아름다운 단풍은 어떻게 생기는가?

북미 ‘인디언’의 전설은 신기한 단풍의 이유를 이렇게 설명한다. 가을철에 하늘에 있는 사냥꾼들이 큰 곰을 죽이면 그 피가 튀어서 많은 잎사귀들을 붉게 물들이고 다른 잎사귀들은 사냥꾼들의 솥에서 튄 기름 때문에 노랗게 된다는 것이다.

아마 그러한 설명으로는 신비한 가을 단풍과 관련된 호기심이 충족되지 않을 것이다. 울긋불긋한 그 잎사귀에서 실제로 어떤 일이 일어나는가? 어떤 것은 빨갛고 어떤 것은 노란 색이나 주홍색 혹은 자주색이 되고 또 어떤 것은 갈색을 띠게 되는 이유는 무엇인가? 어떻게 한 나무에서 몇 가지 다른 색깔이 생겨날 수 있는가? 그리고 세계적으로 단지 몇 군데의 지역에서만 아름다운 단풍을 볼 수 있는 이유는 무엇인가?

이상할지 모르지만 대부분의 색깔은 여름 내내 바로 그 잎사귀 속에 들어 있었다! 당신의 눈으로 그것을 볼 수 없었을 뿐이다. 여름에는 잎사귀에 너무 많은 엽록소가 있어서 다른 색깔을 가려 버린다. 그러나 가을에는 활엽수의 엽록소에 어떤 변화가 생긴다. 잎사귀의 색깔이 변하는 이유를 알려면 그 점을 이해할 필요가 있다.

상록수와는 달리 낙엽수는 매년 잎사귀들을 잃게 된다. 매년 가을에 보게 되는 아름다운 단풍은 그 과정 중에 발생되는 물리적 및 화학적 변화를 반영하는 것에 불과하다. 관찰자들은 그러한 색깔을 보고 잎사귀들에 대한 놀라운 봉쇄 조처가 일어나고 있음을 알게 된다. 어떻게 그러한가?

여름 내내 엽록소는 햇빛을 받고, 아직도 그 과정을 완전히 이해하지 못하는 화학 작용을 통해서 물과 공기 중의 탄산 ‘가스’를 원료로 식품(당분)을 제조하였다. 탄소 동화 작용을 위해 잎사귀들은 토양에서 수분을 끌어 올렸으며 그 수분의 상당 부분은 대기 중으로 증발된다.

그러나 겨울에는 아주 적은 양의 물 밖에 얻을 수 없다. 종종 토양 중의 수분이 얼어 붙게 된다. 따라서 귀중한 수분이 잎사귀를 통해서 방출되는 일이 중단되지 않으면 안된다. 나무 줄기와 가지도 겨울의 한기로부터 보호될 필요가 있다. 나무 자체의 유익을 위하여 잎사귀들이 없어져야 한다. 그러므로 겨울이 되기 전 태양 광선의 강도가 약해져 갈 때 대부분의 활엽수들은 그들의 식품 공장의 문을 닫기 시작한다.

봉쇄 조처

낮의 길이가 점점 더 짧아짐에 따라 잎사귀의 꼭지와 그 꼭지가 붙어 있는 작은 가지 사이에 특별한 세포층이 형성되기 시작한다. ‘코르크’ 같은 그 절단층은 점차 아래서 공급되는 수분과 잎사귀에서 나무 줄기로 보내지는 당분의 흐름을 막게 된다. 그러한 봉쇄 조처가 완료되면 잎사귀 자체의 무게가 있어서 미풍에도 낙엽이 지게 된다. 그러나 그 동안 놀라운 일이 일어나고 있다.

충분한 물과 강한 태양 광선의 공급을 받지 못하게 되니 바쁜 화학 실험실이 원료를 빼앗긴 격이다. 그렇게 되면 불안정한 엽록소가 쇠퇴되어 사라지기 때문에 이미 거기에 있던 색소들이 눈에 띄게 된다. 주로 그 색소들은 옅은 노랑(엽황소)에서 당근빛(‘카로틴’)에 이르는 색깔로 나타나는 ‘카로티노이드’라는 적황색 색소이다. ‘카로티노이드’는 엽록소보다 훨씬 더 안정성이 있기 때문에 ‘포플라’, 자작나무, 미류나무와 같은 나무의 잎사귀에 계속 남아있어 숲을 황금빛으로 물들인다.

그러나 세계의 몇몇 지방에서 가을 단풍을 더 아름답게 장식해 주는 산뜻한 빨강색이나 자주색 혹은 청색에 대해서는 어떠한가? 그러한 색깔은 화청소(花菁素)라고 하는 ‘안토시아닌’에 의해 생겨난다. 그것은 사과의 빛을 붉게 하며 어떤 양배추의 빛을 자주색으로 만들고 제비꽃의 색깔을 청색이 되게 하는 색소이기도 하다. 단풍나무(빨강)나 자주빛 나는 잎사귀를 가진 오얏나무 등에는 ‘안토시아닌’이 아주 많아서 여름에도 그러한 색을 보게 된다. 그러나 대부분의 식물에서는 그 색소가 가을에만 생성된다.

‘안토시아닌’은 잎에 들어 있는 다른 색소보다 외부적인 영향력에 훨씬 더 민감하다. 잎사귀의 액체가 산성이면 빨갛게 되고, 중성이면 보라색, ‘알칼리’성이면 청색으로 나타난다. 그러므로 ‘안토시아닌’의 화학적 구성의 차이나 잎사귀의 산도에 따라 여러 가지 색깔이 나타날 수 있다.

그 색소는 당분에서 만들어지며, 맑고 화창한 날에는 당분 생산이 잘 되기 때문에 가을 날씨도 역시 단풍에 영향을 줄 수 있다. 낮은 화창하고 밤에는 쌀쌀하고 청명한 날씨가 계속되면 한기로 인하여 밤에 잎에서 나무로 흘러가는 당분의 이동이 줄어든다. 그러면 당분의 농도가 높아져서 멋있는 색깔이 나타나게 된다. 그러나 가을 날씨가 흐리고 밤에 따뜻하면 색깔이 훨씬 더 빈약해진다.

어떤 식물에서는 ‘안토시아닌’ 생산이 빛에 따라 달라지기 때문에 어떤 잎사귀가 다른 잎에 그늘을 지게 하면 위에 있는 잎사귀의 모습이 아래쪽 잎사귀에 녹색 혹은 노랑색으로 나타나고 햇빛이 닿는 나머지 부분은 붉게 되는 현상이 나타난다. 그 점은 한 나무에서도 햇빛이 더 잘 비치는 부분은 밝은 색이 되는데 다른 부분에서는 붉은 색깔이 별로 나타나지 않는 이유를 잘 알려 준다.

마지막으로 종종 노랑색과 결합하여 아름다운 황금빛이나 황갈색을 내고 그 결과 단풍의 질을 높이는 갈색에 대해 생각해 보자. 사과를 깎아 놓으면 갈색으로 변하게 되는데 단풍의 갈색도 그와 비슷한 과정을 통해서 생겨 나며 일반적으로 오래된 세포에서 나타난다. 너도밤나무와 일부 참나무에 있어서는 잎의 세포—오래된 것일지라도—가 아직 살아 있을 때 갈색이 형성되기 때문에 그 색이 생기가 있다.

그러나 어떤 잎사귀들은 그 세포가 거의 죽었거나 이미 땅에 떨어진 후에 갈색으로 변하게 된다. 낙엽수가 별로 없는 세계 대부분의 지방에서 가을에 볼 수 있는 색깔이란 그런 갈색이나 노랑색들뿐이다. 그러면 극소수의 지방에서만 여러 가지 색깔을 띤 아름다운 단풍을 볼 수 있는 이유는 무엇일가?

제한된 지역에서만 볼 수 있음

세계적으로 극히 제한된 지역만이 아름다운 단풍이 들 수 있는 조건을 갖추고 있다. 첫째로 활엽수의 종류가 다양해야 할 뿐만 아니라 그 나무의 수가 많아야 한다. 그 나무들은 잎사귀의 색채를 풍부하게 해 주는 색소를 공급할 유전적 능력을 가져야 한다. 많은 나무들은 ‘안토시아닌’을 전혀 생성해 내지 못한다. 또 다른 중요한 요인은 화창하고 청명한 가을 날씨이다. 세계적으로 그러한 요건들을 갖춘 곳이 별로 없으며 있다 해도 그러한 곳은 대부분 북반구에 위치해 있다.

영국 제도와 서부 및 중부 ‘유럽’에는 중국 동부와 한국, 일본의 일부 지방처럼 커다란 활엽수 숲들이 있다. 그러한 곳의 단풍은 참으로 아름답다. 그러나 많은 사람들은 가장 볼 만한 단풍으로서 미국 동부와 ‘캐나다’ 남동부의 단풍을 꼽는다. 여러 가지 붉은 색깔을 낼 수 있는 다양한 나무들과 이상적인 가을 날씨가 서로 조화를 이루어 아주 훌륭한 단풍을 만들어 내는 것 같다.

어떤 곳의 단풍을 보기 위해 매년 먼 곳으로 여행하는 사람들도 있다. 여러 지방의 단풍 색깔이 진행되는 상태를 광고하는 일도 있다. 보통 때는 한적하던 시골의 외딴 길이 자동차와 보통 “단풍객”이라고 불리우는 사람들로 북적대게 된다.

그러나 그러한 미의 애호자들이 단풍을 보고 경외감을 느끼는 것은 당연하다. 나무의 생존을 위한 평범한 과정을 누구와도 비길 수 없는 훌륭한 화학자 창조주께서 그처럼 훌륭한 것으로 만드셨기 때문이다.