식물의 흥미로운 구조

많은 식물이 나선형 구조로 자라는 것에 유의해 본 적이 있습니까? 예를 들면, 파인애플의 껍질은 서로 반대 방향으로 8개의 나선과 5개 내지 13개의 나선을 이루며 자라 올라갑니다. (삽화 1 참조) 해바라기의 씨를 보면 55개와 89개 어쩌면 그보다도 많은 나선이 서로 교차하는 것을 보게 될 것입니다. 꽃양배추도 나선형 구조로 되어 있는 것을 보게 될 것입니다. 일단 이러한 나선형 구조가 눈에 들어오기 시작하면, 과일과 야채를 파는 가게에 가는 것이 새삼 흥미로운 경험이 될지 모릅니다. 식물들이 이런 방식으로 자라는 이유는 무엇입니까? 이러한 나선의 수에 어떤 특별한 의미라도 있는 것입니까?

식물은 어떻게 자라는가?

대부분의 식물은 분열 조직이라고 하는 중앙의 작은 생장점에서부터 줄기, 잎, 꽃과 같은 새로운 기관이 형성됩니다. 원기(原基)라고 하는 각각의 새로운 조직은 중심에서부터 새로운 방향으로 자라 나와, 기존에 자라던 방향과 일정한 각을 형성합니다. * (삽화 2 참조) 식물의 경우 이러한 새로운 부분은 대개 독특한 각으로 자라 나선형을 이룹니다. 이 독특한 각이란 몇 도를 말하는 것입니까?

이렇게 한번 생각해 봅시다. 식물을 하나 설계하는데, 새로 자라 나오는 부분이 생장점 주위에 남는 공간 없이 빽빽하게 들어차게 해야 한다고 생각해 보십시오. 그래서 각각의 새로운 원기가 기존에 자라 나오던 방향과 360도의 5분의 2 각도를 이루며 자라 나오게 했다고 합시다. 그렇게 하면 매번 다섯 번째 원기가 같은 자리에서 같은 방향으로 자라게 되는 문제가 생길 것입니다. 따라서 원기들이 자라면서 줄을 형성하게 되고 그 사이사이에 남는 공간이 생기게 됩니다. (삽화 3 참조) 사실, 360도에 어떤 단분수(분모와 분자가 모두 정수로 된 분수)를 곱하든 그렇게 해서 나온 각도로는 공간이 온전히 활용되는 것이 아니라 줄이 생기게 됩니다. 오로지 “황금각”으로 불리는 대략 137.5도의 각으로  자랄 경우에만 이상적으로 촘촘한 배열을 이루게 됩니다. (삽화 5 참조) 이 각이 그토록 특별한 이유는 무엇입니까?

황금각이 이상적인 이유는, 360도에 단분수를 곱한 수치로는 나타낼 수 없는 각이기 때문입니다. 8분의 5에서, 13분의 8, 21분의 13으로 갈수록 황금각에 더욱 가까워지긴 하지만, 단분수로는 황금각을 정확하게 나타낼 수 없습니다. 그러므로 분열 조직에서 새로 자라는 부분이 이미 자란 부분과 황금각을 이루게 되면, 자라 나오는 두 부분이 정확히 같은 방향으로 나가는 일은 결코 없게 됩니다. (삽화 4 참조) 그 결과, 원기들은 방사형이 아니라 나선형을 이루게 됩니다.

주목할 만한 점은, 중앙에서부터 원기가 자라 나오는 과정을 컴퓨터로 시뮬레이션 해 보면, 새로 자라 나오는 부분들이 한 치의 오차도 없이 정확하게 황금각을 이룰 때에만 알아볼 수 있는 나선형이 형성된다는 사실입니다. 황금각에서 0.1도만 오차가 생겨도 나선형이 형성되지 않습니다.—삽화 5 참조.

꽃에는 몇 개의 꽃잎이 있는가?

흥미롭게도, 황금각을 이루며 자라 생겨난 나선의 수는 보통, 피보나치수열이라고 하는 급수(級數)에서 산출한 수와 같습니다. 이 급수는 13세기의 이탈리아 수학자인 레오나르도 피보나치가 처음으로 설명한 것입니다. 이 수열에서 1 다음에 나오는 각각의 숫자는 바로 앞에 나온 두 숫자를 합한 것과 같습니다. 이를테면, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 하는 식으로 말입니다.

나선형으로 성장하는 많은 식물은 꽃잎의 개수가 흔히 피보나치수열에 등장하는 수와 일치합니다. 일부 관찰자들에 따르면 꽃잎의 개수 변화에 일정한 틀이 나타나기도 하는데, 미나리아재비는 꽃잎이 5장이고, 혈근초는 8장이며, 파이어워드는 13장, 과꽃은 21장, 들에서 일반적으로 볼 수 있는 데이지는 34장, 갯개미취는 55장 내지 89장이라는 것입니다. (삽화 6 참조) 과일과 야채에서도 흔히 피보나치수열과 일치하는 특징을 볼 수 있습니다. 한 가지 예로 바나나의 단면은 다섯 쪽으로 나누어져 있습니다.

‘그분은 모든 것을 아름답게 만드셨다’

예술가들은 인간의 눈에 가장 아름답게 보이는 비율이 황금비라는 것을 오래전부터 알고 있었습니다. 식물은 어떻게 해서 새로 자라 나오는 부분이 정확하게 이처럼 흥미를 자아내는 각도를 이루는 것입니까? 많은 사람들은 이것이 생물에서 볼 수 있는 지적 설계의 또 다른 예일 뿐이라고 결론 내립니다.

많은 사람들은 생물의 모양과 그것을 보면서 즐거워할 수 있는 인간의 능력에 대해 곰곰이 생각해 볼 때, 우리가 삶을 즐기기를 바라시는 창조주의 손길을 느낍니다. 성서는 우리의 창조주에 관해 “그분은 모든 것을 제때에 아름답게 만드셨다”고 말합니다.—전도 3:11.

[각주]

[24, 25면 도해]

삽화 1

(출판물을 참조하십시오)

삽화 2

(출판물을 참조하십시오)

삽화 3

(출판물을 참조하십시오)

삽화 4

(출판물을 참조하십시오)

삽화 5

(출판물을 참조하십시오)

삽화 6

(출판물을 참조하십시오)

[24면 삽화]

분열 조직의 확대 사진

[자료 제공]

R. Rutishauser, University of Zurich, Switzerland

[25면 사진 자료 제공]

하얀 꽃: Thomas G. Barnes @ USDA-NRCS PLANTS Database