식물이 박쥐와 개미를 모두 유인하는 까닭은?

[금요 포커스] 2단계 종자 분산 메커니즘 지닌 식물 발견

식물도 인간과 마찬가지로 그들의 자손이 부모의 품 안으로부터 벗어나 성공하기를 원한다. 그런데 식물의 자손이 성공하기 위해서는 될 수 있는 한 처음부터 부모와 멀리 떨어진 곳에서 성장해야 한다.

그래야 물, 영양소, 햇빛의 경쟁으로부터 자유로울 수 있기 때문이다. 그러나 식물은 땅에 뿌리를 내리고 있으므로 스스로 자신의 씨앗을 먼 곳으로 보낼 수 없다. 때문에 식물들은 창의력을 발휘해 다양한 방법으로 씨앗을 확산시킨다.

P. 생티펠리시스의 열매를 채집하고 있는 세바짧은꼬리박쥐의 모습. ©Susan Whitehead for Virginia Tech

예를 들면 도꼬마리 같은 식물은 열매를 갈고리 모양의 가시로 만들어서 지나치는 동물들에게 매달리게 만든다. 또한, 민들레 같은 식물은 바람에 날릴 수 있도록 씨앗을 위한 날개를 만들었다. 하지만 식물들이 씨앗을 확산시키는 가장 흔한 방법 중의 하나는 바로 동물의 소화기관을 이용하는 것이다.

향기롭고 맛있는 열매를 맺으면 동물들이 그것을 먹어서 새로운 장소로 이동해 씨앗을 퍼트리게 된다. 따라서 식물은 동물을 유혹하기 위해 2차 대사물이라는 화학물질을 사용한다. 이 화학물질들은 열매에 뚜렷한 향과 색깔, 맛을 내며 동물들을 위한 필수 영양소를 담고 있다.

그런데 2차 대사물로 동물을 유인하게 되면 일부 균류와 같은 해로운 유기체도 더불어 유인할 수 있다. 때문에 식물들은 그들의 씨앗을 확산시키는 동물을 유인하는 것과 그들을 공격하고 죽일지 모르는 바이러스로부터 자신과 씨앗을 보호하는 것 사이에서 신중한 균형을 유지해야 한다. 만약 자기 자신을 보호해야 한다고 생각되면 식물은 독성이 있거나 맛이 쓴 2차 대사물을 생산하면 된다.

복잡한 화학공장으로 진화한 식물

또한 씨앗 유포자인 동물을 유인하는 시기도 신중하게 선택해야 한다. 만약 씨앗이 세상에 나갈 준비가 되기 전에 동물을 유인한다면 그 식물의 자손은 살아남지 못하게 된다. 이 같은 불상사를 피하기 위해 식물들은 의도적으로 익은 과일을 훨씬 더 향기롭고 맛있게 만듦으로써 씨앗 유포자들에게 과일의 수확 시기를 통보한다.

이처럼 유혹과 퇴치의 미묘한 균형, 그리고 씨앗 분산의 절묘한 시기를 선택하기 위해 식물은 오랫동안 복잡한 화학공장으로 진화해 왔다.

그런데 미국 버지니아공과대학의 수잔 화이트헤드(Susan Whitehead) 교수팀은 코스타리카의 숲에서 매우 특별한 씨앗 분산 메커니즘을 발견했다. 창처럼 생긴 독특한 열매를 맺는 P. 생티펠리시스(Piper sancti-felicis)라는 식물이 바로 그 주인공.

검은 후추를 생산하는 이 식물은 세바짧은꼬리박쥐(Seba’s short-tailed bats)라는 동물을 유인해 자신의 씨앗을 퍼뜨린다. 그런데 세바짧은꼬리박쥐는 이 식물의 열매를 반쯤 먹은 후 땅에다 뱉어버린다.

왜냐하면 P. 생티펠리시스가 고농도의 2차 대사물을 생성해 열매의 맛을 떨어뜨리기 때문이다. 왜 이 식물은 자신의 씨앗을 퍼뜨려주는 박쥐들이 그들의 열매를 절반만 먹기를 원하는 것일까.

연구진은 이 수수께끼의 해답이 개미에 있다고 생각한다. 세바짧은꼬리박쥐가 동굴에서 P. 생티펠리시스의 열매를 절반만 먹은 후 밑으로 떨어뜨리면 개미들이 발견해 운반한 다음 나머지 절반의 열매를 먹고 씨앗은 밖에다 버리기 때문. 연구진은 이 같은 2단계 종자 분산 과정이 씨앗의 생존 가능성을 높인다고 밝혔다.

이 연구 결과는 국제 학술지 ‘생태와 진화의 동향(Trends in Ecology and Evolution)’ 최신호에 게재됐다.

박쥐가 먹고 남긴 열매를 개미가 먹어

화이트헤드 교수와 함께 이번 연구를 주도한 안니카 넬슨(Annika Nelson) 박사는 “열매에 함유된 많은 화학물질은 아직 설명되지 않았으며, 우리는 이 화학물질들이 지닌 기능에 대해 거의 알지 못한다”며 “이번 논문이 화학 생태학자들과 종자 분산을 연구하는 과학자들 간의 대화에 불을 붙이기 바란다”고 말했다.

이번 연구를 주도한 안니카 넬슨(왼쪽)과 수잔 화이트 헤드(오른쪽). 이들은 종자 분산의 화학적 생태학을 연구하고 있다. ©Susan Whitehead for Virginia Tech

화이트헤드 박사팀은 올가을에 다시 코스타리카로 가서 P. 생티펠리시스 씨앗의 2차 분산에 관여하는 개미에 대한 연구를 계속할 계획이라고 밝혔다.

화이트헤드 박사팀은 P. 생티펠리시스 외에 뿌리, 잎, 열매 등에서 빨간색의 독성이 강한 알칼로이드를 생산하는 버지니아의 토종 식물인 혈근초(bloodroot)도 연구하고 있다. 이 식물은 열매를 보호하는 것이 더 유리한지 아니면 씨앗을 퍼뜨리기 위해 동물을 유인하는 것이 더 유리한지에 따라 독성 알칼로이드의 생산을 조절하는 것으로 추정된다.

이처럼 복잡한 균형을 유지하기 위해 식물이 내뿜는 화합물에 대해 인간은 아직 모르는 것이 너무 많다. 그런데 지구의 생물 다양성이 계속 줄어듦에 따라 그 같은 화학적 다양성에 대한 발견과 연구 기회도 줄어들고 있다.

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