ガードセルの機能と役割

メリアム・ウェブスター辞典によると、ガードセルは植物の気孔（stoma）の開閉を司る二つの半月形表皮細胞の一つです。気孔は葉などの表皮にある微小な開口部で、二酸化炭素の吸収や光合成で生じた酸素の放出といったガス交換が行われます。

構造

植物の表皮は薄い組織層で、そこに気孔という小さな開口部が点在しています。ガードセルは豆形（豆のよう）をした細胞で、気孔の開口部を取り囲むように配置されています。これらの細胞は気体交換を促進し、茎への水分上昇を凝集力と毛細管現象で助けます。また、周囲の湿度変化に対する気孔の応答性にも影響を与えます。

目的

蒸散に伴い水蒸気は気孔から外部へ逃げますが、過剰な水分損失は植物の死につながります。この問題に対処するため、気孔の両側にガードセルの対が進化しました。

機構

ガードセルは気孔の開閉を制御し、蒸散速度を調整します。開口時にはガードセル内の圧力が上昇し、細胞が膨張します。閉じる際はカリウムイオンが細胞外へポンプで排出され、液胞の容積が減少します。同時に塩化物や無機イオンも細胞から出ていきます。

ガードセルの利用例

気孔を囲む壁は柔軟で薄い一方、対向側の壁は硬く厚いです。ガードセルが内部の水圧で膨らむと、柔らかい壁が伸びて開口が生じます。逆に高温時に水分が失われると、ガードセルは縮み、互いに押し合って気孔を閉じます。

重要性

ガードセル内のシグナル伝達は、光、二酸化炭素、水分状態、ホルモン応答、熱など外部環境情報を統合し、葉の気孔運動を制御します。過酷な環境下でも植物の生存と成長を支える重要な役割を果たします。また、気孔を取り巻くガードセルは、単一細胞レベルでのシグナルネットワークを理解するための優れたモデル系でもあります。