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ATP가 전기 에너지로 어떻게 사용되나요?
안녕하세요. ATP(아데노신 삼인산)는 세포 내에서 에너지를 저장하고 운반하는 중요한 분자입니다. ATP가 분해될 때 방출되는 에너지가 생명 활동을 지원합니다. 이를 통해 다양한 생리적 과정이 수행되는데, ATP의 에너지가 어떻게 활용되는지와 능동 수송에 대해 자세히 설명드리겠습니다. ATP는 세포 내에서 에너지를 전달하는 주요 "에너지 통화"입니다. ATP는 고에너지 인산 결합을 가지고 있는데, 특히 인산 그룹 간의 결합이 깨지면서 ADP(아데노신 이인산)와 무기 인산(Pi)로 분해될 때 상당한 양의 에너지를 방출합니다. 이 에너지가 여러 생리적 작업에 사용됩니다. 에너지가 전기 에너지로 변환되는 과정 ATP의 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되는 과정은 주로 신경세포에서 볼 수 있습니다. 신경세포의 세포막에는 나트륨-칼륨 펌프(Na+/K+ 펌프)라는 단백질이 있습니다. 이 펌프는 ATP의 에너지를 사용하여 나트륨 이온(Na⁺)과 칼륨 이온(K⁺)을 세포 안팎으로 능동적으로 이동시킵니다. 이를 통해 신경세포의 막 전위가 형성되는데, 이 전위 차는 전기 신호(액션 포텐셜)를 생성하고 전달하는 데 사용됩니다. 이 과정이 신경이 전기 신호를 생성하고 전달하는 원리입니다. 다음으로 물질의 이동 방식은 크게 에너지를 사용하는 능동수송과 에너지를 사용하지 않는 수동수송으로 나뉩니다. 능동 수송은 에너지를 사용하여 이온이나 분자를 농도 기울기에 역행해 세포막을 통해 이동시키는 과정입니다. 쉽게 말해, 물질이 고농도에서 저농도로 자연스럽게 확산되는 대신, 반대로 이동하려면 에너지가 필요합니다. ATP의 에너지가 바로 이 능동 수송에 사용됩니다. 나트륨-칼륨 펌프는 세포막에 있는 단백질로, ATP를 사용하여 나트륨 이온을 세포 밖으로 내보내고 칼륨 이온을 세포 안으로 끌어들입니다. 이 과정에서 세포 내외의 이온 농도 차이가 유지되며, 이는 신경 신호 전달 및 근육 수축 같은 생리적 기능에 필수적입니다. ATP는 기계적 에너지로 변환되어 세포 내에서 실제 "기계적 작업"을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 근육 수축에 ATP가 사용됩니다. 근육 세포에는 액틴과 미오신이라는 단백질이 존재하는데, ATP의 에너지를 사용하여 이 단백질들이 서로를 미끄러지듯 끌어당기면서 근육이 수축합니다. 여기서 ATP의 에너지가 기계적 운동을 일으키는 데 직접 사용됩니다.
학문 / 생물·생명
24.11.18
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생물의 유전자의 다양성이 종의 유지에 중요한 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.생물의 유전적 다양성은 종의 생존과 장기적인 유지에 매우 중요합니다. 그 이유는 다양한 유전자가 한 종의 개체들에게 여러 환경적 도전에 대응할 수 있는 능력을 제공하기 때문입니다. 유전적 다양성이 부족할 때 나타날 수 있는 문제들을 살펴보겠습니다. 우선 유전적 다양성이 높은 종은 다양한 유전적 특성을 가지고 있어, 갑작스러운 기후 변화, 새로운 질병, 또는 환경적 스트레스에 더 잘 적응할 수 있습니다. 예를 들어, 어떤 개체들은 더운 환경에 강할 수 있고, 다른 개체들은 질병에 내성이 있을 수 있습니다. 그러나 유전적 다양성이 낮다면, 대부분의 개체들이 동일한 환경 조건에서 취약할 수 있어 멸종 위험이 높아집니다. 유전적 다양성은 개체들이 병원체에 대해 다양한 면역 반응을 가질 수 있도록 합니다. 만약 유전적 다양성이 낮다면, 특정 병원체가 등장할 경우 그 종의 모든 개체가 동일하게 취약해질 수 있습니다. 결과적으로, 전염병이 퍼질 때 집단 전체가 위험에 처할 수 있습니다. 예를 들어, 유전적으로 단일한 농작물이나 가축이 한 질병에 의해 빠르게 영향을 받는 상황과 비슷합니다. 유전적 다양성이 부족할 때, 근친교배가 증가할 가능성이 있습니다. 근친교배는 열성 유전병의 발현 위험을 높이고, 건강하고 적응력 있는 개체를 생산할 확률을 낮춥니다. 이는 종의 전반적인 건강과 번식 성공률을 감소시켜 멸종 가능성을 증가시킵니다. 또한 환경은 끊임없이 변화합니다. 유전적 다양성이 풍부할수록 종은 이러한 변화에 대응하여 진화할 가능성이 커집니다. 만약 다양성이 부족하다면, 진화적 변화가 제한되며, 장기적으로 생존할 수 있는 가능성이 낮아집니다. 즉, 적응력이 떨어져 변화하는 환경에서 도태될 위험이 큽니다. 정리하자면, 유전적 다양성은 생물이 환경적 스트레스와 변화에 잘 대응할 수 있도록 하여 종의 생존과 진화를 촉진합니다. 다양성이 부족하면 적응력과 저항력이 떨어져 멸종 위험이 높아지므로, 유전적 다양성을 보전하는 것이 생태계 보존과 생물 종의 장기적인 생존에 매우 중요합니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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우주에는 분명 인간을 제외한 다른 생명체가
안녕하세요. UFO나 외계 생명체에 대한 비현실적인 현상들을 부정하는 사람들의 이유는 다양한 심리적, 과학적, 그리고 경험적 이유에서 비롯됩니다. 여기에는 몇 가지 주요 원인들이 있습니다. 우선 은 사람들은 과학적인 증거가 명확하게 증명되지 않은 현상을 믿지 않는 경향이 있습니다. UFO나 외계 생명체에 대한 주장들은 종종 뚜렷한 과학적 증거가 부족하거나, 증명하기 어려운 형태로 제시됩니다. 과학자들은 실험적 검증과 재현 가능한 증거를 중요시하기 때문에, 아직 확실하게 입증되지 않은 현상에 대해 회의적일 수 있습니다. 또한 사람들은 자신의 경험과 이해에 기반하여 세상을 해석하는 경향이 있습니다. UFO와 같은 현상은 일상적인 경험에서 벗어나기 때문에, 이를 믿기 어려워하는 것이 자연스럽습니다. 특히, 이러한 현상이 과학의 법칙을 벗어나는 것처럼 보이면, 쉽게 부정하게 됩니다. 이외에도 UFO와 외계 생명체에 관한 많은 이야기들이 과장되거나, 가짜 영상과 사진으로 인해 왜곡된 경우가 많습니다. 이런 허위 정보들이 오히려 진실을 파악하는 데 방해가 되어 사람들의 불신을 키우는 요소로 작용할 수 있습니다. 사람들은 설명할 수 없는 현상보다는 이해할 수 있는 세계에서 안정감을 느낍니다. 외계 생명체의 존재를 받아들이면 기존의 세계관이 흔들릴 수 있기 때문에, 이를 부정하고 현재의 인식을 유지하려는 경향이 있습니다. 결국, 비현실적인 현상을 부정하는 사람들은 대부분 확실한 증거를 필요로 하고, 자신의 경험과 기존 과학적 이해를 벗어나지 않으려는 심리적 안정감을 유지하기 위해 회의적일 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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기온이 떨어지는 시기가 되면 우울감에 빠지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 계절성 정동장애(계절성 우울증)는 특정 계절에만 우울 증상을 보이는 경우를 말하는데요, 주로 햇빛이 적어지는 가을부터 겨울까지 증상이 나타났다가 봄이 되면 좋아지는 경우가 많지만, 드물게 봄부터 여름까지 우울감을 느끼는 사람도 있습니다. 계절성 정동장애는 흔히 우울증이라고 부르는 우울장애의 한 형태로 우울, 피로, 의욕 저하, 무가치감, 집중력 저하 등의 우울 증상을 보입니다. 계절성 정동장애 중 겨울에 발생하는 우울증의 경우 특히 무기력하고 피로를 쉽게 느끼고, 수면 시간이 평소보다 늘어나고, 탄수화물에 대한 갈망이 증가하면서 식욕과 체중이 증가하는 경우가 많습니다. 계절성 정동장애는 가을에 접어들면서 햇빛의 양이 줄어들고, 평소 햇빛에 맞춰 움직이던 우리 몸의 생체시계의 균형이 깨지면서 발생한다고 알려져 있습니다. 햇빛이 적어지면 신경전달물질 중 하나인 세로토닌의 분비가 줄어드는데, 세로토닌 농도가 떨어지면 우울감을 느낄 수 있습니다. 반면 수면을 유도하는 멜라토닌 분비는 늘어나면서 잠이 많아지고 무기력해지기도 합니다. 상대적으로 일조량이 적은 고위도 지방에 거주할수록, 그리고 연령이 낮을수록 계절성 정동장애의 위험도가 높은 것으로 알려져 있습니다. 하지만 추워진다고 신체활동을 줄이기보다는, 햇볕 좋은 날 밖에 나가서 여유롭게 산책하면서 햇볕을 쬐는 시간을 늘리는 것이 좋습니다. 집에 있을 때도 커튼을 걷고 햇볕을 쬐고, 규칙적으로 운동을 하면서 생체리듬을 회복하는 것이 도움이 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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수달과해달의 차이가있나요? 같은 동물이
안녕하세요. 수달과 해달은 모두 족제비과 포유류지만, 수달은 ‘수달속’, 해달은 ‘해달속’에 속하는 생명체입니다. 물에서 주로 생활하는 수달과 해달은 뒷다리의 발가락 사이에 물갈퀴가 있어 헤엄을 잘 치며, 포유류 중 털의 밀도가 가장 빽빽한 편으로 추위에 강합니다. 귀여운 외모와 달리 수달과 해달은 모두 소형 맹수류로 날카로운 이빨과 발톱을 조심해야 하는데요, 전 세계에 존재하는 13종의 수달 중 한국에 서식하는 유일한 수달인 유라시안수달은 우리나라 생태계 최상위 포식자로 인간을 제외한 천적이 없는 상태입니다. 우리나라 천연기념물 330호인 수달은 멸종위기 1급으로 지정되어 있으며, 해달 역시 IUCN 멸종위기종으로 보호가 시급한 야생동물입니다. 수달과 해달의 가장 쉬운 구분법은 사는 곳을 확인하는 것인데요, 수달은 강이나 호수 등 민물에서 살지만, 해달은 이름처럼 바다에서 산다. 수달은 유럽, 북아프리카, 아시아 등에 널리 분포해 있으며, 해달은 주로 태평양 지역의 해안 부근 암초대에 서식하고 있습니다. 수달과 해달은 몸집도 다른데요, 수달은 몸통과 꼬리를 합친 몸길이가 120cm 내외지만, 해달은 몸길이 150cm 내외로 족제비과 중 몸집이 가장 큰 편입니다. 또한 수달과 해달은 머리 모양도 조금 다른데 동글납작한 수달의 머리는 턱 아랫부분만 털이 하얗지만, 해달은 둥근 머리 전체가 흰색입니다. 이외에도 수달과 해달은 헤엄치는 모습으로도 구분할 수 있는데요, 수달은 머리를 물 밖에 내놓고 네 발로 물속을 휘저으며 헤엄치지만, 해달은 배영을 하듯 배를 물 위로 내놓고 헤엄칩니다. 또한 수달은 민물고기, 개구리 등의 먹이를 주로 손으로 잡고 먹지만, 성게, 대합, 홍합, 전복 등을 주로 먹는 해달은 조개를 배에 올려놓고 돌을 내리쳐 껍데기를 깨 먹습니다. 또한 해달은 이 외에 갑각류, 연체동물, 달팽이류 등도 먹으며, 잠잘 때 해조류를 몸에 감아 파도에 떠내려가지 않게 몸을 고정하기도 합니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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일란성 쌍둥이도 얼굴이 다르게 생기는 것은 어떤 이유로 그런 것인가요?
안녕하세요.일란성 쌍둥이가 태어날 때는 동일한 유전자를 가지지만, 자라면서 얼굴이 달라지는 이유는 다양한 환경적 요인과 후천적 영향 때문이라고 볼 수 있습니다. 우선 일란성 쌍둥이라도 서로 다른 생활 습관을 가지거나 각기 다른 외부 환경에 노출될 수 있는데요, 예를 들어, 자외선 노출, 식습관, 운동량, 수면 습관 등이 얼굴 형태나 피부 상태에 영향을 줄 수 있습니다. 후성유전학은 환경적 요인이 유전자 발현에 미치는 영향을 설명하는 분야입니다. 쌍둥이 각각의 후성유전적 표지가 다르게 변형되면, 유전자가 다르게 발현되어 신체적 차이가 생길 수 있습니다. 또한 자라면서 받는 스트레스, 신체 손상이나 질병 경험, 혹은 미세한 생활 습관 차이도 얼굴의 변화에 기여할 수 있습니다. 예를 들어, 한 쌍둥이가 더 자주 웃거나 찡그리는 표정을 지으면 주름이 더 생길 수 있습니다. 이러한 요인들이 복합적으로 작용하여 쌍둥이의 외모가 점점 달라지게 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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암수가 없는 식물도 많은건지 궁금합니다
안녕하세요. 네, 많은 식물이 암수의 생식 기관을 하나의 개체 안에 가지고 있으며, 이들을 자웅동주(monoecious) 또는 양성화(hermaphroditic)라고 부릅니다. 식물의 번식 방식은 매우 다양하며, 암수의 구분 여부에 따라 다른 전략을 사용합니다. 대부분의 꽃을 피우는 식물(현화식물)은 양성화로 되어 있어, 한 개의 꽃에 암술과 수술이 모두 존재합니다. 예를 들어, 장미, 백합, 사과나무, 민들레 등이 있습니다. 양성화 식물은 하나의 꽃에서 수분이 이루어질 수 있어 자가수정을 할 수도 있고, 바람이나 곤충을 통해 다른 꽃과 교배하여 타가수정을 할 수도 있습니다. 자웅동주는 한 개체에 암꽃과 수꽃이 따로 존재하는 경우입니다. 즉, 하나의 식물에 암꽃과 수꽃이 모두 있지만, 같은 꽃에 암술과 수술이 함께 있는 것은 아닙니다. 예로는 옥수수와 호박이 있습니다. 옥수수의 경우, 암꽃은 옥수수 대의 옥수수알이 되는 부분이고, 수꽃은 옥수수대 위의 수염 부분에서 꽃가루를 방출합니다. 반면에 자웅이체 식물은 암나무와 수나무가 따로 존재하는 경우를 의미합니다. 즉, 한 개체는 암꽃만, 다른 개체는 수꽃만을 가지고 있습니다. 예로는 은행나무, 포플러나무, 버드나무 등이 있습니다. 이 식물들은 교배를 위해 다른 개체의 꽃가루가 필요합니다. 암수의 구분이 있는 식물은 유전적 다양성을 높이기 위해 타가수정을 유도합니다. 서로 다른 개체 간의 유전자 교환이 이루어지기 때문에, 유전적으로 다양한 후손을 생산하게 되어 환경 변화에 더 잘 적응할 수 있습니다. 반면, 양성화 식물이나 자웅동주 식물은 자가수정이 가능하여 혼자서도 번식할 수 있는 장점이 있습니다. 이는 상대방이 없는 상황에서도 번식을 이어나갈 수 있는 생존 전략입니다. 정리하자면, 많은 식물이 암수 구분 없이 양성화나 자웅동주 형태로 존재하며, 이러한 번식 구조는 각 식물의 생존 전략과 진화적 적응에 따라 다양하게 발달해 왔다고 보시면 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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혈액형이 왜 아주 다양화되지 않은건가요
안녕하세요.혈액형이 A, B, O라는 세 가지 항원 조합으로 상대적으로 단순하게 구분되는 이유는 인류의 진화 과정과 면역학적 선택 압력에 의해 결정되었습니다. 이 간단한 구분에도 불구하고 인류 생존에 있어서 중요한 생물학적 기능을 수행합니다. 혈액형 다양화가 한정적인 이유를 이해하기 위해 몇 가지 과학적 요인을 살펴볼 수 있습니다. 우선 ABO 혈액형은 특정 유전자 자리(locus)에 의해 결정되며, 이 유전자는 대립 유전자인 A, B, O의 세 가지 형태를 가지고 있습니다. A와 B는 우성 대립유전자이고, O는 열성입니다. 이 세 대립유전자가 다양한 조합을 이루면서 혈액형을 결정하게 됩니다. 만약 더 많은 대립유전자가 추가된다면, 다양한 혈액형이 생길 수 있겠지만, 기존의 세 대립유전자는 안정적인 유전적 구조를 유지하며 세대를 거쳐 전달되어 왔습니다. 따라서 유전적 변화가 새로운 혈액형을 만들 확률이 낮습니다. 혈액형은 면역학적으로 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 특정 전염병이나 기생충이 특정 혈액형을 더 잘 공격할 수 있다면, 그 혈액형을 가진 개체는 생존에 불리할 수 있습니다. 역사적으로 다양한 질병과 환경적 요인이 인류의 혈액형 분포에 영향을 미쳐 왔으며, 생존에 유리한 혈액형이 선택되어 널리 퍼졌습니다. 다양한 병원체와의 전투에서 상대적으로 안전한 조합이 A, B, O 형태로 남아 있는 것입니다. 생물학적으로 중요한 특성들은 진화 과정에서 자주 보존되며, 이는 생존에 기여하는 특정 유전자 구성이 안정적으로 유지되는 이유입니다. ABO 혈액형은 진화적으로 비교적 오랜 기간 유지되어 왔으며, 이는 특정 혈액형이 생존에 있어서 중요한 면역적 이점을 제공했음을 시사합니다. 그 결과, 자연 선택은 ABO 혈액형 시스템을 변화보다는 보존하는 방향으로 작용했을 가능성이 큽니다. 하지만 A, B, O 외에도 Rh 인자 등 다른 항원 시스템들이 혈액형의 추가적인 다양성을 제공합니다. 예를 들어, Rh 양성(+)과 음성(-) 혈액형이 ABO 혈액형과 결합하여 더 많은 조합을 만들어냅니다. 사람의 면역 체계는 단순한 ABO 시스템 외에도 다양한 항원 시스템을 통해 추가적인 다양성을 가지고 있습니다. 하지만, ABO 시스템이 가장 대표적이며, 인류 생존에 있어 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 정리하자면, 혈액형이 제한적인 이유는 유전적 안정성, 면역학적 선택 압력, 복잡한 면역 반응의 위험성 등 여러 요인에 의해 설명됩니다. 지금까지 인류가 진화해 오면서 가장 효율적이고 생존에 유리한 방식으로 혈액형의 구분이 유지되어 왔으며, 이로 인해 ABO 혈액형 시스템이 상대적으로 단순한 형태로 남아 있는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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혈액형에 따라서 바이러스 면역도가 왜 다른건가요
안녕하세요. 신종 코로나바이러스감염증(COVID-19·코로나19) 사태 이후 특정 혈액형과 감염력, 중증도 등의 관계를 연구한 연구 결과들이 발표되었었는데요, A형이 코로나19에 잘 감염되고 중증 발전 가능성이 높은 반면, O형은 코로나19에 다른 혈액형 사람보다 강하다는 연구들이 대표적인 사례들로 손꼽힙니다. A형은 코로나19에 취약하고 중증으로 진전되기 쉬운 혈액형으로 분류되는데요, 션 스토웰 미국 하버드대 의대 브리검여성병원 연구원팀은 A형 혈액을 가진 사람이 코로나19에 감염될 가능성이 높다는 연구결과를 국제학술지 블러드 어드밴시스에 공개한 바 있습니다. 과학자들은 코로나19 바이러스 표면에 있는 스파이크 단백질의 ‘수용체 결합 도메인(RBD)’과 관계가 있을 것으로 추정해왔는데요, 코로나19 바이러스는 표면에 있는 스파이크 단백질의 수용체 결합 영역(RBD)을 숙주세포 표면의 수용체(ACE2)에 결합하면서 체내에 침투하게 됩니다. 스토웰 교수팀은 코로나19 바이러스의 ‘수용체 결합 도메인(RBD)’이 A와 B, O형 혈액과 어떻게 상호작용하는 지 실험했으며, 그 결과 RBD가 다른 혈액형에 비해 A형 혈액에 더 잘 결합하는 것으로 나타났다고 합니다. 혈액은 적혈구 표면에 있는 항원 단백질의 유무와 조합에 따라 A형, B형, AB형, O형으로 분류되는데요, 예를 들어 A형 혈액은 A형 항원과 B형 항체를 갖고 있고 B형 혈액은 반대로 B형 항원과 A형 항체 갖고 있습니다. 연구팀은 A형 혈액의 항원이 RBD와 더 잘 결합해 이런 현상이 나타난다고 분석했습니다. 하지만 한편에선 이를 반박하는 연구 결과도 나왔는데요, 코로나19와 혈액형과 관련이 없다는 유전자 분석결과입니다. 코로나19 환자의 유전체(게놈·한 생명체가 지닌 유전물질 전체)를 분석하는 203개 팀이 참여한 자발적 국제 연구 협력 프로젝트인 ‘코로나19 환자유전학이니셔티브(COVID-19 hg)'는 코로나19 환자와 정상인(대조군)의 유전체 데이터를 각각 대량으로 확보한 뒤 비교해 유독 환자군에서 더 많이 발견되는 염기서열 영역을 찾는 분석을 진행했으며, 그 결과 ABO 혈액형을 결정하는 유전자가 존재하는 영역과 코로나19 환자와의 유의미한 연결고리는 찾지 못했다고 밝혔습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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혈액형이 왜 A B C가 아니고 O형이 있는건가요
안녕하세요. ABO식 혈액형에서 왜 A, B 다음으로 C가 아닌 O형이 된 것인지에 대해서 설명드리겠습니다. 1900년 오스트리아의 병리학자인 란드스타이너(Karl Landsteiner)는 사람의 적혈구와 혈청을 반응시켜 응집 여부를 정리하여 패턴을 발견하고 이를 A군, B군, C군으로 나누었습니다. 1902년 Decastello와 Sturli가 AB 혈액형을 발견했는데요, 처음에는 ABC 혈액형으로 불렸으나, C혈액형의 적혈구는 다른 혈액형의 혈청과 응집을 유발하지 않았으므로, 영어의 without을 뜻하는 독일어 Ohne의 첫글자인 O를 따서 ABO식 혈액형이라고 명명하게 된 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.11.17
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