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과실수, 동시에 열매 맺는 이유는?
등록일 : 2018-05-09 11:04 | 최종 승인 : 2018-05-09 11:04
심현영
▲식물의 동시성에 관한 연구가 이뤄졌다(출처=셔터스톡)

[리서치페이퍼=심현영 기자] 캘리포니아대학 연구진이 과수원의 과실수가 동시에 꽃이 피는 이유를 밝혀냈다. 과학기술 전문매체 사이언스데일리는 연구진이 영구 자석을 설명하기 위해 이징 모델을 사용했다고 보도했다.

지난 2015년 연구진은 동시성에 관한 개념을 숙고하고, 통계 물리학에서 저명한 모델 중 하나인 컴퓨터 모델을 개발했다. 이후 이징 모델을 사용해 거리가 멀리 떨어져있어도 동시에 사건이 발생할 수 있는 이유를 밝혀내는 연구를 실시했다.

한 공간에 있는 피스타치오 나무들

미국과학원회보에 발표된 보고서에 따르면, 연구진은 컴퓨터 모델을 테스트하기 위해 한 공간에 심어진 실제 피스타치오 나무 수천 그루를 사용했다. 또한 이 모델을 사용해 생태학적 시간과 공간의 역동성을 연구했다.

캘리포니아대학 앨런 해스팅스 환경과학 및 정책학과 교수는 "연구팀이 피스타치오 과수원에 심어진 6,500그루 이상 나무에서 수집한 대규모 데이터베이스틑 사용했다"며 "이징 모델을 사용해 생태계 시스템을 관리할 수 있다는 사실을 입증했다"고 밝혔다.

이징 모델

연구진은 영구 자석을 설명하기 위해 이징 모델을 개발했다. 자기 물질의 원자 사이에서 작용하는 힘은 전자를 정렬하려고 하는 성질이 있기 때문에 자기력이 상호 증가하는 이론이 이징 모델이다. 따라서 인접한 거리에서 발생하는 상호작용은 거리가 멀리 떨어져 있어도 서로 정렬할 수 있는 방법을 이징 모델을 사용해 정량적으로 예측 가능하다.

즉, 인접한 나무가 동시에 열매를 맺는다면 나무들이 서로 소통하고 있다는 의미다. 연구진은 나무가 소통하는 방법까지는 확인하지 못했지만, 나무 뿌리가 서로 얽혀있는 뿌리접과 관련이 있을 것이라고 설명했다.

뿌리접 때문에 한 그루의 나무는 옆에 있는 또 다른 나무와 소통해 열매를 맺을 시기를 전달할 수 있으며, 이 방법으로 인접한 수많은 나무끼리 결실을 동기화할 수 있다는 것이다. 또한 연구진은 이징 모델을 사용해 서로 인접한 나무의 상호작용이 전체 과수원으로 확산되는 방법을 예측할 수 있다고 설명했다.

모든 것은 한 번에 이뤄진다

캘리포니아대학 앤드류 노블 환경과학과 교수는 동시화 사례는 자연 전반에서 발견할 수 있다고 말했다. 즉, 모든 것은 한 번에 발생한다는 의미다. 과수원 과실수나 숲 속에 아무렇게나 심어져 있는 옥수수, 심지어 일부 전염병 확산도 동시에 발생한다.

이러한 역동성을 이해하면 생태계 시스템과 자연 및 관리 시스템의 영향을 정확히 설명할 수 있다.

▲솔방울(출처=픽시어)

도토리 결실에서의 동시성

미국생태계협회는 캘리포니아 오크 나무 두 그루의 도토리 결실을 연구 대상으로 삼아 대규모 공간 동시성과 교차 동시성을 테스트했다. 연구진은 캘리포니아 오크나무 두 종에서 18년 동안 수집한 도토리 결실 데이터를 사용해 두 가지 가설과 이와 관련한 10가지 예측을 실험했다.

첫 번째 가설은 모런 효과 즉, 환경적 요인이다. 두 번째 가설은 꽃가루 결합으로써 이종 교배한 꽃가루를 가진 나무의 상호 의존성을 연구했다.

연구진은 12지역에서 수종 당 10그루 나무에서 데이터를 수집했다. 또, 12지역은 최대 745km까지 떨어져 있었다.

연구진은 연구 결과가 두 가지 수종의 공간적 동시성 요인으로써 모란 효과의 중요성을 강력하게 뒷받침한다고 말했다. 연구진은 오크나무가 암수 한 그루인 자웅동주기 때문에 암꽃이 꽃가루 생성과 반드시 관련되지 않았다는 사실을 지적했다. 그러나 이번 테스트로 꽃가루와 꽃의 개화가 반드시 관련있는 양성 종에서 꽃가루 결합의 역할을 해결하지는 못했다.

과학자들은 이번 연구에서 사용한 오크나무 종의 경우, 도토리 결실에서 대규모 공간적 동시성의 중요 요인은 모런 효과라고 설명했다.

조류 군집의 동시성

동시성은 생태계 전반적인 군집과 대규모 공간적 규모에서 찾아볼 수 있다. 이 때문에 자연 지역 개체 간 동시성을 확인 가능하다. 하지만 식물과 달리 동물종의 개체 변수에서 쉽게 확인된 동시성은 부족한 편이다.

한편, 조류에서 광범위하게 발생한 동시성을 이해하고 이를 생태학적 주요 동인으로 확인하려 했던 한 연구가 기초및응용생태계 저널에 발표됐다. 연구진은 대비되는 두 지역에서 서식하고 있는 조류 개체에서 발생한 동시성 패턴을 연구했다.

두 지역은 호주 남동부 지역인 빅토리아 센트럴 하이랜드와 호주의 부더리 국립공원이다. 연구진은 빅토리아 센트럴 하이랜드에서 2004~2012년까지, 부더리 국립공원에서는 2003~2012년까지 연 단위로 조류 개체를 연구했다.

연구진은 실증적 평가를 기반으로 한 연구를 통해 조사했던 38종 중 11종에서 공간적 인접성, 누적 강수량 등 날씨의 동시성, 서식지 형태가 공간적 동시성 수준에 영향을 미친다는 사실을 발견했다.

이는 연구했던 종의 약 29%에 해당된다. 또한 공간적 인접성이 조류 동시성의 주요 동인인 것으로 밝혀졌다. 그 다음으로 영향을 미친 요인은 강수량의 동시성이다. 반면 서식지 환경은 중요한 비중을 차지하지 않았다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]

[리서치페이퍼=심현영 기자]
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