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진화는 생물학적으로 어떻게 발전하게 되는 건가요?
안녕하세요.생물학적 진화는 유전 가능한 생물 집단의 형질이 시간이 지남에 따라 변화하는 현상, 세대를 거치며 유전자 풀(gene pool)의 구성비가 바뀌는 것, 즉 집단의 유전적 변화를 의미하는데요, 이는 유전적 변이가 자연 선택, 유전적 부동 등과 같은 과정을 거쳐 특정 형질이 집단 내에서 더 흔해지거나 드물어지는 결과로 나타납니다. 이러한 과정을 통해 생물 다양성이 증가하고 새로운 종이 출현하게 됩니다. 즉, 단순히 "더 나은" 쪽으로 발전하는 것이 아니라, 주어진 환경에서 더 잘 살아남고 번식할 수 있도록 유전자가 '선택'되는 과정이라고 볼 수 있습니다. 말씀하신 대로, 후천적 능력은 유전자를 변화시키지 않기 때문에 자손에게 전달되지 않습니다. 그렇다면 진화는 어떻게 일어나는지에 대해서 설명하자면, 돌연변이는 DNA 복제나 세포 분열 중 우연히 생기는 유전적 변화입니다. 이때 대부분은 무의미하거나 해롭지만, 아주 드물게 유리한 변이가 생기기도 합니다. 자연선택은 환경에 더 잘 적응한 개체가 더 많이 살아남고 번식하면서, 그 유전자가 다음 세대로 더 많이 전달됩니다. 예를 들자면 추운 지역에서 털이 두꺼운 개체가 더 잘 살아남아 그 유전자가 퍼지는 것입니다. 즉 말씀하신 것처럼 후천적 특성은 유전되지 않지만, 돌연변이와 자연선택, 유전, 우연 등 다양한 요인이 작용하여 유전자 구성이 세대마다 조금씩 바뀌면서 생물은 점차 진화하게 됩니다.
학문 / 생물·생명
25.07.12
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일하지 않는 일개미는 무엇을 하나요?
안녕하세요. 네, 개미 사회는 매우 조직적이고 체계적으로 보이지만, 실상 그 내부를 들여다보면 일을 하지 않는 일개미들(비활동성 개미)이 상당수 존재한다는 사실은 과학자들도 오랫동안 주목해온 주제인데요, 연구에 따르면, 일개미의 약 20~50%는 언제나 비활동적이며, 하루 중 거의 대부분의 시간을 가만히 있거나 쉰 채로 보냅니다. 이들은 단순히 게으르거나 쓸모없는 개미가 아니라, 집단 전체의 생존과 효율성을 유지하는 데 중요한 역할을 수행하고 있다고 여겨집니다. 또한 눈에 띄지 않지만 유충 청소, 알 정리, 여왕개미 돌봄 등 내부 업무를 수행하는 경우도 많습니다. 이외에도 항상 모든 개미가 바쁘게 움직이기보다는, 일부는 사회적 안정과 신호 조절에 기여한다고도 추정됩니다. 예를 들어, 페로몬 감지와 전달, 군체 내부의 혼잡 완화 등의 역할을 수행할 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.12
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북극곰은 빙하가 녹고 육지에서 어떤 방식으로 적응 중인가요?
안녕하세요.네, 말씀하신 것처럼 실제로 북극곰(Ursus maritimus)은 지구온난화로 인한 해빙의 감소라는 큰 생태적 위기에 직면해 있으며, 일부 개체군은 생존을 위해 육지에서 새로운 방식으로 적응을 시도하고 있는 것으로 보고되고 있습니다. 원래 북극곰은 본래 빙하 위에서 물개를 사냥하며 살아가는 해빙 생태 전문 포식자인데요, 그러나 기후변화로 북극 해빙이 1970년대 이후 약 40% 이상 감소했고, 여름에는 수천 킬로미터의 빙하가 완전히 사라지는 지역도 생기면서, 먹이 사냥터 자체가 사라지는 위기를 맞고 있습니다. 북극곰은 해빙 위에서 먹이를 구하지 못하면 육지로 이동하며, 다양한 방식으로 적응을 시도하고 있습니다. 육지에서 북극곰은 새의 알, 바다코끼리 사체, 순록, 해안 식물, 인간 쓰레기 등 기존에 먹지 않던 다양한 먹이 자원을 섭취하는 모습이 관찰되고 있습니다. 또한 지구 온난화로 인해 북극곰과 갈색곰(불곰)이 서식지에서 만나 교배하여 잡종이 나타나는 현상이 증가하고 있습니다. 이 잡종 곰은 "피즐리" 또는 "그롤라"라고 불리며, 북극곰의 감소와 갈색곰의 북상으로 인해 발생하고 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.12
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참새들은 여름철에도 우리나라에 있던데 보통 서식지의 기온이 몇도정도에서 서식하는 조류인가요?
안녕하세요.참새는 우리가 일상적으로 자주 보는 친숙한 조류지만, 그 생존 환경에 대한 생리적 범위는 매우 넓은 편인데요, 특히 집참새(House Sparrow, Passer domesticus)는 전 세계에 가장 널리 퍼진 조류 중 하나로, 기온 변화에 잘 적응하는 대표적인 종입니다. 우선 참새는 더위와 추위에 어느 정도 둘 다 강한 편입니다. 참새는 여름철 더위에서도 양지와 그늘을 오가며 체온을 조절하는데요, 개방된 부리로 열을 방출하거나, 날개를 들어 겨드랑이 부위를 통풍시키며 더위를 식히며, 물이 충분한 환경에서는 더위에도 비교적 잘 견디며 활동성을 유지합니다. 겨울에는 깃털을 부풀려 공기층을 두껍게 만들어 단열 효과를 높이는데요 또한, 무리를 이루고 서로 밀착해 체온 손실을 줄이고, 낮 동안은 적극적으로 먹이를 섭취해 체온 유지를 위한 에너지 확보에 힘씁니다. 우리나라 여름철 평균 기온(25~35℃ 정도)은 참새의 적정 생존 온도 범위 내에 있으며, 특히 사람이 만든 구조물(지붕, 차고, 간판 틈 등)은 은신처와 둥지 장소를 제공해 주기 때문에, 도심이나 농촌 환경에서도 무리 없이 여름을 나고 번식까지 가능합니다.
학문 / 생물·생명
25.07.10
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칼부리벌새와 바나나시계초의 공진화 관계는 어떤식으로 이루어지나요?
안녕하세요. 말씀해주신 사례는 자연선택이 식물과 동물 양쪽에 상호 작용을 통해 동시적이고 밀접한 진화를 유도한 대표적인 경우입니다. 칼부리벌새는 부리 길이만 8~12cm에 달하며, 몸길이보다 부리가 더 긴 유일한 새인데요, 물론 다른 벌새들도 부리가 긴 편이긴 하지만 몸길이보다 부리가 더 길지는 않습니다. 이 새의 경우 베네수엘라, 콜롬비아, 페루, 에콰도르 등 안데스 산맥에 주로 분포하고 있으며, 주로 꽃부리가 길다란 꽃들의 꿀을 먹습니다. 이러한 칼부리벌새는 바나나시계초(Passiflora mixta)와 '공진화' 관계를 맺고 있는데요, 이때 공진화란 서로 다른 생물 집단이 상호작용하여 같이 진화하는 현상을 말합니다. 이 꽃의 꿀은 긴 꽃부리로 인해 오직 칼부리벌새만이 얻을 수 있으며, 해당 꽃의 분포 지역과 칼부리벌새의 분포 지역은 일치합니다. 일반적인 곤충이나 새로는 꽃가루나 꿀에 도달하기 힘든 구조이며, 대신, 꽃의 깊은 곳에 풍부한 꿀을 저장해두고 오직 특정한 부리 구조를 가진 벌새만 수분이 가능하게 유도합니다. 바나나시계초는 다른 곤충이나 새에 의한 '꽃가루 도둑(pollen thief)'을 피하고, 효율적이고 정확한 수분자(=칼부리벌새)에게만 꽃가루를 주도록꽃의 형태를 길고 좁게 진화시켰습니다. 반대로 칼부리벌새는 바나나시계초와 같은 긴 꽃관을 가진 식물들에서만 꿀을 얻을 수 있기 때문에, 부리를 점점 길고 가늘게 진화시켰습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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조류가 공룡의 후손이라는 근거는 무엇인가요?
안녕하세요.한때는 공룡이 멸종하고 지금의 파충류들이 그 후손이라고 생각했던 시절도 있었지만, 현대 과학은 조류가 곧 ‘살아있는 공룡’의 후손이라는 점을 매우 강력하게 뒷받침하고 있는데요, 우선 조류와 수각류 공룡(특히 티라노사우루스, 벨로키랍토르)은 머리, 목뼈, 쇄골, 앞다리, 골반, 다리뼈, 발톱 구조에서 거의 동일한 특징을 공유합니다. 특히 조류의 가슴뼈에 있는 ‘부리뼈(keel)’, 이는 비행에 중요한 역할을 하는데, 일부 공룡(예: 미크로랍토르, 카우딥테릭스 등)에서도 동일한 구조가 발견됩니다. 또한 과거에는 깃털이 오직 새에만 있는 줄 알았지만, 중국 랴오닝성 등에서 발견된 수많은 공룡 화석에서 깃털 흔적이 발견되었습니다. 특히 드로마이오사우루스과(dromaeosauridae) 공룡은 명확한 깃털 구조를 가지고 있어, 이들이 비행의 초기 단계를 갖고 있었을 가능성이 매우 높다고 봅니다. 이외에도 조류와 일부 공룡은 알을 낳고, 알 껍질이 경질이며, 둥지를 만들고, 새끼를 돌보는 행동이 공통됩니다. 예를 들어, 오비랍토르는 둥지에서 알을 품고 있는 화석이 발견되었고, 이는 조류의 부화 행동과 매우 유사하다고 볼 수 있습니다. 또한 2007년, 미국의 고생물학자들이 티라노사우루스 뼈에서 콜라겐 단백질 조각을 추출하였고, 이 단백질의 서열이 현대 조류(특히 닭)와 매우 유사하다는 사실을 밝혀냈습니다. 유전자 분석에서도 조류와 수각류 공룡의 관계가 파충류보다 훨씬 가까운 것으로 나타납니다. 이러한 증거들을 모아서 조류가 공룡의 후손이라고 볼 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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인간장기 재생 기술의 한계와 미래사회에 어떻게 변화할까요?
안녕하세요.줄기세포를 이용한 인간 장기 재생 기술은 21세기 의학의 핵심이자, 앞으로 인류의 건강과 수명 연장, 삶의 질을 획기적으로 바꿀 수 있는 분야인데요, 황우석 교수의 사례처럼 윤리적 논란이나 과학적 한계도 존재했지만, 그 이후로 성숙한 연구와 실제 적용 가능성이 꾸준히 확대되고 있습니다. 줄기세포는 어떤 세포로도 분화할 수 있는 만능세포인데요 즉, 심장, 간, 신경, 피부 등 필요한 조직으로 변할 수 있어 장기 재생의 근간이 됩니다. 최근에는 줄기세포뿐 아니라 3D 프린팅 기술과 생체 재료를 결합하여, 인공적으로 간, 신장, 심장조직 등을 만들어내려는 시도들이 활발하게 진행되고 있습니다. 하지만 아직까지는 한계가 있는데요, 피부, 각막, 연골처럼 단순한 구조의 조직은 이미 재생에 성공했지만, 심장, 간, 신장처럼 혈관, 신경, 면역계까지 복잡하게 얽힌 장기는 아직 완전한 재생이 어렵습니다. 또한 배아줄기세포(ES cell)는 배아를 파괴해야 하는 윤리적 문제가 있으며, 역분화줄기세포(iPSC)는 분화 과정에서 암세포화 가능성이 존재합니다. 물론 자기 세포로 만든 장기는 거부 반응이 적지만, 기증자 유래 세포나 외부 조직은 여전히 면역계의 공격을 받을 수 있어 이식 전에 조절이 필요합니다. 현재는 장기 기증자가 턱없이 부족하여 수많은 환자가 기다리거나 사망하고 있는데요, 미래에는 재생 장기 기술이 보편화되면 자기 세포로 만든 맞춤형 장기를 빠르게 제공할 수 있어 생명을 살리는 방식 자체가 바뀔 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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슈퍼 박테리아의 생존전략에 대하여 질문
안녕하세요.슈퍼박테리아는 말 그대로 여러 종류의 항생제에 내성을 지닌 '다제내성균(MDR, Multi-Drug Resistant bacteria)'으로, 의학적 치료가 어려운 매우 강력한 병원균을 말하는데요, 이런 슈퍼박테리아가 살아남는 비결은 단순한 ‘운’이 아니라, 진화 과정에서 획득한 정교하고 다양한 생존 전략 덕분이라고 할 수 있습니다. 슈퍼박테리아는 항생제 분자를 직접 파괴하거나 비활성화시키는 효소를 만들어내는데요, 대표적인 효소가 β-락타마제(β-lactamase)입니다. 이 효소는 페니실린, 세팔로스포린 같은 β-락탐 계열 항생제의 구조를 파괴하는데요, 카바페넴 분해 효소(NDM-1 등)는 극소수 항생제에도 내성을 부여하여 치료를 거의 불가능하게 만듭니다. 또한 일부 박테리아는 세포막 구조를 변형시켜 항생제가 안으로 들어오지 못하게 막는 전략을 사용하는데요, 예를 들어 그램음성균은 이중막 구조를 가지고 있어 항생제 투과 자체가 어렵고, 이 구조를 더 강화하거나 막단백질(porin)의 발현을 줄여 항생제 유입을 줄입니다. 반면에 어떤 박테리아는 항생제가 안으로 들어오더라도 곧바로 밖으로 내보내는 ‘배출 펌프’를 가동합니다. 이는 세포 안의 항생제 농도를 낮추어 치명적인 영향을 받지 않게 하는 생존 전략인데요, 예를 들어서 테트라사이클린, 플루오로퀴놀론 계열 항생제에 저항성을 보이는 균에서 잘 나타납니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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해충이라는 기준은 인간입장에서 어떤 형태로 분류하나요?
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 말씀하신 것처럼 "해충"과 "익충"이라는 구분은 생태학적인 분류가 아니라 인간 중심적 관점에서 만들어진 가치 판단입니다. 즉, 자연 생태계의 균형이나 생물 고유의 역할과는 무관하게, 인간의 생활이나 경제에 미치는 영향을 기준으로 한 분류라고 보시면 됩니다. 해충이란, 인간의 입장에서 볼 때 다음과 같은 해를 끼치는 곤충이나 절지동물 등을 말하는데요, 병원균이나 기생충을 옮겨 사람이나 가축에게 질병 유발하거나 식물의 뿌리, 잎, 열매 등을 먹어 수확량 감소시키고, 저장된 곡식, 가공식품 등을 오염 또는 파괴하는 생명체를 해충이라고 할 수 있겠습니다. 또한 동일한 생물이라도 상황에 따라 해충이 되기도 하고 익충이 되기도 하는데요, 예를 들어서 개미의 경우 사체 분해, 씨앗 전파의 측면에서는 익충으로 작용할 수 있으나, 집 침입, 음식 오염 등의 측면에서는 해충이라고 볼 수 있겠습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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지구상에서 모기가 전멸하면 생태계는 어떻게 되나요?
안녕하세요.지구상에서 모기가 전멸할 경우 지구 생태계에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다. 인간의 입장에서 볼 때에는 모기는 인간에게는 말라리아, 뎅기열, 지카 바이러스 등을 옮기는 해충으로 인식되지만, 생태계 전체에서 보면 의외로 중요한 생물학적 역할을 맡고 있는 종입니다. 우선 모기 유충은 연못, 늪, 습지, 논 등의 물속에서 서식하며 작은 어류, 양서류, 곤충, 수서동물의 주요 먹이이며, 성충 모기는 특히 제비, 박쥐, 거미, 개구리, 잠자리, 도마뱀 등 다양한 육상 동물의 먹이로 중요한 위치에 있습니다. 또한 우리가 흔히 잊고 있지만, 수컷 모기와 일부 암컷 모기는 꽃의 꿀(당분)을 먹습니다. 이때 수분(꽃가루 옮기기) 역할도 일부 수행하며, 야생 식물 생태계에서 미세한 수분 네트워크를 유지하는 데 기여합니다. 게다가 모기 유충은 물속의 유기물, 박테리아, 미생물 등을 섭취하여 물속 생태계를 정화하는 역할도 하는데요, 죽은 모기의 사체도 영양분으로 환원되어 토양과 물속 생물의 먹이로 활용됩니다. 모기가 사라질 경우 모기를 주 먹이로 삼는 곤충, 거미, 잠자리 등의 먹이 부족으로 인해 개체 수 감소를 유발하고, 여름철에 모기를 먹고 번식하는 새, 개구리, 박쥐 등의 번식률 저하되며, 모기 유충이 정화하던 물속 생태계에 유기물 축적 및 오염 가능성 증가할 수 있습니다. 따라서 지구상에 모기는 생태계에서 중요한 역할을 수행한다고 볼 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
25.07.09
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