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새는 어떤 원리로 하늘을 날 수 있는 건가요?
안녕하세요. 새가 하늘을 나는 원리는 공기역학(aerodynamics)의 법칙에 기반하며, 비행기와 유사하지만 몇 가지 중요한 차이가 존재합니다. 새의 비행 원리는 양력(lift), 추력(thrust), 항력(drag), 중력(gravity)이라는 네 가지 힘의 상호작용에 의해 설명됩니다. 그러나 인간이 비행기가 나는 원리를 완벽히 이해하지 못하는 측면도 있는 만큼, 이 주제에는 여전히 논쟁과 탐구가 남아 있습니다. 새가 나는 과정에서 가장 중요한 원리 중 하나는 베르누이의 정리(Bernoulli`s principle)입니다. 새의 날개는 위쪽이 볼록하고 아래쪽이 평평한 형태로 설계되어 있습니다. 새가 날개를 펄럭이며 앞으로 나아갈 때, 날개의 위쪽을 지나는 공기는 더 빠르게 흐르고, 아래쪽 공기는 상대적으로 느리게 흐릅니다. 이때 빠르게 흐르는 공기가 낮은 압력을 형성하고, 느리게 흐르는 공기가 높은 압력을 형성하면서 날개 아래쪽에서 위쪽으로 향하는 양력(lift)이 발생합니다. 이 양력이 새를 하늘로 떠오르게 합니다. 또한 새는 날개를 위아래로 움직이며 추력(thrust)을 생성합니다. 날개를 내리칠 때 근육의 수축으로 강한 힘을 발생시키며, 이 힘이 공기를 뒤로 밀어 새가 앞으로 나아가도록 만듭니다. 동시에, 새의 몸은 공기 저항(항력)을 최소화하는 유선형 구조를 가지며, 깃털은 비행 중 공기의 흐름을 정교하게 조절하는 역할을 합니다. 이 모든 요소가 조화를 이루며 새는 효율적으로 비행할 수 있습니다. 비행기 역시 이와 유사하게 양력을 통해 하늘을 나는 것으로 설명됩니다. 그러나 항공기의 비행 원리에 대해 일부 과학자들은 비판적 시각을 제기합니다. 전통적으로 사용되는 베르누이의 정리 외에도 뉴턴의 운동 법칙(Newton`s laws of motion)을 이용한 설명이 병행되며, 실제로 두 이론이 상충하는 부분도 있어 아직까지 완전히 합의된 이론은 없습니다. 즉, 공기의 흐름과 날개의 상호작용에 대한 복잡한 현상을 모든 조건에서 완벽하게 설명하는 이론을 인간은 아직 개발하지 못했습니다.
학문 / 물리
24.10.15
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새우나 가재는 익히면 겉껍질이 빨개지는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 새우와 가재와 같은 갑각류가 익히면 껍질이 붉은색으로 변하는 이유는, 이들 껍질에 포함된 카로티노이드(carotenoid) 색소, 특히 아스타크산틴(astaxanthin)의 화학적 변화 때문입니다. 갑각류의 껍질은 본래 다양한 색소가 결합되어 독특한 색상을 띠며, 이들 중 아스타크 산틴은 자연 상태에서는 단백질 복합체와 결합해 있습니다. 이 복합체는 아스타크산틴의 붉은빛을 숨기고 청록색, 갈색, 투명한 색상을 띠게 만듭니다. 그러나 새우나 가재를 가열하면 열에 의해 이 단백질 복합체가 변성되고 아스타크산틴이 자유로운 상태로 풀려나게 됩니다. 아스타크산틴이 해방되면, 본래의 선명한 붉은색이 나타나게 됩니다. 이 현상은 다음과 같은 화학적 원리로 설명됩니다. 단백질과 색소가 결합할 때는 전자의 배치와 빛의 파장 흡수 패턴이 변화하여 다양한 색상을 형성합니다. 그러나 열로 인해 단백질이 변성되면 색소 분자가 분리되어 원래의 파장, 즉 붉은색 파장을 반사하게 됩니다. 따라서 새우나 가재를 삶거나 구웠을 때 껍질이 붉게 변하는 것은 이러한 아스타크산틴의 구조적 변화 때문입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.14
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불가사리가 생선의 주식이 될정도로 영양분이 많이있나요?
안녕하세요. 불가사리(Asteroidea)는 해양 생태계에서 중요한 역할을 수행하지만, 그 영양적 가치가 특별히 높지는 않습니다. 불가사리의 주요 성분은 단백질과 일부 지질로 구성되며, 해양 생물의 먹이 사슬에서 간혹 섭취되지만 고도로 영양가가 높은 식품으로 분류되지는 않습니다. 다만, 불가사리의 조직에는 칼슘 및 미량의 무기질과 같은 요소가 포함되어 있어 해양 포식자들이 이를 먹이로 삼는 동기 중 하나가 될 수 있습니다. 불가사리를 먹는 생물들은 그 자체의 영양보다는 접근성 및 생태적 이점 때문에 섭취하는 경우가 많습니다. 불가사리를 포식하는 해양 생물 중 일부는 강력한 치악력(bite force)을 발달시켜 불가사리의 단단한 외골격을 파괴할 수 있습니다. 예를 들어, 복어(pufferfish)나 대형 게류(crabs)는 단단한 이빨과 턱을 통해 불가사리를 분쇄하며, 이러한 강한 턱은 단지 불가사리뿐만 아니라 다양한 갑각류나 조개류를 먹기 위해 진화했습니다. 이는 불가사리가 특별히 영양가가 높기보다는 해양 환경에서 쉽게 접근할 수 있는 자원이기 때문에 일부 포식자들이 이를 먹이로 활용한다는 점에서 진화적 동기가 형성된 것으로 볼 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.14
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박테리아중 세라티아 마르세센스는 누가처음 발견했나요?
안녕하세요. 세라티아 마르세센스(Serratia marcescens)는 1819년 이탈리아의 약사이자 세균학자인 바르톨로메오 비초(Bartolomeo Bizio)에 의해 처음으로 발견되었습니다. 비초는 베네치아의 옥수수 가루에서 발생한 빨간색 색소를 분석하는 과정에서 이 박테리아를 분리해냈습니다. 당시 이 색소는 종교 의식에 사용되던 성찬용 빵에서 붉은 얼룩 형태로 관찰되며 '기적의 피 현상'으로 오해받기도 했습니다. 세라티아 마르세센스는 특유의 붉은 색소인 프로디지오신(prodiginosin)을 생성하는 것으로 잘 알려져 있으며, 이 발견은 미생물학의 발전에 중요한 역할을 했습니다. 세라티아 마르세센스는 그람음성세균(Gram-negative bacterium)으로 다양한 환경에서 쉽게 발견됩니다. 주로 물, 토양, 식물, 의료 환경에 서식하며, 면역이 억제된 환자들에게 심각한 감염을 일으킬 수 있습니다. 병원 내 감염(nosocomical infection)의 주요 원인 중 하나로, 특히 폐렴, 요로감염, 창상감염 등을 유발합니다. 이 박테리아는 특정 항생제에 대한 내성(antibiotic resistance)을 보이는 경향이 있어, 치료가 매우 까다롭습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.14
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일반화학 산 해리상수 Ka에 대해 질문이 있습니다
안녕하세요. 산 해리 상수(Kₐ)는 특정한 산이 물과 반응하여 양성자(H⁺)를 얼마나 내놓는지를 정량적으로 나타내는 값입니다. 이 값은 온도와 용매가 동일할때 일정하게 유지되며, 해당 산의 고유한 특성을 반영합니다. 그러나, 새로운 용질(ex : HNO₂와 같은 또 다른 산)이 추가된 경우, 용액의 평형 상태가 변화할 수 있으며, 이것이 실질적인 해리도에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 경우 HCN의 고유한 Kₐ 값은 변하지 않지만, 실질적인 해리도와 pH는 달라질 수 있습니다. HCN의 Kₐ 값이 유효한가? HCN의 Kₐ 값인 4.9×10⁻¹⁰은 물과의 반응에서 정의된 고유한 값입니다. 따라서 HCN이 물과 반응할 때, 평형 상수 자체는 변하지 않습니다. 그러나 새로운 산(ex : HNO₂)이 첨가되면, 용액의 전체 수소 이온 농도([H⁺])와 평형 상태가 변하게 됩니다. 이는 HCN의 해리도를 변화시킬 수 있지만, HCN 자체의 Kₐ 값은 여전히 같은 온도와 조건에서 동일하게 유지됩니다. 다른 산의 영향: 공통 이온 효과(Common ion effect) HNO₂와 같은 산이 용액에 추가되면, 두 산은 모두 물에 해리되어 H⁺ 이온을 방출합니다. 이로 인해 공통 이온 효과가 발생합니다. 공통 이온 효과란, 용액 내에 같은 이온이 추가될때 해당 이온을 생성하는 평형이 억제되는 현상을 말합니다. 이 경우, HNO₂와 HCN은 모두 H⁺ 이온을 생성하므로, HCN의 해리도는 감소하게 됩니다. 이는 다음과 같은 평형 식에서 나타납니다 : HCN ⇌ H⁺ + CN⁻ HNO₂ ⇌ H⁺ + NO₂⁻ HNO₂가 해리하면서 추가적인 H⁺ 이온을 공급하면, 르 샤틀리에의 원리(Le Chatelier`s principle)에 따라 HCN의 해리 평형은 왼쪽으로 이동합니다. 이로 인해 실제로 생성되는 CN⁻의 농도가 줄어들며, HCN의 해리도는 감소하지만, 고유한 Kₐ = 4.9×10⁻¹⁰은 변하지 않습니다. HCN의 고유한 Kₐ 값은 HNO₂와 같은 다른 물질이 추가되더라도 변하지 않습니다. Kₐ는 특정 산이 물과 반응할때의 고유한 평형 상수로, 이는 온도와 용매가 동일하다면 일정하게 유지됩니다. 그러나 새로운 산이 들어오면 공통 이온 효과로 인해 HCN의 해리도는 감소할 수 있으며, 이로 인해 실제 pH와 각 이온의 농도가 달라질 수 있습니다.
학문 / 화학
24.10.13
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거북이의 생존률은 어느정도나 되나요?
안녕하세요. 바다거북의 생존률은 초기 단계에서 극히 낮으며, 이는 자연 선택과 생태적 압력의 결과로 해석됩니다. 부화한 새끼 거북이 성체로 성장해 번식에 성공할 확률은 0.01%에서 0.1% 정도로 추정됩니다. 이는 약 1,000마리에서 10,000마리의 새끼 중 단 한마리만이 성체가 되어 번식할 수 있음을 의미합니다. 이러한 낮은 생존률은 거북이가 한 번에 수백 개의 알을 낳는 이유를 설명해 줍니다. 부화 후 백사장에서 바다로 이동하는 동안 새끼 거북은 다양한 포식자(predators)에게 노출됩니다. 해변에서는 새, 게, 육상 포식자가 주요 위협이며, 바다에 도달한 이후에는 어류, 상어, 해양 조류와 같은 해양 포식자들이 새끼 거북을 사냥합니다. 이 과정에서 대부분의 개체가 포식에 의해 생존하지 못합니다. 또한, 환경적 요인(environmental factors)도 생존률에 중요한 영향을 미칩니다. 알이 부화하는 동안 모래의 온도와 습도가 적절해야 하며, 온도가 지나치게 높거나 낮을 경우 부화 성공률이 감소합니다. 모래 온도가 29.5°C이상이면 암컷이, 그 이하이면 수컷이 주로 부화하는데, 이는 기후 변화가 성비 불균형을 초래해 종의 장기적 생존에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다. 인간 활동도 바다거북의 생존률을 저하시킵니다. 해변 개발과 인공 조명은 부화한 새끼 거북이 바다로 향하는 방향을 혼란시켜 생존률을 떨어뜨립니다. 또한, 플라스틱 오염과 어업 활동으로 인한 혼획(bycatch)은 개체군의 생존에 큰 위협이 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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근친혼과 유전병의 상관관계가 있나요?
안녕하세요. 근친혼과 유전병의 상관관계는 유전학에서 매우 중요하게 다루어집니다. 근친혼이 유전병 발병 확률을 높이는 이유는 주로 열성 유전자(recessive gene)의 발현 가능성과 관련이 있습니다. 이 현상은 유전학(genetics)의 하위 분야인 집단 유전학(population genetics)과 의료 유전학(medical genetics)에서 연구됩니다. 일반적으로, 인간의 유전자 배열은 감수분열(meiosis)을 통해 부모로부터 다양한 유전적 조합을 물려받아 유전적 다양성을 형성합니다. 그러나 근친혼에서는 부모가 유전적으로 유사한 염기서열을 가질 가능성이 높기 때문에, 같은 열성 유전자를 자녀에게 물려줄 확률이 증가합니다. 만약 양쪽 부모가 특정 유전 질환을 유발하는 열성 유전자를 모두 보유하고 있을 경우, 자녀가 이 두 열성 유전자를 모두 물려받아 해당 유전병이 발현될 가능성이 높아진다. 많은 유전병은 열성 형질(recessive trait)에 의해 발현되는데, 이 형질은 열성 유전자가 두 개 모였을 때만 나타납니다. 근친혼에서는 같은 조상으로부터 유래한 열성 유전자가 다시 짝을 이루는 확률이 증가하므로, 열성 유전병 발병 위험이 높아집니다. 대표적인 열성 유전병으로는 낭포성 섬유증(cystic fibrosis), 페닐케톤뇨증(phenylketonuria), 테이-삭스병(Tay-sachs disease)등이 있습니다. 집단 유전학에서는 근친혼이 개체군 내 동형접합(homozygosity)을 증가시켜 유전자 풀이 좁아지는 현상을 연구합니다. 이는 특정 유전병이 개체군에 빠르게 확산될 가능성을 높이며, 이를 근교 우성(inbreeding depression)이라고 합니다. 근교 우성은 개체군 내에서 열성 유전자들이 축적되고 발현되면서 유전적 질환과 생존율 저하로 이어질 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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멸종이 된 것은 다시 나타나거나 할 가능성은 없나요?
안녕하세요. 멸종된 생물이 다시 나타날 가능성은 두 가지로 설명할 수 있습니다. 멸종된 것으로 여겨졌던 생물이 오랜 시간이 지난 후 발견되는 라자루스 효과(Lazarus effect), 유전자 편집 기술(CRISPR)을 활용해 멸종된 생물을 되살리는 멸종 복원(De-extinction)연구가 있습니다. 대표적인 예를 들자면 6,500만 년 전 멸종된 것으로 추정되었던 실러캔스가 1938년에 다시 발견되었습니다. 이는 생물이 외딴 서식지에서 발견되지 않은 채 살아남을 가능성을 보여주는 라자루스 효과의 대표적인 사례입니다. 또, 매머드를 복원하려는 프로젝트가 현재 진행 중입니다. 그러나 복원된 종이 생태계에 재도입될 때의 윤리적 문제와 생존 가능성은 여전히 해결해야 할 과제입니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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비행기가 날아갈 때에 필요한 양력이란 힘은 어떻게 생기나요?
안녕하세요. 비행기가 날 때 발생하는 양력(lift)은 주로 베르누이의 원리와 뉴턴의 제 3법칙의 원리로 설명됩니다. 이 원리들을 간략하게 설명하면, 비행기 날개는 위쪽이 볼록하고 아래쪽이 평평한 모양으로 설계됩니다. 공기가 날개 위쪽에서는 더 빠르게 흐르고, 아래쪽에서는 느리게 흐르기 때문에 압력 차이가 생깁니다. 위쪽 압력이 낮아지고 아래쪽 압력이 높아져, 날개를 위로 밀어 올리는 힘(양력)이 발생합니다. 또, 날개가 공기를 아래로 밀어내면, 공기는 반작용으로 날개를 위로 밀어줍니다. 이는 양력을 보강합니다.
학문 / 물리
24.10.13
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사람의 피에서는 왜 철냄새가 나나여?
안녕하세요. 사람의 피에서 철 냄새가 나는 이유는 혈액 속에 있는 헤모글로빈(hemoglobin) 때문입니다. 헤모글로빈은 혈액의 적혈구에 포함된 단백질로, 산소를 운반하는 중요한 역할을 합니다. 이 단백질은 철(Fe²⁺)을 중심으로 한 헴(heme) 구조를 포함하고 있으며, 이 철 이온이 피에 특유의 금속성 냄새와 맛을 부여합니다. 철 냄새가 특히 강하게 느껴지는 이유는 피가 산소와 접촉할 때 발생하는 화학적 변화와 관련이 있습니다. 피가 피부 표면에서 공기와 접촉하면, 산화 반응이 일어나면서 철 이온이 산화됩니다. 이때 산화된 철과 단백질이 피부의 지방산과 반응하여 금속성 냄새를 더 강하게 합니다. 이는 마치 철이 녹슬 때 나는 냄새와 유사한 원리입니다. 또한, 피를 빨거나 맛보았을때 느껴지는 금속성 맛은 헴에 포함된 철 이온이 혀의 금속 감각 수용체와 결합하면서 발생합니다. 이런 감각은 본능적으로 우리 몸이 철분과 같은 중요한 무기질을 인식하도록 돕는 역할을 하기도 합니다. 혈액 내 철분은 산소 운반 외에도 몸의 대사 과정에서 필수적인 역할을 하기 때문에, 철분 결핍은 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
학문 / 화학
24.10.13
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