걸핏하면 터지는 일본 화산섬에서 멸종된 식물 기원을 추적하다
by 도쿄 도립 대학 Tokyo Metropolitan University 제공
과학자들이 화산 활동이 활발한 일본 니시노시마Nishinoshima에서 멸종된 식물 개체군 기원을 추적했다.
도쿄 도립대학 과학자들이 잦은 분화로 식생이 주기적으로 "재설정"되는 화산섬 니시노시마Nishinoshima에서 멸종된 식물 개체군의 유전적 계통을 구명했다.
이 계통을 인근 섬에서 추적하는 동안, 그들은 그곳에서 씨앗이 드물게 발견되는 "창시자 효과founder's effect"를 포함한 독특한 유전적 특징을 발견했다.
이 발견은 고립된 환경에서 생태계 발달 초기 단계를 엿볼 수 있는 드문 기회를 제공한다.
이 연구는 식물 계통학 및 진화(Plant Systematics and Evolution) 저널에 게재되었다.
오가사와라 제도Ogasawara Island 일부인 니시노시마는 도쿄 본토에서 남쪽으로 약 1,000km 떨어진 곳에 위치한다.
이곳은 정기적인 화산 활동이 일어나는 데다. 2013년에 발생한 일련의 대규모 화산 폭발로 섬의 거의 모든 초목이 파괴되었다.
식물 생태계에 이러한 파괴적인 현상은 치명적이지만, 이러한 주기적인 "재설정resets"과 섬의 외딴 지역적 특성은 과학자들에게 새로 유입된 유전 물질이 발판을 마련하기 위해 고군분투하는 생태계의 초기 발달 과정을 엿볼 수 있는 희귀한 기회를 제공한다.
교토대학교 소속이던 도쿄 도립 대학 다카야마 고지Koji Takayama 교수가 이끄는 연구팀은 2019년 화산 폭발로 섬의 거의 모든 식물이 파괴되기 직전, 이 섬에서 회수한 쇠비름Portulaca oleracea 샘플을 조사했다.
이 종 자체는 전 세계 온대 및 열대 기후에서 발견되지만, 니시노시마 섬 개체군은 현재 멸종된 것으로 간주된다.
이 희귀 샘플은 일본 전역과 괌에서 채취한 총 51개 개체군에서 채취한 254개 개별 샘플 중 하나이며, 유전자 분석이 수행되었다.
연구진은 면밀한 비교를 통해 니시노시마 섬 개체군의 기원과 쇠비름 종의 "계통수family tree"(phylogenetic tree)에서 어디에 위치하는지 파악하기 시작했다.
연구팀은 엽록체chloroplast DNA와 핵nuclear DNA의 전체 유전체 분석을 모두 수행해 유전적 유사성을 기반으로 과를 분류했다.
이들은 인근 또 다른 화산섬인 치치지마Chichijima에서 발견된 개체군과 가장 가까운 친척 관계인 것으로 밝혀졌다.
그러나 니시노시마 출신 개체들은 독특한 유전적 특성을 지닌다는 것도 분명해졌다.
중요한 것은 이들이 매우 소수 개체에서 유래한 것으로 보이며, 이로 인해 이후 유전적 분화가 심하게 왜곡되었다는 것이다. 이를 창시자 효과(founder's effect)라고 한다.
흔한 쇠비름purslane 씨앗은 납작하고 편평하며 크기가 1mm도 안 되어 바람, 새, 해류를 통해 쉽게 퍼진다.
그러나 연구진 분석 결과, 이 식물이 섬에서 생존할 가능성은 매우 제한적이었을 것으로 나타났다.
표본의 유전적 구성에서 관찰된 시조 효과founder's effect는 매우 강했다. 또한 연구팀은 자연선택이 아닌 태풍이나 화산 폭발과 같은 고립된 사건이 유전적 변화를 일으키는 유전 부동genetic drift의 증거를 발견했다.
이번 연구는 현재 멸종된 개체군의 계통발생학을 처음으로 엿볼 수 있는 계기가 되었다.
이 섬의 독특한 환경은 과학자들에게 고립된 섬 환경에서 유전적 진화의 초기 단계를 엿볼 수 있는 기회를 제공한다.
씨앗 이동을 통해 개체군이 어떻게 정착하는지부터 생존하고 번성하는 방법까지 살펴볼 수 있다.
이는 또한 자연재해 이후 식물 개체군이 어떻게 재형성되는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.
More information: Hiroshi Noda et al, Origin of populations of Portulaca oleracea on Nishinoshima, an active volcanic oceanic island, Plant Systematics and Evolution (2025). DOI: 10.1007/s00606-025-01957-y
Provided by Tokyo Metropolitan University