울긋불긋 곱게 물든 단풍의 진수를 맛볼 수 있는 계절이다. 가을 산에 오르면 물감을 뒤집어쓴 듯 빨갛고 노란색 나뭇잎들이 투명한 가을 햇살에 반짝여 보는 이의 눈을 즐겁게 한다. 가을이 되면 푸르던 산은 왜 알록달록한 옷으로 갈아입고 잎사귀를 떨구는 것일까. 나무는 어떻게 계절의 변화를 알아차릴 수가 있을까.

●기온 낮아지면 식물도 월동 준비

단풍이란 나뭇잎이 평소와 다른 색깔을 띠는 것을 말한다. 나뭇잎은 보통 엽록소를 지녀 녹색을 띤다.

엽록소가 태양 광선을 받아 녹색 빛을 반사하기 때문이다. 그런데 이 엽록소가 없어진다면 잎은 붉은색, 노란색 등 다른 색깔로 바뀌면서 단풍이 되는 것이다.

단풍의 색깔은 잎 속에 다양한 색소가 존재하기 때문이다. 가을철이 돼 기온이 낮아지면 나무도 ‘월동’ 준비를 한다. 나뭇잎과 가지 사이에 ‘떨켜(분리층)’를 만들어 나뭇잎을 떨어뜨리려 한다.

엽록소와 단백질 등을 이듬해에 쓰기 위해 줄기나 뿌리 쪽으로 이동시키는 과정이다.

때문에 떨켜가 만들어지면 나뭇잎은 뿌리에서 충분한 물과 영양을 공급받지 못한다. 또한 잎에서는 계속 광합성 작용이 일어나지만 엽록소가 줄기 등으로 이동, 잎의 엽록소는 점차 줄게 된다. 반면 잎속에 숨어있던 노란색이나 주황색 색소인 크산토필과 카로틴이 드러나면서 노란색이나 주황색으로 잎이 옷을 갈아입는다.

붉은색의 단풍은 안토시아닌 계통의 색소 때문이다.

광합성을 통해 만들어진 영양분은 기온이 떨어지면 줄기 등으로의 이동이 느려진다. 이 영양분은 잎에서 점차 붉은색의 안토시안 색소로 변한다. 안토시안 색소는 일교차가 큰 가을철일수록 잘 만들어진다.

●낙엽은 봄을 준비하는 과정

떨켜는 단순히 잎사귀를 떨어뜨리는 역할만 하는 것은 아니다. 잎이 떨어진 자리를 메워 수분이 증발하거나 미생물이 침입하는 것을 막아준다. 식물이 광합성으로 새로운 잎을 만들려면 태양 광선 이외에도 질소, 수소, 탄소 등의 영양분이 필요하다. 이 가운데 탄소는 공기 중의 이산화탄소에서, 수소는 뿌리가 빨아들이는 물에서 구한다.

하지만 질소와 다른 영양분은 구하기가 힘들어 줄기 등에 쌓아뒀다가 이듬해 봄에 다시 사용한다.

결국 질소와 영양분들이 나뭇잎으로 빠져 나가는 것을 막기 위해 나무는 일부러 잎사귀를 떨어뜨리는 것이다. 게다가 칼슘이나 규소 등 불필요한 영양분을 잎에 저장했다가 낙엽으로 배출하는 역할도 한다.

은행나무나 단풍나무는 늦가을에 떨켜를 만들어 잎을 떨어뜨린다. 반면 떡갈나무나 밤나무 등은 떨켜를 만들지 않는다. 이들 나무는 원산지가 열대지방 등 더운 지역이기 때문에 떨켜를 만들어 영양분을 축적하는 시스템이 없다. 그래서 이들 나무는 한겨울에도 누렇게 변한 잎을 줄기에 매달고 봄을 기다린다.

●식물은 어떻게 계절을 알까

토종 식물들은 계절 변화에 맞춰 꽃을 피우고 단풍을 만들며 낙엽을 지게 한다.

하지만 계절에 상관 없이 늘 푸르른 열대지방의 식물들은 추운 곳에 두면 이내 죽고 만다. 식물은 기온의 변화보다 밤과 낮의 길이를 통해 계절의 변화를 감지한다.

잎은 광합성을 하기 때문에 태양 광선이 존재하는 낮과 그렇지 않은 밤의 길이를 잴 수 있는 메커니즘을 갖고 있다. 연구 결과에 따르면 낮과 밤의 길이가 1년을 주기로 일정하게 변화하기 때문에 가능하다.

포항공대 생명과학과 남홍길·유종상 박사 연구팀은 “홍채나 조리개처럼 식물에서도 흡수된 빛의 양을 필요에 맞게 적절히 조절하는 고도로 정교한 생화학적 조절 메커니즘이 존재한다.”고 밝혔다.

식물내에는 빛의 정보를 조절하는 유전자 ‘PAPP5’가 있는데, 이 유전자가 빛의 양이나 밝기를 관리해 세포 활동이 최적의 상태로 유지되도록 도와준다는 것이 연구팀의 설명이다.

이영표기자 tomcat@seoul.co.kr