나무는 광합성으로 공기 중의 탄소와 뿌리로부터 빨아올린 물을 가지고 탄수화물, 지질과 같은 유기화합물을 넉넉히 만들어 나무의 골격을 만들거나 에너지원으로 사용한다. 여기에 생명을 위한 또 다른 한 축이 바로 ‘질소 함유 화합물’이라는 범주다.
질소는 핵심원소이지만 바로 가질 수 없다
질소는 나무 세포의 원형질을 구성하는 단백질부터, 유전정보를 가진 핵산을 구성하고 포르피린을 통해 엽록소를 만들어 내는 등, 거기에 호르몬이나 알칼로이드 같은 신호 물질까지 주로 생명 활동을 위한 핵심 원소로 결코 빠질 수 없는 존재다.
다행스럽게 이 원소는 지구 공기의 78%를 차지한다. 숨 쉴 때마다 온몸으로 들어와 가질 수 있는 가장 흔한 원소이니 얼마나 좋을까 마는 지구 생명체는 대기 중의 질소를 직접 손에 넣을 수 없다. 공기 중의 질소는 원자 두 개가 삼중결합으로 묶인 자연계에서 손꼽히게 단단히 묶인 N₂ 분자이기 때문이다. 나무는 이 결합을 깨트릴 방법(효소)을 가지고 있지 않다.
그것을 깨는 유일한 생물적 열쇠(니트로게나아제, nitrogenase)는 리조비움이나 프랑키아 같은 특정 세균이 반응 하나에 ATP 16분자를 태워 암모니아(NH3)를 만들고 토양 수용액 환경에서 양성자를 얻어 암모늄이온(NH₄⁺)이 되는 지독히도 비싼 화학물질이다.
나무의 질소 전략
그래서 나무는 이 능력을 갖추지 않고 토양 미생물이 유기물을 분해해 만들어 놓은 질산이온이나 암모늄이온을 뿌리로 흡수하는 방법을 택했다. 즉 자립이 아니라 위탁, 이것이 나무가 선택한 전략이다. 다시 말해, 나무가 흡수하는 질소 대부분은 사실 새로 만들어진 것이 아니라 재순환되는 것이다. 낙엽이나 고사목이 분해되면서 흙으로 돌아가고 다시 뿌리로 흡수되어 살아 돌아오는 것이다. 숲은 거의 닫힌회로에 가깝게 같은 원소를 돌려쓰고 새로운 유입은 그 회로에서 빠져나간 손실(용탈, 화재, 벌목)을 겨우 메꾸는 정도로 이루어진다. 낙엽 한 장의 분해가 옆 나무의 다음 잎이 되는 것이다.
그렇게 넉넉하지 않았던 질소를 인류가 1년 동안 인공으로 고정하는 양이 자연 생태계 전체가 1년간 생물학적으로 고정하는 양을 이미 앞질렀다는 사실은, 질소가 얼마나 부족한 자원이었는지 거꾸로 말해준다.
#나무에서의 질소 흡수와 아미노산 생성
풍요 속의 빈곤, 자립 대신 위탁, 창조 대신 순환, 이 세 겹의 사실이 질소를 두고 일어나는 일이고, 대기의 4분의 3을 채운 원소가 생명체에게는 가장 아껴 써야 할 통화라는 사실에서 어쩔 수 없는 그 순환이 과연 균형인지 아니면 그저 결핍이 만들어낸 강제된 재사용인지 모르겠다.
