립스틱 덩굴이 진화 법칙을 거스르며 과학자들을 당혹스럽게 하고 있다.

식물 생물학자인 루징이는 대만에서 학사 학위를 받는 동안 현지 식물에 관심을 갖기 시작했습니다. 그는 특히 대만에서 자라는 짧고 관 모양의 노란빛이 도는 녹색 꽃을 피우는 립스틱 덩굴에 주목했습니다.

 

시카고 대학교 박사 과정 학생 시절 이 연구를 이끌었던 루는 "정말 놀라운 결과였다"고 말했습니다. 루는 현재 시카고 필드 자연사 박물관의 연구원으로 재직 중입니다.

 

루는 대만에서 관찰 중인 종이 붉은 꽃을 피우는 친척 종들과 왜 다르게 생겼는지, 그리고 주변에 태양새가 없다면 무엇이 꽃가루받이하는지 알고 싶었습니다. 하지만 그 해답을 찾는 것은 말처럼 쉽지 않았습니다.

아시아의 다른 지역에서 립스틱 덩굴은 길고 선명한 붉은색의 관 모양 꽃으로 유명하며, 주로 태양새에 의해 수분 됩니다. 녹색 꽃을 피우는 종도 붉은색 종과 함께 아시아 전역에서 발견됩니다. 그러나 태양새가 없는 대만에서는 붉은색 꽃을 피우는 종은 자라지 않습니다.

 

일반적으로 식물 개체군이 평소 수분 매개체가 부족한 지역으로 퍼져나가면, 그 식물은 적응하려고 노력하며, 대신 지역 야생 동물에 의해 수분 될 수 있도록 진화합니다. 이러한 과정은 수분 매개체가 어떻게 새로운 종의 형성을 촉진하는지 설명하는 그랜트-스테빈스 진화 모델에 기술되어 있습니다.

루는 만약 이 식물들이 아시아 본토에서 유래하여 대만으로 퍼져나갔다면, 섬의 야생 동물에 의해 수분될 수 있도록 꽃이 더 짧아지는 방향으로 진화했을 것이라고 가설을 세웠습니다. 그러나 그와 다른 세 명의 생물학자가 꽃의 DNA를 분석한 결과, 예상치 못한 사실을 발견했습니다. 이 식물들은 대만으로 퍼져나가기 전에 진화했던 것으로, 그랜트-스테빈스 모델과 모순되는 것이었습니다.

"결과가 고전 모델의 단순한 예측을 따르지 않았기 때문에 우리는 이에 대한 대안적인 설명을 찾아야 합니다. 이는 흥미로우면서도 다소 당혹스러운 부분입니다."라고 루 교수는 덧붙였습니다.

루의 발견은 1월에 학술지 '뉴 파이톨로지스트(New Phytologist)' 에 발표된 논문에 자세히 설명되어  오랫동안 유지되어 온 진화 모델의 예외를 보여줍니다.

하지만 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 왜 꽃이 새로운 지역으로 퍼져나가기 전에 진화했을까요? 반대로 새로운 지역으로 퍼져나간 후에 꽃이 진화한 이유는 무엇일까요? 연구자들은 몇 가지 이론을 제시하고 있습니다.

특이한 꽃의 진화

녹색 꽃을 피우는 립스틱 덩굴식물(학명: Aeschynanthus acuminatus)은 대만, 북인도, 히말라야, 태국,  베트남, 중국 남부 등 동남아시아 전역에서 발견된다고 필드 박물관은 보도 자료를 통해 밝혔습니다.

대만에서 어떤 새들이 이 꽃들을 수분하는지 알아보기 위해 연구진은 카메라 트랩을 설치했고, 그 결과 본토의 수분 매개자보다 부리가 짧은 다양한 새들이 립스틱 덩굴을 방문하는 것을 발견했습니다. 이는 립스틱 덩굴의 꽃이 더 짧고 넓기 때문입니다. 본토에서는 부리가 짧은 새들이 녹색 꽃을 수분하는 것 외에도, 짧은 꽃대와 긴 붉은 꽃 모두에서 먹이를 섭취할 수 있는 태양새도 수분하는 것을 확인했습니다

하지만 연구자들이 립스틱덩굴의 DNA를 추출하고 분석하여 계통도를 조사한 결과, 이 녹색 꽃을 피우는 종은 본토의 식물에서 유래했다는 사실을 발견했습니다. 본토의 식물들은 긴 부리를 가진 태양새를 통해 꽃가루받이했음에도 불구하고, 분화하여 더 다양한 수분 매개자를 활용할 수 있는 더 짧은 녹색 꽃을 피우도록 진화했습니다.

"결과적으로 데이터는 가장 단순한 설명을 뒷받침하지 못했습니다. 더 복잡한 설명이 필요했습니다. 궁극적으로, 조상 수분 매개체가 여전히 존재하는 상황에서 식물이 어떻게 한 수분 매개체에서 다른 수분 매개체로 전환하고 새로운 종으로 진화하는지는 여전히 다소 불가사의한 부분입니다."라고 이번 연구의 책임 저자인 리처드 리(식물 생물학자, 필드 박물관 소장품, 보존 및 연구 부서 큐레이터)는 말했습니다.

연구진은 본토의 태양새 개체 수가 지난 수백만 년 동안 어느 시점에 감소했을 가능성이 있으며, 이러한 감소가 립스틱 덩굴이 진화하여 다른 수분 매개자를 이용하게 되는 계기가 되었을 수 있다고 추측합니다. 그러나 태양새가 특정 시기에 존재하지 않았다는 직접적인 증거는 없다고 리 연구원은 덧붙였습니다.

 

연구진은 립스틱 덩굴 종을 계속 연구하는 동시에 근연종들을 조사하여 수분 매개자가 식물의 진화와 종 분화에 미치는 역할을 더 자세히 관찰하고 있다고 루 교수는 밝혔다. 이 식물의 원산지가 중국 본토라는 사실은 밝혀졌지만, 왜 대만이 아닌 그곳에서 진화했는지에 대한 의문은 여전히 ​​남아 있습니다.

"이 연구가 매우 중요한 이유는 그랜트-스테빈스 모델에서 제시된 명확한 가설을 검증하고, 실제 상황이 훨씬 더 복잡하다는 것을 밝혀냈기 때문입니다."라고 이번 연구에 참여하지 않은 코넬대학교 식물생물학과 바바라 맥클린톡 석좌교수 첼시 스페흐트는 말했다. "물론 수분 매개체에 대한 지역적 적응이 종 분화로 이어질 수 있지만, 지역 환경 자체는 매우 가변적일 수 있습니다. 따라서 시간이 지남에 따라 수분 매개체의 밀도와 효율성이 변화하는 것은 환경 변화에 대응할 수 있는 변이성을 가진 식물에게 오히려 유리하게 작용할 수 있습니다."

"제 생각에는 연구 대상이 되는 대부분의 종이 이 모델에 정확히 들어맞지는 않지만, 이 모델은 우리가 탐구를 시작할 수 있는 출발점을 제공하고 생물 다양성이 기존의 틀을 깨는 모든 방식을 찾아낼 수 있도록 영감을 줍니다."라고 스페흐트는 이메일을 통해 덧붙였습니다.

리 교수는 이번 연구가 립스틱덩굴 종의 기원을 밝혀낸 것 외에도 과학적 현장 조사와 생태적 상호작용 관찰의 중요성을 강조한다고 말했습니다. 루 교수에 따르면, 4,000시간이 넘는 수분 매개자 관찰 과정에서 연구팀은 베트남에서 설치류가 립스틱덩굴을 방문하는 것도 확인했는데, 이는 이 속 식물에서 설치류에 의한 수분이 기록된 첫 번째 사례입니다. 리 교수는 연구진이 향후 추가적인 연구 결과를 논문으로 발표할 계획이라고 밝혔습니다.

케이씨는 이메일을 통해 "우리는 식량, 의복, 주거, ​​의약품, 문화적 관습, 장식, 심지어 정신 건강에 이르기까지 식물에 너무나 많은 것을 의존하고 있습니다. 따라서 사람들이 식물 다양성에 대해 더 많이 이해하는 것은 매우 중요한 가치라고 생각합니다. 특히 우리가 지구를 이처럼 빠른 속도와 규모로 변화시키고 있는 지금 더욱 그렇습니다."라고 말했습니다.

"이러한 연구는 고유한 계통과 고유한 상호작용을 보존하기 위해 보호해야 할 중요한 지역을 보여주고, 특정 동물이 특정 식물에 얼마나 의존하는지 알려줄 수 있습니다." " 그랜트-스테빈스 모델 은 수분 매개자에 의한 종 분화가 어떻게 일어날 수 있는지에 대한 단순한 언어적 모델, 사실상 과장된 묘사입니다. 하지만 실제로는 그러한 단순한 과정을 뒷받침하는 실제 사례가 거의 없으며, 과학자들은 진화가 그랜트-스테빈스 모델에서 벗어나는 여러 가지 이유를 밝혀냈습니다."라고 이번 연구에 참여하지 않은 캘리포니아 대학교 산타크루즈 캠퍼스의 생태학 및 진화생물학 교수인 캐슬린 케이는 말했습니다. "따라서 연구자들이 자세히 살펴보면 이처럼 놀라운 결과를 발견하는 것은 당연한 일입니다."