식물의 생김새는 곧 삶의 방식이다! 처음 만나는 생김새 식물학 왜 어떤 식물은 잎이 크고, 어떤 식물은 작을까? 왜 민들레의 잎은 땅에 붙지만, 벼의 잎은 꼿꼿할까? 씨앗이 먼지같이 작아도 괜찮을까? 나무껍질 모양조차 왜 다를까? 닮았으면서도 제각각인 식물의 모습에는 주어진 환경에서 살아남기 위해 나름의 해법을 찾아온 역사가 담겨 있다. 이를 헤아릴 수 있다면 반려식물과 작물을 더 섬세하게 돌볼 수 있는 것은 물론, 다양성으로 가득한 자연의 아름다움을 더 깊이 이해할 수 있지 않을까. 식물학자인 저자는 식물이 어떤 이유로 지금의 모습이 되었는지, 생각지 못한 질문들을 던지며 그 수수께끼를 독자와 함께 풀어나간다. 이를 위해 식물 대부분이 공유하는 보편적인 생김새는 무엇인지 찾아보는 한편, 크기·모양·색·배열 등의 차이를 환경과 생존 방식의 차이로 해석하는 방법을 안내한다. 이 책은 식물학이 낯선 사람도 과학적인 가설을 스스로 세워보도록 친절히 이끈다. 때문에 일본에서 입시 국어·논술 지문으로 자주 인용되기도 했다. 잎, 줄기, 뿌리, 열매, 씨앗, 심지어 꽃가루와 세포의 생김새에 나타난 안전한 모범 답안과 남다른 묘안을 발견하다 보면 꽃나무의 겉모습을 넘어 경이로운 자연을 이해하는 시야를 넓힐 수 있을 것이다.

들어가며 1장 잎은 왜 납작할까? 다양하면서 또 비슷한 잎 모양 / 두 가지의 ‘왜’ / 잎이 납작한 목적 / 납작하지 않은 잎의 목적 2장 잎 단면 모양을 생각해 보자 잎 앞면과 뒷면의 차이 / 사물의 색을 둘러싼 다소 긴 여정 / 엽록체에 빛을 전달하기 위해 / 엽록체에 이산화탄소를 전달하기 위해 3장 잎 두께의 다양성을 생각해 보자 극단적 환경에서 자라는 잎을 생각해 보자 / 빛의 밝기와 잎의 두께 / 이산화탄소 확산과 잎의 두께 / 증산과 잎의 두께 / 부분적인 두께의 차이 / 칼럼: 잎맥의 패턴 4장 잎의 크기와 모양의 의미 잎 크기가 다르면 어떤 일이 생길까? / 다시 이산화탄소 흡수로 / 칼럼: 대류의 역할 / 다양한 잎 모양의 이점 / 칼럼: 잎 모양이 결정되는 원리 5장 줄기는 왜 길고 가늘까? 줄기의 존재 의미는? / 줄기의 높이를 결정하는 것은? / 칼럼: 나무껍질에는 왜 무늬가 있을까? / 줄기의 단면 모양을 결정하는 것은? / 줄기의 굵기를 결정하는 것은? / 칼럼: 물관 속 미세 구조 6장 뿌리는 왜 덥수룩할까? 뿌리의 존재 가치와 모양 / 칼럼: 이끼의 ‘뿌리’ / 곁뿌리와 뿌리털 / 칼럼: 풀뿌리와 나무뿌리 / 미생물과 뿌리의 관계 / 칼럼: 미생물과의 공생이 불러온 불청객 / 질소 고정을 둘러싼 공생 / 칼럼: 뿌리혹박테리아를 둘러싼 보안시스템 / 뿌리의 다양성 7장 꽃의 색깔과 모양의 다양성 꽃의 보편적 특징은? / 꽃가루 운반과 꽃가루의 형태 / 곤충과의 상호 진화 / 칼럼: 꽃 색깔과 꽃가루 운반자 / 유전적 다양성의 필요성 / 다양성의 비용 / 칼럼: 국화과 꽃의 두 가지 모양 8장 열매 모양은 무엇으로 결정될까? 식물의 이동 / 씨앗은 왜 딱딱할까? / 칼럼: 빛과 발아 / 씨앗의 이동 방법 / 칼럼: 뱀밥의 포자 / 동물을 이용한 씨앗 이동 / 칼럼: 씨앗에는 무엇이 들어 있을까? / 바람을 이용한 씨앗 이동 / 칼럼: 먼지형 씨앗은 어떻게 싹을 틔울까? / 물을 이용한 씨앗 이동 9장 풀과 나무의 생김새를 결정하는 요인 나뭇잎의 방향과 빛 흡수 효율 / 풀잎의 방향과 광합성 효율 / 칼럼: 자신과 남의 구별 / 나무 생김새를 결정하는 요인 / 칼럼: 나무 생김새 시뮬레이션 10장 생물과 환경의 관계 전문가형과 만능형 / 환경 요인과 생물 다양성 / 생물 다양성의 원천 마치며 더 읽을거리 문고판 후기

나란히맥은 잎맥이 단순하게 반복되는 구조라, 어쨌든 일정한 직조 방식을 유지하기만 하면 모양을 맞추며 계속 잎을 늘려나갈 수 있다. 즉 잎 밑부분에서 잎맥을(즉 관다발을) 단순하게 만들어도 나란히맥이라면 문제가 없다. 반면 그물맥은 잎 전체 패턴이 어느 정도 중요하다. 따라서 끝부분이 완성된 상태에서 밑부분을 만들어야 하는 외떡잎식물의 잎이 그물맥이라면 문제가 생길 수 있을 것 같은데, 여러분의 생각은 어떠한가?
_p.60 「칼럼 : 잎맥의 패턴」 중에서

중심에서 멀리 떨어진 곳에 구조물이 있어야 휨에 대한 저항성이 높아지기 때문에 같은 양의 물질을 사용한다면 내부를 비우고 바깥쪽에 물질을 배치하는 게 유리하다. 3장에서 소개한 샌드위치 구조와 비슷한 개념이다. ‘들어가며’에서 소개한 봄망초의 줄기는 이처럼 속이 텅 비었다. 한편 봄망초와 꼭 닮은 개망초는 속이 비지 않은 대신 줄기에 작은 귀퉁이가 있어서 휘지 않도록 저항성을 부여한다. 여기서도 식물은 동일한 문제에 대해 서로 다른 전략을 취하며 이러한 전략의 차이가 서로 다른 생김새를 만들어내는 것 같다.
_p.99 「줄기의 단면 모양을 결정하는 것은?」 중에서

그럼 영양을 위해 필요한 이온은 어떨까? 식물에 중요한 질소화합물과 인산화합물의 이온은 다른 생물의 배설물이나 사체가 큰 공급원이다. 즉 이것들은 기본적으로 지표면에서 공급된다. 영양분이 되는 이온은 물과는 반대로, 지표면 가까이에 많고 땅속 깊이 들어갈수록 적어진다. 이때 물 흡수가 주목적이라면 뿌리를 깊게 뻗는 원뿌리ㆍ곁뿌리 유형의 식물이 유리할 테고, 영양이 되는 이온 흡수가 최우선이라면 지면 가까이에 많은 뿌리를 뻗는 수염뿌리 유형이 더 유리할 것이다. 물론 어느 쪽이 더 중요하고 어느 쪽이 덜 중요한지는 상대적이다.
_p.111 「뿌리의 존재 가치와 모양」 중에서

열대과일인 두리안 등은 과실 표면이 딱딱한 데다가 가시가 있어 마치 먹히기를 온몸으로 거부하는 듯하다. 두리안은 왜 이런 생김새가 됐을까? 그 이유로 두 가지 가능성을 생각해 볼 수 있다. 하나는 익으면 변하는 경우다. 두리안은 익으면 엉덩이처럼 움푹 팬 부분이 서서히 갈라지기 때문에 그 부분부터 먹으면 먹기 편하다. 또 하나, 특정 대상에게만 먹히기 위해서일 수도 있다. 맛있는 과육만 먹고 씨앗 확산에는 도움이 안 되는 동물은 먹기 어렵게 하고, 씨앗을 통째로 삼켜줄 동물은 먹기 편하게 머리를 짜낸 것이다. 이미 여러 차례 등장한 보안시스템이다.
_p.176~177 「동물을 이용한 씨앗 이동」 중에서

식물도 마찬가지다. 빛이 강해 비스듬하게 잎을 뻗어야 유리한 상황인데도 그 가운데 동료를 배신하고 지면과 평행하게 잎을 뻗어 빛을 독점하는 식물이 출현하면, 그쪽 식물이 더 유리해진다. 그야말로 죄수의 딜레마와 마찬가지로, 모든 식물이 비스듬하게 잎을 달면 모든 식물에 가장 좋은 결과가 되겠지만, 실제로는 배신자가 나타나면 그쪽이 유리해지기 때문에 진화 과정에서는 그런 배신자가 살아남는다. 그래서 이런 식의 경쟁이 벌어지는 곳에서는 가령 광합성만 보면 비스듬하게 잎을 뻗는 게 유리한 상황일지라도, 지면과 평행한 잎을 내는 식물이 주류를 차지하게 되는 것이다.
_p.200 「풀잎의 방향과 광합성 효율」 중에서

제자리에서 생김새로 해법을 찾은 존재들 조용한 식물의 도전과 슬기를 읽는 법 식물은 뇌와 근육이 없지만, 주어진 환경에서 치열하게 생김새를 진화시켜 왔다. 꽃나무가 ‘그래, 이런 모습이 유리하니까 그렇게 만들자’라고 결정하지는 않지만, 오랜 진화의 과정에 살아남는 것은 결국 더 많은 후손을 남기는 생김새다. 식물의 모습 구석구석에 주어진 환경에 어떻게 적응하고 다른 생물과 경쟁·협력해 살아남았는지 보여주는 단서가 가득한 이유다. 《식물의 생김새에는 의미가 있다》는 식물의 모양새에서 그들의 생존 방식을 읽는 법을 알려주는 책이다. 잎, 줄기, 뿌리, 꽃, 열매와 씨앗 등 각 부분이 어떤 목적(이점)으로 지금의 모습이 되었으며, 왜 꽃나무마다 다른지 본격적으로 탐구한다. 나아가 잎과 가지의 방향, 수형(樹形) 같은 전체적인 외형도 고찰하며 식물의 모습을 그토록 다양하게 만드는 요인을 살펴본다. 이 책의 큰 특징은 페이지마다 끊임없이 흥미로운 질문이 이어진다는 점이다. 일본의 식물생리학자로 2013년 일본식물학회상 특별상을 수상한 저자 소노이케 긴타케는 식물학적 지식을 일방적으로 전달하지 않는다. “잎은 왜 납작할까?”처럼 평소 생각지도 못한 질문을 던져 독자를 추론의 장으로 초대한다. 특히 본문 곳곳에 배치된 ‘생각하기 마크’는 잠시 독서를 멈추고 질문의 답을 스스로 고민하도록 유도하는 이 책만의 매력적인 장치다. 생김새에 담긴 식물의 전략을 헤아리는 일은 곧 식물이 맞닥뜨린 생존의 고민과 마주하는 일이다. 빛을 가장 많이 모으겠다고 맨 위의 잎을 수평으로 냈다가는 오히려 전체 광합성량에서 손해일 수 있고, 꽃의 색과 모양이 모든 곤충을 유인하게 되면 꽃가루는 옮기지 않고 꿀만 훔치는 얌체 곤충이 늘어난다. 자연환경과 물리법칙의 제약, 다른 생물과의 경쟁·협력 문제 속에서 식물은 나름대로 최적의 형태를 찾아나갔다. 이 책은 매일 만나는 화초와 가로수, 채소와 과일에서도 그들의 슬기를 발견하는 방법을 제시한다. 삼각형·사각형 줄기? 땅 밖을 누비는 뿌리? 상황을 돌파하는 자신만의 모양들 ‘식물’이라 통틀어 말하지만 잎과 꽃은 물론 의외로 뿌리와 꽃가루까지 각양각색이다. 저자는 생김새의 다양성은 생물과 환경의 상호작용, 그리고 생물의 진화적 배경을 분명 반영한다고 말한다. 여러 환경에 적응하면서, 또 같은 환경에서도 조상에 따라 다른 선택을 하면서 다양해지는 것이다. 줄기는 대부분 둥글다. 얇고 납작하면 넓적한 면이 취약해져 쉽게 부러지나, 둥글다면 어느 한쪽으로도 쉽게 꺾이지 않는다. 그렇지만 둥글지 않은 줄기도 있다. 사초과 식물 대부분은 줄기가 삼각형이다. 대다수의 현삼과·꿀풀과 식물은 줄기가 사각형이다. 이는 원형 줄기에 귀퉁이를 서너 개 만들어 바람에 휘지 않도록 보강한 모양으로 이해할 수 있다. 이외에도 꺾임에 대처하는 방법은 다양한데, 아예 화살나무처럼 줄기에 날개 모양의 보강재를 네 방향으로 뻗거나, 줄기에 세로줄을 여럿 달기도 한다. 동일한 문제라도 식물마다 서로 다른 전략을 펼쳐 식물의 생김새는 더욱 다양해진다. 한편 뿌리는 서식환경에 따라 더욱 확연히 달라지기도 한다. 땅이 물에 잘 잠기는 곳에서 흔히 자라는 낙우송은 종유석이 거꾸로 솟은 것 같은 호흡뿌리를 땅 밖으로 내어 호흡에 필요한 공기를 얻는다. 밀물과 썰물이 오가는 곳에서 자라는 붉은맹그로브는 줄기를 사방으로 지지하는 받침뿌리를 내어 거센 물결에도 식물체를 굳건히 지탱한다. 이상한 모양을 발견했다면 그 모양은 특정 환경에서 특수한 기능을 맡고 있을 가능성이 높다. 저자는 마트에서 산 대파도 생김새 탐구의 대상이 될 수 있다고 말한다. 먼 남아프리카의 어느 외떡잎식물이 쇠똥을 모방한 씨앗으로 쇠똥구리를 속여 번식하는 사례부터, 우리 가까이의 민들레가 줄기 없이 살아남는 이유까지, 자신만의 생김새로 살아남는 식물들의 흥미진진한 이야기가 펼쳐진다. 잎을 크게 만들까, 작게 만들까? 생김새에 담긴 식물의 갈등을 엿보다 식물이 자신의 생김새를 갈고닦는 과정은 사실 갈등의 연속이다. 물을 찾아 깊게만 뿌리를 내리자면 다른 생물의 배설물·사체에서 생긴 영양분 흡수가 어려워진다. 씨앗을 바람에 날릴 때도 솜털로 멀리 날리는 편이 유리할 때가 있고, 활공하는 날개로 비교적 가깝게 날리는 편이 유리할 때도 있다. 천차만별인 잎의 크기도 그렇다. 1cm² 잎 10장이든, 10cm² 잎 1장이든 빛을 모으는 면적은 똑같다. 잎을 크게 만드는 선택은 잎을 지탱하는 부분의 비용을 줄일 수 있다. 하지만 바람이 혹독하게 부는 곳에서는 잎이 작아야 찢어질 가능성이 줄어든다. 그렇다면 두 조건을 동시에 충족하는 지점이 실제 잎 크기겠지만 자연환경은 그렇게 단순하지 않다. 뜻밖에 바람이 약한 곳에서는 잎의 이산화탄소 흡수가 어려워질 수 있다. 물체가 커지면 표면에서 공기가 움직이지 않는 층이 두꺼워지기 때문이다. 낯선 외국 식물조차도 서식 환경을 쉽게 검색할 수 있는 요즘, 우리는 식물의 생태적 특성을 잘 알고 있다고 여기기 쉽다. 하지만 식물의 입장에서 생김새의 방향을 고민해 보면 변덕스러운 환경에서 살아남기 위해 맞닥뜨려야 했던 치열한 생존의 고민과 딜레마를 입체적으로 마주하게 된다. 이 책은 식물의 형태를 달라지게 하는 요인들을 생각해 보며 자연스럽게 식물의 삶과 터전을 이해하도록 이끈다. 잎 뒷면은 왜 대부분 창백할까? 수많은 식물이 선택한 모습의 비밀 꽃나무마다 모습은 제각각이지만 ‘잎’ ‘줄기’ ‘뿌리’ ‘열매’ 하면 떠오르는 어떤 공통적인 생김새가 있다. 저자는 식물의 각 부분 생김새에 나타나는 보편적인 특징에는 반드시 해당 기관의 본질적 기능이 숨겨져 있다고 말한다. 잎을 생각해 보자. 테두리는 둥그렇기도 하고 삐죽삐죽하기도 하다. 하지만 잎 뒷면은 대부분 앞면보다 하얗다. 단순히 잎 뒷면에 엽록소가 적기 때문이라고 생각하기 쉽지만, 실제 앞뒷면의 엽록소 양을 비교해 보면 그렇게 뚜렷한 색깔 차이를 낼 정도는 아니다. 그렇다면 이 특징은 생존에 어떤 이점이 있기에 대다수 식물이 공유할까? 햇빛이 두께 1mm인 잎에 내리쬘 때 햇빛이 지나는 길은 놀랍게도 1mm의 수배에 달하기도 한다. 잎 뒷면으로 빠져나가려는 빛을 잎 안쪽의 ‘해면조직’이 빛을 난반사해 잎 안쪽으로 되돌리기 때문이다. 통념과 달리 태양광 에너지의 양은 면적당으로 따져보면 그리 넉넉하지만은 않다. 해면조직은 위에서 내리쬐는 햇빛을 아껴 쓰는 식물의 지혜라고 할 수 있다. 빛이 잎 뒷면으로 들어올 때는 곧바로 이 해면조직에 닿아 빛이 잎 바깥으로 난반사되기 때문에, 잎 뒷면은 상대적으로 하얗게 보인다. 잎은 광합성을 하는 기관이기 때문에 광합성을 심각하게 방해하는 생김새는 자연에서 도태되고 이를 돕는 생김새가 유리하다. 다른 기관도 본질적 기능에서 벗어나기 어려운 건 마찬가지다. 잎과 뿌리를 연결하면서도 분리시키는 긴 줄기, 여러 갈래로 덥수룩한 뿌리, 암술과 수술이 굳이 멀리 떨어진 꽃 등, 대다수 식물이 선택한 생김새에서는 그들의 공통적인 해법을 엿볼 수 있다. 신선한 질문, 경계를 넘나드는 해설 ‘나만의 식물 생김새 탐구’를 시작하는 즐거움 교과서를 통해 ‘외떡잎식물=나란히맥잎, 수염뿌리’, ‘쌍떡잎식물=그물맥잎, 원뿌리·곁뿌리’라고 배우지만 정작 그 차이의 의미는 다루지 않고 넘어간다. 저자는 고등학교 생물 교과서를 공동 집필하며 암기 위주의 교육에 문제의식을 느껴왔다. 이 책에서는 독자 스스로도 논리적인 식물학 가설을 만드는 방법을 안내하며 자연의 비밀을 직접 찾아나가는 재미를 선사한다. 앞서 언급했듯이 책에서 두드러지는 설명 방식은 끊임없는 ‘문답’이다. 당연하게 여겼던 식물의 생김새의 의미를 계속해서 되묻고 식물의 입장에서 생김새의 장단점을 가설로 세워보도록 한다. 해설에서는 식물학의 경계를 넘어 물리학·화학·경제학의 지식을 활용하고, 일상 속 닮은 모양에서 영감을 구하는 법을 선보인다. 잎이 뻗는 방향을 둘러싼 경쟁을 경제학의 ‘게임이론’과 ‘죄수의 딜레마’로 풀어내고, 스프링처럼 생긴 물관 구조의 장점을 비슷하게 생긴 ‘진공청소기 호스’의 나선형 보강재에서 찾아내는 식이다. 또 때론 정반대로 생긴 식물을 소개하며 다각도로 생김새의 의미를 검증한다. 이 책에서는 실험을 통해 알 수 있는 사실과 여러 현상을 통해 유추할 수 있는 사실, 아직 실험으로 검증되지 않은 사실을 명확하게 나눠 소개하고 있다. 그러면서도 저자는 “실험을 통해 조사해 보면 흥미로울 듯하다”, “사실일지는 필자도 잘 모른다”, “여러분의 생각은 어떠한가?”라며 자신의 주장에 여백을 마련해 독자의 판단과 참여를 유도한다. 저자와 문답을 나누며 대화하듯이 읽다 보면 책에 소개되지 않은 식물 생김새의 수수께끼도 스스로 탐구할 힘을 기르게 될 것이다.