시간폭탄처럼! 포자가 터지는 순간에 배우는 식물의 놀라운 번식 전략 (양치식물 관찰)
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠!
여러분, 안녕하세요! 자연 속을 걷다 보면 땅에서 돌돌 말린 신기한 새싹을 발견할 때가 있죠? 마치 ‘전마이(고사리의 일종, ゼンマイ)’처럼 보이는 그 식물은, 사실 약 4억 년 전부터 지구에 존재해 온 ‘양치식물(シダ植物)’이랍니다.
양치식물은 우리 인간을 포함한 척추동물이 땅 위에 나타나기 훨씬 이전부터 지구 생태계를 지탱해 왔어요. 이들은 씨앗을 만들지 않고, 맨눈으로는 볼 수 없을 만큼 작은 알갱이, 바로 ‘포자(胞子)’로 자손을 번식시킵니다.
이번에는 이런 양치식물이 가진 태고적부터 이어진 생존 전략의 비밀을 현미경을 이용해 파헤쳐 보는 관찰 실험을 소개해 드릴게요! 우리 주변의 자연에서 장대한 식물 진화의 드라마를 함께 읽어 봅시다.
🌿우선 양치식물을 찾아봅시다! ~진화의 증거 ‘관다발’에 주목~
봄부터 초여름까지, 양치식물은 힘차게 새싹을 뻗어 올립니다. 학교 주변이나 공원, 숲속 등 조금 습한 곳을 걸어 보세요. 돌돌 말린 새싹, 흔히 ‘전마이’ 같은 모양을 찾았다면, 그게 바로 양치식물의 잎입니다.
양치식물은 중학교 과학 시간에 배우는 식물 분류에서 ‘관다발(維管束)’은 가지고 있지만, 씨앗은 만들지 않는, 진화 과정상 중요한 위치에 있는 그룹입니다.
지하 줄기에는 물과 양분을 운반하는 전형적인 줄기 관다발의 배열을 볼 수 있습니다.
‘땅 위로 뻗은 잎’ (긴 잎자루 포함)은 이 지하 줄기에서 관다발이 가지를 쳐 들어온 형태입니다.
관다발이란 동물의 혈관처럼 수분이나 영양분을 운반하는 관의 다발을 말합니다. 이것이 땅속에 옆으로 뻗은 지하 줄기나 잎 속을 지나고 있다는 것이 양치식물이 이끼 식물(선태식물, コケ植物)과 결정적으로 다른 점입니다. 덕분에 양치식물은 이끼 식물보다 훨씬 크게 성장하여 지상 생활에 성공할 수 있었죠. 이 관다발이 가지를 치는 패턴이야말로 ‘이것이 잎이다’라는 확실한 증거가 됩니다.
🔬포자 관찰 준비와 순서
양치식물이 자손을 남기기 위한 알갱이, ‘포자’를 현미경으로 관찰해 봅시다. 이 포자는 잎 뒷면에 있는 작은 알갱이들, ‘포자낭(胞子囊)’ 안에 빽빽하게 들어있습니다.
전체 모습
줄기와 뿌리의 모습
준비물
양치식물 (특히 잎 뒷면에 갈색 포자낭이 붙어 있는 것)
핀셋
슬라이드 글라스, 커버 글라스
현미경 (100배 정도에서도 충분히 관찰 가능)
에탄올 (나중에 포자낭을 터뜨리는 실험에 사용)
순서
양치식물 잎 뒷면 확인
포자낭(작은 알갱이들이 줄지어 있는 부분)이 붙어 있는 잎을 고릅니다. 
포자 꺼내기
핀셋을 이용해 포자낭을 조심스럽게 떼어냅니다.
슬라이드 글라스 위에 놓기
포자낭을 슬라이드 글라스에 올리고, 커버 글라스로 살짝 누릅니다.
현미경으로 관찰
저배율(100배 정도)로 관찰하면, 포자낭 안에 포자가 빽빽하게 차 있는 모습을 볼 수 있습니다.
과학 드라마! 포자낭이 ‘터지는’ 순간
관찰을 하다 보면 놀라운 현상을 만날 수 있습니다. 시간이 지나면 포자낭이 터지면서 안의 포자가 튀어나오는 것이죠. 이는 포자낭이 건조해지면서 세포 내 수분이 빠져나가고, 그 압력 변화로 인해 뚜껑 같은 부분이 열리는 메커니즘입니다.
사실 이 ‘터지는’ 현상은, 양치식물이 포자를 멀리 날려 보내기 위한 고도의 살포 전략 중 하나입니다.
【실험 팁💡】 건조를 유도하기 위해, 80% 정도로 희석한 에탄올을 표본에 뿌려 봅시다. 수분이 급격히 사라지면서 잠시 후 포자낭이 힘차게 터지는 모습을 관찰할 수 있습니다.
관찰해 보면…
맨눈으로는 그저 갈색 알갱이로만 보이는 포자낭이 현미경 아래에서는 작은 캡슐처럼 보이며, 그 안에 정교하게 만들어진 포자가 빽빽이 들어찬 모습을 확인할 수 있습니다. 학생들에게도 “식물은 씨앗뿐만 아니라 이렇게 작은 알갱이로도 번식하는구나!”라는 생물의 다양성에 대한 큰 발견으로 이어질 것입니다.
수업 활용 포인트와 심화 탐구
이 실험은 중학교 ‘식물 분류’를 가르치는 데 있어, 지식을 오감으로 체험할 수 있는 최고의 기회입니다.
비교하기: 씨앗 식물의 씨앗이나, 이끼 식물의 포자와 양치식물의 포자를 비교해 보면, 식물의 진화 경로가 더욱 선명해져 이해를 깊게 할 수 있습니다.
시간 경과 관찰: 몇 시간 방치하여 포자낭이 자연적으로 터지는 모습을 관찰하는 것도 흥미로운 실험입니다.
발아 실험: 양치식물의 포자를 축축한 솜 위에 뿌려, ‘전엽체(前葉體)’라는 하트 모양의 작은 모습으로 발아하는 모습을 관찰하면, 식물의 한살이(생활사)를 배울 수 있습니다.
양치식물의 포자를 관찰함으로써 우리는 태고적부터 이어져 온 식물의 지혜와 다양한 번식 방법을 배울 수 있습니다. 부디 주변의 자연을 활용하고, 현미경이라는 도구를 통해 학생들의 과학적 호기심을 자극해 보세요!
참고:
NHKforSchool
양치식물의 번식 방법 https://www2.nhk.or.jp/school/movie/clip.cgi?das_id=D0005401572_00000
포자 던지기 https://www2.nhk.or.jp/school/movie/bangumi.cgi?das_id=D0005100107_00000
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