오래된 설계의 결

목련(2) 원시적이라는 말

목련. 출처 : 위키나무

목련(1) 도시의 흰 꽃에서 이어짐

목련의 꽃을 처음 마주한 사람은 대개 비슷한 말을 남깁니다. 크고, 두껍고, 어딘가 예스럽다는 인상입니다. 그래서 목련은 종종 ‘원시적인 꽃’으로 설명되곤 합니다. 다만 이 표현은 조금 조심해서 써야 합니다. 원시적이라는 말이 자칫 덜 발전했다는 뜻으로 읽힐 수 있기 때문입니다. 그러나 목련이 주는 인상은 뒤처짐이라기보다, 오래된 계통이 오랜 시간 붙들고 온 설계의 지속성에 더 가깝습니다.

많은 꽃식물(현화식물)이 가볍고 효율적인 구조, 역할이 잘 나뉜 구조, 빠르게 신호를 주고받는 구조 쪽으로 진화해 왔다고 말해진다면, 목련은 조금 다른 방향으로 시간을 쌓아 온 식물로 보입니다. 그 차이는 취향의 문제가 아닙니다. 꽃이 어떤 부품으로 이루어져 있고, 그것들이 어떻게 배열되며, 실제로 어떻게 작동하는지를 보면 드러납니다.

분업을 거부한 ‘진화’의 강점

먼저 눈에 들어오는 것은 꽃 기관이 나뉘는 방식입니다. 대다수 꽃나무에서는 꽃받침과 꽃잎의 역할이 비교적 또렷하게 갈립니다. 바깥의 꽃받침은 아직 피지 않은 꽃봉오리를 감싸 보호하고, 안쪽의 꽃잎은 색과 향으로 곤충을 불러들이는 일을 맡습니다. 보호와 유인이 어느 정도 분업되어 있는 셈입니다.

그런데 목련의 꽃에서는 이 경계가 분명하지 않습니다. 바깥 조각과 안쪽 조각이 재질도 비슷하고 생김새도 크게 다르지 않아, 어디까지를 꽃받침이라 하고 어디부터를 꽃잎이라 해야 할지 선을 긋기 어렵습니다. 그래서 목련을 설명할 때는 꽃받침과 꽃잎을 억지로 나누기보다 화피조각(tepals)이라는 말을 쓰는 편이 더 알맞습니다. 쉽게 말하면, 꽃받침과 꽃잎의 구분이 또렷하지 않을 때 두 기관을 함께 부르는 이름입니다.

이 구조에서는 보호와 유인이라는 두 기능이 완전히 따로 떨어져 있지 않습니다. 하나의 기관이 두 역할을 겹쳐 맡고 있습니다. 그래서 목련의 꽃은 기관과 기관의 경계가 날카롭게 갈라지기 이전의 배열을 떠올리게 합니다. 식물의 진화사를 이야기할 때 이런 특징은 비교적 오래된 형질로 자주 언급됩니다.

그렇다고 해서 이 구조를 덜 정교한 설계라고만 볼 수는 없습니다. 오히려 꽃받침과 꽃잎이 완전히 나뉘지 않았기 때문에 생기는 장점도 있습니다. 바깥 조각은 봉오리일 때는 보호막이 되고, 꽃이 핀 뒤에는 곤충을 끌어들이는 표면이 됩니다. 목련의 화피조각은 두껍고 살집이 있어, 아직 날씨가 차고 바람이 센 시기에도 꽃의 안쪽을 비교적 안정적으로 지켜 줍니다. 기능이 하나의 기관 안에 겹쳐 있기 때문에, 일부 조각이 손상되더라도 꽃 전체의 역할이 한꺼번에 무너지지 않는다는 점도 중요합니다.

이런 구조는 꽃 안에 머무는 곤충과의 관계에서도 이점을 가집니다. 얇고 섬세한 꽃잎보다 두껍고 단단한 화피조각은 곤충이 꽃 안에서 움직이거나 머무르는 동안 구조를 더 잘 버텨 줍니다. 보호 기관과 유인 기관이 엄격히 갈라지지 않은 덕분에, 목련의 꽃은 잠시 스쳐 가는 신호판이라기보다 하나의 방처럼 작동합니다. 그 방 안에서는 바깥 기온 변화가 어느 정도 완충되고, 향도 쉽게 흩어지지 않고 머물 수 있습니다.

결국 꽃받침과 꽃잎의 경계가 흐린 구조는 미완의 설계라기보다, 여러 기능을 한 몸 안에 포개 두는 방식으로 이해하는 편이 더 자연스럽습니다. 초기 계통에서 나타난 배열이 오랜 시간 유지된 데에는 이런 겹침의 안정성이 작용했을 가능성이 있습니다. 분업이 덜 되었기 때문에 불리했다기보다, 분업하지 않아도 충분히 잘 작동했기 때문에 굳이 크게 바뀌지 않았다고 보는 편이 자연스럽습니다.

질서 없는 질서

꽃의 배열에서도 비슷한 감각이 이어집니다. 목련 꽃을 정면에서 보면 처음에는 질서가 없는 것처럼 보입니다. 꽃잎이 다섯 장, 여섯 장 식으로 딱 떨어지게 맞물려 있는 것도 아니고, 수술이 일정한 간격으로 깔끔하게 둘러선 모습도 아닙니다. 대신 꽃의 중심을 따라 수술과 암술이 빽빽하게 붙어 있고, 그 배열은 둥근 층을 이루기보다 조금씩 어긋나며 위로 올라갑니다.

자세히 보면 중심 기둥을 따라 작은 조각들이 하나씩 비틀려 붙은 것처럼 보이는데, 이런 배열을 나선형 배열이라고 합니다. 쉽게 말해 둥근 층을 한 번에 맞춰 놓은 구조가 아니라, 자라면서 하나씩 덧붙인 흔적이 남아 있는 방식입니다. 그래서 목련의 꽃은 이미 완성된 조립품처럼 보이기보다, 만들어지는 과정이 그대로 드러난 구조처럼 느껴집니다.

다시 말해, 많은 꽃식물(현화식물)의 꽃이 일정한 수의 부품을 정교하게 맞춰 조립한 구조를 떠올리게 한다면, 목련의 꽃은 축적과 증식의 과정을 몸 안에 드러내는 형태에 가깝습니다. 기관 수가 처음부터 딱 정해진 틀 안에 정돈되어 있다기보다, 생성의 흔적이 표면에 남아 있는 배열입니다. 목련이 유난히 예스럽게 보이는 이유도 여기에 있을 것입니다.

암술의 구조에서도 통합보다는 분산의 경향이 나타납니다. 목련류의 꽃을 잘라 보면 암술이 하나의 매끈한 통처럼 붙어 있지 않습니다. 대신 작은 암술 단위들이 여러 개 모여 중심에 촘촘히 붙어 있습니다. 각 단위가 어느 정도 독립성을 유지한 채 함께 서 있는 모습입니다. 이런 구조를 이심피(apocarpous)라고 부릅니다. 쉽게 말하면, 씨방을 이루는 여러 부분이 완전히 하나로 합쳐지지 않고 따로 남아 있는 상태입니다.

반대로 많은 다른 꽃에서는 여러 심피가 서로 붙어 하나의 자방을 이룹니다. 겉에서 보면 암술이 하나뿐인 것처럼 보이고, 그 안에 여러 칸이 들어 있는 방식입니다. 이것을 합생심피(syncarpous)라고 합니다.

이 차이는 모양만의 문제가 아닙니다. 번식 방식에도 영향을 줍니다. 이심피 구조에서는 각 심피가 따로 수정되고, 이후에도 따로 열매로 발달할 수 있습니다. 하나가 손상되더라도 다른 단위가 살아남을 여지가 있습니다. 반면 합생심피 구조에서는 하나의 자방 전체가 통째로 발달합니다. 보호와 효율의 면에서는 장점이 있지만, 구조적으로는 더 통합된 방식입니다.

목련의 열매를 보면 작은 단위들이 여럿 모여 있는 모습이 나타나는데, 이것은 처음 꽃 안에서도 암술이 여러 단위로 나뉘어 있었기 때문입니다. 꽃의 중심이 하나의 방이 아니라 여러 개의 작은 방이 모인 구조였던 셈입니다. 이런 배열은 번식 실패의 위험을 여러 곳으로 나누는 방식으로도 읽힙니다. 한 부분이 잘되지 않아도 전체 전략이 한꺼번에 무너지지 않도록 하는 것입니다.

조금 더 작은 수준으로 내려가면 꽃가루에서도 계통적 특징이 드러납니다. 많은 진정쌍자엽류 식물에서는 삼구성(tricolpate) 꽃가루가 흔합니다. 꽃가루 표면에 발아관이 나올 수 있는 홈이 세 군데 있는 형태입니다. 반면 목련류에서는 전통적으로 단구성(monocolpate) 꽃가루가 특징으로 언급되어 왔습니다. 발아구가 하나뿐인 구조입니다.

이 차이는 단순한 겉모양의 차이가 아닙니다. 꽃가루가 암술머리에 닿은 뒤 발아관을 내리고 자방 쪽으로 자라가는 방식과 연결됩니다. 발아구가 여러 개 있으면 어느 방향에서든 비교적 쉽게 발아가 가능합니다. 그래서 삼구성 꽃가루는 방향의 제약이 적고, 다양한 각도에서 닿아도 발아 확률을 높일 수 있습니다. 빠르게 반응하고 유연하게 대응하는 쪽에 유리한 구조로 해석됩니다.

비효율이 아닌 스트레스에 강한 구조

반면 단구성 꽃가루는 발아구가 하나뿐이기 때문에 어느 면이 암술머리에 닿느냐가 더 중요해집니다. 얼핏 보면 비효율적으로 보일 수 있습니다. 하지만 구조가 단순하고, 꽃가루 벽이 비교적 견고하게 유지되는 경향이 있다는 점도 함께 언급됩니다. 일부 연구에서는 이런 단순한 구조가 환경 스트레스에 대해 상대적으로 안정적일 가능성도 이야기합니다.

그러므로 삼구성은 발아의 유연성과 속도를 높이는 방향으로, 단구성은 구조의 단순성과 안정성을 유지하는 방향으로 각각 이해할 수 있습니다. 이것은 진정쌍자엽류와 목련류가 서로 다른 진화 경로를 걸어왔다는 설명과도 연결됩니다. 삼구성 꽃가루는 보다 분화된 계통의 공통 형질로 자리 잡았고, 단구성은 속씨식물의 더 이른 단계에서 나타난 형질을 유지하는 모습으로 읽힙니다.

중요한 것은 어느 쪽이 더 앞선 형태냐고 단정하기 어렵다는 점입니다. 발아 효율을 높이는 방향과 구조의 단순성을 유지하는 방향은 우열의 문제가 아니라 서로 다른 전략에 가깝습니다. 꽃가루의 홈 수는 단순해 보이지만, 그 뒤에는 번식의 속도와 안정성이라는 서로 다른 압력이 함께 작용하고 있습니다.

목련의 생리적 특성은 수분 전략에서도 드러납니다. 목련 꽃은 크고 두꺼운 조직으로 이루어져 있습니다. 그래서 이 꽃은 얇은 장식물이라기보다 하나의 공간을 만드는 구조에 더 가깝습니다. 잠깐 들렀다 떠나는 곤충보다, 안에 머물며 움직이는 곤충에게 더 잘 맞는 꽃처럼 보입니다.

봄철의 많은 나무가 밝은 색과 꿀로 벌을 불러들여 빠르게 꽃가루를 주고받는 구조를 선택해 왔다고 설명된다면, 목련류의 수분은 오래전부터 딱정벌레 같은 체류형 방문자와 관련해 연구되어 왔습니다. 이 곤충들은 꽃을 스치듯 지나가기보다 꽃 안에 머무르는 경향을 보입니다.

과학자들이 추정한 최초의 꽃. 출처 : 네이처 커뮤니케이션스

목련꽃에 밤새 머문 딱정벌레들

관찰 연구에 따르면 일부 딱정벌레는 한 송이의 꽃 안에서 수십 분, 길게는 몇 시간 동안 머물기도 합니다. 꽃이 완전히 벌어지기 전 단계에 안으로 들어가 밤새 머무는 사례도 보고되어 있습니다. 벌처럼 꿀을 재빨리 모은 뒤 곧바로 다른 꽃으로 이동하는 방식과는 꽤 다른 행동입니다.

꽃 안에 머무는 동안 곤충은 수술과 암술을 여러 차례 반복해서 건드립니다. 움직이는 범위는 좁을 수 있어도 접촉 횟수는 오히려 많아집니다. 그 과정에서 꽃가루는 몸 표면과 다리, 배 쪽에 조금씩 쌓이고, 이후 다른 꽃으로 옮겨 갈 때 자연스럽게 전달됩니다. 그러니 체류 시간이 길다는 것은 단순히 늦게 움직인다는 뜻이 아니라, 반복 접촉을 통해 꽃가루가 옮겨질 가능성이 높아진다는 뜻이기도 합니다.

목련의 두껍고 단단한 화피는 이런 체류를 버틸 수 있는 조건을 만들어 줍니다. 얇은 꽃잎이라면 곤충이 오래 머무는 동안 쉽게 찢어지거나 손상될 수 있습니다. 하지만 목련의 화피는 비교적 단단하고 어느 정도 탄성이 있어서, 곤충의 무게와 움직임을 견뎌 냅니다. 이런 점을 생각하면 목련의 수분 전략은 ‘잠깐 들렀다 빠르게 이동하는 방식’이라기보다, ‘머무르며 반복해서 접촉하고 그 과정에서 조금씩 옮겨지는 방식’에 더 가깝다고 볼 수 있습니다.

목련은 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds), 곧 공기 중으로 쉽게 날아가 향기로 느껴지는 화학 물질을 내보내 곤충에게 신호를 보냅니다. 꽃향기의 상당 부분이 이런 물질로 이루어져 있습니다. 이 물질들은 기체 상태로 퍼져 나가 어느 정도 떨어진 곳에서도 감지될 수 있습니다. 그런데 향은 온도의 영향을 크게 받습니다. 기온이 낮으면 휘발 속도가 느려지고, 멀리 퍼져 나가는 힘도 약해집니다.

일부 목련류에서 보고되는 꽃의 발열 현상(thermogenesis)은 바로 이 지점과 이어집니다. 꽃 조직이 대사 활동을 통해 스스로 열을 내면 꽃 내부의 공기가 조금 더 따뜻해집니다. 온도가 올라가면 향을 이루는 휘발성 물질의 방출량도 늘고, 향의 농도도 높아질 수 있습니다. 다시 말해 발열은 향의 생산과 확산을 돕는 조건이 됩니다.

여기에는 또 다른 효과도 있습니다. 꽃 안이 바깥 공기보다 따뜻해지면 아주 미세한 공기 흐름, 곧 대류가 생깁니다. 따뜻한 공기가 위로 올라가면서 향을 더 멀리 퍼뜨릴 수 있습니다. 바람이 약하고 공기가 차가운 초봄에는 이런 작은 차이가 신호를 바깥으로 내보내는 데 도움이 될 수 있습니다.

곤충에게도 이것은 중요합니다. 저온기에는 체온이 낮아져 활동성이 떨어지기 쉽습니다. 상대적으로 따뜻한 꽃 내부는 잠시 몸을 두기에 유리한 공간이 됩니다. 향은 곤충을 불러들이고, 따뜻한 내부는 그 곤충이 더 오래 머물게 합니다. 그렇게 머무는 동안 곤충은 꽃 안에서 더 오래 움직이며 수술과 암술을 반복적으로 접촉하게 됩니다.

이렇게 보면 향과 발열은 서로 떨어진 현상이 아닙니다. 향은 곤충을 부르는 신호이고, 발열은 그 신호를 더 강하게 만들고, 곤충이 그 안에 머물 수 있게 해 주는 조건입니다. 여기에 꽃의 크기와 구조까지 더해지면, 시각적 자극과 화학적 신호, 그리고 물리적 환경 조절이 함께 작동하는 하나의 체계가 보입니다.

아주 신중한 성격

꽃을 넘어 나무 내부를 보면, 물을 운반하는 조직에서도 오래된 계통의 결이 드러납니다. 물은 물관(xylem)을 따라 뿌리에서 줄기와 잎 쪽으로 올라갑니다. 이때 물관을 이루는 세포와 세포 사이에서 물이 통과하는 부분을 천공판(perforation plate)이라고 합니다. 쉽게 말하면 물이 지나가는 칸막이의 형태입니다. 현화식물의 진화 과정에서는 이 칸막이가 점점 단순해져, 더 넓고 시원하게 뚫린 구멍처럼 바뀌는 경향이 보고되어 왔습니다. 그렇게 되면 물은 더 빨리 흐를 수 있습니다.

그런데 목련류는 비교적 복잡한 계단형, 곧 사다리처럼 여러 줄이 남아 있는 천공판 구조를 유지하는 그룹으로 자주 거론됩니다. 이런 구조는 물길을 한 번에 넓게 열어 두기보다, 여러 개의 가느다란 통로로 나누어 보내는 방식에 가깝습니다.

이 배열은 물이 흐르는 속도만 놓고 보면 단순한 천공판보다 불리할 수 있습니다. 그러나 그 대신 안정성이라는 장점이 이야기됩니다. 통로가 여러 갈래로 나뉘어 있으면, 물기둥 안에 공기 기포가 생겨 흐름이 끊어지는 현상, 곧 공동(cavitation)이 일어나더라도 모든 길이 한꺼번에 막힐 위험이 줄어들 수 있습니다. 물의 흐름이 완전히 끊기기보다 부분적으로라도 유지될 가능성이 높아지는 것입니다.

초봄처럼 낮과 밤의 기온 차가 크고, 토양 수분도 아직 안정되지 않은 시기에는 이런 안정성이 의미를 가질 수 있습니다. 물을 아주 빠르게 밀어 올리는 대신, 조금 느리더라도 비교적 안전하게 보내는 구조라고 볼 수 있습니다.

이처럼 목련의 물관 구조는 속도보다 안정성을 우선하는 경향을 보여주는 예로 자주 언급됩니다. 겉으로는 드러나지 않는 나무 내부의 배관에서도, 오랜 계통이 붙들고 온 설계의 방식이 읽힌다는 뜻입니다.

진화의 시간이 겹겹이 포개져

이처럼 화피조각의 배열, 나선형 기관 구조, 이심피 암술, 단구성 꽃가루, 체류형 수분 전략, 그리고 물관의 구조에 이르기까지 목련은 여러 층위에서 오래된 계통의 결을 이어 가는 식물로 이해됩니다. 우리가 목련을 보며 느끼는 예스러움은 단지 분위기 때문만은 아닙니다. 그 인상은 형태와 생리의 조직 속에 실제로 축적되어 온 시간의 흔적과 닿아 있습니다. 봄을 앞당겨 보이게 하는 그 흰 꽃 속에는, 한 계절보다 훨씬 긴 진화의 시간이 겹겹이 포개져 있습니다.

목련(3) 대륙을 건넌 나무, 인간을 비추는 꽃으로 이어짐

□ 용어 정리

화피조각(花被片, tepals)
꽃받침(花萼)과 꽃잎(花瓣)의 구분이 뚜렷하지 않을 때, 두 구조를 합쳐 부르는 말입니다.

나선형 배열(螺旋形 配列, spiral arrangement)
꽃 기관이 둥근 층처럼 동시에 배열되기보다, 나선 모양으로 하나씩 이어 붙듯 놓이는 배열 방식입니다.

이심피(離心皮, apocarpous)
여러 심피(心皮)가 하나로 완전히 붙지 않고 각각 독립적으로 남아 있는 암술 구조입니다.

합생심피(合生心皮, syncarpous)
여러 심피가 서로 결합하여 하나의 자방(子房)을 이루는 암술 구조입니다.

단구성 꽃가루(單溝性 花粉, monocolpate pollen)
꽃가루 표면에 발아구(發芽口)가 하나 있는 형태입니다.

삼구성 꽃가루(三溝性 花粉, tricolpate pollen)
꽃가루 표면에 발아구가 세 개 있는 형태입니다.

휘발성 유기화합물(揮發性 有機化合物, volatile organic compounds)
꽃향기의 주요 성분으로, 공기 중으로 쉽게 확산되어 곤충에게 후각 신호로 작용하는 화학 물질입니다.

꽃의 발열(發熱, thermogenesis)
꽃 조직이 대사 활동을 통해 열을 발생시키는 현상입니다.

물관 천공판(木管 穿孔板, perforation plate)
물관 요소 사이에서 물이 이동하는 부위의 구조입니다. 형태에 따라 물의 이동 속도와 안정성에 차이가 나타날 수 있습니다.