가을에 나뭇잎이 붉게 단풍이 드는 이유는 무엇일까요?

 아침저녁으로 찬 바람이 불기 시작하는 가을이 오면 푸르렀던 산과 들은 마치 수채화 물감을 풀어놓은 듯 붉고 노란색으로 아름답게 물듭니다. 매년 가을마다 마주하는 낭만적인 풍경이지만, 사실 이 아름다운 단풍의 이면에는 다가오는 혹독한 겨울을 살아남기 위한 나무들의 치열한 생존 전쟁이 숨어 있습니다.

많은 사람이 단풍을 보고 나뭇잎이 늙어서 색이 변한 것이라고 생각하지만 생물학적인 관점에서 단풍은 식물이 스스로 화학 공장을 멈추고 새로운 색소를 만들어내는 정교한 화학 반응의 결과물입니다. 대체 나무 안에서는 어떤 일이 벌어지기에 초록색 잎이 붉은색으로 변하는 것일까요? 오늘은 가을에 나뭇잎이 붉게 단풍이 드는 이유를 엽록소의 파괴와 안토시아닌 색소의 숨겨진 역할을 소개해드리면서 설명해보겠습니다.

여름내 초록빛을 띠는 이유

단풍이 드는 원리를 알기 위해서는 먼저 나뭇잎이 왜 초록색인지부터 알 필요가 있습니다 봄과 여름 내내 나뭇잎의 세포 속에는 엽록소라는 초록색 색소가 가득 차 있습니다. 

엽록소는 뿌리에서 끌어올린 물과 공기 중의 이산화탄소, 그리고 뜨거운 태양 빛을 이용해 나무가 살아갈 영양분을 만들어내는 광합성 식량 공장입니다. 엽록소는 햇빛을 받으면 쉽게 파괴되는 성질이 있지만, 여름철에는 나무가 끊임없이 수분과 영양을 공급하여 파괴된 엽록소를 새롭게 만들어내기 때문에 나뭇잎은 짙은 초록색을 유지할 수 있습니다.

단풍의 시작

하지만 가을이 되어 낮의 길이가 짧아지고 기온이 뚝 떨어지면 나무는 겨울잠에 들어갈 준비를 합니다. 추운 겨울에는 땅이 얼어 뿌리로 물을 흡수할 수 없기 때문에, 잎을 넓게 펼치고 있다가는 잎을 통해 수분이 다 빠져나가 나무 전체가 말라 죽고 맙니다.

그래서 나무는 잎을 포기하기로 결심하고, 나뭇가지와 잎자루가 연결된 부분에 코르크처럼 단단한 차단막인 '떨켜(Abscission layer)'를 만듭니다. 

이 떨켜는 국경을 폐쇄하는 바리케이드와 같은 역할을 하는데요. 떨켜가 만들어지면 뿌리에서 잎으로 올라가던 물의 공급이 완벽하게 차단되고, 반대로 잎에서 만든 영양분도 줄기로 내려가지 못하고 잎 안에 갇히게 됩니다.

물의 공급이 끊기자 잎 속에 있던 초록색 엽록소들은 더 이상 새로 만들어지지 못하고, 가을 햇빛에 의해 빠르게 파괴되어 버리면서 초록빛이 서서히 사라지게 됩니다. 

붉은 단풍의 비밀은 햇빛을 막아주는 천연 선크림 안토시아닌

초록색 엽록소가 파괴되고 나면, 잎 안에 갇혀 있던 영양분은 가을의 강한 햇빛과 차가운 공기를 만나 특별한 화학 반응을 일으킵니다. 이때 잎 속에서 새롭게 합성되어 붉은색을 띠게 만드는 색소가 바로 안토시아닌입니다. 

그렇다면 나무는 어차피 곧 떨어져 죽을 나뭇잎에 왜 굳이 에너지를 들여 붉은색 색소를 새롭게 만드는 것일까요? 여기에는 진화의 비밀이 숨어 있습니다.

마지막 영양분을 지키기 위한 식물성 자외선 차단제

떨켜가 형성되었지만, 나뭇잎 속에는 여름 동안 만들어둔 유용한 영양분이 아직 조금 남아있습니다. 나무는 잎이 바닥으로 떨어지기 직전까지 이 아까운 영양분들을 줄기 쪽으로 최대한 긁어모아 회수하려 합니다.

그런데 엽록소가 파괴된 연약한 잎이 가을의 따가운 자외선을 쌩으로 받으면 세포가 손상되어 영양분 회수 작업을 마칠 수 없게 됩니다. 이때 잎은 붉은색의 안토시아닌 색소를 만들어 잎의 표면에 쫙 뿌립니다. 이 붉은 색소는 자외선을 흡수하여 잎의 세포를 보호하는 천연 선크림 또는 선글라스 역할을 수행합니다.

즉, 붉은 단풍은 나무가 마지막 영양분 한 방울까지 안전하게 회수하기 위해 펼치는 눈물겨운 보호막이었던 것입니다. (일교차가 크고 햇빛이 강한 맑은 가을날에 단풍이 유독 붉고 아름답게 드는 이유도, 자외선 차단제인 안토시아닌이 더 많이 필요해서 듬뿍 만들어지기 때문입니다.)

은행잎은 왜 붉지 않고 노란색일까?

가을 숲을 보면 단풍나무처럼 붉은 잎도 있지만, 은행나무처럼 노란색으로 물들거나 참나무처럼 갈색으로 변하는 잎들도 있습니다. 이들은 붉은색을 내는 안토시아닌을 새로 만드는 것이 아니라, 초록색 엽록소에 가려져 있던 원래의 색소들이 드러나는 것입니다.

• 노란색 단풍 (은행나무, 생강나무): 잎 속에는 원래 초록색 엽록소 외에도 노란색을 띠는 카로티노이드와 크산토필이라는 색소가 들어있습니다. 평소에는 엽록소의 짙은 초록색에 가려져 보이지 않다가, 가을이 되어 엽록소가 파괴되면 숨어있던 노란색이 자신의 존재감을 드러내는 것입니다.
• 갈색 단풍 (참나무, 플라타너스): 엽록소와 노란색 색소마저 모두 파괴된 후, 잎에 쌓여 있던 찌꺼기인 타닌이라는 물질이 산화하면서 낙엽 특유의 칙칙한 갈색을 만들어냅니다.

수채화처럼 번지는 붉은 단풍잎 속에 숨겨진 식물학적 생존의 원리를 요약해 드리겠습니다.

1. 가을이 되면 나무는 겨울을 나기 위해 잎자루에 떨켜를 만들어 수분 공급을 차단하고, 이로 인해 광합성을 하던 초록색 엽록소가 파괴됩니다.
2. 잎 속에 갇힌 당분은 햇빛과 반응하여 붉은색의 안토시아닌 색소를 새롭게 만들어냅니다.
3. 이 안토시아닌은 나뭇잎이 나무 본체로 마지막 영양분을 안전하게 회수할 때까지 자외선을 막아주는 선크림 역할을 합니다.

우리가 가을 산을 오르며 단풍이 참 아름답다고 감탄할 때, 나무들은 생존을 위해 수분 통로를 닫고 자외선 차단제를 듬뿍 바르며 다가올 혹독한 겨울을 치열하게 준비하고 있었습니다. 자연이 보여주는 화려한 색채의 마술 뒤에는 이토록 눈물겹고 위대한 생명의 화학 법칙이 숨어 있다는 사실을 알고 계시면 좋을 것 같습니다.