[박종진의 과학 이야기] 광합성

박종진

태양계에 국한된 이야기지만 모든 생명의 근원은 햇빛이다. 그리고 그것을 가능하게 해주는 기반이 식물의 광합성이다. 광합성이 있으므로 생명체에게 꼭 필요한 에너지원인 태양 에너지를 이용해서 지구상의 생태계가 유지된다.
 
식물의 뿌리는 삼투압 현상을 이용하여 땅에서 물을 빨아들인다. 식물의 잎을 이루는 세포에는 엽록체라고 불리는 것이 있는데 다른 색은 흡수하고 녹색만 반사하기 때문에 식물의 잎은 녹색으로 보인다.  
 
엽록체는 햇빛의 도움으로 뿌리에서 올라온 물을 산소와 수소로 분해하여 산소는 자기가 쓸 만큼만 쓰고 나머지는 기공을 통해서 밖으로 배출하기 때문에 지구상의 산소 대부분은 식물에서 만들어진다. 그렇게 생긴 수소는 외부 대기로부터 들어온 탄소와 결합하여 탄소와 수소 화합물, 즉 탄수화물이 된다.  
 
이렇게 엽록체는 빛을 이용하여 유기물인 포도당을 만들고, 포도당은 잠시 잎에 저장되었다가 녹말로 변해서 열매나 뿌리에 저장된다. 동물은 식물이 광합성으로 만든 녹말을 섭취하여 에너지를 얻는다. 그렇게 동물은 식물을 먹고 생명을 유지하지만, 죽은 후에는 92가지 우주의 기본 원소로 분해된 후 다시 식물에 흡수당하는 그런 순환을 반복하는 것이 우리 대자연의 생태계다.
 

오래 전 초등학교에서 광합성은 물, 공기, 햇빛에 의해서 이루어진다고 배웠다. '햇빛'의 도움으로 '물'이 분해되어 생긴 수소와 '공기' 중 동물의 호흡작용으로 생긴 이산화탄소가 합쳐지면 탄소 수소 유기화합물이 된다. 이것이 바로 탄수화물이며 생명을 유지하는 에너지의 재료다.  
 
세상의 모든 생명체는 태양에서 나오는 에너지를 취해 생존한다. 그러나 동물은 직접 태양으로부터 에너지를 획득할 수 없다. 식물이 광합성을 통해 태양 에너지를 이용하여 탄수화물로 만들면 동물은 식물을 먹고 그 안에 저장된 에너지를 섭취한다. 동물이 숨 쉴 때 필요한 산소 또한 식물 광합성의 결과로 만들어진 것이다. 그러니 나무 한 그루 풀 한 포기조차 우리 자연계가 존재할 수 있는 근본이다.
 
그렇다면 엽록체 안에서 일어나는 광합성을 인공적으로는 할 수 없을까 생각해 본다. 공장에서 물과 공기와 햇빛을 가지고 우리의 에너지원인 녹말을 만들고, 지구 온난화의 주범인 탄소를 없애고 그 대신 산소를 만드는 것이다. 물론 가능한 이야기이고 그런 기술이 벌써 개발되었다. 그러나 문제는 효율이다. 식물의 광합성은 고효율인 데 비해 인공적인 광합성은 그 효율이 아주 낮아 상용화하기에는 아직 해결해야 할 문제가 너무 많다고 한다. 마치 지금 핵융합을 이용한 발전이 이론상 가능하기는 하지만 100원어치의 전기를 만들기 위해서는 그보다 몇 배나 많은 돈이 들어가는 것과 같은 형편이다.
 
가끔 숲이 무성한 산을 바라보다가 문득 그 잎을 먹을 수 있을지 생각해 본다. 지천으로 널린 나뭇잎을 시금치나 상치처럼 식용으로 바꿀 수 있다면 식량문제 해결이 한결 수월해질 것이다. 핵융합 발전도 그렇고 인공지능도 인공심장처럼 언젠가는 상용화가 될 날이 올 것이다.  
 
160년 전에 프랑스의 쥘 베른은 대포알을 타고 달나라에 간다는 말도 안 되는 공상 과학 소설을 발표했다. 그리고 딱 한 세기 후 인류는 그와 같은 작동원리로 나는 로켓을 이용하여 달에 첫발을 내디뎠다. (작가)
 
 

박종진