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손톱은 잘라도 계속 자라는데 왜 이빨은 안 생기나요?
안녕하세요.치아는 재생되지 않지만, 손톱과 발톱은 일생동안 계속 자라는 것을 볼 수 있습니다. 사람은 사랑니 4개를 포함해서 총 32개의 치아를 가지고 있습니다. 한평생을 달고 살아야 하는 치아는 그 역할이 막중합니다. 만약 치아가 없다면 삶의 질은 떨어질 것이고, 건강과 관련한 여러 문제를 겪을 겁니다. 이런 치아는 평생 두 번밖에 나지 않습니다. 유치와 영구치로 유치는 생후 6개월부터 나기 시작해서 보통 12세까지 사용하는 치아이고, 영구치는 유치가 빠진 후에 새로 나오는 치아로 사실상 영구치 하나로 평생을 살아야 합니다. 치아의 발생 과정을 보면 크게 개시기-뇌상기-모상기-종상기-침착기-성숙기로 나눌 수 있습니다. 먼저 개시기는 태생 6~7주 때로 구강상피가 중간엽 속으로 깊이 성장하면서 치아판을 형성합니다. 치아판은 장래 치열궁(치열이 그리는 곡선)이 되는 부위의 구강상피입니다. 그리고 태생 8주부터는 뇌상기로 치아판이 중간엽 속에 증식하면서 싹 모양(=치아싹)으로 자라고, 이를 치배라고 합니다. 다음은 모상기로 증식과 분화를 진행하고, 법랑기, 치유두, 치낭 등을 형성하는 시기입니다. 종상기는 태생 11~12주 때로 법랑기, 치유두, 치낭세포 등이 분화하고, 형태 발생을 시작합니다. 그리고 침착기의 과정을 통해 법랑질, 상아질, 백악질이 연속해서 쌓이면서 치아가 성장하고, 성숙기의 과정을 통해 점점 단단해집니다. 치아의 발달 과정을 간략히 보면 이와 같고, 치아의 발달에 중요한 것은 치배입니다. 유치나 영구치의 치배는 태생기에 한 번 형성하고, 그 이후에는 형성하지 않으므로 유치와 영구치는 사실상 한 번만 납니다. 흥미로운 점은 인간에게 치아 재생과 관련한 유전자가 존재한다는 건데, 문제는 이 유전자가 불활성화됐다는 겁니다. 상어와 악어를 보면 무시무시한 이빨이 많이 나 있습니다. 영국 셰필드대학교(University of Sheffield) 동·식물학과 연구팀에 따르면 상어와 악어 등은 치아판을 수백 개나 갖고 있어서 평생 새로운 이빨을 만들어 낼 수 있다고 합니다. 반면에 손톱이 자라는 이유는 멋으로 자라나는게 아니라 아래의 기능을 원활하게 하기 위해서 손톱의 뿌리는 깊숙이 박혀져 있어 손톱뿌리 에서는 죽은 손톱의 세포를 밖으로 밀어내게 되며 정상적인 손톱이 자라나면 딱딱한 죽은 세포의 살색손톱이 나타나게 되는 것 입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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물고기들도 인간과 같이 물속에서 잠을 자나요?
안녕하세요.과학자들은 수면은 모든 생명체에게 필요한 활동이라고 합니다. 수면이란 피로가 누적된 뇌의 활동을 주기적으로 회복하는 생리적인 의식상실 상태를 의미합니다. 따라서 수면 상태에서는 주변의 환경에 반응하지 않고, 감각이나 반사기능도 저하된 상태입니다. 사람과 자는 모습이 다르다고 해서 잠자지 않는다고 할 수는 없습니다. 즉, 물고기도 물 속에서 잠을 잡니다. 수면시간에 따라 '주행성 물고기'와 '야행성 물고기'로 나뉘는데요, 잉어나 붕어, 송어, 돌돔 등은 낮에 활동하고 밤에 잠을 자기 때문에 주행성입니다. 반면 메기나 가시고기 등 낮에 자고 밤에 활동하는 물고기는 야행성입니다. 물고기는 주변의 환경에 따라, 종류에 따라 잠자는 시기와 장소가 달라지기도 합니다. 대서양에 사는 담수메기는 여름에는 낮에 잠들고, 겨울에는 밤에 잠듭니다. 일부 물고기는 수온이 낮아지는 겨울이면 수심 깊은 곳으로 내려가 동면하면 반면, 여름에 수온이 높아지면 뻘을 파고 들어가 지내는 물고기도 있습니다. 흰빨판이라는 물고기는 무리로 있을 때는 주행성, 혼자 있을 때는 야행성으로 변합니다. 다만 사람이 잠들면 눈을 감습니다. 뇌파를 측정하기 전에 눈을 감고 코를 골거나 숨쉬는 모습 등을 통해 수면 여부를 확인할 수 있습니다. 그러나 물고기는 눈에 눈꺼풀이 없기 때문에 눈을 감지 않으며, 그래서 물고기는 잘 때도 눈을 뜨고 잡니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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닭은 왜 매일 인간을 위해 계란을 낳는 걸까요?
안녕하세요. 닭이 매일 계란을 낳는 이유는 단순히 자연적인 번식 과정뿐만 아니라 인간에 의해 선택적으로 길들여지고, 유전적으로 개량된 결과입니다. 이 현상은 인간이 오랜 기간 동안 닭을 사육하면서 지속적으로 계란을 생산하도록 유전적, 생리적으로 변화를 유도한 결과입니다. 야생 조류의 경우, 계란을 낳는 것은 주로 번식기 동안에만 일어나는 현상입니다. 계란을 낳는 주기는 보통 짝짓기와 번식에 맞춰 조절되며, 계란의 생산은 번식기 이후에는 중단됩니다. 즉, 야생에서 닭과 같은 조류는 생리적으로 번식과 관련된 특정 시기에만 계란을 낳습니다. 하지만 인간이 닭을 사육하면서 계란 생산을 최대화하기 위해 자연적인 번식 주기를 변화시켰습니다. 현대 닭은 인간이 식량으로 사용하는 계란을 생산하는 목적으로 길러졌기 때문에, 이들이 생산하는 계란은 번식과는 관계가 없습니다. 자연 상태에서는 계란을 낳고 일정 기간 동안 그 계란을 부화시키는 과정을 거치지만, 인간이 닭의 계란을 매일 수거하는 방식으로 인해 닭은 번식이 완료되었다는 신호를 받지 못하고 계속해서 계란을 낳습니다. 이는 생리학적으로 닭의 몸이 계속해서 새 계란을 생산하는 과정을 반복하게 만듭니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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낙지나 오징어 같은건 다리를 잘라도 움직이는 이유가?
안녕하세요. 낙지를 절단해도 일정 시간동안은 계속 움직이는 이유는 다음과 같습니다. 산낙지는 연체동물중에서도 두족강에 속하는 동물로, 이런 종류의 동물들은 무척추동물중에서도 고등 지능을 가지고 있으며, 완전한 뇌는 아니지만 신경절도 가지고 있습니다. 두족강 동물은 머리에 바로 다리가 달려있는 동물을 말하며, 이런 동물들의 신경분포는 다리근육-신경계-뇌의 순서로 되어있어 뇌에서 명령을 내리면 다리로 전달이 되는데, 다리를 자르게 되면 다리근육-신경-(절단)-신경-뇌 의 형태가 됩니다. 즉 뇌가 내리는 명령이 다리로 전달은 안되지만 신경은 그대로 존재를 하고 다리를 자르는 것이 신경에 자극을 주기 때문에 다리 근육도 반응을 해서 다리가 움직이는 것입니다. 다시 정리하자면, 다리에 있는 신경들이 뇌와는 독립적으로 움직일 수 있기에 그렇다고 할 수 있습니다. 신경계가 더 발달한 척추를 가진 동물, 즉 사람같은 경우 모든 움직임이 중추신경계에 의해 제어를 받기 때문에 산낙지와 같은 상황이 되어도 움직일 수 없는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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벌집을 짓는 재료는 무엇인가요???
안녕하세요. 벌집의 구성성분 및 원리에 대해서 설명드리겠습니다. 우선 벌의 분비물에서 나온 천연 밀랍은 벌집의 주 성분이며 일벌은 집을 더욱 단단하게 만들기 위해 나무 수액에서 가져온 프로폴리스와 함께 씹어 천연 밀랍과 섞어냅니다. 처음 천연 밀랍의 색은 흰색에 가까운 투명색을 띠고 있지만 프로폴리스와 벌꿀,화분이 함께 섞이면서 노란색을 띠게 됩니다. 또한 영국 카디프대 부샨 카리할루가 박사팀은 벌집의 육각형 구조가 표면장력에 의해 만들어진다는 사실을 밝혀내 네이처에 발표한 바 있는데요, 벌들이 원형모양의 벌집을 만들고 나면 체온을 이용해 밀랍을 가열시킨다. 밀랍의 온도가 45℃에 이르면 말랑말랑한 상태가 되는데, 이 때 다른 공간의 면 3개가 맞닿아 있는 부분에서 표면장력이 작용하면서 육각형 모양으로 변한다는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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추운 겨울에 생물은 어떻게 체온을 유지하나요??
안녕하세요. 추운 겨울에 생물이 체온을 유지하는 방법은 매우 다양하며, 그들의 생리적, 행동적 적응에 따라 달라집니다. 생물들은 자신이 속한 환경에서 생존할 수 있도록 여러 가지 전략을 개발해 왔습니다. 이를 크게 온혈동물과 냉혈동물로 나누어 볼 수 있으며, 그 외에도 특정 생물만이 가진 독특한 적응 방식이 있습니다. 온혈동물, 즉 항온성 동물은 스스로 체온을 일정하게 유지할 수 있는 동물입니다. 인간을 포함한 포유류와 조류가 이에 해당하며, 다음과 같은 방법으로 체온을 유지합니다. 추운 환경에서는 몸의 대사 활동을 증가시켜 에너지를 더 많이 사용함으로써 열을 생산합니다. 예를 들어, 근육을 떨며 열을 발생시키는 "떨림" 반응이 있습니다. 이때 신체는 떨림을 통해 더 많은 열을 만들어 체온을 유지합니다. 온혈동물은 겨울철에 더 두꺼운 털이나 깃털을 가집니다. 이는 공기층을 유지해 외부의 찬 공기로부터 몸을 보호하고, 내부 열이 빠져나가는 것을 막아줍니다. 많은 포유류는 겨울을 앞두고 털갈이를 하여 두꺼운 겨울털을 갖추고, 조류는 깃털을 부풀려 체온을 보존합니다. 지방층은 열을 보존하는 중요한 역할을 합니다. 많은 포유류, 특히 북극곰이나 바다코끼리 같은 극지방 동물들은 피부 아래에 두꺼운 지방층을 형성하여 추운 환경에서도 체온을 유지합니다. 또한 겨울철에 온혈동물들은 에너지를 절약하기 위해 겨울잠(hibernation)에 들어가기도 합니다. 겨울잠 동안 신체 활동과 대사율을 낮추고, 에너지를 최대한 절약하여 극도로 추운 기간을 버텨냅니다. 예를 들어, 곰이나 다람쥐가 겨울잠을 자는 대표적인 동물입니다. 반대로 냉혈동물, 즉 변온성 동물은 체온을 외부 환경에 의존하는 동물입니다. 파충류, 양서류, 어류와 같은 동물들이 여기에 속합니다. 이들은 스스로 체온을 조절할 수 없기 때문에 다양한 방법으로 겨울철 추위에 적응합니다. 많은 파충류와 양서류는 체온을 유지할 수 없기 때문에 겨울철에 활동을 중단하고 동면에 들어갑니다. 동면은 온혈동물의 겨울잠과 유사한데, 이 상태에서는 대사율이 크게 낮아지고 거의 움직이지 않으며 최소한의 에너지만을 소비합니다. 개구리나 뱀은 땅 속이나 물 밑의 진흙 속에 숨어서 동면을 합니다. 이외에도 냉혈동물들은 체온을 직접적으로 조절할 수 없기 때문에 햇볕을 통해 열을 얻습니다. 추운 날에는 햇볕이 드는 장소에서 일광욕을 하여 몸을 따뜻하게 만듭니다. 이는 변온성 동물이 주로 사용하는 중요한 체온 조절 방법입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.19
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생물학의 주된 목적은 어떻게 될까요?
안녕하세요. 생물학은 생명체와 생명 현상을 연구하는 학문으로, 그 대상은 매우 다양하고 폭넓습니다. 생물학이 다루는 주요 연구 대상과 그 목적을 구체적으로 설명하자면 다음과 같습니다. 우선 생명체의 구조적 구성 요소를 연구합니다. 세포, 조직, 기관, 그리고 전체 생명체의 형태와 기능을 연구하며, 이들이 어떻게 상호작용하는지 탐구합니다. 예를 들어, 세포 내의 소기관(핵, 미토콘드리아 등)의 역할이나, 식물과 동물의 해부학적 구조가 어떻게 다른지 등이 포함됩니다. 다음으로 생명체의 기능적 과정, 즉 생리적 메커니즘을 연구합니다. 여기에는 소화, 호흡, 순환, 신경 전달, 면역 반응 등 생명체가 환경과 상호작용하며 생존하는 데 필요한 과정들이 포함됩니다. 이를 통해 생명체가 어떻게 에너지를 생성하고 유지하는지, 어떻게 자극에 반응하고 적응하는지 등을 이해합니다. 생명체의 유전 정보가 어떻게 저장되고 전달되는지에 대해서 연구하기도 합니다. 유전자와 염색체, DNA와 RNA의 구조와 기능을 연구하여 생명체가 어떻게 부모로부터 유전적 특성을 물려받는지, 돌연변이가 생명체에 어떤 영향을 미치는지 등을 이해합니다. 생물학 연구의 주된 목적은 생명체와 그 작용을 이해하고, 이를 통해 인류와 자연에 기여하는 것인데요, 생물학의 가장 기본적인 목적은 생명체가 어떻게 작동하는지를 이해하는 것입니다. 세포, 유전자, 기관계, 생태계 수준에서 생명체의 작용 원리를 파악하고, 이를 통해 자연 세계에서 생명이 유지되는 원리를 밝히는 것이 핵심 목표입니다. 또한 생물학적 지식을 활용하여 질병의 원인과 치료법을 연구합니다. 유전적 질병, 전염병, 암과 같은 질병을 이해하고, 이를 예방하거나 치료할 수 있는 방법을 개발하는 것은 생물학 연구의 중요한 목적 중 하나입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.19
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생물학 분야에서는 어떤걸 전문적으로 연구하나요?
안녕하세요. 생물학 분야에서 생명에 대한 연구는 매우 다양한 세부 분야로 나뉩니다. 각각의 분야는 생명 현상의 특정 측면을 탐구하고 있으며, 이를 통해 생명의 기초 원리를 이해하거나, 이를 인류 복지에 적용하려는 목적을 가지고 있습니다. '분자생물학'은 DNA, RNA, 단백질 등의 분자 수준에서 생명 현상을 연구하는 학문인데요, 전자의 구조와 기능, 단백질 합성 과정, 분자 수준에서 세포 내 정보 전달을 이해합니다. 유전자 편집 기술인 CRISPR도 이 분야에서 다뤄집니다. 다음으로 '세포생물학'은 세포의 구조와 기능을 연구하는 분야인데요, 세포가 어떻게 에너지를 생산하고, 자라며, 분열하는지, 그리고 세포 간 신호 전달 과정과 세포 내 소기관들의 기능을 연구합니다. 암 연구에서 세포의 비정상적인 성장 과정도 다룹니다. '생리학'은 살아 있는 유기체의 신체 기능을 연구하는 학문이며, 호흡, 소화, 순환, 신경 전달, 근육 수축 등 생명체 내에서 발생하는 다양한 생리적 과정을 연구하며, 각 기관 시스템이 어떻게 협력하여 생명 활동을 유지하는지에 대해 탐구합니다. 다음으로 '유전학'은 유전자와 유전 현상을 연구하는 분야이며, 유전자 변형, 유전 정보의 전달과 발현, 돌연변이, 유전적 질병에 대한 연구를 포함합니다. 유전자와 환경 간의 상호작용을 이해하여 질병 예방이나 치료 방법을 찾는 연구도 이루어집니다. '진화생물학'은 생명체가 시간에 따라 어떻게 변화하고 적응하는지 연구하는 학문이며, 자연 선택, 종 분화, 진화적 압력 등이 생명체의 진화에 어떤 영향을 미치는지 연구하며, 인간을 포함한 모든 생명체의 진화 과정을 이해하게 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.19
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벌레들이 불빛을 보면 달라드는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 나방과 초파리 같은 곤충이 불빛 주위에 모여드는 현상에 대해서, 이는 곤충이 불을 향해 날아드는 것이 아니라 인공조명이 곤충의 감각에 혼란을 일으켜 광원 주위를 맴도는 것과 같은 비정상적 행동을 일으키는 것이라는 연구 결과가 나왔습니다. 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL) 새뮤얼 파비안 박사와 미국 플로리다 국제대 야시 손디 박사팀은 과학 저널 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에서 고속 적외선 카메라를 사용해 자연환경과 실험실에 설치한 다양한 조명 조건에서 나방과 잠자리, 초파리, 매매 등 곤충의 3차원 비행을 추적, 분석해 이런 결론을 얻었다고 밝힌 바 있습니다. 불빛 등 인공조명이 날아다니는 곤충을 유인한다는 사실은 로마 제국 기록에 곤충을 잡기 위해 빛을 이용했다는 내용이 있을 정도로 오래 전부터 알려져 있었지만 이 현상의 원인은 아직 명확하게 밝혀지지 않았었습니다. 이를 설명하는 가설로는 곤충이 나뭇잎 틈새로 날아다니는 것처럼 빛이 있는 곳을 탈출구로 여긴다는 것부터 달빛을 비행 방향을 찾는 신호로 사용하는 곤충이 실수로 인공조명에 끌린 것이라는 주장, 곤충이 광원에서 나오는 열에 반응하는 것이라는 가설, 어두움에 적응된 곤충의 눈이 인공조명에 멀어 비정상적 비행을 하게 된다는 것까지 다양합니다. 연구팀은 이 연구에서 실험실에서는 고해상도 모션 캡처 카메라로, 자연환경에서는 스테레오 비디오 촬영 장치를 이용해 다양한 인공조명 조건에서 나방, 잠자리, 초파리, 매미 등 다양한 곤충의 3차원 비행을 재구성하고 분석했는데요, 그 결과 곤충들은 비행할 때 등을 광원 쪽으로 향하는 반응(dorsal light response)을 보이면서 이를 통해 비행경로를 수정하는 것으로 나타났습니다. 이런 반응은 태양이나 달빛 같은 자연 광원 아래에서 곤충이 지평선과 정확히 일치하는 비행경로를 안정적으로 유지할 수 있게 해주는 것으로 알려져 있지만, 연구팀은 그러나 인공조명은 곤충의 비행경로를 불규칙하게 만들고 계속 수정하도록 해 현기증을 유발함으로써 곤충이 인공조명에 이끌리는 것처럼 보이는 행동을 하게 만든다고 설명했습니다. 즉, 곤충이 광원을 향해 날아가거나 광원 주위를 맴도는 것이 아닌데도 광원으로 인한 비정상적인 행동 때문에 그렇게 보인다는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.19
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이공계 과목 중에서 화학과 생물학의 차이점은 어떤건가요?
안녕하세요. 화학과 생물학은 모두 자연과학의 중요한 분야이지만, 연구 대상과 접근 방법에 있어서 차이가 있습니다. 두 과목의 차이점을 이해하기 위해서는 이들이 다루는 주제와 연구하는 방법을 구체적으로 살펴보는 것이 좋습니다. 화학은 물질의 구성, 성질, 반응을 연구하는 학문입니다. 원자와 분자 수준에서 물질이 어떻게 변하고 상호작용하는지에 초점을 맞춥니다. 화학자들은 물질의 화학적 성질, 반응, 에너지 변화를 연구하며, 이 과정에서 새로운 물질을 합성하기도 합니다. 주요 연구 분야로는 유기화학, 무기화학, 물리화학, 분석화학 등이 있습니다. 예를 들어, 화학에서는 물이 수소와 산소로 이루어져 있다는 것, 물질들이 어떻게 결합하여 새로운 화합물을 형성하는지, 화학 반응이 발생할 때 열이 발생하는지 흡수하는지 등을 연구합니다. 생물학은 생명체와 생명 현상을 연구하는 학문입니다. 생명체의 구조, 기능, 유전, 진화, 생태계를 포함한 다양한 생명 현상을 다룹니다. 세포, 유전자, 생리적 과정을 연구하며, 살아 있는 유기체가 어떻게 상호작용하고 진화하는지에 대해 집중합니다. 주요 연구 분야로는 분자생물학, 세포생물학, 생태학, 유전학, 진화생물학 등이 있습니다. 예를 들어, 생물학에서는 세포가 어떻게 분열하고, 생명체가 어떻게 에너지를 얻어 활동하는지, 유전자가 자손에게 어떻게 전달되는지 등을 연구합니다. 또한 화학은 실험을 통해 물질의 변화를 측정하고 분석하는 데 중점을 둡니다. 다양한 화학 반응을 통해 물질의 성질과 반응 경로를 파악하는 실험을 진행합니다. 화학 실험에서는 주로 시험관, 플라스크, 분광기, 크로마토그래피 등의 도구를 사용하여 물질을 분석하고, 정량적으로 측정하는 것이 핵심입니다. 반면에 생물학은 살아 있는 유기체 또는 그 유기체의 부분을 관찰하고 실험을 통해 연구합니다. 세포를 관찰하거나 유전 정보를 분석하는 실험이 주로 이루어집니다. 생물학 실험에서는 현미경, DNA 분석 장비, 배양기 등과 같은 도구가 많이 사용됩니다. 생물학에서는 생명체의 복잡성을 이해하기 위해 실험적 접근뿐만 아니라 관찰 연구와 데이터 분석도 중요합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.19
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