생물의 놀라운 시계 장치

당신은 생물의 경탄할 만한 시간 관념을 주목하였는가? 매년 식물은 예정표에 따라 싹이 나서 자라며 꽃이 핀다. 모든 식물의 예정표가 같은 것이 아니다. 즉 어떤 것은 봄에 꽃이 피며 다른 것은 여름, 또 다른 것은 가을과 초겨울에 꽃이 핀다. 그러나 각 종류는 여러 가지 활동을 하기 위한 정확한 때를 알고 있다.

동물도 마찬가지이다. 동물들은 마치 정확한 시간표를 따르는 것처럼 새끼를 낳고 번식하며 동면하고 이주한다. 그리고 다른 기능을 수행한다. 동면 상태에서 겨울을 지나는 곤충을 고려하여 보자. 늦여름 아직도 날씨가 더울 때 곤충들은 바쁘게 먹는 일과 번식 활동을 중지하고 동면 상태로 들어갈 준비를 하기 시작한다. 곤충은 겨울이 가까움을 어떻게 아는가?

또한 겨울을 열대지방에서 보내기 위하여 이주하는 새들이 있다. 그들은 북쪽에 봄이 오면 고향을 향하여 머리를 돌린다. 열대지방에 새들이 도착하였을 때 그 온도가 거의 비슷한데 새들은 고향이 다시 더워졌음을 어떻게 아는가? 많은 사람들은 이상과 같은 질문들을 하였다. 당신도 그러한가?

놀라운 시간 측정법

생물들이 시간을 측정하는 주요한 방법은 빛에 의한 것으로 생각되고 있다. 계절에 따른 온도의 변화가 식물과 동물에서 여러 가지 반응을 일으키는 줄로 일반적으로 생각되었다. 그러나 그것은 일정하지 않으며 해마다 꼭같은 것이 아니다. 그 반면 빛은 확실하다. 연중 광선이 비췬 특정한 날의 낮의 길이는 같다. 그 길이는 결코 변하지 않는다. 그러므로 산 동식물은 계절의 진행에 관한 정확한 지식을 얻게 된다.

이것은 온도나 다른 요인들이 식물과 동물의 계절적 변동에 영향을 미치지 않는다는 것을 말하는 것이 아니다. 그것은 명백히 영향을 미친다. 그러나 주된 시간 측정 방법은 낮의 길이인 것같이 보인다. 이러한 놀라운 시계에 의하여 예정표가 정해지는 생물의 활동은 비교적 최근에 발견되었다.

중요한 연구

1920년 연구가들은 ‘매릴랜드 맘모스’라는 특정한 종류의 담배를 연구하고 있었다. 그들은 ‘와싱턴’ 시 부근에서 자라는 담배의 꽃이 늦게 피는 이유를 확인하려고 노력하였다. 이 식물이 낮에 꽃을 피려고 하지만 계절이 너무 늦어 씨가 여물지 못할 때까지 무엇인가가 꽃이 피는 것을 방해하였다.

실험을 많이 하였으나 꽃이 피는 것이 지체되는 이유를 밝혀내지 못하였다. 결국 이 식물을 인공적으로 햇빛을 적게 받도록 한 온실에 심었다. 이렇게 하였을 때 꽃이 일찍 피었다! 담배는 밖에서 자라는 것보다 더 빨리 꽃을 피웠다. 이것은 ‘와싱톤’ 시 부근에서 자라는 ‘매릴랜드 맘모스’가 철이 늦을 때까지 꽃이 피지 않는 이유에 대한 단서를 알려 주었다. 그것은 늦 여름까지 이 식물의 꽃이 필 만큼 적절한 길이로 낮이 짧아지지 않았기 때문이다!

광선은 다른 식물의 기능에도 동일하게 영향을 미치는가? 이들 연구가들에 의한 더 많은 연구는 영향을 미친다는 것을 알려 주었다. 식물은 낮의 길이에 대한 반응에 따라 세 군(群)으로 분류할 수 있음이 발견되었다.

첫째 ‘도마도’와 오이와 같은 식물을 포함한 군이 있으며 이것은 낮의 길이에 별로 영향을 받지 않는다. 둘째 군은 “짧은 해 식물”이라고 부르는 것이다. 이것은 광선에 비취는 시간이 일정한 시간 이내일 경우에만 꽃이 피는 것이다. 세째 군은 “긴 해” 식물로 불리우는 것이다. 이것은 광선에 일정한 시간 이상 비췰 경우에만 꽃이 핀다.

발견의 결과

이러한 연구는 많은 질문을 대답해 주었다. 이 연구는 일정한 종류의 식물을 연중 다른 때에 심어야만 하는 이유를 설명하며 동시에 모든 꽃에 관하여도 설명해 준다. 그리고 그것은 어떤 식물은 왜 특정한 지역에서만 꽃이 피며 다른 지역에서는 전연 꽃이 피지 않는가를 알려 준다.

현재 농부들은 언제나 식물에 대한 광선의 필요양을 확정하고 있다. 어떤 식물은 매우 특정한 낮의 길이를 필요로 한다. 예를 들면 여러 가지 종류의 양파와 콩은 150‘마일’ 위도대 이내에서 가장 잘 자란다. 이 식물이 이 지역의 북쪽이나 남쪽에서 자란다면 농작물이 되지 않을 것이다.

식물에 대한 햇빛의 필요성은 꽃 애호가들을 실망시키는 결과를 가져올지도 모른다. 여행 도중 어떤 사람이 정원에 심을 아름다운 꽃을 얻을지도 모른다. 그러나 집에 가져와서 심었을 때 꽃이 피지 않을지 모른다. 그 이유는 무엇인가? 그가 사는 곳의 낮의 길이가 그 식물의 꽃을 피게 하는 데 적합하지 않기 때문일 것이다.

예를 들면 바위로 된 정원용 식물인 남부 ‘버몬트’ 산 ‘세둠 텔레피움’이 있다. 그러나 이것은 꽃이 피기 위하여 매일 16시간 혹은 그 이상의 광선이 필요하다. 이만한 광선을 이 식물은 ‘버몬트’에서 받고 있다. 그러나 그것을 아주 남쪽으로 가져간다면 불충분한 광선 때문에 꽃이 피지 않을 것이다.

그 반면 북부 ‘메인’ 주에 사는 사람은 그곳에 ‘래그위드’가 별로 없거나 전연 없는 것을 다행으로 여길지도 모른다. ‘래그위드’는 낮시간이 14시간 반으로 줄어들 때까지는 꽃이 피지 않는다. 북부 ‘메인’ 주에서 이러한 현상이 8월 1일 이전에는 일어나지 않으므로 추운 날씨가 되기 전에 씨앗이 익을 수 있는 충분한 시간이 허용되지 않는다.

식물이 광선을 포착하는 방법

낮의 길이에 대한 식물의 반응에 관한 이상과 같은 지식은 한가지 사실을 명백하게 해 주었다. 식물은 낮의 길이의 변화를 포착하는 어떤 것을 체내에 가지고 있어서 그것에 따라 반응을 일으키는 것이 분명하다는 것이다. 최근에 식물 “크로움”이라고 부르는 그 물질이 검출되었다.

식물 ‘크로움’은 붉은 광선을 흡수하는 푸른 색을 띄운 감도가 약한 색소이다. 광선의 붉은 파장에 노광시키면 빛은 식물에서 발견되며 성장한 식물에서는 더 빨리 발견된다. 광선은 어느 정도 식물 ‘크로움’이 씨앗의 시기부터 성장시까지 식물의 성장 변화를 조절하는 역할을 한다. 그러나 어떤 방법으로 그 과정이 이루어지는지는 이해되지 않았다.

광선 조절 방법

현재 많은 정원사들은 광선에 대한 식물의 반응에 관한 지식을 유일하게 선용하고 있다. 그들은 광선을 받는 시간의 길이를 조절함으로써 원하는 때에 꽃을 피우게 할 수 있다. 그러므로 그들은 보통 여름에 자라는 식물의 꽃을 겨울에 즐기고 있으며 보통 가을에 꽃이 피는 것을 다른 계절에 꽃피게 한다.

예를 들면 국화는 보통 가을에 꽃이 피는 식물이다. 그러나 여름에 국화꽃을 피게 할 수 있다. 다만 오후 늦게 두꺼운 마분지로 국화를 덮어 두었다가 아침에 벗기는 것이다. 캄캄한 시간의 연장은 국화로 하여금 가을과 같은 반응을 나타내게 할 것이며 여름 꽃과 같이 꽃이 필 것이다.

그 반면 어떤 사람은 보통 여름에만 피는 꽃을 겨울에 즐기기를 원할지 모른다. 해가 진 후에 인공적인 광선을 매일 비추어 줌으로써 이 식물은 긴 여름날이 온 것과 같은 반응을 나타내게 할 수 있다. 그러므로 그것은 겨울의 짧은 해에도 꽃이 필 것이다.

동물에 미치는 영향

낮의 길이가 식물에 뚜렷한 영향을 미친다는 것을 발견한 후 동물도 동일한 영향을 받는지 확인하는 연구가 행하여졌다. 연구의 결과는 많은 동물 역시 낮의 길이에 의하여 계절의 순서에 대한 측정을 한다는 것이 밝혀졌다.

찌르레기로 최초로 새에 관한 실험을 하였다. 보통 찌르레기는 해가 길어지는 봄에 짝을 짓는다. 그러나 해가 짧은 12월에 해가 진 후 찌르레기에 인공적인 빛을 비추었을 때 며칠 후 찌르레기의 털이 빠지고 봄에 짝을 찾을 때와 같은 찬란한 깃을 갖추기 시작하였다. 빛을 받는 시간을 늘임으로써 찌르레기의 번식기는 4개월이나 앞당겨진 것이다!

또한 봄이나 초여름에 번식하는 흰쪽제비로 동일한 실험을 하였다. 이 조그만 동물 역시 가외의 빛을 받았을 때 겨울에 짝을 지었다. 찌르레기와 흰쪽재비는 해가 길 때 번식하는 동물이다. 그들은 해가 길 때 성적인 반응을 나타내는 동물에 속하는 것이다.

그러나 염소, 양, 사슴과 같은 많은 다른 동물은 가을에 새끼를 낳는다. 짧은 해가 그들에게 성적인 영향을 미친다. 그러므로 이른 봄에 어린양을 원하는 종축가들은 늦여름 양들이 광선을 받는 시간을 한정시킨다. 7월과 8월에 해질 무렵 양들을 어두운 우리에 몰아 넣음으로써 번식 과정이 일찍 시작하는 것이다.

누에를 포함한 많은 흥미있는 실험이 또한 행해졌다. 누에는 가을에 알을 슬며 그것이 동면 상태로 겨울을 지나게 된다. 알은 봄에 유충 혹은 애벌레로 부화가 된다. 유충은 곧 번데기로 변화된 다음 나방이 된다. 그러나 초여름에 슬어진 알은 동면상태로 보존되지 못한다.

실험은 가을에 슨 알은 동면 상태로 보존되는 반면 여름에 슨 알이 그렇지 못한 이유를 낮의 길이가 결정한다는 것을 나타내고 있다. 인공적으로 빛을 조절함으로써 누에의 나방의 알이 동면 상태로 들어가지 않고 계속 번식하게 할 수 있었다. 그러나 광선을 받는 시간이 변화될 때 나방은 동면상태가 되는 알을 스는 것이다.

식물과 마찬가지로 동물의 몸 안에 있는 어떤 기관은 광선이 비취는 시간의 길이에 따라 명백히 여러 가지 반응을 나타내고 있다. 그것에 ‘호르몬’이 포함된 것으로 믿어지고 있다. 그러나 광선을 받는 시간의 길이에 대한 신호를 어떻게 받는지 혹은 전해지는지 구체적인 점은 별로 알려지지 않았다.

인간이 많은 창조의 경이에 관하여 배웠지만 신비로운 것을 계속 깨닫고 있다. 생물에 관한 광선의 영향에 대한 연구는 이점을 다시금 설명하여 준다.