단풍, 낙엽이 생기는 이유, 원리

가을이 되면 많은 나무들에서 단풍이 생기고 곧 낙엽이 집니다. 나뭇잎의 색이 변하는 단풍 현상과, 아까운 나뭇잎을 떨어뜨리는 낙엽 현상이 발생하는 이유에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 단풍, 낙엽이 생기는 이유

  기본적으로 단풍이 드는 것과 낙엽이 떨어지는 이유는 연결되어 있습니다. 식물의 노화가 원인인데요, 구체적으로 알아보겠습니다.

  가을에 낙엽이 지는 것, 1년생 식물이 꽃을 피운 후 죽는 것은 식물의 예정사인 노화와 관련되어 있습니다. 유전적으로 특정 시기에 죽게 되어 있는 식물체는 물질대사를 중지하고 분자 수준에서 아폽토시스(세포자살)를 일으킵니다. 이 과정에서 새롭게 합성된 효소들은 엽록소와 DNA, RNA, 단백질, 막지질 등 여러 물질을 분해하고 그 분해산물은 회수되어 재활용됩니다. 식물의 아폽토시스 과정에는 대표적인 식물호르몬인 에틸렌이 관여합니다. 에틸렌의 합성이 급격히 증가하면 식물의 아폽토시스가 시작되는 것으로 알려져 있습니다. 아폽토시스에 대한 내용은 아래 링크에서 확인하실 수 있습니다.

 

https://scinews.tistory.com/115

세포 사멸, 아폽토시스

 

2. 단풍

  가. 단풍이란?

(출처: pixabay)

  단풍은 가을에 새로 만들어지는 빨간 색소와 이미 존재하고 있던 노란색 카로티노이드의 조화로 나타납니다. 노란색의 카로티노이드 색소는 녹색을 띤 강력한 엽록소에 가려져 겉으로 보이지 않았으나, 가을에 아폽토시스에 의한 엽록소의 파괴로 인해 비로소 등장하게 됩니다.

 

  나. 카로티노이드 색소

광합성 흡수스펙트럼(출처: wikimedia commons)

  위 그래프는 광합성에 관여하는 엽록소a, 엽록소b와 카로티노이드가 특정 파장의 가시광선을 얼마나 많이 흡수하는지 보여줍니다. 초록색은 엽록소a, 파란색은 엽록소b, 주황색은 카로티노이드의 흡수스펙트럼입니다.

  카로티노이드는 자색과 청색, 녹색 빛을 흡수하기 때문에 노란색과 주황색의 빛을 반사시킵니다. 가을에 엽록소a, b가 파괴된다면 카로티노이드만 남은 잎은 우리 눈에 노란색 또는 주황색 계열의 색으로 보이게 됩니다. 이렇게 엽록소가 흡수하지 못하는 파장의 빛도 흡수하기 때문에 카로티노이드 색소는 광합성에 사용되는 빛 스펙트럼을 확장시키는 효과도 있습니다.

 

3. 낙엽

  가. 낙엽이 떨어졌을 때 장점

(출처: pixabay)

  나무에서 떨어지는 낙엽은 뿌리가 물을 제대로 흡수할 수 없는 계절에 나무가 마르지 않도록 해주는 긍정적 효과가 있습니다. 식물에서 수분이 증발하는 현상을 증산 작용이라고 하는데, 이 증산 작용은 잎의 뒷면에 있는 기공에서 일어납니다. 식물이 광합성을 하기 위해서 닫힌 기공을 열어야 하며, 필연적으로 증산 현상이 동반됩니다. 결국, 잎을 떨어뜨리게 되면 수분의 손실을 줄일 수 있습니다.

잎 뒷면의 닫혀있는 기공(출처: wikimedia commons)

  이때, 그냥 잎을 버리는 행위는 에너지 낭비가 크기 때문에 낙엽이 지기 전에 잎의 여러 물질들은 줄기로 이동되어 저장됩니다. 저장된 양분은 다음 해에 발달하는 잎에서 재사용됩니다.

 

  나. 잎의 탈리

  가을에 낙엽이 질 때, 잎은 잎자루의 아래 부위에서 발달하는 탈리층에서 줄기로부터 떨어집니다. 탈리층은 효소들이 세포벽의 다당류를 분해하면서 더욱 약해지며, 잎의 무게와 바람으로 완전히 분리됩니다. 분리되기 직전에 줄기 쪽 탈리층에서는 코르크층이 형성되어 병원균의 침입을 막을 준비를 합니다.

잎자루와 탈리층(출처: pixabay)

  식물호르몬인 옥신과 에틸렌은 잎의 탈리 과정에 깊이 관여합니다. 잎이 오래되면 옥신의 양은 감소하여 탈리층 세포들의 에틸렌에 대한 민감도가 증가합니다. 이는 탈리층의 셀룰로오스 같은 식물 세포벽 구성물질을 분해하는 효소의 합성을 유도합니다.

 

  결국, 단풍과 낙엽의 직접적이고 생리적인 이유는 식물호르몬 에틸렌의 작용입니다. 식물에게 있어서 에틸렌은 노화 호르몬인 것이죠. 이 현상이 식물에게 어떤 이득이 있는지 함께 알아봤는데, 숲에서 직접 눈으로 확인해보시길 바랍니다.