석송류의 특별한 ‘CAM 광합성’3차 대멸종 전후 평균기온 40도밤에 CO₂를 유기산 형태로 저장낮에 기공 닫고 CO₂활용 광합성수분 손실 획기적으로 줄여 생존 지구 탄생 이후 지금까지 5번의 대멸종이 있었다. 1차 고생대 오르도비스기 대멸종, 2차는 고생대 데본기 후기 대멸종, 3차는 페름기 대멸종, 4차는 중생대 트라이아스기 대멸종, 5차 백악기 대멸종이다. 많은 사람이 대멸종하면 떠올리는 것은 소행성 충돌로 공룡들이 순식간에 사라진 5차 대멸종이다. 그러나 최악의 대멸종은 전체 생물종의 최대 96%가 사라진 3차였다. 사상 최악의 대멸종에도 분명히 살아남은 생물종이 있다. 그 비결은 뭘까. 영국 리즈대, 버밍엄대, 브리스톨대, 노팅엄대, 중국 지질대, 티베트고원 연구소, 미국 캘리포니아 데이비스대(UC 데이비스) 공동 연구팀은 2억 5200만 년 전 발생한 제3차 대멸종에 살아남은 식물을 분석해 본 결과 특수한 광합성 방식 덕분이라고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 생태·진화학’ 4월 21일 자에 실렸다. 3차 대멸종의 방아쇠를 당긴 것은 대규모 화산 폭발이었다. 현재의 시베리아 지역에서 발생한 화산활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 급격하게 끌어올렸고 지구 온난화, 해양 산소 고갈과 산성화가 연쇄적으로 발생해 웬만한 생물들은 살 수 없는 환경이 됐다. 동물뿐만 아니라 식물도 대형종들은 소멸하고 단순한 식물 군락이 살아남아 빈자리를 채웠다. 대표적인 것이 석송류다. 소형 원시 식물인 석송류는 대멸종 직후의 중생대의 초기 트라이아스기(2억 5100만~2억 4600만 년 전) 생태계를 지배했다. 연구팀은 중국 남서부에서 발굴한 석송류 화석 285점과 이전 연구들에 활용된 화석 200점의 형태와 탄소동위원소 신호를 분석했다. 그 결과, 이 고대 식물들은 같은 지층에서 발견된 다른 식물 화석에 비해 탄소-13 비율이 상대적으로 높은 것으로 확인됐다. 이는 ‘크라슐라산 대사’라고 불리는 CAM 광합성이 활성화될 때 나타나는 특징이다. 일반적인 식물은 낮 동안 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하지만 이 과정에서 수분도 증산되기 때문에 극한의 고온·건조 환경에서 살아남기 어렵다. 그러나 CAM 광합성 식물은 기온이 떨어지는 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 유기산 형태로 저장한 다음 낮에는 기공을 닫고 저장해 둔 이산화탄소를 이용해 광합성을 진행한다. 그 덕분에 수분 손실을 획기적으로 줄이면서도 광합성 효율은 유지할 수 있다는 장점이 있다. 선인장, 파인애플, 돌나물과 식물 등이 대표적인 CAM 식물이다. 연구팀은 3차 대멸종 전후 기후 시뮬레이션을 한 결과 당시 일(日) 최고기온은 1년 내내 평균 40도를 넘었으며, 일부 지역은 65도까지 오른 것으로 나타났다. CAM 광합성 능력이 없는 식물은 살아남을 수 없는 환경이었다. 연구팀은 이번 연구가 단순히 고생물학 성과에 그치지 않는다고 지적했다. 대기 중 이산화탄소 농도 급증과 그에 따른 온난화라는 조건이 3차 대멸종 당시와 현재가 놀랍도록 닮아 있기 때문이다. 연구를 이끈 젠 슈 영국 리즈대 교수(고식물학)는 “CAM 광합성이 극한 환경에서 반복적으로 진화해 온 ‘생존 전략’이라는 점은 미래의 기후 시나리오에서 어떤 식물이 살아남을 수 있는지를 예측할 때 중요한 단서가 될 것”이라고 설명했다.

평소 주변 사람들로부터 어떤 식물을 좋아하느냐에 관한 질문을 많이 받는다. 식물이라면 다 좋기는 하지만 아무래도 눈이 더 간다거나, 한번 그려보고 싶은 식물들이 있긴 하다. 그건 이미 연구가 많이 되어 그림 기록이 많은 것보다는 아직 연구가 덜 되어 연구하고 기록할 여지가 많은 식물이다.식물을 연구하고 기록하는 사람의 마음은 비슷할 것이다. 대중은 대체로 화려한 꽃이나 열매를 가진 이색적인 식물을 좋아하지만 연구자들은 아직 연구가 많이 되지 않은, 미지의 식물에 흥미를 느끼기 마련이다. 수목원에서 일하던 시절, 이러한 연구자들의 특정 식물에 대한 애정을 볼 수 있는 일이 많았고, 그 애정의 대상인 식물 중 하나가 양치식물류였다. 심지어 동료들은 양치식물만 연구하는 ‘양치식물 연구회’를 만들어 수년간 회사 밖에서도 이들을 좇았다. 도대체 양치식물에게 어떤 매력이 있기에 연구자들이 이토록 이들을 좋아하는 걸까? 양치식물을 본격적으로 그리기 전까지는 늘 그 이유가 궁금했다. 양치식물은 ‘포자’라는 기관으로 번식하는 식물을 말한다. 대표적으로 식물 이름에 ‘고사리’가 들어가는 고사리류와 석송류가 모두 양치식물이다. 세계적인 양치식물 권위자인 뉴욕식물원의 로빈 모란 박사가 펴낸 ‘고사리의 자연사’란 책에서 그는 양치식물 전반에 대해 말하지만, 제목에는 양치식물(pteridophytes)이 아닌 고사리(Ferns)란 용어를 썼다.그는 책의 서문에서 고사리란 용어 대신 양치식물이란 용어를 써야 했지만, 양치식물의 자연사라고 하면 제목만 보고 누가 선뜻 책을 사겠느냐며 대중이 알아보기 쉽게 ‘고사리의 자연사’라고 정했다고 했다. 그만큼 사람들에게 양치식물은 곧 고사리로 대표된다. 내가 지금 그리는 건 ‘식물학 그림’이지만 이미 ‘식물세밀화’라는 용어가 널리 알려져 있어, 식물학 그림과 식물세밀화라는 용어를 겸용해 쓸 수밖에 없는 상황과 비슷한 것일까란 생각이 들어 모란 박사의 말에 공감했다. 어쨌든 양치식물은 고사리 외에도 부처손이나 석송, 다람쥐꼬리 등 석송류 식물까지를 모두 일컫고, 연구자들이 이들을 좋아하는 이유는 몇 가지가 있다. 우선 이들은 지구에서 3억 4000만년 동안 살아온, 가장 오래된 식물이라는 점, 그리고 이들만이 가진 독특한 번식 기관인 ‘포자’ 때문이다. 이들은 꽃이 피지도, 열매를 맺지도 않는다. 그러니 당연히 씨앗도 없다. 씨앗이 없다면 어떻게 번식할까. 이들만이 가진 씨앗, 포자를 퍼뜨려 번식한다. 무더위가 끝나고 산책하기 좋은 이맘때, 식물이 있는 공원이나 식물원, 숲에 가면 양치식물들이 한창 제 모습을 드러내는 걸 볼 수 있다. 그러나 멀리에서 혹은 위에서 이들을 바라보는 것으론 그들의 모습을 온전히 다 감상할 수 없다. 손을 뻗어 양치식물의 잎을 뒤로 돌려 바라봐야 이들의 진가가 드러나기 때문이다.거기엔 동그랗거나, 나선이거나 혹은 검정이거나 갈색이거나, 다양한 형태와 색의 포자낭군이 잎 뒷면에 붙어 있다. 포자낭군은 양치식물의 씨앗인 포자가 모여 있는 포자낭의 무리이다. 이 모습은 마치 여느 꽃과 같이 화려하고 다양하다. 잎을 다 관찰하고 포자를 만진 손을 털어내면 바람을 타고 양치식물은 번식한다. 몇 년 전 큰지네고사리라는 우리나라 자생 희귀, 멸종 양치식물을 그렸다. 이들은 제주도에서 주로 분포하는데, 늦여름 내내 이 식물을 관찰해 채색화로 그려냈다. 이들은 주맥 가까이에 3줄 정도의 갈색 둥그런 포자낭군이 달리는데, 이들을 반복적으로 그릴수록 잎에서의 포자낭군 위치와 개수에 수학적 규칙성이 있는 것만 같았다. 실제로 아직 자라지 않은 고사리 새순의 말린 모양과 일정한 각도는 스피라 미라빌리스라는 수학 용어의 기반이다. 이들에게 또 다른 수학적 규칙이 숨어 있을 여지는 많다. 그렇다고 이들이 대중에게서 영 멀리 떨어져 있는 식물은 아니다. 우리는 이미 늘 고사리나물을 먹어 왔고, 집에서는 공기 정화 효과를 가진 보스턴고사리나 듀피고사리를 키운다. 초봄 아직 채 자라지 않은 고사리, 고비 등의 잎을 톡톡 따 건조해 삶아 1년 내내 요리의 재료로 먹고, 나사에서 실험한 대표적인 공기정화식물인 보스턴고사리를 미국에서 수입해 와 집에서 재배하기도 한다. 이들은 우리나라 실내 습한 환경에서도 잘 자라고 키우기 까다롭지 않아 어디를 가든 많이 볼 수 있다. 큰지네고사리를 그린 후, 나의 가장 좋아하는 식물 목록에는 양치식물이 포함됐다. 이들에게서 나는 다른 어떤 식물들보다 오래도록 살아남을 수 있었던 특유의 고요하면서도 강인한 힘을 배운다. 꽃을 피우는 여느 식물들과는 다르지만, 다르다고 틀린 건 아니다. 그 ‘다름’이 더 오래도록 끈질기게 지구상에 살아남아 온 양치식물의 힘이기 때문이다.