학문
엄격한비단벌레5
단풍 색깔은 왜 나무마다 다른건가요?
이제 마지막 단풍이 지고 있는데요. 공원의 나무를 중에는 은행잎은 노랗고 단풍나무 잎은 붉게 물들고 있는데요. 초록으로 비슷했던 나뭇잎이 가을이 되면 서로 다른 색으로 바뀌는 점이 궁금합니다. 나무 종류에 따른 색소의 구성과 생성 과정은 가을 잎의 색깔을 어떻게 결정하나요?
3개의 답변이 있어요!
결론부터 말씀드리면 나뭇잎 속에 들어 있는 색소의 종류와 환경 변화에 따른 색소의 생성 및 분해 과정 때문입니다.
봄과 여름에는 광합성을 담당하는 초록색 색소인 엽록소가 압도적으로 많아 모든 잎이 초록빛을 띱니다.
하지만, 가을이 되어 기온이 떨어지고 햇빛이 줄면, 나무는 겨울을 나기 위해 잎의 엽록소 생성을 멈추고 기존 엽록소를 파괴합니다. 그래서 초록색 엽록소가 사라지면 그동안 가려져 있던 색소가 겉으로 드러나게 됩니다.
은행나무는 카로티노이드 함량이 높아 엽록소가 빠진 자리에 노란빛을 띠게 됩니다.
반면 단풍나무는 가을에 붉은색 색소인 안토시아닌을 합성하여 붉게 물들게 됩니다. 가을철 잎자루에 떨켜라는 막이 생기면 잎에서 만들어진 당분이 줄기로 이동하지 못하고 잎 속에 갇히게 되는데, 이렇게 잎에 고립된 당분이 햇빛과 서늘한 기온을 통해 화학 반응을 일으키며 안토시아닌을 만들어냅니다.
그리고 참나무류는 엽록소가 사라진 뒤 다른 색소 대신 타닌 성분이 산화되어 남으면서 갈색으로 변합니다.
결국 나무 고유의 유전적 색소 구성과 가을 날씨의 영향으로 나무들마다 다른 단풍색을 만들어내는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 가을철 나뭇잎의 색깔이 나무마다 다른 이유는 잎에 들어 있는 색소의 종류와 비율, 그리고 가을철 색소가 분해되거나 새롭게 만들어지는 과정이 서로 다르기 때문입니다. 봄과 여름에는 대부분의 나뭇잎이 엽록소 때문에 초록색으로 보이지만, 기온이 낮아지고 낮의 길이가 짧아지는 가을이 되면 나무마다 숨겨져 있던 색소가 드러나면서 서로 다른 단풍색을 나타냅니다.
나뭇잎이 초록색으로 보이는 가장 큰 이유는 엽록소라는 색소 때문인데요, 엽록소는 햇빛을 흡수해 광합성을 하는 데 중요한 역할을 하며, 특히 붉은색과 푸른색 계열의 빛을 잘 흡수하고 초록색 빛은 상대적으로 반사하기 때문에 잎이 초록색으로 보입니다. 그런데 가을이 되면 기온이 낮아지고 일조 시간이 짧아지면서 나무는 겨울을 준비하기 위해 잎으로 보내는 영양분을 줄이고 엽록소를 분해하기 시작합니다. 이때 엽록소에 가려져 있던 다른 색소들이 드러나게 됩니다.
대표적인 예가 은행나무인데요, 이때 은행잎이 노랗게 물드는 이유는 카로티노이드라는 색소 때문입니다. 카로티노이드는 평소에도 잎에 존재하지만 엽록소의 녹색에 가려져 잘 보이지 않습니다. 가을에 엽록소가 분해되면 노란색과 주황색 계열의 색소가 뚜렷하게 나타납니다. 특히 은행나무는 붉은색을 만드는 안토시아닌 색소가 일반적으로 많이 축적되지 않기 때문에 선명한 노란색을 띠게 됩니다. 반면 단풍나무가 붉게 물드는 데에는 안토시아닌이라는 색소가 중요한 역할을 합니다. 안토시아닌은 카로티노이드와 달리 가을철 잎에서 새롭게 합성되는 색소입니다. 가을에는 낮 동안 햇빛을 받아 당분이 만들어지지만 기온이 낮아지면서 잎에서 줄기나 뿌리로 당분을 이동시키는 과정이 느려질 수 있습니다. 이때 잎에 축적된 당분을 이용해 안토시아닌이 만들어지면서 붉은색이나 자주색을 띠게 되며, 따라서 햇빛이 충분하고 밤에는 기온이 낮아지는 날씨가 이어지면 더욱 선명한 붉은 단풍이 나타날 수 있습니다. 이처럼 단풍의 색깔은 나무의 유전적 특성에 따른 색소 구성뿐 아니라 가을철 기온과 햇빛, 수분 상태에도 영향을 받습니다. 감사합니다.
안녕하세요, 엄격한비단벌레5님. 이중철 전문가입니다.
우선, 단풍 색깔이 나무마다 다르게 나타나는 이유는 가을철 기온 저하로 초록색 엽록소가 분해된 뒤, 잎 속에 원래 숨어 있던 색소가 그대로 드러나는 나무가 있는 반면, 광합성으로 만들어진 당분을 이용해 붉은색 색소를 새롭게 합성하는 나무가 있기 때문입니다. 즉, 수종별 색소 보유 구성과 생화학적 합성 경로의 차이가 노란색, 붉은색, 갈색이라는 다채로운 가을빛을 결정한답니다.
■ 엽록소 분해와 기존 색소의 노출이 만드는 노란색과 갈색
봄과 여름의 잎은 엽록소의 양이 압도적으로 많아 초록빛을 띠지만, 가을이 되어 일조량이 줄고 기온이 떨어지면 나무는 겨울철 수분 손실을 막기 위해 잎자루 밑부분에 떨켜라는 세포층을 만듭니다. 물과 양분의 이동 통로가 차단되면서 불안정한 엽록소는 빠르게 무색 물질로 분해되고, 잎 속 질소와 마그네슘은 줄기로 회수되는데요. 이때 은행나무나 자작나무처럼 엽록체 안에 노란색 크산토필과 주황색 카로틴 같은 카로티노이드 색소를 지닌 나무들은, 엽록소보다 화학적으로 안정적인 이 색소들이 파괴되지 않고 남으면서 선명한 노란빛을 띠게 됩니다. 한편 참나무나 밤나무는 엽록소와 카로티노이드마저 모두 분해된 뒤 세포벽에 축적된 폴리페놀계 물질인 타닌만 남기 때문에 특유의 갈색 단풍으로 물듭니다.
■ 잎에 갇힌 당분의 새로운 합성이 만드는 붉은색과 보라색
단풍나무나 벚나무, 옻나무가 붉게 물드는 것은 기존 색소가 드러나는 것이 아니라 안토시아닌이라는 수용성 색소를 세포 속 액포에 새롭게 만들어내기 때문입니다. 떨켜가 형성되어 체관을 통한 이동이 막히면 낮 동안 광합성으로 생성된 포도당과 자당이 잎 내부에 고농도로 축적되는데요. 여기에 맑은 가을의 강한 햇빛과 서늘한 밤 기온이라는 자극이 더해지면 효소가 활성화되어 갇힌 당분을 붉은 안토시아닌으로 전환합니다. 이 색소는 엽록소가 사라져 무방비해진 잎 조직이 강한 자외선과 광산화 스트레스로 손상되는 것을 막아주어 영양분을 끝까지 안전하게 회수하도록 돕는 천연 자외선 차단제 역할을 하며, 액포 내부의 산성도에 따라 선홍빛에서 검붉은 보랏빛까지 미묘한 색 차이를 만들어내지요.
정리하자면,
가을 단풍의 색깔은 떨켜 형성과 엽록소 분해라는 공통 과정을 거친 뒤 나무의 유전적 특성에 따라 결정되는데, 원래 존재하던 카로티노이드나 타닌이 남으면 각각 노란색과 갈색이 되고, 잎에 축적된 당분이 햇빛과 저온 자극을 받아 안토시아닌으로 새롭게 합성되면 붉은색과 보라색으로 물들게 된답니다.
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