식물의 성

식물의 성

식물의 성염색체. 동물의 성염색체 발견 이후에 연구하게 되었다고한다

 식물에는 태류의 1종인 Sphaerocarpus donnellii에서 Allen(1917)이 처음으로 발견하였다.

 이 식물은 자웅 이체주로, 유성시대의 식물체(배우체)이다.

그리고 암그루(female plant)는 n＝7＋X, 수그루(male plant)는 n＝7＋Y이다.

따라서 각각이 만드는 난자와 정자는 1종류씩으로, 수정에 의해 2n＝14＋X＋Y의 무성생식의 식물체(조포체)가 생긴다.

이 조포체에 생긴 포자모세포(2n＝14＋X＋Y)의 감수분열에 의해 n＝7＋X와 n＝7＋Y 2종류의 포자가 생기고, 각각이 발육하여 자성과 수성의 배우자가 형성한다.

태류, 선류에서는 이러한 성염색체를 가진 종류가 많다.

종자식물에서는 수영, 애기수영, 버드나무속, 포플러, 모시(삼), 한삼덩굴, 양딸기속 등에서도 성염색체가 밝혀져 있다.

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식물은 하나의 꽃에 암생식기(암술과 씨방)와  수생식기(수술과 꽃가루주머니)를 함께 갖고 있는 것이 일반적이다.

이런 꽃을 ‘양성화’ 또는 ‘암수한꽃’이라고 한다.

이와는 달리 암생식기와 수생식기 중 하나만 갖고 있는 꽃도 있다.

이를 ‘단성화’ 또는 ‘암수딴꽃’이라고 한다.

암꽃과 수꽃이 한 그루에 있는 ‘암수한그루’와 암꽃과 수꽃을 따로 피우는 ‘암수딴그루’도 있다.

식물의 최종 목표는 튼실한 자식(씨앗)을 만드는 것이다.

자식을 통해 자신의 생명을 영원히 지속하기 위해서이다.

식물은 성장 과정을 거쳐 성숙 단계에 이르면 튼실한 자식을 얻기 위해 한시적으로 생식을 전담하는 생식기관(꽃)을 만든다.

 생식기관에서는 알세포(암)와 꽃가루(수)를 만드는 한편, 암수 생식세포가 안전하게 자랄 수 있도록 도와주는 보호 장치를 만든다.

이것이 꽃이다.

꽃이 성숙하면 꽃가루와 알세포가 만나는 꽃가루받이가 일어나고, 곧이어 꽃가루의 정핵과 알세포의 알핵이 결합한다. 이를 ‘수정’이라고 한다.

정핵의 DNA와 알핵 DNA의 결합으로 완성되는데, 이를 ‘수정란’이라고 한다.

수정란은 분열을 계속하여 새로운 DNA를 갖는 자식으로 태어난다.

암수 생식세포의 만남은 같은 꽃에서 일어나기도 하지만 동물이나 바람을 이용해 다른 꽃의 꽃가루와 결합함으로써 지금과는 다른 DNA를 가진 자식을 얻는 식물이 많다.

이것이 식물 자신의 변화를 가능하게 하는 중요한 전환점이 된다

속씨식물의 수정

밑씨가 씨방 속에 들어 있는 식물을 ‘속씨식물’이라고 한다. 속씨식물의 꽃은 꽃가루받이가 되면 꽃가루는 발아하여 꽃가루관이 된다.

꽃가루관은 암술대를 뚫고 들어가 밑씨주머니와 연결된다.

이때 정핵은 2개로 분열한다.

이 중 1개는 밑씨주머니 안의 알세포와, 다른 하나는 2개의 극핵과 결합한다.

이것을 ‘수정’이라고 한다.

수정된 알세포는 세포 분열을 계속하여 씨눈을 만든다.

정핵과 결합한 2개의 극핵은 3배체의 씨젖 조직을 만든다.

씨젖 조직은 양분을 저장해 두었다가 씨눈이 자랄 때 에너지를 공급한다.

씨눈과 씨젖을 만드는 두 번의 수정이 일어난다 하여 ‘중복 수정’이라고 한다.

수정 후 밑씨주머니의 바깥 부분인 주피는 씨껍질을 만들고 씨방 벽은 열매 껍질로 성숙한다.

겉씨식물의 수정

씨방 없이 밑씨가 겉에 노출되는 식물을 ‘겉씨식물’이라고 한다.

겉씨식물의 수배우체(‘꽃가루’에 해당)가 암배우체(‘밑씨주머니’에 해당하며, 난자가 들어 있음.)에 붙으면 발아하여 꽃가루관을 만든다.

꽃가루관이 밑씨와 연결되면 두 개의 정자가 나오는데, 이 중 하나가 밑씨 안의 알핵과 결합하여 수정되고, 나머지 하나는 소실된다.

수정이 되면 씨앗으로 발달한다.

소나무와 은행나무 등 겉씨식물의 생식기(꽃)에서 일어난다.

혈통의 유지와 새로운 혈통의 도입

사람을 포함하여 모든 생물은 끊임없이 자신의 혈통, 즉 유전자를 환경에 맞추는 삶을 지속해 왔다.

유전자의 변화는 환경 변화에 대응하는 적극적인 방법으로, 반드시 성공적인 것은 아니었다 하더라도 생존에 유리하게 작용함으로써 지속적인 생존이 가능했다고 할 수 있다.

식물이 유전자의 변화를 시도하는 방법이 ‘딴꽃가루받이’이다.

이와는 달리 현재의 유전자를 그대로 유지하려는 시도는 ‘제꽃가루받이’이다.

식물 중에는 딴꽃가루받이나 제꽃가루받이 중 어느 하나를 선택하는 것이 일반적이지만 이 두 가지 방법을 다 이용하는 식물이 있다.

유전자의 변화도 중요하지만 환경에 잘 적응된 현재의 혈통을 온전하게 유지하는 것도 중요하다는 것을 암시하는 것이다.

혈통의 유지와 위기를 대비하는 식물의 지혜가 아닐까?

암 · 수술의 길이를 다르게

수술과 암술의 길이를 달리함으로써 제꽃가루받이를 피한다.

​암 · 수술의 역할 교대

막 피어난 누리장나무의 꽃은 4개의 수술을 앞으로 곧게 내민 대신 암술은 밑으로 처져 있다. 하지만 다음 날이 되면 4개의 수술은 밑으로 처지는 반면, 암술은 앞으로 곧게 뻗는다. 하루를 사이에 두고 성적 역할을 교대로 분담함으로써 제꽃가루받이를 피한다.

암 · 수술의 성숙 시기 차별화

도라지꽃이나 초롱꽃 등 통꽃은 암술과 수술의 성숙 시기를 차별화하여 제꽃가루받이를 피한다.

가까운 혈통 사이의 교배를 피하는 식물들

가까운 혈통 사이의 결혼은 유전적으로 열등한 2세를 낳을 확률이 높기 때문에 가급적 피하려 한다.

이를 ‘선천적 본능’이라 한다.

한 송이 꽃 안에 수술과 암술을 다 갖고 있어도 제꽃가루받이보다는 딴꽃가루받이를 택한다.

단순히 개체와 후손이라는 관점에서 보면 제꽃가루받이가 훨씬 용이할 뿐만 아니라 투자 에너지를 절반으로 줄일 수 있는 이점이 있지만 일부 식물을 제외하고는 그렇게 하지 않는다.

오히려 많은 에너지를 소비하면서 딴꽃가루받이를 하려고 노력한다.

그것은 자신과 다른 딴꽃의 유전자를 받아 변화무쌍한 환경의 변화에 대응하기 위한 새로운 유전자를 얻기 위해서이다.

이 방법은 자신의 유전자를 변화시킬 수 있는 유일한 방법이기 때문이다.

그런데 한 꽃 안에는 암수가 함께 있어 제꽃가루받이의 가능성이 아주 높다.

이 때문에 꽃은 알세포와 꽃가루의 성숙 시기를 차별화하여 제꽃가루받이를 막거나 암수 생식기를 완전히 분리한 꽃을 피우기도 한다. 이를 ‘성 분리’라고 한다.

식물의 수정 - 새 생명을 위한 암수 생식세포의 만남 (신비한 식물의 세계, 2016. 4. 15., 대원사)식물들은 살아남기 위해 끊임없는 경쟁을 벌인다.

경쟁은 광선, 물, 공간, 무기양분을 차지하기 위한 것이며, 옆의 경쟁자가 없어질 때까지 계속된다.

현재의 식물은 경쟁의 산물이자 승리자이다.

하지만 승리자의 자리를 언제까지 지킬 수 있느냐는 아무도 모른다.

언제라도 또 다른 경쟁자가 나타날 수 있기 때문이다.

그래서 식물의 경쟁은 필사적이다.

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동종 사이의 경쟁

같은 장소에 동종 개체가 많이 모여 살게 되면 치열한 경쟁이 일어난다.

최초의 경쟁은 토양 속에 충분한 영토를 확장하기 위한 뿌리 사이의 경쟁이며,

다음은 충분한 공간을 확보하여 많은 광선을 받기 위한 줄기와 잎의 경쟁이다.

경쟁 중 약한 개체나 불리한 위치를 차지하게 된 개체는 죽게 된다.

하지만 시간이 지나 ​​공존이 가능할 정도가 되면 경쟁의 강도가 약해진다.

전나무 사이의 간격이나 대나무 사이의 간격이 비슷하고, 키와 굵기가 같게 되는 것은 공존이 가능할 정도의 균형이 이루어진 것이다.

하지만 경쟁이 멈춘 것은 아니다. ​​

동종 사이의 경쟁을 이용하는 농작물

벼, 옥수수, 콩 등 인위적으로 재배하는 농작물은 경쟁 관계를 적절히 조절하여 많은 생산량을 얻고 있다

​이종 사이의 경쟁

갈참나무와 소나무

이종 식물 사이의 경쟁은 광선, 물, 공간, 무기양분을 차지하기 위한 것이다.

소나무는 추운 곳에서 잘 자라고 빛을 많이 필요로 하는 ‘양수(陽樹)’,

참나무는 따뜻한 곳을 좋아하고 음지에서 잘 자라는 ‘음수(陰樹)’이다.

우리나라에는 소나무와 참나무가 혼생하는 산이 많다.

언제부터인가 소나무 숲에 침입한 참나무가 소나무보다 많은 산으로 바뀐 곳이 많아졌다.

소나무와 참나무가 오랜 기간에 걸친 치열한 생존 경쟁에서 참나무가 소나무의 생활 공간을 차지한 결과이다. 이 둘 사이는 앞으로도 살아남기 위해 계속 경쟁을 할 수밖에 없고, 끝내는 참나무가 경쟁에 이겨 참나무 숲으로 변해갈 것이다.

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나무와 칡 덩굴

산불과 사람을 제외하고 나무가 제일 무서워하는 경쟁자는 ‘칡’이다.

칡은 기둥을 감아 높이 올라갈 수 있는 덩굴식물이다.

잎이 넓고 크며 생장력이 뛰어난 콩과식물로, 생장에 필수적인 질소를 고정할 수 있어 거친 땅에서도 잘 자란다.

기둥이 될 만한 키 큰 나무가 옆에 있다면 덩굴줄기로 감고 빠르게 위로 자라 나무를 감싸고 잎을 낸다. 넓은 잎은 기둥이 되어 준 나무의 잎을 뒤덮어 광선을 막게 된다.

광선을 받을 수 없는 기둥나무의 운명은 죽음뿐이다.