속씨식물은 무엇일까?(특징,생활사,진화,다양성)

저번 글에서는 종자식물의 특징과 겉씨식물에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 속씨식물에 대해 공부해 보겠습니다.

속씨식물의 생식적 적응

 속씨식물은 주로 현화식물로 알려져 있으며, 꽃과 열매라는 생식구조를  생산하는 종자식물입니다. 속씨(피자) 식물(angiosperm)은 종자가 성숙한 씨방인 열매 내에 존재합니다. 식물계 중 가장 다양하며 25만 종 이상이 있습니다. 모든 속씨식물은 현화식물문(Anthophyta) 하나로 분류됩니다.

-속씨식물의 특징

꽃(flower)은 속씨식물의 유성생식을 위해 특수화된 구조입니다. 여러 속씨식물은 곤충이나 동물들이 다른 꽃의 암컷 기관으로 직접 화분을 매개하도록 합니다. 몇몇 속씨식물은 풍매(wind-pollinated)인 경우도 있습니다. 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 수술, 암술이라는 4개의 꽃기관으로 변형된 잎들이 배열된 4개의 환으로 구성된 줄기입니다. 꽃받침(sepal)은 주로 녹색이고, 꽃이 열리기 전 꽃을 싸고 있습니다. 꽃받침 위쪽은 꽃잎(petal)으로, 수분 매개자를 유인합니다. 꽃받침과 꽃잎은 직접 생식과 관련 없는 불임기관입니다. 수술과 심피는 포자를 생산하는 2가지 유형의 가임성 포자엽이 있습니다. 수술(stamen)은 소포자엽으로 수배우체를 갖는 화분립을 발달시키는 소포자를 만듭니다. 수술은 수술대(filament)라는 자루와 끝부분에 낭이 하나 있는 꽃밥(anther)이라는 구조가 있습니다. 꽃밥 내에서 화분이 형성됩니다. 심피(carpel)는 대포자엽으로 암배우체를 만드는 대포자를 형성합니다. 심피는 겉씨식물과 속씨식물을 구별하는 구조이며, 꽃은 하나 이상의 심피를 가질 수 있습니다. 심피의 끝에는 암술머리(stigma)가 있어 화분을 받아들이고, 심피 기저부의 씨방(ovary)과 연결됩니다. 씨방은 하나 이상의 밑씨를 가지며, 수정 시 밑씨는 종자로 발달합니다.

 열매(fruit)는 하나의 성숙한 씨방으로 구성됩니다. 수정 후 밑씨에서 종자가 발달하면 씨방벽은 두꺼워집니다. 열매는 휴면 상태의 종자를 보호하고 종자의 분산을 돕습니다. 성숙한 열매는 육질과 건질로 나뉩니다. 육질과는 토마토, 자두 등이 포함되며, 과피층이 성숙 과정에서 부드러워졌습니다. 콩과, 견과 등은 건과에 포함됩니다. 바람에 의해 퍼지는 화본과 열매는 식물체에서 수확되는 인간의 주요 식량자원입니다. 현화식물의 종자는 바람에 의해 전파가 잘 되도록 낙하산, 프로펠러와 비슷한 기능을 하는 기관을 열매에 발달시켰습니다. 또 다른 경우로는 동물에 의한 전파입니다. 식물의 어떤 종자는 후크 모양으로 변형되어 옷이나 털에 달라붙을 수 있습니다. 동물들이 열매를 먹으면 단단한 종자는 밖으로 배출됩니다.

-속씨식물의 생활사

 포자체의 꽃은 수배우체를 만드는 소포자와 암배우체를 만드는 대포자를 생산합니다. 수배우체는 꽃밥의 소포자 내의 화분립 안에 있습니다. 화분립은 각각 2개의 반수체성 세포를 갖는데, 이 중 생식세포는 분열해 정자 2개를 만들고, 또 다른 하나인 관세포는 화분관을 하나 만듭니다. 씨방 내의 밑씨들은 배낭(embryo sac)이라는 암배우체를 하나씩 포함합니다. 화분은 꽃밥에서 방출되어 암술머리로 운반됩니다. 자가수분도 있으나 대부분은 타가수분(cross-pollination)을 하여 유전적 다양성을 높입니다. 화분립은 심피의 암술머리에 부착된 후 발아하고, 수배우체는 심피의 암술대 내부를 통과해 내려갑니다. 화분관은 씨방에 도달한 후에 밑씨의 주피 사이로 뚫린 주공(micropyle)을 관통해 들어가 정세포 2개를 암배우체에 방출합니다. 정세포 하나는 알세포와 수정해 이핵성 접합자가 되고, 다른 하나는 암배우체의 중앙 부분에서 2개의 극핵과 융합합니다. 이것을 중복수정(double fertilization)이라고 하며, 이것은 속씨식물에서만 유일하게 나타납니다. 중복수정 후 밑씨는 종자로 성숙하고, 접합자는 흔적적 유근과 1~2개의 떡잎(cotyledon)을 갖는 포자체 배로 발달합니다. 암배우체의 중앙세포의 핵은 배젖(endosperm)으로 발달하고 영양물질을 저장합니다. 그렇다면 속씨식물에서 중복수정의 기능은 무엇일까요? 바로 현화식물이 불임성 밑씨에 낭비성 영양물질을 만드는 것을 방지하는 것이라고 합니다.

-속씨식물의 진화 및 계통

 속씨식물은 백악기 초에 기원했을 것으로 추정됩니다. 백악기 중기에 속씨식물이 몇 육상 생태계를 우점하기 시작했습니다. 화분립은 쥐라기 암석부터 흔하지만 속씨식물의 특징을 가지지는 않습니다. 약 1억 3천만 년 전의 지층에서 발견되는 화분립이 속씨식물의 특징을 가집니다. 초기 속씨식물의 화석은 속씨식물이 2천~3천만 년에 걸쳐 기원했음을 보여줍니다. 속씨식물 계통들은 3억 5백만 년 전에 속씨식물 조상으로부터 분기했습니다. 속씨식물은 현존 겉씨식물보다 멸종된 종자식물에 더 가까운 것으로 보입니다. 또한 초기 속씨식물은 꽃도 작고 물 수송조직도 비교적 간단한 형태를 가진 관목이었을 것으로 추정됩니다.

속씨식물과 동물과의 진화적 연결

식물과 동물의 상호작용은 상호 진화적 변화를 유발했습니다. 식물의 경우, 초식동물에 대항해 방어 기작을 형성한 식물들이 자연선택에 유리하게 되었을 것입니다. 또한 식물-수분 매개자의 상호관계는 새 종 형성률에도 영향을 미칠 수 있습니다. 좌우 대칭화에서는 곤충 수분 매개자가 일정 방향으로 꽃에 접근해야지만 꿀을 획득 가능합니다. 이때 곤충 몸에 붙은 화분립은 같은 종의 암술머리에 붙을 수 있습니다. 그러므로 방사 대칭화보다는 좌우 대칭화에서 종분화 속도가 빠를 것이라고 추정됩니다.

-속씨식물의 다양성

현화식물은 배아의 떡잎 숫자에 따라 2개 군으로 나뉩니다. 외떡잎(monocot)은 자엽이 1개인 종이며, 쌍떡잎(dicot)은 떡잎이 2개입니다. 그러나 최근 연구에 따르면 쌍떡잎식물의 대다수는 진정쌍떡잎식물(eudicots)이라는 큰 하나의 분기군을 형성합니다. 나머지는 4개의 작은 계열로 나뉘며, 그중 3개군은 기저속씨식물(basal angiosperm)이라고 합니다. 약 100종을 포함하며, 앰보렐라, 붓순나무류, 수련류 등이 있습니다. 네 번째 계통군은 목련류(magnoliid)로 목본성과 초본성이 다 포함됩니다. 외떡잎식물과 진정쌍떡잎식물의 형질은 여러 가지 면에서 다릅니다. 외떡잎식물은 잎맥은 나란히맥으로, 줄기는 관다발조직이 흩어져 있고, 수염뿌리와 구멍이 하나인 꽃가루를 가집니다. 또한 꽃기관의 수는 보통 3의 배수입니다. 그러나 쌍떡잎식물은 잎맥은 그물맥으로, 관다발조직은 줄기에서 고리 모양으로 배열되어 있고, 끝뿌리(원뿌리)가 있습니다. 꽃가루는 구멍이 3개이며, 꽃기관의 수는 4 또는 5의 배수입니다. 이렇듯 이번 글에서는 속씨식물에 대해 알아보았습니다. 다음 글에서는 다른 주제로 공부해 보도록 하겠습니다.