여름에 그렇게 푸릇푸릇하던 나뭇잎들이 가을이 되면 단풍에 들게 된다. 어떤 이들을 그저 예쁘다 하고 끝날 수 있고, 어떤 이들은 왜 저런 현상이 일어나는지 궁금해 할 수 있다. 이 현상에 원리에 대해서 과학을 토대로 이해해 보고자 한다.
광합성 작용에 필요한 엽록소
광합성이란 식물이 살아갈 힘을 얻기위해 햇빛으로부터 에너지를 얻는 작용이다. 이때 이 광합성을 주도하는 세포 소기관이 있는데, 그것이 엽록소이다. 이 엽록소는 초록색 색소를 가지고 있기 때문에 여름에 나뭇잎들이 초록색으로 보이는 것이다. 그렇다면 반대로 이야기하면 가을, 겨울에는 이 엽록소가 없어진단 말이다. 그리고 이 엽록소에 의해 가려져 있던 다른 색소들이 힘을 발휘하기 시작하면서 우리가 보는 노란, 갈색의 색깔로 나타나게 된다.
왜 가을에는 엽록소가 사라질까?
가을이 되면 상대적으로 여름보다 상당히 건조해 지게 되는데, 이게 주요 원인이 된다. 엽록소가 광합성을 진행하는 과정에서 굉장히 많은 양의 수분을 필요로 하게 된다. 이때 이 필요한 수분은 그 식물의 뿌리로부터 공급받게 되는데, 이 뿌리가 가을에는 너무 건조해지기 때문에 물을 공급을 잘 못 받게 되는 것이다. 이것 때문에 가을에는 식물에선 더 이상 광합성을 진행하지 못하게 되고 따라서 필요가 없어지는 엽록소를 제거해버리는 것이다.
단풍잎이 노란색, 갈색으로 보이는 이유
아까 위에서 엽록소가 사라지면서 숨어있던 다른 색소들이 힘을 발휘한다고 했던 이야기가 기억나는가? 카로틴과 크산토필이 바로 그놈들이다. 카로틴이 가지고 있는 색깔은 갈색이고 크산토필이 가지고 있는 색깔은 노란색이다. 이 두 가지 색소 때문에 우리 눈에 엽록소가 파괴된 나뭇잎이 노란색 그리고 갈색으로 보이게 되는 것이다.
단풍잎이 붉은 색으로 보이는 이유
하지만 우린 노란,갈색만 보지 않는다. 붉은색도 보게 되는데 그 원인은 "안토시아닌"이라는 색소 때문에 생기게된다. 이 안토시아닌은 포도당이 햇빛을 받으면 생성되는 색소로, 밤과 낮의 일교차가 크면 클수록 더 잘 생성되게 된다. 나뭇잎이 붉으면 붉을수록 더 포도당을 많이 함유하고 있는 나무라고 생각하면 된다.
카로틴, 크산토신, 안토시아닌이 동시에 작용할 땐 어느 색깔?
안토시아닌을 모든 나무가 만들 수 있는 건 아니다. 만약 안토시아닌을 생성할 수 있는 나무라면, 보통 붉은색으로 지게 되고, 그게 아니라면 노란색이나 갈색을 띠게 된다. 그 까닭은 안토시아닌의 색소의 작용이 카로틴과 크산토신이 나타내는 작용보다 더 쌔기 때문에 그렇다. 내가 맨 위에서 엽록소 때문에 카로틴과 크산토신의 색깔이 제대로 나오지 않는다고 한 것과 같은 논리이다.
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