플라타너스 호박
털이 있나요? 있음 있음
잎의 색은 무엇인가요? 갈색 초록
줄무늬가 있나요? O O
잎은 어떤 모양인가요? 손모양 손모양
사람과 동물의 피부는 공통적으로 줄무늬가 있지만, 동물은 털이 사람보 다 더 길고 빽빽하다는 것을 알았습 니다. 그렇다면 식물들은 어떨까요?
동물이 아닌 식물들도 모든 표면에서 줄무늬를 관찰할 수 있을까요? 지금 부터 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 식물의 잎은 어떻게 생겼는지 살펴보 도록 하겠습니다.
식물 표면의 관찰
나뭇잎으로 우리는 무엇을 할 수 있을까요? 나뭇잎을 돛 삼아 배를 만들수 도 있고, 동그랗게 말아 입김을 불어넣으면 피리 소리도 낼 수 있습니다. 그 것만 가능한가요? 여러 개의 나뭇잎을 엮어 왕관을 만들 수도 있고, 곱게 빻 아 손톱 위에 올려 놓으면 물을 들일 수도 있습니다. 옛날엔 그릇 대용으로 쓰기도 했구요, 지붕 대신에 나뭇잎을 엮어 집 위에 올리기도 했고, 불을 피 우기 위해 불쏘시개로 쓰기도 했습니다. 하지만, 나뭇잎의 표면을 자세히 본 적이 있는지는 모르겠네요. 나뭇잎의 표면은 어떻게 생겼나요? 인간을 포함한 동물의 피부처럼 줄무늬도 있고 털도 있을까요? 다 같이 한번 살펴보겠습니 다.
관찰 나뭇잎 표면 관찰하기
▪ 학교 화단에 있는 나뭇잎을 관찰한 후 그 특징을 적어봅시다. 나뭇잎의 표면 은 어떤 공통점과 차이점이 있나요?
식물의 털은 모용(trchome)이라고 한다. 식물의 모든 기관에서 다양한 형태로 나 타난다. 세포가 1열로 늘어선 털, 많은 가지가 있는 성상모, 세포가 평면적으로 늘 어선 비늘조각도 털의 일종이다. 플라타너스는 잎의 앞뒷면이 빽빽하게 털로 뒤덮 혀 있으나 잎이 자라면서 점차 떨어져 가을 낙엽으로 질 때는 거의 없어진다.
▪나뭇잎에 모두 줄무늬가 있습니까? 예
▪나뭇잎의 표면을 그림으로 그려봅시다. (앞면을 그리세요)
▪나뭇잎의 표면은 어떤 공통점과 차이점이 있습니까?
잎의 색이나 모양은 다르지만 표면에서 줄무늬와 털을 발견할 수 있습니다.
▪사람을 포함한 동물과 식물 표면의 생김새에는 어떠한 공통점과 차이점이 있습 니까?
사람, 동물, 식물 표면에서 공통적으로 일정한 모양이 연속되는 줄무늬를 발견 할 수 있었습니다. 하지만 피부의 색깔과 털의 길이와 모양 등은 모두 다릅니다.
교사 지도 Tip
잎은 광합성과 증산 작용 및 호흡 작용을 하는 식물의 기관 가운데 하나이다.
잎에서 일어나는 중요한 생명 활동인 광합성을 위해 잎의 모양은 대부분 빛을 투 과할 수 있도록 얇은 판 모양으로 진화하였다. 식물의 잎은 광합성 작용을 하는 엽록체에 의해 대부분 녹색을 띠며 잎의 표면은 미끈한 큐티클 방수층으로 균일 하게 덮여있다. 큐티클층은 수분의 과다한 증발을 막는 동시에 자외선과 파장이 짧은 빛의 흡수를 줄여주어 잎의 온도를 낮춘다.
또한 식물은 동물과 달리 이동이 불가능하기 때문에 자신에게 다가오는 것들로 부터 몸을 보호해야 한다. 그래서 잎의 표면을 두껍게 한다거나 왁스로 미생물의 침입을 막거나 큐티클층으로 외부의 자극을 막고, 혐오감이 드는 냄새나 가시, 털 등으로 몸을 보호한다. 호박잎 등에 있는 털은 외부로부터의 방어 기능, 미세 먼 지나 이물질 차단 및 기공 보호, 청결 기능 등이 있다. 연꽃류의 식물 잎을 보면 아무리 물을 부어도 물 한 방울 남아있지 않는데, 이것은 잎의 표면에 아주 미세 하게 융기된 조직이 물을 밀어내기 때문이다.
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식물 표면을 활용한 첨단 기술 알아보기
벨크로를 아시나요? 일명 찍찍이로 불리며 옷소매부터 가방끈까지 다방면에 활용되는 벨크로 테이프는 도꼬마리 씨앗의 갈고리를 모방한 것입니다. 연잎 에 맺혀 있는 물방울을 본 적 있나요? 연잎 위를 굴러다니며 먼지를 제거해 항상 연잎을 깨끗하게 유지시킵니다. 그럼, 이 두가지에 대해 좀 더 알아볼까 요?
▪ 식물의 표면을 활용한 첨단 기술을 알아보고, 느낀 점을 적어 봅시다.
연잎효과 관련 동영상 http://www.youtube.com/watch?v=MFHcSrNRU5E http://www.youtube.com/watch?v=sovkFdv4RWE
교사 지도 Tip
▪ 식물의 피부를 이용한 첨단 기술 사례는 참고자료에 제시한 <연잎의 비밀…연 잎효과와 나노원리>, <톰 크루즈 첨단 장갑 도마뱀 발바닥 본떠 만든 거라고요?>
를 활용한다.
정리 식물 표면의 특징을 정리해봅시다.
▪ 식물의 표면에 대해 한 단어로 정리하고 그 이유를 발표해봅시다.
-식물의 표면은 <엄마>라고 생각합니다. 왜냐하면, 겉으로 보기엔 약하지만 실제로는 강하기 때문입니다.
-식물의 표면은 <갓난아기>라고 생각합니다. 왜냐하면, 피부의 대부분이 털로 감싸여 보호되기 때문입니다.
참고 자료 연잎의 비밀…연잎효과와 나노원리
"집착을 떠나 행동하는 자는 죄에 물들지 않나니, 마치 연잎이 물에 젖지 않음 같으니라." 기원전 4세기경에 쓰인 것으로 추정되는 힌두교 경전 '바가바드 기타' 의 한 구절이다.
잘 살펴봐야 할 부분은 '연잎이 물에 젖지 않는다'는 것이다. 사실이다. 연잎 위에서 물방울은 동그란 공 모양을 유지하며 굴러다니거나 미끄러져 내린다. 이 과정에서 연잎 표면의 먼지까지 물방울과 함께 떨어져 내려 연잎은 언제나 깨끗 한 상태를 유지한다. 수천년 전 사람들도 관찰을 통해 연잎에는 이렇듯 무언가 특별한 것이 있다는 것을 알고 있었다. 이는 현대에서 과학으로 이어진다. 연잎 의 발수성과 자정작용의 원리는 과학의 영역에서 다양하게 이용되고 있다.
1997년 독일 본 대학의 식물학자 빌헬름 바르트로(Wilhelm Barthlott)교수는 전 자현미경으로 식물 잎의 표면구조를 관찰하다 먼지나 얼룩없이 늘 청정한 상태를 유지하는 잎이 있다는 것을 알게 된다. 표면이 젖지 않은 채 물방울이 굴러다닐 뿐만 아니라, 이 물방울이 떨어지며 먼지는 물론이고 박테리아나 곰팡이같은 물 질까지 저절로 세정이 된다는 것이다. 연잎을 비롯해 갈대, 튤립등에서도 관찰된 이 현상은 '연잎효과(Lotus effect)'로 명명됐다.
연잎효과가 가능한 과학적 원리는 무엇일까. 핵심적인 것은 연잎 표면을 덮고 있는 '나노 돌기'다. 연잎을 현미경으로 자세히 들여다보면 표면이 작은 솜털같은 먼지, 즉 나노돌기로 감싸여 있는 걸 볼 수 있다. 이 돌기 때문에 연잎의 표면장 력이 엄청나게 커진다. 표면장력은 액체의 표면을 작게 하려고 작용하는 힘인데, 쉽게 말해 무수한 나노 돌기들이 연잎 표면에 닿을 수 없도록 떨어진 물방울을 지탱하고 있다고 보면 된다.
또한 나노돌기는 물과 서로 겉도는 성질이 있다. 이런 성질을 물과 거리가 멀 다고 해서 '소수성'이라고 부른다. 반대는 물과 가깝다는 뜻의 '친수성'이다. 물과 표면이 접촉하는 각도가 90도보다 작으면 친수성을, 이보다 크면 소수성을 띈다.
연잎의 경우 나노 돌기와 물방울의 접촉면적이 아주 작고 각도 역시 100도보다 커져 일반적 소수성보다 훨씬 강한 '초소수성'을 띈다. 또한 돌기가 기름 성분으 로 코팅돼있어 이중방수 효과를 가져온다.
단순하게 생각할 땐 표면이 매끄러운 쪽이 덜 더러워지고 젖지 않을 듯 싶다.
처음에 바르트롯 교수의 주장은 '비상식적'이라며 평가 절하당했다. 그러나 산업 계에서도 식물 표면에 주목하며 연잎효과는 다양한 영역에서 응용되기 시작했다.
연잎효과로 가능한 것은 무엇이 있을까? 비만 내려도 저절로 깨끗해지는 유리창, 음료수를 엎질러도 젖지 않는 옷, 알아서 깨끗해지고 젖지 않는 상품들을 한 번 상상해보라. 이것들 중 일부는 이미 현실화됐다.
'나노텍스(Nanotex)'라는 의류는 옷 섬유 표면에 소수성을 띄는 나노 고분자 물
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-로 털어내기만 하면 알아서 굴러 떨어진다. 뜨거운 음료를 쏟아도 방수효과가 유 지되도록 한 옷감도 있다. 연잎에 섭씨 50도 이상의 뜨거운 물을 부으면 돌기의 기름성분이 녹아버리는 데다가, 나노 돌기가 물을 밀어내는 성질도 줄어들고 만 다. 이와 관련해 미국 미네소타대 유양 리우 박사와 홍콩과기대 섬유직물연구소 연구팀은 테플론과 탄소나노튜브 용약에 옷감을 담그면 된다는 연구결과를 내놨 다. 탄소나노튜브가 옷감 표면에 나노돌기와 같은 역할을 하는 미세한 홈을 만든 다는 것이다.
'로터산(Lotusan)'이라는 페인트도 연잎효과를 응용한 것이다. 페인트칠한 벽이 나 담장이 시커멓게 더러워진 모습을 흔히 봤을 거다. 페인트는 대체로 염료와 유기용매를 섞어 만드는데 시간이 지날수록 먼지 등이 기름 성분에 엉겨붙어 더 러워진다. 잘 지워지지도 않는다. 반면 '로터산'은 도포 후 유기 용매가 증발해버 리고 대신 나노 돌기로 덮인 표면만 남는다. 덕분에 물만 뿌려주면 깨끗해지고, 비가 내리면 부러 물을 뿌리는 수고도 필요없다.
변기 표면에 나노 돌기를 코팅해 상품화한 사례도 있다. 찌꺼기 없이 더 깨끗 한 것은 물론이다. 코팅 과정에서 은나노 입자, 산화티타늄 나노 입자 등을 섞으 면 항균 기능까지 겸하게 된다. 여러 사람들이 만지는 손잡이, 청결이 중요한 병 원이나 학교 등의 시설물에도 이런 아이디어를 접목시킬 수 있다.
최근 국내에서는 전자기기에 연잎효과를 접목시킨 사례도 등장했다. 포스텍 화 학공학과 용기중 교수와 박사과정 이승협씨 연구팀은 나노소재를 이용한 초발수 기술을 전자소자 표면처리에 응용해 물에 젖어도 안정적으로 작동하는 소자를 개 발하는 데 성공했다. 전자소자 표면에 연잎 위 돌기처럼 나노선을 덮고 화학물질 에 담가 코팅한 것이다. 이 화학물질이 연잎 돌기의 기름성분 역할을 한다. 기존 의 방수 전자제품들은 물이 기기 속으로 들어가지 않도록 밀봉하는 '패키징' 기 술을 이용해왔다.
연구팀은 차세대 메모리소자로 각광받는 R램에 물을 떨어뜨려도 전원이 안정 적으로 유지되는 것을 확인했다. 앞으로 물에 약한 메모리소자 등 다양한 전자소 자에 활용될 것으로 기대되고 있다. 용 교수는 "나노선이 물방울을 밀어내 소자 가 젖지 않는다"며 "패키징을 해 놓더라도 물이 조금 새어 들어갈 수 있는데, 이 기술을 이용하면 더 안정적"이라고 덧붙였다.
출처: 20110902 아시아경제 김수진 기자 sjkim