육식성: 정의 찾기
육식성 식물은 무엇인가? 육식성 식물과 비육식성 식물의 차이가 뚜렷하지 않은 데에 문제가 있다. 육식성 식물이 할 수 있어야 하는 것들에 대해 거의 아무도 반박하지 않을 것이다.
-동물성 먹이를 유혹할 수 있어야 한다.
-먹이를 잡아 움직이지 못하게 혹은 죽일 수 있어야 한다.
-동물성 먹이를 소화할 수 있어야 한다.
그러나 소화에 관련한 마지막 표현은 좀 더 설명되어야 할 필요가 있다. 육식성 식물 그룹에 속하는 식물 중에는 먹이를 소화하기 위하여 자기 효소를 생산하지 않고 박테리아, 곰팡이, 곤충 또는 거미류 등을 이용하는 것도 있다. 이식물들은 하위-육식성 식물 그룹으로 나뉜다. 어떤 환경에서든 다른 생물과 공생관계를 형성하는 것은 이득이 될 수 있기 때문에 이런 곰팡이나 박테리아와의 공동생활이 식물에 상당한 도움을 줄 수 있다. 더군다나 먹이를 소화하기 위하여 식물 자신이 활성질소를 단백질로 만드는 것은 낭비일 수 있다. 특히 분비된 효소가 씻겨나갈 위험이 있는 그런 환경에서는 더욱더 낭비이다. 식물을 육식성으로 정의하는 세부 사항에서 이러한 육식성 식물의 특징을 놓쳐 잘못을 저지를 수 있다.
왜 어떤 식물은 육식성으로 되는가?
예외 없이 16속의 육식성 식물은 영양이 부족한 땅에 서식한다. 일반적으로 이들의 서식지는 산성 늪지대로 질소와 인의 함량이 낮고 탄닌의 농도가 높다. 이러한 늪이 실제 영양분이 낮은 것은 아니고 탄닌의 농도가 높은 산성수 때문에 토양의 박테리아 활성이 억제되고 영양분은 불용성인 상태로 토양에 있게 된다. 이러한 환경에서는 식물의 영양분 이용률이 매우 낮고 이러한 환경에서 잘 살아가기 위해서는 어떤 식물이든 질소와 인의 요구량을 낮추거나 이러한 원소를 다른 대체경로를 통하여 얻을 수 있는 방법이 필요하다. 육식성 식물은 바로 이러한 필요성에 꼭 맞추어 진화되었다. 잎 구조의 흥미 있고 기막히게 환상적인 진화로 육식성 식물은 다양한 생물을 유혹하여 잡아먹는 덫을 발달시켰다. 생물을 잡아서 소화함으로써 토양의 영양 부족을 보충하고 있다. 이러한 육식성 식물은 환경에 맞게 아주 성공적으로 발달하였다. 그러나 농업이 확대되면서 늪지대의 영양오염은 점점 증가하고 있고 이러한 식물들의 서식지는 점점 위협이 증가하여 많은 종류의 육식성 식물이 사라지고 있다.
지구상에는 약 600종의 육식성 식물이 살고 있다. 숫자는 많은 것처럼 보이나 그 숫자는 식물을 분류학적인 식물 종의 수가 아니고 이 그룹에 해당하는 식물 전체를 반영한 것이다. 이 식물들의 트랩 메커니즘에 따라 4개의 큰 그룹으로 다시 나눌 수 있다.
-낙하 트랩
-활발한 스프링 트랩
-끈끈한 파리잡이끈끈이
-바닷가재잡이 통발 트랩
트랩 메커니즘
낙하 트랩-북아메리카 벌레잡이통풀
낙하 트랩은 육식성 식물의 트랩 메커니즘 중 가장 기본적인 것이다. 대부분의 경우 그 안으로 파리가 굴러떨어지도록 아래쪽의 한쪽이 막혀있고 잎이 말리는 것처럼 보인다. 다만 네펜시스와 세팔로투스의 트랩은 훨씬 더 복잡하게 발달하였다. 북미의 벌레잡이통풀은 낙하 트랩의 형태에서 설명한 것처럼 잎이 통처럼 되어 있어 이를 이용한다. 사라세니아속에는 8종이 있다. 낙하 트랩은 다시 3개로 더 나뉜다: 트럼펫 낭상엽, 등받이 낭상엽, 새우잡이 통발이 낭상엽. 이 3그룹은 모두 곤충을 잡는 방법이 약간씩은 다르지만 방법은 공통으로 되어 있다. 낭상엽 트랩은 기능적으로 4개 구역으로 나뉜다. 구역 1은 즙을 분비하는 트랩 지역으로 즙은 곤충을 유혹하는 일을 맡아서 한다. 잎 표면에 있는 샘에서 즙을 분비하고 곤충을 유혹하기 위하여 냄새를 풍긴다. 분비물에는 여러 종류의 당을 함유하고 있는데 그중 설탕이 제일 많다. 어떤 사라세니아는 분비물에서 아미노산이 탐지되기도 한다. 분비물의 당은 1~3M 농도를 함유하고 있어 매우 끈적끈적하다(농도는 매우 다양하며 특히 습도와 트랩의 연령에 따라 다르다). 이 분비물이 트랩의 미끼로 작용하고 즙의 다양한 함유물은 목표로 하는 먹이를 잡는 데 중요한 역할을 한다. 또 S. flava 분비물에서는 독성 있는 코닌이 탐지되기도 한다. 이 독성물질은 신경에 독성이 있어 어떤 곤충이든 트랩에서 잠깐 즙을 먹으면 중독되어 결국 트랩 구멍으로 떨어진다. 또한 곤충을 더 유인하기 위하여 트랩 뚜껑이 열리는 부분은 상당히 화려한 색깔이고 꽃의 모양을 흉내 내 유혹적이다.
구역 2에서는 즙은 분비되지 않고 현미경으로 보면 잎 표면이 놀랍게 거친다[도 매우 미끄럽다. 원뿔 모양의 규칙적인 모양으로 세포가 형성되어 있고 그것은 마치 치아와 유사하게 생겨서 표피조직에서 튀어나와 있다. 이러한 표면이 어떻게 곤충이 발을 디디면 미끄러지게 하는지를 이해하기 위해서 파리 다리의 생리에 대해 조금 이해할 필요가 있겠다. 파리는 다리에 두 가지 형태의 부착되는 방식이 있는 데 가는 털로 덮인 3개의 훅과 2개의 흡입컵을 가지고 있으며 이 두 가지 방법을 사용하여 거친 것에서부터 매우 부드러운 표면까지 넓은 다양한 표면에 부착된다. 그러나 세포가 원추형이기 때문에 곤충 다리의 흡입 컵은 효과적으로 부착할 수가 없게 되고 파리가 통에 있는 즙을 먹으면서 필연적으로 구역 2 근처에서 농도가 가장 높은 분비 즙을 먹으면서 필연적으로 구역 2 근처에서 농도가 가장 높은 분비 즙을 먹게 된다. 결국 곤충은 미끄러운 구역으로 움직여 나가게 되고 탐욕스럽게 먹이에 도취하여 낭상엽의 트럼펫 모양으로 생긴 곳으로 미끄러져 구역 3이나 구역 4로 떨어져 들어가게 된다.
트럼펫 모양으로 윗부분은 넓고 아래로 내려가면서 급격히 좁아지기 때문에 떨어진 파리는 날개를 움직여 도망쳐 볼 기회도 거의 없이 죽게 된다. 그러면 파리는 구역 3에 밀려들어 가거나 계속 들어가 구역 4에 떨어지게 된다. 이 현상은 낭상엽의 좁은 정도와 곤충의 크기에 따라 구역 3이나 구역 4로 떨어진다. 구역 3에는 효소를 낭상엽 관으로 분비하는 분비샘이 있다. 분비 효소는 낭상엽 쪽에 이슬 같은 형태로 있거나 구역 4로 흘러내려 보낸다. 만약 곤충이 구역 3에 갇히면 효소는 흘러내리기 시작하여 곤충의 위를 덮어 분해하기 시작한다. 만약 곤충이 그대로 살아 있더라도 낭상엽이 좁고 양옆이 미끄러워 절대로 도망가지 못한다. 함정에 빠진 파리는 트랩에서 3일까지는 견디나 그 후에는 굶어 죽거나 분해효소에 의해 분해되어 죽게 된다. 트랩의 이 부분에서 분비된 효소는 다음과 같은 작용을 한다.
-프로테아제: 단백질을 분해하여 질소를 유리시킴
-포스파타아제: 유기 분자에서 인을 유리시킴
-전환효소(인버타아제): 설탕을 분해(구역 1에서 트럼펫관 모양을 타고 내려오는 설탕을 이동하기 위하여)
-리파아제: 저장지방의 이동이 가능하도록 지방을 분해
구역 4의 기능은 소화되어 유리된 수용성 영양분을 식물체 내로 흡수하여 동화한다. 구역 4는 트랩의 밑 부분에 있으며 보통 소량의 액체가 들어 있다. 만약 곤충이 여기에 떨어지면 액체에 빠져 죽게 된다. 이 지점의 잎 상피조직에는 큐티클이 없다. 그래서 영양분이 식물체로 신속하게 확산할 수 있도록 한다. 더군다나 트랩의 이 구역에는 가는 털이 잎 표면을 가로질러 나와 있다. 대부분의 책에서 이 가는 털이 곤충을 트랩에 계속 갇혀 있게 한다고 주장하고 있다. 그러나 그런 것 같지는 않다. 트랩에 쌓인 산더미 같은 파리가 이 가는 털보다 위로 쉽게 일어날 수 있지만 결코 낭상엽에서 도망가지는 못한다. S. psitticina 같은 것의 낭상엽에서는 가는 털 때문에 먹이를 잡아 가두는 것이 도움이 되지만 낭상엽에서는 가는 털 때문에 먹이를 잡아 가두는 것이 도움이 되지만 낭상엽의 곧게 선 부분의 털은 영양분을 흡수하기 위하여 잎의 표면적을 넓혀 주는 역할을 한다. 많은 관점에서 구역 3과 구역 4는 벌레잡이통풀의 소화기관과 같은 역할을 하는 것으로 볼 수 있겠다.
세라세니아통발은 먹이를 잡아먹는 데 가장 효과적인 것으로 육식성 식물 중 눈에 띄는 식물이다. S. flava와 S. alata의 관부분은 키가 1m 이상이 되고 성장 기간이 끝나는 시기엔 문자 그대로 죽은 곤충, 갑각류 양서류까지 포식한 상태가 된다. 여름에는 식물이 트랩에 잡힌 파리들 때문에 윙윙거리는 소리를 들을 수 있다. 이러한 식물들은 게걸스러운 식욕으로 무자비한 살인마가 된다. 곤충이 열린 구멍으로 떨어지는 것을 상상한다는 것은 그리 흥미 있는 것 같지는 않다. 그러나 일단 보게 되면 이 식물들이 그들 자신만의 매력을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
