[김진한 칼럼](17)'물과 중력의 상호작용에 의해 수평으로 눕혀지며 자라는 줄기'
[김진한 칼럼](17)'물과 중력의 상호작용에 의해 수평으로 눕혀지며 자라는 줄기'
  • 채널제주
  • 승인 2018.07.06 15:42
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▲ 김진한 칼럼니스트

나무줄기가 수직으로 올라가며 자라는 원인은 햇빛을 얻기 위해서가 아니라, 대기압의 누르는 힘에 의한 반작용으로 수직항력을 따라 물이 위로 역류하기 때문이다.

이제 우리는 식물의 줄기가 하늘위로 올라가며 자라는 이유가 햇빛을 얻기 위함이 아니라는 것을 알게 되었다. 지표면에 있는 물이 식물의 줄기를 따라 역류하기 때문에 위로 수직하게 자라는 것이다. 그렇다면 나무의 줄기들은 모두 수직으로만 자라야 할 것이다.

그런데 나무가 자라는 현상은 수직줄기와 함께 수평으로 자라는 줄기와 사선으로 자라는 줄기가 거의 비슷하게 혼재되며 나타난다.

이제 수직으로 자라던 줄기가 어떻게 하여 수평으로 자라는지 그 메커니즘을 밝혀볼 차례이다.

우리가 과거 어느 시점에 배운 대로 생장점에 의한 성장이거나, 햇빛이 비치는 방향으로 자란다고 하면 우리 눈앞에 보이는 수평줄기는 처음부터 수평으로 자랐기 때문에 앞으로도 계속해서 수평으로 자라게 될 것이다. 하지만 자세히 관찰하면 새로 돋아나는 새싹은 모두 수직하게 위로만 자란다. 쌍떡잎식물이든 외떡잎식물이든 어린 싹은 모두 수직으로 싹이 돋아나지 처음부터 옆으로 또는 사선방향으로 싹이 돋아나지 않는다.

그렇다면 줄기가 수평으로 자라는 것은 처음부터 수평으로 돋아난 것이 아니라, 수직으로 자라던 줄기가 어느 시점부터 수평으로 눕혀지며 자라난 것이다 !??

이는 수직으로 자라던 줄기가 때가 되면 자기가 알아서 수평으로 드러누우며? 자란다는 결론이 된다. 이게 말이 되는가?

아마도 말도 안 되는 웃기는 얘기라고 할지도 모른다. 하지만 이런 말도 안 되는 일이 식물의 줄기에서 일어나고 있다.

▲ 수평화된 줄기와 수직지 비교 ⓒ채널제주

줄기가 자라는 영상을 자세히 살펴보아야 한다. 처음 뾰족하게 싹이 날 때는 삼각형 모양으로 튀어나오고 점점 자라면서 일자형 줄기의 양쪽 옆으로 잎이 날개처럼 펴지면서 자란다. 마치 우산이 접혔다가 펴지는 메커니즘과 닮았다. 우산을 들고 접어서 바람을 정면에서 마주서는 것과, 펴고서 바람을 맞는 것과는 방해하는 정도가 다르다. 우산을 펴고 바람을 향해 마주서게 되면 밀리던지 우산이 휘어지던지 한다.

이와 마찬가지로 싹이 날 때도 처음에는 줄기 양옆의 잎이 다 펴지기 전이므로 수직으로 일자로 곧게 뻗어 올라가지만 양옆의 잎이 거의 자라서 옆으로 펴지면 대기 중에 있는 공기 저항을 보다 많이 받게 된다. 줄기가 길고 잎 면적이 넓을수록 대기압이라는 저항에 의해 수직으로 자라던 줄기가 수평으로 누울 확률이 높다.

이를 생명현상으로 풀이하면, 이제 막 자란 젊은 줄기는 수직줄기이고, 중간정도 자란 줄기는 사선줄기이고, 다 자란 줄기는 수평줄기가 된다.

줄기가 수평지일수록 꽃눈분화가 양호하다는 리콤의 경험법칙을 대입하면, 수평줄기일수록 햇빛을 많이 받아 광합성양분 축적이 충분한 줄기가 되므로 꽃이 피고 열매를 맺기에 적당한 에너지가 많은 줄기가 된다.

지금 우리눈앞에 보이는 수평으로 자란 나무줄기는 처음부터 수평이 아니라, 어리고 젊었을 때는 수직으로 자라다가 대기압의 저항에 부딪쳐서 점점 기울어지다가 수평상태에서 멈춘 것이 된다. 수직상태로 곧게 뻗어 자라나야 하는데, 공기저항이 점점 많아지면서 줄기가 점점 수평으로 휘어진 것이다.

▲ 중력에 의해 휘어져 수평화된 줄기 ⓒ채널제주

여기서 공기저항이 점점 많아진 것은 실재로 그런 것이 아니라 잎이 커지면 공기저항을 받아들이는 면적이 커지기 때문에 잎이 자랄수록 공기저항이 많아지는 샘이 된다. 그런데 이런 줄기의 변동성이 슬로우모션 형태로 점점 변해가는 것이 아니라, 어느 순간이 되면 터닝포인트가 생기며 전환되기 때문에 일반적인 방법으로는 관찰하기가 어렵다.

이런 줄기 자람이 수직에서 대각선을 거쳐 수평으로 자라는 변화를 생장점이나 햇빛에의한 성장이라고 하면, 설명할 수 없는 현상이 너무 많다. 그렇기 때문에 물과 중력(대기압)의 상호작용으로 설명해야지만 그 메커니즘이 분명해진다.

그런데 나무줄기가 대기압이 저항에 의해 수직으로 자라다가 대각선을 거쳐 수평일 때 멈추어서 자란다고 하면, 또 다른 의문점이 생긴다. 중력이 영향이라면 아래로 처져야 하는데 수평에서 멈추는 이유가 무엇인가? 바로 이 부분에서 물과 중력의 상호작용에 의한 성장이라는 것이 더욱 확실해 진다. 이는 수분이 수직이동성으로 인해 역으로 줄기가 수평이하로는 더 이상 내려가지 못하게 하는 물에 의한 반작용이 또 다시 작동된다.

이런 물과 중력이 쌍방향성 상호작용이 식물이 살아 움직이는 유기체가 되게 한다. 결과적으로 줄기의 수평방향 성장도 ‘물과 중력의 상호작용’에 의한 성장이 된다.

나무줄기가 실제 자라는 모습은 수직, 수평, 대각선 줄기가 거의 비슷한 비율로 혼재되어 뻗어가며 자란다. 이를 일시적으로 보면 수직줄기 수평줄기 대각선줄기가 처음부터 나와서 마지막까지 연장선상에서 자라는 것처럼 보인다. 하지만 줄기들은 물과 중력의 상호작용에 의해 일정한 규칙을 이루며 자라고 있다. 이러한 줄기의 성장규칙은 각도에 관련되어 있는데 그 중에서도 사잇각이 중요하다. 줄기와 줄기의 사잇각의 합은 일정지점에서 언제나 180°(1/2πrad)을 이루며 자란다. 이는 필자의 저서 ‘중력파와 식물성장법칙’에 자세히 나와 있다.

어느 한 지점에서 분지된 줄기들 간의 사잇각을 모두 합하면 1/2π가 된다. 모두 더하면 1/2이라는 상수는 수학에는 종종 나타나는데 대표적으로 미적분에서 적분값의 상수가 1/2이 되는 경우이다. 우리가 잘 아는 삼각형면적이나 속도에 대한 운동에너지 공식 S=1/2ab, E=1/2mv² 등이 모두 적분하니 1/2, 절반이라는 상수가 나오는 경우이다.

이처럼 식물줄기가 물과 중력의 상호작용에 의한 성장으로 풀이하면, 우리에게 익숙한 수학의 방정식들과도 자연스럽게 이어진다.

귤나무의 수평 줄기의 성장은 생장점에 의한 성장처럼 수평지에서 다시 수평으로 세포 분열하는 방식이 아니라 수직줄기에서 수평, 수평줄기는 다시 수직이 되는 줄기 간에 서로 ‘상호 교차’하면서 줄기가 세포분열하며 성장한다. 따라서 지금 수평줄기가 장래에는 수직줄기로 변환되기도 한다.

다음 편에 계속...

김진한 칼럼니스트는?

1968년 6월 생으로 제주 성산 삼달리에서 출생하여 삼달초교, 신산중, 금오공업고등학교, 금오공과대학을 졸업, 91년 육군소위로 임관하여 장교로 군복무 후 육군대위 전역, 2002년도 출생지로 돌아와 귀농 하였다.

이후 2004년 '제주대 최고농어업경영자과정', 2009년 '한국벤처농업대학' 등의 과정을 수료, 2004년~7년까지 '제주도정보화농업인연합회' 창립발기인 및 초대, 2대 사무국장을 역임 하는 등 쉼 없는 노력을 인정받아 2006년 '전국 농업인 홈페이지 경진대회 최우수 농림장관상','농촌진흥청장 표창', 2011년 '농업인 정보화 관련 유공 제주도지사 표창' 등 다수의 상을 수상 하였다.

또한 여러 활동과 경험을 바탕으로 농업과 공학을 접목시키는 기술을 연구, 2015년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법', 2016년 '이동식감귤선별장치' 2017년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법' 등을 특허등록 하였다.

저서로는 2015년 '상대성이론과 식물역학'(하나출판), 2016년 '중력파와 식물성장법칙'(하나출판)이 있으며, 2018년에는 '전정법 개선으로 고품질 감귤생산 실용과제' 를 '대산농촌재단 농업실용연구총서7'에 발표 하였다.

<본 칼럼의 내용, 이론은 김진한 칼럼니스트 개인 연구 결과임을 참고 바랍니다>

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