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식물의 잎이 하는 일


식물의 잎이 이렇게 중요한 일을 하고 있었다니 정말 놀랍지요? 이제부터는 밥상에 올라오는 나물과 채소 반찬에게 감사 인사를 꼭 한번 하고 식사하자고요. ‘식물의 잎이 하는 일’은 초등학교 과학교과서 5학년 1학기 단원 7에 나오며 3학년 2학기 단원 1에 나오는‘식물의 잎과 줄기’와도 관련이 있는 중요한 부분이랍니다. ‘과학교과서 뛰어넘기 플러스+’를 통해 과학교과서보다 더 실감나는 식물의 세계에 대해 좀 더 알아보도록 해요.


한 그루가 잎을 통해 할 수 있는 일
나무는 우리 생활에 필요한 목재를 제공해 주기도 하지만 광합성을 통해서도 많은 일을 하고 있다. 가로수의 대명사 '플라타너스'를 기준으로 광합성이 우리 생활에 어떤 도움을 주는지 알아보자.

1. 산소 공급은 내게 맡겨라!
플라타너스 한 그루는 매일 이산화탄소 3.6kg을 흡수하고 산소 2.6kg을 방출함으로써 3.5명이 하루 동안 숨쉴 수 있는 산소를 제공한다. 이 양은 병원에서 사용하는 산소 약 5만 2천 원에 맞먹는 경제적 가치를 갖는다.

2. 나무가 많으면 공해 걱정도 끝!
오존층은 자외선을 차단하는 기능을 하지만 오존은 독성이 있어 대기 중에 많이 존재할 경우 인체에 치명적인 피해를 입히기도 한다. 플라타너스 한 그루는 하루 13g의 오존을 흡수하는 뛰어난 대기 정화 효과를 갖고 있다. 나무는 우리 생활에 필요한 목재를 제공해 주기도 하지만 광합성을 통해서도 많은 일을 하고 있다. 가로수의 대명사‘플라타너스’를 기준으로 광합성이 우리 생활에 어떤 도움을 주는지 알아보자.




3. 내가 있으면 에어컨이 필요 없어!
나무는 증산 작용(잎에서 기공을 통해 물이 증발하는 현상)으로 수분을 방출하여 주위의 열에너지를 제거해 준다. 도시에 가로수를 심는 이유 중 하나는 빌딩 숲에 의한 열섬 현상(도시의 기온이 인공열이나 대기오염 등의 영향을 받아 외부보다 높아지는 현상)을 해소하기 위해서다. 플라타너스 한 그루는 하루 0.6kg의 수분을 방출함으로써 열에너지 36만kcal를 제거하는데 이것은 15평형 에어컨 7대를 10시간 틀어 놓은 효과와 같다.

4. 나는야 모든 생물을 먹여 살리는 살림꾼
식물은 스스로 먹고 살 뿐만 아니라 거의 모든 다른 생명체의 궁극적인 식량원의 역할을 하고 있다. 도시에 숲이 없다면 도시에는 인간 외에 다른 동물은 찾아볼 수도 없을 것이다. 인간 역시 유통의 발달 덕분에 다른 지역에서 식물이 만들어 내는 유기물을 가져 와 생활하는 것뿐이다. 지구 전체로 볼 때 식물이 광합성으로 만들어 내는 유기물은 해마다 10억 톤에 달한다. 따라서 광합성만큼 생명체에 중요한 과정은 없다고 할 수 있다.




광합성은 어떻게 일어날까?
식물 자신뿐 아니라 지구에 살아가는 모든 생명체에게 중요한 광합성. 이 광합성은 어떻게 일어날까? 광합성을 하는 데 꼭 필요한 조건들은 무엇일까? 큼직한 잎이 줄기에 주렁주렁 달려 있는 나팔꽃이 어떤 과정을 통해 광합성을 하는 지 살펴보도록 하자.

그림에서 보면 알 수 있듯이 식물은 태양이 방출하는 빛에너지와 공기 중의 이산화탄소 그리고 땅으로부터 얻은 물을 이용하여 잎 속에 있는 엽록체를 통해 산소와 물을 방출하고 포도당을 만들어 낸다. 잎 속에 있는 엽록체는 광합성 색소인 엽록소를 가지고 있어 빛에너 지를 효과적으로 흡수하는 기능을 한다.








옛날에는 식물이 흙만 먹고사는 줄 알았다?!
식물이 광합성을 통해 양분을 얻는다는 것이 발견된 것은 그리 오래 되지 않은 일이다. 인간이 광합성을 발견하기까지의 역사를 살펴보자.

고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스는 식물이 자라는 것은 흙이 성장에 필요한 모든 물질을 공급하기 때문이라고 생각했다. 그리고 그 당시의 모든 사람들이 그렇게 믿었다.

17세기 중반, 벨기에 의사인 장밥티스타 헬몬트는 식물이 정말 흙에서만 모든 영양분을 얻는지 알아보기 위해 실험을 해 보았다. 2.25kg의 작은 수양버들을 흙 90g이 든 화분에 키우면서 물 이외에는 아무 것도 주지 않았다. 5년 후 나무는 76.8kg으로 자랐는데 흙은 불과 30g밖에 줄지 않았다. 따라서 헬몬트는 식물에게 필요한 대부분의 물질은 흙에서 나오는 게 아니라는 결론을 내렸다. 그러나 대신 수양버들이 물에서 모든 영양분을 얻는다는 결론을 내리고 말았다. 영국의 화학자였던 조셉 프리스틀리는 밀폐된 용기 안에 촛불을 넣어 두면 결국 촛불이 타서 꺼져 버리지만, 나뭇가지를 그 용기 안에 넣어 주면 촛불이 계속해서 타오르는 것을 발견했다. 그 당시 프리스틀리는 산소에 대한 지식은 없었지만 식물이 불이 계속 타오를 수 있는 물질을 만든다고 생각했다.

1770년대 후반 네덜란드 의사였던 얀 잉겐하우스는 식물의 녹색 조직이 빛을 받았을 때만 산소를 만든다는 것을 증명했다. 이와 같이 헬몬트, 프리스틀리, 잉겐하우스가 광합성을 이해하는 발판을 마련했으나, 광합성 과정의 세부 단계는 이후 많은 과학자의 노력을 거쳐 20세기가 한참 지나서야 밝혀지게 되었다.




물은 어떻게 중력을 거슬러 뿌리에서 잎까지 올라갈 수 있을까?
나무는 가장 밑에 있는 뿌리에서 물을 흡수해 가장 위에 있는 잎까지 올려야 한다. 아메리카삼나무같이 키가 100m까지 자라는 어마어마하게 큰 나무들은 도대체 어떻게 꼭대기까지 물을 공급하는 걸까?

* 증산 작용 : 잎에서 기공을 통해 물이 증발하는 현상으로 물이 증발하는 힘이 물을 잎으로 이동시킨다.
* 뿌리압 : 뿌리는 흙과의 농도 차이를 이용한 삼투 현상으로 물을 흡수하고, 이 때 흡수하는 힘이 줄기를 타고 물을 끌어올린다.
* 모세관 현상 : 줄기를 따라 존재하는 물관 속에서 발생하는 현상으로, 얇은 관을 통해 물을 상승시킨다. 이 원리는 수조 속에 얇은 관을 세워 놓으면 주위 수면보다 관 속의 물이 약간 더 상승해 있는 것을 보면 이해할 수 있다.
* 물 분자의 응집력 : 물 분자는 서로 끌어당기는 힘이 있는데 물을 줄기를 통해 잎까지 끌어올리는 가장 큰 힘이 된다.


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