가을 단풍에 관한 동영상과 설명입니다.
(원문)
모든 식물의 세포에는 광합성을 하는 엽록소와 광합성을 돕는 보조색소가 있다. 노란색을 띠는 카로티노이드와 크산토필, 붉은색을 띠는 안토시아닌 모두 보조색소에 속한다. 단풍의 색은 이 보조색소 때문에 나타난다.
보조색소 중에서도 붉은 빛을 띠는 안토시아닌은 특별하다. 카로티노이드는 모든 식물이 가진 보조색소로 그 함량에 따라 노란 빛이 얼마나 진하게 보이느냐가 결정되는 반면 안토시아닌은 가을이 되면 나무가 새롭게 만들어내는 색소다. 세포 내에 당이 많을수록 많이 합성된다. 때문에 햇빛이 많고 강수량이 많은, 즉 광합성이 잘 일어날 조건이 되는 해에 단풍이 더욱 붉게 물든다.
월동준비에 전력을 다해도 바쁠 때에 왜 굳이 에너지를 사용해가며 안토시아닌을 만드는 걸까.
세 가지 이유가 있다. 우선 안토시아닌은 뜨거운 빛으로부터 식물을 보호하는 자외선 차단 기능이 있어, 식물의 광피해를 줄인다.
두 번째 기능은 ‘타감물질’을 만든다는 점이다. 타감물질은 다른 식물의 생존을 막거나 저해하는 화학물질로, 단풍나무 근처에 다른 식물들은 거의 살지 않는다.
마지막은 해충을 막기 위해서다. 토마스 되링 영국 임페리얼컬리지런던대 박사팀은 진딧물이 노란색 잎보다 붉은색 잎에 6배나 적게 몰려드는 것을 확인했다.
매년 가을이 되면 국립산림과학원과 예보업체들은 단풍 시작 시기를 발표한다. 그러나 예측은 잘 맞지 않는다. 왜일까.
단풍 시기는 단풍이 물드는 순서를 이용해 추정할 수 있다.
예를 들면, 9월 말에서 10월 초에 은단풍을 시작으로 삼손단풍, 꽃단풍, 화살나무, 좁은단풍, 털단풍 등이 뒤를 잇는다. 첫 단풍의 시기만 잘 관찰하면 그 이후의 단풍 예측은 정확하다. 그러나 한 달 전에 미리 예측하지는 못한다.
온도, 강수량 등의 외부 조건을 대입해 얻은 회귀모델을 이용할 수도 있다.단풍 시기는 기온이 낮을수록, 강수량은 적을수록 빨라진다. 나무의 입장에서는 춥고 건조한 겨울이 빨리 왔다고 느껴, 겨울을 날 준비를 이르게 시작하는 것이다. 아넷 멘첼 독일 뮌헨공대 교수팀의 연구 결과,8~9월의 평균 온도가 1°C 높아질 때마다 단풍 시기는 최대 2일까지 늦춰졌다.
하루에 햇빛을 얼마나 받았는지(광주기)를 변수로 삼은 회귀 모델도 있다. 잎이 지기 위해서는 광주기가 임계값 이하가 돼야 한다.즉, 낮이 일정 정도 짧아져야 한다.
하지만 이런 회귀 모델은 단풍 시작일을 잘 예측하지 못한다. 과거 데이터 통계에 기반한 것이기 때문에 갑자기 변하는 기후 변화에 유동적으로 대처할 수 없다.요즘과 같이 이상 기후가 계속될 때는 더더욱 예측이 어렵다.
개화에 비해 단풍은 데이터가 많지 않다.개화는 곤충들의 짝짓기 시기 등 생태계 전반에 영향을 미치지만 단풍은 그렇지 않기 때문이다. 정확한 예측 모델이 나오기까지는 시간이 더 필요할 것 같다.
http://news1.kr/articles/?3443004
가을이면 울긋불긋해지는 나뭇잎 ‘왜그럴까?’
4일 강원 태백산 일대에 붉은 단풍 빛이 감돌고 있다. 2018.10.4
가을이 찾아온 것을 알리듯, 숲의 색깔은 노랗게 변하기도 하고 빨갛게 물들기도 한다. 왜 날씨가 서늘해지면서 푸르던 나뭇잎은 울긋불긋한 색깔로 갈아입는 것일까.
모든 식물들은 광합성을 하기 위해 잎 속에 색소를 가지고 있다. 초록색을 띠는 엽록소 외에도 노란색 계열 ‘카로티노이드’, 붉은색 계열 ‘안토시아닌’ 등이 있다. 카로티노이드는 날이 따뜻할 때는 엽록소에 가려서 잘 보이지 않고, 안토시아닌은 늦여름부터 활동을 시작하는 특징이 있다.
계절이 바뀌어 기온이 낮아지면서 척박한 겨울을 나기 위해 나무들은 잎으로 가던 수분과 영양분을 차단하고 줄기로만 보내게 된다. 그 결과 물과 영양소를 전달받지 못한 잎 속 엽록소는 합성되지 않고 햇빛에 분해된다. 이때 나뭇잎 속 녹색이 사라진다. 다만 분해속도가 느린 색소 카로티노이드와 안토시아닌은 한동안 본래 색을 발하게 된다. 시간이 더 흐르면 탄닌 색소로 탓에 잎은 갈색으로 변한다.
하지만 이처럼 알려진 기존 단풍이 드는 과학원리를 깨는 연구결과도 있었다. 뉴욕 콜게이트(Colgate) 대학 연구팀은 지난 2005년 붉은 단풍나무는 엽록소가 파괴된 후 남은 색소 안토시아닌이 내는 색이 아니라 나무가 추운 환경에 적응하면서 안토시아닌을 ‘독’ 또는 ‘방어막’처럼 생성하기 때문이라고 주장했다. 기존에 알려진 단풍 원리와 다른 과정을 밟는다는 지적이다.
연구팀은 단풍나무의 빨간 잎과 파란 잎, 밤나무의 노란 잎과 녹색 잎을 상추 씨앗에 뿌리는 실험을 했다. 그 결과 빨간 단풍잎이 다른 잎보다 상추씨의 발아를 크게 저해시키는 것으로 확인됐다. 연구팀은 “빨간 단풍잎이 떨어지면 안토시아닌 성분이 흘러나와 땅속으로 스며들어 다른 수종의 생장을 막고, 오롯이 단풍나무만 자랄 수 있도록 종 번식을 유도하는 것”이라고 설명했다.
죽음 향한 ‘시속 830m’, 단풍은 왜 아름다울까
시속 830m의 속도로 죽음을 향해 남하합니다. 하루에 20㎞. 이 마지막을 구경하러 사람들은 삼삼오오 산으로 모여듭니다. 마치 그리스도교 국가의 풍습인 사육제가 연상되기도 하는데요. 한 달여에 걸친 이 여행이 끝나면 가을도 끝이 나게 되죠. 바로 ‘단풍’ 얘깁니다.
올가을 단풍 많이들 즐기셨나요? 기상청에 따르면 단풍은 지난 9월 27일 설악산에서 시작돼 10월 17일 절정에 이르렀습니다. 북에서 남으로 추위를 따라 이동하는 단풍. 11월 초인 지금쯤은 목적지에 거의 도착했을까요. 오늘 3분 과학은 가을의 찬란한 죽음, 단풍에 대해서 한 번 얘기해보도록 하겠습니다.
김현석 서울대 산림과학부 교수는 “원래 나뭇잎에는 초록색을 띠는 엽록소 외에도 여러 개의 색소체가 숨어 있다”며 “예를 들어 노란색 단풍의 경우는 엽록소가 파괴되면서 ‘카로티노이드(Carotenoid)’라는 노란 색소가 겉으로 드러나기 때문에 나타난다”고 단풍의 생성원인을 설명했습니다. 여름에 초록색 엽록소에 가려 보이지 않던 다른 색소들이 가을이 되면 얼굴을 내민다는 것이죠.
카로티노이드 외에도 나뭇잎은 엽록소의 활동을 보조해주는 보조색소를 많이 갖고 있는데요. 계란을 노랗게 보이게 하는 ‘크산토필(Xanthophyll)’ 등이 그것입니다. 광합성이 활발한 여름철에는 이 보조색소들이 엽록소의 효율을 높여줍니다.
그런데 날씨가 추워지면 상황이 달라집니다. 나무는 햇빛을 받아들여 광합성을 하고, 이를 통해 물ㆍ산소ㆍ포도당 등의 유기 에너지를 합성해 살아가죠. 이 작업을 하기 위해서는 나무의 본체가 끊임없이 나뭇잎에 영양분을 공급해줘야 합니다. 그런데 여름에서 겨울로 계절이 바뀔수록, 광합성의 원료가 되는 햇빛의 양이 줄어듭니다. 효율성이 떨어지는 것이죠.
나무는 에너지 절약을 위해 과감히 광합성을 포기합니다. 잎으로 가는 물과 영양소를 차단하기 위해 차단막도 설치하죠. 이 세포층을 ‘떨켜’라고 합니다. 떨켜로 인해 영양공급이 끊기면 엽록소가 파괴되고, 그제야 보조 색소들이 각자의 색을 내게 되는 것이죠.
김현석 교수는 “활엽수는 여름에 고밀도로 일하고 겨울에는 잎을 떨어뜨린다”며 “그 전에 질소ㆍ인ㆍ칼륨 등 주요 영양소를 나무 몸체에 농축시켜두고 겨울을 난다”고 말했습니다. 이 작업을 ‘재전류’ 혹은 ‘체내전이(Retranslocation)’라고 합니다. 이듬해 봄이 되면 이때 저장된 영양분들을 다시 잎으로 보내 광합성을 돕는다는 게 김 교수의 설명입니다.
그런데 단풍 중에서도 붉은색을 띠는 것들은 조금 특별합니다. 김 교수는 “붉은색 단풍은 수용성 색소인 ‘안토시안(Anthocyan)’에 의해 나타나는데, 이들은 엽록소 파괴로 드러난다기 보다는 가을철에 나무가 일부러 생산해내는 것”이라고 말합니다. 에너지를 아끼기 위해 광합성도 중단하는 마당에 왜 안토시안을 만들어내는 것일까요.
2009년 6월 이스라엘과 핀란드의 과학자들은 이에 대해 재밌는 대답을 내놓았습니다. 바로 붉은색 단풍이 해충을 쫓는다는 것이었죠. 심차 레프-야돈(Simcha Lev–Yadun) 이스라엘 하이파대 교수 연구팀은 수백만년 간 곤충과 함께 공존한 단풍나무가 이들을 내쫓기 위해 진화해왔다고 설명합니다. 나뭇잎이 진한 붉은색을 띠고 있으면, 가을에 알을 낳는 해충에게 ‘나는 강한 독성물질을 갖고 있고, 영양소가 적어 곧 죽을 것이다’라는 신호를 준다는 것이죠.
연구진은 북미와 아시아 대륙에는 붉은색 단풍이 많고, 반대로 유럽에는 노란색 단풍이 많은 데 의문을 갖고 연구를 하다 이런 결론에 도달했습니다. 지질학 제3기에 해당하는 약 6500만년 전부터 200만년 전 사이에는 빙하기와 추위가 풀리는 간빙기가 반복됐죠.
그런데 산맥이 남북방향으로 뻗어있는 북미는 기후 변화에 따라 식물과 곤충이 남하하고 북상하며 공존하기 쉬웠던 반면, 알프스처럼 산맥이 동서로 뻗어있는 유럽의 경우 나무와 곤충의 이동이 어려웠습니다. 결국 이들이 함께 멸종해 붉은색을 띠는 종은 거의 진화하지 못했다는 설명입니다.
햇빛 많으면 더 선명한 단풍…지구온난화 오면 보기 힘들다
붉은색 단풍이 나무가 일부러 만들어내는 안토시안 때문임을 알았다면, 일사량이 풍부할수록 단풍이 더 아름답다는 설명도 이해하실 수 있을 것 같습니다. 안토시안의 색소 배당체인 ‘안토시아닌(Anthocyanin)’은 광합성으로 저장된 당이 더 많을수록 더 잘 합성됩니다. 햇빛이 많을수록 단풍색이 더 선명해지는 것이죠.
그런데 이런 선명한 단풍의 색을 이제 점점 보기가 어려워질 수 있습니다. 바로 지구 온난화 때문인데요. 온도가 따뜻해지면, 당연히 나무는 잎을 늦게 떨어뜨리게 되겠죠. 현재는 9월 말이지만 길게 보면 10월 초ㆍ중순으로 단풍이 드는 시기가 점점 늦어질 수 있다는 말입니다. 일사량이 적어지는 겨울에 단풍이 들기 시작하면 색은 지금만큼 또렷하지 않을 수도 있다는 걸 예상할 수 있습니다.
실제로 2014년 7월 국제학술지 ‘세계의 생태와 지리학(Global Ecology andBiogeography)’에 발표된 정수종 프린스턴대 박사후과정 연구팀의 논문에 따르면, 과거 18년간 단풍의 시작 시기는 평균 5일 정도 늦춰진 것으로 나타났습니다. 만약 현재와 같은 속도로 탄소배출량이 늘어난다면 산업화 이전시기에 비해 지구의 평균온도는 5.6도 올라가게 되며, 이 경우 단풍이 3주나 늦게 시작될 것으로 예상됐죠.
긍정적으로 전망해 2100년까지 전세계 평균기온이 1.5~2도밖에 오르지 않는다고 해도 추가로 일주일 정도의 단풍 지연 현상이 일어날 것으로 조사됐습니다. 미 산림청은 2010년 약 70%의 수종(樹種)이 고도가 높은 산 속이나 북쪽 캐나다로 이동하고 있다고 발표하기도 했죠. 조금씩이지만 단풍이 우리에게서 멀어지고 있다는 느낌이 드는 대목입니다.
11월. 올해도 단풍의 계절이 끝나가고 있습니다. 기상청에 따르면 전국 평균기온은 평년보다 1.3℃ 낮은 13℃였으며 전국 강수량도 태풍으로 인해 평년보다 많아 단풍을 즐기기에 썩 좋은 조건은 아니었던 것 같습니다. 국립공원관리공단에 따르면 오는 15일부터 지리산을 비롯해 주요 국립공원의 일부 탐방로는 통제에 들어간다고 하니, 마지막 단풍을 즐기려면 걸음을 재촉해야 해봐야 할 것 같습니다. 기상정보제공회사 케이웨더에 따르면 단풍은 오는 7일경 내장산과 무등산 등에서 절정을 이룰 예정이라고 하네요.
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