3. 잡초의 발생과 휴면

1) 잡초의 발생

發生이라는 것은 생명활동의 시작이다. 한자 發의 모습을 보자. 어떤 기운이 밖으로 솟아 나오는 모습을 볼 수 있다. 그리고 生은 시작의 의미가 있고, 글자 그대로 생기는 것이다. 애기가 태어나 인간으로 시작하는 것과 같다. 生命體가 시작하는 것이다. 식물에서 발생은 잡초가 싹을 틔워 대지 밖으로 출현한 후, 아! 이 잡초가 生을 시작하는구나! 하는 생각이 들 수 있는 단계에 접어들었을 때 발생하였다 표현할 수 있다.

잡초의 발아

그러면 發芽는 무엇일까? 발아는 싹이 터져 나오는 것이다. 芽는 식물의 싹을 뜻한다. 그래서 옥편에 萌也 始也 라 하였다. 萌은 땅속의 어둠에 갇혀 있던 초목이 하늘을 향해 밝게 터져 나옴을 상징하고 있다. 더 정확한 뜻은 씨앗속에 갇혀 있던 싹이 씨앗밖으로 뚫고 나오는 것이다. 그래서 발아는 식물의 시작이 되는 것이다. 시작이라는 말은 시간의 개념속에 포함된다.

시간의 개념에는 시작이 있고 과정이 있고 끝이 있다. 무의미하게 그냥 흘러가는 것은 결코 아니다. 우리는 봄에 싹이 터지면서 만물이 소생하여 生을 시작한다고 표현한다. 그래서 봄은 계절의 시작을 의미한다.

시간에는 목적이 있다. 서구적인 사고방식으로 보면 시간은 그냥 무심히 직선적으로 흘러갈 뿐이다 라고 생각하겠지만 그렇지 않다. 시간은 순환 반복하면서 어떤 목적을 가지고 존재한다. 그렇다고 시간이 존재하는 것은 또한 아니다. 여하튼 각설하고 한마디로 시간은 봄여름가을겨울이라는 네 가지 시간대를 창출하면서 이 시간 속에서 봄에 씨뿌리고 가을에 열매를 맺어 영원히 만물이 존속할 수 있도록 한다.


발아의 정의

어쨌든 발아는 물리적으로 물을 흡수하여 생리·화학적 과정을 거치면서 배나 어린 싹이 씨껍질이나 보호막을 뚫고 나오는 현상이다. 적절한 수분, 온도, 산소를 그리고 종자에 따라서 광을 필요로 한다. 이제 잡초 생장의 시작이다.

발아의 단계에는 4단계가 있다. 1단계는 물의 물리적, 생리적 흡수 그리고 가수분해를 시작하는 단계이다. 2단계는 세포분열 및 신장이, 3단계는 어린뿌리 및 어린 싹의 신장, 4단계는 어린 싹이 출현하는 단계이다.

여기서 중요한 것은 물의 문제이다. 모든 생명활동의 시작은 물이 필요하다. 물이 없으면 생명을 유지시킬 수 없다. 봄에 만물이 소생할 때도 봄비가 내려주어야 한다는 사실을 알고 있을 것이다. 그러므로 물은 단순히 물이 아니고 生命水이다. 인간이 먹는 물의 중요성은 말해 무엇하겠는가? 요즈음 수돗물 먹는 사람 별로 없다. 이제 지하수도 오염이 많이 되어서 믿기 어렵다. 덕분에 정수기가 잘 팔리고 있다.

정수기 문제로 기억나는 일이 있다. 우리집에 정수기를 팔러 온 사람이 이런 이야기를 하였다. 자기가 판매하는 정수기는 역삼투압식으로 물의 순도가 아주 높은 것이 특징이다. 물속에 용해되어 있는 불순물이 거의 없다는 것이다. 물속에 녹아있는 전 이온량을 check하여 나에게 보여 주었다. 정말로 녹아 있는 이온이 거의 없었다. 문제는 물에는 인간에게 이로운 미량원소들이 있어야 좋은데, 좋지않은 몇가지를 아예 없애려고 하니 그건 힘들고 하여 모조리 없애버린 것이다. 지금의 시대가 워낙 물오염이 심하여 아예 순도가 높은 물을 사용하는 것이 유리한 점이 있을지 모르지만, 생명을 공부하는 입장에서 보면 인간에게 유해한 것 이외의 미량원소는 풍부한 것이 좋지 않을까 하는 생각이었다.

다시 발아의 문제로 돌아가자.

잡초방제학 교과서를 보면 발아는 본래 4단계인데, King이라는 연구자가 1996년 잡초방제학 측면에서 출현이후 이유기까지를 포함하여 발아로 보는 것이 합당하다 하여 5단계설을 내놓았는데 우리나라 연구자들도 이를 합당하게 받아들이고 있다.

나의 경우는 생각이 다르다. 본래 발아의 정의가 있는데 잡초방제학 측면에서는 이러하다하고 다른 이론을 내세우는 것은 전혀 합당치 않다. 잡초가 일반적인 식물과는 좀 다른 형태적 특성을 가진 생명체라면 모르되 잡초 자체가 식물이고 식물은 대부분 잡초인데, 굳이 다르게 구분할 필요는 없을 것으로 본다. 그리고 발아 5단계는 결국 발생의 의미를 가지고 있으므로 잡초방제 측면에서는 발아의 의미보다도 발생의 의미가 더 중요하다 표현하는 것이 오히려 더 합당하다.

여하튼 실제 발아의 마지막 단계에서 어린 싹이 출현할 때 콩같이 하배축이 신장하여 자엽이 밖으로 나오기도 하며, 벼같이 상배축이 신장하여 초엽부터 밖으로 나오는 경우가 있다. 화본과의 경우 종자가 깊이 들어가 있을 때는 중배축을 형성시켜 깊은 땅속에서 나오기도 한다.

콩이 밖으로 나오는 모습에서 한자를 하나 배우고 가자. 子葉떡잎이 고개를 숙이고 나온다. 이것을 보라는 의미가 禮이다. 예는 볼 示, 굽을 曲, 콩 豆를 조합하였다. 고개를 숙이는 모습은 근본을 향하는 모습이다. 그 콩이 나온 所自出 땅을 향해 있는 모습이다.

農은 굽을 曲에다가 때 辰자를 합하여 놓았다. 曲은 허리를 굽혀 일하는 모습, 쟁기가 구부려져 있는 모습, 김매는 호미가 구부려져 있는 모습에서 잡초방제에 힘드는 농사의 일을 생각할 수 있다. 辰은 별을 뜻하기도 하니 별이 보일 때까지 일하는 모습도 있다. 그리고 辰은 때를 뜻하기도 하니, 농사는 때에 맞추어 짓는 것이다. 또한 辰時하면 7~9시로 해뜨려고 하는 전후 시간대이기도 하다. 농사는 하늘에 있는 해와 밀접한 관련이 있다. 농사의 凶豊은 하늘에 떠있는 이 해에 달려 있는 것이다. 해가 떠있는 상황아래서 이루어지는 것이 농사이다. 하늘의 도움을 받고 땅을 갈고 매는 작업이 바로 농사이다. 또 씨뿌려 나오는 작물은 하늘로부터 햇빛을 받아 광합성을 하고, 땅으로부터 양분을 받아들여 생장하는 것이다.

그러니 식물에게는 하늘과 땅이 똑같이 근본이다. 우리가 하늘과 땅이라 하면 天地 차이가 있음을 인식하고 있다. 무한히 많은 차이가 있음을 언급할 때 쓰는 말이다. 그러나 농사의 의미에서 보면 하늘과 땅은 똑같이 우리가 얻고자 하는 생명에 영향을 주고 있다. 하늘과 땅은 아주 큰 차별이 있는 것이 아니라, 모든 생명의 근본으로 동일한 자격을 갖추고 있다.

하늘과 땅 이것은 가정에서 보면 부모요, 부부이다. 지금 남녀의 관계에서 차별이 너무 심하여 문제가 일어나고 있다. 이 문제가 전반적인 사회 문제와 연계되어 있다. 민주사회가 평등사회라고 하지만 내가 보기에는 그렇지 않다. 가정에서 평등이 이루어지고 있지 않은데 어찌 이 사회가 평등한 사회란 말인가? 힘있는 자가 힘없는 자를 대할 때 힘있는 자의 위주로 대한다. 여기에서 갈등이 싹트는 것이요 사회에 문제가 일어나는 것이다. 가정에서 남편이 아내의 위치를 정당하게 인정하고 대할 때 온전한 가정이 되며, 직장에서 상사가 부하를 정당하게 인정할 때 그 조직은 살아 움직이게 된다. 마찬가지로 우리사회에 만연한 지역갈등은 서로가 정당하게 인정할 때 사라지는 것이다. 경상도 사람이 경상도식으로 전라도 사람이 행해주기를 바라니 어찌 지역갈등이 해소될 것인가. 나 스스로 나를 공정하게 인정하듯이 상대를 공정하게 인정해 보라.

발아에 관여하는 환경조건

발아에 관여하는 3대 요소가 있다. 수분, 온도, 산소이다. 잡초의 경우 어떤 씨앗들은 광을 요구하기도 한다 이들을 光發芽 종자라 한다.

먼저 수분의 이야기로 들어가 보자.

수분은 씨껍질을 연화시키고 모든 생리적 기능을 시작하게 한다.

물이 얼마나 강한가? 이 세상에서 가장 단단하다는 다이아몬드는 오직 물로서 자른다는 사실을 알아두라. 물은 부드럽다 그러나 강하다라는 사실을 기억하여야 한다.

물은 땅으로부터 저절로 솟아올라 결코 마르지 않고, 저절로 움직이며, 그릇의 어떠한 모양에도 어떠한 형태도 취하며, 가장 조그마한 틈만 있어도 들어가며, 가장 단단한 돌도 닳게 하는 힘을 가지고 있다. 그러나 물은 결코 서로 다투지 않으며, 침전 작용을 하여 스스로 정화되려 하며, 가장 낮게 거처하고자 한다. 그래서 물은 道와 가깝다.

물은 만물에게 생명의 기운을 준다. 어머니가 아기를 품에 안고 키울 때 생명의 기운을 주듯 물은 만물을 포용하여 키워낸다. 그렇다고 물은 보답을 바라지 않는다. 어머니가 자식에게서 보답을 바라지 않듯이. 그래서 물은 德과 같다.

물은 한자로 水라 표현한다. 물을 나타내는 글자의 형태 는 개울이나 강을 묘사하고 있다. 긴 선은 강의 굽은 모습이고 양쪽의 짧은 점선들은 물방울이나 물의 흐름의 형태를 나타낸다.

설문해자에 물은 準也라 하였다. 모든 것의 기준이다 라는 말이다. 또 물은 아래로 흐른다. 그래서 북쪽으로 향하는 물의 흐름을 묘사하기도 하였다. 아래로 흐르는데 왜 북쪽인가? 이 말은 五行원리로 풀어야 해석이 되는 문구이다. 木火土金水 오행의 배치는 木은 동방 좌측에 火는 남방 윗쪽에 土는 중앙에 金은 서방 우측에 水는 북방 아랫쪽에 배치하기 때문이다. 오행에서 근본은 아래에 있는 水이다. 오행의 변화원리는 水에서 시작한다. 그래서 만물은 水에서 시작한다고 한다. 더 상세한 것은 생략을 하자.

여하튼 물은 만물의 근원이다. 그래서 서양철학의 창시자 탈레스도 물은 만물의 근본이라 표현한 모양이다.

또 물은 홍수를 의미한다. 그래서 治水사업이 국가에서 가장 중요한 사업이었다.

중국 요임금때 9년 홍수가 났다. 요임금은 곤에게 치수를 맡겼으나 실패하였고 그 아들 禹에게 다시 물을 다스리게 하였다. 결국 우가 치수에 성공하였다. 禹治九年洪水 우가 9년 홍수를 다스릴 때 過門不入三年 13년 치수사업을 하였는데 이 동안 세 번 집문 앞을 지나면서도 집을 들르지 않았다고 한다. 이러한 우의 덕으로 홍수가 다스려졌다고 한다. 홍수의 원인은 요임금이 사람을 많이 죽이고 천하를 정벌하여 취한데 대해 하늘이 내린 응징이라는 설이 있다. 요순시대가 우리가 알고 있는 태평시대가 아니라는 것이다. 곰곰히 생각해 보면 이 말이 더 一理가 있다. 태평시대에 어찌 큰 홍수가 일어났겠는가?

우가 홍수를 제어하면서 아홉 강물을 소통하게 하고 제 강과 탑 강의 수로를 깨끗이 하여 바다로 흐르게 수로를 만들었다. 여 강과 한 강의 바닥을 트고 회 강과 사 강에 둑을 세워 양자강으로 흐르게 수로를 만들었다.

흐르는 물은 낮은 곳으로 움직이고 움푹 파인 웅덩이를 다 채운 다음에야 움직인다. 벼농사에서 혜택을 제공하는 수로도 이와 같게 자연의 순리대로 이용하는 것이다.

공자 말씀에 행정정책으로 백성을 인도하고 형벌로써 질서를 유지하면 형벌은 면하게 되지만 수치심이 없어질 것이다. 德으로 인도하고 禮로서 실행케 함으로써 질서를 유지하면 백성들은 수치심을 갖게 될 것이며 스스로 혁신할 것이다 라 하였다. 물이 행하는 것처럼 자연의 순리대로 하면 세상이 잘 다스려 질 것이다 라는 뜻이다. 문제는 이를 집행하는 인간의 문제가 언급이 없음이 안타깝다. 지금 모두가 개판이니 누가 도와 덕을 어찌 펼거나?

다시 본론으로 넘어가자.

국화과의 많은 잡초의 씨앗을 보면 깃털이 있다. 우리가 잘 아는 민들레를 생각하면 된다. 이 깃털 때문에 수분의 흡습성에서 유리한 것은 당연할 것이다. 또 흥미로운 풀이 하나 있는데, 국화쥐손이풀은 흡습성의 까락을 가지고 있다. 건습이 교차되는 조건하에서 까락이 뒤틀리면서 종실을 땅속으로 파고들게 한다. 한번 상상해 보라. 긴 까락이 건습의 교차에 의해 서서히 움직이면서 땅속으로 들어가는 것을 말이다. 잘 생각이 안되면 몸이 자유롭지 못한 장애인이 움직이려고 활동하는 모습을 상상하면 도움이 될 것이다. 수분을 향한 국화쥐손이풀의 대장정이 그려질 것이다.

다음은 온도의 이야기로 들어가 보자.

온도는 발아에 물이 중요한 만큼 중요하다. 온도는 모든 생명체에게 생명력이 작동하도록 해준다.

사람이 겨울에 추우면 움츠리게 되고 활동력이 저하된다. 동면하는 동물들도 많다. 식물의 경우 거의 다 활동이 정지된다. 나무 나이테의 까만 부분이 겨울에 거의 자라지 않은 부분이다.

왜 온도가 낮으면 생명체의 활력이 떨어질까?

물이 0~4℃에 밀도가 증가하는 것을 예외로 하면, 모든 물질은 온도가 낮으면 수축작용을 하고 높으면 팽창한다. 철로를 생각해 보시라. 온도가 낮은 겨울에는 수축하고 여름에는 팽창한다. 그래서 레일과 레일 사이를 적당한 간격을 두는 것이다.

물질의 밀도는 원자나 분자의 열 운동과 관계가 있다. 즉 원자나 분자의 운동량은 온도가 높을수록 진폭이 커진다. 일정한 질량의 경우 온도가 높을수록 체적이 커지는 것이다.

생명체도 이러한 특성을 가지고 있다. 겨울이 되면 사람은 활동력이 떨어지지만 봄과 여름이 되면 활동력이 증가하게 되어 들로 산으로 뛰쳐나가는 것이다.

겨울에 씨앗 속에 웅크리고 있는 생명력이 봄이 되면서 밖으로 터져 나오고 여름이 되면 왕성한 활동력을 자랑하게 된다. 물론 생명의 활동력에는 최적온도가 있다.

적당한 온도가 되면 잡초의 씨앗은 발아를 한다. 논에서 보면 4월 초 봄비가 내리면 발아를 하기 시작하는 잡초는 여뀌와 사마귀풀이다 그 바로 뒤를 따르는 것이 가막살이이다. 4월 말경 다소 온도가 올라가면 피도 발생을 시작한다. 벼의 경우는 직파를 할 경우 파종적기가 5월 1일이다. 벼의 경우는 일평균기온이 13℃가 되면 발아를 시작하는데 수원을 기준으로 보면 5월 1일경이 일평균 13℃에 해당하는 때이다.

다음은 산소의 문제이다. 잡초종자는 발아하는데 적당한 산소가 필요하다. 왜 산소가 필요할까?

산소가 있어야 식물도 호흡을 할 수 있다. 왜 호흡을 하는냐 하면, 생물세포가 외계로부터 흡수한 산소에 의하여 영양소를 산화하여 생활활동에 필요한 에너지를 얻기 위해서이다. 잡초가 발아하여 싹이라는 새로운 시대를 향해하기 위한 자금을 얻기 위해서이다. 소도 비빌 언덕이 있어야 한다는 말이 있듯이 잡초가 발아하는데 비빌 언덕을 만들기 위해 산소가 필요한 것이다.

이 우주는 결코 홀로 독불장군이 없다. 누군가에 의해 도움을 받으면서 시작하는 것이다. 이 세상에 태어난 여러분들은 부모의 은혜로부터 이 땅에 내딛기 시작했다. 또한 모두가 학교를 통해 스승의 은혜로 성장하기 시작한다. 태어나 결혼하기 전까지 여러분들은 혜택을 받고 자라는 것이다.

그래서 이 세상의 일원으로써 성장을 하면 이 세상을 위해 갚아야 한다. 아마 죽을 때까지 갚아도 다 갚지 못하고 이 세상을 떠나게 될 것이다. 결국 빚만 잔뜩 지고 말이다. 여러분들이 이 사실을 깨우치면 시간이 너무 없다는 사실 또한 깨우치게 된다.

여하튼 최고의 최우선의 덕목이 報恩이라는 사실을 알아 두라.

잡초 씨앗은 자신들이 자라난 환경에 따라 산소를 많이 요구하기도 하고 적게 요구하기도 한다. 대개 논잡초들은 산소가 적어야 발아를 하고 밭잡초들은 산소가 많아야 발아를 한다.

논잡초중에 가래나 물달개비, 올미는 산소 요구도가 아주 낮다.

우리나라의 대표적인 논잡초 피의 종류는 돌피 물피 강피 3가지가 있는데, 강피의 경우는 밭에다 심으면 발아를 하고 싹을 틔우나 성장하여 열매를 맺지 못한다. 그래서 피들 중 가장 논에 적응된 잡초가 강피이다.

서산에 대규묘 직파를 하는 간척지가 있다. 현대 정주영 명예회장이 간척사업을 하여 애지중지하는 곳이다. 이 간척지에 10여 년동안 벼농사를 하다보니까 제초제 저항성 물옥잠이 생겨나기 시작했다. 물옥잠은 물달개비와 같은 종류로서 담수조건에서 발아를 하는데 이놈은 담수조건 뿐아니라 그 지역을 벗어나면 발아를 하지 않는다. 그곳에서 그곳 토양을 이용하여 발아 시험을 하면 쉽게 발아를 하는데, 종자만 가지고 나와서 다른 곳에서 시험을 하면 발아를 하지 않는다. 아직 그 원인을 정확히 알지 못하고 있다. 여하튼 잡초는 그가 자라난 환경에 영향을 받는다는 말을 하고 싶은 것이다.

발아에 영향을 미치는 또다른 요인은 광이다. 일반적으로 발아하는데 광을 필요로 하지 않는다. 그런데 몇몇 특수한 잡초들이 광을 요구하고 있다. 이들을 광발아 종자라 한다.

왜 광을 요구하게 되었을까? 아마 경작지에서 적응하기 위한 하나의 방법이었을 것으로 추정하고 있다. 경운작업을 하면 땅속의 잡초가 밖으로 노출되는 경우가 많다. 이러한 경우에도 살아남기 위해서 광이 있는 상태에서도 발아를 하여야 한다. 광이 있는 상태에서 발아를 하다보니까 광이 없을 경우는 잘 발아를 하지 못하게 된 것이다.

벼하고 똑같은 종으로 품질이 떨어져서 잡초화한 잡초성벼가 있는데, 최근에 이들 중에 광발아성이 있는 계통이 발견되었다. 최근에 벼 건답직파재배가 늘면서 잡초성벼가 많아지고 하다보니까 이러한 잡초성벼 계통이 생겨났는지도 모를 일이다. 발견당사자는 돌연변이로 추정하고 있다.

발아의 주기성

앞에서 발아의 듯에는 시간의 개념이 포함된다고 하였다. 이제 시간적인 개념을 집어넣어 잡초가 生을 영위하는 1년이라는 환경속에서 취하는 발아의 현상을 살펴보자. 이를 잡초종자의 발아習性이라 하는데, 습성이라하면 버릇이 되어버린 성질이란 뜻이다. 인간으로 보면 습관이라 해도 될 것이다. 버릇이라 하면 행위의 여러번 반복의 결과로 생긴 것으로 시간의 누적속에서 생겨난다.

먼저 발아의 주기성이다. 털비름의 경우 같은 조건에 두고서 발아율을 조사하면 일정한 간격으로 어떤 주기성을 나타내는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 생각하면 같은 조건에 종자를 보관하면 발아율이 점진적으로 떨어질 것이라는 생각을 바꾸게 한다. 어떤 리듬을 가지고 움직이는 것을 알게 된다.

왜 이러한 현상이 나타날까? 그 정확한 이유는 모른다. 단지 철학적으로 추정한다면 이 우주가 순환하기 때문일 것이다. 지구가 스스로 순환을 하고, 태양계가 순환을 하고, 우리 은하계가 순환을 하기 때문에 그 영향으로 이 땅위의 생명체 속에는 어떤 순환원리가 내재된 것이 아닌가 모를 일이다.

지구가 스스로 순환하면서 하루 24시간을 만들어 낸다. 하루 24시간 속에서 인간은 해가 뜨면서 일어나고 낮에는 일터로 나가 열심히 생활하고 저녁에 다시 집으로 돌아와 밤에는 휴식하는 주기적인 활동을 한다. 동물들도 이러한 활동을 한다. 물론 식물들도 마찬가지이다. 하루의 주기에 따라 식물체의 생활리듬이 주기적으로 움직이는 것을 생체시계라 한다.

지구가 태양주위를 돌면서 일년 四時를 만들어낸다. 일년 사시에는 봄에는 만물이 소생하고 여름에는 만물이 번성하고 가을에는 만물이 낙엽되거나 열매맺고 겨울에는 만물이 잠드는 주기적인 활동을 한다.


더 큰 주기로 찾아가 보자. 어? 인간이 겪어보지 못한 더 큰 주기가 있을까? 있다! 왜? 태양계보다 더 큰 은하계가 순환하고 있는 모습을 보기 때문이다. 옛기후학에 의하면 이 땅에 주기적으로 빙하시대가 있었다고 한다. 1999년 최근 연구에 의하면 이 시간의 간격이 약 124,000년 주기로 빙하시대가 온다는 것이다. 이 주기에서는 인류문명이 생겨나고 번성하고 쇠멸하는 과정을 겪는다.

생체시계

이를 가장 가깝게 설명할 수 있는 새로운 이론 하나를 소개한다. Biological Clock 이론이다.

1729년 프랑스 천문학자 DeMairan은 하루의 주기에 따라 식물의 잎이 움직이고 있음을 인식하였다. 우리나라의 예도 보면 해바라기의 충성심을 노래한 옛 시가 많이 있다. 해에 따라 해바라기가 움직이는 모습을 보고 노래한 것이다. 지금이야 해바라기 하면 윗사람에게 잘 보이려고 노력하는 비비는데 전공인 사람을 욕하는 의미에 쓰이지만, 옛날에는 이와는 정반대의 개념으로 쓰였다. 해는 군왕을 표현한다. 군왕을 향해 충성심 높은 신하의 이야기를 해바라기로 표현하였다.

그후 Wilhelm Pfeffer(1875~1915)는 강남채두(Common bean, Phaseolus vularis)에서 잎의 움직을 관찰하고 많은 paper를 보고하였다. 이 시대 동물학자들도 동물에서 이러한 리듬이 있음을 언급하고 있다.

1920년대 Rose Stoppel은 Pfeffer의 연구를 계속하였다. 그는 잎의 움직임을 암실 항온에서 Check하였는데, 매일 같은 시기에 최대치가 되는 주기가 24시간 정도의 Cycle을 그리며, 온도나 일장이 아닌 어떤 요인이 Factor X가 작용하고 있음을 알게 되었다.

1950년대 Franz Halberg는 Circadian이란 용어를 제시하였지만 50년대까지 널리 인정받지 못했다. Garner and Allard에 의해 담배를 이용해 일장이 개화에 영향을 준다는 연구 보고가 나오면서, 어떤 주기가 있음을 확신하는 큰 계기가 되었다.

Frank B. Salisbury는 자신이 쓴 Plant Physiology 책에서 Clock의 개념을 도입(?)하여 Biologial Clock의 용어를 쓰기 시작하였다.

최근 미 과학전문지 "디스커브"에서 생체시계 원리가 물시계와 같이 작동한다고 하였다. 생물학자들은 세포는 주변과 완전 격리되어 있으므로 빛을 받지 않아도 규칙적인 주기 행동(Cyclic behavior)을 한다는 사실을 증명하기 위해 20년 전부터 생체시계 이론을 제시하였다. 결국 곰팡이, 과실파리, 포유동물 등 다양한 생물체에서 적용될 수 있는 물시계와 비슷한 생체시계 작동원리를 밝혀냈다. 물시계는 흐르는 물이 물통을 꽉 차 무거워지면 물통을 뒤집어버리면서 새로운 시간을 설정하기 시작한다.

다음 그림은 생체시계의 원리를 표시한 것이다. 이해하는데 도움이 되기 바란다. 세포질에 축적되는 시계단백질은 포화상태가 되면 둘씩 짝을 이루면서 특별한 구조를 형성하게 된다. 이들은 핵속으로 다시 들어가는데 유리하다. 그리고 이 단백질은 핵속으로 들어가 시계작동유전자의 작동을 방해하는 역활을 한다. 항상 작동하려하는 시계작동유전자는 이들의 방해를 받아 잠시 멈추게된다. 이들의 방해가 사라질 때까지 말이다.


다음은 매일경제에 실린 생체시계와 관련된 기사이다. 국내연구진에 의해 밝혀졌다.

[노벨상을 노린다] 포항공대 생명과학과 남홍길 교수

[정보통신] 2000.04.18 (화) 08:28

식물의 꽃피는 시기를 조절만할 수 있다면 어떻게 될까. 원할 때 꽃을 피우게 할 수 있을 뿐만아니라 벼나 보리, 옥수수 등 작물의 생산시기를 조절함으로써 녹색혁명도 기대할 수가 있지 않을까.

특정한 계절에 꽃을 피우는 식물이 계절의 변화를 감지하는 독특한 장치를 갖고 있다는 사실은 대부분의 과학자들은 알고 있다. 그러나 어떤 유전자가 이러한 메커니즘에 관여하고 있는지는 지난 수십년동안 생물학과 유전학의 주요 연구과제였다.

포항공대 생명과학과 남홍길 교수(43)는 바로 식물의 개화시기를 조절하는 새로운 유전자를 찾아내 지난해 9월 과학저널인 미국의 `사이언스'에 발표해 세계 연구자들의 관심을 끌었다.

남부지역에서 서식하고 있는 `애기장대'라는 식물에서 생체시계와 광(光) 주기성을 조절하는 유전자인 `자이겐티아'(gigantia)를 발견한 것. 남 교수팀은 이 유전자가 돌연변이체의 개화시기를 `낮의 길이'에 관계없이 항상 일정하게 꽃을 피운다는 사실에 착안, 생체 시계에 관련된 유전자일 것이라는 가정아래 연구, 이같은 수확을 얻었다.

그의 이러한 연구는 대부분 농작물에 유전공학적인 방법으로 응용이 가능하기 때문에 과학적인 규명이라는 학문적인 성과외에도 상당한 경제적 가치를 얻을 수 있을 것이라는 것이 전문가들의 평가이다.

그는 "품종개량 방법 대신 유전자를 조작하는데 관여하는 물질을 살포함으로써 꽃의 개화시기를 조절하는 방법도 현재 연구하고 있다"며 "이를 통해 수확량을 획기적으로 높일 수 있을 것"이라고 전망했다. 그는 현재 식물 노화에 대한 연구를 활발하게 진행중에 있으며 이런 식물의 노화연구를 기초로 동물 노화까지 연구 범위를 확대하고 있다.

참고로 이 글에 대해 오류를 지적하고 넘어가자. 농학적인 차원에서의 문제이다. 개화시기를 조절하여 수확량을 회기적으로 높혀 녹색혁명도 기대할 수 있지 않을까 하였다.

벼의 예를 들자.

벼는 꽃을 피우기 이전 벼 가지를 치는 단계인 분얼기가 있는데, 전반기에 유효분얼기가 있고 후반기에 무효분얼기가 있다. 유효분얼기에 분얼하는 가지는 열매를 맺고 무효분얼기에 분얼하는 가지는 열매를 맺지 못한다. 그래서 선무당이 사람잡는다고, 한창 열정적으로 배우고자 할 때 필자는 다음과 같은 생각을 하였다. 개화를 임의로 조절하여 무효분얼하는 시기를 없애버리면, 수량은 그대로 인 상태에서 벼 재배기간을 크게 단축하여 일년에 2기작도 가능하지 않겠는냐? 그러면 지금의 수확량의 2배를 생산할 수 있을 것이다 라 생각한 것이다.

이게 철없은 생각이었다 라는 것을 지적하고 넘어가고 싶다. 벼농사에서 유효분얼만큼 무효분얼도 중요하다. 우리가 예상하는 무효분얼기 없애버리면 유효분얼내에서 적정비율만큼 유효분얼과 무효분얼이 생기게 된다. 이게 자연의 법칙이다. 그래서 2기작을 한다고 하여 결코 수량을 획기적으로 늘일 수는 없다.

이것을 깨닫고 보니 대학원을 졸업하는 때가 되었었다. 필자가 대학원을 졸업하면서 큰 깨달음의 선물을 받은 것이다.

생체시계의 파괴

인간도 이 땅위에 존재하는 생명체이므로 이 생체시계의 법도대로 움직인다. 그런데 현대인의 생활을 보면 이 자연의 법칙에 거스르는 생활을 하고 있다. 그러면 결국에는 내 몸을 스스로 파괴하는 길로 나아가는 것이다. 건강한 생활의 기본은 자연환경에 맞춘 규칙적인 생활이다. 이게 생체시계의 원리대로 사는 것이다.

현대인의 생활은 늦게 자고 늦게 일어난다. 직장인은 늦게까지 노동에 시달리고 또 늦게까지 술마시고 등등, 그리고 야간근무를 하는 사람들이 늘어나고, 학생들은 늦게까지 공부하여야 부모에게 칭찬받고, 세계가 하루 생활권으로 들어오면서 시차적응에 문제가 생겼다.

이로 인해 현대인은 소화불량, 위장장애, 수면장애, 불면증 등 여러 가지 장애에 시달리고 있다. 내몸의 건강을 위해 일찍 일어나는 것도 아주 중요하다. 적어도 아침 3~5에는 일어나는 것이 좋다.

또 환경변화는 생태계의 생체시계를 파괴하는 지경에까지 이르렀다. 여름에 시원한 방으로 냉병에 고생하고 겨울에 따뜻한 방으로 도심지에 겨울모기가 극성을 부린다. 요즈음의 기상은 기상이변이라 말할 정도로 심하게 변화를 주고 있다. 우주적 생체시계의 변화를 유도하고 있는 것이다.

발아의 계절성 기타

대개의 잡초들은 봄에 발아를 한다. 월년생의 경우는 가을에 발아를 하지만 대부분의 종자식물들은 봄에 싹을 틔우고 가을에 열매를 맺는다. 가을에 맺는 열매는 대체로 휴면성이 있다. 이 이유는 겨울을 넘겨야 하기 때문이다. 휴면성이 없으면 가을에 발아하여 추운 겨울을 넘기지 못하고 죽을 수밖에 없다. 이 겨울을 넘기기 위해 열매가 필요하다. 그리고 이 열매는 싹을 틔우지 않도록 하는 일정기간의 휴면이 필요한 것이다.

이처럼 겨울이라는 계절을 넘기면서 휴면을 타파하고 발아하게되는 특성을 발아의 계절성이라 한다. 반면에 적당한 온도가 되면 기회적으로 감응하여 발아하게 되는 특성을 발아의 기회성이라 한다.

봄에 씨앗이 발아를 하면 일시에 나오는 것들이 있고 장기간 연속적으로 나오는 종류가 있다. 일시에 나오는 것들을 준동시성이라 하고 연속적으로 나오는 것을 연속성이라 한다.

개미자리 종류들은 5일이내 약 85%가 발아를 한다고 한다. 반면에 꽃다지류들은 25일동안 약 65%가 발아를 한다고 한다. 개미자리류를 준동시성이라 하고 꽃다지류를 연속성이라 한다.

잡초의 출현

잡초의 출현은 잡초방제에서 중요한 의미를 가진다. 본인이 대학원시절 피를 0cm부터 2cm간격으로 12cm깊이까지 각각 100립씩 파종한 적이 있다. 휴면타파를 다 시키고 발아할 수 있는 조건을 다 준 것은 말할 것도 없다. 그 결과 출현한 개체는 0cm에서 100%, 2cm에서 54%, 4cm에서 24%, 6cm에서 14%, 8cm에서 2%, 10cm에서 1%, 12cm에서 0%였다.

문제는 출현율이 중요한 것이 아니다. 출현하지 않은 것들이 발아를 하지 않은 것이 아니라 싹을 틔워 나오다가 도중에 죽어갔다는 것이다. 12cm에 깊이 파종된 종자들은 아예 발아를 하지 않았지만 이보다 얕은 깊이에서는 많은 종자들이 싹을 틔웠다. 그리고 땅밖으로 탈출하기 위해 대장정을 벌이고 있었다. 무사히 탈출한 것들도 있지만 양분이 고갈되어 결국에는 땅밖으로 나오지 못하고 죽어간 개체들이 많았다. 잡초라는 이름답지 않게 힘없이 죽어갔다.

대체로 종자가 무거운 것들이 깊은 곳에서도 발생한다. 물론 얼마나 깊은 곳에서 나는냐 문제는 토양의 종류, 온도, 수분, 산소, 산도, 비옥도 등에 영향을 받는다.

토양수분은 70~85%에서 잡초들이 많이 나오고 55%이하에서는 극히 저하된다. 밭잡초인 바랭이, 여뀌등은 건조에 아주 강하다. 논잡초는 저농도의 산소조건에서, 밭잡초는 고농도의 산소조건에서 발생이 양호하다. 그리고 논잡초는 산성토양, 밭잡초는 중성에서 알칼리성에 적응되어 있다. 토양비옥도의 경우는 주로 경지에 우점하는 잡초는 비옥한 토양에서 비농경지에서 잘자라는 잡초들은 대개 척박한 토양을 좋아한다. 그 환경에 적응되었기 때문이다.

그런데 세상이 자꾸 바뀌어서 잡초도 바뀌는지 재미있는 현상을 보았다. 메자귀라는 잡초는 염류가 0.5%정도인 간척답에서만 자란다. 약 20년전 대학원 시절 남양 간척지에서 가지고 온 매자귀를 옮겨 심었는데 그해는 잘 자랐는데 다음해는 씨도 찾을 수 없었다. 그래서 적응환경이 얼마나 중요한가를 절감하였다. 또 10년전 남양간척지에서 약3년간 근무한 적이 있었다. 이 때 간척답이 숙답화해 가기 때문에 매자귀가 점점 사라져 가서 매자귀 방제시험을 하려면 염농도를 0.5%로 유지하는 내염성포장에서 구할 수밖에 없었던 기억이 생생하다.

아, 그런데 3년전 남양간척지에서 매자귀를 가져와서 수원의 작물시험장 잡초전시포에 심었는데 지금까지 계속 잘 자라고 있다. 염류가 없어지면 자연적으로 없어져야 하는데 딴 잡초보다 더 우점하니 이게 어떻게 된 것인지 모를 일이다. 세상이 이상해져 가니 이놈도 미쳤나 보다.

2) 잡초의 휴면

休眠이란 쉴 休에다가 잠을 잔다는 眠이다. 쉬면서 잠을 잔다는 말이다. 왜 쉬면서 잠을 잘까?

활동력이 떨어지는 밤이 오니까 사람을 잠을 잔다. 이는 환경 탓이다. 낮에는 활동력이 강해지고 밤이면 활동력이 떨어진다. 환경이 생체에 미치는 영향력이다. 또하나는 재도약을 위한 힘의 충전 역할을 한다. 낮에 강한 활동력으로 뭉쳐진 피로를 풀어주는 역할을 잠이 한다. 잠을 자지 못하면 어떻게 될까? 다음에 한림대 의예과 어느 학생의 글 하나를 소개한다.

잠이란 우리 일생의 거의 3분의 1을 차지하고 있는 것으로서 우리 몸의 신진대사 뿐 아니라 정신작용까지 영향을 미치는 것으로 우리 인체에게 상당히 중요한 것이라고 할 수 있다. 이러한 잠과 신경과학과의 관계는 매우 밀접한 것으로서 일반적인 사람들의 체험이나 몇가지 실험으로서도 그 밀접한 연관성을 알아볼 수 있다.

우선 우리는 잠을 하루라도 자지 않게 된다면 그 다음날의 생활 감각이나 정신 작용이 보통 때와는 확연히 다른 점을 알 수 있게 된다. 그래서 이와같은 사실을 확실히 증명하기 위해 직접 쥐를 가지고 실험을 하거나, 일반 사람이 밤을 새우는 것을 관찰하면 알 수 있다.

우선 앨런 레치섀픈 박사라는 잠 연구가는 쥐를 가지고 잠의 영향을 알아보기 위해 쥐를 안 재우는 실험을 했다. 그 결과 쥐들을 잠을 안 잔 날이 점점 감에 따라 음식을 먹는 양이 증가했으나 오히려 체온이 떨어지는 것을 발견했으며 13일째 첫 번째 쥐가 죽은 이후에 21일이 지난 후 모든 쥐가 죽은 것을 발견하게 되었다. 이 실험에서 그들은 확실히 잠을 안 자면 죽는다는 사실을 알게 되었다. 그리고 사람에 대해서 최대한 잠을 오래 안 잔 사람으로 기록이 남아 있는 사람인 랜디 가드너라는 사람은 무려 264시간(11일)동안 잠을 자지 않은 것으로 알려져 있다. 그가 잠을 자지 않는 동안 그를 관찰한 사람들은 그에 대해 이렇게 설명하고 있다.

2일째 눈의 초점을 맞추지 못했고 촉각만으로 사물을 인식하기 어려워 했 다. 3일째 우울증세. 4일째 우울증 증가. 화를 잘 냄. 기억력, 집중력 감퇴. 환상을 봄. 피해 망상증. 5일째 피해 망상증이 조금 나아짐. 6일째 근육의 약함. 협동 작용 부전. 말이 느려짐. 7일 8일째 발음이 불분명. 기억력, 집중력 저하가 더 심화. 9일째 생각이 끊김. 시각이 흐려져 사물을 잘 보지 못함. 10일째 대단한 피해망상 증세. 11일째 손가락 근육 떨림 증세. 가벼운 심장의 잡음. 눈에 초점 없음.

이와 같은 증세를 보였다고 그 당시 연구원들은 적고 있다. 그리고 이러한 실험 뒤에 그는 14시간 45분을 잔 후 대부분의 이상증세가 없어졌고 며칠간 평소보다 잠을 많이 자는 일을 반복한 후에 정상으로 돌아왔다. 이와 같은 사실들로부터 알아보면 잠이 우리 신경에 미치는 영향이 얼마나 큰 것인지 쉽게 알아 볼 수가 있다. 물론 아직 신경계라든가 잠의 영향에 대해 전문적으로 자세히 배우지 않은 우리로서는 그 구체적인 체계라던가 원인은 알 수 없지만 간단히 말해서 잠은 우리가 신경의 감각을 유지하는 데 큰 도움을 준다는 것을 알 수 있다. 가령 우리가 하룻밤을 세우고 어떤 물건을 집으려 하다가 그냥 건드려 떨어뜨리는 경우가 많은 것을 보면 잠이 신경의 예민도, 정확성에 많은 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

에디슨이 전구를 발명한 이 후에 우리 인류는 밤을 낮처럼 사용할 수 있게 되었다. 그래서 한 때는 최소한의 잠, 최대한의 일이 최고의 미덕으로 여겨지던 때가 있었다. 하지만 이제는 조금 바뀐 것 같다. 잠은 우리의 머리를 맑게 해주고 신경을 활발하게 움직일 수 있도록 해준다. 그럼으로서 최대한의 능률을 올릴 수 있도록 해 주는 것이다. 그러므로 적절한 수면 시간을 통해 좀 더 나은 생활을 이끌어 나가야 할 것이다.

휴면의 정의와 의의

외계상태가 생존에 맞지 않게 될 때 동식물이 그 생활기능을 활발하게 하지 않고 일정기간을 지내는 일을 일반적인 휴면이라 한다.

식물의 종자로 국한시킬 경우 종자 또는 영양기관이 발아하는데 필요한 조건이 적합한데도 불구하고 종자의 내적 외적 조건에 의하여 발아하지 못하는 것을 말한다.

잡초 종자는 왜 휴면을 할까?

자연은 주기적으로 생명을 모두 죽이는 겨울을 설정해 놓고 있다. 이 때 죽음에 대한 회피를 위해 휴면을 하는 것이다. 그래서 잡초는 외계의 불량조건에 고도의 저항력을 가지는 조직체를 만든다. 이게 씨앗이다.

인간이 이 땅에서 살지 못하는 빙하기가 다가왔을 때 인간은 이를 회피할 수 있는 방법이 있을까? 이 땅을 다녀간 Homo habilis, Homo erectus, Homo sapience 등은 아마 빙하기 정도의 대변혁 때문에 살아남지 못하고 죽어간 것은 아닐는지? 지금 이 종족이 영원히 살기 위해서는 빙하기를 벗어나 살 수 있는 방법론을 개발해야 하지 않을까? 우주를 개발하는 것도 하나의 방편이 될 수 있을 것이다. 작물학적으로 이야기하면 그 방법은 열매를 맺어야 한다. 인간의 열매를 말이다.

잡초종자가 휴면을 왜 하는가? 발아시기를 조절하기 위해서이다. 가을에 맺는 종자가 휴면이 없으면 가을에 싹을 틔울 수도 있다. 가을에 싹을 틔우게 되면 겨울에 죽음을 면치 못하게 될 것이다. 그래서 이듬해 봄에 싹을 틔우도록 적당한 휴면력이 있는 것이다.

또 휴면은 종자의 수명을 연장한다. 앞에서 한림대 어느 학생의 글에서 보듯이 잠을 자지 않으면 죽는다.

휴면의 종류

휴면의 종류에는 生得휴면(Innate dormancy)과 强制휴면(Enforced dormancy) 그리고 유도 휴면(Induced dormancy)이 있다.

생득 휴면은 종자가 모체에 붙어있거나 산포되는 동안 종자 자체의 성상 또는 구조 때문에 휴면이 되는 것이다. 발아조건에 놓여도 발아를 하지 않는다. 다음과 같이 여러 종류의 현상이 있다.

물을 흡수하지 못하는 경우가 있다. 다년생 밭잡초인 메꽃종자는 씨껍질이 아주 단단하여 물을 흡수하지 못한다. 그래서 이놈은 종자로 주로 번식하지 않고 뿌리로 번식을 한다. 메꽃종자를 발아시키려면 황산에 일정기간 침지를 하면 씨껍질을 벗겨낼 수 있다.

발아에 기게적인 저항을 주는 씨껍질이 있다. 물을 흡수는 하지만 껍질이 너무 딱딱하여 싹이 뚫고 나오지 못한다. 털비름이 이러한 예에 속한다. 이 종자는 흡수 건조 흡수 하는 관정을 거치면서 씨껍질이 연화된다.

산소를 통과시키지 않는 씨껍질도 있다. 도꼬마리의 상부종자는 이러한 특성 때문에 이듬해 봄 하부종자가 발아를 한후에 휴면이 타파가 된다.

배 자체의 생리적인 원인으로 휴면을 하는 경우가 많다. 이들은 대체로 발아의 계절성과 관련이 있어 이듬해 봄에 발아를 한다. 이들은 저온처리 혹은 고온처리 또는 화학물질에 의해 휴면이 각성된다. 배의 휴면과 관련해서 약간 특수한 경우가 있는데 배가 미숙할 경우에도 발아를 하지 못한다. 인삼의 경우는 후숙을 시킨 후에야 발아를 한다.

끝으로 발아억제물질이 존재할 경우이다. 사막지대 식물은 거의 이 경우이다. 우기에 비가 내려 씻기면서 발아를 하는 것이다. 참외, 박, 오이 등 씨앗주위에 과즙이 있는 경우에 억제물질이 있어 종자 발아를 억제한다. 왜야하면 억제물질이 없으면 수분등의 조건이 적당하여 발아를 하게 되기 때문이다. 비슷한 과채류인 수세미의 경우는 억제물질 보다는 과즙의 삼투압이 높아 씨앗이 수분을 흡수하지 못한다고 한다.

강제 휴면은 발아조건이 부적합하여 발아하지 않는 것이다. 수분, 온도, 산소가 부적합하여 일어나는 현상이다. 잡초방제에서 가장 기본적인 것이 경운이다. 이 경운에 의해 수천년 농사가 지속되어 왔다.

경운은 판을 엎어버리는 것이다. 혁명과 같은 상황이다. 기존의 판을 깨어버리는 것이다. 우리가 짓고땡을 할 때 4와 9가 들어오면 새로 판을 시작한다. 동양 우주변화의 원리로 4와 9는 새로운 시대를 의미하기도 한다.

발아할 준비를 갖추고 표토 가까이 있던 종자가 경운을 하면 땅속 깊이 매몰되게 된다. 깊이 매몰되면 발아 부적합한 조건 때문에 휴면으로 들어가게 된다. 이러한 휴면을 강제 휴면이라 한다. 이러한 경우 다시 경운에 의해 땅속 깊은 곳에서 표토 가까이 나오게 되면 바로 발아를 한다.

1990년대에 건답직파가 늘어나면서 앵미가 발생하기 시작했다. 앵미의 유래를 거슬러 올라가면 밭벼 재배시 주 품종으로 생각된다. 이것은 담수재배로 전환을 하면 발생이 줄어든다. 그래서 이들은 건답직파 재배답에서 그 명맥을 유지 하다가, 임진란 이후 이앙재배가 보편화되면서 극히 일부를 제외하고 사라져 갔고, 1970년대 제초제가 들어오고 난 이후에는 아예 그 발생이 없어졌다. 그런데 건답직파재배가 다시 시작되면서 앵미가 발생하기 시작한 것이다. 이러한 경우도 강제휴면의 범주에 들어간다.

다음으로 불량한 환경조건에 의해 유도되는 유도 휴면이 있다.

휴면이 타파되어 발아가 가능한 종자가 일시적으로 발아부적합 조건에 처하게 되면 계속 휴면 상태로 들어가 버린다.

두과류 종자는 가뭄에 의해 硬實화된다. 두과류 종자의 배꼽(Hilum)은 수분 손실이 유기된 건조조건하에서 활성화하는 흡수성 밸브의 역할을 한다. 건조한 조건하에서 수증기 상태로 수분이 빠져나가지만, 다시 습윤 상태로 돌리더라도 물이 종자로 흡수되지 않는다. 이 종자는 종피가 파괴되어야 만이 수분을 흡수할 수 있다.

이처럼 잡초들은 스스로 휴면기작을 조절하는 능력이 뛰어난 생명체들이다.

3) 종자의 수명

식물종의 수명은 다양하다. 잡초의 종자는 특히 긴 것으로 알려져 있다. 화본과보다는 두과가 더 수명이 길다고 보고하고 있다. 우리가 임의로 선반에 종자를 저장하면 역누적정규분포를 그리고, 토양중에 매몰된 것은 초기에 다소 신속하게 사멸되는 것처럼 보이지만 역대수분포를 그리어 오히려 장기간 저장하게 되면 생존율이 더 높게 된다.

고고학 연구에서 인간이 살았던 주거지를 조사하다 보면 잡초종자들이 나오는데, 명아주와 들개미자리는 1,700년이 지난 후에도 발아를 하는 것이 조사되었다. 별꽃, 가는미나리아재비는 600년, 마디풀, 제비꽃류는 400년, 냉이는 35년, 피는 밭상태에서는 1년 담수상태에서는 8년이 된다고 한다.

잡초 종자의 수명에 미치는 것들은 습도, 온도, 산소 등이다. 발아를 못하게 하는 방향으로 그리고 휴면이 유도되는 방향으로 환경조건이 조성되면 수명이 연장된다.

종자는 건조한 상태에서 오래 저장된다. 건조한 상태라 하면 종자는 강제로 휴면 상태가 된다. 건조조건하에서 종자는 -184℃에서도 견딘다고 한다. 또 온도가 낮으면 오랫동안 종자는 발아력을 상실하지 않는다.

종자에 수분이 많을 때 온도가 낮아지면 저장효과가 커진다. 종자가 결빙하지 않을 정도로 그리고 빙점이하의 온도에서 수명을 길게 보존할 수 있다. 수분이 많은 상태에서 결빙을 하면 종자세포는 당연히 피해를 입는다.

함수량이 높은 종자를 완전히 산소를 없앤 장소에 저장하면 혐기성 호흡에 의해 생성되는 유해물질 때문에 발아가 저해된다. 토양중에 저장하면 발아력이 오래 유지되는데 이러한 이유 때문이 아닌지 모르겠다.

발아력 상실 원인 - Entropy법칙

종자도 생명이다. 그러므로 항상 호흡을 하고 있다. 에너지를 소비하고 있다는 말이다. 이 호흡으로 종자내 생명력은 서서히 떨어져 간다.

종자의 생명에 관계가 깊은 것은 종자의 원형질을 구성하고 있는 단백질 및 저장물질로서의 단백질이 오랜동안에 서서히 변화하기 때문으로 생각한다. 열에 의한 종자의 발아력 상실과 단백질 응고와 함수량 관계를 보면 아주 유사하다.

entropy 법칙으로 종자 발아력 상실을 설명해 보자.

열역학 제2법칙인 entropy 법칙에 의하면 비가역성을 가지고 있는 시간이 지남에 따라 자연계의 entropy는 항상 증가하려고 한다. entropy는 무질서 정도를 나타낸다. 그리하여 세계는 결국 열사망(heat death)의 단계인 극도의 무질서 상태, 혼돈의 상태로 들어간다는 것이다. entropy 용어는 1868년 Rudolf Clausius가 창안하였다.

에너지보존의 법칙인 제1법칙에 의하면 우주의 에너지의 총량은 우주이 시작에서부터 종말에 이르기까지 일정하게 고정이 되어 있다. 하지만 이 에너지를 무작정 쓸 수 있는 것은 아니다. 일로 바꿀 수 있는 에너지의 양은 시간이 지남에 따라 줄어든다. 시간이 지남에 따라 일로 바꾸어 쓸 수 없는 양이 늘어난다. 이 일로 바꿀 수 없는 에너지의 양이 entropy의 척도이다.

없지러진 물을 되담을 수 없고, 죽은 자는 다시 살아 돌아오지 않는다.

Maxwell은 엔트로피에 관한 사고 실험으로 맥스웰의 도깨비를 만들어 내어 entropy를 줄여보려고 하였다.

맥스웰은 다음과 같은 장치를 가정하였다. 가운데 조그만 문이 달린 벽으로 나뉜 두 개의 칸이 있다. 이 칸은 완전 고립된 상태이고 균일한 온도의 기체로 꽉 차 있다. 균일한 온도이기 때문에 아무런 일도 이루어질 수 없는 상태이다. 그는 두칸 사이에 있는 벽의 문 곁에 아주 지극히 조그만 도깨비가 있어 분자들을 마음대로 이동시키게 한다라는 가정을 통해 엔트로피 법칙에 도전했다.

이 실험에서 손가락이 정교하고 지능있는 도깨비는 문을 열고 닫고 하면서 평균보다 빠른 속도의 분자는 왼쪽에서 오른 쪽으로 그리고 느린 속도의 분자는 오른쪽에서 왼쪽으로 보낸다. 빠른 속도의 분자는 높은 온도이고 느린 속도의 분자는 낮은 온도이기 때문에 오른쪽 칸의 기체는 차츰 뜨거워질 것이고 왼쪽 칸의 기체는 차츰 차가워질 것이다. 일단 온도의 차이가 생겼으므로 일을 얻어낼 수 있게 된다.

즉 최대의 엔트로피 상태에서 엔트로피를 줄여갈 수 있다는 제안인 것이다. 그러나 실제 세상에서 이러한 도깨비를 만들어낸다는 것은 불가능하다. 그래서 결국에는 맥스웰 자신도 한컵의 물을 바다속에 부어버리면 바로 그 한컵의 물을 다시 골라낼 수는 없다는 말로 스스로의 제안은 믿지 않았다.

그래서 종자는 시간이 지남에 따라 발아력을 상실할 수밖에 없다.

생명체는 존속을 위해 Entropy 감소를 추구한다.

생명체는 시간이 지남에 따라 어떻게 될까? 아기는 자람에 따라 점점 더 많은 에너지를 갖추게 된다. 생명은 시간이 지남에 따라 더 질서화하는 과정이 엄연히 있다. 그러나 결국에는 이 생명체도 사멸한다. 그러니 엔트로피 법칙을 벗어날 수는 결코 없다.

슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)는 "주위로부터 음의 엔트로피를 계속해서 취함으로써 모든 생물은 살아간다. 유기체가 먹고사는 것은 바로 음의 엔트로피(negative entropy)다. 생물은 주위로부터 지속적으로 질서를 흡수한다." 하였다.

그러나 지구상의 모든 생명체는 아주 보잘 것없는 작은 식물조차도 전체 환경에 더 큰 무질서를 야기시키면서 자신의 질서를 지킨다는 것이다. 식물의 경우 광합성에 의해 생명을 존속시킨다. 즉 태양빛으로부터 음의 엔트로피를 흡수함으로써 살아간다. 이러한 과정에서 태양에너지의 극히 일부만이 실제로 흡수되어 쓰이고 나머지는 그냥 분산되어 버린다. 식물에서의 엔트로피 감소에 비해 전체 환경에 나타나는 에너지 손실은 엄청나다.

이러한 엔트로피 증가는 먹이사슬에서 더 뚜렷하게 나타난다고 하였다. 먹이를 획득하는 과정에서 80~90%의 에너지는 그저 낭비되어 열의 형태로 주위 환경에 버려진다고 하였다. 여하간 한 사람의 고도의 질서상태를 일년간 유지하기 위해 메뚜기로 다져서 2천7백만마리, 풀로는 1천톤에 해당하는 에너지를 소비해야 한다는 것이다.

그러나 우주가 그렇게 단순한 것은 결코 아니다. 우주가 어느날 갑자기 생겨나서 결국에는 없어질 그런 것이 아니다. 만약에 어느날 갑자기 생겨나서 지금까지 오다가 결국에는 entropy법칙에 의해 없어질 것이라면 너무도 우주는 우연적이다. 우주가 너무 실없다. 엔트로피 신봉자들은 이 우연히 생긴 우주를 인간이 잘못하여 없어지게 할 수 있으므로 쉽게 말해 잘 다루어야 한다는 말을 하고 있다. 이 우주가 그렇게 허술하게 짜여져 있을까? 너무도 단순한 생각에서 실소를 금할 수 없다.

우주는 영원하다. 우주의 주재자의 존재를 언급한 요한계시록의 말씀을 이용해서 말해보자. 주 하느님께서 사도 요한에게 계시하여 말슴하시기를 "나는 알파요 오메가라. 이제도 있고 전에도 있고 장차 올자라." 하셨다.

우주의 주재자가 이럴진데 우주는 어떠하리. 우주는 영원하다. 그런데 우주는 어떤 섭리로 영원히 존재하는 것일까?


위의 그림을 눈여겨 보라. 만물은 씨앗으로부터 시작하고 여름에 번성을 하나 결국에는 가을에 낙엽이 되고 겨울에 자신의 실체를 모두 감추어 버린다. 정확히 entropy법칙에 순응하면서 말이다. 그런데 한편으로 유심히 관찰해보면 열매를 맺어 다음 대를 이을 준비를 하고 있었다. 만물은 이처럼 열매를 맺어 영생한다.

마찬가지로 우주도 열매를 맺어 영생하는 것이다. 빅뱅으로부터 탄생한 지금의 우주는 우주 자신의 열매인 인간열매를 맺고는 낙엽되어 자신이 생겨난 본래의 자리로 무화되어 돌아간다. 만물이 가을에 열매를 맺고 나머지는 낙엽되어 만물이 생겨난 땅으로 돌아가듯이 말이다. 낙엽은 땅으로 돌아가 다음해 씨앗이 싹을 틔울 때 밑거름이 되어 준다.

우주가 영원한 생명체로써 엔트로피 법칙을 넘어 영원히 존재할 수 있는 원인은 그 살고자하는 본성 때문이다. 우주는 혼돈이라는 죽음의 환경이 되면 살고자 하는 본성으로 상황을 스스로 바꾸게 된다. 우주는 자율성이다.

질서속에 무질서가 존재하게 되고 무질서속에 질서가 존재하게 되는 것이다. 바로 음양의 법칙이다. 이러한 원리로 만물이 봄여름 싹트고 번성하면서 한계에 도달하면 가을에 열매를 맺는 것이다.

그 열매 또한 그대로 영원히 존재할 수는 없다. 그리하여 봄이 되어 싹을 튀워 새로운 열매를 맺어야만이 한다. 우주도 그러하다. 우주의 열매를 만들면서 낙엽되어간 지금의 우주는 일정한 시간이 지나면서 다시 소위말해 빅뱅을 통해 다시 탄생을 하여야 한다. 그리고는 우주의 열매를 맺기 위해 또 노력하는 과정을 갖는 것이다. 이 순환반복이 우주를 영원히 존재하게 하는 것이다.

entropy법칙이라는 한계성을 극복하기 위해 우주는 이처럼 노력하고 있다. 여하튼 종자의 발아력이 상실하는 원인은 일면에서 보면 결국 entropy법칙 순응하는 것이다.