공룡 멸종시킨 소행성에도 식물 살아남을 수 있었던 비밀 [달콤한 사이언스]

지구가 탄생한 후 지금까지 5번의 대멸종이 있었다. 그중 가장 최근에 발생한 다섯 번째 대멸종은 중생대 말 백악기에 발생한 공룡 대멸종 사건으로 잘 알려져 있다. 백악기 말 대멸종 사건의 직접 원인은 현재 멕시코 유카탄 반도 북부 해안 지역인 칙술루브에 떨어진 소행성 때문이다. 소행성 충돌로 기후 변화, 대화재 등 각종 재앙이 연쇄적으로 발생하면서 지구 전체 종의 76%가 사라졌다. 그런데 눈길을 끄는 것은 앞선 네 번의 대멸종에서도 그렇고 마지막 멸종에서도 식물들은 살아남은 것들이 많았다. 이유가 뭘까.

벨기에 겐트대 식물 생명공학 및 생물정보학과, 생물학과, 생명과학연구소(VIB) 식물 시스템 생물학 연구센터, 자연·산림 연구소(INBO), 남아프리카공화국 프레토리아대 생화학·유전학·미생물학과, 중국 난징 농업대 원예학부 공동 연구팀은 자연적으로 일어나는 유전체의 우연한 중복이 꽃피는 식물인 ‘현화식물’ 상당수가 극단적 환경 격변에서도 살아남게 했을 가능성이 크다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 5월 8일 자에 실렸다.

많은 생물은 부모 각각으로부터 물려받은 두 쌍의 염색체를 갖는다. 그러나 현화식물의 많은 종은 무작위적인 전장유전체 중복 때문에 추가적인 염색체 세트를 갖는 경우가 있다. 바나나 대부분은 염색체 세트가 3쌍이고 밀은 최대 6쌍을 갖기도 한다. 이렇듯 전장유전체 중복은 식물에서 자주 발생하는데 유전체가 커지면 유지하는 데 더 많은 영양분이 필요하고 유해한 돌연변이가 생길 위험성이 높아지며 생식능력에도 영향을 미칠 가능성이 크다. 그래서 야생에서 중복된 유전체가 세대를 거쳐 유지되거나 전달되는 경우는 찾아보기 힘들다. 그러나 유전체 중복은 유전적 변이를 늘리고 유전자가 새로운 기능으로 진화할 기회를 제공함으로써 고온, 건조한 식물 스트레스 환경을 더 잘 견디게 해주기도 한다.



연구팀은 현화식물 470종의 유전체를 분석해 데이터 세트를 구축했다. 이어 과거 전장유전체 중복이 일어났다는 표지가 되는 유전자 블록을 분석한 뒤 식물 화석 44점의 자료와 대조해 중복 사건 발생 시점을 추정했다.

그 결과 시간이 흘러도 유지되는 유전자들은 주요 환경 격변기에 발생한 전장유전체 중복에서 시작된 것으로 나타났다. 여기에는 6600만 년 전 소행성 충돌로 촉발된 대멸종, 생태계가 붕괴된 여러 차례의 지구 한랭기, 약 5600만 년 전 급격한 지구 온난화가 나타난 팔레오세-에오세 최고온난기가 포함됐다. 이에 대해 연구팀은 극한 환경 조건에서는 배수체 식물이 우위를 점했을 수 있으며 더 크고 복잡한 유전체를 유지하는 것처럼 평소에는 불리하게 작용하는 특성이 오히려 유리해질 수 있다고 설명했다.

연구를 이끈 이브 반 더 피어 벨기에 겐트대 교수는 “안정적 환경에서 전장유전체의 중복은 진화의 막다른 골목으로 여겨지는 경우가 많지만 대멸종과 같은 혹독한 환경에서는 예상치 못한 이점을 가져다 줄 수 있음을 이번 연구는 보여줬다”고 밝혔다. 반 더 피어 교수는 “이번 연구 결과는 배수성이 흔하게 나타남에도 불구하고 수백만 년에 걸쳐 식물 유전체에 실제로 남는 경우는 소수에 불과한 이유를 보여준다”며 “오늘날 식물이 기후변화에 어떻게 반응할지에 대한 단서도 제공한다”고 덧붙였다.

유용하 과학전문기자