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미토콘드리아는 어떤 요인으로 외부세포에서 우리몸의 공생관계로 갖게 된건가요
안녕하세요. 미토콘드리아가 현재의 세포 내에서 공생관계를 맺게 된 이유는 진화적 관점에서 매우 중요한 사건으로, 이는 약 20억 년 전 발생한 세포 내 공생설(endosymbiotic theory)로 설명됩니다. 이 이론에 따르면, 미토콘드리아는 원래 독립적으로 살아가던 고대의 세균이었으며, 이 세균이 다른 원시 세포와 공생관계를 형성하면서 오늘날의 진핵세포 내에 존재하게 된 것입니다. 미토콘드리아의 기원은 알파 프로테오박테리아(alpha-proteobacteria)라는 고대 세균으로 추정됩니다. 이 세균은 스스로 에너지를 생성할 수 있는 능력을 가진 독립적인 생물체였습니다. 미토콘드리아와 이 고대 세균의 유전자와 기능을 비교해 보면, 그 둘이 매우 유사한 특성을 공유하고 있다는 점에서 이러한 진화적 기원을 뒷받침합니다. 약 20억 년 전, 지구의 대기 중 산소 농도가 크게 증가하는 사건이 있었습니다. 이를 산소 대폭발(Great Oxygenation Event)이라고 부릅니다. 이 시기에는 산소를 에너지원으로 사용하는 호기성 생명체가 출현하게 되었으며, 산소를 독으로 여겼던 혐기성 생명체들은 어려운 생존 환경에 직면했습니다. 산소를 이용해 에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 능력을 가진 호기성 세균(미토콘드리아의 조상)은 산소가 증가하는 환경에서 생존과 번영에 유리했습니다. 반면, 산소를 독성 물질로 여겼던 다른 원시 생물들은 산소로부터 보호를 받거나, 산소에 적응할 필요가 있었습니다. 원시 진핵세포는 크기가 점점 커지고 복잡해지면서 더 많은 에너지가 필요해졌습니다. 그러나 그 당시 원시 진핵세포는 에너지를 충분히 효율적으로 생산할 수 없었습니다. 호흡을 통해 산소를 이용해 에너지를 생산할 수 있는 호기성 세균(미토콘드리아의 조상)이 진핵세포와 공생관계를 형성함으로써, 세포는 더 많은 에너지를 얻게 되었고, 호기성 세균은 세포 내에서 보호받으면서 안정적인 환경을 제공받았습니다. 공생관계는 아마도 다음과 같은 단계로 진행되었을 것입니다. 우선 초기에는 호기성 세균이 다른 원시 진핵세포의 세포 안으로 들어갔을 가능성이 있습니다. 이것이 우연한 사건일 수도 있지만, 침입한 세균이 세포 내에서 살아남으면서 독립적으로 존재하기 시작했습니다. 진핵세포와 호기성 세균은 서로에게 이익이 되는 관계를 발전시켰습니다. 호기성 세균은 산소를 이용해 세포가 필요로 하는 에너지를 ATP 형태로 생산해 주었고, 세균은 진핵세포 내에서 안정적인 환경과 영양분을 얻을 수 있었습니다. 이 상호 이익의 관계가 공생으로 발전하게 되었습니다. 시간이 지남에 따라 호기성 세균의 많은 유전자가 진핵세포의 핵으로 이동하여 통합되었습니다. 그 결과로 호기성 세균은 더 이상 독립적으로 존재하지 않고, 세포의 일부로서 기능하게 되었습니다. 즉, 현재의 미토콘드리아는 고유한 DNA를 가지고 있지만, 일부 유전자들은 세포핵의 유전체로 통합되어 더 이상 완전히 독립적으로 생존할 수 없게 된 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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X염색체보다 Y염색체가 작은 이유가 무엇인가요
안녕하세요.X염색체에는 전체 유전자의 10%에 해당하는 2000여 개의 유전자가 존재하는 반면에, Y 염색체에는 약 100여 개의 유전자 밖에 존재하지 않기 때문에, 길이가 X염색체의 3분의 1로 염색체 23쌍 가운데 크기가 가장 작은 것입니다. 좀 더 구체적으로 설명하자면, Y염색체는 남성의 성을 결정하는 역할을 맡고 있으며, SRY 유전자(Sex-determining Region Y)가 포함되어 있습니다. 이 유전자가 남성의 생식 기관을 형성하게 하고, 남성으로 발달하게 만듭니다. 하지만 Y염색체는 성 결정과 관련된 몇몇 필수 유전자만 남기고, 나머지 유전자의 대부분은 퇴화하거나 소실되었습니다. 즉 X염색체에 비해서 Y염색체가 훨씬 작은 것은 염색체 상에 존재하는 유전자의 수에 차이가 있기 때문이라고 생각하시면 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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육식을 많이 하면 산도가 높아진다고 하는데 사실인가요?
안녕하세요. 네, 맞습니다. 사람은 해부학적으로 많은 양의 고기를 섭취할 수 없는 초식동물의 소화기관을 가지고 있는데요, 육식동물은 장의 길이가 짧아서 먹이가 소화되지 않은 상태에서도 부패되기 전 몸 밖으로 배출할 수 있습니다. 하지만 인간은 초식동물처럼 장이 길고, 위의 산도가 비슷해 육류를 제대로 살균할 수 없어 육류 섭취로 인한 질병이 발생되기 쉽습니다. 기름기가 많은 육류일수록 습과 담(습기가 몸속 안에 오래 머물러 노폐물로 쌓이는 것)을 일으켜 위를 둔하게 만들고 소화장애를 일으키게 됩니다. 이때 인체는 단백질을 저장할 수 없어 과다 섭취한 단백질은 배설되는데요, 단백질을 배설하려면 간에서 아미노산의 질소 성분을 잘라 내어 암모니아로 만들고, 다시 요소로 만들어 신장으로 내보내게 됩니다. 이때 육류는 매우 강한 산성이라, 많이 섭취할수록 요소를 많이 만들어 내야 하는데요, 그런데 사람의 체내 pH는 약알칼리여서 간과 신장에 많은 부담을 준다. 이런 상태가 오래되면 간과 신장이 나빠지고 각종 질병이 생길 수 있는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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어류중에서 수명이 긴 동물들의 수명은 어떻게 되나요?
안녕하세요. 네, 어류 중에서 수명이 긴 동물들이 많이 존재합니다. 예를 들어보자면 '큰입버팔로'는 잉어목 잉어과에 속하는 민물고기로 갈색버팔로, 라운드 헤드라고도 불립니다. 상당히 오래 사는 물고기로 110년 이상을 살 수 있으며, 과거에는 최대 수명이 26년 정도로 추정 되기도 했습니다. 방사성 탄소연대 측정 결과 수명이 그보다 길었음이 밝혀졌으며, 수명이 최소 112년으로 밝혀졌습니다. 다음으로 '고래상어'는 수염상어목 고래상어과에 속하는 연골어류로 세계에서 가장 큰 물고기 입니다. 고래상어는 성적 성숙이 늦는 편으로 고래상어를 연구한 한 연구원은 수컷 고래상어는 25년에 성적 성숙을 한다고 추정 했습니다. 고래상어를 관찰하는 여러 연구원들은 고래상어의 수명을 80~130년으로 추정하기도 했습니다. 다음으로 '오렌지러피'는 금눈돔목 납작금 눈돔과에 속하는 심해어로 죽으면 색이 오렌지 색으로 변하기 때문에 오렌지 러피라고 불립니다. 수명은 150년 정도 되는 장수종으로 성장이 느리기 때문에 꽤 오랜 시간이 지난 후에 생식이 가능 합니다. 이외에도 '유럽뱀장어'는 뱀장어목 뱀장어과에 속하는 민물고기로 뱀장어의 일종 입니다. 뱀장어의 평균 수명은 20년이지만 사람 손에서 키워진 암컷 뱀장어가 88년을 살았다는 기록이 있습니다. 또 '알레'라는 이름을 가진 유럽뱀장어는 벌레를 잡기 위해 연못에 방생된 후 150년을 살았고 2014년에 155세의 나이로 숨을 거두었습니다. 이처럼 수명이 긴 어류들이 많이 존재합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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식물 나무들의 수명은 정해져 있나요?
안녕하세요.나무는 매우 오래 살 수 있지만, 정해진 수명이 있습니다. 그 수명은 종에 따라 다르며, 환경적 조건, 질병, 그리고 외부 요인에 의해 달라집니다. 일부 나무는 수백 년, 심지어 몇 천 년까지도 살 수 있지만, 모든 나무가 무한히 자라는 것은 아닙니다. 나무의 수명은 크게 다음과 같은 요인에 의해 결정됩니다. 우선 나무의 종에 따라 수명이 정해져 있는데요, 어떤 나무는 수십 년만 살고, 어떤 나무는 수백 년, 심지어 몇 천 년까지도 살 수 있습니다. 또한 환경적 조건도 나무의 수명에 큰 영향을 미칩니다. 물과 영양소의 충분한 공급, 적당한 기후, 그리고 해충과 질병으로부터 보호받는 환경에서 나무는 더 오래 살 수 있습니다. 반대로, 극한 기후나 영양 부족, 질병 또는 인간의 간섭 등은 나무의 수명을 단축시킵니다. 이외에도 나무도 나이가 들면서 생리적인 노화가 일어납니다. 나이가 많아지면 물과 영양분을 공급하는 뿌리와 잎, 그리고 나무줄기의 기능이 저하되며, 성장률이 떨어집니다. 이 과정에서 나무는 점차적으로 약해지고, 병충해에 취약해지면서 결국 죽음에 이르게 됩니다. 또한 환경 조건이 아무리 좋다고 해도 나무는 무한히 자랄 수는 없습니다. 나무는 유전적으로 정해진 수명과 자연적인 노화 과정 때문에 결국 죽게 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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추운 겨울에 꽃을 피우는 식물도 있나요?
안녕하세요. 네, 추운 겨울에도 꽃을 피우는 식물은 존재합니다. 대표적인 예시가 바로 '동백꽃'입니다. 대개의 나무가 겨울에 꽃 피지 않는 이유 중 하나는 겨울이 꽃가루받이 해줄 곤충이 거의 없는 계절이라는 데 있는데요, 동백나무는 그 고민을 해결했기에 겨울에도 꽃을 피우는 것입니다. 동백나무는 대표적인 조매화, 즉 새가 꽃가루받이해주는 나무입니다. 즉, 벌, 나비가 날아다니지 않는 겨울에 꽃을 피우는 동백나무의 꽃가루받이는 아주 작고 귀여운 동박새가 있어 가능한 것인데요, 추운 겨울 적당한 먹잇감이 없는 동박새에게는 동백나무의 꿀이 더 할 나위없는 좋은 식량이라고 합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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손톱은 잘라도 계속 자라는데 왜 이빨은 안 생기나요?
안녕하세요.치아는 재생되지 않지만, 손톱과 발톱은 일생동안 계속 자라는 것을 볼 수 있습니다. 사람은 사랑니 4개를 포함해서 총 32개의 치아를 가지고 있습니다. 한평생을 달고 살아야 하는 치아는 그 역할이 막중합니다. 만약 치아가 없다면 삶의 질은 떨어질 것이고, 건강과 관련한 여러 문제를 겪을 겁니다. 이런 치아는 평생 두 번밖에 나지 않습니다. 유치와 영구치로 유치는 생후 6개월부터 나기 시작해서 보통 12세까지 사용하는 치아이고, 영구치는 유치가 빠진 후에 새로 나오는 치아로 사실상 영구치 하나로 평생을 살아야 합니다. 치아의 발생 과정을 보면 크게 개시기-뇌상기-모상기-종상기-침착기-성숙기로 나눌 수 있습니다. 먼저 개시기는 태생 6~7주 때로 구강상피가 중간엽 속으로 깊이 성장하면서 치아판을 형성합니다. 치아판은 장래 치열궁(치열이 그리는 곡선)이 되는 부위의 구강상피입니다. 그리고 태생 8주부터는 뇌상기로 치아판이 중간엽 속에 증식하면서 싹 모양(=치아싹)으로 자라고, 이를 치배라고 합니다. 다음은 모상기로 증식과 분화를 진행하고, 법랑기, 치유두, 치낭 등을 형성하는 시기입니다. 종상기는 태생 11~12주 때로 법랑기, 치유두, 치낭세포 등이 분화하고, 형태 발생을 시작합니다. 그리고 침착기의 과정을 통해 법랑질, 상아질, 백악질이 연속해서 쌓이면서 치아가 성장하고, 성숙기의 과정을 통해 점점 단단해집니다. 치아의 발달 과정을 간략히 보면 이와 같고, 치아의 발달에 중요한 것은 치배입니다. 유치나 영구치의 치배는 태생기에 한 번 형성하고, 그 이후에는 형성하지 않으므로 유치와 영구치는 사실상 한 번만 납니다. 흥미로운 점은 인간에게 치아 재생과 관련한 유전자가 존재한다는 건데, 문제는 이 유전자가 불활성화됐다는 겁니다. 상어와 악어를 보면 무시무시한 이빨이 많이 나 있습니다. 영국 셰필드대학교(University of Sheffield) 동·식물학과 연구팀에 따르면 상어와 악어 등은 치아판을 수백 개나 갖고 있어서 평생 새로운 이빨을 만들어 낼 수 있다고 합니다. 반면에 손톱이 자라는 이유는 멋으로 자라나는게 아니라 아래의 기능을 원활하게 하기 위해서 손톱의 뿌리는 깊숙이 박혀져 있어 손톱뿌리 에서는 죽은 손톱의 세포를 밖으로 밀어내게 되며 정상적인 손톱이 자라나면 딱딱한 죽은 세포의 살색손톱이 나타나게 되는 것 입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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물고기들도 인간과 같이 물속에서 잠을 자나요?
안녕하세요.과학자들은 수면은 모든 생명체에게 필요한 활동이라고 합니다. 수면이란 피로가 누적된 뇌의 활동을 주기적으로 회복하는 생리적인 의식상실 상태를 의미합니다. 따라서 수면 상태에서는 주변의 환경에 반응하지 않고, 감각이나 반사기능도 저하된 상태입니다. 사람과 자는 모습이 다르다고 해서 잠자지 않는다고 할 수는 없습니다. 즉, 물고기도 물 속에서 잠을 잡니다. 수면시간에 따라 '주행성 물고기'와 '야행성 물고기'로 나뉘는데요, 잉어나 붕어, 송어, 돌돔 등은 낮에 활동하고 밤에 잠을 자기 때문에 주행성입니다. 반면 메기나 가시고기 등 낮에 자고 밤에 활동하는 물고기는 야행성입니다. 물고기는 주변의 환경에 따라, 종류에 따라 잠자는 시기와 장소가 달라지기도 합니다. 대서양에 사는 담수메기는 여름에는 낮에 잠들고, 겨울에는 밤에 잠듭니다. 일부 물고기는 수온이 낮아지는 겨울이면 수심 깊은 곳으로 내려가 동면하면 반면, 여름에 수온이 높아지면 뻘을 파고 들어가 지내는 물고기도 있습니다. 흰빨판이라는 물고기는 무리로 있을 때는 주행성, 혼자 있을 때는 야행성으로 변합니다. 다만 사람이 잠들면 눈을 감습니다. 뇌파를 측정하기 전에 눈을 감고 코를 골거나 숨쉬는 모습 등을 통해 수면 여부를 확인할 수 있습니다. 그러나 물고기는 눈에 눈꺼풀이 없기 때문에 눈을 감지 않으며, 그래서 물고기는 잘 때도 눈을 뜨고 잡니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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닭은 왜 매일 인간을 위해 계란을 낳는 걸까요?
안녕하세요. 닭이 매일 계란을 낳는 이유는 단순히 자연적인 번식 과정뿐만 아니라 인간에 의해 선택적으로 길들여지고, 유전적으로 개량된 결과입니다. 이 현상은 인간이 오랜 기간 동안 닭을 사육하면서 지속적으로 계란을 생산하도록 유전적, 생리적으로 변화를 유도한 결과입니다. 야생 조류의 경우, 계란을 낳는 것은 주로 번식기 동안에만 일어나는 현상입니다. 계란을 낳는 주기는 보통 짝짓기와 번식에 맞춰 조절되며, 계란의 생산은 번식기 이후에는 중단됩니다. 즉, 야생에서 닭과 같은 조류는 생리적으로 번식과 관련된 특정 시기에만 계란을 낳습니다. 하지만 인간이 닭을 사육하면서 계란 생산을 최대화하기 위해 자연적인 번식 주기를 변화시켰습니다. 현대 닭은 인간이 식량으로 사용하는 계란을 생산하는 목적으로 길러졌기 때문에, 이들이 생산하는 계란은 번식과는 관계가 없습니다. 자연 상태에서는 계란을 낳고 일정 기간 동안 그 계란을 부화시키는 과정을 거치지만, 인간이 닭의 계란을 매일 수거하는 방식으로 인해 닭은 번식이 완료되었다는 신호를 받지 못하고 계속해서 계란을 낳습니다. 이는 생리학적으로 닭의 몸이 계속해서 새 계란을 생산하는 과정을 반복하게 만듭니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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낙지나 오징어 같은건 다리를 잘라도 움직이는 이유가?
안녕하세요. 낙지를 절단해도 일정 시간동안은 계속 움직이는 이유는 다음과 같습니다. 산낙지는 연체동물중에서도 두족강에 속하는 동물로, 이런 종류의 동물들은 무척추동물중에서도 고등 지능을 가지고 있으며, 완전한 뇌는 아니지만 신경절도 가지고 있습니다. 두족강 동물은 머리에 바로 다리가 달려있는 동물을 말하며, 이런 동물들의 신경분포는 다리근육-신경계-뇌의 순서로 되어있어 뇌에서 명령을 내리면 다리로 전달이 되는데, 다리를 자르게 되면 다리근육-신경-(절단)-신경-뇌 의 형태가 됩니다. 즉 뇌가 내리는 명령이 다리로 전달은 안되지만 신경은 그대로 존재를 하고 다리를 자르는 것이 신경에 자극을 주기 때문에 다리 근육도 반응을 해서 다리가 움직이는 것입니다. 다시 정리하자면, 다리에 있는 신경들이 뇌와는 독립적으로 움직일 수 있기에 그렇다고 할 수 있습니다. 신경계가 더 발달한 척추를 가진 동물, 즉 사람같은 경우 모든 움직임이 중추신경계에 의해 제어를 받기 때문에 산낙지와 같은 상황이 되어도 움직일 수 없는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.20
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