Competition / colonization trade off in the invasive annual grass Aegilops tauschii based on seed position effects

의자 대신 햇빛, 물, 영양분을 차지하기 위해 벌이는 고도의 심리전, 마치 높은 판돈이 걸린 의자 뺏기 게임을 상상해 보십시오. 이것이 바로 식물 생태계의 세계이며, 이곳에서 서로 다른 종들은 생존을 위해 끊임없이 투쟁합니다. 이 경기장에서는 두 가지 큰 개념이 게임을 지배합니다: 바로 **경쟁(competition)**과 **식민지화(colonization)**입니다. 경쟁은 현재 가장 크고 강한 플레이어가 되어 이웃이 자라지 못하도록 모든 자원을 독차지하려는 치열한 싸움입니다. 반면, 식민지화는 많은 씨앗을 생산하거나 까다로운 환경에서 살아남는 법을 찾아내어 넓게 퍼져나가 새로운 영토를 점령하는 능력입니다. 보통 자연은 식물에게 둘 중 하나의 길을 선택하도록 강요하는 것처럼 보입니다. 즉, 붐비는 방 안의 강인한 전사가 될 것인지, 아니면 새로운 땅을 개척하는 빠른 탐험가가 될 것인지 말입니다. 하지만 만약 단 하나의 식물이 이 두 가지를 모두 할 수 있다면 어떨까요? 그것이 바로 과학자들이 해결하고자 하는 미스터리이며, 특히 우리의 식량 작물을 잠식하고 있는 외래 침입 잡초에 관한 문제입니다. 만약 어떤 잡초가 챔피념급 전사이면서 동시에 숙련된 식민지 개척자라면, 그것은 밀 농사를 짓는 농부들에게 악몽이 될 것입니다.

세계 곳곳의 밀밭을 침입한 은밀한 일년생 풀, Aegilops tauschii가 등장합니다. 이 식물은 약간의 골칫덩이로, 밀(Triticum aestivum)로부터 자원을 훔치며 수확량을 줄어들게 만듭니다. 수년 동안 과학자들은 이 두 식물이 서로 싸운다는 사실을 알고 있었지만, 결정적인 세부 사항 하나를 놓치고 있었습니다: 바로 씨앗이 모체 식물의 어느 위치에 자리 잡고 있느냐는 점입니다. 복합 이삭(꽃차례)을 다층 아파트 건물이라고 생각해 보십시오. 씨앗은 모두 똑같이 태어나지 않습니다. 어떤 씨앗은 꼭대기 층에 살고, 어떤 씨앗은 중간층에, 또 어떤 씨앗은 지면 층에 삽니다. 이 논문은 흥지는 질문을 던집니다: 씨앗의 "주소"가 식물의 성장과 전투력에 영향을 미칠까요?

연구진은 식물들의 맞대결을 설정했습니다. 그들은 Aegilops 이삭의 세 가지 서로 다른 위치에서 채취한 씨앗과, 그 씨앗 내부의 두세 군데 위치에서 채취한 씨앗을 가져와 각각 단독으로 혹은 다양한 비율로 밀과 섞어 심었습니다. 그들은 식물의 키, 분지(곁가지) 수, 그리고 씨앗의 수와 씨앗 무게를 측정하며 식물이 자라는 과정을 관찰했습니다. 또한 누가 줄다리기에서 이기고 있는지 확인하기 위해 "경쟁 강도" 점수를 계산했습니다.

연구 결과는 다음과 같습니다: 씨앗의 "주소"는 정말로 게임의 양상을 바꿉니다. Aegilops의 경우, 이삭의 높은 위치에서 나온 씨앗은 키는 더 컸지만 생산성은 떨어졌습니다. 즉, 분지 수가 적고 씨앗 수도 적었으며 씨앗의 무게도 가벼웠습니다. 이는 마치 키만 크고 화려할 뿐 실속은 없는 식물과 같았습니다. 흥미롭게도, Aegylops가 더 크게 자랐을 때(높은 위치의 씨앗에서 유래했을 때), 밀 식물은 오히려 키가 작아졌지만 더 많은 씨앗을 생산하고 더 무거운 씨앗을 만들어냈습니다. 밀은 라이벌이 다소 "겉모습만 번지르르하고 실속은 없는" 상태일 때 더 나은 수확을 얻어낼 수 있었던 것입니다.

하지만 씨앗이 어디에서 왔든 상관없이, Aegilops는 항상 밀보다 더 뛰어난 전사였습니다. 연구에 따르면 Aegilops는 밀에 대해서보다 자기 자신들과의 경쟁(종내 경쟁)에서 더 공격적이었으며, 밀은 Aegilops를 상대로 다른 밀 식물들을 상대할 때보다 더 힘들어했습니다. 가장 치열한 싸움은 숫자가 같았을 때—즉, Aegilosa와 밀의 비율이 3:3이었을 때—발생했으며, 이때 Aegilops는 가장 강력한 경쟁 우위를 보여주었습니다.

그러나 이 잡초를 이기기 어려운 이유를 설명해 주는 반전이 있습니다. 이삭의 위치가 높아질수록 Aegilops의 경쟁 능력(전투력)은 실제로 감소했지만, 새로운 곳을 식민지화하는 능력은 증가했습니다. 논문은 이를 "트레이드오프(trade-off, 상충 관계)"라고 제안합니다. 더 잘 퍼지고 새로운 터전을 찾는 데 능숙한 씨앗들이 역설적으로 전투력은 약간 약하다는 것입니다. 이러한 트레이드오프는 다양한 환경에서 종의 적응에 유익합니다. 강인한 전사와 뛰어난 탐험가를 모두 보유함으로써, Aegilops는 거의 모든 환경에 적응할 수 있습니다. 이는 마치 스포츠 팀이 헤비급 복서와 빠른 단거리 선수를 모두 갖춘 것과 같습니다. 상황에 따라 팀은 어느 쪽으로든 승리할 수 있습니다. 이러한 균형은 이 외래 잡초가 다양한 환경에서 생존하고 번성하도록 돕고 있으며, 결과적으로 밀 농부들에게 지속적인 도전 과제가 되고 있습니다.