진화론의 관점에서 본 식물체의 구조

 

 진화론의 관점에서 본 식물체의 구조

 

 

1) 생명의 별 지구

 

“생명“ ! ”산다는 것 !“ 정말 어려운 말 인 것 같습니다. 그러나 조금만 살펴보도록 하겠습니다.

우선 산다는 것을 보면 두 가지가 있어야 하는 것 같습니다.

그 하나는 ‘살아가는 일’즉 생명활동이 있고, 다른 하나는 ‘살아가는 곳’‘생명활동을 할 수 있는 공장’ 즉 몸체, 생물체가 있어야 하는 것 같습니다.

그래서 “생물 = 생명활동(움직임) + 몸체(물질)”라는 식이 성립 됩니다.

살아가는 일, 즉 생명활동은 너무나 많고 복잡해서 생물학자들도 지극히 일부분만을 연구하고 있으니 그저 살아가는 일이라고 할 수 밖에 없을 듯합니다.

우리는 이 생명활동을 줄여서 ’생활‘이라고 쓰고 있습니다.

이 생명활동은 활동 즉 움직임이므로 에너지를 필요로 함은 당연한 일입니다.

이 생명활동은 그 작용에 따라 크게 동화작용과 이화작용으로 나누기도 하는데 동화작용이란 저분자 물질을 가지고 고분자 유기물질을 합성하는 작용을 말하며 이 때에는 에너지가 저장되어 집니다. 대표적인 동화작용으로는 잘 알려진 탄소동화작용(광합성)이 있고, 사람에서는 음식물을 먹어 소화된 영양소를 가지고 다시 지방질을 만들거나, 소화 흡수 된 아미노산을 가지고 자신에 필요한 단백질을 만드는 일 역시 동화작용입니다. 이화작용이란 동화작용의 반대적 작업으로 고분자의 유기물을 저분자의 물질로 분해하는 작용이며 이 과정에서는 동화작용에서 저장 된 에너지가 방출됩니다. 대표적인 이화작용으로는 우리들이 언제나 하여야 살 수 있는 호흡작용이 있고 소화작용도 역시 이화작용에 해당 합니다.

생물체는 일단 동화작용으로 유기물질을 만들어 그곳에 에너지를 저장시키고 다음에 그 유기물질을 분해하여 에너지를 꺼내어 생명활동에 쓰고 살아가는 것입니다.

이렇게 생명이 있는 물체 즉 생물체라면 반드시 이 두 가지 작용 즉 동화작용과 이화작용을 모두 하여야 살아 갈 수 있는 것입니다. 우리는 이 동화작용과 이화작용을 합하여 물질대사라고 부르고 있습니다.

 

그런데 이러한 물질대사 작용은 너무나 많고 복잡하기 때문에 그 작업을 잘 할 수 있는 특별한 전문 공장들을 필요로 하는데 이 구조물을 우리들은 세포라고 부르고 있습니다. 다시 말해서 세포란 생명활동의 기본단위가 되며 한 개의 세포에는 세포기관이라고 불리는 많은 작업 전문 공장들이 있어 원만하게 살 수 있는 것입니다.

그런데 이 세포는 강한 자외선을 받게 되면 파괴되어 버리기 때문에 더 이상 살 수 없습니다.(다세포생명체는 다른 각도에서 생각하여야 함)

한편 생명체가 살아가기 위하여 필요로 하는 에너지의 근원은 대부분 태양에너지가 되기 때문에 태양이 없다면 지구 생명체도 없다고 보아도 과언이 아닙니다.

즉 지구의 생명체는 태양의 에너지를 반드시 얻어야만 살아갈 수 있는데 그 태양 에너지에는 생명체를 파괴시키는 강력한 자외선이 늘 따라다니고 있습니다.

그런데 지구 상공에는 고맙게도 오존층이 있어 이 생명파괴의 자외선을 대부분 차단시켜 주기 때문에 지상에서도 생명체가 살 수 있는 것입니다.

 

그러면 고마운 오존층은 언제 어떻게 만들어 졌을까요?

그것은 지구에 탄소동화작용 생명체가 탄생되어 광합성작용을 한 결과 산소가 발생하였고 이 산소가 다시 공기 중에서 오존으로 바뀌었다고 보고 있습니다.

그렇다면 오존층이 생기기 이전의 생물은 어떻게 살았을까요?

그것은 자외선을 차단해 주는 능력이 있는 바닷물 속에서만 살았던 것으로 생각 합니다. 그래서 우리 인간의 고향도 바다라고 하는 것이지요.

또 다른 면에서 물이 생명체에게 최우선적 필요 물질이 되는 이유도 있습니다. 그것은 생물체라면 꼭 해야만 살 수 있는 각종 물질대사 화학반응을 가능하게 해 주는 장(휠드)으로 될 수 있다는 점입니다.

즉 대부분의 생화학 반응은 물을 매개로 하여야 가능하다는 말이 됩니다. 사람도 물이 부족하면 탈수증으로 죽게 되는 현상도 같은 맥락에서 생각이 되는 것이지요.

이렇게 지구는 고마운 오존층과 물이 있기 때문에 생명의 별이 될 수 있다는 결론이 나오며 물을 생명의 근원물질로 보는 것입니다.

 

 

 

2) 바다 식물의 구조

 

생물체는 생명활동을 하여야 하기 때문에 에너지를 필요로 하는데 생물체는 아무 에너지나 쓸 수 있는 것이 아니고 이용 가능한 것이 따로 있습니다. 우리들은 에너지가 저장되어 있어 생물체가 이용 가능한 물질들을 유기물질, 또는 에너지원, 또는 3대 영양소라는 이름으로 부르는데 탄수화물, 지방, 단백질이 있습니다.

학자들은 생물체가 필요로 하는 에너지원인 유기물질을 획득하는 방법에 따라 생물들을 두가지 종류로 나누기도 합니다. 즉 무기물질과 태양의 에너지를 흡수하여 필요한 유기물질을 자기 스스로 만들어 쓰는 독립영양생물(광합성 생물)과, 다른 생물이 갖고 있는 유기물질을 빼앗거나 사체의 유기물을 이용하여 살아가는 종속영양생물(동물, 세균, 곰팡이 등)로 나누기도 합니다.

 

그러면 바다에서 살았다고 생각하는 식물은 어떻게 생겼을까요?

오늘날 우리가 흔히 볼 수 있는 미역이나 다시마를 생각하면 될 것입니다. 즉 몸 이 물속에 잠겨있기 때문에 몸 전체에서 물과 무기질 비료를 흡수할 수 있으며 적당한 빛이 있는 곳이라면 광합성을 하여 유기물질을 만들어 먹고 살아가면 되는 것입니다. 여기에서 생각해야 할 점은 바닷물은 많이 움직이기 때문에 몸이 부드러워야 부러지지 않을 것이며, 다른 곳으로 떠내려가지 않기 위하여 바위에 붙어 살 수 있는 구조만 있으면 되는 것입니다. 몸체는 부러지지 않도록 부드럽고, 광합성만 하면 되므로 거대한 나뭇잎 모양을 하며, 부착 기관으로 헛뿌리를 갖는 모습입니다. 바닷물 속은 육지에 비하여 연간 온도 차이가 적기 때문에 온도 변화에 대하여는 별도의 구조적 조치는 없습니다. 번식은 주로 유주자(헤엄홀씨)를 만들어 하고 있습니다.

 

이렇게 처음에는 식물이 바닷물 속에서만 살았는데 이들이 살아가는 과정에서 광합성작용하였고, 그로 인하여 산소라는 새로운 물질을 지구에 탄생시켰습니다. 이 산소의 일부는 다시 대기권에서 오존이라는 물질로 바뀌게 되었으며 나아가 오존층을 이루게 되었는데, 이 오존층의 탄생으로 인하여 지구는 태양으로부터 오는 강력한 자외선을 어느 정도 까지는 차단시킬 수 있게 되어 이제는 물이 없는 육상에서도 생명체가 살 수 있는 육상생물의 시대가 열리게 되는 것입니다.

 

 

 

3) 육상식물의 구조

그렇다면 바닷물 속에서부터 육지로 올라온 식물은 어떤 구조일까요?

맨 처음 육지로 올라온 식물의 구조는 아직 수중생활 모습에서 크게 변화를 시키지 못하여 미역과 비슷한 구조를 그대로 하고 있습니다. 몸 전체는 나뭇잎과 같은 형태의 엽상체이고 헛뿌리를 가지며 몸이 물 밖으로 나왔기 때문에 잘 못하면 말라 죽을 수도 있습니다. 따라서 햇빛이 간접적으로 약하게 비치는 습기가 많은 응달에서 살아가는 형태를 취하게 되는 것입니다. 대표적 예로 우산이끼를 생각하시면 됩니다. 번식의 방법은 아직 진화가 덜 되어서 포자(홀씨)를 만들고 있습니다.

다음으로 좀 진화 한 모습을 살펴보겠습니다.

첫째 몸체가 말라 죽지 않도록 몸 표면을 잘 포장하는 구조를 발달시키므로 습하지 않은 곳에서도 살 수 있게 됩니다.

둘째 살아가는데 필요한 물을 얻기 위하여 몸의 일부는 물이 있는 땅 속에 묻어두고 물을 흡수하여야 하는데 우리는 이런 기능의 부위를 뿌리라고 합니다.

셋째 광합성에 필요한 빛과 이산화탄소를 얻기 위하여는 몸의 일부를 공기 중으로 내어 놓아야 하는데 우리는 이런 부위를 잎이라고 부릅니다.

넷째 땅 속에 있는 뿌리와 공기 중에 있는 잎을 연결해 줄 부위가 필요합니다. 줄기가 되겠습니다.

그래서 좀 더 진화된 육상식물은 뿌리, 줄기, 잎의 구조를 갖추게 되는 것입니다. 왈 경엽식물 이라고 부르며 오늘날 우리가 보고 있는 대부분의 식물이 됩니다.

이들은 생식법도 발달하여 자손에 보다 나은 형질이 나타날 수 있도록 하는 수정의 방법을 택하였으며 따라서 생식기관으로는 꽃을 만들고 홀씨(포자)가 아닌 씨(종자)를 만드는 모습으로 진화를 하였습니다.

우리는 이와 같은 식물들을 지생식물 이라고 부릅니다.

그 후 점차로 육지에 삼림이 우거지게 되면서 습도가 높고 추위가 심하지 않은 지역에서는 다시 생활 장소를 다른 나무의 등컬이나 바위 위로 옮겨 살아가는 모습이 나타나는데 이들은 필요한 수분을 공기 중에서 흡수하여 살아가는 형태를 취합니다. 이때 뿌리는 주로 몸체를 어디에 부착시키는 기능으로 쓰이게 됩니다. 이런 구조의 식물을 착생식물이라고 부르며 대표적 예로는 풍란을 생각할 수 있습니다. 참고로 춘난을 비롯한 심비디움속의 식물들은 지생식물과 착생식물의 중간적 성격을 갖고 있습니다.

 

지생식물의 경우에 육지는 바닷물 속 보다 연간 온도의 변화가 많으므로 특히 추운 곳에서는 얼어 죽을 수도 있습니다.

그러면 추운 겨울에 대한 대책으로 나타난 형태를 살펴보겠습니다.

낙엽활엽수는 가을이 되면 잎에 떨켜를 만들어 잎을 잘라 버리는 슬기로움을 보여주고 있으며, 다년생 숙근초는 겨울이 오면 지상부위는 그냥 죽게 내버려 두고 땅속 부위에 영양분을 저장하고 있다가 봄이 되면 다시 새싹을 만들어내어 살아가는 형태의 생활을 합니다. 이때 줄기는 땅 속에 있는 경우도 있고(감자, 토란 등), 거의 없는 경우도 있는데(냉이, 고들빼기), 봄이 되면 줄기와 잎을 함께 만들어 내거나, 줄기는 거의 없이 땅속에서 직접 잎이 만들어져 나오는 경우(질경이)도 있습니다. 이러한 구조의 식물들은 대체로 추위에 강한 생활력을 보여 줍니다.

끝으로 일년생 초본은 겨울이 되면 얼어 죽지 않을 만큼 완전무장한 씨(종자)만 남기고 식물체 모두는 죽어버리는 형태로 진화하였습니다.

 

여러분들께서 소장하고 계신 식물들은 어떤 생활모습을 하고 있을까요?

비비추의 경우 줄기를 잘 관찰 하신다면 동일하지 않은 모습을 찾으실 수 있을 것입니다. 이는 비비추의 분류에도 조금은 도움이 될 것으로 사료 됩니다. 특히 주걱비비추는 지하경(땅속줄기)이 길게 발달되고 그 끝에 어린 눈을 만들어 영양번식을 하는 특징을 보여 주며, 일월비비추는 손가락 굵기 정도의 굵은 지하경을 길지 않게 갖고 있음을 볼 수 있습니다.

 

여러분들의 취미생활에 조금이라도 참고가 될 수 있다면 다행으로 생각하겠습니다. 감사합니다.