나자 및 피자식물강

나자식물강

데본기의 화석을 보면 고사리류와 같은 식물들이 이형포자성(heterosporus)이었음을 알 수 있었다. 즉 소포자(웅성)와 대포자(자성)를 각각 만들어냈다. 대포자는 어미식물인 포자체의 물기있는 조직 속에 남아 있어서 수정은 땅 위에 물이 없어도 쉽게 이루어질 수 있었다. 한편 소포자가 자성 배우체에 도달하기 위하여 한 식물에서 다른 식물까지 운반되어야 하는 분산의 번거로운 절차가 필요없게 되었다. 이러한 기능은 씨(seed)가 맡아서 휴면, 보호, 배의 포자체를 이루는 일을 모두 하고 있다.

옛날 나자식물(gymnosperm) 중에 종자고사리(seed fern)가 있었는데, 지금은 전멸되고 없지만 그들의 자손격인 소철이 살고 있다. 이러한 현대 종자식물은 소포자가 배주(ovule)에 도착한 후 섬모를 가진 정자를 내면 어미식물인 포자체에서 나오는 물기를 타고 헤엄쳐서 난자가 있는 곳에 도달하는 옛조상이 하던 일을 재현한다. 단 하나의 속이 미국 플로리다에 야생하고 있다. 구과식물(conifer)은 우리 주위에서 흔히 보는 나자식물이다. 구과식물은 소나무, 가문비나무, 전나무 등이 속한다. 많은 피자식물에 비해 구과식물은 약 550종이다. 그러나 타이가에는 구과식물이 우점종이다. 이들은 몸이 아주 크고 가장 수명이 긴 생물이어서 캘리포니아에 있는 Sequoia속 식물인 미국 삼나무는 키가 약 121.9m에 달한다. 동부 캘리포니아 산맥에서 자라고 있는 birstlecone 소나무는 수령이 4,000년 이상 되었다. 대부분의 구과식물이 상록성이나 그들의 잎은 “침엽”으로 되어 있어 겨울철에 눈이 적게 쌓이고 증산을 줄여 준다. 북미에 구과식물 삼림은 건축자재로 많이 쓰이고 제지공장도 종이펄프 자원으로서 구과식물을 많이 사용한다.

 

 

세대교번

나자식물의 포자체 세대는 웅성 배우체 세대(male gametophyte generation)로부터 발아한 소포자(microspore)를 만들고 이보다는 약간 더 큰 대포자(megaspore)는 자성 배우체 세대(female gametophyte generation)로 발생된다. 이들 구과류는 솔방울(cone) 안에 암수 두가지 포자낭을 모두 가지고 있으며, 보통 솔방울이라고 부르는 것은 자성구과이고 웅성구과는 봄철에 생겨서 짧은 기간 동안 생존한다. 소포자는 웅성구과내에서 감수분열이 일어나서 만들어지고 그래서 웅성 배우체 세대가 시작된다. 방출 전에 각포자의 핵은 유사분열을 하여 결국 4세포의 화분립을 만든다. 이 화분립(pollen grain)은 웅성구과에서 공기중으로 방출된다. 분이 자성구과에서도 대포자는 유사한 발달주기를 거쳐 대포자를 산출하는데 이것이 성숙한자성 배우체 세대이다. 이 작은 구조물은 솔방울에서 나오는 것이 아니고 어미나무인 포자체의 조직 속에 들어 있다. 이것은 얼핏 보기에 간단한 변화와 같지만 나자식물에 있어서는 큰 의미가 있다. 어미나무의 조직 속에 자성 배우체를 보유함으로써 수정이 이루어질 때 수분이 있어야만 된다는 문제는 어려움이 없게 되었다. 화분은 바람에 의하여 자성구과에 운반되고 거기서 발아한다. 아주 옛날에 살던 나자식물 중에는 운동능력이 있는 정자를 내서 장란기에 있는 난자쪽으로 이동시켰는데, 이 경우 정자는 어미나무의 조직 속에 있는 액체를 이용했다.

 

도시의 공원에서 보통 볼 수 있는 은행나무는 지금도 수정할 때 위의 방법을 이용한다. 구과식물의 웅성 배우체식물은 헤엄칠 수 있는 정자를 만들지 않는다. 그 대신 화분립이 발아하여 화분관(pollen tube)을 형성하고 난자가 클 때까지 자성구과의 조직 속에서 머문다(소나무는 머무는 기간이 1년이다). 그 후 관을 파열하고 정책(sperm nucleus)은 난자와 융합하여 접합자가 된다. 그러나 수정의 과정은 어미나무의 조직 안에서 이루어지므로 기본 입장은 변함이 없는 것이며, 결과적으로 이것은 외부환경이 좋지 못할 경우에 대비하는 셈이 된다. 나자식물은 두 종류의 포자와 두 종류의 배우체를 만들지만, 선류나 고사리류처럼 포자를 외부로 방출할 필요는 없다. 선류와 고사리류의 경우, 하나의 포자는 흙 속에서 발아하여 배우체가 되고 그 속에 양성생식기관이 모두 들어 있다. 그래서 유성생식이 이루어지면 곧 이어서 어린 새 생명체가 나오게 되고 이것은 하나씩 분산한다. 이와는 달리나자식물의 포자는 분산되는 일이 없다. 바람에 날려서 온 소포자가 발아할 수 있는 유일한 장소는 같은 식물의 자성구과 및 같은 종에 속하는 다른 그루의 자성구과뿐이다. 그러므로 화분립은 한 식물에서 다른 식물체로 간단히 옮겨가는 것뿐이며, 새로운 장소로 종이 분산되는 것은 아니다.

나자식물은 씨를 멀리 퍼뜨려서 옮겨간다. 수정 후 접합자는 계속 세포분열을 하여 작은 포자체가 된다. 배의 둘레에 영양분을 많이 가진 조직이 있는데, 이것은 자성 배우체에서 만들어지는 반수체이다. 그러나 그의 영양분은 어미 포자체에서 온 것이다. 생식에 관하여 배운 바와 같이 나자식물 종자에는 열매가 없고 피자식물은 열매 안에 종자가 있다. 그래서 나자식물은 “나출된 종자”라는 뜻에서 연유된 이름이다. 그러나 배와 배유 주위의 조직은 어미식물 포자체 조직의 보호층이 된다. 이 껍질은 어미식물인 포자체로부터 만들어져서 이배체이며, 종자 한쪽에 얇은 날개로 발육된다. 이렇게 발생되는 데는 소나무의 경우 1년이 걸린다. 이 기간의 끝 무렵에 자성구과가 열리게 되어 씨를 하나씩 내보낸다. 씨껍질의 날개는 프로펠러의 작용으로 씨가 바람에 날려 멀리 가게 한다. 씨껍질은 배가 건조되지 않도록 보호한다. 씨가 적당한 장소(수분이 있는 곳)에 옮겨지면 물을 흡수하여 배는 배우체 식물조직에 저장된 영양분을 소비하여 생장하기 시작한다. 어린 식물이 빛을 받으면 엽록소가 생기고 식물은 광합성을 하여 영양분을 만들기 시작한다. 저장영양분이 모두 소비되면 씨껍질은 떨어진다. 결국 성숙한 식물의 모든 세포는 접합자로부터 전해진 것이다.

앞에서 설명한 선류와 고사리 식물의 배우체와 비교해 보면 구과식물의 배우체는 거의 생식활동만 한다. 양성 배우체 모두 작고, 더구나 양분은 어미식물에서 전적으로 얻는다. 배우자는 어미식물의 구조물을 이용함으로써만 수정이 이루어질 수 있다. 발생하는 배는 선류나 고사리류만큼 배우체 식물에 의하여 보호받지는 못하나 나자식물의 배는 어미식물로부터 영양공급과 보호를 받는다(배유는 배우체이나 그의 양분은 포자체 식물로부터 온 것이다). 포자체는 그 식물의 분산이 이루어지도록 하는데, 이것은 포자로서가 아니고 종자를 바람에 날려 보냄으로써 이루어진다.

 

 

피자식물강

피자식물은 쥐라기에 나타났다는 화석상의 몇 가지 증거가 있지만 중생대말까지는 육상식물의 다수를 차지하지 못했다. 그러나 오늘날 지구상에서 우점종이 피자식물임은 의심할 여지가 없다. 현재 살고 있는 종수는 25만쯤 되고 기타 식물이 34,000종 가량 된다. 피자식물은 모든 서식지에서 볼 수 있고 건조한 지방에서도 살아갈 여러 가지 특징을 가지고 있지만 어떤 것은 수생식물로 돌아갔다.

피자식물은 쌍자엽식물아강(dicot)과 단자엽 식물아강(monocot)으로 나눈다. 씨의 자엽이 두 장이면 쌍자엽식물(雙子葉植物, dicot), 한장이면 단자엽식물(單子葉植物, moncot)이라 부른다. 또 다른 몇 가지 특징으로도 서로 구분된다. 쌍자엽식물의 잎맥은 망상이나 단자엽식물은 평행맥이고, 또 쌍자엽식물의 관다발은 바퀴처럼 방사상으로 배치되어 있으나, 단자엽식물은 줄기에 산재하고 있다. 쌍자엽식물의 꽃은 4 또는 5의 배수이고 더러는 다수성이나 단자엽식물의 꽃은 3의 배수 구조이다.

쌍자엽식물은 단자엽식물보다 더 큰 무리(더 오래된)이며 현재까지 약 200,000종이 알려져 있다. 쌍자엽식물 250과 중에서 미나리아재비, 금어초, 카네이션, 목련, 양귀비, 양배추, 장미, 콩, 포인세티아, 목화, 선인장, 당근, 딸기, 박하, 토마토, 느릅나무, 참나무, 단풍나무 등 18개가 피자식물의 대표격이다. 단자엽식물은 50,000종쯤이 알려져 있다. 여기에는 백합, 야자나무,난초,붓꽃, 튜울립, 사초, 양파, 아스파라거스, 초본식물 등이 있다. 초본식물에는 옥수수, 밀,벼,그리고 여러 가지 곡식류가 속해 있으며 우리의 중요한 양식이 된다.

피자식물의 세대교번은 나자식물과 여러 가지 점에서 비슷하다. 그러나 꽃(flower) 안에서 소포자낭과 대포자낭이 모두 발생하는데 구과식물은 그렇지 않다. 꽃의 자방벽이 열매(fruit)로 발육되는데 이는 종자가 산포될 때 도움을 준다. 열매란 그리스어인 angion = 도관, sperma = 종자의 뜻에서 온 말이다.