0. 목차
- '식충 식물'이란?
- 식충 식물은 왜 곤충을 잡아먹을까?
- 식충 식물의 기원
- 식충 식물이 처한 현실
- 파리지옥의 소화 메커니즘
- 여러 가지 식충 식물
1. '식충 식물'이란?
'식충 식물(Insectivorous Plants)'은 간단히 말하자면 '육식 식물'이다. 뿌리 이외의 잎이나 줄기로 '생물' 또는 '생물에서 유래한 물질(배설물 등)'로부터 영양분 없는 식물, 또는 다른 식물은 살아갈 수 없는 영양이 부족한 곳에서 살아갈 수 있는 식물을 '식충 식물'이라고 정의한다. 서식 장소는 넓어 20속 860종 정도의 식충 식물이 열대부터 한대에 이르기까지 존재한다. 한국에는 '통발과'나 '끈끈이주걱과'에 속하는 약 12종의 식충식물이 존재한다.
이들은 교묘한 전략으로 사냥감을 포획해 영양을 섭취한다. 사냥감을 잡는 식충 식물의 계략은 다종다양하다. 꽃처럼 달콤한 냄새와 곤충이 좋아하는 달콤한 꿀 등을 이용해 사냥감을 끌어들이고 '포충기(Insect Trap, 벌레를 유인해서 잡는 기관)'로 포획한다. '포충기'는 잎이 변형된 것이기 때문에 '포충엽(Insectivorous Leaf)'이라고도 부른다. '끈끈이귀개 속(Drosera)'과 '벌레잡이 속(Pinguicula)'같은 점착식, '파리지옥 속(Dionaea)'같은 집어넣는 식, '사라세니아 속(Sarracenia)'과 '벌레잡이풀 속(Nepenthes)' 같은 함정식, '통발 속(Utricularia)' 같은 스포이트식 등, 그 방법은 다르지만 제각각 교묘하게 궁리되어 있다.
| 포획 방법 | - |
| 점착식 | '끈끈이귀개 속(Drosera)', '벌레잡이 속(Pinguicula)' |
| 집어넣는 식 | '파리지옥 속(Dionaea)' |
| 함정식 | '사라세니아 속(Sarracenia)', '벌레잡이풀 속(Nepenthes)' |
| 스포이트식 | '통발 속(Utricularia)' |
2. 식충 식물은 왜 곤충을 잡아먹을까?
식충 식물의 사냥감은 대부분 곤충이지만, 개구리나 도마뱀이 덫에 걸리기도 하고, 포유류의 대변이 영양으로 이용되기도 한다. 대부분의 식충 식물은 '습원(습기가 많은 초원)'을 좋아하지만, '아지랑이(햇빛이 강할 때 지면에서 아른거리면 위로 올라가는 공기의 흐름 현상)' 등으로부터 수분을 얻을 수 있는 습한 나무 위나 뿌리를 길게 뻗으면 수맥에 닿을 수 있는 모래와 자갈에서 사는 것도 있다. 공통적인 특징은 양지바르고 영양이 부족한 곳이라는 점이다. 토양에서 흡수하는 '질소(N)'와 '인(P)' 같은 영양은 식물의 성장에 꼭 필요하기 때문에, 식물은 영양이 부족한 곳에서 자라기 어렵다. 하지만 식충 식물은 잎 모양을 바꾸어 덫을 만들고 곤충 등을 붙잡아 부족한 양분을 보충함으로써, 경쟁 상대가 적은 토지에서 살아남는 길을 택했다.
일반적으로 식물은 뿌리에서 흡수한 영양을 사용해 광합성을 하지만, 식충식물은 토양에서 얻는 영양이 적기 때문에 포충에 의해 양분을 보충한다. 벌레잡이 풀 무리의 뿌리에 영양분을 공급하면 포충기를 만들지 않는다는 사실로부터 이 점을 설명할 수 있다. 곤충으로부터는 질소, 인산, 미네랄 등의 부족한 영양을 얻는다.
3. 식충 식물의 기원
1990년대부터 식충 식물의 유전자 분석이 진행되어 '유연관계(생물들이 분류학적으로 얼마나 멀고 가까운지를 나타내는 관계)'가 알려져 왔다. 예컨대 같은 함정식 식충 식물이라도, '사라세니아 속(Sarracenia)'은 '철쭉 무리', '케팔로투스 속(Cephalotu)'은 '괭이밥 무리, '벌레잡이풀 속(Nepenthes)'은 끈끈이귀개·파리지옥과 마찬가지로 '여뀌 무리'임이 알려졌다. 포충기 형태가 비슷하더라도 '근연(분류학적으로 유연관계가 깊은 생물)'은 아니라는 것이다.
원래 식충 식물'도 다른 식물과 마찬가지로 뿌리에서 흡수한 양분으로 생육하는 식물이었을 것으로 생각된다. '식충 식물'은 대체 어떤 진화의 길을 걸어 육식을 하게 된 것일까? '식충 식물'의 특징이기도 한 '소화 효소'를 만드는 유전자는 의외로 '식충 식물'이 아닌 보통 식물에게도 있다. '애기장대(Mouseear Cress)'는 고등식물 중 최초로 게놈 염기 서열이 완료된 식물로, 식물의 유전적 연구에 주로 사용되는 모델 식물이다. 모델 식물로 연구에 자주 이용되는 '애기장대'의 경우에는 강한 스트레스를 받거나 병원균에 감염되었을 때, 소화 효소 유전자가 작용하는 것으로 밝혀졌다. 즉 '소화 효소'를 만들어냄으로써, 병원균 등을 녹여 몸을 지키는 일은 보통 식물도 하는 것이다. '식충 식물'은 이 '방어'를 위한 시스템을 육식을 위한 시스템으로 이용함으로써, 육식 능력을 획득하게 된 것으로 생각된다. 이처럼 기존의 유전자를 다른 목적으로 쓰기 위해, 사용 방법을 변경하는 진화를 '전용 진화(Diversion Evolution)'라고 한다. '전용 진화'를 이용하면, 전혀 새로운 기능을 가진 유전자를 새로 만드는 것보다 진화가 빨리 이루어진다.
4. 식충 식물이 처한 현실
현재 대부분의 식충 식물'은 절멸 위기에 놓여 있다. '절멸 위기'에 놓이게 된 가장 큰 원인은 토지 개발로 인한 자생지 소멸이다. 식충 식물은 영양이 부족하고 습한 토지에 주로 서식하는데, 이런 곳은 평탄한 곳이 많아 건물을 세우는 데 적합하기 때문이다. 원래 식충 식물은 산불이나 토사 붕괴로 생긴 '영양이 부실한 땅'을 전전하는 식물이다.
영양이 부족해 식물의 생육에 적합하지 않았던 토양도, '식충 식물'이나 '조류(Algae)', '균류(Fungi)'의 시체가 축적되면 서서히 좋아져 보통의 식물이 침입할 수 있게 된다. 게다가 시체가 축적되면 토양 표면이 건조해지기 때문에 '식충 식물'은 살아갈 수 없다. '수원(Source of water)'으로도 주요한 숲도 너무 무성해지면 사냥감이 될 곤충이 적고, 그늘이 많으면 광합성에 영향을 받는다.
또 '왜래 식물'이 생태계를 크게 바꾸는 경우도 있다. 외래종이 크게 번식해 재래종의 생육 장소를 빼앗기도 해고, 재래종과 교잡해 유전적으로도 계속 변이하는 경우도 있다.
5. 파리지옥의 포충·소화 메커니즘
대표적인 식충 식물인 '파리지옥(Flytrap)'의 '포충 메커니즘'을 살펴보자. 파리지옥은 어떻게 사냥감을 감지하고 소화할까? 파리지옥이라고 부르지만 사냥감이 되는 것은 개미, 거미, 메뚜기처럼 땅 위를 돌아다니는 곤충이 대부분이다. 파리는 전체 포획 동물의 단 2%에 불과하다.
- 사냥감을 감지하는 메커니즘: '이매패(두껍질조개)' 모양의 잎 안쪽에는 3쌍의 감각모가 돋아 있다. 감각모가 돋은 부위에는 '센서 세포'라는 특수한 세포가 있는데, 사냥감이 감각모에 닿으면 구부러져 '센서 세포'의 세포막이 당겨진다. 이것이 사냥감을 감지하는 계기가 된다. 잎을 벌리거나 닫는 움직임은 에너지를 소비하므로, 약 30초 이내에 감각모를 2회 자극한 경우 사냥감이 왔다고 판단한다.
- 빠르게 닫히는 메커니즘: 사냥감을 감지하면 0.1초라는 속도로 2장의 잎이 함께 닫힌다. 파리지옥의 잎은 보통 안쪽이 불룩한데, 사냥감을 감각모로 감지하면 세포 형태가 변화해 잎이 약간 변형된다. 그러면 단숨에 잎이 반대로 젖혀지며 닫힌다.
- 곤충을 소화하는 메커니즘: 잎이 닫힌 뒤, 안쪽에 있는 무수한 샘세포로부터 복수의 소화 효소가 섞인 '소화 효소 칵테일'이 분비된다. 소화액이 분비되기까지는 감각모에 대한 추가 자극이나 덫으로 찌그러진 사냥감의 몸에서 방출되는 '암모니아(NH3)' 등을 검지해야 한다. 갇힌 사냥감이 발버둥 치면 칠수록 소화액 분비도 늘어난다. 붙잡힌 사냥감은 약 1주에 걸쳐 소화·흡수된다.
- 닫힌 잎이 다시 열린다: 약 1주에 걸쳐 사냥감의 소화가 끝나면, 1~2일에 걸쳐 잎이 천천히 벌어진다. 곤충의 외골격처럼 소화가 어려운 부분은 그대로 남는다.
6. 여러 가지 식충 식물
6-1. 마다가스카르벌레잡이풀
- 학명: Nepnthes madagascriensis
'마다가스카르벌레잡이풀'은 노란색 꽃봉오리 같은 포충기를 가진 '벌레잡이풀 무리'의 식충 식물이다. 동남아시아를 중심으로 분포하며, 오스트레일리아 북부와 '마다가스카르섬(Madagascar Island)' 등에도 자생한다. 이제까지 약 170종 이상이 알려져 있어, 식충 식물의 대표격이라고도 할 수 있다. 벌레잡이풀은 덩굴성 식물이며, 덩굴 모양으로 뻗은 잎 끝에 소화액이 괸 항아리 모양의 포충기가 있다. 포충기에 떨어진 곤충은 대략 2~3일에 걸쳐 소화된다.
6-2. 벌레먹이말
- 학명: Aldrovanda vesiculosa
벌레먹이말은 끈끈이귀개과에 속하는 1속 1종의 희귀한 식충 식물로, 뿌리 없이 수면에 떠다니는 수초이다. 전체 길이 30cm 정도까지 성장한다. 가늘고 긴 줄기에 6~9장의 포충엽이 방사상으로 돌려나며, 파리지옥처럼 잎 사이에 재빨리 끼워 넣어 사냥감을 붙잡는다. 영어로는 수초를 의미하는 waterwheel plant라고 한다. 포충엽의 맨 끝에 반원 모양을 한 길이 약 2mm의 포충기가 있다 포충기 내부에는 20~40가닥의 감각모가 밀생에 사냥감이 닿으면 약 50분의 1초 만에 붙잡는다.
여름철 한낮에 드물게 꽃이 피지만, 불과 1~2시간 만에 진다. 전 세계의 넓은 지역에 분포하지만, 수질 오염과 개발 등에 의한 매립으로 절멸한 지역이 많다.
6-3. 사라세니아 레우코필라
- 학명: Sarracenia leucophylla
사라세니아 속은 북아메리카 대륙 동부를 중심으로 널리 자생하는데, 우산 같은 덮개가 붙은 40~60cm의 대형 통 모양의 '포충엽(Insectivorous Leaf)'을 가진 종이 많다. 통 바깥쪽과 덮개에서 달콤한 꿀이 분비되어 곤충을 끌어들인다. '스테인드글라스(Stained Glass)'를 입힌 것 같은 포충엽은 통 속이 밝아, 테두리에 있는 곤충은 그 밝기에 끌려 안으로 떨어진다.
통 속에는 아래쪽으로 돋은 털이 있어 떨어진 곤충은 달아나지 못한다. 통 속에 고여 있는 소화액으로 곤충을 소화한다. 그러나 소화액을 그다지 분비하지 않는 것도 있다. 다수의 종에서 사냥감의 소화를 돕는 미생물이 통 속에 공생하기 때문이다.
6-4. 아프리카긴잎끈끈이주걱
- 학명: Drosera capensis
'아프리카긴잎끈끈이주걱'은 남아프리카 케이프 지방의 습지나 낭떠러지에 자생해는 '끈끈이귀개속'의 일종의 식충 식물이다. 가늘고 긴 잎을 뻗어 사냥감을 유인한다. 키는 10~15cm이며, 폭 3~4mm의 잎 표면에는 붉은색 선모가 400~500개나 밀생한다. 잎의 점액에 사냥감이 닿으면 잎을 크게 휘감아 접어 사냥감을 붙잡는다.
6-5. 에세리아나
- 학명: Pinguicula esseriana
'벌레잡이 속'에 속하는 '에세리아나'는 제비꽃 같은 보라색이나 분홍색 꽃이 핀다. 80종 정도가 중남미를 중심으로 북반구에 널리 분포한다. 이 종은 멕시코 원산으로 그루의 크기는 지름 3cm 정도이며, 다육질의 주걱 모양을 한 잎이 겹쳐 있어 꽃이 핀 것처럼 보인다. 점액을 내는 '선모'가 잎 표면에 잔뜩 늘어서 있어 파리 같은 날아다니는 곤충을 잡는다. 선모는 매우 작아서 얼핏 보면 잎 표면이 매끄럽고 광택이 있는 것처럼 보이기 때문에 '버터풀(Butterwort)'라는 영어 이름이 붙었다. 사냥감을 잡으면 잎 테두리르 조금 안쪽으로 구부려 접시 같은 형태가 된다. 잎 표면에는 소화액을 내는 샘도 있어 잡은 사냥감을 천천히 소화시킨다.
6-6. 우트리쿨라리아 푸르푸라셴스
- 학명: Utricularia purpurascens
'우트리쿨라리아 푸르푸라셰스'는 통발 속의 육생종 가운데 하나로, 사진처럼 2개의 귀를 쫑긋한 토끼 얼굴 같은 꽃이 피는 종류도 있다. 항상 물에 잠기는 습원이나 비가 많은 습한 평원 등에 자생한다. 7~20cm의 꽃줄기를 뻗어 보라색이나 노란색의 꽃이 핀다. 통발과 마찬가지로 땅속으로 뻗는 줄기에 포충엽이 달려 있으며, 수압을 이용해 벌레를 잡는다.
6-7. 케팔로투스 폴리쿨라리스
- 학명: Cephalotus follicularis
뚜껑이 있는 커피포트 같은 모양을 한 '케팔로투스 폴리쿨라리스'는 햇빛을 잘 쬘수록 붉은색이 짙어진다. 오스트레일리아 남서부에 있는 '올버니(Albany)' 주변의 습지와 해안의 낭떠러지에만 자생한다. 1속 1종인 매우 희귀한 식충 식물이다. 잎이 3cm 정도의 '포충엽(Insectivorous Leaf)'이 되어 있다. 포충엽 이외에 광합성을 하기 위한 보통의 잎인 '평면엽'도 붙어있는 것이 특징이다. '포충엽'의 항아리 입구에는 안쪽 방향으로 가시가 나 있다. 그 가시와 덮개에 꿀샘이 있으며, 달콤한 꿀을 내어 개미 등을 유인한다. 꿀을 핥으러 온 곤충은 발이 미끄러져 항아리에 빠져 붙잡힌다. 단백질과 탄수화물을 분해하는 효소에 덧붙여, 곤충류의 단단한 외골격 '키틴(Chitin)'도 녹일 수 있는 효소 등, 여러 소화 효소로 포획한 사냥감을 소화한다.
6-8. 파리지옥
- 학명: Dionaea muscipula
'파리지옥'은 '이매패(두껍질조개)' 같은 모양의 잎 사이에 먹이를 끼워 넣고, 고속으로 잎을 닫아 사냥감을 잡는다. 잎에 꼭 끼워진 사냥감은 달아날 수 없다. 파리지옥은 많은 재배 품종이 있으며, 꽃집에서 볼 수 있는 경우도 있지만, 자생지는 미국 노스캐롤라이나주와 사우스캐롤라이나주의 축축한 소택지에만 한정된다. 파리지옥의 사냥감은 주로 개미와 거미 같은 땅 위를 걷는 곤충이지만, 때로는 소형 개구리나 도마뱁뱀 등도 포획한다. 산뜻한 색깔을 띤 포충엽은 자외선을 반사하는 특수한 형태를 하고 있다. 잎 주위의 분비샘으로부터 꽃이나 과일 향과 비슷한 휘발성 물질을 방출해 곤충을 유인한다. 갇힌 사냥감이 발버둥 치면 확실하게 '사냥감'임을 인식하고 천천히 소화액을 분비한다.
6-9. 포르투갈끈끈이주걱
- 학명: Drosopyllum lusitanicum
붉은 알갱이 같은 점액으로 뒤덮힌 '포르투갈끈끈이주걱'은 끈끈이귀개과로 분류된 적도 있었지만, 1종 1속 1과로 '드로소필룸과'가 되었다. 에스파냐, 모로코, 포르투갈 해안 가까이 건조하고 햇볕이 좋은 황무지와 낭떠러지에서 자생한다. 높이 1m가 넘는 것도 있는 대형 식충 식물로, 잎은 폭 0.25cm, 길이 15cm 정도의 가늘고 긴 형태를 하고 있다. 잎은 물론 꽃줄기와 꽃받침 등에도 점액을 묻힌 선모가 뺵뺵히 돋아 있다. 잎은 달콤새콤한 향의 점액을 내어 곤충을 끌어들인다.
6-10. 끈끈이귀개 무리
또렷한 붉은색 선모가 잎을 뒤덮은, 꽃 같은 끈끈이귀개 무리이다. 지면 가까이 길이 1~2cm의 주걱 같은 모양을 한 잎을 방사상으로 펼친다. 끈끈이귀개 무리는 전 세계 한대~열대의 척박한 토지에서 자생하며, 200종 정도가 알려져 있다. 그 절반 가까이는 오스트레일리아 원산이다. 사냥감을 잎에 붙였다 휘감아 잡는다.
6-11. 통발 무리
아래의 사진은 뿌리가 없이 수면 아래를 떠도는 '통발 속(Utricularia)'의 꽃이다. 여름철 수면에서 꽃 줄기를 뻗어, 3cm 정도의 노란색 꽃이 된다. '통발 속'은 종의 수가 많으며, 남극 대륙을 제외한 모든 대륙에 자생한다. 1m 정도의 줄기를 뻗어 가늘게 가지치기를 한 잎을 많이 붙인다. 통발의 포충엽은 1mm 정도의 달걀 모양으로 물속에 존재한다. 보통은 입을 꼭 닫고 물을 배출함으로써 주변보다 낮은 압력 상태가 되어 있다. 포충엽의 입구 끝에 있는 짧은 4개의 털에 사냥감이 닿으면, 문이 안쪽으로 열리고 물과 함께 사냥감을 단숨에 자루 속으로 빨아들인다. 마치 스포이트와 같은 움직임이다. 이 움직임은 빠른 경우, 30분의 1초라는 빠르기로 일어난다. 그 후 20분 정도 지난 물이 배출되고 안에 있는 사냥감은 살소 결핍으로 숨이 끊어진다. 통발의 사냥감은 박테리아나 조류 같은 작은 수생 생물이다.
