"나무가지 굵기 합계는 줄기 굵기와 같다." 레오나르도 다빈치가 발견한 '나무법칙'
예술사에 찬란히 빛나는 '모나리자'와 '최후의 만찬'의 작가인 그림의 거장 레오나르도 다빈치(1452~1519)는 다양한 학문에 정통한 과학자로도 유명합니다.
이런 예술가이자 과학자였던 다빈치는 수목화를 그리는 데 있어 "어떤 법칙"을 발견했습니다.
그것은 '한 그루의 수목에서 모든 가지를 합한 굵기는 가지치기 전 줄기 굵기와 같다'는 것입니다.
이것은 현재 식물학에서도 널리 받아들여지는 법칙입니다.
그러던 중 영국 뱅거대학(Bangor University)과 스웨덴 농업과학대학(SLU)은 다빈치가 눈을 돌리지 않았던 나무 안쪽에서 새로운 발견을 했습니다.
그에 따르면 물이나 양분을 통과시키는 '관속 시스템'에는 다빈치의 법칙이 들어맞지 않았습니다.
연구의 상세한 내용은 2023년 9월 18일자로 과학 잡지 「PNAS」에 게재되어 있습니다.
◆ 다빈치가 발견한 '나무의 법칙'은?
다빈치는 생전에 보다 정확한 수목 데생을 목표로 모든 나무들의 크기 비율을 조사하였습니다.
그 결과 모든 수목에서 볼 수 있는 어떤 경향을 알게 됩니다.
그것이 위에서 설명한 법칙에서 다빈치는 자신의 노트에 "모든 가지의 단면적 합계는 나누어진 가지 전체 줄기의 단면적과 같다"고 적었다.
나눌 수 있는 치즈를 상상하시면 더 알기 쉬울 수도 있습니다.
치즈를 중간쯤까지 아무리 잘게 찢어도 그것을 움켜쥐고 합계하면 원래의 1개의 굵기로 돌아갑니다.
다빈치는 이것이 수목에 해당한다는 것을 지금으로부터 500년 이상 전에 발견한 것입니다.
단순하기는 하지만 정말 놀라운 법칙인 것입니다.
이 통찰은 풍경화를 사실적으로 그리는 데 큰 도움이 되었다고 알려져 있습니다.
더 놀라운 것은 이 법칙이 현대 식물학에서도 널리 받아들여지고 있다는 것입니다.
실제로 3D 스캔 기술을 이용한 한 연구에서는 가지의 총 단면적이 줄기 면적에 상당히 가까워지는 것으로 나타났습니다.
더불어 최근의 연구에서는 수목이 다빈치가 주장한 법칙대로 가지가 나누어지면 바람에 대한 저항력이 증가하고 강풍에 의한 스트레스를 줄일 수 있다는 것을 보여주고 있습니다.
이처럼 아주 오래전 다빈치가 발견한 나무의 법칙은 현대 식물학자들이 보기에도 매우 흥미로운 것입니다.
따라서 이 다빈치의 법칙에 근거한 새로운 연구도 아직도 보고되고 있습니다.
그것이 이번 연구팀이 발표한 수목 내부에 가진 '관속 시스템'에는 다빈치 법칙이 들어맞지 않는다는 새로운 발견입니다.
◆ 관다발 구조에는 다빈치 법칙이 들어맞지 않는다
식물 내부에는 물과 양분을 운반하는 혈관과 같은 통로가 있습니다.
뿌리에서 빨아올린 수분의 통로가 도관, 잎으로 만들어진 영양분의 통로가 사관이라고 부르고, 그것들 두 개가 다발 모양으로 합쳐진 것이 관다발입니다.
식물학자들은 그동안 다빈치가 주창한 나무의 법칙이 나무 내부를 달리는 관다발 속 시스템에도 적용될 수 있을 것으로 생각했습니다.
즉, 관속시스템의 단면도 나뭇가지가 나누어짐에 따라 같은 비율로 점차 가늘고 작아진다고 생각했던 것입니다.
그러나 연구주임 루벤 발부에나(Ruben Valbuena)와 스튜어트 솝(Stuart Sopp)은 이 법칙을 실제 관다발 속 시스템의 작동에 적용해 보면 무리가 있다는 것을 발견했습니다.
가장 큰 문제는 관다발 시스템의 '수압 저항'을 유지할 수 없게 된다는 것입니다.
수목이 물과 양분을 뿌리에서 잎까지 효율적으로 전달하려면 일정한 수압 저항을 줄기에서 가지 끝에 걸쳐 유지해야 합니다.
그런데 다빈치의 '나무 법칙'을 관속 시스템에 적용하면 중간에 관속이 물이나 양분을 수송할 수 없게 된다는 것을 계산으로 밝혀낸 것입니다.
그래서 관다발 속 시스템은 뿌리에서 잎 끝으로 액체를 수송하기 위해 일정한 치수를 유지해야 합니다.
논문에 보고된 관다발 속 네트워크의 도해.흑색 선이 줄기, 적색 선이 도관, 청색 선이 분기 위치를 나타낸다.가지치기 세대가 진행될수록 도관의 합계율은 증가하고 있다. / / Credit:S. B. D. Sopp et al.,PNAS(2023)
결과적으로 가지가 나누어짐 따라 수목의 가지 자체는 가늘어지는 반면 내부의 관다발 속 시스템은 일정한 치수를 유지함으로써 주위의 가지 부피에 대한 비율이 앞서감에 따라 커지고 있었던 것입니다.
이는 다빈치의 '나무의 법칙'이 관다발 속에는 해당되지 않는다는 것을 보여줍니다.
이 결과에 대해 발부에나는 다빈치의 법칙은 수목의 현미경적인 수준에서는 해당되지 않는다고 밝히고 있습니다.
하지만 뒤집어 보면 현미경으로 겨우 보이는 관다발을 살펴봐야 할 정도로 다빈치의 법칙은 정확도가 높았다는 얘기가 됩니다.
현대에도 통용되는 법칙을 500여 년 전에 발견했던 다빈치는 역시 만능 천재의 이름에 걸맞는 것입니다.
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Leonardo Da Vinci’s Famous ‘Rule of Trees’ Debunked by New Study
https://www.sciencealert.com/leonardo-da-vincis-famous-rule-of-trees-debunked-by-new-study
NEW THEORY DISPROVES LEONARDO DA VINCI’S ‘RULE OF TREES’
https://www.bangor.ac.uk/news/2023-09-19-new-theory-disproves-leonardo-da-vincis-rule-of-trees
Da Vinci’s “Rule of Trees”
https://editions.covecollective.org/content/da-vincis-rule-trees
Vascular optimality dictates plant morphology away from Leonardo’s rule
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215047120
New theory disproves Leonardo Da Vinci’s ‘Rule of Trees’
New theory disproves Leonardo Da Vinci’s ‘Rule of Trees’ New model to calculate carbon uptake by trees illustrates why large trees may be more susceptible to drought
www.bangor.ac.uk
Da Vinci's "Rule of Trees" | COVE
editions.covecollective.org
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