포도당은 생명체에게 중요한 연료이다. 이렇게 중요한 물질이 어디서 온 것일까? 독립영양생물은 자신에게 필요한 포도당을 스스로 만들었다. 바로 세상을 푸르게 만드는 녹색식물이다.

음식을 만들기 위해 재료를 넣을 그릇이 필요한 것처럼. 녹색식물에는 엽록체라는 공간이 있다. 이 엽록체 안에 회로가 있다. 엽록소는 녹색식물에서 발견되는 색소이다. 마치 우리의 혈액에 있는 헤모글로빈과 유사한 구조이다. 엽록소가 하는 일은 잎을 녹색으로 보이게 하는 것 이상의 위대한 일을 한다. ‘빛’을 이용해 ‘물’을 분해하고 생성된 수소 이온과 전자로 특별한 회로를 구동시킨다.

회로에 입력된 이산화탄소는 복잡한 반응을 거쳐 포도당으로 변한다. 이 과정에서 물이 분해되며 에너지를 저장하는 물질을 만들고, 그 부산물로 생긴 산소는 공기 중에 버려진다. 이 과정이 ‘광합성’의 흐름이다.

동물은 스스로 포도당을 만들지 못한다. 그래서 식물이 만든 포도당과 버려진 산소를 가지고 에너지를 얻는다. 그 과정은 식물만큼 흥미롭다. 식물의 엽록체처럼 포도당을 이용해 에너지를 생성하는 특정 장소가 있다. 바로 세포 내 소기관인 미토콘드리아이다.

최초로 순수한 산소를 분리해내는 데 성공한 사람은 셸레Carl Schelle이지만 발표가 늦어, 공로는 1774년의 프리스틀리Joseph Priestley에게 돌아갔다. 같은 해에 라부아지에도 산소를 발생시켰다. 그는 모든 산acid이 새로운 원소인 산소를 포함하고 있다고 착각했다. 이 때문에 ‘신맛을 만든다’라는 의미의 Oxygen이라는 이름이 붙었다.

포도당에 숨겨진 에너지원을 끄집어내는 것이 세포의 ‘호기성 호흡’ 과정이다. 반응 전체를 보면 광합성은 호기성 호흡 과정을 거꾸로 돌려놓은 것과 같다. 이 과정이 반복되며 중요한 몇 가지 원소가 순환한다. 이것이 자연의 위대함이다.

산소는 현재 대기의 21%를 차지한다. 하지만 과거 석탄기에는 무려 35%에 달했다. 4억 5,000만 년 전에 식물이 육지로 올라오며 산소량이 급속도로 증가했다. 이 시기에는 동물이 진화하고, 산소를 받아들이면서 거대하게 성장했다. 미생물은 존재하지 않고 큰 곤충만 존재했다. 동시에 이산화탄소양도 많아 식물이 우거졌던 시기이다.

산소 원자와 산소 분자(O2)가 결합하면 오존(O3)이 생성된다. 성층권에서는 태양에서 오는 자외선으로부터 지표면을 보호하는 역할을 하지만 지구 표면에서는 생명체에 해로운 공해물질이다. 광화학적 스모그 과정에서 생성되며 반응성이 좋아 폐 조직에 유해하다.