3) 독도식물의 환경적응에 의한 분자변이적인 특징
자연계(自然界, natural world) 생물들의 유전적 변이(遺傳的變異, genetic variation)와 종의 다양성(species diversity)은 환경의 변화에 의존한다.
그러므로 모든 생물들의 진화적 적응(進化的 適應, evolutionary adaptation)과 유전적 변이는 환경의 변화에 적응하기 위한 생물종들의 생리적 선택(生理的 選擇, physiological selection)의 결과이며, 이러한 적응의 결과는 염기배열과 유전자서열의 변화로 나타난다.
Solbrig(1970)와 Strasburger(1976)는 “식물 집단에서 이종간(異種間) 종다양성(種多樣性), 또는 동종내(同種內) 개체들의 개체다양성은 식물체 내부의 유전적인 요소와 식물서식지 환경이 끼치는 외부적 요소의 상호작용(相互作用, interaction)과 집단군의 공생적 상관관계(共生的 相關關係, symbiotic interrelationship)를 반영하는 것이므로, 식물의 진화과정을 이해하기 위해서는 변이(變異, variation)에 대한 면밀한 분석이 우선되어야 하며, 식물변이의 양상은 외부 형태적 특징과 생리현상이나 대사과정의 생화학적 특징으로 나타나며, 이러한 변이의 과정은 유식물시기(幼植物時期, seedling stage)에 동일한 유전자에 의해서도 환경에 따라 표현형(表現型, phenotype)이 변하는 형태적 가소성(可塑性, plasticity)에 의하여 그 성장양상이 달라지는 개체발달적 변이(個體發達的 變異, developmental variation) 및 환경적 변이(環境的變異, environmental variation)와 위도, 고도, 지형 등 분포지역에 따라 다른 바람, 온도, 강우량, 토양의 보습력(保濕力, moisture retention), 토양의 영양상태 등에 의한 지리적 변이(地理的變異, geographical variation), 그리고 식물과 생태생리환경의 상호작용에 의하여 축적되거나 발현되는 돌연변이(突然變異, mutation), 그리고 유전자 흐름(gene flow)의 변화, 재조합(再調合, gene recombination)과정에서 염색체의 결실(缺失, Deletion), 추가(追加, chromosome addition), 중복(重複, duplication), 전좌(轉座, Trans-location), 역위(逆位, Inversion), 교차(交差, crossing over) 등에 의한 이수체현상(異數體現像, aneuploidy)과 염색체비분리에 의한 배수체현상(倍數體現像, polyploidy) 및 염색체의 구조변화 등에 의한 유전적 변이(遺傳的變異, genetic variation) 등으로 나타난다.”고 하였으며, 또한 Solbrig(1970)는 “식물군집에서 유전자빈도(遺傳子頻度, gene frequency)는 여러 세대를 이어가면서 집단 내외의 영향과 유전자의 무작위현상(random events)으로 인하여 증감을 반복하며, 이러한 현상은 집단의 세력이 빈약하고 고립된 경우에는 극대화한다.”고 하였다. 그리고 Grant(1977)는 “진화의 과정은 시간경과에 따라 하나의 진화 발달적 계보(系譜, phylad), 또는 노선(路線, lineage) 내에서만 일어나는 점진적 변화인 계통진화(系統進化, phyletic evolution)와 계보가 둘 이상으로 분리되어 생물의 다양성을 초래하는 종분화(種分化, speciation)의 두 가지 측면에서 고려할 수 있으며, 종의 분화와 적응방산(適應放散, adaptive divergence)은 단백질을 암호화한 DNA 염기서열인 구조유전자(構造遺傳子, structural gene)의 분리 및 변이(變異, variation)와 구조유전자의 활성화와 발현을 조절하는 조절유전자(調節遺傳子, regulatory gene)변화에 기인한다.”고 하였으며, Strickberger(1985)는 이 가운데 “종분화를 포함한 진화적 변화는 구조유전자보다 조절유전자의 돌연변이(突然變異, mutation)에 의해 나타나므로, 아미노산 서열이 거의 동일하더라도 형태적인 표현형(表現型, phenotype)은 매우 다를 수 있다.”고 하였다.
자연에서 종의 분화는 인위적(人爲的, artificial)인 품종개량과는 달리 진화적 자연선택(進化的 自然選擇, evolutionary natural selection)에 적응한 결과이다. 시험장에서 이루어지는 인위적인 품종개량은 인간이 요구하는 목적에 따라, 취하고자 하는 유전적 특성의 취사선택(取捨選擇, choice and selection)이 실험상의 연속적인 선택에 의하여 이루어지지만, 자연에서의 진화적 선택은 식물을 포함한 생명체가 생태환경에 적응하고, 종을 보존하기 위하여 환경의 변화에 따라, 최적의 생리적 수단을 강구할 수 있는 능력을 생물체 스스로가 키워 나아가는 일이다. 그러므로 자연에서 변이와 진화의 방향은 자연환경에 의존한다. 그러나 생물들이 자연의 환경변화에 적응하고 순응하는 것만 아니라, 진화적인 자연선택을 거슬러 일시적으로 역행하는 일도, 자연은 그것조차도 자연적인 생명현상의 일부로 수용한다.
독도의 입지환경은 강한 해풍과 해풍에 의해서 비산되어 집적(集積, illuviation)되는 고농도의 토양염, 급경사와 토질특성에 의한 사막성 수분퍼텐셜(water potential), 고농도의 토양염분과 결합한 불용성수분(不溶性水分, insolubility water)에 의한 삼투적인 건조(滲透的 乾燥, osmotic drought), 얕은 토층에 의한 부족한 유기영양분과 지형구조와 토질특성에 의하여 급격하게 변화하는 토양 pH와 토양산성도(土壤酸性度, soil acidity), 산성조성을 가지는 알칼리계열의 조면암류(粗面巖類, trachytes)로 구성된 토양상층부 암반층(巖盤層, bedrock layer)의 화학구조와 지자기이상(地磁氣異常, magnetic anomaly)에 의한 지표면(地表面, the earth's surface) 토양의 전기장교란(電氣場攪亂, electric field disturbance), 지속적인 염환경이 야기하는 높은 전기전도도(電氣傳導度, conductivity), 짙은 해무(海霧, sea fog)와 연중 흐린 날씨에 의한 광생리(光生理, photo-physiology)에 불리한 광조건, 등의 식물생육에 비우호적(非友好的, unfriendly)인 환경조건과, 격리된 좁은 면적의 해양섬이 가지는 유전자원의 빈곤 등이 복합적으로 식물의 정착(定着, colonization)에 불리하게 작용하는 지역이다.
이러한 독도의 환경조건과 지속적인 환경압(環境壓, environmental pressure)은 진화적 자연선택에 적응하기 위한 식물의 생리적 본능(生理的 本能, physiological instinct)을 자극하여, 외부형태와 내부대사기관의 구조를 변형시키고, 이에 합당한 유전자 변형을 유도하며, 종래에는 지리적 격리(地理的 隔離, geographic isolation)와 국소성(局所性, local color)에 적응한 이소적인 종분화(異所的 種分化, allopatric speciation)를 초래할 것으로 판단된다.
그리고 필자가 행한 두 가지의 특정 비교실험목과 여러 대조군식물(對照群植物, comparison or control group plant)의 염기서열분석에 의하면, 낙뢰(落雷, thunderbolt)에 의한 식물생체화학구조의 수용력을 뛰어넘는 강한 전기적 충격(電氣的 衝擊, electronic shock)은 비록 일시적이지만, 식물이 자연에서 점진적이고 지속적으로 겪는 환경압 못지않게 매우 강한 유전적 경험으로 작용하며, 이러한 생물이화학적 충격(生物理化學的 衝擊, bio-physicochemical shock)은 급속한 유전자변형과 종분화를 초래하는 것으로 보여진다. 그러므로 섬의 형성기간이 짧음에도 불구하고, 격리에 의한 환경적 특수성이 식물의 유전정보에 전달되어 형태와 분자적 변형이 급속하게 진행되는 양상은, 지리적 격리에 의한 해양섬의 특수한 환경적인 국소성이 식물유전자변화에 미치는 영향이 대륙의 일반적인 생태적응도와는 비교할 수 없으며, 또한 일시적이고 강력한 물리화학적 충격이 식물체에 미치는 영향은 식물의 생리와 진화적인 적응에서, 우리의 예상을 크게 뛰어넘는 바가 있음을 시사한다.
자연에서 서식지환경의 변화에 적응하여 생명을 유지하고 종을 번식하면서 삶을 영위해 나아가는 식물의 입장에서 볼 때, 점진적(漸進的, gradual)이고 지속적(持續的, continual)인 환경압의 영향과 전자기적 충격을 비롯하여 일시적(一時的, temporary)이지만 강한 충격으로 주어지는 환경의 영향 모두를 유전적인 경험으로 축적하여 서식지환경의 다양한 생태적 상황에 적응하고, 생명유지와 종의 번식을 이어 나아가기 위해서 외부형태와 내부대사기관의 구조를 개선하고, 생리적인 물질대사순환구조를 개선하면서, 이동성(移動性, rambling)이 없는 고착생물(固着生物, adherence organism)로서 불리함을 극복하기 위하여 최적의 생리적 선택(optimal physiological selection)을 강구하는 것은 생활사 전반을 서식지환경에 의존하는 야생식물(野生植物, wild plants)로서 당연한 생리적 본능(生理的 本能, physiological instinct)이며, 이러한 환경적 특수성에 대처하기 위한 생리적 본능으로 이루어진 식물개체의 체내화학조성 변화의 유전정보(遺傳情報, gene information)가 유전적 경험(遺傳的 經驗, heredity experience)으로 축적되고, 오랜 시간을 거쳐 적응형질(適應形質, adaptational character)로 잠재되어, 여러 세대를 지나면서 진행된 유전자변형과정의 결과가 염기배열(鹽基配列, base sequence)에서 뚜렷한 분자진화적인 양상(molecular evolutional appearance)으로 나타나는 것으로 볼 수 있다.
