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고무줄이 여름에 늘어나는거하고 겨울에 늘어나는 정도가 다르던데 왜 그런건가요??
안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 온도가 올라가면 고분자 사슬의 열적 운동이 활발해지는데요 즉, 분자들이 더 많이 흔들리고 자유롭게 움직이게 됩니다. 이 상태에서 고무를 늘리면, 사슬을 정렬시키는 데 더 많은 에너지가 필요하지만, 동시에 사슬이 끊어지지 않고 훨씬 부드럽게 늘어날 수 있는 여유가 생깁니다. 그래서 여름에는 고무줄이 잘 늘어나고, 적은 힘으로도 큰 변형이 일어나는 것입니다.반대로 겨울처럼 온도가 낮아지면, 고분자 사슬의 운동이 크게 제한됩니다. 사슬이 굳어 있고 움직임이 둔해지기 때문에, 고무를 잡아당겨도 사슬이 잘 재배열되지 못하는 것이며 그 결과 같은 힘을 주었을 때 늘어나는 정도가 작고, 더 뻣뻣하게 느껴집니다. 심한 경우에는 국소적으로 응력이 집중되어 고무가 끊어지기도 합니다.분자 결합이 온도에 영향을 받아서 늘어나고 덜 늘어나느냐는 부분에 대해서는 우선 공유결합 자체가 늘어나거나 약해지는 것이 아닙니다. 고무의 주사슬을 이루는 탄소–탄소 결합은 여름·겨울 온도 차이로 영향을 받을 만큼 약하지 않습니다. 달라지는 것은 결합 사이의 회전 자유도와 분자 사슬의 배열 가능성입니다. 또 하나 중요한 개념은 유리전이온도(Tg)인데요, 고무는 Tg가 매우 낮아서 상온에서는 탄성체 상태로 존재하지만, 겨울철 저온에서는 Tg에 가까워지면서 부분적으로 딱딱해지는 경향이 나타납니다. 이로 인해 고무줄이 잘 안 늘어나는 느낌을 더 강하게 주게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
26.01.15
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길거리에 눈오면 뿌리는 염화칼슘 때문에 안전하긴 한데 환경오염과는 거리가 먼가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 염화칼슘은 즉각적인 독성 물질은 아니지만 반복적으로 대량 사용 시에는 분명한 환경 부담을 유발할 수 있는 물질입니다. 염화칼슘은 물에 녹을 때 강한 발열 반응을 일으키고, 용액의 어는점을 크게 낮춥니다. 그래서 영하 10~20도에서도 눈과 얼음을 효과적으로 녹일 수 있고, 비탈길처럼 사고 위험이 큰 구간에서는 즉각적인 안전 확보 수단으로 매우 유용합니다. 하지만 염화칼슘은 시간이 지나면 물과 함께 흙, 배수로, 도로 가장자리로 흘러들어가 칼슘 이온(Ca²⁺)과 염화 이온(Cl⁻) 형태로 남습니다. 물론 이 자체가 독극물은 아니지만, 환경에서는 영향을 줄 수 있는데요, 첫번째는 토양 환경에 미치는 영향입니다. 염화칼슘이 반복적으로 유입되면 토양의 염류 농도가 상승합니다. 특히 염화 이온은 토양 미생물과 식물 뿌리에 스트레스를 줄 수 있고 일부 식물은 삼투압 불균형으로 인해 수분 흡수가 어려워지고, 미생물 군집도 변화합니다. 그 결과, 길가 식물이 겨울 이후 유독 잘 말라 죽거나, 봄에 새싹이 약해 보이는 현상이 나타날 수 있습니다. 두번째는 하천이나 배수로에 가해지는 영향인데요, 염화칼슘이 녹아 배수로를 통해 하천으로 들어가면, 염분 농도가 미세하게 상승합니다. 일반적인 제설량 수준에서는 큰 문제가 되지 않지만, 도심이나 경사지에서 매년 반복적으로 다량 사용될 경우, 담수 생물의 생리적 스트레스 요인이 될 수 있습니다. 이 역시 단번에 눈에 띄는 오염보다는, 누적 효과가 문제입니다.다만 사람의 안전과 생명 보호는 중요하기 때문에 염화칼슘 사용은 생물학적, 사회적으로 정당화됩니다. 즉 염화칼슘은 필요한 곳에는 쓰되, 불필요한 남용은 피해야 할 물질이라고 보시면 되는데요 넓은 면적에 무차별적으로 뿌리는 것은 바람직하지 않지만, 경사로·교차로·보행 취약 구간에 한정적으로 사용하는 것은 환경적으로도 허용 가능한 선택입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
26.01.15
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감기 바이러스는 최종적 진화로 숙주를 죽일까여?
안녕하세요.질문해주신 것처럼 감기 바이러스는 최종적으로 숙주를 모두 죽이는 방향으로 진화하지 않습니다. 오히려 대부분의 경우에는 전파 효율을 극대화하는 방향, 숙주를 심하게 아프게 하되 빨리 죽이지는 않는 쪽으로 진화 압력이 걸립니다.바이러스는 독해지고 싶어서 진화하는 것이 아닙니다. 바이러스에게 선택되는 유일한 기준은 다음 숙주로 얼마나 잘 전파되느냐인데요, 숙주를 빨리 죽여버릴 경우 전파 기회가 줄어들기 때문에 이는 진화적으로 불리한 전략입니다. 따라서 병원성은 전파 과정에서의 부수적 결과이지, 진화의 목표가 아닙니다.감기 바이러스인 리노바이러스, 계절성 코로나바이러스, 아데노바이러스 등의 경우에는 이 점에서 매우 성공적인 병원체인데요, 이들은 상기도에서 증식하면서 기침, 재채기, 콧물 같은 증상을 유발합니다. 이 증상들은 숙주에게는 불편하지만, 바이러스 입장에서는 비말 전파를 극대화하는 장치입니다. 반대로 폐 깊숙한 곳에서 치명적인 염증을 일으키는 바이러스는 전파되기 전에 숙주가 격리되거나 사망할 가능성이 커질 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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인체 면역 시스템에 있어서 과잉 반응의 원리는?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 인체 면역 시스템에 있어서 과민 반응, 일명 알레르기 반응이 나타날 수 있습니다. 먼저 정상적인 면역계는 크게 세 단계를 거치는데요 첫째, 비자기와 자기를 구별하는 인식 단계, 둘째, 병원체에 맞는 적절한 강도의 반응을 유도하는 활성 단계, 셋째, 병원체가 제거된 후 반응을 종료하고 기억만 남기는 억제 단계입니다. 이 과정에서 핵심은 공격이 아니라 정밀한 조절인데요 면역계는 항상 공격과 억제 신호가 동시에 존재하며, 이 균형이 유지될 때 정상 상태가 됩니다.알레르기와 자가면역 질환은 이 균형이 서로 다른 지점에서 무너진 결과입니다. 먼저 알레르기를 살펴보면, 이는 면역계가 원래 해롭지 않은 외부 항원, 예를 들어 꽃가루, 음식 단백질, 집먼지 진드기 등을 병원체로 오인하는 데서 시작됩니다. 정상적인 경우 이러한 항원은 점막 면역과 조절 T세포에 의해 무시되거나 관용 상태로 유지됩니다. 그러나 알레르기 체질에서는 이 관용 기전이 제대로 형성되지 않고, 대신 Th2 면역 반응이 과도하게 활성화됩니다.이 과정에서 중요한 분자적 특징은 IgE 항체의 과도한 생성인데요, B세포가 특정 항원에 대해 IgE를 만들면, 이 IgE는 비만세포와 호염기구의 표면에 결합합니다. 이후 동일한 항원이 다시 들어오면, IgE가 교차 결합되면서 비만세포가 폭발적으로 활성화되고, 히스타민·류코트리엔·프로스타글란딘 같은 염증 매개 물질이 방출됩니다. 이 반응은 병원체 제거에는 도움이 되지 않으면서, 재채기·가려움·부종·호흡곤란 같은 증상만 유발합니다. 즉, 알레르기는 면역 반응의 방향이 잘못 설정된 상태라고 볼 수 있습니다.자가면역 질환은 훨씬 더 근본적인 문제를 포함합니다. 이는 면역계가 자기 자신의 구성 요소를 비자기로 인식하는 상태인데요, 정상적인 면역계에서는 T세포와 B세포가 만들어질 때, 스스로를 공격할 가능성이 있는 세포는 흉선과 골수에서 제거되거나 비활성화됩니다. 공통점은 알레르기와 자가면역 모두에서 면역 억제 신호가 상대적으로 약화되어 있다는 점입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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포도당은 밥대신할 수 잇는 물건인가여?
안녕하세요. 말씀하신 포도당이라는 것은 탄수화물을 구성하는 기본 단위체에 해당합니다. 따라서 포도당은 에너지원은 될 수 있지만, 식사를 온전하게 대신할 수는 없습니다.포도당은 우리 몸에서 가장 즉각적으로 사용되는 단순 에너지원이기 때문에 혈액으로 바로 흡수되어 뇌, 적혈구, 근육에서 ATP 생성에 사용되며, 특히 뇌는 평상시 에너지의 대부분을 포도당에 의존합니다. 그래서 저혈당 상태에서는 포도당 섭취만으로도 어지러움이 사라지고 살 것 같다는 느낌이 들 수 있습니다. 이 때문에 포도당 사탕이 판매되고, 응급 상황이나 격한 운동 후 보충용으로 사용됩니다.하지만 식사란 단순히 열량을 공급하는 행위가 아닌데요, 생물학적으로 식사는 지속 가능한 에너지 공급, 신체 구성 성분인 근육, 효소, 호르몬의 재료 제공, 포만 신호를 통해 섭식 행동을 종료시키는 역할. 대사 항상성의 안정화 역할을 수행해야 합니다. 하지만 포도당은 이 중 첫 번째 기능만 아주 짧은 시간 동안 수행합니다.포도당 사탕을 밥 대신 먹었을 때 포도당이 입으로 들어오면 소화 과정 없이 빠르게 흡수되어 혈당이 급상승합니다. 이에 따라 췌장에서 인슐린이 급격히 분비되고, 혈중 포도당은 세포로 빠르게 이동하거나 지방으로 저장됩니다. 문제는 이 과정이 너무 빠르다는 점입니다. 혈당은 다시 급격히 떨어지고, 뇌는 이를 에너지 위기로 인식하여 더 강한 식욕 신호를 보냅니다. 결과적으로 잠깐 기운은 나지만, 곧 더 강한 허기와 폭식 충동이 뒤따르게 됩니다.또한 포도당만 섭취할 경우 포만 호르몬 시스템이 거의 작동하지 않는데요, 단백질과 지방이 위와 장에 들어와야 분비되는 PYY, GLP-1, CCK 같은 호르몬이 나오지 않기 때문에, 뇌는 아직 식사가 시작되지 않았다고 판단합니다. 그래서 포도당을 먹고도 계속 무언가를 찾게 되는 현상이 발생합니다. 이 상태는 식탐 조절 측면에서 가장 불리한 조건입니다.영양학적으로도 포도당은 치명적인 한계를 가집니다. 포도당에는 아미노산, 지방산, 비타민, 무기질, 식이섬유가 전혀 없기 때문에 포도당만으로는 근육 유지, 효소 합성, 호르몬 생성, 장 건강 유지가 모두 불가능합니다. 짧은 기간이라도 포도당을 식사 대용으로 반복하면, 신체는 에너지 과잉과 영양 결핍이 동시에 나타나는 매우 비정상적인 상태에 들어가게 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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먹는데에서도 도파민이 나오는지 궁금해여?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 먹는 행위 자체에서도 도파민은 분비됩니다. 특히 단맛, 지방, 바삭한 식감, 반복적으로 손이 가는 음식은 뇌의 보상계를 강하게 자극하는데요, 이때 분비되는 도파민은 포만감과는 다른 신호로, 이 행동을 다시 하라는 학습 신호에 가깝습니다. 그래서 배가 고프지 않아도 먹게 되고, 먹는 동안에는 멈춤 신호가 약해지며, 나중에 돌아보면 언제 이렇게 먹었지?라는 무의식적 섭식이 발생하게 됩니다. 이때 중요한 기전 중 하나는 자동화된 섭식 회로인데요, 반복적으로 특정 음식을 같은 장소, 같은 상황에서 먹으면, 전전두엽의 판단을 거치지 않고 기저핵 회로가 바로 행동을 실행합니다. 이 경우 손이 먼저 움직이고, 먹은 뒤에야 인지가 따라옵니다. 이건 의식이 약해서가 아니라, 학습이 너무 잘 된 상태입니다.대량 구매는 하지 않는 것이 좋은데요, 뇌는 접근 가능성을 보상 가치로 인식합니다. 집에 음식이 많이 있으면, 그것만으로도 도파민 예측 신호가 발생합니다. 이는 개인 성향 문제가 아니라 실험적으로도 확인된 현상입니다. 차라리 비효율적이더라도 소량만 자주 구매하는 편이 생물학적으로 훨씬 유리합니다.또한 먹는 상황을 느리게 만들어야 합니다. 도파민은 빠른 보상에 가장 강하게 반응합니다. 서서 먹기, 봉지째 먹기, 화면 보며 먹기는 모두 도파민 폭발 조건입니다. 반대로 접시에 덜고, 앉아서, 씹는 시간을 늘리면 도파민 곡선이 완만해지고, 렙틴이라는 포만 신호가 작동할 시간을 벌 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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조난 당했을 때 필요한 휴대 장비로 3가지 꼽으라면?
안녕하세요.조난 상황에서 생존을 좌우하는 것은 체형이나 체력이 아니라, 인체 생리의 취약 지점을 얼마나 빨리 보완하느냐입니다. 조난 시 실제로 생존 확률을 가장 크게 높여주는 휴대 장비로 첫째는 정수 기능이 있는 물 확보 장비입니다. 인간은 음식 없이는 수 주를 버틸 수 있지만, 물이 없으면 평균 3일을 넘기기 어렵습니다. 특히 체중이 많이 나가는 사람일수록 기초대사량이 높고 체내 수분 회전율이 커 탈수가 더 빠르게 진행됩니다. 둘째는 체온 유지가 가능한 보온 장비입니다. 조난 사망의 상당수는 굶주림이 아니라 저체온증 때문입니다. 지방이 많다고 해서 추위에 강할 것이라는 인식과 달리, 비, 바람, 습기에 노출되면 체지방이 오히려 열 손실을 가속하기도 합니다. 알루미늄 코팅 보온포는 체열의 복사 손실을 80% 이상 줄여 주며, 이는 생물학적으로 심장·뇌 기능을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다.셋째는 위치 신호를 보낼 수 있는 구조 신호 장비입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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초보바가 장기 보존이 가능한 이유가 무엇일까여?
안녕하세요.초코바가 비교적 장기 보존 식품처럼 취급될 수 있는 이유는 미생물 생존에 불리한 조건이 갖추어져 있기 때문입니다. 초코바의 가장 핵심적인 특징은 수분 함량이 매우 낮다는 점인데요, 대부분의 세균과 곰팡이는 증식하기 위해 자유로운 물, 즉 수분활성도가 필요합니다. 초콜릿은 지방과 당류가 주성분이어서 물이 거의 없고, 설령 소량의 수분이 있더라도 당과 지방에 의해 강하게 결합되어 있어 미생물이 이용할 수 없습니다. 이 때문에 세균은 물론, 곰팡이조차 증식하기 어려운 환경이 됩니다.두 번째 이유는 지방 중심의 구조때문인데요, 초콜릿의 연속상은 물이 아니라 지방입니다. 대부분의 미생물은 물을 기반으로 한 환경에서만 생리활동이 가능하기 때문에, 지방으로 둘러싸인 구조 자체가 생물학적 생존에 부적합합니다. 즉, 초콜릿은 미생물에게는 영양은 있어 보이지만 접근할 수 없는 상태에 가깝습니다.세 번째로 중요한 점은 당의 삼투압 효과인데요, 초코바에 포함된 설탕은 고농도로 존재하면서 삼투압을 높입니다. 만약 외부에서 세균이 묻더라도, 세균 내부의 수분이 빠져나가 세포가 탈수되는 현상이 일어나 증식이 억제됩니다. 이는 잼이나 꿀이 잘 상하지 않는 원리와 유사합니다.또한 초콜릿이 녹는 것은 지방의 결정 구조가 무너지는 물리적 변화이지, 수분이 생기는 것이 아닙니다. 따라서 녹았다고 해서 세균이 갑자기 증식할 수 있는 환경이 되지는 않습니다. 다만, 녹았다가 다시 굳는 과정에서 표면에 설탕이 재결정화되는 블룸 현상이 생기면 맛과 식감은 나빠질 수 있지만, 이것이 곧 부패를 의미하지는 않습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.15
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장내 미생물 균형이 인체 면역에 미치는 영향은?
안녕하세요.말씀해주신 것처럼 장내 미생물 균형이 인체 면역에 미치는 영향은 현재 생명과학과 의학에서 가장 활발히 연구되는 주제 중 하나이며, 단순한 연관 수준을 넘어 면역계의 형성과 조절에 직접적으로 관여한다는 점이 비교적 분명해졌습니다. 우선 장은 인체 면역세포의 약 70%가 존재하는 기관으로, 장 점막에는 외부 항원과 끊임없이 접촉하는 장관면역계가 형성되어 있는데요 장내 미생물은 이 면역계에 지속적인 자극을 제공함으로써 면역세포가 과도하게 반응하지도, 지나치게 둔감해지지도 않도록 훈련시키는 역할을 합니다. 정상적인 장내 미생물 다양성이 유지될 경우, 대식세포, 수지상세포, T세포 등의 분화와 기능이 균형 있게 조절되며, 특히 조절 T세포의 활성은 염증을 억제하고 자가면역 반응을 막는 데 핵심적입니다.특정 균주와 면역의 관계도 상당 부분 밝혀졌는데요 예를 들어 Bifidobacterium과 Lactobacillus 계열은 장 상피세포의 밀착결합을 강화하여 장벽 누수를 줄이고, 병원균 침입 시 과도한 염증 반응을 완화하는 데 기여합니다. 또한 일부 장내 세균이 생성하는 단쇄지방산은 면역세포의 에너지 대사와 유전자 발현에 영향을 주어 항염증성 환경을 조성합니다. 이러한 기전 덕분에 장내 미생물 불균형은 알레르기, 염증성 장질환, 자가면역질환 위험 증가와 연관됩니다.하지만 일반적인 건강 상태의 성인에게서 단일 균주를 늘린다고 해서 감기 횟수가 눈에 띄게 줄거나 몸이 확 달라졌다고 느낄 정도의 변화가 나타나는 경우는 드뭅니다. 면역력은 하나의 기능이 아니라, 선천면역, 후천면역, 염증 조절, 장벽 기능 등이 복합적으로 작동한 결과이기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.14
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감자와 벼 어느것이 기르기 쉬운지 궁금해여?
안녕하세요.일반적인 자연 조건만 놓고 보면 감자가 벼보다 기르기 쉽습니다. 다만 유럽에서 감자가, 아시아에서 벼가 주식이 된 이유는 환경, 기후, 사회 구조가 각각 다르게 맞아떨어졌기 때문입니다. 우선 벼는 생육 과정에서 많은 물을 지속적으로 필요로 합니다. 논을 만들기 위해서는 평탄한 지형, 물을 가두고 조절할 수 있는 수리 시설, 그리고 장기간의 관리 노동이 필수적입니다. 벼는 물이 부족해도, 너무 많아도, 물 관리가 불안정해도 수확량이 크게 감소합니다. 즉 벼농사는 자연 조건뿐 아니라 인간의 개입과 관리 기술에 크게 의존하는 작물입니다. 반면 감자는 물에 잠길 필요가 없고, 비교적 척박한 토양과 서늘한 기후에서도 잘 자랍니다. 토양이 완벽히 평탄하지 않아도 되고, 물 관리도 벼처럼 정교할 필요가 없습니다. 씨감자만 심어두면 생육 과정에서 사람이 개입해야 할 요소가 상대적으로 적으며, 초기 농업 기술 수준에서도 안정적으로 수확이 가능한 작물입니다. 이 점만 보면 생물학적으로는 감자가 벼보다 훨씬 기르기 쉬운 작물에 가깝습니다.그럼에도 불구하고 아시아에서는 벼가 주식이 된 이유는 기후와 지형의 영향 때문인데요 동아시아와 동남아시아는 여름 강수량이 많고, 큰 강 유역에 넓은 평야가 발달해 있어 논농사에 매우 유리했습니다. 물이 많은 환경에서는 벼가 잡초와 경쟁에서 유리하고, 단위 면적당 생산량도 매우 높아집니다. 따라서 노동은 많이 들지만, 인구를 부양하기에는 벼가 훨씬 효율적인 작물이었습니다.반대로 유럽은 여름 강수량이 비교적 고르지 않고, 산지와 구릉이 많으며, 겨울이 길고 서늘합니다. 이런 환경에서는 논농사가 어렵고, 오히려 감자처럼 서늘한 기후에 강하고 토양 적응력이 높은 작물이 안정적이었습니다. 특히 감자는 같은 면적에서 얻을 수 있는 열량이 매우 높아, 산업화 이전 유럽 인구 증가를 가능하게 한 핵심 작물이 되었습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
26.01.13
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