노란 꽃잎이 커다란 원을 그리며 피어 있는 해바라기.
여름이면 넓은 들판이나 꽃밭에서 흔히 만날 수 있는 꽃입니다. 키가 큰 줄기 끝에 둥근 꽃이 달린 모습 때문에 멀리서도 쉽게 알아볼 수 있죠.
해바라기 하면 가장 먼저 떠오르는 이야기가 있습니다.
해바라기는 해를 바라보는 꽃이라는 것입니다.
아침에는 동쪽에서 떠오르는 해를 바라보고, 낮에는 하늘 높이 올라간 해를 따라 움직이다가, 저녁에는 서쪽으로 지는 해를 바라본다고 알려져 있습니다.
그런데 실제로 해바라기 꽃밭을 가보면 조금 의아한 장면을 발견할 수 있습니다.
수많은 해바라기가 비슷한 방향을 바라보고 있기 때문입니다. 오전에 방문해도, 오후에 방문해도 꽃의 방향이 크게 달라 보이지 않는 경우가 많습니다.
그렇다면 해바라기는 정말 태양을 따라 움직이는 걸까요?
결론부터 말하면 해바라기는 성장 단계에 따라 움직임이 달라집니다.
어린 해바라기는 태양의 움직임에 맞춰 방향을 바꾸지만, 꽃이 성숙하면 대체로 동쪽을 향한 상태로 움직임을 멈춥니다.
이러한 변화에는 식물의 성장 방식과 생체시계, 그리고 번식에 유리한 환경을 만드는 과정이 관련되어 있습니다.
익숙하지만 자세히 알지는 못했던 해바라기의 이야기를 살펴보겠습니다.
1. 해바라기는 정말 해를 따라 움직일까? 어린 해바라기의 특별한 하루
해바라기가 태양을 따라 움직인다는 이야기는 완전히 틀린 말이 아닙니다.
실제로 어린 해바라기는 낮 동안 태양의 움직임에 맞춰 방향을 바꿉니다. 아침에는 동쪽을 향하고, 시간이 흐르면서 점차 서쪽으로 돌아갑니다.
이처럼 태양의 움직임을 따라 식물의 방향이 달라지는 현상을 '태양추적운동(heliotropism)'이라고 합니다.
그렇다면 해바라기는 어떻게 움직이는 걸까요?
식물은 동물처럼 근육을 이용해 몸을 움직이지 않습니다. 해바라기 역시 꽃이 달린 줄기를 자유롭게 돌릴 수 있는 관절이 있는 것은 아닙니다.
어린 해바라기의 움직임에는 줄기의 양쪽이 서로 다른 속도로 자라는 현상이 관여합니다.
예를 들어 아침부터 낮 동안에는 줄기 동쪽 부분의 세포가 서쪽 부분보다 더 길게 자라면서 줄기 윗부분이 서쪽으로 기울게 됩니다.
그 결과 해바라기는 시간이 흐르면서 태양의 방향을 따라 움직이는 것처럼 보입니다.
여기서 흥미로운 사실이 하나 있습니다.
해바라기는 저녁에 서쪽을 향한 상태로 하루를 마치지만, 밤이 지나고 아침이 되면 다시 동쪽을 바라봅니다.
밤에는 태양이 보이지 않는데 어떻게 아침에 해가 뜰 방향으로 돌아가는 걸까요?
그 이유는 해바라기 안에 있는 생체시계와 관련이 있습니다.
사람에게 잠을 자고 일어나는 일정한 생활 리듬이 있는 것처럼 식물도 낮과 밤의 변화에 맞춰 활동을 조절하는 체계를 가지고 있습니다.
이를 '일주기 리듬'이라고 합니다.
일주기 리듬은 약 24시간을 주기로 반복되는 생물학적 변화를 말합니다. 식물은 이 체계를 통해 빛과 어둠이 반복되는 환경에 적응합니다.
어린 해바라기는 밤이 되면 낮과 반대되는 방향의 줄기 성장이 나타나면서 다시 동쪽을 향하게 됩니다.
다시 말해 낮에는 동쪽 부분의 성장이 상대적으로 활발해 줄기가 서쪽으로 기울고, 밤에는 서쪽 부분의 성장이 상대적으로 활발해 동쪽으로 돌아가는 것입니다.
이러한 움직임은 단순히 햇빛이 있는 방향으로 고개를 돌리는 반응만으로 설명되지 않습니다.
미국 캘리포니아대학교 데이비스 캠퍼스 연구진 등이 참여한 연구에서는 해바라기의 생체시계와 빛에 대한 반응이 함께 작용해 이러한 움직임을 조절한다는 사실을 밝혔습니다.
2016년 국제학술지 '사이언스(Science)'에 발표된 연구입니다.
연구진은 해바라기를 관찰하면서 정상적인 낮과 밤의 환경에서 어린 해바라기가 태양을 따라 움직이고, 밤에는 다시 동쪽으로 돌아간다는 사실을 확인했습니다.
또한 식물의 내부 생체시계와 외부의 빛 주기가 일치하는 것이 정상적인 움직임과 성장에 중요하다는 점도 알아냈습니다.
그렇다면 해바라기는 왜 이렇게 움직일까요?
어린 식물에게 빛은 성장에 필요한 중요한 에너지원입니다.
식물은 햇빛을 이용해 광합성을 하고, 이 과정에서 만들어진 유기물을 성장과 생명 활동에 사용합니다.
어린 해바라기가 태양을 따라 방향을 바꾸면 하루 동안 빛을 받아들이는 데 유리할 수 있습니다.
실제 연구에서도 태양을 따라 움직이는 해바라기가 움직임에 제한을 받은 식물보다 성장에 유리한 결과를 보였습니다.
다만 태양을 향한다고 해서 언제나 광합성량이 일정하게 증가하는 것은 아닙니다. 식물이 받는 빛의 양과 광합성 효율은 날씨, 온도, 수분 상태 등에 따라서도 달라집니다.
중요한 것은 어린 해바라기의 태양추적운동이 성장 과정에서 나타나는 적응 방식이라는 점입니다.
우리가 보기에는 꽃이 태양을 바라보는 낭만적인 모습처럼 느껴지지만, 실제로는 줄기의 성장과 생체시계가 정교하게 연결된 생리적 현상입니다.
그렇다고 모든 해바라기가 하루 종일 같은 움직임을 보이는 것은 아닙니다.
바로 해바라기가 자라면서 이러한 움직임에 변화가 생기기 때문입니다.
2. 활짝 핀 해바라기는 왜 동쪽만 바라볼까? 꽃이 피면서 달라지는 움직임
해바라기 꽃밭에 가보면 커다란 꽃들이 비슷한 방향을 바라보고 있는 모습을 자주 볼 수 있습니다.
해바라기라는 이름을 생각하면 하루 종일 해를 따라 방향을 바꿀 것 같지만, 실제로 활짝 핀 해바라기는 대부분 그렇지 않습니다.
어린 시기에는 태양을 따라 움직이던 해바라기가 성장하면서 점차 움직임을 줄이기 때문입니다.
꽃봉오리가 발달하고 줄기의 성장이 느려지면서 태양추적운동도 감소합니다.
꽃이 성숙해 활짝 피는 시기가 되면 꽃이 달린 줄기의 방향 변화는 대부분 멈추게 됩니다.
그리고 많은 해바라기는 동쪽을 향한 상태를 유지합니다.
그렇다면 왜 하필 동쪽일까요?
태양은 동쪽에서 떠오르기 때문에 동쪽을 향한 꽃은 아침 햇빛을 비교적 일찍 받을 수 있습니다.
해바라기 꽃의 방향은 단순히 빛을 받는 문제를 넘어 꽃의 온도와도 관계가 있습니다.
밤사이 기온이 내려간 상태에서 아침 햇빛을 받으면 꽃의 표면 온도가 올라갑니다.
동쪽을 바라보는 해바라기는 서쪽을 바라보는 해바라기보다 아침 시간에 꽃이 더 빨리 따뜻해질 수 있습니다.
이 온도 차이가 해바라기에게 중요한 이유는 꽃을 찾아오는 곤충과 관련이 있기 때문입니다.
해바라기의 커다란 노란 꽃은 사실 우리가 흔히 생각하는 하나의 꽃과는 구조가 다릅니다.
가운데 둥근 부분에는 작은 꽃들이 많이 모여 있습니다. 바깥쪽의 노란 부분도 꽃의 일부이며, 전체적으로 수많은 작은 꽃이 모여 하나의 커다란 꽃처럼 보이는 구조입니다.
이처럼 작은 꽃들이 모여 형성된 것을 두상꽃차례라고 합니다.
해바라기의 가운데 부분을 가까이에서 보면 작은 꽃들이 촘촘하게 배열되어 있는 모습을 확인할 수 있습니다.
이 작은 꽃들은 일정한 순서로 발달하며 꽃가루를 내놓고 수분과 수정에 참여합니다.
이 과정에서 벌을 비롯한 꽃가루 매개 곤충이 중요한 역할을 합니다.
그런데 곤충의 활동은 온도의 영향을 받습니다. 특히 아침에는 주변 온도가 낮기 때문에 꽃의 온도가 곤충의 방문과 꽃의 발달 과정에 영향을 줄 수 있습니다.
2021년 국제학술지 '뉴 파이톨로지스트(New Phytologist)'에는 해바라기 꽃의 방향과 온도, 곤충의 방문, 번식 사이의 관계를 조사한 연구가 발표되었습니다.
연구진은 해바라기가 바라보는 방향을 인위적으로 조절해 동쪽을 향한 꽃과 서쪽을 향한 꽃을 비교했습니다.
그 결과 동쪽을 향한 해바라기는 아침에 꽃의 온도가 더 빠르게 올라갔고, 꽃가루가 나타나는 시기와 일부 생식기관의 발달도 더 빨랐습니다.
특히 아침 이른 시간에는 동쪽을 향한 해바라기에 곤충이 더 많이 방문하는 경향이 나타났습니다.
여기서 흥미로운 점은 이러한 차이가 하루 종일 동일하게 나타난 것은 아니라는 사실입니다.
아침의 특정 시간대에 차이가 두드러졌으며, 시간이 흐르면서 동쪽과 서쪽을 향한 꽃 사이의 곤충 방문 차이는 줄어들었습니다.
또한 꽃의 온도만이 곤충의 방문을 결정하는 유일한 요소는 아닙니다.
꽃이 햇빛을 받는 정도와 곤충에게 보이는 모습, 꽃가루가 제공되는 시기 등 여러 조건이 함께 작용할 수 있습니다.
연구에서는 꽃이 바라보는 방향이 해바라기의 번식 결과에도 영향을 줄 수 있다는 사실이 확인되었습니다.
동쪽을 향한 꽃은 서쪽을 향하도록 조절한 꽃보다 꽃가루를 통한 번식 성공도가 높았고, 일부 조건에서는 씨앗이 더 무겁고 충실하게 발달하기도 했습니다.
다만 이러한 결과가 모든 환경에서 똑같이 나타난 것은 아닙니다.
지역과 생육 조건에 따라 씨앗의 특성에는 차이가 있을 수 있습니다.
그렇다면 해바라기가 성숙한 뒤 동쪽을 바라보는 모습은 어떤 의미일까요?
어린 시기에는 태양을 따라 움직이며 성장에 유리한 조건을 이용하고, 성숙한 이후에는 동쪽을 향한 방향이 꽃의 온도와 번식에 유리하게 작용하는 것으로 이해할 수 있습니다.
물론 모든 해바라기의 꽃이 반드시 정확히 동쪽을 향하는 것은 아닙니다.
품종이나 재배 환경, 줄기가 자라는 방향, 꽃이 받는 빛의 조건 등에 따라 실제 방향에는 차이가 나타날 수 있습니다.
그래도 많은 해바라기가 성숙한 뒤 동쪽을 향하는 것은 우연한 모습만은 아닙니다.
오랜 시간 자연환경에 적응해 온 해바라기의 생장과 번식 방식이 담겨 있는 것입니다.
커다란 해바라기가 움직이지 않고 한쪽을 바라보고 있는 모습도 알고 보면 자연의 흥미로운 현상입니다.
3. 해바라기가 알려주는 식물의 생체시계, 햇빛을 읽고 성장하는 방법
해바라기의 움직임을 이해하려면 식물이 빛을 어떻게 받아들이는지 살펴볼 필요가 있습니다.
식물에게 햇빛은 광합성에 필요한 에너지원이지만, 동시에 주변 환경의 변화를 알려주는 중요한 신호이기도 합니다.
식물은 빛의 방향과 세기, 낮의 길이와 같은 정보를 바탕으로 성장과 발달 과정을 조절합니다.
우리가 흔히 알고 있는 식물의 굴광성도 이러한 반응 가운데 하나입니다.
굴광성은 빛이 비추는 방향에 따라 식물의 줄기나 잎 등이 자라는 방향을 바꾸는 성질을 말합니다.
예를 들어 창가에 놓인 화분을 오랫동안 같은 방향으로 두면 줄기가 창문 쪽으로 기울어 자라는 모습을 볼 수 있습니다.
식물이 햇빛을 향해 자라는 것은 빛이 닿는 쪽으로 단순히 몸을 움직이기 때문이 아닙니다.
줄기의 양쪽에서 일어나는 생장 차이가 식물의 방향을 변화시킵니다.
이 과정에는 옥신이라는 식물호르몬이 중요한 역할을 합니다.
옥신은 세포의 신장과 식물의 성장 조절에 관여하는 물질입니다.
일반적인 줄기의 굴광성에서는 빛의 방향에 따라 옥신의 분포와 작용이 달라지면서 줄기 양쪽의 세포가 서로 다른 정도로 길게 자랄 수 있습니다.
그 결과 줄기가 빛을 향해 굽어 자라는 것입니다.
해바라기의 태양추적운동 역시 줄기의 불균등한 성장과 관련이 있습니다.
하지만 일반적인 굴광성과 완전히 같은 현상으로만 설명하기는 어렵습니다.
해바라기는 낮 동안 태양을 따라 움직일 뿐 아니라 밤에는 태양이 보이지 않아도 다시 동쪽을 향하기 때문입니다.
이러한 움직임을 이해하는 데 중요한 것이 바로 생체시계입니다.
식물의 생체시계는 외부 환경의 변화와 내부의 생리 활동을 연결하는 역할을 합니다.
하루 동안 빛이 들어오는 시간에 맞춰 특정 유전자의 활동이나 호르몬 반응, 성장 속도 등이 달라질 수 있습니다.
해바라기에서는 이러한 생체시계가 태양의 방향에 대한 반응과 연결되어 줄기 양쪽의 성장 속도를 조절합니다.
2016년에 발표된 해바라기 연구에서는 식물의 내부 리듬이 외부의 빛 주기와 맞지 않으면 정상적인 태양추적운동과 성장에 영향을 받을 수 있다는 사실이 확인되었습니다.
식물이 단순히 빛을 감지하는 데 그치는 것이 아니라, 하루의 시간적 변화에 맞춰 반응한다는 의미입니다.
그렇다면 해바라기의 이러한 특징을 일상에서도 관찰할 수 있을까요?
해바라기를 직접 기른다면 성장 단계에 따라 방향이 달라지는 모습을 살펴볼 수 있습니다.
어린 해바라기는 햇빛이 충분한 야외 환경에서 아침과 오후에 줄기 윗부분의 방향이 달라지는 현상을 관찰할 수 있습니다.
다만 움직임이 눈앞에서 빠르게 일어나는 것은 아닙니다.
줄기의 세포가 성장하면서 서서히 방향이 변하기 때문에 잠깐 바라보는 것만으로는 변화를 알아차리기 어렵습니다.
같은 위치에서 일정한 시간 간격으로 사진을 촬영하거나 시간 경과 촬영을 하면 방향의 변화를 비교하기가 더 쉽습니다.
아침과 오후에 사진을 찍을 때는 카메라의 위치를 비슷하게 유지하는 것이 좋습니다. 그래야 촬영 각도 때문에 생긴 차이를 실제 식물의 움직임으로 오해하지 않을 수 있습니다.
또한 해바라기를 관찰할 때는 아직 어린 식물인지, 꽃봉오리가 자라고 있는지, 꽃이 완전히 성숙했는지를 구분할 필요가 있습니다.
어린 해바라기와 이미 활짝 핀 해바라기의 움직임은 다르기 때문입니다.
해바라기 꽃밭을 방문했을 때도 마찬가지입니다.
활짝 피어 있는 해바라기가 오후에도 동쪽을 바라보고 있다고 해서 태양을 따라 움직이지 못하는 식물이라고 생각할 필요는 없습니다.
그 해바라기는 이미 태양추적운동이 활발한 성장 단계를 지나 성숙한 꽃의 상태에 도달했을 가능성이 큽니다.
한 가지 더 살펴볼 만한 것은 해바라기의 씨앗입니다.
우리가 해바라기씨라고 부르는 부분은 식물학적으로 정확히 말하면 수과라는 열매이며, 그 안에 씨앗이 들어 있습니다.
해바라기 가운데의 작은 꽃들은 수분과 수정 과정을 거쳐 이러한 열매를 만들어갑니다.
해바라기가 동쪽을 향하는 특징은 꽃을 찾아오는 곤충과 수분 과정에 영향을 줄 수 있으며, 궁극적으로 다음 세대를 남기는 번식과도 연결됩니다.
태양을 따라 움직이는 어린 해바라기의 모습과 동쪽을 향해 꽃을 피우는 성숙한 해바라기의 모습은 서로 다른 생장 단계에서 나타나는 특징인 셈입니다.
우리는 해바라기를 볼 때 흔히 태양을 바라보는 꽃이라는 이미지에 익숙해져 있습니다.
하지만 조금 더 자세히 들여다보면 그 안에는 줄기의 성장과 식물호르몬, 생체시계, 꽃의 온도와 곤충의 방문까지 여러 생물학적 과정이 연결되어 있습니다.
노란 꽃잎이 커다랗게 펼쳐진 해바라기 한 송이에도 생각보다 많은 과학적 이야기가 담겨 있는 것입니다.
다음에 해바라기 꽃밭을 방문한다면 꽃들이 어느 방향을 향하고 있는지 한번 살펴보세요.
그리고 아직 꽃이 피지 않은 어린 해바라기가 있다면 성숙한 해바라기와 방향이 어떻게 다른지도 비교해 보세요.
그동안 당연하게 생각했던 해바라기의 모습에서 새로운 사실을 발견할 수 있을 것입니다.
해바라기는 평생 태양을 따라 움직이는 꽃이 아닙니다. 어린 시기에는 태양의 움직임에 맞춰 성장하고, 꽃이 성숙하면 대체로 동쪽을 향한 채 번식을 이어갑니다.
이제 해바라기를 볼 때 단순히 해를 바라보는 꽃이 아니라, 성장 단계에 따라 빛을 이용하는 방법이 달라지는 식물이라는 사실도 함께 떠올려 보면 좋겠습니다.