비종자관다발식물은 무엇일까?(종류,중요성,관다발식물)

저번 글에서는 선태류의 배우체, 포자체, 이끼류의 중요성 등에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 양치류와 비종자관다발식물에 대해 공부해 보겠습니다.

양치류와 여러 비종자관다발식물

-관다발식물의 기원과 특징

 식물진화의 초기 1억 년 동안에는 선태류 등의 식물들이 육지에 식생을 이루었지만 현재는 관다발식물이 대부분을 차지합니다. 관다발식물의 최초 화석은 4억 2500만 년 전으로 추정됩니다. 이 식물들은 종자는 없지만 잘 발달된 관다발계를 갖고 있었고, 이 진화적 혁신은 관다발식물이 선태류보다 크게 자랄 수 있도록 했습니다. 양치류와 다른 비종자관다발식물은 선태류와 마찬가지로 정충이 편모를 가지고 있으며 난자에 도달하기 위해 물막을 통해 수영합니다. 그러므로 현존하는 모든 비종자관다발식물은 습한 환경에서 주로 삽니다.

 초기 관다발식물들은 영양을 배우체에 의존하지 않는 분지된 포자체를 가집니다. 이 관다발식물의 조상은 가지치기로 인해 몸체가 더 복잡해지고 다수의 포자낭을 가질 수 있었습니다. 식물이 복잡한 체제를 가질수록 공간과 햇빛을 차지하기 위한 경쟁이 더 증가되었을 것입니다. 이 경쟁에 의해 관다발식물이 더 폭넓게 진화하여 궁극적으로 최초의 숲을 형성했습니다. 관다발식물의 조상은 현존 관다발식물의 몇 파생형질이 있으나 뿌리는 없었고, 다른 주요 적응형질은 나중에 진화했습니다.

생활사와 수송

 선류와 다른 선태류들은 배우체가 우점하는 생활사이지만 관다발식물의 조상에서부터는 배우체와 포자체가 비슷한 크기로 발달되기 시작했습니다. 현존 관다발식물 사이에서는 배우체가 더 크기가 작아집니다. 관다발식물은 물관부(목부)와 체관부(사부)의 2가지 종류의 관다발조직을 가집니다. 물관부(xylem) 조직은 대부분의 물, 무기염류의 통로입니다. 물관은 튜브 형태의 세포인 가도관(tracheid)이 있습니다. 물을 수송하는 세포는 리그닌화(lignified)되었습니다. 즉, 세포벽이 페놀류의 다량체인 리그닌(lignin)으로 보강되어 있습니다. 체관부(phloem) 조직은 수송세포가 관상으로 배열되어 당, 아미노산 등을 수송합니다. 목질화된 관다발조직은 선태류보다 관다발식물이 보다 크게 자라도록 했습니다. 이것은 주요 진화적 혁신이었고, 큰 식물은 광합성에 필요한 광의 이용 기회를 늘릴 수 있었습니다. 또한 포자도 큰 식물이 더 멀리 퍼질 수 있었습니다.

 선태류의 가근 대신에 관다발식물의 거의 대부분에서는 뿌리가 진화했습니다. 뿌리(root)는 관다발식물을 지지하고 토양으로부터 물, 영양물질을 흡수할 수 있도록 합니다. 또한 줄기 시스템이 크게 자랄 수 있도록 돕습니다. 현존 식물의 뿌리조직은 초기 관다발식물의 줄기조직과 비슷합니다. 즉 뿌리가 고대 관다발식물의 줄기 하단부 또는 지하줄기로부터 발달했음을 보여줍니다. 다음으로, 잎(leaves)은 관다발식물의 체면적을 증가시키고 광합성을 합니다. 크기와 복잡성을 기준으로 대엽, 소엽으로 구분됩니다. 대엽이 소엽보다 크고, 대엽은 엽맥망이 표면적이 넓어 광합성 생산성이 많습니다.  모든 석송류는 소엽(microphll)을 가지는데 이것은 작고 침상형으로, 엽맥은 하나입니다. 다른 관다발식물은 대엽(megaphyll)을 가지며, 고도로 나눠진 엽맥이 있습니다. 식물 진화에서 포자낭을 갖는 변형된 잎인 포자엽(sporophyll)이 출현했다는 것이 하나의 큰 변혁입니다. 석송류와 겉씨식물의 대부분에서는 포자엽의 무리가 모여 솔방울 같은 포자수(strobili)를 형성합니다. 비종자관다발식물종은 주로 동형포자성(homosporous)이며, 동일형의 포자엽이 동일 형태의 포자를 만들고, 이는 양성 배우체로 발달합니다. 이형 포자성(heterosporous) 종에서는 2가지 형태의 포자엽을 가지며, 2가지 종류의 포자를 만듭니다. 대포자엽의 대포자낭에서는 대포자(megaspore)를 형성하고, 암배우체로 발달합니다. 소포자엽의 소포자낭은 소포자(microspore)를 만들고 수배우체로 발달합니다.

-비종자관다발식물의 분류

 비종자관다발식물은 석송식물류와 양치식물류로 나뉩니다. 석송식물류는 석송류, 부처손속류, 물부추류 등을 포함합니다. 양치식물류는 양치류, 속새류, 솔잎난류 등을 포함합니다. 양치류, 속새류, 솔잎난류는 외형이 크게 다르지만 이 세 군이 하나의 단계통군을 이룹니다. 석송식물류는 가장 원시적인 관다발식물군입니다. 석탄기까지 석송류에는 작은 초본성 식물, 대형 목본성 식물이 있었습니다. 대형 석송류는 석탄기 말에 멸종했지만 작은 석송류는 오늘날 약 1200종이 있습니다. 양치식물류는 석탄기의 다습한 산림에서 번성했습니다. 현재 양치류는 비종자관다발식물 중 가장 널리 분포하며 종수는 12000종 이상입니다. 양치류는 석송류보다 종자식물에 더 가깝습니다. 따라서 양치식물류와 종자식물류는 정단우성 생장, 대엽으로 된 잎, 다양하게 분지하는 뿌리 등의 특징이 있습니다. 양치류 중 속새류는 석탄기에 다양했으나 현재는 석송속의 1속 15종만이 살아남았습니다. 솔잎난속과 연간 메시프테리스 속은 주로 열대성 착생식물로 단계통군을 이룹니다.

-비종자관다발식물의 중요성

 비종자관다발식물의 조상은 후기 데본기와 초기 석탄기 동안 최초의 삼림을 형성했습니다. 이로 인해 석탄기 동안 대기 중 이산화 탄소의 농도가 크게 감소했으며, 지구가 냉각되어 빙하가 광범위하게 발달하게 되었습니다. 또한 식물은 화학물질이 암석에서 토양으로 방출되도록 돕습니다. 화학물질들은 빗물 속 이산화 탄소와 반응하며 화합물을 만들어 암석에 침적됩니다. 즉, 공기 중 이산화 탄소가 해양 암석으로 침적되는 것입니다. 이 탄소가 다시 대기권으로 돌아오기 위해서는 수백만 년 이상이 걸립니다.

 비종자관다발식물은 또한 최초의 산림을 형성한 후 석탄으로 변했습니다. 석탄기 늪지의 물에서는 죽은 식물체가 완전히 부패되지 않아 두꺼운 토탄층으로 변했고, 바다에 덮였습니다. 바다의 퇴적층이 위에 쌓여 열과 압력을 받아 토탄은 석탄으로 변했습니다. 이 석탄은 산업혁명의 원동력이 되었고, 인류는 아직도 매년 60억 톤 이상의 석탄을 태웁니다. 석탄기 습지에서 원시적인 종자식물도 있었습니다. 종자식물은 습지가 건조해지는 석탄기 말에 점진적으로 우세하게 되었습니다. 이처럼 이번 글에서는 비종자관다발식물에 대해 알아보았습니다. 다음 글에서는 종자식물에 대해 공부하겠습니다.