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합성생물학이 식량 무넺 해결에 제시하는 새로운 가능성은?
안녕하세요.합성생물학(Synthetic Biology)은 유전자를 설계하고 조작해 생명체의 기능을 새롭게 창조하는 첨단 생명공학 분야인데요, 이 기술은 단순한 유전자 조작을 넘어서, 생물 시스템 자체를 프로그래밍하고 재설계함으로써 세계 식량 문제 해결에 매우 실질적인 기여를 할 수 있습니다. 합성생물학을 적용해서 고영양 작물 개발이 가능한데요, 특정 영양소(비타민, 아미노산, 미량 원소)를 기존 작물에 추가하거나 생합성 경로를 강화할 수 있는데요, 예를 들자면 골든라이스(Golden Rice)는 비타민 A의 전구체인 베타카로틴이 풍부한 쌀로 이는 아동 실명 예방에 효과가 있을 수 있습니다. 또한 대체 단백질 및 식물 기반 고기 생산이 가능한데요, 식물이나 미생물(효모, 박테리아)에 단백질 생산 유전자를 삽입해 육류 대체품을 만들게 됩니다. 이외에도 질소 고정 능력을 가진 미생물이나 병해 저항 유전자를 삽입한 미생물을 토양에 적용하여 비료나 농약 사용을 줄이면서도 작물 생장을 촉진하는 친환경 농업 기술로 식량 생산량 향상시킬 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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호주의 개미들은 왜 지상에서 탑을 쌓아올리듯이 집을 짓는 것인가요?
안녕하세요.말씀하신 것처럼 “지상에 탑처럼 흙집을 쌓아올리는 개미”는 대표적으로 호주의 마운드 개미(mound ants) 혹은 터미트 마운드(termite mound)를 짓는 흰개미들이 포함되며, 특히 호주 북부, 아프리카, 남미 등 더운 지역에서 관찰됩니다. 이는 고온, 건조한 환경에 적응한 생존 전략이며, 지하보다 지상 구조가 생존에 유리한 점이 있기 때문인데요, 호주처럼 지면 온도가 50℃ 이상까지 오르는 환경에서는 지하도 뜨거워질 수 있어, 오히려 위험합니다. 이 때문에 개미나 흰개미는 지상에 높게 마운드를 만들어 자연적인 공기 흐름(대류현상)을 유도하는 것이며, 내부에는 복잡한 통로와 통풍 구멍이 있어, 더운 공기는 위로 빠지고 시원한 공기는 아래로 유입되어 내부 온도를 일정하게 유지합니다. 또한 열대 지방은 건기와 우기가 극단적으로 갈리는데요, 지하에 집을 지으면 홍수로 둥지가 침수될 수 있습니다. 이러한 상황에서 탑 구조는 홍수 시에도 개미 무리를 보호할 수 있는 방수 공간을 제공할 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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사람은 광합성을 전혀 하지 않는건가요?
안녕하세요. 네, 그렇습니다. 사람을 포함한 동물은 광합성을 전혀 하지 않는데요, 광합성은 생물 중에서도 특수한 생리 기능이며, 주로 식물, 조류(알게), 시아노박테리아 같은 생물들만이 할 수 있습니다. 광합성이란 이산화탄소(CO₂) + 물(H₂O) + 햇빛 에너지 → 포도당(C₆H₁₂O₆) + 산소(O₂)으로 진행되는 동화과정인데요 식물의 엽록체(Chloroplast)에서 이루어지는 반응으로, 햇빛을 화학 에너지(포도당)로 바꾸는 작용입니다. 사람이 광합성을 하지 못하는 이유는, 엽록소가 없기 때문인데요, 엽록소는 광합성의 핵심 색소로, 빛 에너지를 흡수하는 역할을 하지만 인간 세포에는 존재하지 않습니다. 또한 이러한 현상은 동물과 식물의 생존 전략 차이로도 이해해볼 수 있는데요, 동물은 스스로 움직이며 먹이를 찾고, 식물은 광합성으로 정착된 상태에서 에너지를 얻기 때문에 식물은 광합성을 통해 양분을 얻게 된 것입니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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기린은 하루에 얼마나 많은 나뭇잎을 먹나요?
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 기린은 세계에서 가장 키가 큰 육상동물로, 큰 몸집을 유지하기 위해 매우 많은 양의 먹이를 필요로 하는데요, 특히 나뭇잎을 주로 먹는 초식성 반추동물으로 하루 섭취량은 약 30~35kg의 나뭇잎으로 생각보다 엄청납니다. 하루 16~20시간 동안 먹이활동을 하며, 아카시아 나무의 잎, 꽃, 열매 (특히 가시 달린 잎을 잘 먹음)를 주식으로 삼고, 약 45cm에 달하는 긴 혀와 유연한 입술로 높은 나뭇가지의 잎을 기민하게 따 먹습니다. 기린은 보통 500~1,200kg에 달하는 대형 초식동물인데요, 대사량이 높아 많은 에너지원(당질, 섬유소)이 필요하기 때문에 먹이 섭취량이 많은 것입니다. 또한 특이하게 네 개의 위를 가진 반추동물이므로, 끊임없이 되새김질하고 섬유질이 많은 나뭇잎을 소화해야 합니다. 게다가 아프리카 사바나 환경에서는 물이 부족한 경우가 많기 때문에, 잎사귀에서 수분을 함께 보충합니다. 실제로 기린은 며칠간 물 없이도 생존 가능할 정도로 효율적인 수분 관리 능력을 가지고 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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기린은 어떤 동물과 가까운 친척인가요?
안녕하세요.기린은 독특한 외모 때문에 다른 동물과 쉽게 연결되지 않지만, 분류학적으로는 오카피(Okapi)라는 특정 동물과 매우 가까운 ‘친척 관계’에 있습니다. 기린의 경우 포유강 → 우제목(=발가락 짝수) → 반추아목 → 기린과에 속하는 동물인데요, 기린과에는 현재 기린과 오카피, 두 종의 생명체만 속해 있습니다. 오카피는 아프리카 콩고 민주공화국의 열대우림에 서식하고 있는데요, 외형적으로는 말이나 얼룩말을 닮았지만, 실제로는 기린과 같은 과(Giraffidae)에 속합니다. 또한 다리와 엉덩이에 얼룩말처럼 줄무늬가 있고, 목은 짧지만 기린과 매우 유사한 두개골과 혀의 구조를 가졌습니다. 이외에도 긴 혀(약 30cm)로 나뭇잎을 따먹는 방식, 반추 동물의 위 구조, 심지어 짝짓기 행동과 새끼 양육 방식도 기린과 유사합니다. 이러한 기린과 오카피는 약 1,100만 년 전 공통조상에서 갈라졌다고 추정되고 있으며, 이후 기린은 사바나 환경에 적응하며 목이 길어졌고, 오카피는 우림에 적응하며 목이 길게 진화하지 않았습니다. 따라서 외형적으로만 보자면 기린과 가까울 것이라고 연상되지는 않으나, 분류학적으로는 가장 가까운 생명체라고 할 수 있겠습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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제주도 제주 은갈치의 제철은 언제인가요?
안녕하세요.제주 은갈치의 제철은 가을~초겨울 (9월 ~ 12월경)이라고 할 수 있겠는데요, 9월~12월은 은갈치의 산란 후 회복기입니다. 여름철 산란을 마친 은갈치는 체력이 회복되며 지방과 단백질이 풍부해지고 살이 차오른 상태가 되는데요, 이는 기름기가 많고 살이 부드러우며 단맛이 강해지는 시기입니다. 또한 제주 해역은 가을에서 겨울 사이에 약 18~22도의 적당한 수온이 유지되어 갈치가 깊은 바다로 내려가지 않고 연안에서 잡히기 좋습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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영장류는 지문이 있는데 동물중에서 어떤 동물이 지문이 있나요?
안녕하세요."지문"은 표피의 일부로, 물체를 잡을 때 미끄러짐을 방지하고 감각을 세밀하게 느끼게 해주는 역할을 하는데요, 사람처럼 지문(=피부 융선)이 발달한 동물은 매우 드물지만, 일부 영장류 외 동물에게도 존재합니다. 우선 인간의 경우 모든 손가락에 지문 (고유 식별 가능)을 가지고 있으며, 침팬지, 오랑우탄, 고릴라를 포함하는 영장류의 경우 사람과 거의 유사한 지문 구조를 가지고 있습니다. 이외에도 코알라의 경우에도 사람과 거의 구분 불가능한 지문을 가지고 있습니다. 코알라(Koala)는 초식성 유대류로, 사람과 전혀 다른 계통임에도 불구하고 지문을 가지고 있는데요, 놀랍게도 사람과 매우 유사한 지문 패턴을 갖고 있으며, 심지어 현미경으로 봐도 사람 지문과 거의 구분이 안 되는 수준입니다. 이러한 특징은 이는 나무를 잘 붙잡고, 정밀한 잎 선택(유칼립투스 잎)을 하기 위한 진화적 적응으로 추정됩니다. 이처럼 나무를 타거나 붙잡는 동물의 경우 미끄러짐 방지를 위해 손바닥과 손가락에 마찰이 필요한 환경에 적응하면서 지문이 생겼다고 볼 수 있으며, 정교한 손의 사용을 통해 물체를 조작하거나 감각을 섬세하게 느껴야 하는 경우에도 지문을 갖게 된 것이라고 해석해볼 수 있겠습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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임신기간이 가장긴 포유류는 얼마나 오래 임신하나요?
안녕하세요. 질문해주신 것에 대해 답변드리자면, 포유류 중에서 임신 기간이 가장 긴 동물은 바로 아프리카코끼리(African elephant)입니다. 아프리카코끼리 (Loxodonta africana)는 약 22개월 (660일 내외)의 임신기간을 갖는데요, 우선 코끼리는 포유류 중에서도 매우 지능이 높은 동물입니다. 복잡한 뇌가 태어날 때부터 상당히 발달되어 있어야 하므로, 자궁 안에서 뇌와 신경계의 성숙을 오랫동안 준비해야 합니다. 또한 새끼가 태어날 때 이미 크고 완전한 상태로 나와야 생존에 유리하기 때문에, 자궁 내 성장 기간이 길어졌다는 특징이 있습니다. 또한 코끼리는 한 번 임신하면 수년간 또 임신하지 않기 때문에, 한 번의 임신에 강하고 건강한 새끼를 낳는 전략을 택한 것이라고 이해해볼 수도 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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모기의 천적이고 사냥률이 97%인 곤충은 무엇인가요?
안녕하세요.모기의 천적 중에서 사냥률이 약 97%에 이른다고 알려진 곤충은 바로 잠자리의 유충인 "애벌레(날도래유충 또는 물잠자리유충 포함)" 혹은 성체 잠자리라고 할 수 있는데요, 특히 잠자리의 성충(성체)은 모기를 공중에서 매우 효율적으로 포획하는 능력이 있어 "하늘의 헌터"라고도 불립니다. 캠브리지대 연구에 따르면, 잠자리의 사냥 성공률은 약 95% 이상으로포식 곤충 중 가장 높은 수준입니다. 잠자리의 모기 사냥의 과정에 대해 설명해보자면, 날아다니는 모기를 추적하고 고정된 공중 포인트에서 정확하게 낚아채듯 포획하는데요, 공중에서 먹이 포식까지 마무리하는 매우 효율적인 포식자입니다. 이처럼 잠자리의 사냥 성공률이 높은 이유는 최대 초속 9~10m 속도로 비행, 정지 비행도 가능하며, 먹잇감의 예측 경로를 계산하고, 비행 조절을 실시간으로 수행하기 때문입니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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국내에 러브버그 천적은 없는 것인가요?
안녕하세요. 최근 한국에서도 러브버그(Lovebug, 붉은등우단털파리)의 개체가 많이 증가하면서 천적이 없는지에 대한 의문이 드실 수 있는데요, 최근 기사에 따르면 국내 생물자원관 연구관이 “참새나 까치는 물론, 거미류·사마귀 같은 곤충류까지 러브버그를 잡아먹는 광경이 종종 관찰된다”고 밝혔습니다. 원래 새로운 종이 출현하게 될 경우에는 초창기에는 천적이 없는 것처럼 보일 수 있는데요, 이는 새와 곤충성 천적들이 수요(먹이) 증가에 따라 점진적으로 러브버그를 포식하기 시작한 것으로 볼 수 있으며, 자연 생태계가 외래종에도 적응해가는 전형적인 과정이라고 볼 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.13
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