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다이아몬드는 산소가 차단되면 왜 흑연으로 변하나요?
안녕하세요.다이아몬드가 산소가 차단되면 흑연으로 변한다는 표현은 흔히 들리지만, 과학적으로는 조금 오해가 있는데요 다이아몬드는 단순히 산소가 없다고 해서 자동으로 흑연으로 변하는 물질이 아닙니다. 오히려 높은 온도에서 산소가 없을 때 흑연화가 가능해진다는 의미에 가깝습니다. 그 원리를 차근차근 과학적으로 설명해 드리겠습니다.다이아몬드와 흑연, 두 물질은 모두 순수한 탄소(C)로 이루어져 있지만 결합 방식이 완전히 다릅니다. 다이아몬드는 탄소가 3차원적으로 모두 강하게 결합하여 사면체 구조를 이루고 흑연은 탄소가 평면층으로 연결되고 층끼리는 약한 힘으로만 붙어 평면 구조를 이룹니다.실제로 저온·저압에서는 흑연이 가장 안정한 구조이고, 고압·고온에서는 다이아몬드가 안정합니다. 즉, 우리가 실생활에서 사용하는 압력에서는 흑연이 더 자연스러운’ 형태이고, 다이아몬드는 고압 때문에 억지로 유지되는 구조라고 이해할 수 있습니다.따라서 두 구조가 전환되려면 탄소–탄소 결합의 재배열이 필요하며 이 변화는 결합을 끊고 다시 만드는 과정이기 때문에 에너지 장벽이 매우 높습니다. 그래서 상온에서는 사실상 전혀 변하지 않습니다.다이아몬드는 공기가 있는 곳에서 고온에 노출되면 산화되어 CO₂로 타버립니다. 그런데 산소가 없는 상태에서 고온, 보통 1500~2000°C 이상을 가하면 다이아몬드는 타지 않고 대신 결합 구조 재배열이 일어나기 쉬워지며 그 결과 탄소는 저압에서 가장 안정한 흑연 구조로 다시 조직화될 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.11.26
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생물복제 윤리적으로 문제가 없나요?
안녕하세요.생물 복제는 기술적으로는 기존 개체의 유전 정보를 거의 그대로 가진 새로운 개체를 만드는 과정이지만, 윤리적으로는 고려해야 할 부분이 있습니다.생물을 핵이식 기술로 복제하는 과정은 체세포에서 핵을 꺼내 난자의 핵을 제거한 뒤 주입하여 발생을 유도하는 방식인데, 이 기술 자체는 자연계에서 일어나는 생식 과정과는 달리 하나의 유전적 복제본을 생산하기 때문에 생명 개체의 다양성을 줄이고 개체를 도구화할 위험이 있다는 점에서 윤리적 논란을 야기합니다.생물 복제가 타당한지에 대해서는 목적과 맥락에 따라 의견이 크게 갈리는데, 멸종 위기종 보전을 위한 복제는 생태계 차원에서 긍정적으로 평가되기도 하지만, 반대로 인간의 편의를 위한 대량 복제나 희귀 동물이나 반려동물 복제는 생명을 상품화할 수 있다는 점에서 비판받고 있습니다. 이와 함께 복제된 생물의 권리 문제도 매우 중요합니다. 복제 개체는 유전적으로 원본과 유사할 뿐 완전히 독립적인 생명체로 자라고 삶을 살아가기 때문에, 생물윤리학에서는 복제 개체 역시 동일한 개체로서 존중과 권리를 보장받아야 한다고 보는 관점이 일반적입니다. 유전적 유사성만으로 개체의 가치를 규정할 수 없고, 복제된 생물 역시 고유한 경험과 환경 속에서 독립적인 존재가 되기 때문에 원본보다 낮은 권리를 가진다는 견해는 과학적으로나 윤리적으로 정당화되기 어렵습니다. 결국 복제 기술의 활용은 개체의 복지, 생명 존중, 생태적 영향 등을 모두 고려한 엄격한 기준 아래 제한적으로 이루어져야 하며, 복제된 개체에 대해서는 원본 개체와 동일한 윤리적 보호가 제공되어야 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.26
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바소체와 각인은 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요.말씀해주신 것과 같이바소체와 유전체 각인은 모두 후성유전학적 조절 방식으로, DNA 염기서열을 바꾸지 않으면서 유전자의 발현 여부를 조절하는 현상입니다. 먼저 바소체는 X염색체 불활성화 현상으로, 암컷 포유류가 두 개의 X염색체를 가지고 있을 때 그 중 하나를 비활성화하여 유전자 발현량을 수컷과 동일하게 맞추기 위한 조절 기작입니다. 수컷은 XY, 암컷은 XX를 가지므로 암컷이 두 세트의 X염색체 유전자를 모두 발현하면 유전자 발현량의 불균형이 생기게 됩니다. 이를 방지하기 위해 발생 초기에 두 X염색체 중 하나가 무작위로 선택되어 강하게 응축된 이질염색질 형태로 바뀌어 비활성화되며, 이를 바소체라고 부릅니다. 이때 비활성화된 X염색체는 이후 세포 분열 과정에서도 그대로 유지되며 대부분 비가역적입니다. 이 과정은 X염색체 전체의 발현을 조절하며, 모자이크 현상과 같은 표현형적 결과를 남기기도 합니다.반면에 유전체 각인은 상염색체 특정 유전자를 대상으로 한 선택적 발현 조절 현상으로, 특정 유전자가 부모 중 어느 쪽에서 유래했는지에 따라 한쪽만 발현되고 다른 한쪽은 DNA 메틸화를 통해 비활성화되는 특징을 가집니다. 바소체와 달리 무작위로 선택되는 것이 아니라, 어떤 유전자는 반드시 모계 유전자만 발현되고, 또 어떤 유전자는 반드시 부계 유전자만 발현되는 식으로 유전자마다 고정된 규칙이 존재합니다.또한 각인은 생식세포 형성 시 기존의 메틸화 패턴이 지워진 뒤 다시 새롭게 설정되기 때문에 가역적이라는 특징을 가집니다. 각인의 목적은 배아의 성장과 발달 과정에서 필요한 조절을 수행하는 것입니다. 이러한 조절에 이상이 생기면 프래더-윌리 증후군 또는 안젤만 증후군과 같이 부모 기원에 따라 다른 후성유전 질환이 발생할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.25
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그릇에 입이 닿으면 그 닿는부위를 닦지 않으면 세균이 생긴다고하는데 그 세균은 어디서 오는건가요??
안녕하세요.그릇 표면에 세균이 생기는 가장 큰 이유는 입이 닿을 때 이미 세균이 옮겨가기 때문인데요 즉, 공기 중에서 새로 날아와서 붙는 것이 아니라, 사람의 입 속 세균이 그릇 표면으로 이동하여 증식하는 것이 핵심 원인입니다.사람의 구강에는 약 700종 이상의 세균이 항상 존재하며, 건강한 사람 기준으로도 1mL의 침 속에 수백만~수억 마리의 세균이 포함되어 있습니다. 이 세균들은 평소에는 해를 끼치지 않고 정상적인 미생물 균형을 이루며 살아갑니다. 입이 그릇에 닿을 때 입술, 혀, 치아 표면의 세균 이 그릇 표면에 남게 되고, 그 세균이 물기와 영양분이 남아 있는 환경에서 번식하게 됩니다.물론 공기 중에도 세균과 곰팡이 포자가 존재합니다. 그렇지만, 그릇 위에 입으로부터 직접 옮겨진 세균에 비하면 공기 중 세균의 양은 매우 적고 증식 속도도 느립니다.따라서 세균이 생기는 주된 이유는 공기 오염이 아니라 구강 세균의 증식 때문이라고 보시면 됩니다.세균의 증식은 수분이 남아 있을 때, 음식물 찌꺼기나 침의 단백질·당류가 있을 때, 따뜻한 온도,. 표면이 세균이 붙기 좋은 상태일 때 잘 일어나는데요 즉, 입을 대는 순간 세균 + 수분 + 영양분이 묻으므로, 닦지 않으면 세균이 빠르게 늘어날 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.25
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순환적광인산화와 비순환적 광인산화의 의의는 무엇인가요?
안녕하세요.말씀해주신 것과 같이 광합성의 명반응에서 일어나는 순환적 광인산화와 비순환적 광인산화는, 식물이 광에너지를 ATP와 NADPH의 형태로 화학에너지로 전환하는 두 가지 방식입니다. 두 과정은 모두 ATP를 생성하지만, 전자 흐름 방향과 생성물, 그리고 생리적 목적이 서로 다릅니다.우선 비순환적 광인산화는 NADPH와 ATP를 동시에 생성하며 산소가 발생됩니다. 광계 II에서 물을 광분해하여 전자를 보충하며 산소가 발생하고, 전자는 전자전달계를 거쳐 광계 I으로 이동하며 PSI에서 다시 여기된 전자가 NADP⁺ → NADPH 생성합니다. 즉 비순환적 광인산화는 광합성 전체의 에너지 및 환원력 공급 기반을 만드는 필수 과정입니다.다음으로 순환적 광인산화에서는 오직 ATP만 생성되고 산소와 NADPH는 생성되지 않습니다. PSI에서 여기된 전자가 전자전달계를 따라 이동한 뒤 다시 PSI로 되돌아오며 이 과정에서 H⁺ 농도 기울기 형성하여 ATP를 합성합니다. 즉 순환적 광인산화의 의의는 캘빈 회로가 요구하는 ATP:NADPH 비율을 맞추는 것으로 ATP가 부족할 때 보충 역할을 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.25
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유전자의 상위와 신호전달의 상위는 어떻게 다른가요?
안녕하세요.유전자에서의 ‘상위’란 한 유전자가 다른 유전자의 표현형을 가리는 현상을 의미합니다. 즉, 두 유전자가 동일 형질에 관여할 때, 어느 유전자 변이가 최종 표현형을 결정하는지에 따라 상위와 하위를 구분하는 것입니다. 예를 들어서 개 털색 유전에서 유전자 E: 색소가 털에 침착되게 하는 기능을 유전자 B: 색소의 종류 결정(검정/갈색)할 때 만약 E 유전자가 비정상(ee) 이라면 색소가 털에 침착하지 않아 어떤 색이든 알비노(흰색) 이 됩니다. 이때 E 유전자가 B 유전자에 대해 상위입니다. 즉, 표현형 결정권을 쥔 유전자가 상위입니다.다음으로 세포 내 신호전달 경로에서는 신호 흐름의 방향에 따라 상위와 하위를 구분합니다. 세포막에서 받은 신호가 수용체 → G 단백질 → 효소 → 전사인자 → 표적 유전자 순으로 내려갑니다. 먼저 작동하여 뒤쪽 요소를 조절하는 분자가 Upstream(상위), 상위 신호를 받은 후 반응하는 분자가 Downstream(하위)이며 RAS → RAF → MEK → ERK 경로(MAPK signaling)에서 RAS에 돌연변이가 생기면 아래 단계가 전부 활성화될 수 있으므로, RAS는 MAPK 경로에서 상위 조절자로 구분됩니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.25
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유전자 재조합 기술이 정확히 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 유전자 재조합 기술은 여러 생물체에서 유래한 DNA 조각을 인위적으로 절단·결합하여 새로운 유전자 조합을 만들고, 그 조합을 세포나 생물체에 도입해 원하는 형질을 발현하게 하는 일련의 분자생물학적 기법을 말합니다. 즉 DNA라는 설계도를 잘라 붙여서 새로운 기능을 가진 유전적 설계도를 만든다’고 이해하시면 됩니다. 전통적으로 사용되던 요소로는 제한효소, DNA 연결효소와 주로 플라스미드 형태로 DNA를 운반해 넣는 운반체아 벡터, 숙주 세포에의 전달·증폭 기술이 있고, 최근에는 CRISPR-Cas 계열 같은 정교한 유전자 편집 기술이 널리 쓰입니다.유전자 재조합 기술의 전형적 절차는 대략 이렇습니다. 먼저 목적 유전자를 선택·증폭하는 PCR을 하고, 적절한 절단·연결 부위를 만들어 벡터에 삽입한 뒤, 그 벡터를 숙주 세포로 넣어 단백질을 발현시키거나, 숙주 유전체의 특정 위치에 도입해 형질을 바꾸는 방식입니다. 그 뒤에는 통제된 조건에서 발현, 선별,검증을 수행합니다.긍정적 영향으로는 유전자 재조합을 통해 사람이 만든 단백질 의약품, 백신, 항체치료제 등을 대량으로 정밀하게 생산할 수 있게 되었습니다. 또한 유전자 치료와 CAR-T 같은 세포치료는 난치성 질환에 획기적인 치료법을 제공합니다.연구 도구로서의 가치로는 특정 유전자를 끄거나 넣어 기능을 규명하는 일이 가능해졌고, 유전자 변형 마우스·초파리 등의 모델 생명체를 통해 질병 기전 연구와 신약 타깃 발굴이 빨라졌습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.25
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원핵생물인 세균은 어떻게 광합성을 수행하나요?
안녕하세요. 말씀하신 홍세균과 황세균같은 원핵생물도 실제로 광합성을 수행합니다. 다만, 이들의 광합성은 식물과는 여러 중요한 차이점이 있는데요, 식물의 광합성의 경우에는 산소(O₂)가 부산물로 발생하며 광합성 색소로는 엽록소 a를 사용하고 광계 두 개를 모두 사용합니다.반면에 원핵생물의 광합성은 전자공여체로 물을 사용하지 않기 때문에 산소가 발생하지 않습니다. 사용되는 전자 공여체가 다양하며 색소로는 Bacteriochlorophyll (세균엽록소)을 사용하여 더 긴 파장의 빛을 흡수 가능합니다. 또한 광계는 하나만 존재합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.24
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DNA삽입성 물질의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.질문해주신 것과 같이 DNA 삽입성 물질은 DNA의 염기쌍 사이에 얇고 평평한 분자 구조로 끼어 들어가는 특성을 가진 화학물질을 의미합니다. 대표적으로 Ethidium bromide(EtBr), Propidium iodide(PI), Acridine orange(AO) 등이 있으며, 이들은 DNA의 2중 나선 구조 내부에 물리적으로 삽입되는데요 DNA는 염기쌍(A-T, G-C)이 쌓여 있는 평평한 판 구조를 이루고 있으며, 그 사이에는 약한 π-π stacking 상호작용이 존재합니다.삽입성 물질은 대부분 평평한 방향족 고리 구조를 가지고 있어, DNA 염기 사이에 π-π stacking 상호작용을 통해 안정적으로 끼어들 수 있습니다. 삽입되면 DNA 구조가 부분적으로 벌어지고 길이가 늘어나며 DNA의 회전 각도와 강성이 증가하고 형광 성질 변화 및 안정화되며 DNA 복제·전사 효소의 결합 방해로 독성 또는 항암 효과가 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.11.24
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염소는 왜 뜀박질 할 떄 이상하게 뛰는지 궁금해요?
안녕하세요.염소의 다리 구조와 보행 방식 때문인데요, 염소는 척추가 유연하고 다리가 비교적 길며, 발굽이 작게 분화되어 있습니다. 이 구조는 가파른 암벽이나 불규칙한 지형에서 균형을 잡고 서거나 천천히 이동할 때 최적입니다. 반면 평지에서 빠르게 뛰면 무게 중심이 불안정해지고, 그래서 몸이 좌우로 흔들리거나 갑자기 방향이 바뀌는 것처럼 보일 수 있습니다.염소의 발굽은 두 갈래로 갈라져 있어 좁은 틈이나 돌출된 바위에 발을 고정하기 유리한데요, 하지만 평지에서 속도를 내며 뛰면 충격을 넓게 분산시키기 어렵고 추진력이 다른 동물처럼 안정적이지 않아 뛰는 모양이 덜 정제되어 보이는 효과가 나타납니다.또한 염소는 야생에서 포식자로부터 빠르게 도망칠 필요가 있는 동물인데요, 그래서 갑자기 위협을 느끼면 논리적이고 직선적인 움직임보다 불규칙하고 예측하기 어려운 방향으로 도망치는 반사 행동을 보입니다. 이는 포식자의 추격을 어렵게 하는 생존 전략으로, 튀듯이 뛰거나 갑자기 꺾거나 점프 후 몸을 비트는 움직임이 자주 나타납니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.24
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