꽃가루(화분, pollen)와 꽃가루 알러지(allergy, 알레르기)

1. 꽃가루(화분, pollen)

대부분의 식물은 암술과 수술을 가지고 있고 이들 암수는 각각 생식세포를 만들며 암수 생식세포가 수정하여 자손을 생성하는 유성생식을 한다. 이때 식물의 암컷이 생성하는 생식세포는 배낭세포 속의 알세포(난세포)이고 수컷이 생성하는 생식세포는 꽃가루(화분)가 수분되어 핵분열로 생성되는 정핵이다.
 수컷이 정핵을 생성하기 위해서는 꽃가루를 생성해야 하며 꽃가루는 수술의 꽃밥에서 화분모세포의 감수분열로 생성된다.
꽃가루(화분)는 식물의 종류에 따라 모양이 다르며 크기는 직경이 10 ~ 200μm로 작아 육안으로 구분할 수 없다.  
 꽃가루 구조를 보면 껍질의 안쪽에는 내막(intine), 바깥쪽에는 외막(exine)이 있다. 외막은 여러 가지 독특한 무늬를 가지고 있으며 물이 투과할 수 없다. 그래서 꽃가루가 암술머리에 앉았을 때 암술에서 물을 흡수하여 발아할 수 있게 막이 얇게 된 곳이 있는데 이를 발아구(發芽溝, pollen aperture)라 한다. 발아구(發芽溝, pollen aperture)는 기다란 홈으로 파여 있다. 발아구는 생물종에 따라 다양하다. 겉씨식물과 대부분의 외떡잎식물의  발아구(發芽溝, pollen aperture)는 단구형 (monosulcate) 발아구(發芽口)이며, 대부분의 쌍떡잎식물의 발아구(發芽溝, pollen aperture)는 3 구형(tricolpate, 진정 쌍떡잎식물) 또는 다공형의 변형된 발아구(發芽口)이다.
발아구(發芽溝)로 자라 나온 꽃가루관은 암술 속으로 내려가서 씨방으로 들어가고 밑씨(胚珠, 배주, ovule)에 있는 주공(珠孔, micropyle, 發芽孔, 발아공, germ pore)을 통하여 밑씨 속으로 들어간다.
원시적인 속씨식물은 발아구가 1개인 단구형(monosulcate)이며, 원시적인 단구형 형태에서 여러 형태의 발아구를 가진 꽃가루로 진화된다. 그래서 꽃가루를 수집하여 연구하면 속씨식물의 유연관계를 밝힐 수 있는 하나의 방법이 될 수 있다는 것이다.
 그리고 꽃가루 껍질의 외막(exine)에는 스포로폴레닌(sporopollenin)이라는 성분이 있으며 이 물질은 고온, 고압, 산 등에 강한 저항력이 있어 왕수나 불화수소에도 녹지 않는 매우 안정적인 구조를 갖고 있다.
그래서 스포로폴레닌은 꽃가루(화분, pollen)의 바깥벽(exine)을 단단하게 하여 생식세포를 보호하는 역할을 한다.
 꽃가루(화분)는 스포로폴레닌(sporopollenin) 성분 때문에 흙이나 암석, 석탄 속에 몇 억 년간 묻혀있어도 분해되지 않고 화석으로 남아 있다. 그래서 선사시대의 유적지에서 발굴되는 꽃가루(화분)를 연구하면 종자식물의 유연관계뿐만 아니라 당시의 자연환경을 알 수도 있다.

2. 꽃가루(화분, pollen) 알러지(allergy, 알레르기)

알러지(allergy [ ˈælərdʒi ], [ ˈælədʒi ], 독일어 allergie [ɑlɛrˈɣi / ɑlərˈɣi])는 별로 위험하지 않는 물질이 침입하여도 항원(抗原, antigen)으로 작용하여 항체(抗體, antibody)가 생성되고 항원항체 반응(抗原抗體反應, antigen-antibody reaction)이 일어나는 면역계(immune system)의 과민증(過敏症, hypersensitivity)이다.
꽃가루(화분)에도 과민한 사람이 있다. 꽃가루(화분)에 과민한 사람은 공기 중에 날아다니는 꽃가루(화분)가 난생처음으로 침입하면 항원(알러젠, allergen)으로 작용하여 단백질로 된 항체(抗體, antibody)를 생성하게 한다. 그러나 항원(抗原, antigen)이 사라질 때까지 생성되는 항체(抗體, antibody)가 별로 없으므로 알러지 증상은 나타나지 않는다.
꽃가루(화분)에 민감하지 않은 사람에게는 꽃가루(화분)가 침입해도 항원(알러젠, allergen)으로 인식되지 않으므로 단백질로 된 항체(抗體, antibody)를 생성하지 않는다.
그런데 꽃가루(화분)에 알러지가 나타나는 사람은 이전에 이미 침입한 꽃가루(화분)에 의해 항체(抗體, antibody)가 생성되어 있다. 다시 침입한 꽃가루가 항원(抗原, antigen)으로 먼저 생성되어 있던 항체(抗體, antibody)와 만나면 항원항체 반응(抗原抗體反應, antigen-antibody reaction)을 일으켜 알러지 증상을 나타내게 되는 것이다.
꽃가루(화분)에서 항원(抗原, antigen)으로 작용하는 물질은 화분 껍질에 있는 꽃가루관이 나오는 홈인 발아구(發芽溝) 주변의 내벽에서 효소작용을 하는 단백질이다.  
꽃가루 알러지(allergy [ ˈælərdʒi ], [ ˈælədʒi ], 독일어 allergie [ɑlɛrˈɣi / ɑlərˈɣi])는 꽃가루의 껍질에 있는 단백질의 독소가 우리 몸의 침, 코 물, 기관지 점액 등 액체 분비물에 녹아 체내로 흡수되는데 꽃가루에 민감한 사람의 체내에서는 항원으로 작용하여 항체를 생성하고 항원항체 반응을 일으킴으로써 발생한다. 꽃가루는 알러지뿐만 아니라 콧물이나 재채기 같은 가벼운 증상이나 비염, 천식 같은 질병을 유발하기도 한다.
꽃을 수분 방법에 따라 크게 풍매화(꽃가루가 바람에 의해 운반되는 꽃), 충매화(꽃가루가 곤충들에 의해 운반되는 꽃), 조매화, 수매화 등으로 구분할 수 있다. 충매화는 벌레를 이용하여 꽃가루를 운반하므로 벌레를 끌어들이기 위해서는 벌레가 좋아하는 꿀을 가져야 하며 꿀과 꽃가루가 있다는 것을 알리기 위해 화려한 꽃잎이 있어 우리도 꽃이 피었다는 것을 쉽게 알 수 있다. 반면에 풍매화는 바람에 의해 꽃가루가 운반되므로 꿀과 화려한 꽃잎이 필요 없다. 그래서 풍매화는 꽃이 피었는지 안 피었는지 자세히 보지 않으면 알 수도 없고 꽃을 찾아도 예쁘지 않다. 그리고 풍매화는 바람으로 꽃가루를 암술머리에 옮겨야 하므로 꽃가루가 잘 날아갈 수 있도록 크기가 작다. 또 꽃가루가 바람 부는 대로 날아가 운 좋게 같은 종의 암술머리에 앉아야 하므로 풍매화는 수분될 확률이 매우 낮다. 그래서 수분될 확률을 높이기 위해서 꽃가루를 대량으로 만들어 날려 보내는 것이다.
 실제 알러지(allergy [ ˈælərdʒi ], [ ˈælədʒi ], 독일어 allergie [ɑlɛrˈɣi / ɑlərˈɣi])를 일으키는 것은 풍매화의 꽃가루이다. 풍매화 나무들은 꽃에 꽃잎이 없어 꽃이 핀 것 인지 안 핀 것인지 우리가 알지 못하는 사이에 수많은 꽃을 피우고 대량의 꽃가루를 방출하며 크기가 작아 멀리 떨어진 사람에게 까지 날아갈 수 있으며 또 코의 점막에도 많은 양이 침투하여 녹아 흡수될 수 있기 때문이다.
 꽃가루 알러지를 일으키는 나무는 풍매화 나무인 자작나무(꽃가루 크기 30㎛=0.03mm), 버드나무, 참나무, 삼나무, 소나무, 잣나무 등이며 이들 풍매화 꽃가루는 최고 800km까지 날아간다.
 소나무의 꽃가루는 100㎛(0.1mm) 정도로 다소 크지만 두 개의 공기주머니를 가지고 있어 쉽게 날아간다.
 반면에 진달래 꽃, 벚꽃, 앵두나무 꽃, 살구꽃, 매화꽃, 등나무 꽃, 아카시아 꽃과 같이 꽃잎이 있어 화려한 꽃은 충매화(꽃가루가 곤충들에 의해 운반되는 꽃)이다. 대부분의 충매화의 꽃가루는 무겁고 커서 바람에 잘 날리지 않기 때문에 근처에 많은 충매화가 피어 있어도 대기 중에는 거의 없다. 그래서 충매화의 꽃가루는 우리 몸에 까지 날아오기 어렵고 코 점막에 침투되어 녹아 흡수될 가능성도 낮다. 대부분의 충매화는 알러지를 일으키지 않는 것이다. 그러므로 꽃가루 알러지에 민감한 체질의 사람일지라도 예쁜 충매화를 멀리할 필요는 없다. 그러나 가을에 피는 꽃인 쑥, 환삼덩굴, 외래종인 돼지풀(ragweed, 화분 크기 15–25 µm)은 충매화이지만 알러지를 일으킨다. 그리고 국화, 야생국화, 쑥, 데이지, 과꽃 등의 일부 충매화 꽃가루는 피부에 닿으면 피부염이 발생될 수 있다.
 풍매화인 오리나무, 자작나무, 삼나무, 참나무 등은 2월 중순부터 꽃이 피며 대부분 나무들은 4월에 주로 꽃가루를 방출한다. 그러므로 꽃가루 알러지에 민감한 사람은 2월부터 조심해야 한다.
 그런데 5월이 되면 버드나무의 씨앗이 날아다니는 것이 눈에 잘 띈다.  버드나무의 씨앗이나 민들레 씨앗에는 하얀 솜털 같은 씨털이 붙어 있어 씨앗을 날아가게 하는 것이다. 이 씨 털은 일부 민감한 사람에게 접촉성 피부염을 일으킬 수 있으나 알러지와는 별로 관련이 없다.
사람들은 커서 눈에 잘 띄는 버드나무 씨앗이 날리는 것을 보고는 이때에 꽃가루가 많이 날린다고 경계심을 가지는데  이때는 늦은 것이다.
 그리고 꽃가루는 꽃에서 주로 새벽에 방출되므로 하루 중 공기 중의 꽃가루 농도는 오전에 더 높다. 그러므로 알러지에 민감한 체질을 가진 사람은 오전에는 야외 활동을 삼가고 집안 환기도 피하는 것이 좋다.
식물은 빛을 많이 받고 물 공급이 충분하고 이산화탄소 농도가 높고 기온이 높으면 왕성하게 생장한다. 그래서 대도시에는 나무수가 적지만 이산화탄소 농도가 높고 열섬 효과로 기온도 높아 식물의 생장 속도가 빠르므로 풍매화 나무수가 적어도 상대적으로 많은 양의 꽃가루가 발생될 수 있으며, 또 가까운 교외의 삼림지역에서도 많이 날아올 수 있다.  대도시에서는 자라는 식물도 별로 없는데 꽃가루가 어디서 날아올 수 있을까라고 생각하기 쉽지만 실제는 대도시에서도 꽃가루 알러지가 발생될 수 있는 것이다.  

3. 꽃가루(화분)를 이용한 건강식품

 옛날부터 소나무 화분인 송홧가루에는 인체에 유익한 특별한 성분이 있다는 것이 밝혀져 약과로 만들어 먹기도 하였다. 송홧가루는 그리 위험하게 작용하지 않지만 부작용이 강한 꽃가루(화분)는 껍질을 제거해야 꽃가루(화분) 알러지에 민감한 사람도 꽃가루를 이용할 수 있다. 또 꽃가루(화분)를 깨끗이 대량으로 수집하는 것도 어려웠다. 현대에는 과학의 발달로 꽃가루(화분) 껍질을 제거하는 방법을 개발하였으며, 위생적으로 꽃가루(화분)를 수집할 수 있는 전력 역학적인 꽃가루(화분) 수집기를 발명하였다.
꽃가루(화분)는 건강보조식품으로 이용되는데 영양소의 공급으로 건강을 증진하고 피부건강에도 도움을 준다고 한다.
꽃가루(화분)는 껍질을 벋긴 화분 그대로 이용하거나, 화분추출물, 화분 가공식품(pollen processed food), 화분 추출물 가공식품 등과 같이 여러 공정으로 가공하여 이용한다.

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