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바나나를좋아하는원숭이
식물은 어떤 환경 조건에서 자가수분을 선택하도록 진화했나요?
안녕하세요. 식물의 자가수분은 같은 꽃 또는 같은 개체의 꽃가루가 암술머리에 옮겨져 수정되는 현상이라고 배웠습니다. 자가수분은 꽃가루 매개자가 부족한 환경에서도 안정적으로 번식할 수 있다는 장점이 있지만, 단점은 유전적 다양성이 감소할 수 있다고 합니다. 그렇다면 식물은 어떤 환경 조건에서 자가수분을 선택하도록 진화했으며, 유전적 다양성 감소를 보완하기 위한 적응 방법에는 어떤 것들이 있나요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 식물이 자가수분을 선택하도록 진화한 가장 큰 이유는 번식의 안정성 확보인데요, 유전적 다양성이 중요하더라도 후손을 남기지 못하면 진화적으로 성공할 수 없기 때문입니다. 따라서 꽃가루를 옮겨 줄 곤충이나 바람에 의존하기 어려운 환경에서는 자가수분이 유리할 수 있습니다.
대표적으로 개체 수가 매우 적거나 서식지가 고립된 환경에서 자가수분이 진화하기 쉬운데요, 예를 들어 섬 지역, 고산 지대, 사막과 같은 극한 환경에서는 꽃가루 매개 곤충이 적거나 활동 시기가 제한될 수 있습니다. 이런 곳에서는 스스로 수정하는 편이 생존에 유리하며, 또한 새로운 지역에 처음 정착한 식물의 경우 주변에 같은 종이 거의 없기 때문에 자가수분 능력이 있으면 단 한 개체만으로도 개체군을 형성할 수 있습니다. 하지만 자가수분이 계속되면 유전적 다양성이 감소하고, 해로운 열성 유전자가 발현될 가능성이 높아집니다. 따라서 많은 식물은 자가수분을 하더라도 이러한 단점을 완화하는 여러 적응 전략을 함께 발전시켰는데요, 예를 들자면 평소에는 타가수분을 우선하고 필요할 때만 자가수분을 하는 경우가 많습니다. 예를 들어 꽃이 처음 필 때는 다른 개체의 꽃가루를 받도록 해 두고, 일정 시간이 지나도 수정이 이루어지지 않으면 자신의 꽃가루로 수정하는 방식으로, 이는 번식 성공률과 유전적 다양성을 모두 어느 정도 확보할 수 있는 전략입니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요, 원숭이님. 이중철 전문가입니다.
식물이 자가수분을 선택하도록 진화한 환경은 꿀벌, 바람 같은 꽃가루 매개자가 적거나 불안정한 환경, 그리고 개체가 적거나 고립된 환경에서 자가수분이 유리해지기 때문인데요. 그 대신 자가수분은 유전적 다양성이 줄어드는 단점이 있으므로, 식물은 여러 가지 전략으로 '완전한 근친번식'을 막고 유전적 건강을 보완하고 있습니다.
1. 어떤 환경에서 자가수분이 유리한가요?
1) 수분매개자 부족:
꿀벌, 벌파리, 바람 같은 매개자가 거의 없거나, 기후 변화로 그 수가 줄어든 환경에서는 자가수분이 안정적인 번식을 보장합니다.
2) 개체 밀도가 낮음·고립:
섬, 고산, 불모지 등에서 한 개체가 멀리 떨어져 있는 경우, 자가수분이 '적어도 씨앗을 만들 수 있는 최후의 보루' 전략으로 작동합니다.
3) 환경이 안정적일 때:
환경이 오래도록 비슷하면, 이미 잘 적응된 유전자의 조합을 그대로 유지하는 것도 진화적으로 유리해지기 때문에 자가수분 비율이 높아지는 종이 있습니다.
2. 자가수분의 단점과 유전적 다양성 감소는..
자가수분은 효율적일 수 있지만, 아래와 같은 단점이 있습니다.
1) 유전적 다양성이 줄어 질병·기후 변화에 대한 저항력이 약화될 수 있습니다.
2) 근친번식으로 인해 형질이 나빠지는 근교약세(inbreeding depression) 현상이 나타날 수 있습니다.
3. 유전적 다양성 감소를 보완하는 적응 방법은..
식물은 자가수분을 허용하면서도, 완전히 근친번식으로 치우치지 않도록 다음과 같은 메커니즘을 쓰고 있습니다.
1) 자가수분 및 교차수분 전략
일부는 평소에는 자가수분이 가능하지만, 환경이 안정되면 교차수분을 촉진하는 구조를 가진 종도 있습니다
※ Ex. 꽃 모양 변화, 꽃가루 비율 조절 등
2) 시간 차 구조
수술과 암술의 성숙 시기를 달리하는 유전 구조가 있어서, 자가수분보다 다른 꽃의 꽃가루가 먼저 도달하도록 유도합니다.
※ Ex. 웅성선숙(수술이 먼저 익음), 수성선숙(암술이 먼저 익음) 등.
3) 자가불화합성(self-incompatibility)
특정 유전자(S-유전자)를 가진 식물은 자기와 같은 유전자형의 꽃가루는 암술에서 자라지 못하게 막습니다.
이렇게 하면 “완전히 같은 개체끼리”의 자가수분은 차단되어, 어느 정도는 다른 유전자형과의 결합이 유도됩니다.
4) 자웅이주 또는 자웅동주/동속이주
한 개체에 수·암 꽃을 모두 두는 대신, 수꽃과 암꽃을 다른 개체에 주는 방식(자웅이주)을 채택해 강제로 교차수분을 유도합니다.
정리하자면,
식물은 수분매개자 부족, 고립, 낮은 개체 밀도 같은 환경에서 자가수분을 쓰는 방향으로 진화했지만, 자기 자신과의 과도한 교배를 막는 자가불화합성, 시간, 공간 구조, 자웅이주 같은 전략으로 유전적 다양성을 어느 정도 보존하고 있습니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
말씀하신 것처럼 상당히 혹독한 환경이 자가수분을 하도록 만들었습니다.
먼저 빙하기나 고산지대처럼 꽃가루를 옮겨줄 곤충, 즉 매개자가 너무 부족한 경우였습니다.
또한 새로운 서식지에 뿌리를 내렸으나 주변에 동종 식물이 없는 고립된 상황, 즉 개체군 밀도가 너무 낮은 경우입니다.
세번째는 앞의 혹독함과 달리 오히려 서식지 환경이 너무 안정적이어서 굳이 유전자를 섞는 모험을 할 필요가 없을 때입니다.
이로 인한 유전적 다양성 감소를 보완하기 위해 식물은 나름의 적응 방법을 진화시켰는데, 봄에는 꽃을 피워 타가수분을 하고, 조건이 나빠지면 자가수분을 하는 혼합 수분 방식입니다.
또한, 오랜 자가수분을 통해 집단 내 치명적인 열성 유전자를 미리 걸러내 제거하기도 합니다.
마지막으로 씨앗을 바람이나 동물을 통해 멀리 퍼뜨려 서로 다른 환경에서 살아남도록 생존 리스크를 분산시키는 것입니다.