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식물의 광합성에 영향을 미치는 요소.
안녕하세요. 광합성량이 빛의 세기와 이산화탄소 농도가 증가할수록 점점 증가하지만, 일정 수준에 도달하면 더 이상 증가하지 않는 이유는 광합성 과정에서 여러 가지 제한 요인이 있기 때문입니다. 이 제한 요인들은 식물이 더 많은 빛과 이산화탄소를 이용하여 광합성을 할 수 없게 만들며, 그 과정이 포화 상태에 도달하게 됩니다. 우선 광합성 과정에는 여러 효소들이 관여하는데요, 특히 루비스코라는 효소는 이산화탄소를 고정하는 데 중요한 역할을 합니다. 빛의 세기와 이산화탄소 농도가 증가하더라도, 루비스코와 같은 효소의 활성도에 한계가 있기 때문에, 일정 수준 이상에서는 더 이상 효율적으로 광합성 반응을 촉진할 수 없습니다. 다음으로 식물의 엽록체는 빛 에너지를 흡수하고 이를 화학 에너지로 전환하는 곳입니다. 엽록소와 기타 색소가 빛을 흡수하는 데는 한계가 있으며, 빛의 강도가 너무 강해지면 엽록체가 빛을 더 이상 효율적으로 흡수하지 못하거나 손상될 수 있습니다. 이로 인해 광합성량이 더 이상 증가하지 않게 됩니다. 이외에도 식물은 잎의 기공을 통해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출합니다. 기공의 개폐 조절에도 한계가 있으며, 너무 많은 이산화탄소가 있어도 식물의 조직으로 이를 더 빠르게 흡수하거나 처리할 수 없게 됩니다. 광합성은 여러 단계로 이루어지며, 빛 반응과 캘빈 회로로 나뉩니다. 빛 반응에서 ATP와 NADPH를 생성하고, 캘빈 회로에서 이산화탄소를 고정하는데, 이 두 과정의 속도가 서로 맞물려야 합니다. 이산화탄소나 빛의 공급이 많아도 캘빈 회로가 처리할 수 있는 속도에 한계가 있기 때문에, 일정 수준 이상에서는 더 이상 광합성량이 증가하지 않습니다. 마지막으로 물이 부족하거나 온도가 적절하지 않으면 광합성 과정에 영향을 미칩니다. 빛의 세기나 이산화탄소 농도가 충분해도 물 부족이나 극단적인 온도에서는 광합성이 제한될 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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왼손잡이에 비해 오른손잡이가 압도적으로 많은 이유가 무엇인가요?
안녕하세요.한국 뿐만이 아니라 전세계적으로 인구를 살펴보더라도 오른손잡이가 왼손잡이에 비해서 압도적으로 많은데요, 비율은 약 9:1 정도가 된다고 합니다. 왜 오른손잡이가 압도적으로 많은지에 대해선, 다음과 같이 생각해볼 수 있습니다. 우선 양육과정에서의 부모 역할을 꼽을 수 있습니다. 대부분 부모님들은 자녀들이 오른손잡이로 성장하게끔 지대한 역할을 합니다. 숟가락이나 각종 물건을 쥐어줄 때에도 오른손으로 잡도록 가르치는데요, 이는 사회의 환경과 문화가 오른손잡이 위주로 되어 있기 때문입니다. 글을 쓸 때나 읽을 때에도 왼쪽에서 오른쪽으로 쓰고 읽는 것만 봐도 대부분이 오른손에 유리하게끔 형성되어 있습니다. 언어측면에서도 한국에서 오른손을 바른손이라고 칭하고, 영어에서도 right를 오른쪽, 올바른이라고 하는 것과도 이와 무관하지 않습니다. 과거에는 물론 지금처럼 오른손잡이가 압도적으로 많지는 않았을 것입니다. <왜 호모사피엔스만 살아남았을까>라는 저서에 따르면 우리가 대부분 오른손잡이가 된 이유는 인류가 석기를 만들고 사냥을 시작하였기 때문이라고 말하는데요, 좌뇌는 손의 사용과 언어를 주로 관장하는데, 결국 석기를 잘 만들기 위한 정교한 손동작은 좌뇌가 활성화되어야 더 수월하기 때문입니다. 그래서 죄뇌의 운동조절기능의 영향을 받는 오른손잡이가 고대 인류에게는 약간 더 유리했고, 오른손잡이가 왼손잡이보다 약간 더 많았을 것이라는 추론입니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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바다에 사는 동물은 어떻게 호흡을 하나요?
안녕하세요. 해양생물의 호흡원리에 대해서 설명드리겠습니다. 우선 어류의 경우에는 폐호흡을 하는 인간과는 달리 '아가미호흡'을 합니다. 아가미를 사용해 물속에서 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하는 방식으로 호흡하는 방식인데요, 물고기는 입을 열어 물을 들이마십니다. 이 물은 아가미를 통해 몸 밖으로 흘러나갑니다. 아가미는 여러 개의 아가미 호흡판으로 구성되어 있습니다. 이 호흡판에는 미세한 혈관들이 촘촘히 분포해 있어 물과 혈액이 가까운 거리에서 접촉할 수 있게 합니다. 물이 아가미 호흡판을 통과할 때, 물속에 녹아 있는 산소가 확산에 의해 혈액으로 들어갑니다. 이 과정은 산소 농도가 높은 물에서 낮은 농도를 가진 물고기 혈액으로 산소가 이동하는 원리로 이루어집니다. 동시에, 혈액 속의 이산화탄소가 물로 확산되어 배출됩니다. 이렇게 산소와 이산화탄소가 교환되는 과정을 통해 물고기는 호흡을 합니다. 다양한 물고기 종류에 따라 호흡 방식이 약간 다를 수 있습니다. 예를 들어, 폐어와 같은 일부 물고기는 물속에서 아가미로 호흡할 뿐만 아니라, 공기 중의 산소를 호흡할 수 있는 폐를 가지고 있습니다. 이들은 물이 부족하거나 산소 농도가 낮은 환경에서도 살아남을 수 있습니다. 이와 같이 물고기의 호흡은 그들이 살아가는 환경에 적응한 독특한 구조를 가지고 있어 효율적으로 산소를 얻고 이산화탄소를 배출할 수 있습니다. 반면에 돌고래나 고래 같은 경우에는 어류에 속하지 않으며 해양에 서식하는 포유류이기 때문에, 인간과 마찬가지로 폐호흡을 하는 생명체입니다. 고래의 호흡법은 독특하며, 효율적으로 물속에서 오랜 시간 숨을 참을 수 있도록 적응되어 있습니다. 고래는 머리 위에 있는 숨구멍을 통해 공기를 들이마시고 내쉽니다. 이 숨구멍은 인간의 코와 비슷한 역할을 합니다. 고래가 물 위로 떠올랐을 때, 숨구멍을 열어 공기를 빠르게 들이마십니다. 숨을 다 쉬고 나면, 숨구멍이 닫혀서 물이 들어가지 않도록 보호합니다. 고래는 공기를 내뱉을 때, 숨구멍을 통해 물기와 함께 강하게 내보냅니다. 이 과정에서 물방울과 함께 공기 중의 수증기가 분출되어 분수 같은 물기둥이 형성됩니다. 이 물기둥은 고래의 종류에 따라 모양과 크기가 다를 수 있습니다. 고래는 한 번의 깊은 숨으로 많은 양의 산소를 흡수할 수 있습니다. 고래의 폐는 일반적인 육상 포유류보다 산소를 훨씬 더 효율적으로 흡수합니다. 또한, 고래는 혈액 속에 산소를 저장하는 마이오글로빈이라는 단백질이 풍부하여, 물속에서 긴 시간 동안 숨을 참을 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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오징어의 먹물은 어떤 성분을 포함 하고 있나요?
안녕하세요. 오징어 먹물은 주로 멜라닌, 뮤코단백질, 효소, 그리고 소량의 아미노산과 미네랄 등으로 구성되어 있습니다. 이때 멜라닌이란 먹물의 어두운 색을 담당하는 색소로, 먹물에 짙은 검은색을 부여합니다. 이 멜라닌은 오징어가 포식자로부터 도망칠 때 방어 목적으로 사용됩니다. 다음으로 뮤코단백질은 먹물이 끈적한 성질을 띠게 만드는 성분입니다. 이 점성 물질은 먹물이 물속에 오래 머물도록 돕고, 포식자를 혼란스럽게 만듭니다. 먹물에는 효소 성분이 포함되어 있으며, 이 효소들은 포식자의 후각을 방해하거나 혼란스럽게 할 수 있습니다. 또한 오징어 먹물에는 다양한 아미노산과 소량의 미네랄이 포함되어 있어 독특한 맛과 향을 형성합니다. 또한 오징어 먹물은 식용이 가능한데요, 순환기 질환의 예방 및 뇌에 필요한 불포화지방산의 함량이 많고, 콜레스테롤의 함량이 낮으며 항암·항관절염 및 항변비 등에 효과가 우수한 다당류의 함량이 높기 때문입니다. 이외에도 인체의 미량 조절물질인 각종 무기질의 함량이 풍부해 생리기능적 측면에서 주목할 만한 가치를 지니고 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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손톱은 어떤 성분으로 이루어져 있으며 왜 잘라도 다시 생기나요?
안녕하세요. '손톱'이란 손가락 말단 부위에 붙어 있는 반투명의 단단한 케라틴 판을 말하는데요, 손과 발의 보호 기능뿐 아니라 촉감을 구분하는데 도움이 되며, 물건을 집는 것과 같은 손, 발의 기능 수행에 도움을 줍니다. 이때 손톱은 두께가 약 0.5mm으로 단단하고 투명한 직사각형 모양이면서 볼록한 곡면을 형성합니다. 성분은 케라틴이라는 단백질로 구성되며, 손톱의 뿌리 부분 아래에 손톱을 자라게 하고 생성시키는 모체세포가 있습니다. 특별한 장해가 없는 한 손톱은 계속 자라며, 영양 공급에 따라 표면의 형태가 달라질 수 있습니다. 손톱이 계속 자라는 이유는 손톱이 피부의 연장선으로 만들어지는 케라틴이라는 단백질로 구성되어 있기 때문입니다. 손톱은 손가락 끝의 보호 기능을 수행하고, 물건을 잡거나 섬세한 작업을 도울 수 있도록 진화했습니다. 손톱이 자라는 과정은 손톱 뿌리에서 시작됩니다. 손톱 뿌리는 피부 아래에 있는 손톱 기질이라는 부위에서 세포가 계속 분열하면서 새로운 손톱 세포가 만들어집니다. 새로운 세포가 생성되면, 오래된 세포는 점점 밀려 손톱 끝으로 나와 자라게 됩니다. 이 과정은 지속적으로 일어나기 때문에 손톱은 계속 자라게 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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항생제가 몸에 들어와서 하는 일이 뭔가요?
안녕하세요. 항생제(antibiotic)란 세균을 죽이거나 세균의 성장을 억제하는 약을 말하는데요, 원래 항생제는 원래 진균(곰팡이)과 같은 미생물이 생존 경쟁의 관계에 있는 세균을 억제하기 위해 만드는 물질로 자연에서 우연히 발견되었습니다. 최근에는 과학의 발전에 힘입어 다양한 항생제들을 개발, 합성하여 사용하고 있습니다. 처음 발견된 항생제인 페니실린이 1940년대에 사용되기 시작하면서 세균에 의한 질병(감염질환)과 그로 인한 사망이 급격히 줄어 들었는데요, 항생제의 등장은 이후 인류의 삶을 바꾸어놓은 혁명적인 사건으로 받아들여지고 있습니다. 현재 사용되고 있는 항생제는 그 작용 기전과 항균범위에 따라 분류하고 있습니다. 작용하는 부위에 따라서 세포벽, 세포막, 리보좀, 핵산에 작용하는 항생제로 나눌 수 있고 항생제가 효과를 나타내는 세균의 범위에 따라서 페니실린, 세팔로스포린, 모노박탐, 카바페넴, 아미노글리코사이드, 퀴놀론 등으로 다양하게 분류되어 집니다. 예를 들어서 일부 항생제는 세균의 세포벽을 만드는 과정을 방해하는데요, 세균은 세포벽이 손상되면 외부 환경으로부터 자신을 보호할 수 없기 때문에 죽게 됩니다. 페니실린 계열의 항생제는 세포벽 합성을 방해하여 세균이 파괴되게 합니다. 이 항생제는 세균의 세포벽을 구성하는 펩티도글리칸이라는 물질의 형성을 막아 세포벽을 약하게 만들어 결국 세균을 죽이게 됩니다. 또는 항생제는 세균의 단백질 합성 과정을 방해해 세균의 성장을 막는데요, 세균은 단백질을 합성하지 못하면 생명 활동을 유지할 수 없습니다. 테트라사이클린과 에리트로마이신 같은 항생제는 세균의 리보솜에 결합해 단백질 합성을 억제합니다.
학문 / 생물·생명
24.11.09
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멘델의 법칙이 유전적 변이와 어떻게 관련이 있는지 아시나요?
안녕하세요. 멘델의 법칙은 유전적 변이가 나타나는 원리와 깊은 관련이 있습니다. 멘델의 법칙이 보여주는 유전의 원칙들은 다양한 형질이 자손에게 전달되는 방식과 변이가 생기는 메커니즘을 설명하며, 이를 통해 개체들 사이에 유전적 다양성이 나타나게 됩니다. 우선 우열의 법칙이 있습니다. 멘델은 특정 형질에서 우성 형질이 열성 형질보다 더 많이 발현된다는 사실을 발견했습니다. 예를 들어, 두 순종의 완두를 교배했을 때 우성 형질이 자손 세대에 나타나는 것을 관찰했습니다. 이 과정에서 우성과 열성 유전자의 조합으로 인해 자손은 다양한 유전자형을 가지게 되며, 이는 형질 발현의 다양성을 높이는 결과를 낳습니다. 이러한 우성과 열성의 표현형 차이는 유전적 변이를 일으키는 요소가 됩니다. 다음으로 분리의 법칙입니다. 멘델의 분리의 법칙은 개체의 각 형질에 대해 두 개의 대립 유전자가 독립적으로 분리되어 자손에게 전달된다는 원리입니다. 이로 인해, 부모가 가진 서로 다른 유전자 조합이 자손에게서 다양한 방식으로 섞여 발현되며, 이는 유전적 변이의 중요한 원인이 됩니다. 분리의 법칙 덕분에 한 쌍의 대립 유전자가 자손에게 독립적으로 전달되고, 새로운 유전자 조합이 나타나게 됩니다. 마지막으로 독립의 법칙입니다. 독립의 법칙은 서로 다른 형질이 독립적으로 유전된다는 개념입니다. 멘델은 두 가지 이상의 형질이 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 자손에게 전달된다는 사실을 발견했습니다. 이 법칙으로 인해 서로 다른 형질이 다양한 방식으로 조합될 수 있으며, 이는 다양한 형질 조합을 가진 자손이 만들어져 유전적 변이가 더욱 증가하게 됩니다. 예를 들어, 완두콩의 색과 모양이 각각 독립적으로 유전되어 여러 가지 색과 모양을 가진 완두콩이 나타날 수 있는 것입니다. 이처럼 멘델의 법칙은 부모 유전자가 자손 세대에서 새롭고 다양한 유전자 조합을 이루는 방식을 설명하며, 유전적 변이가 생기는 핵심 원리를 보여줍니다.
학문 / 생물·생명
24.11.04
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왜 음식물은 시간이 지나면 상하게 될까요?
안녕하세요. 음식물이 시간이 지나면 상하는 이유는 주로 미생물의 활동과 화학적 반응 때문인데요, 음식물이 상하면서 맛, 냄새, 색이 변하게 되는데, 이러한 변화의 주된 원인은 다음과 같습니다. 우선 음식물에는 다양한 미생물이 존재하며, 대표적으로 박테리아, 곰팡이, 효모 등이 포함됩니다. 이 미생물들은 음식물에 있는 수분, 영양분, 적절한 온도를 이용하여 빠르게 증식합니다. 특히 박테리아는 고온이나 습기가 많은 환경에서 매우 빠르게 자라며, 음식물을 부패시키는 원인이 됩니다. 미생물들이 음식물을 분해하면서 가스나 독성 물질을 생성할 수 있으며, 이는 음식물의 부패와 악취를 유발하게 됩니다. 특히 병원성 세균은 부패된 음식물을 통해 인체에 유입되면 식중독을 일으킬 수 있습니다. 또한 음식물 자체에는 원래 효소라는 단백질이 존재합니다. 이 효소들은 본래 음식의 성분을 분해하는 역할을 하며, 시간과 함께 음식물의 영양소를 분해해 상하는 데 기여하게 됩니다. 예를 들어, 과일의 경우 효소가 과일의 당과 산을 분해하면서 과일이 무르게 되고, 점차 맛과 색깔이 변하는 등 신선도가 떨어지게 됩니다. 특히 산소와의 접촉은 음식물의 상함을 촉진하는 요인 중 하나입니다. 산소와 접촉하면 산화 반응이 일어나는데, 이는 지방을 산패시키고 비타민을 파괴하며 음식물의 색과 맛을 변화시킵니다. 예를 들어, 기름이 포함된 음식물은 시간이 지나면서 산패가 일어나고, 이로 인해 불쾌한 냄새가 나며 맛이 변하게 됩니다. 마지막으로 상온이나 습도가 높은 환경은 미생물의 성장과 효소 작용을 더 빠르게 합니다. 특히 여름철에는 기온과 습도가 높아 음식물이 더 쉽게 상하게 됩니다. 이런 이유들 때문에 음식은 신선도를 유지하기 위해 냉장 보관하거나 건조시키고, 밀봉하는 등의 보존 방법을 사용합니다.
학문 / 생물·생명
24.11.04
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수천년이 지나도 왜 꿀을 상하지 않는건지 궁금합니다.
안녕하세요. 꿀은 보관만 잘하면 100년, 1000년이 지나도 변하지 않아 정상 섭취가 가능하다고 하는데요, 보통의 식재료와 음식과 달리 꿀이 오랫동안 상하지 않는 이유는 다음과 같습니다. 벌꿀은 ‘살아있는 식품’이라고 불리는데요, 비타민과 단백질, 미네랄 방향성 물질, 아미노산 등 종합영양성분이 담긴 데다 효소까지 지니고 있어서입니다. 이때 꽃에 있는 당류인 슈크로스가 꿀벌의 입에서 나오는 효소의 작용으로 변화한 것이 바로 이 벌꿀인데 특히 주성분인 포도당의 효과로 원활한 신진대사를 도와 피로회복 효과가 탁월합니다. 식품의약품안전처 ‘식품의 기준 및 규격 고시전문’에 따르면 벌꿀은 ‘꿀벌들이 꽃꿀, 수액 등 자연물을 채집해 벌집에 저장한 것 또는 이를 채밀한 것’으로 규정하고 있습니다. 벌꿀류 제조·가공기준은 ‘화분이나 로얄제리, 당류, 감미료 등 일절 다른 물질을 첨가하지 아니한 것’이라고 명시하고 있습니다. 벌꿀이 소위 ‘유통기한’이 없는 이유입니다. 벌꿀류의 규격·기준을 보면 수분은 21% 이하이고 전화당과 자당이 각각 65% 이하, 7% 이하로 70% 안팎의 당분을 함유해야 합니다. 첨가물 없이 낮은 수분과 높은 당도를 갖추고 있다는 얘기로 미생물이 번식하기 쉽지 않습니다. 여기에 부패방지 효소까지 함유하고 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.11.04
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일부 꽃안에 있다는 그레이아노톡신이라는게 무엇이고 어떤 위험을 갖고 있나요?
안녕하세요. 꿀은 ‘하늘에서 내려준 이슬’이란 말이 있는데요, 그만큼 몸에 좋고 귀한 식품입니다. 이때 꿀 가운데서도 석청(石淸·wild honey)은 특히 귀한 대접을 받는데요, 석청은 야생벌이 깊은 산 속 절벽이나 바위틈 등에 모아둔 꿀을 말합니다. 석청 중에도 특히 유명한 것이 네팔 등 히말라야 부근에서 나오는 꿀인데요, 히말라야 고산족인 ‘파랑게(Honey Hunter)’들이 가파른 절벽을 타고 올라가 목숨을 걸고 채취하는 히말라야 석청은 천식이나 기침, 피부염에 탁월한 효과가 있다고 알려져있습니다. 하지만 히말라야 석청의 국내 수입은 금지되어 있습니다. 2007년 식품의약품안전청에서 일부 석청에 함유된 그레이아노톡신이 인체에 치명적인 작용을 한다는 연구 결과를 발표했습니다. 그레이아노톡신은 해발 3000m 이상 고산지대에 사는 철쭉 속에 다량 함유된 심장독성 물질인데요, 사람이 먹었을 때 저혈압, 구토, 과도한 타액 분비, 무력감, 의식불명, 시야장애 등을 유발할 수 있으며, 경우에 따라선 사망까지 이르게 하는 무서운 물질입니다. 히말라야 부근에서 그레이아노톡신이 함유된 석청이 자주 발견되는 이유는 독소에 면역력을 가진 벌들이 고산지대에 자생하는 철쭉에서 꿀을 채취한 뒤 저장했기 때문일 것으로 보입니다.
학문 / 생물·생명
24.11.04
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