베니스 플라이트랩은 자연계에서 가장 인상적인 포식자 중 하나로, 곤충을 유혹하는 달콤한 꿀 냄새를 품고 씹는 듯한 잎으로 포획한다.

수십 년간의 수수께끼 해결

과학자들은 이 육식식물이 빠르게 반응할 수 있는 메커니즘을 밝혀내어, 찰스 다윈을 비롯한 연구자들이 풀지 못한 문제를 해결했다.

세포 부드러움으로 닫힘

복잡한 실험을 통해 과학자들은 미세한 자극이 잎의 외부 표면 세포를 부드럽게 만든다는 것을 밝혀냈다. 곤충이 잎에 착륙한 후 1초 안에 덫이 닫히도록 유발한다.

프랑스 국립과학연구소(CNRS)와 아식-마르세유 대학의 물리학자 요엘 포르테레 박사는 “다윈이 이 식물이 이렇게 빠르게 움직인다고 보고 근육이 있다고 생각했지만, 식물은 근육도 없고 신경도 없다”고 말했다. “100년 넘게 많은 가설이 제기됐다. 식물 세포벽이 이렇게 빠르게 기계적 성질을 조절할 수 있다는 사실은 놀랍다.”

포르테레 박사는 “이러한 미세한 시스템의 물리적 측정은 큰 도전이었다”고 말했다. “자극을 주면 즉시 닫힌다. 물방울로 잘못 닫히면 다음 날 다시 열린다. 곤충을 포획하면 몇 주 동안 소화하고 골격을 분해해야 한다.”

새로운 기술 활용

포르테레 박사와 동료들은 치아 접착제로 식물의 잎을 고정시켜 실험을 진행했다. 베니스 플라이트랩은 일반적으로 포획 잎의 각 뾰족한 부분에 3개의 자극 털이 있으며, 이전 연구에서는 털을 굽히면 0.1초 이내에 전기 신호가 잎 양쪽으로 퍼진다는 것이 밝혀졌다.

최신 연구에서는 나노인덴터라는 장치를 사용해 잎의 외부 표면을 찌르며 압력을 측정했다. 포르테레 박사는 “손가락으로 공기구를 찍을 때의 느낌과 같다”고 설명했다.

이 실험은 덫이 활성화된 직후 잎의 외부 표면이 즉시 부드러워지는 것을 보여주었다. 측정 결과, 이는 세포가 더 유연해졌기 때문이지, 잎 속의 물이 움직여 부피가 줄어든 것이 아니었다. 이는 이전 주요 가설이었다. 이 메커니즘은 고무 재질의 돔 모양 장난감이 표면에 올려지면 자동으로 뒤집히는 것과 비슷하다.

포르테레 박사는 “이런 식물 세포의 기계적 성질의 급격한 변화를 보이는 식물은 내가 아는 한 없다”고 말했다.

포르테레 박사는 “과거 동료가 실험실에 하나 가져와서 처음 관심을 가졌다”고 말했다. “물리학자로서 이 운동과 힘을 이해해야 한다고 생각했다. 20년간 이 문제에 집착했다.”

그는 “식물은 정말 놀랍다. 이 연구는 모든 식물이 주변을 감지하고 정보를 전달하며 반응하고 방어하고 먹이를 얻을 수 있다는 사실을 보여준다”고 덧붙였다.

이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’에 발표되었다.