閃緑藻様
　大変お待たせしました。回答を植物形態学を専門分野としておられる奈良女子大学研究院自然科学の坂口修一先生にお願いして作成していただきました。植物の構造・形態が示す力学的な性質には思いもよらぬことがあります。本コーナーの他の質問にもそのような例（登録番号0253)がありますので、読んで見て下さい。


【坂口先生の回答】
街路樹の根元の敷石がもちあがっていたり、雑草がアスファルトの隙間を突き破って伸び出してきたり、「植物って力持ちだな」と感じる場面出会うことってありますね。そのことを理論的に理解されたいというご質問かと思います。

　さて、根が太くなるときに組織を膨張させようとしてはたらく力が、舗石を持ち上げるわけですが、ご質問では、そうした力が細胞分裂で細胞が増えるとき発生すると考えておられるように思います。しかし、植物の細胞分裂の場合、細胞の中央に仕切りが入って元の半分の大きさの細胞が２つできるだけなので、細胞分裂それ自体では組織の拡大とそれに伴う力の発生はありません。むしろ細胞分裂の結果大きさが半減した細胞が、再び成長し、大きさを回復して次の細胞分裂に備える過程で組織が拡大し、そのとき、力が必要となります。つまり組織を膨張させる力は、細胞分裂ではなく細胞成長においてはたらくと考えられます。

　植物細胞の成長は、細胞内外の浸透圧の差に応じて細胞外から細胞内に水が流入し、細胞を膨らまそうとする力（膨圧）が発生することによります。浸透圧は、細胞膜のような半透性の膜をへだてて、溶けている物質の濃度が薄い方から濃い方へ水が移動しようとして生ずる圧力です。多くの場合、植物細胞のまわりの液は純水に近く、その浸透圧はほぼ０なのに対し、細胞内の浸透圧は、一般に数気圧あるので、外から細胞内に数気圧の力で水が流入し、細胞壁に同じだけの大きさの膨圧がかかります。この膨圧が、植物細胞を成長させる原動力、ひいては敷石を動かす力となります。今、仮に細胞の浸透圧が７気圧（ユキノシタの表皮細胞など）の場合、１気圧はほぼ１ｋｇ/平方cmに等しいので、膨圧は７ｋｇ/平方cmとなります。１０ｃｍ四方で700kg（！）ですから街路樹の根が敷石を動かすのに十分な力を潜在的にもっているといえるでしょう。

　ご質問中、細胞骨格や染色体との関連ですが、上述のとおり、舗石を動かす力として細胞分裂に関わる細胞内の構造は無関係と考えられます。ただ、圧力が細胞骨格や染色体に何らかの影響を与えないかという問題は別にあるでしょう。ご質問中の1g/平方mmは、自然に存在する、上述で計算した膨圧値７ｋｇ/平方cm＝７０ｇ/平方mmよりもはるかに小さいので、特別な悪影響はないと考えられます。ただし、間期の細胞の表層に存在する微小管の配列が浸透圧や外部から与えた力によって変化することが最近報告されています。

　なお、根が太くなるしくみですが、根には先端部に根端分裂組織があるだけでなく、根の側面全体に沿って、維管束形成層とコルク形成層という分裂組織があります。前者は、いわゆる形成層のことで木部（道管などを含む）と師部（師管などを含む）の細胞をつくり出しながら根を太くします。後者は太くなった根の皮の部分をつくります。地上部の幹が太くなるのと同じしくみです。

坂口　修一（奈良女子大学研究院・自然科学）