식물이라고 하면 빛을 받아 양분을 만드는 '광합성(Photosynthesis)'을 한다고 생각할 것이다. 하지만 자연계에는 광합성을 하지 않는 식물이 있으며, 알려진 것만 해도 500종이 넘는다. 광합성을 하지 않고 '균류(Mycota)'로부터 일방적으로 영양분을 빼앗는 전략을 바탕으로 살아가는 식물을 '균 종속 영양 식물'이라고 한다. '균 종속 영양 식물'의 생태에 대해 알아보자.
0. 목차
- '균 종속 영양 식물'이란?
- '균 종속 영양 식물'의 유형
- '균 종속 영양 식물'의 특이한 생활 양식
- '균 종속 영양 식물' 갤러리
1. '균 종속 영양 식물'이란?
육상에서 살아가는 대부분의 식물은 균류와 아주 밀접한 관계에 있다. '균류(Mycota)'란 버섯, 곰팡이, 효모 무리를 말한다. '균류'는 식물 뿌리에 들러붙어 거기에 '균사(균류의 몸을 구성하는 실 모양의 구조)'를 흙 속으로 뻗은 다음 미네랄, 질소, 인 등의 토양 속 영양분을 흡수한다. 그리고 그들 영양분을 식물에게 나누어 주는 대신, 식물이 광합성을 통해 만든 광합성 산물인 '유기물'을 나누어 받는다. '식물'과 '균류'는 이런 '상리 공생(Mutualism)' 관계를 약 4억 년이라는 긴 세월에 걸쳐 맺어왔다. 그런데 이 '상리 공생' 관계를 무너뜨리고 균류를 배반한 식물들이 있다. 이러한 식물을 '균 종속 영양 식물'이라고 한하며, 세계적으로 12과 90속 130종이 열대에서 아한대 지역에 걸쳐 분포한다고 한다.
'균 종속 영양 식물'은 광합성을 통해 스스로 에너지를 만들기를 포기하고, 균류로부터 일방적으로 영양분을 빼앗아 생존한다. 따라서 보통 식물과는 달리 '엽록체(Chloroplast)'도 존재하지 않는다. 참고로 광합성을 통해 스스로 영양분을 만드는 식물을 '독립 영양 식물', 영양분의 일부를 광합성으로 공급하면서 균류로부터도 영양분 등을 빼앗는 식물을 '부분적 균 종속 영양 식물'이라고 한다.
- 독립 영양 식물: 광합성을 통해 스스로 영양분을 만드는 식물
- 부분적 균 종속 영양 식물: 영양분의 일부를 광합성으로 공급하면서 균류로부터도 영양분 등을 빼앗는 식물
- 균 종속 영양 식물: 광합성을 통해 스스로 에너지를 만들기를 포기하고, 균류로부터 일방적으로 영양분을 빼앗는 식물
2. 균 종속 영양 식물의 유형
'균 종속 영양 식물'에는 '균근균에게 영양분을 빼앗는 유형'과 '부후균에게 영양분을 빼앗는 유형'이 있다. 어떤 유형이든 자신의 뿌리에 들어온 균류의 균사를 그대로 소화해서 영양분을 얻는다.
- 균근균(Mycorrhizal Fungi): '균근(균류가 식물 뿌리에 형성하는 공생체)'를 만들어서 식물과 공생하는 균류이다.
- 부후균(Rot Fungi): 숲의 낙엽이나 고목을 분해해 유기물을 얻는 균류
'상리 공생(Mutualism)'이라고 하면, 식물과 균류가 사이좋게 영양분을 주고받는 것처럼 생각될지 모르지만, 실제로는 인간끼리의 무역처럼 서로 정확히 '심사(Screening)'를 하고 있다. 예를 들어 식물이 균류에게 주는 광합성 산물의 양을 줄이면, 균류도 식물에게 주는 '인(P)'이나 '질소(N)' 등의 양을 줄이는 시스템이 마련되어 있다. '균 종속 영양 식물'이 어떤 방법으로 이처럼 엄격한 심사 시스템을 통과해, 균류로부터 일방적으로 영양분을 빼앗는지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.
3. '균 종속 영양 식물'의 특이한 생활 양식
'균 종속 영양 식물'은 광합성을 포기함으로써 보통의 식물과는 다른 생활 양식을 갖게 되었다. 보통의 식물은 광합성을 하기 위해 지상으로 나와 있지만, '균 종속 영양 식물'이 지상에 나오는 것은 번식할 때 뿐이다. 광합성을 하지 않은 그들에게 지상에 나오는 일은 먹힐 위험성이 늘어날 뿐 아무런 이득이 없다. 따라서 개화 시기가 되면 지표면에 모습을 드러내 열매를 맺고 무사히 씨앗을 퍼뜨리면 다시 땅속으로 들어가 몇 년이든 지낸다. 광합성을 포기함으로써 '균 종속 영양 식물'은 생김새도 크게 변했다. 예컨대 '엽록체(Chloroplast)'를 잃어 새하얗게 된 것도 있고, 눈에 띄지 않는 수수한 색이 된것, 반대로 화려한 색이 된 것도 있다.
버섯 등의 균류는 질소를 풍부하게 비축하고 있다. 그러한 균류에게 기생하는 '종속 영양 식물'도 충분한 질소를 얻기 위해 식물을 먹는 곤충에게는 진수성찬이 된다. 수수하게 생긴 종은 그들 곤충에게 발견되지 않도록 주위 풍경과 비슷하게 위장하고 있는 것으로 생각된다. 반대로 화려하게 눈에 띄는 종은 곤충에게 꽃가루를 운반시킬 목적으로 도리어 눈에 띄는 모습을 하게 되었다고 생각된다.
4. '균 종속 영양 식물' 갤러리
독특한 생태와 생김새를 가진 다양한 '균 종속 영양 식물'을 사진과 함께 살펴보자.
4-1. 케팔란테라 팔카타
- 학명: Cephalanthera falcata
- 특징: 광합성을 하면서 균류로부터 영양분을 빼앗는다.
산지에서 쉽게 볼 수 있는 '금란초(케팔란테라 팔카타)'는 난초목 난초과로 분류되는 식물이다. 아래의 사진과 같은 모습이 일반적이며, 지상부의 높이는 30cm 정도, 꽃의 지름은 약 10mm이다. 언뜻 보통 식물처럼 보이지만 50% 정도는 스스로 광합성을 통해 에너지를 만들고, 나머지 50%는 균류로부터 영양분을 빼앗는 부분적 균 종속 영양 식물이다.
아래의 사진은 돌연변이로 생긴, 광합성 능력을 상실한 개체이다. 결국 균류에게서 빼앗은 영양분만으로 생존할 수 있는 개체이다. 엽록체가 없기 때문에 보통의 금란초와 달리 하얀색이 강한 모습을 하고 있다. 금란초의 돌연변이 개체도 앞으로 도태되지 않고 자손을 남길 수 있게 되면, 완전한 균 종속 영양 식물로서 잎도 없고 함부로 지표에 나오지도 않는 모습으로 변할 수 있다.
4-2. 심비디움 마크로리존
- 학명: Cymbidium Macrorhizon
- 특징: 결실의 시기에만 광합성을 한다.
'심비디움 마크로리존'은 다른 균 종속 영양 식물에 비해 비교적 식물 다운 모습을 하고 있다. 난초과에 속하며 우리말 이름은 '대흥란'이다. 6~10월에 지름 3cm 정도의 꽃을 피우고, 지상부의 높이는 10~30cm 정도이다. 잎이 없지만 '결실 시기'가 되면 초록색으로 변해 광합성도 한다. 씨앗의 성장에 필요한 에너지 가운데 25% 정도를 광합성으로 조달하고, 나머지 75% 정도는 뿌리에 들어온 균사를 흡수해 영양분을 조달한다.
4-3. 키트로시아 셉텐트리오날리스
- 학명: Cymbidium Septentrionalis
- 특징: 마치 남국의 과일 같은 모습
남국의 과일처럼 보이는 '키르토시아 셉텐트리오날리스'의 우리말 이름은 '으름난초'이다. 난초과 으름난초속으로 분류된다. 한국에서는 '태안', '진안', '보성', '제주' 등지에서 자라고 일본에서는 북쪽 훗카이도부터 남쪽 가고시마 현의 아마미오 섬까지 분포한다. 균 종속 영양 식물 가운데 키가 가장 커서 지상부 높이는 약 1m에 이르는 것도 있다. 뽕나무버섯이라는 버섯의 균사를 통해 썩은 나무에서 영양분을 흡수해 살아간다. 열매의 크기는 약 5cm이고, 화려한 빨간색으로 직박구리 등의 새에 먹혀 씨앗을 퍼뜨린다.
4-4. 에울로피아 졸링게리
- 학명: Eulophia zollingeri
- 특징: 완벽하게 준비된 난초
'에울로피아 졸링게리'는 가련한 모양의 꽃을 피우는 난초과의 식물이다. 온난한 지역에 분포하며, 7월 무렵 꽃을 피운다. 지상부의 높이는 50cm 정도이다.
난초과 식물은 기본적으로 수술과 암술이 함께 있는 '양성화(한 꽃에 암술·수술이 모두 들어 있는 꽃)'만을 갖지만 이 종은 희귀하게 양성화 외에 암술만을 가진 '암꽃(수술은 없고 암술만 있는 꽃)'이 같은 그루에 달려 있다. 위족에는 '양성화'가, 아래쪽에는 '암꽃'이 달려 있는데, 이는 번식 방법을 생각하면 매우 이치에 맞는 형태이다. 수분을 돕는 벌 등의 곤충은 기본적으로 아래에서 기어오르기 때문에, 아래쪽의 꽃에 다른 줄기의 꽃가루가 붙기 쉽다. 결국 아래쪽에 '암꽃'을 배치함으로써 다른 그루의 꽃가루를 수분하기 쉽게 하는 것이다. 그리고 만에 하나 곤충이 꽃가루를 옮겨 오지 않아도 위쪽에 있는 '양성화'를 통해 스스로 '수분'할 수 있는, 그야말로 '준비가 잘 되어 있는 식물'이다. 씨앗은 길이가 1mm 정도로 매우 작고, 바람에 멀리까지 날아가기 쉬운 모양으로 되어 있다. 이 꽃의 뿌리를 확대해 보면, 뿌리세포(무색투명)'가 '균(연한 갈색)'을 안에 품고 있다. 이처럼 균을 품어 최종적으로는 소화해 버린다.
4-5. 가스트로디아 푸빌라비아타
- 학명: Gastrodia pubilabiata
- 특징: 버섯과 같은 냄새로 벌레를 유혹
'가스트로디아 푸빌라비아타'의 우리말 이름은 '한라천마'이다. 천마는 나초과의 여러해살이풀이고, 한라천마는 '한라선에 사는 천마'라는 뜻이다. 일본에서는 간토부터 서쪽 지역에 분포한다. 10월 무렵 지름 15mm 정도의 꽃을 맺는다. 지상부의 높이는 약 3cm이다. '한라천마'는 버섯과 비슷한 냄새를 가지고 있어, 버섯을 먹이로 삼는 초파리 등의 곤충을 유인해 꽃가루를 나르게 한다. 아래의 작은 사진 속의 초파리 등에 붙은 하얀 물체가 한라천마의 꽃가루이다.
4-6. 가스트로디아 타케시멘시스
- 학명: Gastrodia takeshimensis
- 특징: 꽃을 피우는 것마저 포기했다.
매우 수수한 모습의 이 식물은 난초과의 '가스트로디아 타케시멘시스'이다. 2013년 일본 가고시마현 '다케시마 섬'에서 발견되었다. 이 사진에서 꽃봉오리처럼 보이는 부분은 '폐쇄화'라고 불리는데, 이대로 피는 것이 아니라 자가 수분해서 열매를 맺는다. 지상부의 높이는 5cm 정도이지만, 수분을 마치고 씨앗을 뿌릴 단계에서는 30cm 높이까지 키를 키워 바람을 통해 씨앗을 흩뿌린다.
광합성도 하지 않고 꽃도 피우지 않는 전혀 식물답지 않은 식물이지만 꽃가루를 운반할 곤충이 적은 환경에서는 곤충에 의지하지 않고 자력으로 번식한다는 전략도 효과적인 수단의 하낭리 것이다.
4-7. 헤타이리아 시코키아나
- 학명: Hetaeria shikokiana
- 특징: 숲속의 하얀 아스파라거스
하얀 아스파라거스처럼 보이는 '헤타이리아 시코키아나'는 난초과의 식물이다. 한반도 남부와 중국 남서부, 히말라야 등지에 서식하고ㅡ 일본에서는 '혼슈(本州)', '시코쿠(四国)', '규슈(九州)'의 숲속에 분포한다. 지상부의 높이는 5cm 정도이며, 꽃의 지름은 약 1cm이다. 아래의 사진은 개화 전의 봉오리 상태이다.
4-8. 모노트로파스트륨 후밀레
- 학명: Monotropastrum humile
- 특징: 별처럼 생긴 식물
'모노트로파스트룸 후밀레'의 우리말 이름은 '나도수정초'이다. 진달래목 수정난풀과에 속한다. 일본에서는 은색의 용처럼 보인다고 해서 '은룡초'라고 부른다. 하얗게 유령처럼 보이기 때문에 '유령초'라는 별명도 있다. 한국에서는 전국 산지의 그늘진 숲속의 부식토가 많은 곳에서 자란다. 일본에서도 북쪽 홋카이도부터 오키나와가 속한 '난세이' 제도까지 널리 분포한다. 지상부의 높이는 10cm 정도이며, 지름 1.5cm 정도의 꽃이 달린다. 씨앗은 꼽등이나 바퀴 등의 벌레에 열매와 함께 먹히면서 멀리까지 운반된다. 이를 '동물 산포'라고 한다. 씨앗은 소화되지 않고 배설되며 그런 다음 싹을 틔운다.
4-9. 옥시기네 히오도이
- 학명: Oxygyne hyodoi
- 특징: 숲속에 살아남아 있었다.
'옥시기네 히오도이'는 1980년대에 일본 에히메현 삼림 속에서 발견되어 신종으로 기록되었다. 그 후 30년 정도 발견되지 않아 멸종이 염려되었지만, 2020년에 '스에쓰구' 부교수가 에히메 현에서 발견했다. 지상부의 높이는 1.5cm 정도이며, 10월에는 지름 약 5mm의 꽃을 피운다.
4-10. 옥시기네 야마시타이
- 학명: Oxygyne yamashitae
- 특징: 야쿠섬의 작은 별
'옥시기네 야마시타이'는 2008년 일본 가고시마 현의 '야쿠섬'에서 발견되어 신종으로 기재되었다. 일본에서는 야쿠섬에서 발견되고 작은 별처럼 보여 '야쿠섬의 작은 별'이라는 뜻의 이름으로 불린다. 색 자체는 화려하지만 꽃의 지름이 3mm 정도로 매우 작기 때문에 발견하기가 매우 어렵다고 한다. 꽃이 피는 시기는 10월이다.
4-11. 옥시기네 신자토이
- 학명: Oxygyne shinzatoi
- 특징: 별처럼 생긴 식물
'옥시기네 신자토이'는 '옥시기네 히오도이', '옥시기네 야마시타이'와 모양도 매우 비슷하고 분류상으로도 같은 무리에 속한다. 색이 화려한 식물 '옥시기네 신자토이'는 일본에서는 오키나와 현에 분포하며, 9~10월에 꽃을 피운다. 지상부의 높이는 15mm 정도이며 꽃의 지름은 약 5mm이다. 별 또는 말미잘처럼 보기도 하는 꽃의 형태와 색상이 특징적이다. '옥시기네 속'은 신종을 발견했을 때 한 번밖에 발견되지 않는 것이 대부분으로, 세계적으로 가장 희귀한 식물로 평가된다.
4-12. 스키아필라 코주시멘시스
- 학명: Sciaphila kozushimensis
- 특징: 아주 최근에 발견된 종
'스키아필라 코주시멘시스'는 2020년에 일본 고베 대학 대학원 이학연구과의 '스에쓰구 겐지' 부교수가 일본 도쿄도 '코즈섬'에서 발견해 신종으로 기재되었다. 지상부의 높이는 5cm이며, 꽃의 지름은 약 5mm이다. 불가사리처럼 보이는 부분이 수꽃이고 둥굴게 부푼 것처럼 보이는 부분이 암꽃이다.
4-13. 스키아필라 수기모토이
- 학명: Sciaphila sugimotoi
- 특징: 보라색의 가련한 모습
화려한 보라색을 띤 '스카이필라 수기모토이'는 2017년 말에 일본 고베 대학 대학원 이학연구과의 '스에쓰구 겐지' 부교수 등의 연구 그룹이 오키나와현 '이시가키 섬(Ishigaki-jima)'에서 발견했다. 지상부의 높이는 5~10cm 정도이며, 지름 2mm 정도의 꽃이 달린다. '스카이필라 수기모토이'의 꽃은 광합성을 그만둔 독특한 생태와 유리 공예품 같은 아름다운 꽃 모양 덕분에, 일본의 식물종으로는 처음으로 '국제생물종 탐사연구소(IISE)'가 매년 결정하는 '세계의 신종 톱 10'에 선정되었다.
4-14. 스키아필라 야쿠시멘시스
- 학명: Sciaphila yakushimensis
- 특징: 남국에 사는 가련한 종
아래 사진의 '스키아필라 야쿠시멘시스'는 일본 오키나와 본섬과 이시가키섬 두 곳에서 발견되었다. 지상부의 높이는 10cm 정도이며, 지름 1.5cm 꽃이 달린다.
4-15. 티스미아 아베이
- 학명: Thismia abei
- 특징: 숲에서 자라는 '촛대'
'균 종속 영양 식물' 중에서도 특히 신기한 모습을 한 '티스미아 아베이(학명: Thismia abei)'의 지상부 높이는 1~4cm이다. 온난한 지역에 분포하며, 꽃잎이 떨어진 어린 과실이 촛대처럼 보여 일본에서는 '너구리촛대'라는 뜻의 이름으로 불린다.
