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단세포 생물은 살면서 산소의 활용에 적응하기 시작했습니다. 어떤 형태의 박테리아는 이렇게 산소에 대처하는 단세포를 잡아먹는 과정에서 에너지를 얻는 생물로 진화해 나갔습니다. 이렇게 만들어진 복잡한 세포들이 엽록체의 발달로 광합성을 하게 됨으로써 진정한 최초의 식물 세포가 되었습니다. 이러한 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.
목차
- 단순한 세포에서 복잡한 세포로의 진화
- 식물의 진화
- 육지로 나온 식물
단순한 세포에서 복잡한 세포로의 진화
동물과 식물의 세포는 박테리아의 세포보다 훨씬 복잡합니다. 박테리아 세포는 지름이 0.001~0.005mm 정도로 매우 작고 간단한 구조의 세포들로 이루어져 있는데 반해, 식물과 동물의 세포는 지름이 0.01~0.05mm 정도이며 더욱 복잡한 구조로 이루어져 있습니다. 그중에서도 식물 세포의 구조를 예로 들면, 식물 세포는 세포벽, 막과 세포질, 액포, 미토콘드리아, 엽록체, 핵으로 구성되어 있습니다. 특히 식물 세포 엽록체라는 조그마한 알 모양의 구조에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다. 우리는 이 엽록체를 세포의 나머지 부분으로부터 분리시킴으로써 엽록체가 햇빛을 이용해 영양분을 만드는 광합성 작용을 한다는 것을 알게 되었습니다. 엽록체는 시아노박테리아와 매우 비슷합니다. 시아노박테리아는 원래 대기 중에 산소를 공급했던 단세포 동물로서 광합성 작용이 일어나는 장소인 주름이 잡힌 막과 같이, 박테리아보다 훨씬 복잡한 세포 구조를 갖고 있습니다. 이 시아노박테리아는 광합성을 하며, 그 과정 중에 산소를 만들어 냅니다. 따라서, 과학자들은 엽록체가 수백만 년 전에 보다 큰 세포들 속에 살았던 시아노박테리아로부터 진화된 것이라고 생각하고 있습니다. 식물과 동물 세포들은 또 미토콘드리아라는 알 모양의 구조도 가지고 있습니다. 이 미토콘드리아는 영양분을 분해시키는 작용을 하고, 산소는 에너지를 만드는 데 쓰입니다. 더 큰 세포가 산소에 대처할 수 있는 박테리아를 잡아먹음으로써 이 박테리아는 큰 세포 속에서 살게 되었습니다. 엽록체와 마찬가지로 미토콘드리아도 바로 이 박테리아에서 진화된 것으로 추정됩니다.
식물의 진화
최초의 식물은 시아노박테리아가 큰 세포의 내부로 피신했을 때 형성된 단세포 동물입니다. 이들 큰 세포들은 이미 다른 박테리아로부터 진화된 미토콘드리아를 가지고 있었습니다. 그러나 큰 세포들의 입장에서는 시아노박테리아에게 서식처를 제공함으로써 많은 이익을 얻을 수 있었습니다. 미토콘드리아는 세포가 산소를 이용하도록 도와주고, 엽록체는 세포를 위해 양분을 생산하였습니다. 이들 원시 식물들은 오늘날 그들의 후손들, 즉 단세포 조류처럼 바다나 호수의 표면에 살게 되었습니다. 시간이 지남에 따라 단세포 식물은 두 개로 나뉜 후 분리되지 않고 다세포 형태로 진화하기 시작했습니다. 그 가운데 어떤 세포들은 구형의 세포군을 형성하였고, 다른 세포들은 속이 빈 원통형을 형성하기도 했습니다. 또 다른 세포들은 실 모양의 세포군을 형성하기도 했습니다. 이러한 배열로 된 많은 생물들이 오늘날 수초와 해조의 형태로 살아가고 있습니다. 예를 들면, 기본 조류 세포인 클라미도모나스, 속이 빈 공 모양을 이루는 판도리나와 유도리나, 조류의 일종인 데스미드, 한 겹의 세포로 되어 있는 관이 비어 있는 형태의 엔테로모파, 하나의 세포 가닥에 필라멘트가 많이 붙어 있어서 나뭇가지처럼 보이는 클라도포라, 필라멘트 덩어리인 코디움 등이 있습니다.
육지로 나온 식물
수백만 년 동안 조류는 식물의 유일한 형태였습니다. 오늘날의 조류처럼 원시 조류도 주로 물 속에서만 살았습니다. 왜냐하면 원시 조류는 육지에서는 말라 버리기 십상이고 잎 모양의 엽상체를 지탱해 줄 수 있는 버팀 구조가 없기 때문입니다. 따라서, 처음에 육지에는 식물이 없었으며 그 후 작은 조류가 연못 가장자리, 즉 물가에서 자라기 시작했습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 조류가 어느 정도 방수가 되는 외피를 갖게 되었습니다. 그리고 이러한 조류들은 물을 흡수하는 뿌리와 같은 구조를 갖게 되었습니다. 이들 초기 조류는 습한 곳에서 자라는 단순한 식물인 이끼였습니다. 그 후에 양치류와 같이 더욱 진화된 식물들이 나타났습니다. 이 식물들은 잎 표면은 방수 기능이 있고 키가 클 수 있도록 돕는 뿌리뿐만 아니라 줄기가 발달된 지구상 최초의 식물이었습니다.