. 낮 동안에 저장한 총열량이 더 클수록 밤에 얼 가능성이 더 낮습니다. 앞에서 언급한 Dryas 꽃처럼, 포물선 모양의 잎은 방사열량을 증가시킵니다. 어떤 열대 고산 식물의 로제트는 윗부분의 잎으로 밤에 정아를 덮는데 이것은 싹이 어는 것을 보호하는 것입니다.