동물과 식물의 기관의 크기와 형태는 생물종마다 다양하지만, 뼈와 뿌리와 같은 기관의 윤곽의 형태는 종을 넘어 공통되는 것처럼 보인다.이번에, 오사카 대학, 나라 첨단 과학 기술 대학원 대학, 고베 대학의 연구자로 구성된 그룹은 뿌리의 첨단 윤곽을 정량적으로 해석하는 수법을 고안해, 이 겉보기의 공통성을 수학적으로 검증한 결과 놀랍게도 파, 오이, 제비꽃, 나데시코, 코스모스 등 다양한 식물 분류군에 걸친 10종의 뿌리의 윤곽이 모두 카테나리 곡선과 일치한다는 것을 발견했다.

　카테나리 곡선은 매달려 다리와 아치 다리, 스페인의 사그라다 파밀리아 등 전세계 많은 건축물에 채용되어 역학적으로 안정된 구조를 만들어내는 곡선이다.이번 발견에 의해 식물의 뿌리의 첨단도 씨와 뿌리의 만드는 방법의 차이를 넘어 비슷한 카테나리 곡선을 만들어 역학적으로 안정한 형태인 것으로 나타났다.

　또한, 카테너리 곡선을 만드는 애기장대의 측근이 발생하는 과정을 관찰함과 동시에, 세포분열의 성질을 도입한 계산기 시뮬레이션을 실시한 결과, (1) 뿌리 중심의 세포가 균일하고 한 방향으로 분열되어 신장하는 것, 그리고 (2) 뿌리의 양단의 세포가 분열되지 않는다는 2개의 성질이, 카테나리 곡선을 형성하는 조건인 것을 알았다.시뮬레이션 예측과 유전자의 돌연변이를 가진 애기장대 모두에서, 이들 2개의 성질 중 어느 것이라도 흐트러지면 근단의 윤곽이 카테나리 곡선으로부터 일탈하는 것이 확인되었다고 한다.

　본 연구는 기관의 형태에 종을 넘어서는 공통성과 이를 초래하는 생물학적 원리를 밝혔다.앞으로는 동식물의 기관의 형태에 숨어있는 추가적인 공통성의 해명이 기대되는 것 외에, 흙 속에서 뿌리를 효과적으로 성장시키는 기술에의 응용에도 이어질 가능성이 있다.

논문 정보:【Development】Tissue growth constrains root organ outlines into an isometrically scalable shape