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잎 없이 살아가는 우산이끼의 비밀
꽃, 잎, 줄기, 뿌리를 모두 갖추고 씨앗으로 번식하는 식물을 ‘종자식물’이라고 불러요. 종자식물은 약 20만 종이 알려져 있답니다.

하지만 식물 가운데는 꽃을 피우지 않고 원시적인 씨앗이라 할 수 있는 ‘포자’를 만들어 번식하는 종류도 있어요. 이런 식물을 ‘포자식물’이라고 하는데, 이끼류가 속한 ‘선태식물’과 고사리 등의 ‘양치식물’이 대표적이지요.

우산이끼는 선태식물 가운데에서도 가장 원시적인 식물로 그 생김새가 매우 특이해요. 왜냐하면 꽃뿐만 아니라 줄기도, 잎도, 뿌리도 없이 광합성을 하며 살아가기 때문이지요. 대신 넓은 쟁반 모양으로 펼쳐진 ‘엽상체’가 줄기와 잎 역할을 담당한답니다. 또 엽상체 아래에 ‘헛뿌리’가 솜털처럼 솟아나 뿌리 대신 몸을 단단히 고정해 주지요.

우산이끼는 평소에는 엽상체만 펼치고 살다가 번식을 할 만큼 자라나면 우산대 같은 ‘배우체’가 솟아나요. 배우체는 꽃을 대신하는 기관으로 수그루는 뒤집어진 우산 모양, 암그루는 찢어진 우산 모양을 하고 있지요. 바로 이 모양 때문에 우산이끼라는 이름이 붙었답니다.

 △인공 광합성 연구를 위해녹색 파장의 빛을 쪼이고 있는 미국 조인트 센터 연구팀.

대부분의 식물은 동물과 달리 아무 것도 먹지 않아도 살 수 있어요. 햇빛을 받아 스스로 활동할 에너지를 만드는 ‘광합성’을 하기 때문이지요. 광합성을 하는 건 포자식물도 종자식물도 같아요. 엽상체를 펼쳐 사는 우산이끼도, 잎만 내놓은 듯한 고사리도, 튼튼한 너도밤나무와 하늘을 바라보는 해바라기도 모두 광합성을 하며 산답니다.

광합성은 식물의 초록색을 내는 세포 기관인 ‘엽록체’에서 이루어져요. 호흡을 통해 얻은 이산화탄소와 뿌리가 빨아올린 물이 재료가 되지요. 엽록체 안의 초록색 색소인 ‘엽록소’는 햇빛에서 오는 빛 에너지를 흡수해 재료들을 분해하고 다시 합치게 해요. 이 과정에서 이산화탄소의 탄소와 물의 수소, 산소가 결합돼 포도당과 산소 기체로 변한답니다. 포도당은 잎, 줄기, 열매, 뿌리 등으로 이동해 차곡차곡 저장되고 산소는 호흡을 통해 식물 밖으로 나가지요.

동물은 식물에 저장된 포도당을 먹으며 에너지를 얻고, 식물에게서 나온 산소를 마시며 호흡을 해요. 즉, 광합성은 식물뿐만 아니라 동물도 살리는 중요한 에너지 생산 과정이랍니다.

그런데 최근 미래 에너지원을 찾기 위해 인공 광합성 연구가 활발하게 이뤄지고 있어요. 식물이 광합성을 하는 원리를 이용해 에너지나 여러 물질을 만들려는 거예요.

인공 광합성을 할 때는 엽록소 대신 태양전지판을 이용해요. 먼저 태양전지판에 햇빛을 모아 전기를 만들고, 이 전기로 다시 물을 분해해요. 이러면 물을 이루고 있던 산소 원자는 전자를 받고, 수소 원자는 전자를 잃으면서 각각 전기를 띤 이온으로 변해요. 이 가운데 수소 이온만을 뽑아내 이산화탄소와 반응시키면 물과 일산화탄소가 만들어지지요. 이 일산화탄소를 다시 여러 가지 촉매와 반응시키면 우리 생활에 필요한 물질들을 만들 수 있답니다.

인공 광합성 연구의 가장 큰 어려움은 물질을 충분히 생산할 수 있을 만큼의 빛 에너지를 모으기 어렵다는 거예요. 그래서 들인 재료의 양에 비해 나오는 물질의 양이 너무 적은 문제가 생겨요. 예를 들어 이산화탄소와 물을 각각 100씩 넣었는데, 나오는 물질의 양은 1도 안 되는 거예요.

또 촉매로 백금 같은 귀한 금속을 사용하는 경우가 많아 결과물을 만들 때까지 들어가는 비용이 너무 많이 드는 문제도 있어요. 그래서 인공 광합성을 연구하는 사람들은 많은 빛을 모으면서 값싸게 물질을 만들 수 있는 방법을 찾고 있답니다.

인공 광합성 연구가 활발한 또다른 이유도 있어요. 재료로 온실가스인 이산화탄소가 쓰인다는 점이지요. 인공 광합성 연구가 더 많이 이뤄지면 깨끗한 에너지원을 구할 수 있을 뿐만 아니라 지구온난화도 줄일 수 있을 거예요.

＃‘답을 토요일 오후 2시까지 직접 가지고 와라’

토요일 오후 1시 50분, 시원이와 친구들은 기숙사 입구에 서서 비밀과학집단을 기다리기 시작했어요. 옆에 선 피에로가 스마트폰의 시계를 들여다보고 있었지요.

“이번에는 반드시 이길 거야!”

파부르가 주먹을 꼭 쥐고 다짐했어요. 10초 전, 피에로가 크게 카운트다운을 하기 시작했어요.

“10, 9, 8, 7, 6….”

“저희 왔습니다!”

5초 전, 노란색 체육복을 입은 세 사람이 차례로 뛰어들어 왔어요. 비밀과학수사대는 깜짝 놀라고 말았죠. 박나래 뒤로 들어온 지원군이 정답인 ‘우산이끼’를 들고 있다는 것도 놀라웠지만, 더욱 놀라운 건 마지막에 들어온 사람이었어요. 그 사람은….

“너도 비밀과학집단?!”