34.3: 비종자 관속식물

비종자 관속식물은 지구상에서 최초의 키가 큰 식물이었습니다

오늘날, 비종자 관속식물(seedless vascular plant)은 양치식물(monilophyte; fern)과 석송식물(lycophyte)로 대표됩니다. 양치식물은 가장 흔한 비종자 관속식물입니다. 석송식물에는 부처손(spikemoss), 물부추(quillwort) 등이 있고, 이끼와 비슷하지만 이 중 어느 것도 진정한 이끼는 아닙니다.

비관속식물과 달리, 비종자 관속식물을 포함한 관속식물은 물관부(xylem)과 체관부(phloem)으로 구성된 광범위한 유관속조직(vascular tissue) 체계를 가지고 있습니다. 대부분의 비종자 관속식물은 또한 진정한 뿌리와 잎을 가지고 있습니다. 또한, 비종자 관속식물의 생활사는 배우체(gametophyte)보다는 이배체(diploid) 포자를 생성하는 포자체(sporophyte)가 주도합니다.

하지만, 비종자 관속식물은 비관속식물과 마찬가지로 종자가 아닌 포자로 번식합니다. 비종자 관속식물은 또한 그들의 정자가 난자에 도달하기 위해 물로 된 막이 필요하기 때문에 습한 환경에서 번식에 더 성공합니다.

비종자 관속식물의 생활사

동물과 마찬가지로, 비종자 관속식물은 생식 중에 감수분열(meiosis)과 수정(fertilization)이 번갈아 가며 발생합니다. 감수분열은 이배체 세포로부터 반수체 세포를 생성하는 세포 분열 과정입니다. 반면에 수정은 배우자(gamete; 정자와 난자)라고 불리는 반수체 세포의 융합을 통해 접합자(zygote)라고 불리는 이배체 세포를 생성합니다.

대부분의 동물에선 오직 이배체 단계만이 다세포이고, 배우자는 반수체 세포입니다. 그러나 식물은 반수체와 이배체 모두 다세포이며, 반수체 단계와 이배체 단계를 번갈아 가며 반복합니다. 이를 세대교번(alternation of generation)이라 합니다. 세대교번은 유성생식을 하는 모든 식물의 특징이지만, 식물에 따라 반수체 단계와 이배체 단계의 상대적 크기와 두드러짐이 다릅니다.

비종자 관속식물(그리고 종자식물도)에서는 생활사의 이배체 단계인 포자체에서 더 많은 시간을 보냅니다. 예를 들어 사람들이 대부분 양치식물로 인식하는 것은 크고 독립적인 포자체입니다. 포자체는 감수분열을 통해 포자라고 불리는 반수체 세포를 생산합니다.

포자는 유사분열(mitosis)을 통해 배우체(생활사의 반수체 단계)로 발아하고 발달할 수 있습니다. 배우체는 유사분열을 통해 난자와 정자를 생산합니다 (동물은 감수분열을 통해 난자와 정자를 생산합니다). 대부분의 비종자 관속식물은 양성(bisexual) 배우체로 이어지는 한 유형의 포자를 생산합니다. 이 배우체들은 포자체보다 작고 구조적으로 덜 복잡하지만, 광합성을 할 수 있고 영양이나 보호를 위해 포자체에 의존하지 않습니다.

난자와 정자 세포는 수정 과정을 통해 융합되어, 이배체 접합자를 형성합니다. 접합자는 유사분열을 통해 분열해 우리에게 친숙한 양치식물을 생성하며 순환을 계속합니다.

지구상의 식물의 삶은 크게 세 그룹으로 분류하는데비혈관성 식물씨 없는 유관속 식물 그리고 종자 식물이다씨가 없는 유관속 식물이 처음으로전문화된 혈관 시스템을 진화시켰는데이 적응으로 이들은 지구상 최초의키 큰 식물이 되었다오늘날, 씨 없는 유관속 식물은석송류와 진엽 식물로 대표된다석송류에는 석송, 부처손류 및 물부추가 있다특이한 것은 석송류는 어느 것도 비혈관 식물인진정한 이끼는 아니다진엽 식물에는 양치 식물 속세속 및 솔잎란과그 친척들이 있다모든 식물처럼 씨 없는 유관속 식물은생명 주기에서 세대 교번을 보여주는데여기서는 양치 식물을 예로 보여준다그 말은 이들이 생명 주기의 일부를 반수체의배우체로서 보내고 다른 부분은 이배체포자체로 보낸다는 뜻이다비혈관 식물처럼 씨 없는 유관속 식물은씨가 아니라 포자를 이용 생식을 한다포자는 반수체이고 포자낭군이라는 구조에 의해서퍼지고 잎의 아랫면에 모여있다포자낭군 자체는 많은 홀씨주머니를 포함한다성숙해지면 이 홀씨주머니가열리고 반수체 포자를 분산시킨다포자는 유사분열로 반수체 배우체를형성한다배우체 단계는 보통 매우 작고 토양 표면에 혹은바로 아래에서 발견되는데, 이 단계에서반수체 생식자가 유사분열로 생성된다단일 배우체는 양성이고 두 개의 다른 구조물장정기와 장난기를 발달시키는데, 이들은각각 암컷 및 수컷 형태의 배우자를 만들어낸다비혈관 식물처럼 수컷 정자 배우자는채찍 모양이고 물을 이용하여암컷 배우자에게로 가는데 화학적인 유인 물질을 따라가서알을 찾는다단일 배우체의 배우자는반수체 기원상 유전적으로 동일할 것이기 때문에교차는 보통 다른 배우자 사이에서 일어난다양치 식물은 자가 수정을 막을 수 있는데방법은 장정기와 장란기가 다른 시간에 성숙하게만드는 것이다마지막으로, 수정란은 배우자의 이배체 접합체로부터새로운 이배체 포자체를 키워서생명 주기를 완성한다종자 식물처럼 씨 없는 유관속 식물의생명 주기는 포자체가 지배한다하지만, 다른 주요 식물 계보와는 달리그들의 더 작은 배우자는 독립적으로 살 수 있는데그 말은 포자체에 영양을 제공하거나 포자체로부터영양을 요구하지 않는다는 뜻이다거의 확실히 씨가 없는 유관속 식물의 주요 특징은전문화된 혈관 조직 네트워크인데 종자 식물의 네트워크와유사하다이러한 적응은 그들이 물, 영양소 및다른 유기 물질을 운반하고 더 큰 크기를 이루게 해주는데그렇게 때문에 이들은 비혈관 친척과 구분이 된다