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포유류 중에서 수컷과 암컷 중 수컷이 더 큰 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.질문해주신 포유류에서 수컷이 암컷보다 더 큰 경우가 많은 이유는 주로 성적 이형성(sexual dimorphism)과 성 선택(sexual selection)에 의해 설명할 수 있는데요 이는 성 선택(Sexual selection)의 영향이라고 할 수 있습니다. 우선 수컷 경쟁형 종에서는 번식 기회가 제한적이어서, 수컷들끼리 암컷을 두고 경쟁하는데요, 몸집이 크고 힘이 센 수컷일수록 싸움에서 이기거나 영역을 차지할 가능성이 높아, 더 많은 암컷과 교미할 수 있습니다. 이런 경향이 세대를 거듭하며 누적되면 수컷의 평균 체격이 점점 커지게 됩니다. 또한 어떤 종에서는 수컷의 큰 체격이나 힘이 생존 능력·유전자 우수성의 신호로 해석되는데요, 암컷이 크고 건강한 수컷을 선호하면, 자연스럽게 큰 체격 유전자가 다음 세대로 전달됩니다. 게다가 수컷이 먹이를 구하거나 영역을 방어하는 역할을 주로 맡는 종에서는 체력과 근력이 중요한 선택 압력이 작용하는데요, 예를 들어 수사자는 암사자를 대신해 외부 위협으로부터 무리를 지키고, 코끼리물범 수컷은 해변을 점령해 암컷 집단을 방어하는 것처럼 생활사적인 전략과도 연관이 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.08.12
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뿌리 형성 시 땅속 압력과 세포 증식의 상관관계는 어떻게 규명되나요?
안녕하세요.네, 질문해주신 뿌리 형성 시 토양 속 압력(기계적 저항)과 세포 증식·성장 방향의 상관관계는 식물 생리학과 세포생물학 연구에서 꽤 잘 규명되어 있는데요, 핵심은 기계적 압력 → 세포 내 기계 감지 → 호르몬 신호 변화 → 유전자 발현 조절 → 뿌리 방향 및 형태 변화라는 연쇄 반응이라고 할 수 있습니다. 우선 뿌리 끝(root cap)의 콜루멜라 세포와 주변 표피세포는 기계수용성 이온 채널(mechanosensitive ion channels)을 가지고 있는데요, 땅속에서 자라는 동안 토양 입자, 돌, 단단한 땅에 부딪히면 물리적 압력이 가해지고, 이 채널이 열리면서 칼슘(Ca²⁺) 유입이 일어나고, 칼슘 신호는 매우 빠르게 뿌리 끝에서 분열대(meristem)까지 퍼져 세포분열 속도와 방향을 조절합니다. 이때 압력이 낮은 방향으로 세포벽이 더 잘 늘어나고, 압력이 큰 방향은 세포벽 합성이 빨라져 강화되는데요, 이 과정에서 세포벽 재구성 효소(Expansin, XTH)의 발현이 국소적으로 달라지며, 결과적으로 뿌리는 장애물을 피해서 구부러지고, 분열대의 세포분열 축 방향이 바뀌게 됩니다. 압력 감지 후에는 PIN 단백질이 재배치되어 옥신(auxin) 흐름이 비대칭적으로 변하는데요, 옥신 농도가 높은 쪽은 성장이 억제되고, 낮은 쪽은 성장이 촉진되어 뿌리가 휘어집니다. 이런 반응은 빛이나 중력에 의한 굴성(tropism)과 유사하지만, 기계적 굴성(thigmotropism)이라고 부릅니다. 또한 말씀해주신 장애물 회피(OA, obstacle avoidance)는 단순한 기계 반응이 아니라 유전적으로 코딩된 발달 프로그램이 관여하는데요, 대표적으로 Arabidopsis thaliana 연구에서 MCA1(Mechanosensitive Channel of Arabidopsis) 유전자가 기계 자극 감지에 핵심 역할을 하는 것이 밝혀졌습니다. MCA1, MCA2 변이주는 장애물을 만나도 회피하지 못하고 직진하다가 뿌리 끝이 손상되며, 이외에도 ROP GTPase 신호, ethylene 및 jasmonate 경로가 토양 저항 회피 반응에 관여하는 것으로 알려져 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.12
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자연계에서 이종교배가 가능한이유?
안녕하세요. 네, 질문주신 것처럼 빙하의 면적이 줄어들고 지구온난화의 영향으로 인해 북극곰과 불곰의 교배가 가능해졌는데요, 자연계에서 이종교배가 가능한 이유는 교배하는 두 종이 ‘생물학적으로 완전히 분리되지 않은 상태’이기 때문이며, 다시 말해, 유전적 차이가 있어도 여전히 번식이 가능한 공통 조상과의 유전적 연관성을 어느 정도 유지하고 있기 때문입니다. 우선 북극곰(Polar bear)과 불곰(Grizzly bear)은 약 40만~50만 년 전 공통 조상에서 분리되었는데, 진화 시간으로 보면 꽤 짧은데요, 이런 경우 유전자의 염기서열과 염색체 구조가 거의 비슷해서 교배가 가능하고, 수정란이 발달하는 데 큰 문제가 없습니다. 이때 교배가 가능하려면 염색체 수와 구조가 비슷해야 하는데요, 북극곰과 불곰은 둘 다 염색체 수가 74개로 동일하고, 염색체 구조 차이가 거의 없습니다. 반대로, 염색체 수나 구조가 크게 다르면 배아 발달 과정에서 유전정보가 정상적으로 맞물리지 않아 불임이 되거나 수정이 안 됩니다. 이때 종 분화가 완전히 끝나면 생식적 격리(reproductive isolation)가 생겨서 교배 자체가 불가능하거나, 교배해도 번식 능력이 없는 잡종이 태어나는데요, 북극곰과 불곰은 분리된 뒤 환경 차이로 생태적·행동적 격리는 있었지만, 생물학적 장벽(유전자 불일치)은 아직 완전히 형성되지 않았습니다. 그래서 빙하가 녹아 서식지가 겹치면 자연스럽게 만나 교배가 가능해진 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.12
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인간은 식물을 소화시키지 못하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 인간은 식물을 소화시키지 못하는데요, 이는 특정 효소를 가지고 있지 않기 때문입니다. 즉, 인간이 식물을 온전히 소화시키지 못하는 주된 이유는 식물 세포벽의 주성분인 셀룰로오스(cellulose)를 분해하는 효소가 없기 때문인데요, 셀룰로오스는 포도당이 β-1,4 결합으로 길게 연결된 다당류인데, 인간의 소화 효소(아밀라아제 등)는 α-1,4 결합을 자를 수는 있어도 β-1,4 결합은 자를 수 없습니다. 반면에 초식동물, 특히 소·기린·사슴 같은 반추동물은 반추위에 셀룰로오스를 분해하는 미생물(세균, 원생동물, 곰팡이)을 공생시키고, 이들이 만들어내는 효소(셀룰라아제)를 통해 식물 섬유를 발효시키며 영양분을 얻습니다. 발효 과정에서 만들어지는 휘발성 지방산(VFA)은 위벽에서 흡수되어 에너지원이 됩니다. 반면 인간의 소화기관은 발효 공간이 작고(대장 일부에서 제한적으로 발효), 셀룰로오스를 분해하는 공생 미생물도 상대적으로 적어서, 섬유질은 대부분 소화되지 않고 배설됩니다. 대신 인간은 주로 전분, 단백질, 지방을 분해하는 효소 시스템을 발달시켰고, 그래서 채소나 곡물에 들어 있는 섬유질은 인간에게 영양분 공급원이라기보다 장 운동을 돕고 대장 건강을 유지하는 식이섬유로서 역할을 합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.12
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소가 가진 네 개의 위의 각각의 기능은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 인간과는 다르게 소의 네 개의 위는 모두 역할이 조금씩 다르며, 되새김질과 섬유질 소화를 효율적으로 하기 위해 특화되어 있는데요, 우선 1번 위에 해당하는 '반추위'는 소의 위 중 가장 크고, 발효탱크 같은 역할을 합니다. 풀이나 건초에 포함된 셀룰로오스를 미생물(세균, 원생동물, 곰팡이)이 분해하여 소화 가능한 영양분(휘발성 지방산 등)으로 바꿔주며, 되새김질을 위해 먹이를 일시 저장했다가 다시 입으로 보내 잘게 씹을 수 있도록 합니다. 2번 위에 속하는 벌집위는 반추위와 연결되어 있으며 내부가 벌집 모양의 주름 구조를 가지는데요, 큰 먹이 조각과 작은 먹이를 분리하고, 큰 것은 되새김질로 다시 입으로 보내고 작은 것은 다음 위로 넘깁니다. 또한 금속이나 단단한 이물질을 걸러내는 역할도 있습니다. 3번 위에 해당하는 겹주름위는 내부에 책 페이지처럼 겹겹이 주름이 있어 물과 영양분을 흡수하며, 먹이를 더 잘게 부수고 다음 위로 넘깁니다. 마지막 4번 위인 주름위는 사람의 위와 비슷한 ‘진짜 위’인데요, 위산과 소화효소(펩신 등)를 분비해 단백질을 분해하고, 이전 단계에서 발효된 미생물 자체도 소화하여 단백질 원천으로 활용합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.12
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민들레 잎이 솜털로 변하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.말씀해주신 “민들레 잎이 솜털로 변한다”는 것은 실제 잎이 변하는 현상이 아니라, 민들레 꽃이 씨앗(솜털)으로 변하는 과정을 잘못 보신 경우일 가능성이 큰데요, 마들레의 잎은 꽃이 지더라도 그대로 초록색 잎으로 남고, 털 모양으로 변하지 않습니다.실제로 변하는 것은 ‘꽃’의 일부인데요, 봄에 민들레가 노란 꽃을 피우면, 그 꽃은 수정 후 씨앗을 만드는 구조로 변합니다.민들레 씨앗 하나하나에는 관모(pappus)라는 하얀 솜털 구조가 붙는데, 이 관모는 씨앗이 바람에 잘 날려 퍼지게 해주는 비행장치입니다. 꽃이 지고 씨앗이 성숙하면, 꽃자루 끝의 꽃턱(꽃받침 자리)에서 이 관모들이 우산처럼 펼쳐지며, 이것이 우리가 보는 ‘하얀 민들레 솜털’입니다. 왜 잎처럼 보이는 것이 솜털로 바뀐다고 느끼는 것이냐 하면 민들레는 꽃자루가 길게 올라오고, 그 주변에 꽃받침처럼 보이는 녹색 포엽(잎 모양 구조)이 있는데요, 꽃이 시들고 포엽이 아래로 젖혀지면, 그 자리에서 솜털(관모)이 위로 드러납니다. 그래서 ‘잎이 솜털로 변했다’는 착각이 생길 수 있습니다. 실제로는 잎이 변하는 게 아니라 꽃의 씨앗 부분이 털로 변한 것입니다.
학문 / 생물·생명
25.08.11
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씨 없는 수박을 만드는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.씨 없는 수박은 자연적으로 우연히 생긴 변종이 아니라, 유전학과 식물생리학 원리를 이용해 인위적으로 만들어낸 품종인데요, 종자의 염색체 수 조절을 통해 만들어진 것입니다. 염색체 수를 인위적으로 바꾸는 것이 그 원리인데요, 수박은 원래 이배체(2n), 즉 염색체가 2세트인 상태로 씨가 생기지만 씨 없는 수박은 삼배체(3n) 상태로 만들어집니다. 삼배체 식물은 염색체가 3세트라서, 감수분열이 정상적으로 진행되지 않아 정상적인 씨앗(종자)을 만들 수 없으며 씨가 거의 없는 열매가 됩니다. 우선 콜히친 처리로 네배체(4n) 식물을 만드는데요, 콜히친(colchicine)이라는 알칼로이드를 어린 식물의 생장점에 처리하면, 세포 분열 시 염색체 분리가 억제되어 염색체 수가 2배가 됩니다. 이렇게 얻은 수박은 4n(네배체)이 됩니다. 이후 4n 수박 × 2n 수박을 교배하면 3n 수박 종자가 나오며, 이 3n 종자를 심으면 씨 없는 수박 식물이 자랍니다. 이때 삼배체 수박은 자가수분이 불가능하므로, 수정과 착과를 위해 꽃가루(화분)를 공급해줄 2n 수박 품종을 옆에 같이 심는데요, 이 꽃가루는 배 발달을 유도하지만 정상적인 배(씨앗)는 만들지 못해 속이 비어 있거나 아주 작은 씨 흔적만 있는 수박이 됩니다. 농가에서는 이 방식으로 매년 새로 3n 종자를 만들어 판매하고, 농민은 이를 사서 재배합니다.
학문 / 생물·생명
25.08.11
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치쿤구니아 바이러스 확산속도가 빠르다는데 사실이낙요
안녕하세요.치쿤구니아 바이러스(Chikungunya virus)의 확산 속도가 빠르다는 우려는 최신 보도와 전문가 평가를 통해 사실로 확인되었는데요, 중국 광둥성 포산(Foshan)을 중심으로 지난 몇 주간 8,000명 이상의 감염자가 보고되었으며, 이는 중국 내에서 기록된 최대 규모의 발병입니다. 또한, 타이완에서도 중국에서 유입된 첫 확진자가 확인되며 인접 지역으로의 확산 조짐이 나타나고 있습니다. 이 바이러스가 급속하게 퍼지고 있는 이유는 이 바이러스는 사람 간 직접 전염이 아닌 Aedes 모기를 통한 전파 방식이라, 감염자가 많은 지역에 모기가 있으면 짧은 시간 내에 확산될 수 있는 것인데요, 특히 광둥성의 환경은 이러한 모기 번식에 매우 적합하고, 지역 주민 대부분이 면역력을 갖고 있지 않아 확산이 더욱 빠르면, 전문가들은 이번 발병 규모와 속도를 중대한 공중보건 사건으로 평가하고 있습니다. 하지만 치쿤구니아 바이러스는 코로나19와 달리 사람 간 직접 전염이 거의 없고, 모기를 통해서만 전파됩니다. 따라서 빠른 국지적 확산은 가능하지만, 전 세계적인 대유행 수준으로 이어질 가능성은 비교적 낮다는 의견이 많습니다. 이를 해결하기 위해서는 우선 모기 통제가 가장 효과적인 전략인데요, 광둥성 당국은 모기 산란지 제거, 드론 분무, 방충망 설치, 모기 잡아먹는 물고기 방류 등 적극적이며 광범위한 조치를 시행 중입니다. 감사합니다.
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25.08.11
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같은 기온이더라도 여름에 더 더운 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 질문주신 것처럼 같은 기온이라도 여름에 더 덥게 느껴지는 이유는 인체 생리, 주변 환경 조건, 그리고 감각적 인지의 차이가 복합적으로 작용하기 때문인데요, 우선 여름철은 습도가 높아 땀의 증발이 어려우며, 체온 조절에서 중요한 땀 증발이 느려지면, 피부 표면에 열이 남아 더 덥게 느껴집니다. 즉 같은 25°C라도 습도 80%의 여름은, 습도 30%의 겨울보다 체감 온도가 훨씬 높습니다. 또한 여름은 태양 고도가 높아 지표면으로 도달하는 직사광선의 양이 많은데요, 즉 동일한 기온이라도 여름에는 일사량이 강해, 피부와 주변 환경이 빠르게 가열되며, 반면에 겨울에는 태양 고도가 낮아 간접적으로 열이 전달되므로 체감이 덜합니다. 게다가 더운 환경에서는 피부 혈관이 확장(혈관 확장)되어 혈액이 표면으로 몰리며, 여름에는 이미 혈관이 확장된 상태에서 직사광선과 높은 습도까지 겹치면, 체온이 더 쉽게 상승합니다. 이외에도 여름에는 지면·건물·아스팔트 등이 햇볕을 받아 높은 온도로 가열되고, 이 열이 계속 방출되지만, 겨울에는 지면과 공기 모두 차가워, 동일한 기온이라도 주변에서 받는 열이 적습니다.
학문 / 생물·생명
25.08.11
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바이러스는 왜 생명체로 구분되지 않는 것인가요?
안녕하세요. 질문주신 대표적인 병원체 중 하나인 '바이러스'는 엄밀히 말하자면 생명체라고 할 수 없는데요, 이는 생명체는 기본적으로 구조적, 기능적 기본 단위인 세포로 이루어져 있어야 하지만, 바이러스의 경우에는 세포로 구성되어 있지 않고 단순히 단백질과 핵산 복합체이기 때문입니다. 즉, 단백질 껍질(캡시드) 속에 DNA나 RNA 중 하나만 들어있는 단순한 구조입니다. 또한 생물은 스스로 에너지를 만들고 대사 과정을 유지할 수 있어야 하지만, 바이러스는 자체적으로 대사 활동을 전혀 하지 못하며, 숙주 세포 밖에서는 화학 반응도, 에너지 생산도 불가능합니다. 게다가 바이러스는 스스로 복제할 효소와 단백질 합성 장치가 없어서, 반드시 숙주 세포의 유전정보 해독·단백질 합성 시스템을 빌려야만 증식할 수 있으며, 숙주에 기생하지 않으면 완전히 ‘정지된’ 상태로 존재합니다. 생물 분류에서 중요한 기준인 성장, 자극 반응, 항상성 유지 같은 기능이 숙주 밖에서는 나타나지 않으며, 숙주 세포 안에서만 유전자의 발현과 복제가 일어나기 때문에, 스스로 생명 활동을 지속하는 개체라고 보기 어려운 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
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