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지구역사상 가장 추웠던 시기는 언제이며 왜 당시 동식물에 어떤 영향을 미쳤나요?
안녕하세요. 지구의 오랜 역사 동안 여러 번의 추운 시기인 빙하기가 있었지만, 그중에서도 가장 혹독했던 시기는 약 7억 2천만 년 전에서 6억 3천만 년 전 사이에 있었던 눈덩이 지구 시기로 알려져 있습니다. 이 시기는 지구가 거의 완전히 얼음으로 뒤덮였을 정도로 극심한 한랭기를 겪었던 시기로, 지구 생명체 역사에서 매우 큰 전환점이 되었습니다.가장 추웠던 시기는 눈덩이 지구 시기인데요 지질학적으로 원생대 말~초기 고생대 전기, 특히 스투르티안 빙하기가 지구 역사상 가장 극심한 냉각기로 평가됩니다. 이 시기에는 적도 부근까지 빙하가 형성되었고, 해양 대부분이 얼음으로 덮였으며, 평균 기온이 영하 40℃ 가까이 떨어졌을 것으로 추정됩니다. 또한 위성 퇴적물 분석과 탄소동위원소 비율 연구를 통해, 당시 지구의 기후가 전 지구적 규모로 냉각되었음을 알 수 있습니다.과학자들은 몇 가지 원인을 복합적으로 보고 있는데요, 대기 중 이산화탄소 감소가 그중 하나입니다. 대륙의 이동으로 새롭게 노출된 암석이 풍화되며, CO₂를 흡수했는데요, 온실효과가 약해져 지구가 빠르게 냉각되었습니다. 또한 당시 태양은 지금보다 약 6% 정도 어두워, 지구에 도달하는 에너지가 적었습니다. 게다가 얼음이 늘어나면 태양빛을 반사해 더 식는 현상이 가속되었습니다. 이 모든 요인이 맞물려, 지구는 거의 전면적으로 얼음행성 상태가 된 것입니다.이 시기의 생명체는 아직 단세포 생물(조류, 세균, 원생동물) 이 중심이었는데요, 그들에게는 혹독한 환경이었으나, 완전히 멸종하지는 않았습니다. 결과적으로 표면 해양이 얼어 햇빛이 차단되면서 광합성 생물(남세균, 조류)은 급격히 감소했습니다. 대부분의 생명체는 해저 열수구 주변, 얼음 밑 얇은 물층, 혹은 빙하 틈새의 액체수 공간에서 살아남았다고 추정되며 생물 다양성은 크게 줄었지만, 일부 극한환경 미생물이 냉해 내성을 진화시켜 살아남았습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.08
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나무애서 자라는 과일은 어떻게 만둘어지는 가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 사과나 배처럼 나무에서 자라는 과일은 단순히 가지 끝에서 갑자기 생기는 것이 아니라, 꽃이 피고 수정이 일어난 뒤 꽃의 일부가 변형되어 만들어지는 결과물인데요 즉, 과일은 꽃의 씨방이 자라서 된 것입니다.원래 봄이 되어 기온과 일조량이 증가하면, 나무의 생장점에서 꽃봉오리가 분화되는데요, 이 화아 속에는 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침 등이 이미 미세하게 만들어져 있으며, 일정한 조건이 되면 꽃이 피어 수정 준비를 합니다.꽃이 피면, 벌이나 바람 등에 의해 꽃가루가 암술머리에 옮겨지며 이후 꽃가루 속의 정핵이 암술대 안을 통과하여 씨방 속의 배주와 결합합니다. 이 과정을 수정이라고 하며, 바로 이 순간부터 과일이 형성되기 시작합니다.또한 수정된 배주는 자라서 씨(종자)가 되며 씨를 감싸고 있던 씨방 벽은 점차 두꺼워지고, 당분과 수분, 색소 등을 축적하며 과육으로 발달합니다. 이렇게 씨방이 커지면서 우리가 먹는 과일의 모양을 이루게 되는 것입니다. 예를 들어, 사과·배는 꽃의 씨방 아래쪽 부분이 발달한 하위자방형 과일이고 복숭아·자두는 씨방 자체가 발달한 상위자방형 과일입니다.마지막으로 과일이 자라는 동안 나무는 잎에서 광합성을 통해 만든 포도당과 영양분을 과일로 보내 성장을 돕습니다. 시간이 지나면서 녹색의 미성숙 과일은 색소 변화, 구체적으로는 엽록소 감소, 안토시아닌·카로티노이드 증가를 겪으며 익은 과일이 되는데요 이때 향기, 단맛, 산미가 조화를 이루어 먹을 수 있는 상태로 완성됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.08
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젖은 나무가 불에 탈 때 연기가 더 많이 나는 이유
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 젖은 나무가 불에 탈 때 연기가 많이 나고 불이 붙기 어려운 이유는 나무 속의 수분이 연소 과정을 방해하기 때문인데요, 젖은 나무에는 많은 양의 물이 들어 있습니다. 나무가 불에 탈 때, 먼저 불꽃의 열로 인해 이 물이 증발해야 합니다. 물은 끓는점이 100 ℃로 높고, 증발에 필요한 에너지인 기화열이 매우 큰데요, 따라서 불이 공급하는 열 에너지의 상당 부분이 나무를 태우는 데 쓰이지 않고, 물의 증발에 소비됩니다. 이로 인해 불꽃의 온도가 낮아지고, 연소 반응이 충분히 일어나기 어렵고 그 결과 불이 잘 붙지 않고 꺼지기 쉬운 것입니다.또한 나무 속의 수분이 증발할 때 나무 내부는 습하고 산소 공급이 어려워지는데요 이 때문에 나무가 완전히 타지 못하고, 불완전 연소가 일어납니다. 완전 연소의 경우에는 이산화탄소와 수증기 주로 발생하기 때문에 연기가 거의 나지 않지만, 불완전 연소될 경우에는 일산화탄소, 탄소입자(그을음), 타르, 유기화합물 등이 발생하기 때문에 연기가 많이 생깁니다. 즉, 젖은 나무에서는 그을음 입자와 타르가 다량으로 방출되어 짙은 회색 연기가 많이 생기는 것입니다.또한 나무의 표면 온도가 약 300 ~ 400 ℃ 이상 되어야 나무 속의 셀룰로오스가 분해되어 가연성 기체가 나오고 점화되는데요 그러나 젖은 나무는 수분이 열을 빼앗기 때문에 그 온도에 도달하기 어렵습니다. 결과적으로 불이 붙는 데 시간이 오래 걸리고, 쉽게 꺼집니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.08
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조절 T세포는 어떠한 역할을 하는지요?
안녕하세요. 네 말씀해주신 것과 같이 조절 T세포는 우리 면역계에서 면역 반응을 억제하고 균형을 유지하는 핵심적인 역할을 담당하는 세포인데요 일반적인 T세포가 외부 병원체를 인식하고 공격하는 역할을 한다면, 조절 T세포는 그 반대로 과도하거나 비정상적인 면역 반응을 억제하여 자가면역 반응을 막는 면역의 제어 장치 역할을 합니다. 우선 감염이나 염증 반응이 일어난 뒤, 조절 T세포는 활성화된 다른 면역세포의 활성을 억제하여 면역 반응이 지나치게 오래 지속되지 않도록 하는데요 이를 통해 면역 반응의 브레이크 역할을 수행합니다.또한 우리 몸의 면역계는 외부 병원체를 공격해야 하지만, 자기 자신의 조직은 공격하지 않아야 합니다. 조절 T세포는 자가항원을 인식한 T세포의 활성을 억제하여, 루푸스, 1형 당뇨병, 다발성경화증 등의 자가면역질환의 발병을 막습니다. 또한 조절 T세포는 면역계가 특정 항원을 공격하지 않도록 학습시키는 기능을 하는데요, 예를 들어 장내 미생물이나 음식 성분처럼 몸에 해롭지 않은 외부 물질에 대해 과민하게 반응하지 않도록 면역 관용 상태를 유지합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.07
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유전자 치료 기술이 희귀 유전 질환 치료에 적용되는 원리
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 유전자 치료 기술이 희귀 유전 질환 치료에 적용되는 원리는 질병의 근본 원인인 결함 있는 유전자를 직접 수정하거나 정상적인 유전자의 기능을 회복시키는 데 있는데요, 대부분의 희귀 유전 질환은 특정 단일 유전자에 변이가 생겨 단백질이 제대로 생성되지 않거나 기능을 잃는 경우가 많습니다. 먼저 질환을 일으키는 원인 유전자를 분자유전학적 기법으로 정확히 규명하는데요, 예를 들어 근위축성 측삭경화증(ALS)이나 낭포성 섬유증 같은 경우, 특정 염기서열 변이가 질병을 유발함이 알려져 있습니다. 다음으로 손상된 유전자의 기능을 보완하기 위해 두 가지 접근법이 사용되는데요, 우선 유전자 보충은 결함이 있는 세포에 정상적인 유전자를 벡터라 불리는 운반체를 통해 주입하여 정상 단백질을 합성하도록 합니다. 다음으로 유전자 교정은 CRISPR-Cas9, TALEN, ZFN 같은 기술을 이용해 DNA의 변이 부위를 정밀하게 절단하고, 올바른 염기서열로 교체합니다. 이때 치료 유전자는 표적 세포로 전달되어야 하므로, 이를 위해 인체에 무해하도록 조작된 바이러스 벡타가 이용되는데요 이 벡터는 세포 내부로 들어가 핵 속에 유전자를 전달하고, 세포 기구가 이를 발현시켜 정상 단백질을 생성하게 합니다. 즉 유전자 치료의 핵심은 DNA 수준의 근본적 결함을 직접 고쳐서 세포가 스스로 정상 단백질을 만들 수 있게 하는 것이며 이러한 접근은 기존의 약물이나 단백질 보충 요법과 달리 질환의 근본 원인을 제거할 수 있다는 점에서, 희귀 유전 질환 치료에 특히 큰 가능성을 가지고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.07
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발효 시 용존 산소가 낮을수록 유리한가요 ?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼, 오렌지즙을 블렌더로 갈아 일정 시간 두었을 때 ‘젤리처럼 변하고 부풀어 오르는 속도’의 차이는 미생물의 발효 활성도와 관련이 깊은데요, 이때 핵심 변수 중 하나가 바로 용존 산소(DO) 입니다.우선 발효는 기본적으로 산소가 부족하거나 없는 환경인 혐기 조건에서 유기물이 분해되며 에탄올, 젖산, 이산화탄소 등을 생성하는 과정이며 즉, 일반적인 발효 반응 자체는 낮은 용존 산소 조건에서 더 활발히 일어납니다.산소가 충분할 때 효모와 같은 미생물은 호흡, 즉 산화적 대사를 통해 에너지를 얻으며 이 경우 대부분의 당이 CO₂와 H₂O로 완전히 산화되어, 에탄올이나 젤리 같은 점성 물질은 거의 형성되지 않습니다. 반면 산소가 부족할 때, 효모는 호흡 대신 무산소 대사(발효) 로 전환하여 당을 분해하고, 에탄올·젖산·CO₂ 등을 만들고, 이때 기체가 발생하면서 용액이 부풀어 오르고, 점성이 증가하여 젤리처럼 변하는 현상이 나타날 수 있습니다. 따라서, 용존 산소가 낮은 블렌더에서 발효 전환이 더 빨리 일어나고, 결과적으로 젤리화와 부풀음이 빨리 진행된 것으로 해석할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.07
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고분자 전해질이 연료전지 효율 향상에 기여하는 메커니즘은?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 고분자 전해질이 효율을 올리는 주요 메커니즘으로는 효율적인 이온전달이 있는데요, 전하수송 저항 감소를 통해 내부저항을 감소시킵니다. Nafion 같은 불소계 폴리머를 예로 들 수 있는 고분자전해질은 산성 또는 치환된 염기성 작용기, 예를 들어서 –SO₃H, 양이온성 작용기를 통해 높은 이온 전도성을 제공하는데요, 이로 인해 전해질 층의 오믹 저항이 줄어들어 전체 전지 효율이 개선됩니다. 전도 메커니즘은 (i) 물 분자 매개 vehicle(수화 이온 이동) 과 (ii) 수소 이온의 Grotthuss(프로톤 점프) 메커니즘이 복합적으로 작용할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.07
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비누의 염기성은 어느정도 수준 일까요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 비누는 대표적인 염기성 물질인데요,그 염기성의 정도는 비누의 종류, 즉천연비누, 합성세제, 산업용 비누 등과 제조 과정에 따라 약간 다르지만, 일반적으로 pH 8~10 정도의 약염기성을 띱니다.보통 천연비누는 pH 8.0~9.0 수준이며 지방산이 수산화나트륨(NaOH)과 반응해 만들어지지만, 제조 후 중화 과정을 거치므로 피부 자극이 덜한 약염기성입니다.일반 세안비누, 상용 고체비누는 pH 9~10 정도로, 세정력이 강하지만 피부의 천연 보호막을 약간 손상시킬 수 있으며 따라서 세안 후 약산성 토너나 보습제를 사용하는 것이 좋습니다.마지막으로 바디워시, 세안폼 등의 경우 비누와 달리 합성 계면활성제를 사용하므로, pH 5.5~7 정도로 인체 피부에 더 가깝게 조절되어 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.07
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리튬 배터리가 부풀어 오르는 이유가 무엇인지 궁금해요?
안녕하세요. 질문해주신 리튬이온 배터리가 부풀어 오르는 현상은 내부에서 가스가 생성되는 전기화학적 부반응 때문인데요 이 부반응은 배터리의 화학적 안정성이 무너질 때 일어나며, 주로 다음과 같은 요인들이 복합적으로 작용합니다. 우선 리튬이온 배터리 내부에는 유기용매 기반의 전해질이 들어 있는데요 이 전해질은 일정 온도 이하, 정상 전압 범위에서는 안정하지만,과충전(정격전압 초과 충전)이나 고온 상태가 지속되면 불안정해져서 분해되기 시작합니다.이때 생성되는 대표적인 가스는 CO₂ (이산화탄소), CO (일산화탄소), CH₄ (메탄), C₂H₄ (에틸렌)등의 탄화수소류 기체이며 이 가스들이 배터리의 밀폐된 구조 안에 쌓이면 내부 압력이 높아져 팽창이 일어납니다. 이때 흑연과 같은 음극과 양극(리튬금속 산화물)에서 리튬 이온이 반복적으로 삽입되고 빠져나오면서 전극 표면에 SEI라는 얇은 보호막이 형성되는데요 이 막은 정상적으로는 안정하지만, 충방전이 반복되거나 온도가 높거나 과충전 상태가 되면 이 막이 파괴되면서 다시 형성되는 과정에서 전해질이 계속 분해되고, 이 또한 가스 발생의 원인이 됩니다.배터리가 손상되거나 외부 충격을 받아 내부 단락이 생기면 전류가 급격히 흐르면서 발열이 발생하고, 이 열로 인해 전해질이 열분해되어 다량의 가스가 한꺼번에 발생하는데요, 이 경우에는 부풀어오름뿐 아니라 폭발 위험까지 생깁니다.다만 모든 리튬 배터리가 동일하게 부풀지 않는 이유는 배터리의 품질 및 전해질 조성 차이, 충전 습관 (과충전, 완전 방전 빈도), 사용 온도 (고온 환경일수록 분해 반응 촉진), 보호 회로(PCM)의 유무 등이 다르기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.06
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수영장 물에서 특유의 냄새가 나는데 그 물질은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 수영장 물에서 나는 특유의 냄새는 사실상 염소(Cl₂) 자체의 냄새가 아니라, 소독 과정에서 생성되는 염소화 부산물 때문인데요, 수영장에는 세균과 바이러스 제거를 위해 보통 차아염소산(HOCl) 또는 차아염소산 이온(OCl⁻) 형태의 염소 소독제가 들어 있습니다. 그런데 수영장을 사용하는 사람들이 땀, 침, 소변, 화장품 같은 유기물질이나 질소 화합물을 물속에 배출하게 되면, 이 성분들이 염소와 반응하여 새로운 화합물을 만들며 대표적인 것이 클로라민입니다. 단염화아민 (NH₂Cl), 이염화아민 (NHCl₂), 삼염화아민 (NCl₃)이 있으며 이 중 특히 삼염화아민(NCl₃)이 강한 자극성 냄새를 내며, 눈과 호흡기를 자극하는 원인 물질로 알려져 있습니다. 사람들이 흔히 수영장 냄새라고 느끼는 것이 바로 이 클로라민류이지, 염소 소독제 자체의 냄새가 아니며 즉, 냄새가 강하다는 것은 소독제가 많다는 의미가 아니라, 오히려 수질 내 오염물질이 많아서 염소와 반응해 부산물이 많이 생성되었다는 신호일 수 있습니다. 잘 관리된 수영장일수록 냄새가 강하지 않고, 오히려 더 깨끗하다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.06
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