학문
식물 낙엽 현상 시 잎의 색이 붉고 노랗게 변하는 이유가 궁금해요
가을이 되면 초록색이던 잎이 노란색이나 붉은색으로 단풍이 드는 생물학적 이유가 궁금합니다. 기온이 내려가면서 엽록소가 파괴되어 기존의 카로티노이드 색소가 나타나거나, 안토시아닌 색소가 새롭게 합성되는 과정이 알고 싶어요.
3개의 답변이 있어요!
가을철 단풍은 식물이 겨울을 나기 위해 영양분을 회수하고 자신을 보호하는 생물학적 과정입니다.
먼저 기온이 떨어지고 낮이 짧아지면 초록색을 띠는 엽록소가 파괴되는데, 엽록소가 사라지면서 기존에 잎 속에 있던 노란색과 주황색 색소가 겉으로 드러나는 것입니다.
식물은 엽록소를 분해해 질소, 마그네슘 등 유용한 영양분을 줄기와 뿌리로 이동시켜 저장하고, 잎자루 기부에 수분과 영양 통로를 막는 차단층이 만들어집니다.
그런데 통로가 막히면서 광합성으로 만들어진 포도당이 줄기로 이동하지 못하고 잎에 갇히게 되고, 잎에 쌓인 당이 강한 햇빛(자외선)과 반응하여 붉은색 안토시아닌 색소를 만들어 냅니다.
붉은 색소는 강한 빛으로부터 세포를 보호하고, 남아있는 영양분을 끝까지 회수하도록 만들죠. 또한 붉은색은 곤충에게 화학적 방어가 강하다는 신호를 보내 산란이나 서식을 억제하는 역할도 합니다.
마지막으로 색소들이 모두 분해된 후 남아있는 타닌 성분이 산화되어 갈색 잎이 됩니다.
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채택된 답변안녕하세요. 가을에 잎이 노랗거나 붉게 변하는 단풍 현상은 단순히 기온이 내려가서 잎의 색이 변하는 것이 아니라, 식물이 겨울을 준비하면서 잎 속의 색소와 물질을 재배치하는 과정에서 나타나는 생리적 변화입니다. 특히 일조시간이 짧아지고 기온이 낮아지면 식물은 잎을 계속 유지하는 것보다 잎에 들어 있는 질소, 인, 당 등의 유용한 물질을 회수해 줄기와 뿌리로 이동시키는 것이 유리해집니다. 이 과정에서 잎의 엽록소가 분해되면서 우리가 흔히 보던 초록색이 점차 사라집니다.
여름철 잎이 초록색으로 보이는 가장 큰 이유는 엽록소가 매우 많이 존재하기 때문인데요, 엽록소는 광합성을 담당하는 색소로 강한 빛을 흡수하기 때문에 다른 색소의 색을 거의 가려버립니다. 하지만 가을이 되면 낮의 길이가 짧아지고 기온이 내려가면서 엽록소의 합성이 감소하고 기존 엽록소도 분해됩니다. 그러면 엽록소에 가려져 있던 카로티노이드 계열의 색소가 드러나면서 잎이 노란색이나 황금색으로 보이게 되며, 카로티노이드는 원래 잎 속에 존재하며 광합성을 보조하고 광산화로부터 광합성 기관을 보호하는 역할도 합니다.
붉은색이나 자주색 단풍은 조금 다른 과정으로 만들어집니다. 대표적인 색소가 안토시아닌인데요, 안토시아닌은 모든 식물에서 가을에 반드시 새롭게 만들어지는 것은 아니지만, 일부 식물에서는 가을철에 합성이 크게 증가합니다. 특히 잎에 당이 많이 남아 있는 상태에서 기온이 낮아지고 빛이 강하게 들어오면 안토시아닌 합성이 촉진될 수 있습니다. 안토시아닌은 붉은색부터 자주색까지 다양한 색을 나타내기 때문에 단풍의 색깔도 식물 종류와 환경에 따라 달라집니다. 이때 특히 맑고 햇빛이 강한 낮과 서늘한 밤이 이어질 때 붉은 단풍이 더욱 선명해질 수 있는데요, 낮에는 광합성을 통해 당이 만들어지지만, 기온이 낮아지면 당의 이동과 이용이 상대적으로 제한될 수 있습니다. 이렇게 잎에 당이 축적되면 안토시아닌을 만드는 데 필요한 신호가 강화될 수 있습니다. 반면 밤에도 기온이 높거나 빛이 부족하면 붉은색이 충분히 나타나지 않을 수 있습니다. 그리고 단풍이 든 뒤 잎이 떨어지는 낙엽 현상은 단풍과 연결된 또 하나의 중요한 적응입니다. 식물은 잎과 줄기 사이에 이른바 탈리층을 형성해 잎으로 들어가는 물과 무기질의 공급을 줄이고, 잎에 남아 있는 영양분을 회수하며, 이후 잎자루의 연결 부위가 약해지면서 잎이 떨어집니다. 겨울에는 토양의 물이 얼거나 뿌리가 물을 충분히 흡수하기 어려워지고, 잎을 유지하면 수분 손실과 동해 위험도 커질 수 있기 때문에 잎을 버리는 것이 오히려 생존에 유리합니다. 감사합니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
가을에는 낮이 짧아지고 기온이 내려가면서 엽록소가 분해 돼 초록색이 약해지고, 원래 있던 카로티노이드의 노랑 주황색이 드러납니다. 일부 식물은 당이 잎에 축적되며 안토시아닌을 새로 만들어 붉은색을 띱니다. 이후 잎자루에 이층이 형성돼 낙엽이 집니다.