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식물의 진화

by 식물육종학 2024. 9. 21.

지질학의 연구보고에 의하면 지금으로부터 약 46억년 전에 지구가 형성되었다고 합니다. 35억년 전에 박테리아 형태의 단세포 생물이 발생하였고, 그 후 장구한 세월 동안 다양한 생물그룹들이 생성과 소멸을 반복해 오게 되었습니다. 현재 지구 상에는 약 150만 종의 생물이 알려져 있지만 아직 발견되지 않은 것들을 모두 합치면 과학자들은 2백만 내지 1억 종 정도가 존재할 것으로 추정하고 있습니다.

 

이번에는 이러한 종들의 다양성 원인은 어떻게 설명할 수 있는지. 최초 식물의 모습은 어떠했으며, 오늘날 피자식물로 발전해 온 진화과정은 어떻게 발전했는지를 살펴보고자 합니다. 또한, 종가 품종과의 관계, 진화와 육종의 관계를 정리함으로써 진화적 관점에서 식물 육종의 위치를 조명해 보고자 합니다.

식물 진화의 원리(식물종의 개념과 구분)

생물을 종으로 명명하여 구분하기 시작한 것은 린네가 저술한 systema naturae에 좋을 속명과 종명의 이명법으로 기술하면서부터입니다. 그 후 생물학자들은 발견하는 생물들의 형태적인 특성을 기준으로 종들을 구분하면서 이명법의 학명을 붙여 종을 식별하게 되었습니다. 찰스 다윈이 종의 기원을 발표하여 진화론이 인정받은 후 생물종은 고정되어 있지 않고 다른 종으로 끊임없이 변화되어 간다라는 개념이 정립되었습니다. 그에 따라 종에 대한 고정관념도 바뀌게 되었고, 종을 구분하는 기준에 대한 논의도 활발해졌습니다. 그중 식물분야에서 가장 널리 통용되는 개념은 생물학적 종의 개념과 생태학적 종의 개념입니다.

생물학적인 개념에서의 종이란 다른 개체군과 생식적으로 격리된 개체군, 즉 개체군간 교배가 이루어지지 않아서 상호 유전자 교류가 어려운 상태에 있는 개체군들을 의미합니다. 생식격리의 양상으로는 교잡불화합성, 생식기나 개화기의 불일치, 지리적인 격리, 기계적인 교잡방해 장치의 존재, 수정란의 치사, 잡종 활력저하, 잡종불임 등이 있습니다. 종간에는 서로 생식적인 격리가 존재하여 상호 유전자 교류가 이루어지지 않기 때문에 서로 다른 진화경로를 따라 좋은 변모하게 되며, 그에 따라 형태적인 차이도 자연히 발생한다는 것입니다. 만일, 자연상태에서 두 집단 간 교잡이 가능할 정도로 상호 인접해 있는데에도 두 집단 간 잡종이 생기지 않거나 잡종 후대가 발생하지 않는다면 서로 다른 종으로 구분됩니다. 이 개념은 과거 형태적인 차이만을 가지고 종을 구분하였던 것에 비하여 종의 유전적인 정체성을 인정하는 개념으로 생각할 수 있습니다.

생태학적인 개념에서의 종은 동일한 생태적 지위를 점유하는 개체군입니다. , 독립된 종은 생존에 필요한 여러 특성이 다른 종과 상이하기 때문에 독자적인 생태적 지위를 점유하는 것이라는 점입니다. 이 관점에서 보면 두 종이 서로 다른 생태적 지위에 생존하고 있을 때 간혹 두 종간에 잡종이 생기더라도 중간적인 생태계가 존재하지 않는 한 잡종은 생존하기 어려우며 이에 따라 각종의 특성이 유지된다고 합니다.

종합해 보면, 식물종은 생식상의 공동체이며, 같은 환경 하에서 하나의 단위로 반응하는 생태적 단위이고, 구성원 간에 유전자 교환이 일어나는 유전적 단위로 볼 수 있습니다.

식물 종분화의 기본단계

종은 고정되어 있지 않고 변해간다면 그 변천과정을 추정해 볼 수 있습니다. 넓게 분포하는 한 집단 내에 여러 환경이 작용하여 집단 내의 소그룹 간에 지리적 또는 물리적인 장벽이 발생하고 서로 교잡이 어려워진다면 오랜 기간의 자연선택 과정을 거쳐 서로 생식적으로 격리된 다른 종으로 변모해 가는 것입니다.

자연선택은 세 가지 유형으로 구분됩니다. 첫째는 안정성 선택인데, 이미 어ᄄᅠᆫ 환경에 잘 적응하고 있는 집단에서는 그 집단에 속한 여러 개체들 중에 중간형들이 가장 잘 적응하며 자연선택이 되어 후손을 가장 많이 남기는 유형입니다. 그 결과는 세대가 거듭되어도 집단이 변하지 않게 됩니다. 둘째는 방향성 선택인데, 환경이 특정한 방향으로 지속적으로 변해갈 때 집단은 서서히 환경에 적응하여 변해가며, 최종적으로는 원래의 집단과 생식적 격리가 일어나 새로운 종이 탄생 될 수 있다는 선택 유형이다. 다윈의 진화론이 근간을 이루고 있습니다. 셋째는 분단성 선택인데, 집단이 분포된 특정 지역에 2개 이상의 환경이 존재함으로써 그 집단은 두 가지 이상의 형태적 차이를 가진 소집단으로 분화된다는 것입니다. 분단성 선택에 의하여 종분화가 완성된 예는 아직 없지만 종분화의 가능성은 있는 것으로 평가되고 있습니다.

생물학적 종분화의 단계는 새로운 변이의 발생, 자연선택, 변이의 고정 및 누적, 원집단과의 생식적 격리, 신종 분화로 요약할 수 있습니다. 이때 자연선택이 집단을 변모시키고 궁극적으로 종분화로 연결되기 위해서는 생물집단에 대해 지리적 격리 또는 환경의 변화가 수반되어야 합니다.