낙엽 지는 데도 과학적 순서가 있다!

가을은 낙엽의 계절이다. 여름 내내 나뭇가지를 꼭 붙잡고 있던 조막손을 놓고 바닥에 수북이 쌓여 밟는 이들에게
자연의 소리를 전하는 낙엽은 마구잡이로 그냥 쏟아지는 것이 아니다. 우수수 떨어지는 낙엽에도 철저히 준비된 순서가 있다는데, 그 이유가 뭘까.
글. 김형자(과학 칼럼니스트)
엽이 지는 순서는 이렇다. 가장 먼저 돋아난 나뭇잎이 가장 오래 붙어 있고, 가장 늦게 돋아난 나뭇잎이 가장 먼저 떨어진다. 줄기의 안쪽부터 엽이 지기 시작해 나무 꼭대기의 잎이 마지막까지 남는다.
나뭇잎 떨어뜨리기 전, 잎의 양분 줄기로 옮겨놔
낙엽, 그것은 ‘스스로 버림으로써 얻는’ 나무들의 생존 전략이다. 동물은 살아가기 위한 양분을 식물이나 다른 동물에게서 얻고, 필요 없는 것은 몸 밖으로 배설한다. 그런데 식물은 자신이 살기 위해 필요한 양분을 만드는 부분이 노화해서 더 이상 도움이 되지 않으면 몸 자체를 버린다. 낙엽이나 마른 가지는 사실 식물의 배설작용으로 버려지는 것과 같다. 나무는 잎에 있는 엽록소를 통해 흡수한 빛에너지, 공기 중에 있는 이산화탄소, 뿌리를 통해 흡수한 물과 반응해 생명 활동의 에너지원인 탄수화물을 만든다. 이를 ‘광합성’이라고 부른다. 따라서 나무의 잎과 줄기, 뿌리 중에 양분이 가장 많은 곳은 잎이다. 봄부터 가을까지 광합성 작용으로 만든 양분은 잎맥을 통해 식물의 모든 부위에 전달한다. 이런 영양 만점의 잎이 그대로 떨어져나가면 에너지 손실이 매우 크다. 그래서 나뭇잎을 떨어뜨리기에 앞서 잎에 있는 양분(질소, 칼륨, 인)의 50%를 줄기로 이동시켜놓는 작업이 먼저 이뤄진다. 이 작업이 낙엽 지는 순서의 첫 단계다. 다음 단계는 잎자루에 ‘떨켜(세포층)’를 만드는 일이다. 기온이 더욱 내려가면 기후가 건조해져 뿌리를 통해 빨아들이는 수분이 감소한다. 그러나 잎을 통해 발산하는 수분의 양에는 큰 변화가 없어서 빨아들이는 것보다 잃어버리는 것이 점차 많아진다. 더구나 가을이 되면 빛의 양이 줄어들어 잎에서는 광합성이 거의 일어나지 않기 때문에 증산작용으로 인한 물 손실, 열 손실이 클 수밖에 없다.
특히 활엽수의 경우 넓은 잎이 엄청난 양의 수분을 증발시킨다. 어느 한계를 지나면 나뭇잎을 통해 잃어버리는 수분으로 더는 몸체를 지탱하기 어렵게 된다. 따라서 식물은 몸체의 수분을 보존하고 온도를 유지하기 위해 잎을 떨어뜨린다. 그 첫 작업이 바로 나뭇잎과 가지를 잇는 잎자루에 코르크처럼 단단한 떨켜를 만드는 것이다.
떨켜가 만들어지면 기공이 닫힌다. 그러면 잎으로 드나들던 양분과 수분이 공급되지 못하고, 엽록소의 합성도 멈추며 파괴된다. 이로써 생명 활동을 멈춘 잎이 줄기로부터 떨어질 준비를 끝낸다. 이때 비를 맞거나 바람이 조금만 불어도, 또는 사람이나 동물들이 스치기만 해도 마른 나뭇잎은 줄기에 붙어 있을 힘조차 없어 떨어진다. 이것이 낙엽이다.
낙엽은 겨울나기 위한 준비 과정이자 지혜
식물은 추위를 이기는 전략으로 크게 두 가지를 선택한다. 하나는 추운 날씨에 잎을 가지고 있으면 에너지가 소비되기 때문에 잎을 떨어뜨리는 것이다. 둘째는 따뜻한 봄이 되면 가장 먼저 많이 광합성을 할 수 있기 때문에 잎을 떨어뜨리지 않고 가지고 있는 것이다. 사시사철 푸르른 상록수가 후자에 속한다. 또 새싹의 ‘눈’을 보호하기 위해 이듬해 봄까지 잎을 달고 있다가 새싹이 나오면 그때야 떨어뜨리는 나무도 있다. 그렇다고 상록수잎이 낙엽으로 변하지 않는 것은 아니다. 상록수의 잎은 가을에 한꺼번에 떨어지는 것이 아니라 매년 조금씩 지고 봄에는 또 새잎이 돋아나기 때문에 항상 그 잎을 달고 있는 것처럼 보일 뿐이다. 물론 두 전략 중 어느 것이 더 유리하다고는 할 수 없다. 둘 다 식물들이 자신에게 맞춰 살아가는 전략이고 지혜이기 때문이다.
성장호르몬 분비 일찍 끝나는 곳부터 떨어져
낙엽이 치열한 생존 경쟁에서 살아남기 위해 식물이 도출해낸 해법이라면, 형형색색으로 물든 단풍은 자신의 몸속으로 이동할 수 없는 물질들이 모여서 내는 아름다운 색이다. 가을철 기온이 내려가면 잎의 엽록소 파괴가 심해져 녹색이 줄어들고, 잎 속에 숨어 있던 안토시아닌과 카로티노이드 색소가 드러나 노란색과 주황색 단풍을 연출한다. 이는 엽록소와 결합되어 있던 단백질이 아미노산으로 분해되면서 일어나는 현상이다. 아미노산이 떨켜로 인해 이동하지 못하고 잎에 축적되면서 잎의 산도를 높인다. 높아진 산도는 엽록소를 빠르게 파괴한다. 결국 잎이 녹색으로 보였던 이유는 녹색으로 보이게 하는 엽록소가 훨씬 더 많았기 때문이고, 단풍은 잎을 떨어뜨리기 위한 하나의 과정인 셈이다.
그렇다면 잎은 어떤 순서로 지는 것일까. 잎이 지는 순서는 이렇다. 가장 먼저 돋아난 나뭇잎이 가장 늦게까지 붙어 있고, 가장 늦게 돋아난 나뭇잎이 가장 먼저 떨어진다. 줄기의 안쪽부터 잎이 지기 시작해 나무 꼭대기의 잎이 마지막까지 남는다는 얘기다. 이것은 식물의 성장호르몬과 관련이 있다. 성장호르몬(옥신, 지베렐린, 사이토키닌 등) 분비가 끝나는 순서대로 떨어져 썩으면서 자신을 먹여 살리는 영양원이 된다. 이제 남은 것은 가을 끝자락에서 나무들이 겨울을 잘 견뎌내는 일이다. 그리고 봄이 되면 새싹을 틔워 새로운 삶을 시작하는 것이다. 결국 가을은 나무들이 마지막으로 자신을 돌아보고 새 삶을 위해 자신을 정리하는 계절인 셈이다.

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