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생명과학

육상정착 실물의 육지적응, 몸체 적응, 생리적 적응

by 엔딩 클라우드 2023. 2. 7.

 

식물은 정확히 어떤 의미를 가질까요? 식물은 광합성을 수행하며, 육지에서 살기 위해 일련의 적응을 한 다세포 진핵생물을 의미합니다. 광합성은 식물로 하여금 진핵의 다세포 생물로 이루어진 동물계나 균계로부터 구별되게 해 줍니다. 하지만 이 식물들은 육지 적응이 부족하기 때문에, 따라서 식물보다는 원생생물로 분류합니다. 수련과 같은 일부 생물은 다시 물로 되돌아갔는데, 이 식물들은 육지의 조상식물로부터 진화하였습니다.( 마치 고래와 같은 몇몇 수서포유동물이 육상포유동물로부터 진화한 경우와 동일합니다.)

 

1. 식물의 육지적응

육지 위의 생명은 왜 일련의 특별한 적응을 필요로 할까요? 깊은 바다가 아닌 해변으로 밀려온 조류가 어떻게 변화하는지에 대해 생각해 봅시다. 부력이 있는 물에서 곧게 서있던 몸은 축 늘어지고, 건조한 공기에서 곧 시들어버립니다. 그리고 조류는 공기로부터 광합성이 필요한 탄산가스를 얻기 위한 장치가 없습니다. 분명히 육상에서 생존한다는 것은 물에서 생존하는 경우와 다른 문제를 가지게 됩니다. 

 

2. 식물 몸체의 적응

조류의 이산화탄소와 무기염류는 주변의 물에 확산하여 이용할 수 있습니다. 육지 위에서 자원이 매우 상이한 두 장소에서 발견이 됩니다. 이산화탄소는 주로 공기에서 이용이 가능하지만 무기영양분과 물은 주로 토양에서 발견이 됩니다. 따라서 식물의 복잡한 몸체는 이들 두 환경에서 적응을 할 수 있게, 서로 다른 방법으로 특화된 기관을 가지고 있습니다. 뿌리라 부르는 지하기관은 토양에서 식물을 고정시키며, 토양으로부터 무기염류와 물을 흡수하여 식물에 영양분을 공급합니다. 지상 위의 줄기체는 줄기에 의해 지탱되는 광합성을 수행하는 잎으로 구성된 기관계입니다. 

 

뿌리는 일반적으로 토양에 있는 무기염류를 함유한 물과 최대로 접촉할 수 있게, 큰 표면적을 가질 수 있도록 토양 입자에사이로 뻗어나간 가느다란 많은 분자를 가지고 있습니다. 대부분의 식물은 자신의 뿌리와 관계를 맺는 공생균류를 가지고 있습니다. 균근이라 불리는 이러한 뿌리균류 조합은 뿌리의 표면적을 기능적으로 넓혀 식물에게 이로운 영향을 줍니다. 균류는 물과 필수무기영양분을 토양에서 흡수해 이것들을 식물에 제공합니다. 반면에 식물은 자기가 만든 당을 균류에게 줍니다. 균근은 오래된 식물화석에서도 분명하게 나타나게 되는데, 이것은 균근이 식물의 육상생활을 가능하게 해 준 적응의 핵심임을 나타냅니다.

 

 줄기체는 육상 환경에 대해 구조적인 적응을 보여줍니다. 입은 대부분의 식물체에서 주된 광합성 기관입니다. 대기와 잎 내부의 광합성기구 사이에 이산화탄소와 산소의 교환은 잎 표면에 있는 현미경적 크기의 기공을 통해 일어납니다. 대부분의 식물에서 잎과 지상부위를 큐티클이라 부르는 왁스층이 덮고 있어서 식물 몸체가 수분을 보존할 수 있게 해줍니다. 

 

 뿌리와 줄기 사이에서 생명 유지에 필요한 물질들을 수송하기 위해서 보통의 식물들은 식물 전체적으로 뻗어 있는 관모양 세포들의 네트워크인 관다발조직을 가지고 있습니다. 관다발조직에는 두 종류가 있습니다. 한 종류는 뿌리에서 잎으로 물과 무기염류의 수송을 위해 특화되어 있고, 다른 종류는 잎에서 뿌리와 나머지 비광합성 부분으로 당을 배포합니다. 

 

또한 관다발 조직은 육상에서 구조물의 지탱과 관련한 문제를 해결합니다. 관다발조직에 있는 많은 세포의 세포벽이 리그닌이라 부르는 화학물질로 단단하게 경화되어 있습니다. 다르게 목재라고도 알려져 있으며 리그닌화된 관다발조직의 구조적 강도는 전축 재료로 널리 사용되고 있을 정도로 충분히 입증된 강도라 할 수 있습니다. 

 

3. 생리적 적응 

육상으로의 적응은 새로운 방식의 생식을 필요로 합니다. 조류의 경우 주변부의 물이 배우자(난자와 정자)와 발생 중인 자손이 수분 상태 안에서 머무를 수 있게 해 줍니다. 그리고 수서 환경은 배우자와 자손이 확산될 수 있는 수단을 제공합니다. 그렇지만 식물은 자신의 배우자와 발생 중인 자손이 공기에서 건조되지 않게 보호할 수 있어야 합니다. 그러므로 식물은 탈수되지 않고도 배우자를 만들 수 있는 특정 구조물 안에서 자신의 배우자를 생산합니다. 더욱이 난자는 모식물의 조직 안에 남아 있고, 그곳에서 수정이 됩니다. 조류와 달리 식물에서 수정란은 배를 보호하고 탈수로부터 지켜주는 암컷 부모 안에서 여전히 존재하며 배로 발달됩니다. 일부 식물 그룹에서는 더욱 적응하여 정자가 공기를 통해 이동할 수 있게 만들어, 확산되는 동안 자손의 생존을 증진시킵니다.  

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