우리나라는 사계절이 있어 참 복받은 나라입니다. 봄은 봄대로 여름은 여름대로 또 가을은 가을대로 자연은 우리에게 즐길거리를 다 다르게 내 놓으니 자연을 즐길 수 있는 이에게 우리나라의 사계절은 더할 나위 없는 축복인 셈입니다. 이제 가을입니다. 가을의 아름다움에는 어떤 것들이 있을까요? 우리같은 식물 애호가들에겐 가을꽃은 더 말할 것도 없는 것일터이니 열외로 한다면, 저는 가을 미학의 최고봉의 자리에 단풍을 두고 싶어집니다. 가을 산을 오르면 파란 하늘은 높이 보여 정상을 향하는 마음을 부채질하고, 가을 바람은 서늘 하면서도 시원하여 이마의 땀을 쉽게 식혀줍니다. 이렇게 가을은 날씨조차도 산으로 향하기 딱 좋은데 산길에 접어들면 시집가는 고운처자처럼 연지 곤지찍고 분단장하고 우릴 기다리고 있으니 더 말할 필요조차 없습니다. 하지만 아쉽게도 아름다운 가을 단풍은 그리 오래 가지 않습니다. 지금 이 순간에도 가을 단풍은 갈색으로 빛을 잃어가고 있으니 어서 산으로 떠날 채비를 하여야겠습니다. 하지만 그 전에 가을 단풍이 드는 이유 정도는 알고 산으로 떠난다면, 단풍을 바라 보는 즐거움에 작은 탄성이 하나 더 추가 되지 않을까요?
인터넷에 단풍 드는 이유라고 입력하여 검색해 보면 식물이 단풍이 드는 이유에 대해 보통 고만 고만한 설명들이 쉽게 검색됩니다. 대개의 경우 카로티노이드와 안토시아닌 색소를 중심으로 설명을 하고 있으니, 이 글에서는 왜 식물들이 그런 색소를 생성하는지를 알아보는 것으로 부터 시작해 볼까 합니다. 사람이 입으로 영양분을 섭취하고 호흡을 하면서 생존에 필요한 에너지를 얻듯이 식물은 에너지를 땅속에 둔 뿌리를 통해 무기물을 흡수하고 잎을 통해서는 광합성을 하여 흡수한 무기물을 식물체 유지에 필요한 유기물로 합성하게 됩니다. 그런데 사람이 섭취한 음식물로 당이나 지방 외에도 다양한 물질을 만들어 생체의 기능을 조절하듯이 식물도 당연히 다양한 물질을 만들어 그들의 생체를 유지하게됩니다. 식물이 자연계에서 생존하기 위하여 스스로 만들어내는 많은 물질들 중에 단풍과 관련된 물질이 두가지가 있는데, 바로 안토시아닌과 카로티노이드입니다.
먼저 안토시아닌은 탄수화물에 의해 생성이 촉진되는 물질로 너무 뜨겁지 않은 햇볕에 밤엔 시원하여 일교차가 클수록 잘 만들어 집니다. 따라서 봄과 가을에 주로 식물체내에서 만들어지는데, 식물의 노화를 촉진하는 자외선을 차단(정확히는 안토시아닌 색소가 자외선을 흡수하여 식물의 피해를 막음)하는 기능이 있습니다. 그래서 이 색소는 봄에 자라는 식물의 어린 잎에서는 강한 자외선을 막는 햇빛가리개 역할을 하게됩니다. 예를 들어 깽깽이풀의 어린 잎은 붉은 색을 띠고 있는데, 그 것은 어린 잎에서는 바로 이 안토시아닌이 많기 때문입니다. 하지만, 봄과는 달리 생명력이 다한 잎에서는 자외선을 차단할 필요가 없기 때문에 가을에 붉은 단풍을 만드는 식물들이 이 안토시아닌을 만들어내는 것은 설명이 되지 않습니다. 여기에 대한 정확한 이유는 아직 잘알려져 있지는 않지만, 서로 다른 곳에서 이루어진 두 개의 연구가 그 연유를 설명해줄 수 있을 듯 합니다.
2008년 영국 임페리얼대 연구진은 진딧물이 붉은색보다 노란색에 6배나 많이 몰려드는 것을 실험을 통해 확인했습니다. 따라서 연구진은 이 연구를 토대로 식물은 열매를 맺는 가을에 해충이 몰려드는 것을 막기 위해 붉은색 색소를 만든다고 설명합니다. 이 실험의 결과가 붉은색 단풍을 만드는 모든 식물에 대한 답이 될 수는 없겠지만, 분명히 한가지 이유는 될 수 있을 듯 합니다. 그리고 한편으로 뉴욕 콜게이트 대학 연구진의 연구에 따른다면, 이 안토시아닌에 의해 만들어지는 단풍의 붉은색은 경쟁자를 제거하고 자신의 종족을 보존하기 위한 일종의 독이자 방어막의 역할을 하는 것으로 보입니다.그들의 실험에 따르면 단풍나무의 붉은 잎과 파란 잎, 너도밤나무의 노란 잎과 녹색 잎을 채취해 각각 상추 씨앗 위에 뿌려 발아 정도를 측정하는 실험을 진행한 결과 단풍나무의 붉은 잎이 다른 색의 잎들에 비해 상추 씨의 발아율을 크게 감소시켰다고 합니다.
이렇게 미국과 영국의 연구진의 연구결과는 식물들이 안토시아닌을 만드는 다른 이야기를 하고 있지만, 결국은 종족번식을 목적으로 안토시아닌을 만든다는 점에 대해서는 동일합니다. 그리고 안토시아닌을 만드는 식물이 하나 둘이 아닌만큼 어느 하나가 틀렸다고 할 수도 없겠지요. 그런데 이 안토시아닌은 근본적으로는 식물에게도 사람에게도 매우 좋은 물질로 동식물의 체내에서 생성되는 나쁜 활성산소를 없애는 강력한 항산화 작용으로 인한 노화방지에 큰 효능이 있는 물질로도 잘 알려져 있습니다. 따라서 잘 모르지만 가을철 식물들이 이 안토시아닌을 만들어내는 또 다른 이유도 있을 법합니다. 하여간 아직은 조금은 베일에 싸여 있기도 하지만, 식물들이 종족 번식을 위해 만들어내는 바로 이 안토시아닌이 타오르는 듯 붉은 단풍을 만드는 이유가 되는 그 색소인 것입니다.
그리고 식물에 있어서 가장 중요한 색소 중의 또 하나가 바로 카로티노이드 계열의 색소입니다. 이 카르티노이드 색소는 광합성을 위한 빛 에너지를 포집하는 기능, 즉 가시광선을 흡수하는 기능이 있으며, 더불어 안토시아닌과 같은 활성산소 제거기능, 그리고 과도하게 흡수된 빛 에너지를 열로 전환하여 광저해를 방지하는 기능을 지니고 있어 광합성 대사에 없어서는 안 될 중요한 역할을 수행하게 됩니다. 이 카르티노이드는 잎에 엽록소와 함께 존재하면서 광합성의 기능을 수행하고 있지만, 여름철의 식물의 잎에는 엽록소가 훨씬 더 많기 때문에 가을이 오기 전에는 그 색상을 드러내지 않습니다. 하지만 가을이 되면서 기온이 떨어지게 되면 식물들은 뿌리로 부터 물을 흡수하기 힘든 겨울철을 대비하기 위하여 에너지를 많이 소비하는 잎을 떨궈야 하는데, 이 과정에서 나뭇잎과 가지 사이에 양분의 공급을 차단하는 떨켜층이 형성되기 시작합니다. 그러면 잎에서는 계속 햇빛을 받아 광합성을 양분을 생성하지만 떨켜층 때문에 줄기로 이동하지 못하고 잎내에 남게되고 이로 인하여 잎내 산도가 증가됩니다. 이는 결과적으로 엽록소를 파괴하게 되고 지금껏 엽록소 때문에 보이지 않던 카로티노이드 계열의 색소가 비로소 드러나게 됩니다. 바로 이 것이 노랗게 물드는 단풍이 존재하게 되는 이유인 것이지요.
우리는 이제 이렇게 가을에 붉고 노란 단풍이 드는 이유를 약간의 고민 끝에 알게 되었습니다. 하지만 가을에 낙엽을 떨구는 모든 식물들이 다 붉거나 노란 단풍을 만들지는 않습니다. 가지에 붙은채로 말라 비틀어진뒤에 비로소 낙엽이 되어 떨어지는 수종들도 있습니다. 카로티노이드계열의 색소가 광합성을 위한 중요한 역할을 수행하므로 그들에게도 존재할터인데, 어찌하여 노랗게 물들지 않는 것일까요? 모든 식물들이 다 가을이 되면 급하게 떨켜층을 만들어 식물들의 잎에서 소모하는 에너지를 절약할 필요는 없는가 봅니다. 그들은 떨켜층을 만들지 않고 마지막 순간까지 광합성을 하게 하다가 뿌리에서 더 이상 물을 공급하지 못하게 되면 잎은 자연스럽게 말라 떨어지게 됩니다. 오리나무의 경우, 이런 연유를 잘 설명할 수 있을 듯 합니다. 오리나무의 뿌리에는 혹박테리아가 기생하고 있는데, 오리나무는 이 혹박테리아부터 생존에 필요한 질소를 얻게 됩니다. 따라서 오리나무는 가을이 되어도 나뭇잎에 남은 질소 등의 영양성분을 아껴 모으는 것보다는 광합성을 최후의 순간까지 하는 것이 더 유리한 셈이 되는 것입니다.
가을 단풍드는 이유, 노랗게 단풍드는 이유와 빨갛게 단풍 드는 이유 그리고 단풍이 들지 않고 잎을 떨구는 이유도 이제는 대충이나마 알게 되었습니다. 이 과정에서 안토시아닌이나 카로티노이드 같은 머리 아픈 용어를 어쩔 수 없이 들먹이게 되었지만, 핵심은 그런 것들이 아닌 것 같습니다. 가을에 붉은 단풍이 드는 이유는 해충이나 경쟁자를 제거함이 한 이유일 수도 있고, 노란색으로 단풍드는 것은 에너지 절약 정책에 의해 엽록소에 가려있던 또 다른 중요한 그 무언가가 드러난 것일 뿐입니다. 그리고 또한 우리가 아직은 모르는 그 무언가를 위해 식물들은 가을이 되면 아름답게 잎을 물들이는 것이겠지요. 비록 짧은 고민으로 가을에 단풍드는 것이 우리를 즐겁게 해주기 위함이 아니라는 것을 알게 되었지만, 그래도 알면 알수록 자연의 세계는 재미있다는 생각입니다.
