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가을 색깔의 시와 과학-가을에 나뭇잎의 색이 바뀌는 이유는 무엇일까.
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가을 색깔의 시와 과학-가을에 나뭇잎의 색이 바뀌는 이유는 무엇일까.
  • 교육3.0뉴스
  • 승인 2022.09.20 12:56
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단풍은 기온이 떨어지면서 잎 속 엽록소의 분해로 노란 색소인 카로티노이드(Carotenoid) 색소가 드러나게 되면 노란색으로, 광합성 산물인 잎 속의 당분으로부터 많은 효소 화학반응을 거쳐 안토시아닌(Anthocyanin) 색소가 생성되면 붉은색으로 나타나게 되며, 타닌(Tannin) 성 물질이 산화 중합되어 축적되면 갈색이 나타나게 된다.

수년 동안, 과학자들은 가을 동안 나무와 관목(shrubs)에서 일어나는 변화를 이해하기 위해 노력해왔다.

자연의 마음에 가까이 머물러라. 이따금 멀리 떨어져 산에 오르거나 숲에서 일주일을 보내라. 당신의 정신을 깨끗이 씻는다(작가, 자연보호주의자, 국립공원 시스템의 아버지 존 뮤어).
홍순철 「서울 중랑교육발전협의회장, 세종로국정포럼위원장, 좋은교육협의회장, 공교육 3.0 뉴스 칼럼니스트, 대한교육신문 논설주간, 한국문예작가회 지도위원(수필가 · 시인 귀연 貴緣), (前) EBS 강사, 세계도덕재무장(MRA / IC) 서울 총회장, 신현고등학교 교장 정년퇴직」
홍순철 「서울 중랑교육발전협의회장, 세종로국정포럼위원장, 좋은교육협의회장, 공교육 3.0 뉴스 칼럼니스트, 대한교육신문 논설주간, 한국문예작가회 지도위원(수필가 · 시인 귀연 貴緣), (前) EBS 강사, 세계도덕재무장(MRA / IC) 서울 총회장, 신현고등학교 교장 정년퇴직」

 ● 아름다운 단풍의 존재는 자연스레 단풍놀이 문화를 낳았다. 가을 산에 올라 울긋불긋한 형형색색의 옷으로 갈아입는 단풍나무를 보는 것만으로도 그야말로 단풍 ‘힐링’이다. 

 과거부터 붉게 물든 단풍나무의 매력에 빠진 우리 선조들의 시심(詩心)을 사로잡은 자연현상 중 하나였다. 그 매력에 빠진 문인들은 단풍나무를 직접 심어 감상하곤 하였다.

 고려 말기와 조선 초기의 문신(文臣), 시인(詩人) 조준은 《송당집(松堂集)》 제1권 「단풍나무를 읊다(詠楓樹)“에서 깊어지는 가을, 고즈넉하게 물든 단풍잎을 보며 붉게 물든 단풍잎에서 느꼈을 시인의 마음을 드러낸다. 

 “두 그루 단풍나무 너무 좋아서[酷愛雙楓樹] / 대숲에 옮겨다가 심어 놓으니[移根托竹林] / 서리 취해 한 조각 붉은 모습이[霜酣一片赤] / 주인의 마음을 알고 있는 듯 [似識主人心]”

 화려한 옷으로 바꿔 입은 후 찬란히 떨어지는 단풍잎을 보며 가을에 한껏 취하고픈 마음을 전한다.  

 시인뿐 아니라 화가, 음악가 등 많은 예술가는 단풍을 통해 영감을 받아 다양한 예술작품을 남겼다. 예나 지금이나 단풍은 보는 이의 마음을 사로잡나 보다. 

 우리나라 속담에 ‘가을바람에 낙엽이 지듯 한다.’ 가 있다. 이는 가을바람에 나뭇잎이 떨어져 흩어지듯이 일이나 형세의 세력이 약해져서 산산이 흩어지는 것을 이르는 속담이다. 

 가을은 식물계에 큰 변화가 일어나는 계절이다. 아름다운 단풍으로 장관을 이루기도 하지만, 우수수 떨어지는 낙엽들은 조락(凋落)의 서글픔을 느끼게 한다. 낙엽기의 생물학적 변화가 일어나는 가을이 되면 활엽수의 잎들은 바싹 건조해지고 약해진다. 그리고 이리저리 불어대는 가을바람에 여지없이 떨어져 흩어져버린다. 낙엽은 가을바람의 힘을 이기지 못한다. 인간 세상의 어떤 일이나 형세가 이길 수 없는 기운에 의해 시들고 쇠락해지는 것에 대한 비유적 표현이다 「가을바람에 낙엽이 지듯 한다 - 표제어 - 한국세시풍속사전 - 한국민속대백과사전 (nfm.go.kr)」.

 프랑스의 소설가, 시인, 극작가, 문예평론가인 레미 드 구르몽은 그의 시집 ‘시몬(La Simone)’에 실린 「낙엽」에서 “... 시몬, 너는 좋으냐? 낙엽 밟는 소리가...”라고 읊는다. 

 서울 중랑구 망우역사문화공원에 묻힌 영원한 아이돌 차중락, 그의 묘비에는 시인 조병화가 짓고, 그의 맏형 차중경이 쓴 묘비의 글 「낙엽의 뜻」에는 “세월은 흘러서 사라짐에 소리 없고 / 나뭇잎 때 따라 떨어짐에 소리 없고 / 생각은 사람의 깊은 흔적 소리 없고 / 인간사 바뀌며 사라짐에 소리 없다 / 아, 이 세상 사는 자 죽는 자 그 풀밭 / 사람 가고 잎 지고 갈림에 소리 없다.”고 읊는다. 

 가수 차중락이 부른 「낙엽 따라가 버린 사랑」에서 그는 “찬바람이 싸늘하게 얼굴을 스치면 / 따스하던 너의 두 뺨이 몹시도 그리웁구나 / 푸르던 잎 단풍으로 곱게 곱게 물들어 / 그 잎새에 사랑의 꿈 고이 간직 하렸더니 // 아아아아 그 옛날이 너무도 그리워라 / 낙엽이 지면 꿈도 따라 가는 줄 왜 몰랐던가 / 사랑하는 이 마음을 어찌하오 어찌하오 / 너와 나의 사랑의 꿈 낙엽따라 가버렸으니 //  아아아아 그 옛날이 너무도 그리워라 / 낙엽이 지면 꿈도 따라 가는 줄 왜 몰랐던가 / 사랑하는 이 마음을 어찌하오 어찌하오 /너와 나의 사랑의 꿈 낙엽 따라 가버렸으니”라고 노래한다. 

 그가 「낙엽 따라가 버린 사랑」을 노래하며 펜들의 곁을 떠났지만, 아직도 잔영(殘影, 가시지 않은 지난날의 모습)은 그침이 없다. 

 미국의 작가 O. 헨리가 발표한 단편 소설인 「마지막 잎새(The Last Leaf)」 1907년 그의 컬렉션 ‘The Trimmed Lamp and Other Stories’에서 출판되었다. 이 소설은 폐렴으로 중병에 걸린 가난한 젊은 여성 존시의 이야기이다. 그녀는 창문 밖의 벽에 있는 담쟁이덩굴이 모든 잎사귀를 잃으면 자신도 죽을 것이라고 믿는다. 그녀의 이웃 예술가인 베어먼(Behrman)은 벽에 나뭇잎을 그려 그녀를 속인다.  존시는 회복되지만, 잎사귀에 그림을 그리다가 폐렴에 걸린 베어먼은 사망한다. 

“마지막 잎새야.” 존시는 가만히 말했다. “밤새 틀림없이 떨어져 버렸을 거로 생각했는데... 바람이 몹시 부는 것 같았거든. 오늘은 떨어질 거야. 그러면 나도 죽게 되겠지.”

 하루가 다 지나고 어둠이 내릴 때까지도 그 마지막 잎새는 줄기에 매달린 채 떨어지지 않았다. 밤이 되자 다시 바람이 휘몰아치기 시작했고, 비는 여전히 창문을 두들기며 나직한 네덜란드식 처마에서 물줄기가 흘러 떨어졌다. 그다음 날 밤에도 심한 비바람이 몰아쳤지만, 마지막 한 장만 남은 잎이 담장에 남아있는 것을 본 존시는 기력을 되찾게 된다.

 마지막 남은 잎은 베어먼이 담장에 붓으로 정밀하게 그린 것이었다. 사다리를 타고 차가운 비바람을 맞고 밤을 새우며 벽에 잎을 그린 베어먼은 2일 만에 폐렴으로 죽고 만다. 이 사실을 안 존시의 동료인 수(Sue)는 마지막 잎새가 베어먼이 생전에 언젠가 그리겠다고 말했던 걸작이라고 평가했다.

 이야기의 주요 주제는 희망이다. 저자는 사람이 의지와 희망을 품는 것이 얼마나 중요한지 강조하고자 한다.  자신의 운명을 결정짓는 낙엽이 떨어지지 않는 것을 보고 존시는 새로운 희망을 갖게 된다. 이것은 작은 행동으로도 사람의 마음에 희망의 등불을 밝힐 수 있음을 보여준다. 

 ’향토 시인 가산(嘉山) 서병진은 그의 시 「이파리 없는 나무도 숨은 쉰다.」에서 “... 펼쳐내는 가지마다 풍성함 드러내고 포근한 가슴으로 세상을 안겨주는 이파리 없는 나무에도 새들은 온다.”고 고근견지(固根堅枝) 삶의 희망을 새기고 있다. 

 그렇듯, 가을이 겨울로 넘어가면서도 겨울 내 잎사귀를 유지하는 나무를 본 적이 있다. 참나무 (Quercus  spp. ) 와 서어나무( Ostrya virginica  및  Carpinus caroliniana ), 미국 너도밤나무(Fagus grandifolia)는 여전히 남아 있을 수 있음을 알 수 있다.  겨울까지 잎을 유지하려는 이러한 현상을 마세센스(marcescence)라고 한다. 

  ▲ 단풍의 계절이 왔다. 가을을 생각할 때 무엇이 떠오를까. 

 이때가 되면, 가을 잎이 어떻게 그리고 왜 색이 변할까 궁금해 한다. 상록수라고 불리는 나무는 일 년 내내 잎을 유지하지만, 낙엽수의 잎은 계절이 바뀌면 색이 변하고 떨어질까. 단풍나무 잎이 밝은 빨간색으로 변하는 이유는 무엇일까. 노란색과 오렌지 등 잎 색깔은 어디에서 왔을까. 

 이러한 질문에 답하기 위해 우리는 먼저 나뭇잎이 무엇인지, 무엇을 하는지 이해해야 한다.

 잎은 자연의 식품 공장이다. 식물은 뿌리를 통해 땅에서 물을 가져온다. 그들은 공기에서 이산화탄소라는 가스를 섭취한다. 식물은 햇빛을 사용하여 물과 이산화탄소를 산소와 포도당으로 바뀐다. 산소는 우리가 호흡해야 하는 공기 중의 가스이다. 포도당은 설탕의 일종이다. 식물은 포도당을 에너지를 위한 음식으로 사용하고 성장을 위한 빌딩 블록으로 사용한다. 엽록소는 잎에 기본적인 녹색을 준다. 

 그늘을 만드는 반짝이는 녹색 잎을 먹이기 위해 나무는 햇빛을 사용하여 식물이 물과 이산화탄소를 산소와 당분으로 바꾸는 방식을 광합성이라고 한다. 엽록소라는 화학 물질은 광합성을 가능하게 한다. 엽록소는 식물에 녹색을 부여하는 것이다. 엽록소는 햇빛을 나무의 음식으로 바꾸고 나무가 자라는 데 도움이 된다. 그들이 만드는 음식은 당분이며 새로운 잎, 꽃 및 씨앗을 재배하는 데 사용된다. 이 과정을 광합성이라고 한다.

△ 서울특별시 「도심에서 느끼는 서울의 가을정취 (seoul.go.kr)」에서 따옴.
△ 서울특별시 「도심에서 느끼는 서울의 가을정취 (seoul.go.kr)」에서 따옴.

나무가 자라기 위해서는 햇빛, 영양소 및 물, 이렇게 세 가지가 필요하다. 

 잎 색깔은 어디에서 왔을까. 가을 나뭇잎 색상은 ① 잎 색소(leaf pigments), ② 해가 저문 뒤 밤의 지속시간(length of night), ③ 날씨(weather) 세 가지 요인에 영향을 받는다.  

 ① 잎 색소(leaf pigments)

 나뭇잎 색깔은 색소(pigment)에서 온다. 색소는 잎 세포에 의해 생성된 천연 물질이다. 잎에 색을 입히는 색상 팔레트 「palette, 조색판(調色板)」은 색소가 필요하며 가을 색상과 관련된 세 가지 유형(색소)이 있다. 

  △ 엽록소 「녹색, Chlorophyll (green)」 은 세 가지 중에서 가장 중요하다. 나뭇잎에 엽록소가 없다면, 나무는 햇빛을 사용하여 음식을 생산할 수 없을 것이다. 엽록소는 나무가 햇빛의 에너지를 흡수하도록 도와준다. 나무는 본질적으로 여름철에 ‘충전’ 된다. 엽록소는 이산화탄소(CO2) + 물(H2O)을 나무에 ‘먹이는’ 당분으로 바꾼다. 엽록소는 분해되지만, 가을에는 일광 길이의 변화와 온도의 변화로 인해 잎이 음식 만들기 과정을 중단한다. 엽록소가 분해되고 녹색이 사라지고 노란색에서 주황색이 보이게 되고 잎이 가을의 화려함의 일부가 된다. 봄과 여름 내내 대부분의 식물 잎에서 볼 수 있는 녹색은 엽록소라는 색소에 의해 발생한다. 엽록소는 광합성 과정에서 햇빛으로부터 에너지를 모으는 여러 색소 중 하나이다. 엽록소는 햇빛으로부터 청색과 적색 파장을 모두 흡수하고 녹색 파장을 반사한다. 질소는 엽록소의 주요 구성 요소 중 하나이다. 우리의 날이 짧아지고 기온이 낮아짐에 따라 엽록소는 생산되는 것보다 빨리 분해된다. 질소의 대부분은 나뭇가지로 다시 이동하여 내년의 새로운 성장을 위해 저장된다. 엽록소가 분해되면 카로티노이드가 드러난다.

 여름철에는 잎이 엽록소라는 화학 물질을 사용하여 햇빛을 포착한다. 이것이 그들을 녹색으로 만드는 이유이다. 엽록소가 녹색인 이유는 엽록소는 나무가 빛에서 파란색과 노란색 파장을 흡수할 수 있기 때문에 녹색이지만 다시 반사되는 녹색은 흡수하지 않기 때문에 녹색이다.

 △ 카로티노이드 「Carotenoids(yellow, orange, and brown), 노란색, 주황색, 갈색」 는 친숙한 과일과 채소에서 발견된다. 옥수수, 당근, 수선화, 루타바가스(rutabagas), 버터컵(buttercups), 바나나와 같은 것에서 노란색, 오렌지색, 그리고 갈색 색깔을 생산한다.

 우리가 자연에서 볼 수 있는 많은 노란색과 오렌지는 카로티노이드 화합물의 결과이다. 그들은 당근을 오렌지색으로 만드는 것이다. 카로티노이드는 광합성에 작은 역할을 한다.

 그들은 성장기에 걸쳐 존재하지만, 엽록소가 분해 될 때만 드러난다. 가을 날씨가 따뜻하고 화창한 날과 32° F와 45° F 사이의 시원한 밤이 있을 때 화려한 색상을 볼 가능성이 더 크다. 그늘에서 자란 잎을 보면 같은 식물에서도 햇볕에 자란 잎보다 더 둔한 색이라는 것을 알 수 있다.

△ 안토시아닌(Anthocyanins red, 빨간색」은 크랜베리(cranberries), 빨간 사과, 콩코드 포도(concord grapes), 블루베리(blueberries), 체리(cherries), 딸기, 자두와 같은 친숙한 것에 색을 준다. 이들은 수용성이며 잎 세포의 묽은 액체에 나타난다.

가을에 볼 수 있는 빨간색과 보라색은 안토시아닌에 의해 발생하며, 당분이 안토시아니딘이라는 화합물과 결합될 때 얻을 수 있는 것이다. 많은 것들이 안토시아닌에 의해 생성된 정확한 색상에 영향을 미치며, 잎에서 세포 수액의 pH(산도 또는 알칼리도)를 포함한다. 산 pH에서, 안토시아닌은 종종 적색이다; 더 알칼리성 pH로 그들은 보라색에서 파란색으로 변한다. 안토시아닌은 생성을 위해 당분이 필요하기 때문에 광합성(당분 생산)을 선호하는 날씨가 필수적이다. 밝고 화창한 가을날은 최고의 색상을 만들어낸다. 

② 해가 저문 뒤 밤의 지속시간(length of night)

 초가을에는 햇빛의 날이 짧아지고 강도가 감소함에 따라 잎이 가을까지 이어지는 과정을 시작한다. 잎 안팎으로 체액을 운반하는 정맥은 각 잎의 기저부에 세포층이 형성됨에 따라 점차 닫힌다. 이 막힌 정맥은 잎에 설탕을 가두어 안토시아닌 생산을 촉진한다. 이 분리 층이 완성되고 연결 조직이 봉인되면 잎이 떨어질 준비가 된다.

③ 날씨(weather)

우리가 따뜻하고 화창한 가을날과 시원한 (그러나 얼지 않는) 밤을 차례로 가질 때, 그것은 붉은색을 위한 좋은 해가 될 것이다. 

 특정한 가을철에 발달하는 색깔의 양과 밝기는 잎의 엽록소가 감소하기 전과 도중에 발생하는 날씨(기상) 조건과 관련이 있다. 온도와 습기가 주된 영향이다. 따뜻하고 화창한 날과 시원하고 상쾌하지만 춥지 않은 밤들의 연속은 가장 화려한 색상의 전시 디스플레이를 가져오는 것 같다. 요즘에는 많은 당분이 잎에서 생산되지만, 시원한 밤과 잎으로 들어가는 정맥의 점진적인 폐쇄는 이 당분들이 밖으로 나가는 것을 막는다. 많은 당분과 빛으로 인해 선명한 안토시아닌 색소가 생성되어 빨간색, 보라색, 진홍색을 띠게 된다. 카로티노이드는 항상 잎에 존재하기 때문에, 노란색과 금색은 매년 상당히 일정하게 유지된다. 토양에 있는 수분량은 또한 가을 색에 영향을 미친다. 날씨와 마찬가지로 토양 수분도 해마다 큰 차이를 보인다.

 날씨는 가을 색이 얼마나 오래 지속되는지에 큰 역할을 한다.

 폭풍이나 비로 인해 잎이 완전히 색이 나기 전에 떨어질 수 있으며 낮은 기온으로 인해 생동감 있는 색이 약해질 수 있다. 이 다채로운 과정이 끝나면 잎이 죽는다. 일부 나무는 겨울을 통해 더 이상 에너지를 얻을 수 없기 때문에 죽은 갈색 잎을 흘린다. 

 이 모든 것이 나무에 무슨 도움이 될까.

 겨울은 온대 지역의 모든 식물이 매년 직면해야 하는 확실성이다. 나무를 포함한 다년생 식물은 혹한의  온도와 다른 혹독한 겨울철 영향에서 살아남기 위해 일종의 보호 장치를 가져야 한다. 줄기, 나뭇가지(twigs), 새싹(buds)은 극심한 추위에서도 살아남아 봄이 또 다른 성장기의 시작을 예고할 때 다시 깨어날 수 있도록 갖추어져 있다. 그러나 부드러운 잎 조직은 겨울에 얼어붙을 것이므로 식물은 잎을 단단하게 만들고 보호하거나 처리해야 한다.

 상록수(Evergreens) : 소나무, 가문비나무(spruces), 삼나무(cedars), 전나무(firs) 등은 튼튼해졌기 때문에 겨울을 날 수 있다. 바늘처럼 생겼거나 비늘처럼 생긴 잎은 두꺼운 왁스 코팅(heavy wax coating)으로 덮여 있으며 세포 내부의 액체는 얼지 않는 물질을 포함하고 있다. 따라서 상록수의 잎은 북극과 같은 가장 혹독한 겨울 조건을 제외한 모든 것을 안전하게 견딜 수 있다. 상록수 바늘은 몇 년 동안 생존하지만 결국 노령(老齡) 때문에 떨어진다.

 활엽수(넓은 잎이 많은 나무) : 이들은 바늘이나 비늘 모양의 잎이 없는 나무이다. 그들은 부드럽고 손상되기 쉬우며 일반적으로 넓고 얇으며 두꺼운 덮개로 보호되지 않는다. 이 잎들의 세포에 있는 액체는 보통 쉽게 얼어버리는 가늘고 묽은 수액으로, 이것은 기온이 영하로 떨어지는 겨울에 그들을 취약하게 만든다. 겨울을 날 수 없는 조직은 봉인하고 털어서 식물의 지속적인 생존을 보장해야 한다.

 그 모든 낙엽은 어떻게 될까.

 바늘(Needles)과 낙엽은 낭비되지 않는다. 그들은 토양을 분해하고 영양분으로 다시 채우고 비를 흡수하고 유지하는 숲 바닥의 해면상 부식층(the spongy humus layer)의 일부를 구성한다. 낙엽은 또한 숲 생태계에 필수적인 수많은 토양 생물(유기체)의 먹이가 된다.

 프랑스 작가이자 ‘20세기의 양심’이라 불리는 소설가로 노벨상 문학상 수상자인 알베르 카뮈“가을은 모든 잎이 꽃이 되는 두 번째 봄이다.”라고 말한다. 낙엽도 단풍도 그에게는 아름다운 꽃으로 표현했다. 나라마다 가을의 정취를 느끼는 감정은 같다.  

 스위스에서 자주 볼 수 있고 단풍이 아름다운 4가지 수종은 플라타너스 단풍나무, 자작나무, 너도밤나무, 낙엽송으로 색이 변할 때 특히 아름답다고 한다. 화려한 색으로 물든 숲과 포도밭이 없는 가을은 상상조차 어렵다. 스위스 최초의 「단풍 지도 | 스위스관광청 (myswitzerland.com)」는 숲이 가장 화려해지는 시기와 그 해당 지역을 알려준다. 또한 황금빛 단풍과 함께할 수 있는 적절한 여행 팁과 흥미로운 정보도 함께 제공한다. 인터랙티브 지도 「The interactive map / Map | Webcams (myswitzerland.com)」는 스위스 전역의 현재 및 예측된 단풍 색상을 보여준다. 지도는 9월 초부터 11월 중순까지 매주 두 번 업데이트된다. 이 예측은 또한 이전 가을의 데이터와 「날씨-메테오 - SRF, SRF Meteo」의 현재 일기 예보 및 보고서에는 온도, 스위스의 강우 레이더 및 수영장의 수온이 포함됨) 팀의 광범위한 전문 지식을 고려한다. 

 서울특별시에서는 「도심에서 느끼는 서울의 가을정취 (seoul.go.kr)」를 제공한다. 

 이글은 「국립공원 - KOREA NATIONAL PARK (knps.or.kr), 산림청 - 국립수목원 (forest.go.kr), 가을 색의 과학 | 미국 산림청 (usda.gov), 하버드 대학의 예술 및 과학 학부의 「잎 색깔 변화의 과학| 하버드 포레스트 (harvard.edu)」, 위스콘신 관광부의; 어린이를 위한 환경 교육(Environment Education for Kids) 「왜 나뭇잎의 색이 변합니까? | EEK 위스콘신 (eekwi.org)」, 「언제 그리고 왜 나뭇잎이 색이 변| 미네소타 DNR (state.mn.us), 숲과 나무 이야기 | 국립산림과학원 웹진 (nifos.go.kr)」 등 여러 자료를 참고하여 작성하였음을 밝힌다.


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