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우리 할아버지의 할아버지, 아니 인류의 조상이 있기 전부터 태양은 지구에 그 빛을 나누어주고 있었다. 지금도 태양은 우리가 살고 있는 '지구호'라는 우주선을 이끌어가는 동력의 근원이다.

태양에너지는 매질의 도움없이 복사에너지의 형태로 지구로 달려온다. 지구로 오는 태양에너지 중 약30%는 지구와 대기에 의해 반사돼 우주공간으로 나가고, 약20%는 대기에 흡수된다. 그래서 지구에 도착하는 태양에너지는 50%정도다. 결국 이 50%가 지구에서 방대한 일을 수행하고, 나중에는 다시 우주 공간으로 날아가 버린다. 지구는 태양으로부터 받는 복사에너지만큼 다시 복사에너지를 우주공간으로 내보내기 때문에, 할아버지 때의 지구 온도나 지금의 지구온도는 변함이 없다. 지구가 받는 태양에너지 가운데 광합성에 이용되는 것은 1%가 채 되지 않는다. 이 1%를 가지고 생명체들은 에너지 게임을 즐기는 것이다.

빛에너지를 잡아라

광합성은 말그대로 빛을 이용해 무엇인가를 합성하는 것을 말한다. 광합성은 대부분 식물에서 일어나며, 태양의 빛에너지를 화학에너지로 전환시켜준다. 이와 같은 일은 식물속에 있는 엽록체라는 고도로 조직화된 광합성 공장에서 이뤄진다. 엽록체는 태양의 빛에너지를 이용해 이산화탄소와 물을 원료로 포도당, 물, 산소를 만든다.

태양빛에는 흔히 빨·주·노·초·파·남·보라고 부르는 가시광선, 그리고 자외선과 적외선이 있다. 그러나 광합성 공장에서 이용하는 빛은 적색광과 청자색광 뿐이다.

우리 할아버지의 할아버지, 아니 인류의 조상이 있기 전부터 태양은 지구에 그 빛을 나누어주고 있었다. 지금도 태양은 우리가 살고 있는 ‘지구호’라는 우주선을 이끌어가는 동력의 근원이다.

태양에너지는 매질의 도움없이 복사에너지의 형태로 지구로 달려온다. 지구로 오는 태양에너지 중 약 30%는 지구와 대기에 의해 반사돼 우주공간으로 나가고, 약 20%는 대기에 흡수된다. 그래서 지구에 도착하는 태양에너지는 50% 정도다. 결국 이 50%가 지구에서 방대한 일을 수행하고, 나중에는 다시 우주 공간으로 날아가버린다. 지구는 태양으로부터 받는 복사에너지만큼 다시 복사에너지를 우주 공간으로 내보내기 때문에, 할아버지 때의 지구 온도나 지금의 지구 온도는 변함이 없다. 지구가 받는 태양에너지 가운데 광합성에 이용되는 것은 1%가 채 되지 않는다. 이 1%를 가지고 생명체들은 에너지 게임을 즐기는 것이다.

남조류는 녹색식물의 원조

고등한 녹색식물의 광합성은 남조류로부터 시작됐다. 남조류의 색깔은 쪽빛(하늘빛)으로 녹색식물의 녹색과 다르다. 남조류는 엽록체가 없고 엽록소만이 세포질에 분포돼 있다. 그러나 광합성 세균과 달리 남조류는 물을 이용하므로 진정한 광합성이라고 할 수 있다.
 

근육을 움직인다

근육운동은 ATP가 기계적 에너지로 전환되면서 이뤄진다. 근육은 액틴과 미오신이라는 단백질로 구성돼 있다. 미오신 머리에 있는 ATP 분해효소가 에너지를 만들면, 그 에너지로 액틴을 잡아당겨 근육을 수축시킨다.

열을 낸다.

추운 날씨에 소름이 돋는 까닭은 차갑다는 자극신호가 근육에 전달돼 근육을 수축시키는 까닭이다. ATP가 근육을 수축시킬 때 발생하는 열을 이용하는 것이다.

빛을 낸다

반디, 야광충, 발광해파리, 발광오징어 등의 동물, 식물 중 화경버섯, 그리고 발광세균 등은 빛을 내는 발광생물이다. 이때의 빛은 노랑, 초록, 파랑계통의 약 4백50-6백50nm의 가시광선이다. 반디의 발광기를 보면 피부의 바로 밑에 루시페린이라는 발광물질을 가지고 있다. 루시페린은 ATP와 산소를 이용해 빛에너지를 만들어낸다.

전기를 만든다

평소 세포는 ATP를 이용해 나트륨이온(${Na}^{+}$)을 내보내고 칼륨이온(${K}^{+}$)을 세포 내로 끌어들인다. 그 겨로가 내부는 음전하를 띠고 외부는 양전하를 띤다. 만약 세포가 자극을 받으면 나트륨이온이 다시 내부로 들어와 양전하를 띤다. 대전상태가 뒤바뀌면 활동전위가 생겨 활동전류가 흐른다. 전기가오리, 전기뱀장어, 전기메기 등의 발전 현상은 이러한 활동 전류가 일시적으로 세게 흐르는 현상이다. 뇌파나 심전도도 마찬가지다.

호흡으로 에너지를 재생한다

광합성에 의해 빛에너지가 화학에너지로 바뀌면 유기물(포도당)로 저장된다. 호흡은 유기물이 다시 에너지로 바뀌는 과정이다. 흔히 산소를 많이 들이마시고 이산화탄소를 내뿜는 것을 호흡인양 착각하는 경우가 많다. 그러나 산소와 이산화탄소를 흡수하고 배출하는 것은 단지 겉으로 나타나는 공기의 발자취일 뿐이다.

동물이든 식물이든 곰팡이든 생명의 기본단위는 세포다. 세포는 광합성과 호흡이 일어나는 에너지 전환의 필수장소다. 호흡은 세포 내의 소기관인 미토콘드리아에서 이뤄진다. 포도당과 같은 유기물에 저장된 많은 양의 자유에너지는 생물의 몸속에서 사용하기 쉬운 에너지 운반체인 ATP로 전환된다. 유기물 내에 저장된 태양에너지는 호흡과정에 의해 약 60%가 열에너지로 바뀌고 나머지 40%는 ATP로 옮겨진다. 인간이 만든 기계장치들의 효율이 15-30%에 머무는 것과 비교하면 생명체의 효율은 매우 높다고 할 수 있다. 생물들은 많은 에너지를 어떤 곳에 쓸까.
 

술을 만드는 것도 호흡

지구 상의 어느 곳을 가더라도 그 지방에는 저마다 독특한 술들이 있다. 막걸리, 보드카, 고량주, 코냑, 위스키 등 헤아릴 수 없을 만큼 많은 종류의 술들이 있다. 그런데 이들 술의 근원에는 모두 알코올 발효라는 호흡 과정이 자리잡고 있다. 이들의 호흡은 생명체의 호흡과는 다르다. 우리들은 산소를 사용해 에너지를 만들고 있는데, 알코올 발효를 일으키는 효모 등은 산소를 사용하지 않는 무산소 호흡과정에 의해 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 무기 호흡 방법을 사용한다.

소리를 낸다

곤충과 척추동물들은 근육을 수축시킬 때 이용하는 기계에너지를 2차적인 소리에너지로 바꾼다.