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환경에 따라 성별이 바뀌는 생물들은 왜 그렇게 진화한 건가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 일반적으로 생물들은 태어날 때 성별이 정해져있지만 일부 어류나 파충류, 무척추동물에서는 환경이나 개체의 크기, 사회적 요인에 따라 성이 바뀌는 현상이 나타나는데요, 이 현상은 단순한 특이 현상이 아니라, 번식 성공도를 극대화하기 위해 진화적으로 선택된 전략입니다. 어떤 종에서는 큰 개체일수록 많은 알을 낳을 수 있고, 작은 개체일수록 알을 지키거나 정자를 뿌리는 쪽이 더 유리한데요, 예를 들어 청줄돔같은 어류는 작을 때는 암컷으로 살다가, 어느 정도 커지고 무리를 지배할 힘이 생기면 수컷으로 바뀝니다. 이렇게 하면 작을 때는 알을 낳으며 번식에 기여하고, 클 때는 무리를 지배하며 수컷으로 더 많은 암컷과 짝짓기를 할 수 있기 때문입니다. 반면 광어, 농어류 일부에서는 어릴 때 수컷으로 살다가, 나중에 덩치가 커지면 암컷으로 바뀌는데요, 왜냐하면 암컷의 번식 성공은 체격이 클수록 낳는 알의 수가 많아지기 때문에, 성적으로 큰 이득을 보기 때문입니다. 즉, 성별 전환은 개체의 크기·연령에 따라 어느 성으로 사는 것이 더 번식적으로 유리한가를 최적화하는 전략인 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.24
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카멜레온이나 문어의 색의태는 어떤 원리인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 카멜레온과 문어가 보여주는 색 의태 현상은 단순히 피부에 색소만 있는 것이 아니라, 피부에 존재하는 특수 세포들의 다층적 구조와 신경·호르몬 조절에 의해 이루어집니다. 카멜레온의 피부는 여러 층의 특수 세포로 이루어져 있는데요, 멜라노포어는 검은색 계열 색소(멜라닌)를 포함한 세포로, 색소 입자를 확산시키면 피부가 어두워지고, 응축시키면 밝아집니다. 잔토포어는 각각 노란색, 붉은색 색소를 가진 세포로 피부의 기본적인 따뜻한 색을 만듭니다. 마지막으로 이리도포어는 가장 중요한 층으로, 구아닌 결정이 격자처럼 배열되어 있어 빛의 파장을 반사·굴절시킵니다. 카멜레온은 이 세포의 구조를 미세하게 조절해 반사되는 빛의 파장을 바꾸어 파란색·녹색·심지어 금속성 색까지 낼 수 있습니다. 즉, 카멜레온의 색 변화는 단순히 색소의 양에 의해 결정되는 것이 아니라, 피부 세포 결정 구조를 능동적으로 조절하여 빛의 간섭 효과를 바꾸는 것이 핵심인데요, 이 과정은 신경 신호와 호르몬에 의해 빠르게 일어납니다. 다음으로 문어나 오징어, 갑오징어 같은 두족류는 카멜레온보다 더 정교한 위장을 할 수 있는데요, 그 이유는 피부에 색소세포와 반사세포, 그리고 발광세포까지 갖추고 있기 때문입니다. 또한 문어의 경우 눈이 매우 발달해 주변 환경의 패턴과 색을 인식한 뒤, 뇌에서 즉시 신경 신호를 보내 피부 세포 배열을 바꾸므로, 색뿐 아니라 질감과 무늬까지 흉내 낼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.24
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식물의 2차세포벽은 왜 죽은 세포벽이라고 부르는 것인가요?
안녕하세요.질문해주신 것과 식물 세포벽을 "살아있는 세포벽"과 "죽은 세포벽"으로 구분하는 표현은 세포의 생리적 상태와 기능과 관련이 있는데요, 우선 1차 세포벽은 세포가 분열하고 자라날 때 처음 형성되는 세포벽으로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴으로 구성되어 있기 때문에 비교적 유연하고 신장성이 좋습니다. 세포가 성장하면서 늘어나야 하기 때문에 가변적인 구조이며, 이 시기의 세포는 대사 활동을 활발히 하고 있으며, 살아있는 원형질(세포질)을 가지고 있기 때문에 살아있는 세포벽이라고 부릅니다. 반면에 2차 세포벽은 세포가 성장을 멈춘 후, 1차 세포벽 안쪽에 새롭게 침착된 세포벽인데요, 셀룰로오스가 훨씬 조밀하게 배열되고, 리그닌(lignin) 성분이 침착되어 있기 때문에 매우 단단하고 불투수성이 큽니다. 이로 인해 결과적으로 세포벽이 두꺼워져서 더 이상 신장이 불가능해지며, 리그닌 등의 성분으로 인하여 물질 교환이 불가능해지기 때문에 결국 내부 원형질이 죽게 되어서 죽은 세포벽이라고 부르는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.24
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대체감미료를 먹었을 때 단맛을 느낄 수 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것과 같이 설탕 이외의 대체감미료를 먹었을 때에도 단 맛이 느껴지는 이유는 혀의 단맛 수용체와 분자 구조의 상호작용 때문입니다. 혀의 맛봉오리에는 단맛 수용체(T1R2/T1R3 단백질)가 있는데요 이 수용체는 G-단백질 연결 수용체(GPCR)의 일종으로, 특정한 입체 구조를 가진 분자가 붙으면 활성화되어 뇌로 단 맛이라는 신호를 보냅니다. 즉, 꼭 포도당이나 자당이 아니더라도 수용체에 맞는 열쇠 모양(분자 구조)을 가진 물질이면 단맛을 느낄 수 있습니다. 천연 및 합성 감미료(아스파탐, 사카린, 스테비오사이드 등)는 설탕과 완전히 동일한 화학식은 아니지만, 수용체가 인식할 수 있는 공간적·전하적 배열을 가지고 있는데요, 그래서 설탕과 유사하게 단맛 수용체를 자극하는 것이며, 일부는 설탕보다 훨씬 강하게 결합하기 때문에 같은 양으로도 수십~수천 배의 단맛을 낼 수 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.08.24
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물의 자동이온화 반응이 일어나는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 산-염기 반응이 나타날 때 물은 스스로 약한 산과 약한 염기로 동시에 작용할 수 있는데요, 자동이온화가 일어나는 이유는 물 분자가 양성자(H⁺)를 주고받을 수 있는 능력을 갖기 때문입니다. 물 분자는 O–H 결합이 극성이며, 산소는 전기음성도가 크기 때문에 전자 밀도가 산소 쪽으로 치우쳐 있는데요, 이 때문에 수소 원자는 부분 양전하(δ⁺)를 띠어 쉽게 떨어져 나갈 수 있습니다. 이때 한 분자의 물이 산(Acid)처럼 H⁺를 내놓을 수 있고, 다른 분자의 물이 염기(Base)처럼 H⁺를 받아들일 수 있는데요 따라서 물 분자끼리 충돌 시, 일부가 H⁺를 주고받게 되며 상온(25 ℃)에서 물 분자들이 끊임없이 운동하다가 일부가 이온화되며, 대부분은 다시 결합합니다. 즉 물은 순수해도 이온이 전혀 없는 것이 아니라 소량의 H+을 주고 받은 이온 상태로 존재하게 되며 이 때문에 pH 개념을 정의할 수 있고, 산성과 염기의 기준이 마련됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.08.24
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스테이크를 뒤집는 횟수와 타이밍이 열전달과 표면 갈변에 미치는 영향이 무엇인가요
안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 스테이크 조리에서 언제, 얼마나 자주 뒤집는가는 단순한 조리 습관이 아니라 열전달 방식과 화학 반응(특히 갈변, Maillard 반응)에 직접적으로 관여하는데요, 우선 스테이크가 팬이나 그릴에 닿으면 전도와 복사 및 대류를 통해 열이 내부로 퍼집니다. 이때 한쪽 면만 오래 두면 열이 한쪽에서 깊숙이 들어가고 반대쪽은 상대적으로 차가운 상태가 되어, 내부 온도 분포가 비대칭이 됩니다. 뒤집기를 적게 할 경우에는 한쪽 면이 오랫동안 가열되어 표면이 빠르게 갈변하고 바삭한 껍질이 잘 형성될 수 있지만, 내부 온도가 한쪽에서만 들어가므로 중앙부까지 고르게 가열되기까지 시간이 오래 걸리고 과열 및 수분 손실이 늘어날 수 있습니다. 반대로 뒤집기를 자주 할 경우 열이 양쪽에서 번갈아 들어오기 때문에 내부가 더 고르게 데워집니다. 이로 인해 스테이크 전체가 목표 온도에 빨리 도달하고, 내부 온도 기울기가 완만해져 균일한 미디움 레어나 미디움을 얻기 쉽습니다.대신 한쪽 면에 장시간 고온이 머무르지 않기 때문에 표면의 강한 갈변이나 두꺼운 크러스트는 다소 약해질 수 있습니다. 다음으로 Maillard 반응은 아미노산과 당이 140~165℃ 이상에서 반응하여 갈색 색소와 향미를 만드는 과정인데요, 한 면을 오래 구우면 해당 면이 지속적으로 높은 온도를 유지하므로 짙은 갈변과 진한 풍미가 납니다. 자주 뒤집으면 표면이 열을 받다가 곧 식는 과정을 반복하므로, 각 사이클에서 갈변 속도가 조금씩 끊기게 되며 따라서 고르게 얇은 갈변층이 형성되고, 강렬한 크러스트는 약할 수 있습니다. 그러나 충분히 예열된 팬에서 자주 뒤집더라도, 전체 누적 열량이 확보되면 갈변은 일어나므로 완전히 부족해지지는 않을 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.08.23
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카페인 추출 실험 및 물벼룩 심장박동 실험에 대해서..
안녕하세요. 질문해주신 것처럼 카페인 추출 실험 및 물벼룩 심장박동 실험을 진행하실 때, 카페인 분자(C₈H₁₀N₄O₂)는 천연이든 합성이든 화학식과 구조가 완전히 동일하므로, 카페인만 순수하게 분리해서 물벼룩이나 식물에 투여한다면 생리학적 효과에 차이는 나지 않을 것입니다. 다만 실제 실험에서는 공저추출된 커피의 메틸잔틴이나 폴리페놀, 에너지음료의 타우린 등의 다른 성분이 미량만 섞여도 결과에 영향을 줄 수 있으므로 따라서 순도 관리와 대조군 설계가 중요할 것 같습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.08.23
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듣는것만 해도 왜이리 지치는것인지 궁금합니다
안녕하세요.네, 말씀하신 것처럼 듣기만 해도 지치는 이유는 뇌의 정보 처리 과정과 심리적 부담이 크게 작용하기 때문인데요 말을 듣는 동안 청각 피질은 단순히 소리를 감지하는 데서 그치지 않고, 언어를 해석하고 의미를 연결하며, 기억 속 정보와 비교하고 통합하는 일을 계속합니다. 즉, 듣는 행위는 단순한 소리 인식이 아니라 끊임없는 정보 처리 작업이기 때문에 뇌의 에너지를 많이 소모합니다. 또한 듣는 것은 상대방이 언제 멈출지, 어떤 핵심을 말할지 알 수 없기 때문에 집중을 놓지 않고 기다리는 태도가 필요한데요, 이런 지속적 주의집중은 뇌의 전두엽과 작업 기억을 계속 사용하게 하여 피로를 유발합니다. 즉 대화에서 말을 하면 능동적으로 흐름을 조절할 수 있지만, 듣기만 하면 수동적이 되는데요 수동적 상태에서는 자율성 상실감이 커지고, 뇌는 "언제 끝날까"라는 긴장과 예측 불가능성을 처리해야 해서 더 지치게 됩니다. 게다가 단순히 정보만 듣는 것이 아니라 상대의 감정, 말투, 뉘앙스를 해석하며 공감 반응까지 해야 하며 특히 흥미롭지 않거나 부정적 주제일 경우, 공감 회로가 스트레스로 작용하면서 피로가 더 빠르게 쌓이는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.23
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무향실에 가게 되면 사람이 공황이오거나 소리를 듣게 느껴지나요
안녕하세요.사람이 무향실에 들어갔을 때 공포나 불안, 심지어 환청 비슷한 경험을 하게 되는 것은 뇌와 감각 시스템의 특성 때문인데요, 이는감각 박탈의 효과입니다. 평소 사람의 뇌는 외부에서 끊임없이 들어오는 소리, 빛, 촉각과 같은 감각 자극에 맞춰 활동을 유지하는데요 무향실은 벽·천장·바닥에서 반사음이 전혀 없어 절대적인 정적 상태가 되므로, 청각에 입력되는 정보가 거의 사라집니다. 이런 환경은 뇌 입장에서 이상 상태로 받아들여지고, 감각 입력 부족을 메꾸기 위해 내부 잡음을 증폭시키는데 이때 자신의 심장 박동, 혈액이 흐르는 소리, 근육의 수축음, 관절 마찰음까지 들리게 되며 이런 소리가 생소하고 낯설게 느껴지면서 불안이 증폭됩니다. 또한 인간의 뇌는 단순히 자극을 받는 기관이 아니라, 앞으로 어떤 자극이 올지 예측하는 기관인데요 따라서 외부 소리가 차단되면, 뇌는소리가 있어야 정상인데 왜 없지? 라는 불균형을 느끼게 되며 이때 뇌는 스스로 가짜 소리를 만들어내어 그 공백을 채우려 하며, 이 때문에 환청처럼 뭔가 들린다고 착각할 수 있습니다. 이는 시각적 입력이 사라졌을 때 환영이 나타나는 것과 유사한 원리입니다.또한 사람은 ‘완전한 정적’이라는 환경에 익숙하지 않은데요 무향실에서는 방향 감각을 잃고, 자기 신체 내부 소리에 과도하게 집중하게 되며, 이는 고립감·통제 상실감을 불러옵니다. 이런 상태가 심해지면 공황 발작(심박수 증가, 호흡 곤란, 극도의 불안) 으로 이어질 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.23
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우유는 산성인가요 알칼리인가요??
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 우유가 산성인지 알칼리성인지에 대해서는 두 가지 다른 관점이 섞여 있어서 혼란이 생길 수 있는데요, 우선 화학적으로 측정한 pH 기준으로 봤을 때 신선한 우유의 pH는 약 6.5 ~ 6.8 정도입니다. pH 7이 중성이므로, 이 범위는 약산성이며 따라서 화학적으로는 산성에 가깝다고 말할 수 있습니다. 하지만 영양학, 생리학적 분류 기준으로 식품을 섭취한 뒤 몸에서 대사 후 남기는 최종 산화 생성물(회분, ash) 을 기준으로 분류하는 경우가 있는데요 우유는 칼슘, 마그네슘 같은 알칼리성 무기질이 풍부하기 때문에 대사 후 체내에서 알칼리성 반응을 나타내는 식품으로 분류됩니다. 이 때문에 건강서적이나 인터넷에서는 우유는 알칼리성 식품이라고 흔히 표현하기도 합니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.08.23
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