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강의안 27

      ◎ 식물잎이 기공 개폐 다 못밝혀／이산화탄소 흡수 · 물 증산의 중요한 통로／환경요인 따라 변화 … 과학적 설명 불가

       식물의 잎은 태양에너지를 이용해 공기 중의 이산화탄소와 뿌리에서 흡수한 물을 재료로 탄수화물을 합성하는 장소다．이것을 우리는 광합성 혹은 탄소동화작용이라고 부르며 정확하게는 잎을 구성하고 있는 세포속에 있는 엽록체에서 일어나게 된다．

       잎의 단면을 잘라보면 맨 위층을 구성하고 있는 세포들을 상피조직이라고 하는데 이들은 엽록체를 거의 갖고 있지 않은 투명한 세포들이다．그리하여 광합성이 주로 일어나는 밑의 책상조직과 갯솜조직이라는 잎속 깊숙이 빛이 투과해 들어가도록 한다．

       반면에 잎의 맨 밑층을 구성하는 표피세포에는 광합성에 필요한 이산화탄소를 공기 중으로부터 흡수하는 수많은 작은 기공이 있다．광합성을 활발히 하기 위해서는 이 기공을 활짝 열어 많은 이산화탄소를 흡수해야 한다．

       그러나 이 기공은 이산화탄소만이 아니라 동시에 뿌리에서 흡수한 물도 공기중으로 증산시키는 중요한 통로다．물이 충분할 때는 별 문제가 되지 않지만 가물 때는 기공의 열리고 닫히는 예민한 기작이 식물의 생사를 결정하는 중요한 요소가 된다．

       그러면 과연 이러한 기공은 어떻게 광합성을 하지 않는 밤에는 닫히고 반대로 낮에는 열리며 또한 낮일지라도 수분이 부족한 경우에는 수시로 닫히게 되는 것일까．

       기공은 구조적으로 공변세포라는 두개의 세포로 형성되어 있어 세포에 물이 많이 삼투해 들어오게 되면 부피가 커지면서 얇은 세포벽으로 된 세포의 바깥쪽이 부풀면서 기공은 열리게 되고，물이 빠져나가 세포의 부피가 줄면 기공은 다시 닫히게 되는 것이다．

       그런데 해가 뜨고 광합성이 시작되면 공변세포 내에 당의 농도가 높아지게 되고 이렇게 되면 삼투압이 높아져 물은 더욱 빨리 공변세포로 흡수되어 기공을 열게 한다．

       역으로 밤에는 광합성을 할 수 없게 되고，이미 합성된 당은 공변세포로부터 다른 저장기관으로 운반되어 녹말로 저장되므로 공변세포의 삼투압은 떨어져 물은 오히려 빠져나가 기공은 닫히게 되고 만다．그러나 낮일지라도 가뭄으로 물의 흡수가 줄어들게 되면 공변세포의 삼투압은 떨어지면서 기공을 닫아 물의 소비를 줄이게 된다．

       비록 기공을 담음으로써 이산화탄소가 부족해 광합성을 못하더라도 생명유지에 더 중요한 물을 지키기 위해서다．그러나 기공은 완전히 닫히고 열리기도 하지만 수분부족의 정도에 따라 기공을 일부만 열기도 한다．

       즉 식물은 기공을 일부만 엶으로써 발생되는 수분손실과 광합성을 일부 수행함으로써 생기는 득실을 계산하여 최고의 생명력을 발휘할 수 있도록 조절한다는 것이다．그러나 이 작은 기공이 수많은 한경요인에 따라 수시로 열리고 닫히는 기작이 얼마나 정교하고 복잡한지 아직도 과학자들은 다 밝히지 못하고 있다．

       기공은 또한 식물의 종류에 따라 특이한 형태와 배열을 갖고 있다．일반적으로 쌍떡잎식물들은 신장모양의 기공을 갖고 있는 반면 외떡잎 식물들은 아령을 두개 겹쳐놓은 모양의 바벨형을 갖고 있다．이러한 특이한 구조와 기능을 갖고 있는 기공이 어떻게 저절로 진회되어 생겨날 수 있겠는가．

       식물의 잎 하나만을 보아도 하나님의 창조의 놀라운 질서와 섭리가 있음을 알 수 있게 된다．

〈이웅상 명지대 교목실장 겸 생명과학과 교수〉