植物の根はなぜ下に、芽は上に伸びるの？
― 種を逆さに植えても、ちゃんと育ちます

アサガオの種を、上下を気にせず土に埋めたことはありませんか。それでも根は必ず下へ、芽は必ず上へ伸びていきます。植物には目も脳もありません。それなのに、どちらが下かを知っている。その手がかりは、細胞の中にある「重いつぶ」でした。

理由は、大きく2つです

言いかえると、植物は「上下を感じるしくみ」と「感じた結果を動きに変えるしくみ」を、別々に持っています。順番に見ていきましょう。

どうやって「下」を知るのか

根の先端には、根冠（こんかん）と呼ばれる帽子のような部分があります。その内側の細胞には、でんぷんをたくさんためた重いつぶが入っています。まわりの液より重いので、細胞の中をゆっくり底へ沈んでいきます。

つぶが沈むのには時間がかかります。横に倒してから沈みきるまでが数分、曲がりはじめが十数分後、目で見て分かるほど曲がるのは数時間後というのが、おおよその流れとされています。植物の反応がゆっくりに見えるのは、感じるのが遅いからではなく、細胞がのびるのに時間がかかるからです。

種を逆さに埋めれば、細胞ごと逆さになります。それでも、つぶはあらためて底へ沈み直します。地球上のどこであっても、つぶが沈む先が下です。植物はこの「沈む先」だけを頼りに、自分の姿勢を知っているのです。

図1を見てください。左の図が、横に倒された直後の芽ばえです。右の図が、しばらくたって向きを直した姿です。

なぜ根と芽で、曲がる向きが逆になるのか

つぶが沈んだあと、その側には成長を調節する植物ホルモンが多く運ばれます。ここまでは、根でも茎でも同じです。違うのは、そのあとの反応です。

茎の細胞は、この物質が多いほどよく伸びます。横倒しの茎では下側がよく伸びるので、茎は上へ反り返ります。

ところが根の細胞は、同じ物質が多すぎると伸びが止まります。横倒しの根では下側の伸びが弱まり、上側だけが伸びる。すると根は下へ曲がります。同じ合図に、正反対の返事をしているわけです。

もうひとつ大事なのは、曲がる場所です。重力を感じるのは先端の細胞ですが、実際にのび縮みして曲がるのは、その少し後ろの、まだやわらかい部分です。感じる場所と動く場所が離れているので、合図は物質の流れとして数ミリ運ばれます。

倒れた稲が、茎の途中から折れ曲がったように起き上がるのも同じ理由です。かたくなった根元は動きません。節のそばに残ったやわらかい部分だけが、のび直して姿勢を立て直しています。

まとめ

植物は、細胞の中で沈むつぶによって上下を知り、沈んだ側に集まる物質の量で伸び方を変えています。根と芽で曲がる向きが逆になるのは、同じ物質への反応が逆だからです。種の向きを気にしなくてよいのは、植物が自分で向きを直せるからでした。

植物は下を「見て」いるのではありません。
細胞の中で、つぶが静かに沈んでいるだけです。

木が高いところまで水を運ぶしくみは「木はなぜ、100メートルの高さまで水を吸い上げられるの？」で、木が季節ごとに成長のしかたを変える話は「木の年輪は、なぜ1年に1本ずつできるの？」で、同じ成長の物質が種の並びをつくる話は「ひまわりの種は、なぜらせん状に並んでいるの？」で紹介しています。

※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。のびる速さや反応の強さは、植物の種類・温度・水分によって大きく変わります。観察をするときは、種や苗を屋外の自然環境から勝手に持ち出さないでください。