탄수화물과 가을 단풍

1. 단풍 관련 색소

  가을에 날씨가 추워지면 엽록소 생산이 중단되어 기존의 엽록소가 파괴되기 시작한다. 이로 인해 노란 바탕의 카로티노이드가 노출되거나 새로운 색소가 합성된다. 가을철에는 다양한 단풍색이 만들어지는데, 이 색소에는 노란색을 띤 카로틴, 붉은색을 띤 안토시아닌, 갈색을 띤 타닌이 포함된다. 엽록소가 파괴되면서 기존의 카로티노이드가 노출되거나 노란색, 붉은색, 갈색의 색소가 합성된다. 가을철의 다양한 단풍색은 이러한 변화에 따라 만들어진다. 가을단풍은 크게 네 가지로 나눌 수 있으며, 단풍색은 수종의 고유한 유전적 특성이지만 환경 조건에 의해 변할 수 있다.

  느티나무의 단풍색은 세 가지가 함께 관찰된다. 느티나무 고유의 단풍색은 노란색 또는 붉은색이며, 이는 유전적 특성으로서 개체 고유의 색깔이다. 그러나 화려한 노란색이나 붉은색 단풍은 매년 기상 조건에 따라 변화한다. 갈색 단풍도 자주 관찰되는데, 이는 봄에 일찍 종자가 달린 가지의 잎이 더 이상 자라지 못하고 왜소한 상태로 남아 있다가 가을에 갈색으로 단풍이 들기 때문이다. 한 나무 내에서도 종자가 달린 가지만 갈색으로 단풍이 나타난다.

 

2. 단풍을 만드는 환경조건

  가을철 단풍색을 형성하는 데는 온도, 햇빛, 수분이 가장 중요한 역할을 한다. 늦여름과 가을에 이러한 환경 조건이 광합성을 촉진하여 탄수화물 축적을 유리하게 만들면 단풍 관련 색소를 더 많이 합성하게 된다. 온도가 점진적으로 하강하는 기상조건은 붉은 색소인 안토시아닌의 합성을 촉진하며, 강한 햇빛도 이러한 합성을 촉진한다. 햇빛을 받는 과일은 더 빨리 붉은 색으로 변하게 된다.

  가을철 지속되는 약간의 가뭄은 붉은 색소 합성에 도움이 된다. 그러나 가을에 단풍이 진행되는 동안 흐린 날씨와 자주 오는 비는 단풍색이 제대로 발현되지 못하게 할 수 있다. 따라서 맑고 건조하며 서늘한 기후가 계속되면 예쁜 단풍을 관찰할 수 있다. 이러한 날씨는 광합성을 최대한으로 유지하면서 호흡을 억제하는 이상적인 기상 조건이다. 특히 깊은 산속과 높은 해발고 지역에서 예쁜 단풍을 볼 수 있는 이유는 야간 온도를 낮게 유지하여 호흡작용을 최소화하면서 광합성을 하여 탄수화물을 축적하기 때문이다.

하지만 안토시아닌과 크산토필과 같은 색소는 효소에 의해 만들어지기 때문에, 가을철 날씨가 영하로 내려가면 효소가 손상되어 더 이상 색소를 합성할 수 없게 되어 단풍이 중단된다.

 

3. 단풍이 드는 이유

  나무가 단풍을 형성하는 과정은 필요에 의한 생리적인 대사 작용이다. 일부 학자들은 단풍이 단순히 수목의 2차 대사 최종산물일 뿐이라고 주장하며, 다른 학자들은 이것을 수목이 필요로 하는 대사라고 주장하면서 복면학설을 제시합니다.

  가을에 광합성 장치가 해체되는 과정에서 안토시아닌이 청색광을 흡수하여 잎의 광산화를 방지하면서 엽록소와 단백질에 포함된 질소를 회수한다는 이론이 있다. 질소를 회수하려면 탄수화물 공급이 필요하며, 붉은 색소의 합성이 일어나면 광합성이 더 안전하게 유지된다고 한다. 특히 층층나무의 경우 안토시아닌 합성이 진행된 잎이 그렇지 않은 잎보다 가을에 높은 광도와 낮은 온도에서 덜 광산화 피해를 받아 붉은 색소의 합성을 촉진시킨다고 설명된다. 이러한 현상은 소나무나 전나무 묘목의 경우 가을에 잎이 적자색으로 변색하면서 추위에 대비하는 경우에도 적용될 수 있다고 해석된다.

 

 

출처 : 수목생리학(서울대학교출판문화원)