답변 내역

안녕하세요.도롱뇽과 개구리는 둘 다 양서류이지만, 신체 재생 능력에서는 매우 큰 차이를 보이는데요 우선 도롱뇽은 척추동물 가운데서도 가장 뛰어난 재생 능력을 가진 집단으로 알려져 있습니다. 반면 개구리는 올챙이 시기에는 어느 정도 재생 능력이 있지만, 성체가 되면 팔다리를 완전하게 재생하지 못하고 상처 조직이나 연골 덩어리 형태로만 회복되는 경우가 많습니다.이 차이는 세포 수준의 반응 방식 차이에서 비롯되는데요 도롱뇽은 팔다리가 절단되면 상처 부위 세포들이 다시 미분화 상태로 되돌아가 블라스테마라는 재생 전용 세포 덩어리를 형성합니다. 이 블라스테마는 발생 과정과 유사한 프로그램을 다시 가동하여 뼈, 근육, 신경, 혈관을 정확한 위치와 형태로 재구성합니다. 즉, 성체임에도 불구하고 발생 초기와 비슷한 유전자 발현 패턴을 다시 활성화할 수 있는 능력이 매우 강합니다. 반면 개구리는 진화적으로 보다 육상 생활에 적응하면서 면역 반응과 상처 치유 과정이 빠른 봉합 위주로 바뀌었으며 상처가 나면 세포가 재분화하기보다는 섬유화가 빠르게 일어나 흉터 조직을 만듭니다. 이는 감염을 막는 데는 유리하지만, 복잡한 구조를 다시 만드는 데는 불리합니다. 쉽게 말하면 도롱뇽은 다시 만들기 전략을 택했고, 개구리는 빨리 막기 전략을 택한 셈입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 금속과 나무의 실제 온도는 같지만, 금속이 더 차갑게 느껴지는 이유는 열이 이동하는 속도가 훨씬 빠르기 때문입니다. 금속과 나무가 같은 온도에 있어도 금속이 더 차갑게 느껴지는 이유는 금속이 손의 열을 훨씬 빠르게 빼앗아 가기 때문인데요 우리가 느끼는 차가움은 온도 자체가 아니라, 열에너지가 얼마나 빠르게 이동하느냐에 의해 결정됩니다.사람의 손 온도는 보통 약 30~35 °C 정도인데요 반면, 실내에 놓인 금속과 나무는 예를 들어 20 °C로 동일하다고 가정해 보겠습니다. 이때 손을 물체에 대는 순간 손에서 물체 방향으로 열이 이동합니다. 이때 두 물질의 차이는 열을 받아들이고 전달하는 능력이며 바로 여기서 열전도율이 결정적인 역할을 합니다. 열전도율은 물질이 내부에서 열에너지를 얼마나 빠르게 전달할 수 있는지를 나타내는 물리량인데요 열전도율이 높다는 것은 열이 빠르게 이동한다는 것이고 열전도율이 낮다는 것은 열이 천천히 이동한다는 것입니다. 이때 금속은 열전도율이 높고 반면에 나무는 열전도율이 매우 작습니다. 손이 금속에 닿으면 손의 열이 금속 표면으로 빠르게 이동하며 금속 내부로 열이 즉시 퍼져 나가고 손 표면의 온도가 짧은 시간에 급격히 떨어지기 때문에 피부의 온도 수용기가 이를 아주 차갑다고 인식합니다. 반대로 나무의 경우 손의 열이 표면으로 이동하긴 하지만 나무 내부로 열이 잘 퍼지지 않으며 손과 닿은 부분만 조금 따뜻해지고 열 이동 속도가 느려서 온도 변화가 완만한 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.물방울이 표면 위에 놓였을 때, 그 모양은 임의로 결정되는 것이 아니라 세 가지 계면에서 작용하는 힘의 균형에 의해 정해지는데요 물–공기 계면, 고체–공기 계면, 고체-물 계면이며 물방울은 이 세 계면의 자유에너지 합이 최소가 되는 형태를 취합니다. 즉, 물방울의 형태는 가장 안정한 에너지 상태의 결과입니다. 우선 유리는 화학적으로 극성을 가지며, 표면에 수산기와 같은 극성 작용기가 많고 물 분자 역시 극성을 가지므로, 유리 표면과 물 분자 사이에는 강한 인력이 작용합니다.이 경우 물 분자는 물–물 사이에서 뭉쳐 있는 것보다 물–유리 사이에서 넓게 접촉하는 것이 에너지적으로 더 유리한데요 그 결과 물방울은 스스로 퍼지면서 고체 표면과의 접촉 면적을 넓히려 합니다. 이것이 우리가 유리 위에서 물이 납작하게 퍼지는 현상, 즉 친수성입니다. 반대로, 발수 코팅이나 연잎 원리를 적용한 표면은 소수성 또는 초소수성의 특성을 갖는데요 표면 에너지가 매우 낮고 물과 화학적으로 친하지 않으며 물 분자와의 인력이 약하기 때문에 이 경우 물 분자는 고체 표면과 접촉하는 것보다 서로 뭉쳐 있는 것이 에너지적으로 더 안정합니다. 그래서 물방울은 퍼지지 않고 최대한 자기 표면적을 줄이려는 방향, 즉 둥근 모양을 유지합니다. 또한 많은 코팅 표면은 미세한 돌기 구조를 가지고 있어, 물방울이 실제로는 고체 전체가 아니라 공기 위에 부분적으로 떠 있는 상태가 됩니다. 이로 인해 접촉 면적은 더욱 줄어들고, 작은 힘에도 쉽게 굴러가게 됩니다. 질문해주신 접촉각이란, 고체 표면과 물방울의 경계에서 물방울 접선이 이루는 각도이며 접촉각이 작을수록 물이 퍼지고 클수록 물이 맺힙니다. 즉 유리 위의 물방울은 접촉각이 작아 넓게 퍼지고, 발수 코팅 표면에서는 접촉각이 매우 커서 거의 구형에 가깝게 유지되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.같은 양의 소금이라도 입자가 작을수록 더 빨리 녹는 이유는 표면적 증가가 용해 속도에 영항을 미치기 때문입니다. 소금이 물에 녹는다는 것은, 고체 상태의 소금 결정에서 나트륨 이온과 염화 이온이 분리되어 물 분자 사이로 퍼져 나가는 과정을 의미합니다. 이 과정은 소금 전체가 한꺼번에 사라지는 것이 아니라, 결정의 표면에서부터 조금씩 이온이 떨어져 나오는 방식으로 진행되는데요 즉, 용해는 항상 고체의 표면에서만 일어납니다. 이때 같은 질량의 소금에 대해서 굵은 소금은 입자 수는 적지만, 각 입자의 크기가 크고 잘게 간 소금의 경우에는 입자 수는 많고, 각 입자의 크기가 작습니다. 이때 중요한 점은 전체 표면적의 합인데요 소금을 잘게 부술수록, 각 입자의 표면이 새롭게 드러나면서 전체 표면적은 기하급수적으로 증가합니다. 같은 양이라도 잘게 간 소금이 물과 접촉하는 면적은 굵은 소금보다 훨씬 큽니다. 또한 용해는 표면에서만 일어나기 때문에, 표면적이 클수록 동시에 이온이 빠져나갈 수 있는 출입구가 많아지게 되는 것이며 그 결과 용해 속도가 빨라집니다. 또한 용해 속도는 고체와 용매가 접촉하는 표면적, 표면 근처의 농도 구배, 용질이 용매 속으로 확산되는 속도에 의해 결정되는데요 이 중 입자 크기는 표면적에 직접적으로 영향을 줍니다. 잘게 간 소금은 표면적이 커서, 단위 시간당 더 많은 이온이 물속으로 이동할 수 있고, 물속으로 빠져나간 이온은 빠르게 확산되어 주변 농도를 낮춥니다. 그러면 다시 표면에서 이온이 더 빠져나올 수 있는 조건이 유지됩니다. 반대로 굵은 소금은 표면적이 작아, 표면 근처에 이온이 쌓이기 쉬워지고, 이로 인해 용해 속도가 자연스럽게 느려지는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.공기가 안 보이는 이유는 빛과 상호작용은 하지만 그 효과가 인간의 눈으로 인식될 만큼 크지 않기 때문입니다. 우선 공기가 빛을 하나도 흡수하거나 반사하지 않아서 안 보이느냐에 대해 말씀드리면, 이것은 부분적으로만 맞고 정확하지는 않습니다. 공기는 빛을 전혀 흡수하지도, 전혀 반사하지도 않는 물질은 아닌데요 실제로 공기를 구성하는 질소, 산소, 이산화탄소 분자들은 빛과 상호작용을 합니다. 다만 그 상호작용의 강도가 극히 약하고 선택적이기 때문에, 우리 눈에는 없는 것처럼 느껴질 뿐입니다. 이때 공기는 가시광선 영역에서 투과율이 매우 높은 매질인데요, 태양빛이나 실내 조명이 공기를 통과할 때 대부분의 빛은 방향과 에너지를 거의 잃지 않고 그대로 진행합니다. 우리 눈은 물체에서 반사되거나 산란된 빛을 감지해서 보인다고 인식하는데, 공기는 그 과정이 너무 미약해서 시각 신호로 잘 잡히지 않는 것입니다. 이 과정에서 중요한 현상은 산란인데요, 사실 공기는 빛을 아주 약하게는 분명히 산란시킵니다. 대표적인 예가 하늘이 파랗게 보이는 현상입니다. 태양빛이 공기 분자에 부딪히면, 파장이 짧은 파란빛이 상대적으로 더 많이 산란됩니다. 이것은 공기가 안 보이는 것 같지만 실제로는 빛과 상호작용하고 있다는 강력한 증거입니다. 다만 이 산란은 개별 분자 하나하나가 눈에 보일 정도로 강하지 않고, 넓은 공간 전체에서 누적되어 나타나기 때문에 하늘색처럼 간접적인 형태로만 인식되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.질문해주신 '염화칼슘의 습격'이라는 표현은 겨울철 제설을 위해 대량으로 살포되는 염화칼슘이 우리 생활환경 전반에 부작용을 일으키고 있다는 점을 경고적으로 표현한 것으로 보입니다. 우선 염화칼슘은 물에 녹을 때 열을 방출하는 성질이 있고, 물의 어는점을 크게 낮추는 효과가 있습니다. 그래서 눈이나 얼음 위에 뿌리면 단순히 미끄럼을 줄이는 것이 아니라, 실제로 얼음을 녹여 도로를 빠르게 확보할 수 있습니다. 또한 염화나트륨보다 낮은 온도에서도 효과가 유지되기 때문에, 한파가 심한 지역이나 급경사 도로에서 많이 사용되며 이 때문에 겨울철 도로 안전이라는 측면에서는 매우 유용한 물질입니다. 하지만 문제가 되는 것은 과도하고 반복적인 사용입니다. 염화칼슘은 눈이 녹은 뒤에도 사라지지 않고, 녹은 물과 함께 토양이나 하천으로 퍼지게 됩니다. 이 과정에서 여러 부작용이 누적되며, 마치 서서히 환경을 잠식하는 것처럼 보이기 때문에 언론에서 습격이라는 표현을 쓴 것입니다. 염화칼슘을 많이 사용했을 때 나타날 수 있는 문제점으로는 토양과 식물 피해가 있는데요, 염화칼슘이 토양에 스며들면 토양 속 이온 농도가 급격히 증가합니다. 그러면 식물 뿌리가 물을 흡수하기 어려워지고, 마치 가뭄에 걸린 것처럼 탈수 스트레스를 받게 됩니다. 그 결과 가로수의 잎이 마르거나, 봄에 새순이 잘 트지 않는 현상이 나타나며 실제로 도로변 나무가 다른 곳보다 빨리 고사하는 경우가 많은 이유 중 하나가 바로 이 염분 축적입니다. 또한 하천과 생태계에도 영향을 줄 수 있는데요, 눈 녹은 물은 결국 하천으로 흘러가게 됩니다. 이때 염화칼슘이 함께 유입되면 담수 생물에게 부담을 줄 수 있습니다. 민물 생물은 염분 변화에 매우 민감하기 때문에, 삼투압 균형이 깨져 생리적 스트레스를 받거나 생존율이 떨어질 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.아황산은 일상과 산업 전반에서 꽤 널리 쓰이는 화학 물질이며 핵심 역할은 산화 방지와 미생물 억제입니다. 말씀해주신 것처럼 sulfite라고 표기해도 되고 sulphite라고 표기도 가능합니다. 화학적으로는 모두 아황산 이온(SO₃²⁻)을 포함한 염류를 의미하며, 예를 들면 아황산나트륨, 아황산칼륨, 메타중아황산나트륨 등이 이에 해당합니다.아황산염의 가장 중요한 특징은 환원성인데요, 주변에 산소가 있으면 산소와 먼저 반응하여 스스로 산화되고, 다른 물질이 산화되는 것을 막아줍니다. 이 성질 때문에 아황산염은 색이 변하는 것을 막아주고 맛과 향이 변질되는 것을 억제하며 미생물 증식을 억제합니다. 아황산염은 식품 산업에서 가장 자주 등장하는데요 와인, 막걸리, 맥주 등의 발효 음료, 건과일이나 절임 식품, 일부 수산 가공품 등에 사용됩니다. 이때 갈변 방지 기능을 할 수 있는데요 과일이나 식품은 공기 중 산소와 반응하면 효소적 산화가 일어나 색이 갈색으로 변합니다. 아황산염은 산소를 먼저 소비하거나 산화 반응을 억제하여, 색을 비교적 밝게 유지시켜 줍니다. 또한 효모나 세균의 효소 작용을 억제하여 발효가 과도하게 진행되거나 부패가 일어나는 것을 막습니다. 특히 와인에서는 필요한 발효만 유지하고, 원하지 않는 미생물은 억제하는 조절자 역할을 합니다.다만 아황산염은 소량에서는 안전하지만, 일부 사람에게는 주의가 필요한데요 천식 환자 중 일부는 아황산염에 민감하게 반응할 수 있고 과다 섭취 시 두통, 위장 불편감을 유발할 수 있습니다. 이 때문에 식품에는 법적으로 허용된 최대 사용량이 엄격히 정해져 있으며, 일정 농도 이상이 들어가면 반드시 아황산염 함유 표시를 하도록 규제하고 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.비눗방울이나 액체 속 기체 기포가 대부분 구형를 띠는 이유는, 그 계가 에너지를 최소화하려는 물리적 성질과 밀접하게 연결되어 있으며 그 핵심에 표면장력이 있다고 할 수 있습니다. 표면장력이란 액체의 표면에 있는 분자들이 느끼는 특유의 힘인데요 액체 내부에 있는 분자들은 사방에서 같은 종류의 분자들과 인력을 주고받기 때문에 힘의 합이 거의 0이 됩니다. 그러나 액체의 표면에 있는 분자들은 위쪽에는 같은 액체 분자가 없고, 아래나 옆으로만 분자들이 존재합니다. 이 때문에 표면 분자들은 내부 쪽으로 끌려 들어가려는 불균형한 힘을 받게 되고, 그 결과 액체는 가능한 한 표면적을 줄이려는 성질을 갖게 됩니다. 이 현상을 거시적으로 나타낸 것이 바로 표면장력입니다.왜 둥근 모양이 되는지를 살펴보면, 같은 부피를 가진 도형들 중에서 표면적이 가장 작은 형태가 바로 구이기 때문인데요 예를 들어 같은 부피를 가진 정육면체, 원기둥, 구를 비교하면, 구가 가장 작은 표면적을 가집니다. 따라서 액체가 표면장력에 의해 자신의 표면적을 최소화하려 할 때, 자연스럽게 선택되는 형태가 구형이 됩니다. 비눗방울이나 물속 기포는 외부에서 특별한 힘이 작용하지 않는 한, 이 원리에 따라 둥글게 만드는 것입니다. 또한 표면적을 줄이는 것이 곧 에너지를 낮추는 과정이라고 할 수 있는데요 표면에는 분자 간 결합이 상대적으로 불완전하여 내부보다 에너지가 높은 상태로 존재합니다. 따라서 표면의 넓이가 클수록 계 전체의 에너지는 커지고, 반대로 표면적이 작아질수록 계는 더 안정적인, 즉 에너지가 최소인 상태가 됩니다. 물리계는 항상 이러한 안정 상태로 가려는 경향을 가지므로, 거품은 가능한 한 표면적을 줄이는 방향으로 스스로 형태를 바꾸게 되는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.판 막걸리에 들어 있는 아스파탐 자체가 혈당을 직접적으로 크게 올리거나, 일반적인 섭취 수준에서 인체에 독성을 일으킨다고 보기는 어렵습니다. 아스파탐은 설탕처럼 그대로 포도당으로 흡수되는 물질이 아니라, 체내에 들어오면 아미노산과 소량의 메탄올로 분해되며 이 과정에서 혈당을 직접적으로 상승시키는 작용은 거의 없고, 당뇨 환자용 무가당 식품에도 널리 사용되는 이유가 바로 이 때문입니다. 하지만 왜 시판 막걸리를 마시면 당이 확 오른다는 느낌을 받느냐 하면, 원인은 감미료보다 막걸리 자체의 탄수화물과 알코올에 있는데요 막걸리는 쌀 전분이 당화되어 만들어진 술이기 때문에, 아스파탐과 무관하게 이미 말토스, 포도당 등 흡수가 빠른 당류를 상당량 포함하고 있습니다. 여기에 알코올이 들어가면 간에서 포도당 대사가 교란되고, 인슐린 반응도 변하기 때문에 식후 혈당 변동 폭이 커질 수 있습니다. 즉, 달게 느껴져서 혈당이 오르는 것처럼 느껴지는 것이지, 실제 혈당 상승의 주범은 감미료가 아니라 쌀 기반 술의 구조적 특성입니다. 또한 아스파탐 자체는 극소량만 사용되기 때문에 열량 기여는 거의 없으며 시판 막걸리의 칼로리는 대부분 알코올과 잔존 탄수화물에서 옵니다. 또한 집에서 만든 막걸리가 덜 달고 깔끔하게 느껴지는 이유는, 감미료가 없어서라기보다는 완전 발효에 더 가까워 잔당이 적고, 인위적인 단맛이 덧붙지 않았기 때문입니다. 하지만 이 경우에 맛은 깔끔하지만 알코올과 기본 당 구조가 사라진 것은 아닙니다.마지막으로 장기적으로 인체에 해로운가에 대해 답변드리자면 아스파탐 자체는 국제적으로 정해진 일일섭취허용량 범위 내에서는 건강한 성인에게서 명확한 위해성이 입증되지 않았습니다. 문제의 핵심은 감미료가 아니라 막걸리를 자주 마시는 습관인데요 막걸리는 생각보다 혈당 지수가 높고, 알코올이 지방 대사와 간 대사에 부담을 주기 때문에 지속적인 섭취는 체중 증가, 지방간, 인슐린 저항성 악화로 이어질 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.레몬즙이 아보카도의 갈변 반응을 일으키는 효소의 작용을 억제하고, 반응 조건 자체를 불리하게 만들어 주기 때문입니다. 아보카도를 자르거나 으깨면 시간이 지나면서 표면이 갈색으로 변하는데, 이는 효소적 갈변 현상이며 폴리페놀 산화효소, 산소, 아보카도 속 폴리페놀 화합물이 관여합니다. 아보카도가 멀쩡할 때 효소는 세포의 한쪽에, 폴리페놀 기질은 다른 쪽에 분리되어 존재하는데요 하지만 아보카도를 자르거나 으깨면 세포 구조가 파괴되어, 효소와 기질, 공기 중 산소가 한자리에 만나게 됩니다. 그러면 폴리페놀 산화효소가 작용하여 폴리페놀을 산화시키고, 이 산화 생성물들이 서로 중합되면서 멜라닌 유사 갈색 색소가 만들어집니다. 이것이 우리가 보는 갈색 변색의 정체입니다. 하지만 레몬즙에는 여러 가지 작용이 동시에 일어나며, 이들이 갈변 반응을 다중으로 차단합니다. 폴리페놀 산화효소는 중성~약산성의 조건인 pH 약 5~7에서 가장 활발히 작용하는데요 그런데 레몬즙에는 구연산이 풍부하여, 아보카도 표면의 pH를 빠르게 강한 산성 쪽으로 낮춥니다. 이렇게 되면 효소의 입체 구조가 부분적으로 변형되고활성 부위가 제대로 작동하지 못해 산화 반응 속도가 급격히 감소합니다. 즉, 레몬즙은 효소가 일하기 힘든 환경을 만들어 주는 것입니다. 또한 레몬즙에는 비타민 C가 풍부한데요 비타민 C는 강력한 환원제로 작용하여, 이미 산화된 폴리페놀을 다시 환원시키거나 산소가 폴리페놀을 산화시키기 전에 먼저 반응해 갈변 반응을 가로채는 역할을 합니다. 그래서 일시적으로 갈색으로 변하려던 물질이 다시 무색 상태로 돌아가기도 하는 것입니다. 감사합니다.