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사람의 뇌의 용량은 어느 정도 되나요?
안녕하세요.사람의 뇌는 산술과 같은 간단한 정보를 처리하는 데서는 기계보다 느리지만 복잡한 정보를 처리하는 데서는 기계보다 낫다고 하는데요, 860억~1000억개의 뉴런과 100조개의 시냅스로 연결돼 있는 사람의 뇌는 저장 용량, 즉 기억 용량이 2500테라바이트(250만기가바이트)에 이릅니다. 또한 에너지 효율도 높은데요, 미국의 세계 최고 슈퍼컴퓨터 프런티어를 구동하는 데는 21메가와트의 전력이 필요합니다. 프런티어의 연산능력은 1.1엑사플롭스인데, 1.1엑사플롭스는 1초당 110경번의 연산 능력을 갖고 있다는 뜻입니다. 반면 1초당 연산 능력이 프런티어와 비슷한 사람의 뇌는 20와트의 전력만 소비합니다. 게다가 데이터 효율은 더 높은데요, 사람이 10개의 훈련 샘플이 필요한 ‘틀린 부분 찾기’ 임무를 수행하는 데 컴퓨터는 100만~1000만개의 샘플이 필요합니다. 2016년 이세돌 9단을 꺾어 세상을 깜짝 놀라게 한 바둑 인공지능 알파고도 데이터 효율에선 사람에게 미치지 못한다고 하는데, 알파고는 16만번의 게임 데이터를 학습했다고 하며, 이 수치는 하루 5시간씩 둘 경우 한 사람이 175년간 계속 해야 습득할 수 있는 데이터입니다. 즉 알파고를 훈련시키는 데는 4주 동안 10기가줄의 에너지가 필요했으며, 이는 성인의 10년간 신진대사량에 해당하는 양입니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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유전자 변형 농산물의 장단점에 대해서 알려주세요.
안녕하세요. GMO(Genetically Modiied Organism)는 우리말로 '유전자변형생물체' 또는 '유전자변형농산물' 이라고 하는데요, 유전자변형생물체는 생물체의 유전자 중 유용한 유전자를 취하여 그 유전자를 갖지 않은 생물체에 삽입하여 유용한 성질을 나타나게 한 것을 말합니다. GMO의 장점으로는 해충에 강하거나, 생산량이 자연상태의 농산물에 비해 월등히 많아서 식량문제를 해결할 수 있으며, 유용한 유전자를 가지고 있기 때문에 상품성이 뛰어납니다. 예를 들어 안토시아닌이라는 항산화 성분을 강화시킨 토마토의 경우는 기존의 라이코펜을 주로 갖고 있던 일반 토마토보다 항산화 효능이 뛰어날 수 있습니다. 반면 GMO의 인체 안전성과 관련된 문제로는 새로운 독성 물질의 생성 가능성, 알레르기 유발 가능성, 필수 영양성분의 변화 유발 가능성, 항생제 내성 문제 유발 가능성, 유전자 재조합 식품을 섭취했을 때의 장기적 영향 등의 문제가 제기되고 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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음식에 포함되어 있는 비타민과 인공 비타민의 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 사실 음식을 통해 충분한 양의 영양분을 섭취한다면, 별도로 비타민과 같은 영양제를 섭취할 필요는 없습니다. 하지만 비타민C는 딸기, 오렌지, 키위, 시금치, 고추 등 과일과 채소에 풍부하게 들어있지만, 요리를 하는 과정에서 파괴가 많이 일어나기 때문에 영양제로 섭취하게 됩니다. 비타민C 뿐만 아니라 음식에 들어있는 영양소는 조리 과정에서 대부분 손실돼 여러 종류의 비타민과 미네랄을 간편하게 먹을 수 있는 종합 비타민 영양제 복용을 하게 됩니다. 이때 음식에 포함된 비타민과 인공 비타민(영양제 형태)의 차이는 비타민의 출처, 흡수율, 복합적인 성분의 차이에 있습니다. 두 가지 모두 신체에 필요한 비타민을 공급할 수 있지만, 자연에서 얻은 비타민과 합성된 비타민은 여러 면에서 다르게 작용할 수 있습니다. 음식에 들어있는 비타민은 자연에서 얻은 비타민으로, 과일, 채소, 고기, 유제품 등에서 섭취됩니다. 이 비타민은 자연적으로 생성된 상태로, 다른 영양소와 함께 복합적으로 존재합니다. 영양제 형태의 비타민은 주로 합성 과정을 통해 만들어진 비타민으로, 약국에서 판매되는 영양 보충제 형태입니다. 합성 비타민은 실험실에서 인위적으로 만들어지며, 특정 비타민만을 독립적으로 제공하는 경우가 많습니다. 음식 속의 비타민은 다른 영양소(미네랄, 항산화물질, 효소 등)와 함께 복합적으로 존재하여 몸에 흡수되고 기능할 때 시너지 효과를 냅니다. 예를 들어, 음식 속의 비타민 C는 플라보노이드와 같은 항산화 성분과 함께 작용해 그 효과가 더 극대화됩니다. 반면 인공 비타민은 특정 결핍을 빠르게 보충하거나, 음식으로 충분한 영양소를 얻기 어려울 때 유용할 수 있습니다. 다만 장기적인 고용량 섭취는 오히려 해로울 수 있으므로, 섭취량을 잘 조절해야 합니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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동물들을 나누는 기준을 알려주세요.
안녕하세요. 동물을 분류하는 기준은 생물 분류 체계에 따라 과학적으로 정해지는데요, 해당 분류 체계는 생물학적 특성과 진화적 관계를 바탕으로 동물들을 여러 단계로 나누는 방식입니다. 분류학(Taxonomy)에서는 크게 계(Kingdom), 문(Phylum), 강(Class), 목(Order), 과(Family), 속(Genus), 종(Species)으로 나누며, 각 단계는 상위 단계보다 더 구체적이고 세밀한 기준에 의해 결정됩니다. 또한 동물을 나누는 기준은 생물들이 공통 조상을 공유하는지, 어떤 경로로 진화했는지를 기준으로 분류됩니다. 유전적 분석을 통해 동물들이 얼마나 가까운 관계를 가지고 있는지 파악하여 분류합니다. 이외에도 동물들의 외형적 특징을 바탕으로 분류합니다. 예를 들어, 고양이과 동물들은 일반적으로 날렵한 몸, 날카로운 이빨, 큰 발톱을 가졌으며, 주로 육식을 합니다. 반면, 개과 동물들은 날카로운 이빨을 가졌지만 달리기에 더 적합한 신체를 가지고 있습니다. 최근에는 DNA 분석을 통해 동물의 유전적 관계를 비교하여 분류가 이루어집니다. 이전에는 외형과 행동을 중심으로 분류되던 동물들이 유전적 분석을 통해 재분류되는 경우도 많습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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도시에 사는 너구리는 주로 어떤 것을 먹고 사나요?
안녕하세요. 우리 주변의 도시공원이나 하천 주변에서 야생 너구리를 목격했다는 경우가 점점 많아지고 있는데요, 너구리는 대표적으로 우리나라에 서식하고 있는 개과의 포유동물입니다. 원래 선호하는 환경은 호수나 개울이 주변에 있는 숲속이지만, 뛰어난 적응력으로 산과 논밭 뿐만 아니라 도심의 하천에서도 잘 살아갑니다. 너구리는 주로 육식을 하는 식육목으로 분류되기는 하지만, 새나 작은 포유류, 물고기 뿐만 아니라, 과일이나 사람들이 버린 음식물도 잘 먹는 잡식성이기도 합니다. 따라서 너구리는 들쥐·개구리·뱀·곤충·나무 열매 등 먹이를 가리지 않으며, 도심에서 발견할 수 있는 음식물 쓰레기 등을 먹기도 하는 것으로 알려져 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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우리 몸의 세포가 인지질 2중층으로 이루어진 이유
안녕하세요. 세포막을 포함해 세포소기관을 구성하는 생체막이 "인지질 2중층"을 이루고 있는 것은 세포가 생명 활동을 유지하고 외부 환경과의 경계를 적절히 관리하기 위함입니다. 인지질 2중층은 세포막의 주요 구성 요소로, 이 구조는 세포의 생존과 기능에 중요한 역할을 합니다. 우선 인지질 분자는 친수성(물과 친한) 머리와 소수성(물과 싫어하는) 꼬리로 구성되어 있습니다. 머리 부분은 인산과 같은 물에 잘 녹는 부분으로, 물과 잘 상호작용하며, 꼬리 부분은 지방산으로 이루어져 있어 물에 잘 섞이지 않는 특성을 가집니다. 세포막이 물을 포함한 환경 속에서 안정적인 구조를 가지려면, 친수성과 소수성의 성질이 균형을 이뤄야 하는데요, 인지질이 2중층을 이루게 되면 친수성 머리 부분이 세포 내부와 외부의 수분이 많은 환경을 향하고, 소수성 꼬리 부분은 서로 마주 보면서 물과 접촉하지 않으려는 구조를 만듭니다. 이러한 구조는 세포막이 자발적으로 안정된 막을 형성하게 하며, 물과의 상호작용을 최소화하면서 세포를 보호합니다. 또한 인지질 2중층은 소수성 분자(예: 산소, 이산화탄소, 지용성 분자)와 같은 특정 물질이 자유롭게 통과할 수 있게 하며, 친수성 분자나 이온은 직접 통과하지 못하도록 차단합니다. 이는 세포가 필요한 물질은 받아들이고, 불필요하거나 유해한 물질은 차단하는 기능을 돕습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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단기 스트레스를 받았을 때 몸에서 일어나는 변화를 알려주세요.
안녕하세요. 단기 스트레스는 신체에서 다양한 반응을 일으키며, 이를 "투쟁-도피 반응(fight-or-flight response)"이라고 부릅니다. 이는 위협이나 긴급한 상황에 직면했을 때 몸이 자동으로 반응하는 생리적 변화로, 주로 자율 신경계와 내분비계에 의해 조절됩니다. 단기 스트레스가 발생하면 여러 기관과 호르몬이 관여하며, 그 과정에서 몸에 여러 변화가 나타날 수 있습니다. 우선 스트레스를 받으면 뇌의 시상하부가 활성화되어 부신에서 호르몬이 분비되도록 신호를 보내는데요, 시상하부는 부신피질자극호르몬 방출 호르몬(CRH)을 분비하고, 뇌하수체는 부신피질자극호르몬(ACTH)을 분비하여 부신에서 스트레스 호르몬을 방출하도록 자극합니다. 부신은 두 가지 주요 스트레스 호르몬을 분비하는데, 아드레날린은 즉각적인 스트레스 반응을 유발하는 호르몬으로, 투쟁-도피 반응을 일으키며, 신체의 즉각적인 준비 상태를 만듭니다. 다음으로 코티솔은 스트레스에 장기적으로 대응하는 호르몬으로, 에너지 대사와 면역 반응을 조절합니다. 아드레날린이 분비되면 심장이 더 빠르게 뛰어 산소와 영양분을 근육으로 빠르게 전달하려고 하며, 혈관이 수축하고 심박출량이 증가하면서 혈압이 상승합니다. 이는 긴급 상황에서 신체의 중요한 부분으로 피를 더 많이 보내기 위한 반응입니다. 다음으로 폐로 들어오는 산소량을 늘려 신체의 에너지를 빠르게 충전하려는 목적입니다. 이로 인해 짧고 빠른 호흡이 일어날 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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우리몸이 감염이 되면 체온이 올라가는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 아플 때 열이 나는 것은 세균(박테리아)나 바이러스와 같은 외부 병원체의 감염에 대항하는 신체의 자연적인 방어이고, 사실상 면역 체계가 제 역할을 다하고 있다는 표시라고 이해할 수 있습니다. 세균이나 바이러스에 감염되면, 면역세포인 백혈구가 분비하는 열 발생 물질이 시상하부에서 프로스타글란딘을 생성하여 설정 온도를 올립니다. 체온이 높아지면 백혈구 작용 등 면역 기능은 향상되고, 세균이나 바이러스의 활성은 억제되기 때문에, 병원체에 감염이 되었을 때 체온이 올라가는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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전 세계에 존재하는 펭귄은 옃 종이나 있나요?
안녕하세요. 지구상에 서식하고 있는 펭귄의 종 수는 총 19종이며, 세계자연보전연맹(IUCN)은 그중 절반 이상을 멸종 위기종으로 지정한 상태입니다. 가장 큰 펭귄의 종은 "황제펭귄"으로 키는 최대 122cm, 몸무게는 22.7~45.4kg이며, 수컷이 암컷보다 약간 더 크고, 알을 품고 새끼를 양육하는 동안은 체중이 많이 줄어든다는 특징이 있습니다. 이들은 주로 로스해, 케이프워싱턴(cape washington), 빅토리아랜드의 쿨먼섬 등에 서식합니다. 가장 작은 펭귄의 종은 "쇠푸른펭귄"으로, 작은 몸집 때문에 페어리펭귄·요정펭귄(Fairy Penguin), 꼬마펭귄(Little Penguin)이라고 불리기도 하며, 키는 30~33cm, 몸길이는 최대 43cm, 몸무게 약 1.5kg인 것으로 알려져 있습니다. 이들의 경우에는 오스트레일리아 남부 해안, 뉴질랜드 해안 전반에 서식합니다. 펭귄은 남극 이외에도 남아메리카, 남아프리카, 오스트레일리아나 뉴질랜드, 그리고 적도 부근의 갈라파고스 제도에도 넓게 서식하고 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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벌레들은 왜 전등 속에 갖혀 죽어 있는 건가요?
안녕하세요. 전등 커버 안에 왜 벌레의 사체가 쌓여있는지에 대해 의문을 가질 수 있는데요, 벌레가 전등 주변을 계속 맴돌다가 우연히 전등 커버의 틈새로 들어가서 죽었다는 것을 쉽게 유추할 수 있는데, 많은 사람이 이 모습을 보면서 벌레가 밝은 빛을 좋아한다고 생각합니다. 사실 일부 벌레는 빛이 비치는 것에 따라 운동하는 방향이 정해지는 성질을 가지고 있는데요, 이를 주광성이라고 하고, 빛을 향해 나아가는 성질을 양의 주광성이라고 합니다. 대부분 곤충은 2개의 겹눈과 3개의 홑눈이 있는데요, 곤충의 눈을 확대해서 보면 벌집처럼 되어 있고, 무늬 하나하나가 사물을 보고 있어서 시야각이 매우 넓습니다. 날아다니면서 움직이는 물체를 잘 볼 수 있게 해주는 생존에 적합한 눈 구조입니다. 하지만 이러한 눈 구조의 단점은 명확하게 보이지 않는다는 것으로 곤충 중 비교적 시각이 발달한 축에 속하는 꿀벌도 사람 시력의 1/60~1/80 수준이라고 합니다. 그래서 빛에 민감하게 반응해 이동하는 방향을 결정하는 식으로 환경에 적응했습니다. 즉, 벌레가 빛을 보면 달려드는 이유는 인간이 만들어 놓은 인공조명으로 인해 비행 시스템에 문제가 생겼기 때문이고, 이에 대한 대응책이 없으므로 빛을 내뿜는 뜨거운 전등 주변을 맴도는 겁니다. 이렇게 전등 주변을 맴돌다가 전등 커버의 틈새로 들어가고 다시 빠져나오지 못해 전등의 열기 때문에 죽는 것입니다.
학문 / 생물·생명
24.09.14
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