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33.3:

육지 군체형성

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Biology
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The Colonization of Land

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– [나레이션] 약 30억년 전,생명체들은 바다에서만 생존할 수 있었습니다.몇몇 원핵생물들은 이산화탄소를 사용해서당분을 만들어내는 ‘광합성’이라는 과정을 시작했습니다.광합성 생물들이 방출한 산소는대기 중에 축적되었습니다.수생생물들은 어떻게 진화해서 육지에 서식하게 되었을까요?단세포 광합성 원핵생물이최초로 습지 지역에 서식하기 시작한 것은약 20억 년 전입니다.바다의 환경과는 대조적으로육지의 환경에는햇빛과 이산화탄소가 풍부했습니다.광합성에 꼭 필요한 두 가지 요소지요.다세포 식물과 균류 또한약 4억 8천 5백만년 전인 오르도비스기에 이르기까지점차 육지에서 생존하는 능력을 진화시켰습니다.육지에 적응하기 위한 핵심적인 점은세포의 특수화였습니다.먼저, 빛을 얻는 관을식물을 고정시키는 뿌리같은 구조로부터 분리하고물과 영양소의 흡수를 촉진하는 것이지요.추가적인 구조 변경 또한육지 식물들의 적응에 기여했습니다.예를 들어, 왁스 같은 큐티클은 수분 증발을 제한했습니다.세포벽과 관다발 조직은 구조적인 지지대가 되었고큰 식물 내에서 수분 수송을 용이하게 했습니다.약 4억 5천만년 전,절지동물은 육지에서 생존하는 능력을 진화시킨첫번째 동물이었습니다.이들은 외부 골격을 가지고 있었으며,오늘날 곤충과 갑각류의전임자들이었습니다.사지 동물, 즉 네개의 발을 가진 동물들은약 4억년 전에 진화했습니다.물고기 조상들로부터 이어받은 폐와 내부 골격의 진화는사지 동물의 대규모 확산에 결정적인 역할을 했고,결국 이 그룹의 구성원들은양서류, 파충류, 조류, 포유류가 되었습니다.사지 동물과 절지동물 모두그 당시 육지에 거주하던 식물 속에서풍부한 식량자원을 발견했습니다.이 순차적인 과정에서 식물, 균류,그리고 동물들은 지구의 땅덩어리를 지배하게 되었고,결국 오늘날 우리에게 익숙한 종으로 진화했습니다.

33.3:

육지 군체형성

초기 지구의 환경 변화는 유기체의 진화를 주도했습니다. 해양의 원핵생물(prokaryote)이 광합성을 시작하면서 산소를 생산했습니다. 산소는 대양을 포화상태로 만들었고 대기로 들어가 약 23억 년 전, 산소 혁명으로 알려진 대기 산소 농도의 증가를 초래했습니다. 이에 따라 세포 호흡에 산소를 사용할 수 있는 유기체가 이점을 가지게 됐습니다. 15억여 년 전, 진핵세포(eukaryotic cell)와 다세포(multicellular) 유기체 또한 나타나기 시작했습니다. 처음에, 이 모든 종은 지구의 바다에만 있었습니다.

육지에 살았던 최초의 유기체는 해양 근처의 습윤한 환경에 서식하는 광합성 원핵생물이었습니다. 물이 부족함에도 불구하고, 육지 환경은 광합성을 위한 풍부한 햇빛과 이산화탄소를 제공했습니다. 약 5억 년 전, 오늘날 식물의 조상은 건조한 환경에 군체를 형성했지만 (colonization), 이는 탈수 현상을 막기 위한 적응(adaptation)이 필요했습니다. 이 초기 식물은 물에 의존하지 않는 번식 방법을 발달시켰고 따라서 배아가 마르는 것을 막았습니다. 또한, 초기 식물들은 물과 영양분을 얻기 위한 뿌리와 햇빛과 이산화탄소를 얻기 위한 싹을 가진 유관속계(vascular system)을 더욱 진화시켰습니다.

식물과 곰팡이는 동시에 육지에 군체를 형성했던 걸로 보입니다. 육지에서의 이들의 공진화(co-evolution)는 많은 식물과 곰팡이 사이의 상호 유익한 관계의 결과이며, 이는 현대 유기체와 초기 식물 화석 중 일부에서 볼 수 있습니다. 예: 곰팡이는 식물이 제공하는 영양소의 혜택을 받고, 식물의 영양소와 물 흡수를 돕습니다.

절지동물(arthropod)은 약 4억 5천만 년 전에 육지에 군체를 형성한 최초의 동물 종이었습니다. 이후 최초의 네발동물(tetrapod)도 육지에 살기 위해 진화했고, 육지에 이미 군체를 형성했던 식물 종에서 풍부한 먹이를 발견했습니다. 양서류(amphibian)는 1억 년 동안 육지 동물 생태를 지배했습니다. 그 후 공룡과 포유류가 가장 풍부한 육지 동물이 되었습니다.

Suggested Reading

Delwiche, Charles Francis, and Endymion Dante Cooper. “The Evolutionary Origin of a Terrestrial Flora.” Current Biology 25, no. 19 (October 5, 2015): R899–910. [Source]

Jill Harrison C. “Development and Genetics in the Evolution of Land Plant Body Plans.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 372, no. 1713 (February 5, 2017): 20150490. [Source]