'식물'은 단순하지만 복잡하다

초파리와 애기장대, 두 모형생물의 비교(출처-출처자료1)

 

식물을 설명하다보면, 동물에 비해 훨씬 단순한 형태의 생명 활동을 하는 존재처럼 느껴져요.

그래서인지 2000년대 들어 다양한 생물종의 유전체 genome가 차례로 해독되면서, 생물학자들은 놀라운 사실을 발견하게 됩니다.

 

"어? 그렇게 복잡한 생명 활동을 하는 동물보다 단순해 보이는 식물이 오히려 더 많은 유전자 gene를 가지고 있네!"

 

2000년대 초, 세균이나 단세포생물이 아닌 고등생물 가운데 처음으로 유전체 염기서열이 밝혀진 두 생물종이 초醋파리 fruit fly(학명 Drosophila)와 애기장대 mouse-ear cress 또는 thale cress(학명 Arabidopsis)입니다.

두 종 모두 생물학 연구에서 대표적인 '모형생물(모델 생물) model organisms'로 널리 사용되었습니다.

생활사가 짧아 한 해에 여러 세대世代 generation를 거듭해서 키울 수 있고, 개체 크기가 작아 좁은 공간에서도 많은 수를 기를 수 있는 장점 때문입니다.

게다가 유전체의 크기 또한 작아 유전학 연구에 매우 유리했지요.

 

초파리는 오랜 연구를 통해 잘 정리된 염색체 지도 chromosome map와 다양한 돌연변이체 mutants, 풍부한 세포학적 지식이 축적되어 있었습니다.

애기장대 역시 유전학적 기반이 잘 마련되어 있었고, 분자유전학 연구 도구들이 1990년대에 빠르게 개발되었던 터라 전 세계 연구자들이 공동으로 연구하기에 최적의 조건을 갖추고 있었죠.

 

무엇보다 초파리와 애기장대는 각각 동물과 식물을 대표할 수 있을 만한 구조로 되어 있어 동·식물의 모형생물로서 부족함이 없었습니다.

 

초파리는 다양한 기관을 갖고 있습니다.

눈도 있고, 다리도 있고, 몸통도 있고, 날개도 있고···.

꽤 다양한 기관들이 보이죠.

 

반면에 식물은 훨씬 단순합니다.

식물의 구조는 줄기와 잎의 반복으로 이루어진 기본 형태를 바탕으로 합니다.

세포의 종류만 해도 초파리는 최소 200여 종의 세포로 구성되어 있는 반면, 애기장대는 20~30종 정도에 불과합니다.

그런데도 유전자의 수를 비교해 보면 놀랍게도 결과는 정반대입니다.

초파리에는 약 1만 3,600개의 유전자가 있지만, 애기장대에는 무려 2만 8,000개의 유전자가 존재합니다.

 

이 차이는 어디서 비롯될까요?

그 이유는 아마도 식물의 '고착성 생활 방식'과 관련이 있을 겁니다.

동물은 불리한 환경을 만나면 그 자리를 피할 수 있지요.

하지만 식물은 다릅니다.

예를 들어, 씨앗에서 싹이 터 자라고 있을 때, 주변 환경이 갑자기 바뀌더라도 그 자리를 떠날 수 없습니다.

햇빛이 가려지거나 토양 조건이 바뀌어도 그대로 그 자리에서 적응해야 하지요.

 

식물은 자신이 어디에서 싹틀지, 어떤 환경을 맞이하게 될지 예측할 수 없고, 회피 행동도 할 수 없습니다.

따라서 식물은 주어진 환경에 적응하는 능력이 생존의 핵심이 된거죠.

이 과정에서 식물은 다양한 환경 변화에 대응할 수 있는 수많은 유전자를 필요로 하게 되었을 것입니다.

다양한 조건 속에서 살아남기 위해, 식물은 애초에 유전자의 폭을 넓혀 진화해온 셈입니다.

 

우리 실험실에서 자라고 있는 애기장대 같은 경우에도 그 유전자를 식물이 왜 가지고 있느냐고 의아해할 수 있을 것 같아요.

좋은 온실 환경에는 필요 없는 유전자들도 꽤 많이 가지고 있을 테니까요.

 

하지만 혹독한 자연환경에서 살아가는 애기장대라면 그 유전자들이 생존에 필수적일 수도 있다는 거죠.

결국 식물은 다양한 환경에 적응하기 위해, 유전체 수준에서 방대한 유전자들을 미리 확보한 생명체라 할 수 있습니다.

 

즉, 식물은 기관이나 세포의 구조만 보면 매우 단순하지만, 유전체의 복잡성으로 보면 놀라울 만큼 정교한 존재입니다.

겉모습은 단순하지만, 그 속에는 다양한 환경을 견뎌내기 위한 수많은 전략이 유전자 속에 새겨져 있는 것이지요.

 

※출처

1. 이일하 저, 식물의 시간은 천천히 흐른다(초봄책방, 2026).
2. 구글 관련 자료

 

2026. 8. 13 새샘