나무의 운반시스템

나무들은 한 번 성장한 높이를 계속 유지하려는 속성이 나타나게 되었다. 그래서 3억년 전의 식물계에는 수명이 길고 몸집이 큰 나무들이 지상을 점령하는 승리자가 되었다. 이렇게 나무가 견고하고 높게 자랄 수 있는 것은 탄수화물로 만들어진 셀룰로오스 cellulose란 성분 때문이고, 나무가 오래 살 수 있는 이유는 리그닌 lignin이란 성분 때문이다.

리그닌은 자실 lipid인 지방fat 성분으로 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽을 구성하는 주요성분이다. 셀룰로오스의 미세섬유들 사이를 채워 압력에 견디는 기능을 담당하게 된다.

또한 뿌리에서 수십미터 또는 수백미터 높이까지 물이 이동하는데 도움을 주기도 한다. 페놀 화합물로 된 리그닌은 동물들이 쉽게 분해할 수 없는 물질이므로 각종 미생물이나 동물들의 먹이원이 되는 셀룰로오스를 보호하는 방어역할을 한다. 이렇게 셀룰로오스와 리그닌이 결합하여 오래도록 분해가 되지 않는 단단한 나무로 존재할 수 있다.

사람들이 나무를 켜서 집을 짓거나 각종 가구를 만들어 오랫동안 사용하거나 보존할 수 있는 것도 이 때문이다.

나무가 숲을 이루고 번창할 수 있게 된 것은 나무의 뛰어난 운반시스템 덕분이다. 나무는 운반시스템의 발달로 거대한 면적 위에 숲을 이루게 되었다.

나무의 운반시스템은 나무가 환경에 더 잘 적응할 수 있는 방향으로 발달과정을 밟아왔다. 처음에는 세포벽을 가진 세포의 끝부분이 단순하고 긴 세포로 연결되어 있었지만, 점차 고무호스 같은 모양으로 변화하면서 더욱 쉽고 빠르게 물을 운반할 수 있게 되었다. 이러한 것들을 도관 및 가도관이라 한다.

침엽수의 경우 가도관만 발달되어 있는데, 가도관은 도관보다 길고 양쪽 끝부분이 침처럼 뾰족해서 물을 수직으로 운반하는데 많은 어려움이 있으며 운반 속도도 매우 느리다. 활엽수에 발달되어 있는 도관은 양쪽 끝이 둥글게 뚫려 있고 그 위에 천공판이란 세포조직이 발달해 있어 서로 이웃하고 있는 도관으로 자유롭게 물을 수직으로 이동시킬 수 있다.

활엽수에는 도관만 발달해 있는 것이 아니라 가도관도 동시에 발달되어 있는 나무들이 많다. 이러한 물 운반시스템의 정교한 발달은 물 뿐만 아니라 물에 녹아 있는 각종 무기 영양소들까지도 나뭇잎이 있는 높은 곳까지 신속하게 운반할 수 있게 해준다. 활엽수는 크고 넓은 잎에 발달된 기공 stoma을 통해 잎의 표면적이 작은 침엽보다 훨씬 많은 물을 증산시킨다.

때문에 낮의 길이가 짧아지고, 온도가 내려가는 가을이 오면 활엽수들은 잎을 버리고 휴지기에 접어들게 된다.

반면 침엽수는 상황이 다르다. 침엽은 잎의 표면적이 작고 잎 자체가 추위에 견딜 수 있는 특수한 구조로 발달해 있다. 겨울철에도 빛이 있고 적당한 온도가 유지되는 낮 시간에 광합성을 하면서 적은 양의 수분을 증산시키기도 한다.

정리하자면, 침엽수는 적은 양의 물이 공급되는 겨울철 추운 지역에서도 살아 활동할 수 있지만 활엽수는 물이 얼어버리는 빙점 이하의 추운 지역에서는 활동을 중지하고 휴지기를 맞이하게 된다. 보편적으로 활엽수가 따뜻하고 물 공급이 원활한 곳에서 잘 자라는 나무라면, 침엽수는 춥고 건조한 지역에서도 살 수 있는 나무이다.

세계적으로 식생분포를 보면 활엽수는 아열대우림, 열대우림 및 온대지역에서 주로 나타나고 침엽수는 위도가 높은 지역이나 고산지대에 주로 분포하고 있다. 이런 이유로 수목의 식생대가 서로 구분된다.

계절에 따른 온도의 변화는 나무들이 살아가는 생활방식이나 생리적 현상을 좌지우지하게 된다. 나무는 내부적으로 계절의 변화를 알리는 나이테가 겹겹이 형성된다. 일반적으로 짙고 옅은 색이 반복되는데, 짙고 가는 부분은 늦여름과 가을에, 옅고 넓은 부분은 봄과 여름에 만들어진다.

전자를 추재 early wood, 후자를 춘재 late wood라 부른다. 이 둘을 합하면 나무가 1년 동안 자란 두께가 된다.

나무는 수 십년 또는 수 백년 동안 반복적으로 이러한 나이테를 만들어내는데 오래된 나이테일수록 나무의 안쪽으로 밀려들어가게 된다. 그리고 언젠가 물과 양분을 더 이상 운반하지 못하게 되면, 그 부분은 대체로 어두운 색을 띠게 된다. 그것을 심재라 한다. 심재가 heart wood가 어두운 색을 띠는 이유는 활동을 더 이상 하지 않는 세포들과 유지, 탄닌 등의 성분이 모이기 때문이다. 보편적으로 나이테는 1년에 춘재와 추재가 1개씩 만들어지나, 가끔 건조하거나 병충해나 산불 등에 의해 추가될 수도 있는데, 이를 위연륜 falschering이라 한다.

상대적으로 바깥부분의 나이테는 밝은 색깔을 나타내는데, 아직까지 많거나 적게 물과 양분을 이동시키고 있다는 증거가 된다. 이것을 변재 sap wood라 부른다. 변재 부분에는 물과 탄수화물이 이동하는 목부 xylem와 사부 phloem가 활발하게 살아있다. 나무의 심재부분은 오래 전에 활동을 했지만, 이제는 더 이상 물과 탄수화물을 이동시킬 수 있는 살아 있는 부분이 아니다.

[나무와 숲] 남효창 / 계명사