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단풍 연구

 

 

  단풍(丹楓)은 기후 변화에 의해 나뭇잎에 생리적 변화가 일어나 녹색 잎이 붉게 변하는 현상을 말하며, 광범위하게는 황색 및 갈색으로 변하는 현상까지도 포함한다. 단풍은 나무가 겨울나기를 위해 ‘낙엽 만들기’를 준비하면서 만들어진다. 가을이 되면 나무는 나뭇잎으로 가는 물과 영양분을 차단하게 된다. 이 때문에 나뭇잎에 들어 있던 엽록소는 햇빛에 파괴되면서 양이 줄게 되고, 결국 나뭇잎의 녹색은 점차 사라지게 된다. 대신 종전에는 녹색의 엽록소 때문에 보이지 않던 다른 색의 색소가 더 두드러져 나뭇잎이 다양한 색을 나타내게 되는 것이다.

 

  색깔별로 살펴보면 붉은 단풍은 광합성을 통해 만들어진 영양분(당)이 기온이 떨어지면서 이동이 느려지는데, 액포에 당이 많을수록 안토시아닌과 당이 결합해 단풍색이 훨씬 더 밝아진다. 당은 일교차가 클수록 잘 만들어지기 때문에 가을 일교차가 클수록 단풍이 아름답게 물든다. 이밖에 황색 및 갈색 단풍은 각각 노란색의 카로틴 색소와 크산토필 색소에 의해 자신의 색을 띄게 된다.

 

  광합성을 하는 식물들은 밤에는 호흡으로 당을 소비한다. 기온이 낮으면 호흡량이 줄어 상대적으로 당이 많아지는 것이다. 또한 잎자루 아래에 떨켜가 생겨 잎에서 만들어진 당이 줄기로 내려가지 못하고 잎에 쌓이게 되는데, 이러한 이유도 단풍이 드는 이유 중 하나로 꼽히고 있다.

 

  단풍은 나무의 잎이 더 이상 활동하지 않게 되어 나타나는 현상이다. 잎이 활동을 멈추면 엽록소가 파괴되고 자가분해가 진행된다. 엽록소의 자가분해과정에서 안토시안이 생성되는 종은 붉은 색 또는 갈색 계열의 단풍이 들게 된다. 안토시안이 생성되지 않는 종은 엽록소의 녹색에 가려 보이지 않던 잎 자체에 들어 있는 노란 색 색소들이 나타나게 되어 노란 단풍이 든다. 이것은 안토사인이라는 화학물질에서 시작된다. 가을에 비가 적게 와 가뭄이 이어지고 기온이 갑자기 떨어지면 엽록소의 파괴 속도가 빨라지기 때문에 색깔이 선명해진다. 통상 하루 최저기온이 5도 이하로 떨어지면 단풍이 시작된다. 기상청은 단풍이 산 전체의 20% 가량을 차지하면 '첫 단풍', 80% 정도면 '절정기'로 분류한다.

 

정부청사 앞 마당의 노란 은행잎

 

  단풍에 대한 특이한 연구결과도 있다. 뉴욕 콜게이트 대학 연구진은 ‘단풍의 붉은색은 경쟁자를 제거하고 자신의 종족을 보존하기 위한 일종의 독이자 방어막’이라는 주장을 제기하기도 했다. 단풍나무처럼 붉게 물든 나무들은 주변에 다른 종의 나무가 자라지 못하도록 독을 분비한다는 것이다.

 

  연구진은 다른 색의 단풍과는 달리 붉은 색의 단풍에서만 이러한 현상이 나타난다는 것에 주목했다. 이를 증명하기 위해 단풍나무의 붉은 잎과 파란 잎, 너도밤나무의 노란 잎과 녹색 잎을 채취해 각각 상추 씨앗 위에 뿌려 발아 정도를 측정하는 실험을 진행했다. 그 결과 단풍나무의 붉은 잎이 다른 색의 잎들에 비해 상추 씨의 발아율을 크게 감소시켰음을 밝혀냈다.

 

  즉 붉은 단풍의 색소는 다른 성분이 파괴된 뒤 남아있는 것이 아니라, 나무가 변화하는 환경에 적응하기 위해 생성하는 일종의 독이자 방어막이라는 것이다. 연구진은 “가을에 붉은 단풍잎이 떨어지면 안토시아닌(antocyanin) 성분이 땅 속으로 스며들어 다른 수종의 생장을 막는 것으로 보인다.”고 말했다.

 

  안토시아닌이 어떠한 방법으로 다른 수종의 생장을 막는가에 대해서는 앞으로 더 많은 연구가 필요할 것으로 보이지만, 우리가 주목할 것은 단풍의 그 화려한 아름다움 속에 이처럼 생존과 종족 보존을 위한 숨겨진 이면이 있다는 점이다. 바로 이러한 결과들이 연구자들에게는 단풍에 대한 연구를 계속하도록 하며, 우리에게는 단풍에 대한 새로운 연구결과를 기대하게 만드는 이유일 것이다.

 

  단풍나무(영어: red emperor maple, palmate maple 또는 smooth Japanese-maple)는 무환자나무목 무환자나무과의 식물이다. 학명은 아처 팔마툼(Acer palmatum)이며, 한국과 일본이 원산지다. 한국에서 가을에 나무 잎이 붉게 물드는 나무는 단풍나무 외에도 당단풍, 복자기, 옻나무과의 붉나무, 장미과의 마가목, 벚나무, 팥배나무 등이다. 하지만 노랗게 물드는 나무는 상수리나무와 굴참나무 그리고 은행나무이다. 콩과 나무와 뽕나무과 나무, 목련과 나무들도 노란색으로 물든다.

 

  단풍놀이: 중국, 일본, 한국 등 동아시아에서는 단풍이 드는 시기가 되면 산이나 공원 등으로 단풍놀이를 간다. 

 

Q1. 가을엔 왜 단풍이 드나요? 단풍은 식물의 잎에 함유된 색소들의 분해 시기가 각기 달라서 일어나는 현상입니다. 식물의 잎에는 엽록소 이외에 카로티노이드와 안토시아닌 등의 보조색소도 있는데요. 엽록소와 함께 봄부터 잎 속에 합성되는 노란색 카로티노이드는 녹색의 엽록소에 가려 눈에 잘 띄지 않습니다. 붉은 색소인 안토시아닌은 그 성분이 세포액에 녹아 있다가 늦여름부터 새롭게 생성되어 잎에 축적됩니다. 식물은 해가 짧아지고 기온이 낮아지면 잎으로 드나들던 영양분과 수분을 막습니다. 그 결과 엽록소가 합성되지 않고 남아있던 엽록소는 햇빛에 분해되어 녹색이 서서히 사라지죠. 분해 속도가 상대적으로 느린 카로티노이드와 안토시아닌은 일시적으로 제색인 노란색과 붉은색을 내기 시작합니다. 이마저 분해되면 쉽게 분해되지 않는 탄닌 색소로 인해 나뭇잎은 갈색으로 변합니다.

 

Q2. 단풍이 예쁘게 드는 날씨가 따로 있나요? 늦더위보다는 건조하고 일조량이 많은 가을 날씨의 지속 여부가 단풍에 직접적인 영향을 미칩니다. 밝은 햇살과 건조한 날씨는 수액에 당분 농도를 증가시켜 안토시아닌을 많이 생성하게 하기 때문이죠. 또 일교차가 큰 서늘한 날씨는 엽록소를 빨리 분해시킵니다. 그래서 평지보다는 일교차가 큰 산악지방, 강수량이 적은 지방, 일조량이 많은 양지쪽에 밝고 고운 단풍이 듭니다.

 

Q3. 붉은색 단풍이 어떤 효과가 있나요? 과학자들은 나무들이 추운 겨울을 앞두고 왜 색소를 만드는지 궁금해 했다고 합니다. 그래서 곤충 실험을 해보니, 빨간색에 진딧물 등이 덜 몰렸다고 하네요. 즉 열매를 해충으로부터 보호하기 위해서라는 것이지요. 단풍잎 색에 대한 또다른 연구도 있습니다.‘단풍의 붉은색은 경쟁자를 제거하고 자신의 종족을 보존하기 위한 일종의 독이자 방어막’이라는 뉴욕 콜게이트 대학의 연구입니다. 단풍나무처럼 붉게 물든 나무들은 주변에 다른 종의 나무가 자라지 못하도록 독을 분비한다는 내용입니다.

 

Q4. 단풍은 활엽수에만 드나요? 낙엽활엽수가 아닌 나무에서도 단풍이 들 수 있습니다. 자라는 환경이 좋지 않은 곳에 적응해온 대부분의 침엽수들은 사계절 푸른 상록침엽을 가지고 있는데요. 침엽수인 낙엽송, 낙우송, 메타세쿼이아는 노랗거나 황갈색의 단풍이 듭니다. 매년 낙엽이 지는 침엽수인 것이죠.

 

 

참고 연관자료

 

단풍에 대한 궁금증

단풍에도 이유가 있다-한겨레 신문

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