중복수정과 열매 — 씨를 멀리 보내는 법

생물학에서 3n이라는 핵상은 보통 좋은 신호가 아닙니다. 염색체 수가 홀수 배인 세포는 감수분열을 제대로 못 하니까요. 그런데 우리가 매일 먹는 쌀의 흰 부분, 밀가루의 원료, 옥수수 알의 대부분이 3n 조직입니다.

이상하지 않나요. 왜 하필 3n일까요. 2n이면 안 되는 이유가 있을까요. 그리고 이 조직이 속씨식물에만 있는데, 그게 겉씨식물과의 경쟁에서 어떤 차이를 만들었을까요.

오늘 글은 그 질문으로 시작해서, 씨를 멀리 보내는 문제로 끝납니다. Ch.30의 마지막입니다.

중복수정 — 수정이 두 번 일어난다

중복수정은 하나의 꽃가루가 보낸 정핵 2개가 각자 다른 상대와 결합하는 현상입니다. 이름에 "중복"이 붙은 건 수정이 두 번 일어나기 때문이에요.

정확히 이렇게 짝이 맞습니다.

결합	상대	핵상	결과
정핵 ①	난세포 (n)	n + n = 2n	배 — 자라서 식물 본체가 된다
정핵 ②	중앙세포의 극핵 2개 (n + n)	n + n + n = 3n	배젖 — 저장양분 조직

3n의 정체가 이제 보이시죠. 정핵 하나와 난세포 하나가 만난 게 아니라, 정핵 하나가 극핵 두 개와 함께 합쳐져서 반수체 핵 세 개 몫이 된 겁니다. 이상한 숫자가 나온 게 아니라 1 + 2를 한 결과예요.

이 표를 외울 때 제가 학생들에게 쓰는 방법이 있습니다. "하나는 몸, 둘은 밥". 정핵 하나는 몸(배)을 만들고, 남은 하나는 극핵 둘과 합쳐 밥(배젖)을 만듭니다. 그리고 숫자도 그 순서로 2n, 3n입니다.

쌤 한마디 — 서술형에서 "중복수정을 설명하라"가 나오면 반드시 핵상을 숫자로 함께 쓰세요. "정핵(n) 하나가 난세포(n)와 결합해 배(2n)가 되고, 다른 정핵(n) 하나가 극핵 2개(n+n)와 결합해 배젖(3n)이 된다." 이 한 문장에 배점이 다 걸려 있습니다. 숫자를 빼고 말로만 쓰면 반도 못 받습니다.

3n 배젖이 왜 효율의 핵심인가

여기가 이 글에서 제일 중요한 대목입니다. 배젖이 단순히 "양분 창고"인 게 아니라, 만드는 타이밍이 다릅니다.

구분	겉씨식물	속씨식물
저장양분 조직	자성 배우체 조직	배젖
핵상	n	3n
만들어지는 시점	수정 전에 미리	수정된 뒤에
수정이 안 되면	이미 쓴 양분이 버려진다	애초에 쓰지 않았다
종자 성숙 기간	길다 — 소나무는 2년 이상	짧다 — 흔히 수 주 ~ 수 개월

세 번째와 네 번째 줄을 묶어서 보세요. 겉씨식물은 수정이 될지 안 될지 모르는 상태에서 미리 양분을 쌓아 둡니다. 꽃가루가 안 오거나 수정이 실패하면 그 투자가 전부 버려집니다. 바람에 맡기는 방식의 명중률이 낮다는 걸 생각하면, 이 낭비가 작지 않아요.

속씨식물은 순서를 뒤집었습니다. 수정이 확인된 뒤에 배젖을 만들기 시작합니다. 말하자면 주문을 받고 나서 조리하는 겁니다. 헛투자가 없고, 그만큼 같은 자원으로 더 많은 꽃을 피우고 더 많은 배주를 유지할 수 있습니다.

게다가 배젖 발달이 빠릅니다. 수정 직후 중앙세포가 빠르게 분열해서 양분 조직을 만들어 내므로, 종자 전체가 완성되는 기간이 짧아집니다. 소나무가 한 번 번식하는 데 2년이 걸리는 동안, 많은 속씨식물은 같은 해 안에 꽃을 피우고 열매까지 맺습니다. 한해살이 식물이 가능한 것도 이 덕분이에요.

세대가 짧아지면 무슨 일이 생기나. 자연선택이 작용할 횟수가 늘어납니다. 같은 1000년 동안 소나무가 수백 세대를 지나는 사이 한해살이 식물은 1000세대를 지납니다. 환경 변화에 대응하는 속도가 다를 수밖에 없고, 속씨식물의 종 다양성이 수백 배인 이유 중 하나가 여기 있습니다.

왜 3n이어야 하나 — 추가로 생각해 볼 지점

학생들이 꼭 묻습니다. "그럼 2n으로 만들면 안 되나요?"

이 질문에 교과서가 확정된 답을 주지는 않지만, 자주 거론되는 설명이 있습니다. 배젖은 배에게 양분을 넘겨주고 소모되는 조직입니다. 어미 식물의 입장에서는 이 조직이 양분을 너무 많이 쌓아 들고 있어도 곤란하고 너무 적게 쌓아도 곤란해요. 그 양을 조절하는 데 모계 쪽 핵이 둘, 부계 쪽 핵이 하나라는 비대칭이 관여한다는 쪽으로 연구가 진행돼 왔습니다.

확정된 사실로 외울 내용은 아니니, 지금은 "극핵이 2개라서 3n이 된다"는 구조적 이유만 정확히 알고 있으면 충분합니다. 다만 이 주제는 세특 탐구 소재로는 아주 좋습니다. 핵상 하나에 모계·부계 투자 갈등이라는 진화적 논점이 걸려 있으니까요.

배주에서 종자로 — 자리별 대응을 한 표에

첫 글에서 시작한 대응표를 이제 완성할 수 있습니다. 이 표 하나가 Ch.30의 결론입니다.

수정 전	수정 후	핵상
난세포	배	2n
중앙세포의 극핵 2개	배젖	3n
배주의 인피(보호층)	종피	2n (모체 유래)
배주	종자	—
씨방	열매	2n (모체 유래)

종자 하나 안에 핵상이 다른 세 가지 조직이 들어 있다는 게 보이시죠. 그리고 그중 둘은 이 종자의 "자식"이 아니라 어미의 몸입니다. 종피와 열매살은 어미 식물의 조직이에요. 그래서 사과를 먹을 때 우리가 씹는 건 사과나무의 몸이고, 안에 든 씨만 다음 세대입니다.

배젖의 운명 — 벼와 콩이 다르다

배젖은 만들어진 뒤 두 갈래 길을 갑니다. 이걸 모르면 "콩에는 배젖이 없다"는 말에 걸립니다.

유형	배젖의 운명	종자를 쪼개면 보이는 것	예
배젖을 남기는 쪽	성숙한 종자에 그대로 남아 양분을 보관	단단한 흰 덩어리 = 배젖	벼, 밀, 옥수수, 감
떡잎으로 옮기는 쪽	배젖의 양분이 떡잎으로 흡수되고 배젖은 거의 사라진다	두툼한 두 덩어리 = 떡잎	콩, 땅콩, 호박, 해바라기

쌀의 흰 부분은 배젖입니다. 쌀을 깎을 때 떨어져 나가는 쌀눈이 바로 배예요. 반면 콩을 반으로 쪼개면 보이는 두 덩어리는 배젖이 아니라 떡잎이고, 그 사이에 작은 배가 붙어 있습니다. 둘 다 "양분 창고"라는 기능은 같지만 정체가 다릅니다 — 배젖은 3n, 떡잎은 배의 일부이므로 2n입니다.

그래서 "콩은 배젖이 없다"는 표현은 반만 맞습니다. 발생 과정에는 배젖이 분명히 만들어졌고, 성숙한 종자에 남아 있지 않은 것이죠. 서술형에서는 "배젖의 양분이 떡잎으로 이동한다"로 쓰는 게 정확합니다.

열매는 씨방이 자란 것이다

이제 열매로 넘어갑니다. 정의는 간단합니다. 열매는 수정 후 씨방이 발달한 것입니다. 그래서 씨방이 없는 겉씨식물에는 열매가 없습니다.

그런데 꼭 짚어야 할 예외 아닌 예외가 있습니다. 사과와 배처럼 씨방 외의 부분이 함께 자라서 먹는 부분이 되는 열매가 있어요. 사과를 세로로 자르면 가운데 심 부분과 그 바깥의 과육 사이에 경계가 보입니다. 안쪽이 씨방에서 온 부분이고, 두껍게 먹는 바깥쪽은 꽃턱이 자란 것입니다. 딸기도 마찬가지로, 우리가 먹는 붉은 살은 꽃턱이고 표면에 박힌 작은 알들이 실제 열매입니다.

이런 걸 "열매가 아니다"로 외우기보다, 구조는 유래로 정의된다는 원칙을 다시 확인하는 사례로 보면 좋습니다. 앞서 은행에서 과육처럼 보이는 것이 종피였던 것과 같은 이야기예요.

왜 씨를 멀리 보내야 하나

열매의 기능을 묻기 전에 이 질문을 먼저 해야 합니다. 어미 식물 바로 밑은 이미 그 종이 잘 자란다는 게 증명된 자리입니다. 그런데도 멀리 보내려 애쓰는 이유가 뭘까요.

• 부모와의 경쟁 회피 — 가장 큰 이유입니다. 어미 나무 아래는 그늘이고, 뿌리가 이미 물과 영양을 선점하고 있습니다. 어린 싹이 다 자란 어미와 같은 자원을 두고 다투면 질 수밖에 없어요.
• 형제들끼리의 경쟁 회피 — 종자가 한자리에 수백 개 떨어지면 그중 거의 전부가 죽습니다. 흩어지면 각자 살 자리를 얻습니다.
• 병원체·초식자의 집중 회피 — 어미 나무 주변에는 그 종을 전문적으로 공격하는 곰팡이·곤충이 이미 밀집해 있습니다. 밀도가 높은 곳에서 더 잘 퍼지는 종류라면, 떨어진 자리가 곧 함정이 됩니다.
• 새 서식지 개척 — 산불이 난 자리, 쓰러진 나무가 만든 빈 공간, 새로 생긴 섬. 먼저 도착한 쪽이 차지합니다.
• 근친 교배 회피 — 형제끼리 모여 자라면 다음 세대에서 근친 교배 확률이 올라갑니다.

이게 종간 상호작용 편에서 본 경쟁의 논리가 같은 종 안, 심지어 부모와 자식 사이에도 작동한다는 걸 보여 주는 사례입니다. 식물은 움직일 수 없으니, 평생 단 한 번 움직일 기회가 종자 시기뿐이에요. 그 한 번에 모든 걸 걸어야 합니다.

3n은 1 더하기 2다 — 그리고 수정된 뒤에야 만든다 — 송쌤생명과학 자체 제작

산포 방식에 따라 열매의 모양이 갈린다

앞 글에서 꽃의 생김새로 매개동물을 추론했던 것과 똑같은 작업을 열매로 할 수 있습니다. 열매의 모양은 누가 씨를 옮기는지를 그대로 말해 줍니다.

운반자	열매·종자의 특징	예
동물 — 먹혀서	과육이 많고 달다. 익으면 색이 선명해진다. 씨는 소화되지 않을 만큼 단단하거나 미끄럽다	포도, 버찌, 감, 토마토
동물 — 붙어서	갈고리·가시·점액이 있다. 과육이 없고 먹을 가치도 없다	도깨비바늘, 우엉, 도둑놈의갈고리
동물 — 저장되어서	단단한 껍질 + 영양이 풍부. 다람쥐·어치가 묻어 두고 일부를 잊는다	도토리, 호두, 잣
바람	날개·깃털·솜털. 전체가 아주 가볍다	단풍나무, 민들레, 버드나무
물	공기층이나 가벼운 섬유질로 뜬다. 방수 껍질	코코야자, 연
자기 힘	마르면서 꼬투리가 비틀려 터진다	봉선화, 콩과 식물

세 번째 줄이 재미있습니다. 도토리를 묻는 다람쥐는 식물을 도우려는 게 아닙니다. 자기 겨울 식량을 저장하는 거예요. 그런데 묻어 둔 곳을 전부 기억하지 못합니다. 그 '실수'가 참나무에게는 땅속 적당한 깊이에 심어 주는 파종 서비스가 됩니다. 도토리가 크고 영양이 풍부한 것이 그 서비스를 사는 값이고요.

그리고 첫 줄의 "익으면 색이 변한다"도 광고입니다. 덜 익은 열매가 녹색이고 떫고 단단한 건 아직 씨가 성숙하지 않았기 때문이에요. 이때 먹히면 씨가 망가집니다. 그래서 "아직 먹지 마라"는 신호를 보냅니다. 씨가 성숙하면 색이 바뀌고 단맛이 오르고 물러지면서 "지금 먹어라"로 바뀝니다. 열매의 익음은 생리적 변화이면서 동시에 신호 전환이에요.

이 전체 관계가 꽃에서 봤던 거래 구조의 반복입니다. 꽃은 꽃가루 운반을 사고, 열매는 종자 운반을 삽니다. 지불 수단도 같아요. 먹을 것입니다. 속씨식물은 동물을 번식의 양쪽 끝에서 두 번 고용한 셈입니다.

사람도 그 거래의 상대가 되었다

마지막으로 흥미로운 한 가지. 인간은 지난 1만 년 동안 이 거래의 가장 큰 상대가 되었고, 그 과정에서 작물의 종자를 거꾸로 바꿔 놓았습니다.

야생 벼는 익으면 알이 저절로 떨어집니다. 그게 산포에 유리하니까요. 그런데 사람이 수확하는 입장에서는 떨어지기 전에 이삭에 붙어 있는 개체가 거둬지기 쉽습니다. 그래서 떨어지지 않는 변이가 매년 반복적으로 선택되었고, 지금의 재배 벼는 익어도 알이 거의 떨어지지 않습니다.

이건 방향성 선택이 사람의 손으로 걸린 결과입니다. 야생에서는 치명적인 형질이 재배 환경에서는 가장 유리한 형질이 된 거죠. 선택의 방향은 환경이 정한다는 원칙이 여기서도 그대로입니다. 그리고 그 대가로 재배 벼는 사람 없이는 산포하지 못하는 식물이 되었습니다. 거래가 의존으로 바뀐 셈입니다.

여기서 제일 많이 틀립니다

• 중복수정을 "정자 2개가 난세포 하나에 들어가는 것"으로 이해한다 — 아닙니다. 정핵 2개가 각자 다른 상대와 결합합니다. 하나는 난세포, 다른 하나는 극핵 2개입니다. "두 번의 수정"이지 "두 정자의 중복 진입"이 아닙니다.
• 배젖을 2n으로 쓴다 — 3n입니다. 정핵 1개(n) + 극핵 2개(n+n)이기 때문입니다. 숫자가 어디서 왔는지를 설명할 수 있어야 틀리지 않습니다.
• 배젖을 모체 조직이라고 쓴다 — 배젖은 수정의 산물입니다. 모체 유래인 것은 종피와 열매살입니다. 이 셋을 섞으면 "종자의 각 부분 핵상" 문항에서 전부 틀립니다.
• "씨방이 종자가 된다" — Ch.30에서 가장 자주 나오는 실수입니다. 배주 → 종자, 씨방 → 열매입니다.
• 콩의 두 덩어리를 배젖이라고 한다 — 떡잎입니다. 배의 일부이므로 2n이에요. 배젖은 발생 중에 만들어졌지만 양분을 떡잎에 넘기고 거의 사라졌습니다.
• 겉씨식물도 중복수정을 한다고 생각한다 — 중복수정과 3n 배젖은 속씨식물만의 특징입니다. 겉씨식물의 저장양분은 수정 전에 발달한 자성 배우체 조직(n)입니다.
• 열매를 "씨를 보호하는 것"으로만 설명한다 — 보호도 하지만, 핵심 기능은 산포입니다. 동물에게 먹히기 위해 달고 눈에 띄게 만드는 건 보호의 반대 방향이죠. "먹히는 것을 통해 옮겨진다"는 역설을 답안에 쓸 수 있으면 좋습니다.
• 씨 없는 과일을 반례로 든다 — 열매는 씨방이 자란 것이므로, 호르몬 처리나 배수성 문제로 종자가 생기지 않아도 씨방이 발달하면 열매가 됩니다. 정의를 흔드는 반례가 아니라 정의에 맞는 사례입니다.

정리하면 — 그리고 Ch.30 전체를 한 줄로

중복수정은 정핵 하나가 난세포와 합쳐져 배(2n)를, 다른 정핵 하나가 극핵 2개와 합쳐져 배젖(3n)을 만드는 현상입니다. 속씨식물만의 특징이고, 3n은 1 + 2에서 나온 숫자입니다.

효율의 핵심은 핵상이 아니라 타이밍입니다. 겉씨식물은 수정 전에 미리 양분을 쌓아 수정이 실패하면 버리지만, 속씨식물은 수정이 확인된 뒤에 배젖을 만듭니다. 헛투자가 없고 종자가 빨리 완성되니 세대가 짧아지고, 그만큼 선택이 작용할 횟수가 늘어납니다.

열매는 씨방이 자란 것이고, 그 형태는 누가 씨를 옮기는지를 그대로 보여 줍니다. 달고 색이 선명하면 먹혀서 옮겨지는 것, 갈고리와 가시가 있으면 붙어서, 날개와 솜털이 있으면 바람, 단단하고 영양이 많으면 저장하는 동물이 운반자입니다. 멀리 보내는 이유는 부모·형제와의 경쟁, 병원체 집중, 근친 교배를 피하고 새 자리를 차지하기 위해서입니다.

이제 Ch.30 다섯 글을 한 줄로 묶어 보겠습니다. 종자식물의 진화는 "번식을 물에서 떼어 내고, 그 다음 번식을 동물에게 외주 주는" 과정이었습니다. 종자로 다음 세대를 포장해 시간을 건너게 하고, 꽃가루로 정자를 바람에 실어 물을 버리고, 침엽수는 그 구조로 혹독한 땅을 차지하고, 꽃과 열매로 동물의 다리를 빌렸습니다.

그런데 아직 하나가 빠져 있습니다. 식물이 육상에 올라오던 그 처음부터, 뿌리에서 물과 양분을 빨아들이는 일을 거의 전적으로 도와준 파트너가 있었어요. 식물도 동물도 아닌 생물입니다. 균류와 균근에서 그 이야기를 하겠습니다. 가장 오래된 땅 위의 동맹입니다.