"Ficus 식물과 무화과 말벌 속의 공생 관계의 메커니즘에 관하여"

JT 생물 의학 연구 센터 (brh.co.jp)에서 무화과속 식물과 무화과 말벌속의 공생관계에 대한 연구 내용을 무화과에 관심있는 네티즌들과 공유하기 위하여 아래와 같이 소개코자 합니다.

"Ficus 식물과 무화과 말벌 속의 공생 관계의 메커니즘에 관하여"

 

 

본 연구실에서는 연구 주제가 되고 있는 무화과 식물과 무화과 말벌의 공생 관계의 메커니즘을 동영상이나 동영상을 이용하여 자세히 설명하고자 합니다.
일본에서는 난세이 제도에서 간토 지방에 분포하기 때문에 잘 관찰하면 주변에서 찾을 수 있을지도 모릅니다.

무화과를 생각할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 과일 무화과입니다. 사실, 과일 무화과는 Ficus 속에 속하는 많은 종 (Ficus carica) 중 하나 일뿐입니다. 즉, 무화과에는 많은 동반자가 있습니다.
Ficus 속은 뽕나무과(750종 이상)에서 가장 다양한 종이 있는 속이며, 유일한 수분 매개체인 무화과 말벌과 상호 이익이 되는 "상호 친화적 관계"가 확립되었습니다. 이 상호주의적 관계의 특성과 메커니즘에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.
 

https://youtu.be/5VaoGyGbNwc?si=SVf-9ErDe27lZhtE

 

무화과와 무화과 말벌의 생활사를 들여다 보자!

https://youtu.be/Jq5HS81ETKo?si=6gB2LCCuGjMgIriu

 

 ♀ 암컷말벌은 꽃주머니(花嚢)속에서 부화, 성장, 짝짓기를 마치고 ♀ 암컷말벌만이 꽃가루를 몸에 지니고 꽃주머니에서 탈출하여 어린 꽃주머니로 이동합니다

 

 

https://youtu.be/teDQztuTpmo?si=e5DtmlYaett5PFfT

 

말벌의 투쟁

♀ 암컷말벌은 어린 꽃주머니를 발견하고 내부를 침투하려고 하지만, 여러 개의 포엽으로 싸여 있는 꽃주머니(花嚢)의 입구를 통과하는 것은 극히 어렵다. 많은 경우, 그들은 거기에 날개를 떨어뜨립니다. 물론 그렇게 어렵게 꽃 주머니에 들어가려고하는 ♀암컷말벌의 목적은 무화과 꽃가루를 운반하는 것뿐만 아니라 자신의 자식을 남기기 위해 꽃 주머니의 꽃에 알을 낳는 것입니다.

 

 

윗줄: 곤충 담즙(자이언트 말벌), 아랫줄: 말벌의 교잡(자이언트 말벌)
알을 낳은 ♀ 말벌은 꽃주머니에서 수명을 다하지만 산란한 꽃은 담즙이 되고 그 안에서 다음 세대의 말벌이 자랍니다. ♂ 성인 말벌은 담즙을 뚫고 탈출 할 수 있지만 ♀ 말벌은 할 수 없습니다. 거기에서  ♂ 말벌은 말벌 쓸개즙을 찾아 ♀ 외부에서 구멍을 뚫습니다. 동시에 엉덩이를 넣어 짝을 짓는다. 그 후, ♀ 말벌은 쓸개즙에서 나옵니다.

 

Ficus 속의 식물에는 monoecious 종과 dioecious 종의 두 가지 유형이 있습니다. 그들 각각은 종 수의 약 절반을 차지합니다. 일본에서는 반얀 나무, 아코우 및 질경이 아코우가 단일성이며 다른 모든 종은 단일성입니다.
Ficus 속의 꽃 주머니에는 기본적으로 세 가지 유형의 꽃이 있습니다. 꽃자루의 긴 암술, 꽃자루의 짧은 암술, 그 다음 수술입니다.
말벌은 꽃 기둥의 끝에서 산란관을 가리키고 알을 낳기 때문에 산란관은 꽃 기둥의 긴 암술에있는 씨방에 도달 할 수 없으므로 알을 낳을 수 없습니다. 꽃자루의 짧은 암술만이 알을 낳을 수 있으며, 꽃자루의 긴 암술은 수분을 받아 씨앗을 생산합니다.

결국 ♀ 말벌의 생활사는 꽃주머니에서 탈출하여 어린 꽃주머니에 침입하여 알을 낳음으로써 완성됩니다. 꽃 주머니의 탈출은 무화과나무 식물의 종류에 따라 다릅니다. 두 가지 주요 유형이 있습니다. 하나는 꽃자루가 성숙함에 따라 꽃주머니 끝의 입구가 약간 열려 탈출구(예: 황금 비파)가 된다는 것입니다. 다른 하나는 꽃 주머니 내부에서 꽃 주머니 벽에 새로운 구멍을 만드는 것입니다 (예 : 비파). 구멍을 여는 것이 코바치♂의 역할입니다.
ficus wasp는 대부분의 생활 역사를 꽃 주머니에서 보냅니다.

 

 

특히 많은 ♂ 말벌은 평생 밖으로 나가지 않고 꽃주머니에서 보냅니다.  
 

다음으로 Ficus 속의 번식 시스템을 살펴 보겠습니다!

당? 가장자리?
♀ 코와시는 꽃주머니에 들어가기 위해 고군분투하지만 "물기"와 "빗나감"이 있습니다. 이것은 dioecious 무화과 식물♂의 주머니에있는 꽃의 형태와 dioecious 무화과 식물♀의 변형의 차이 때문이며, 이는 나중에 설명 될 것입니다.
♀ 식물의 꽃은 긴 꽃자루를 가지고 있으며 거기에 알을 낳을 수 없으므로 말벌의 "실수"입니다. 반면에 ♂ 식물의 꽃은 꽃자루가 짧고 꽃에 알을 낳을 수 있으므로 말벌에게 "물린"것입니다. 그러나 꽃 주머니의 외부와 구별 할 수 없습니다. 이것이 무화과나무 식물의 번식 시스템의 전략입니다.

 

Ficus 속에는 monoecious와 dioecious 종이 있습니다. 그들 각각은 종 수의 약 절반을 차지합니다. 일본에서는 반얀 나무, 아코우 및 질경이 아코우가 단일성이며 다른 모든 종은 단일성입니다.
Ficus 속의 꽃 주머니에는 기본적으로 세 가지 유형의 꽃이 있습니다. 꽃자루의 긴 암술, 꽃자루의 짧은 암술, 그 다음 수술입니다.
말벌은 꽃 기둥의 끝에서 산란관을 가리키고 알을 낳기 때문에 산란관은 꽃 기둥의 긴 암술에있는 씨방에 도달 할 수 없으므로 알을 낳을 수 없습니다. 꽃자루의 짧은 암술만이 알을 낳을 수 있으며, 꽃자루의 긴 암술은 수분을 받아 씨앗을 생산합니다.

 

위에서 보았듯이 무화과 말벌은 무화과 식물 없이는 다음 세대를 생존 할 수 없으며 살 수 없습니다. 반면에 무화과 식물은 수분 매개체가 없기 때문에 무화과 말벌 없이는 씨앗을 생산할 수 없습니다. 둘 사이의 관계는 절대적인 공생 관계입니다.

이제 또 다른 기능인 "한 종 대 한 종"을 살펴보겠습니다 
 

https://youtu.be/XOIK08oChp0?si=6X5S2FIXDWDuO27r

 

한 種과 한 種의 관계를 배워 봅시다!

Ficus 속과 무화과 말벌 사이의 공생 관계는 매우 종에 따라 다릅니다. 많은 경우에 그것은 "한 종 대 한 종"입니다.
예를 들어, 황금 비파와 황금 비파, 붉은 꼬리 비파와 붉은 꼬리 비파는 공생 관계를 형성합니다. 두 종의 식물이 나란히 있어도 해당하는 두 종의 말벌은 식물을 정확하게 인식하고 꽃주머니에 접근할 수 없습니다. (슬라이드의 코바치 사진은 아리모토 씨로부터)

1 종 대 1 종
당 연구에서는
일본에 분포하는 무화과 식물과 그 수분의 관계를 기본적으로 "1 종 대 1 종"으로 엄격하게 유지하고 있습니다. 다음은 가장 흔한 종의 사진입니다.
식물의 잎 모양과 꽃 주머니의 모양, 말벌의 더듬이 모양에주의를 기울이면 각 종의 특성을 볼 수 있습니다. DNA에 의한 계통 발생 학적 분석은 7 종 중 3 종, 즉 거대 비파, 붉은 꼬리 비파, 기란 이누비와가 비교적 밀접한 관련이 있으며 그들의 말벌도 밀접한 관련이 있음을 보여주었습니다. 사진에서 그들의 밀접한 관계 (형태 학적 특성)를 볼 수 있습니까?
코바치의 사진은 아리모토 씨가 촬영한 것으로, 눈금 막대는 0.5mm(거대 말벌만 1mm)입니다.

일본 류큐와 보닌(오가사와라) 섬에 있는 무화과와 무화과 수분 말벌의 분자 계통 발생. 유전자 Genet. 시스템 85 : 177-192 (2010).

 

제가 협업하고 있는 대만의 한 대학의 연구실 구성원들과 함께 조사하고 데이터를 수집하기 위해 대만에 갔을 때의 비디오를 편집했습니다. 필드 워크의 분위기를 느낄 수 있으면 기쁩니다. (촬영하는 동안 사진 작가도 함께 걷고 있었기 때문에 카메라 흔들림이 있습니다.) 술에 취하지 않도록 주의해 주십시오)



대만에서는 많은 연구 및 수집 성과가 있으며, 그 중 하나는 논문으로 출판되었습니다.
게놈 전체의 염기서열 데이터는 이산무과나무(Moraceae, Ficus)의 숙주 이동에 의한 수분 매개체 공유 가능성을 시사합니다.

 

COPYRIGHT © JT 생물사 연구소. 판권 소유.

 

https://youtu.be/K5QbNFbJs7M?si=No-IOIzHo_Orzkr0

 

https://youtu.be/88JkvxTgZgo?si=TofOnArhi9vqQxn9

 

 

 

출처: DNA로부터의 진화 탐구 | 무화과나무 식물과 무화과 말벌의 공생 관계 메커니즘 | JT 생물 의학 연구 센터 (brh.co.jp)

DNAから進化を探る | イチジク属植物とイチジクコバチの共生関係の仕組みについて