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혹시 물고기도 잠을 자는 생물인지요?
안녕하세요. 물고기도 잠을 잡니다. 그들의 수면은 인간의 수면과 다를 수 있지만, 물고기는 활동이 줄어들고, 반응이 둔해지며, 몸을 안정시키는 행동을 보입니다. 물고기의 수면은 주로 더 적은 움직임과 느린 호흡으로 나타납니다. 일부 종은 물 밑 바닥이나 동굴에서, 혹은 식물 사이에서 안정을 찾아 수면을 취하며, 더 안전한 환경을 찾아 활동성이 낮아집니다. 이러한 행동은 에너지를 절약하고 복원하는데 도움이 됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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대구에서 2024년 8월과 9월 모기 개체수가 약 40%저감 되었다고 하는데 모기도 진화를 할까오?
안녕하세요. 모기도 환경 변화에 대응하여 진화할 수 있습니다. 진화는 세대를 거쳐 유전적 변화가 축적되는 괒어을 말하며, 모기와 같은 빠르게 번식하는 생물은 상대적으로 짧은 시간 내에 적응적 변화를 경험할 수 있습니다. 대구에서 모기 개체수가 저감된 것은 높은 기온과 같은 환경 요인 때문일 수 있으며, 이러한 조건에서 생존과 번식에 유리한 특성을 가진 모기가 선발될 가능성이 있습니다. 이는 모기가 환경 변화에 적응하는 방식의 한 예로 볼 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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코로나 바이러스와 COVID-19을 진단키트로 구분할 수 있나요?
안녕하세요. 코로나 바이러스는 많은 종류가 있고, 그 중 하나가 COVID-19를 일으키는 SARS-CoV-2입니다. 진단 키트는 특정한 바이러스 유전자나 단백질을 타겟으로 하기 때문에, COVID-19를 진단하는 키트는 일반적으로 SARS-Cov-2에 특이적인 마커를 감지합니다. 따라서 다른 종류의 코로나 바이러스 감염은 COVID-19 진단 키트로는 일반적으로 양성이 나오지 않습니다. 변종 바이러스에 대해서는 대부분의 COVID-19 테스트가 변종을 포함하여 SARS-CoV-2를 감지할 수 있도록 설계되어 있습니다. 변종 사이에도 특정 유전자 시퀀스의 공통성이 있기 때문에 동일하게 양성 결과를 보일 가능성이 높습니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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식물이 자라려면 꼭 햇빛이 필요한 것인가요?
안녕하세요. 대부분의 식물은 광합성(photosynthesis)을 통해 성장하기 때문에 햇빛이 필수적입니다. 광합성은 잎 속의 엽록체에서 빛을 사용해 이산화탄소와 물을 포도당과 산소로 전환하는 과정입니다. 이 포도당은 식물의 에너지원이 되어 성장을 돕고, 엽록소를 유지합니다. 그러나 모든 식물이 햇빛을 필요로 하는 것은 아닙니다. 일부 식물은 간접 광이나 인공광(ex : LED)을 통해서도 성장할 수 있으며, 특정 균류나 기생식물은 광합성 없이 영양소를 흡수하며 생존합니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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벌들은 벌집을 어떻게 육각형으로 만드는건가요
안녕하세요. 벌들이 벌집을 육각형으로 만드는 이유와 그 과정은 자연의 경이로운 설계 원리로 설명됩니다. 육각형 구조는 공간과 재료를 가장 효율적으로 활용할 수 있는 형태입니다. 육각형 구조는 최소한의 밀랍으로 최대의 공간을 확보할 수 있으며, 인접한 칸끼리 빈틈 없이 결합되므로 열 보존과 강도 면에서도 유리합니다. 벌들은 본능적으로 체온을 이용해 밀랍을 부드럽게 만들고, 이를 일정한 패턴으로 배치합니다. 밀랍이 벌들의 체온으로 약간 녹으면 자연스럽게 표면 장력에 의해 육각형으로 변형됩니다. 이는 곤충의 섬세한 움직임과 물리적인 특성들이 결합된 결과로, 별도의 도움 없이도 정밀한 구조가 형성됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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상압에서 다이아몬드는 어떻게 합성하는 건가요?
안녕하세요. 국내 연구진은 고온 · 고압 없이 상압(1기압)에서도 다이아몬드를 합성하는 기술을 개발했습니다. 이들은 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 사용해 다이아몬드의 성장을 유도했습니다. 이 방법에서는 1025°C의 온도에서 탄소가 액체 금속 내부로 확산되며, 합금의 하부 표면에서 다이아몬드 결정이 성장합니다. 연구진은 온도와 압력을 빠르게 조절하는 맞춤형 장비를 개발해 실험을 최적화 했습니다. 이 과정에서는 광 발광 분광법을 사용해 다이아몬드 내부에 특수한 실리콘 컬러 센터 구조를 확인했으며, 이는 양자 센서 개발 등 응용 가능성이 높습니다.
학문 / 화학
24.10.13
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일반화학 수용액은 무엇이 녹아있든 pH + pOH = 14인 이유가 궁금합니다
안녕하세요. 수용액에서 항상 pH + pOH = 14를 만족하는 이유는 물의 자가이온화 평형과 관련이 있습니다. 이 평형은 수용액에서 일어나는 모든 산-염기 반응과 관계없이 유지되며, 이는 물의 이온화 상수 Kw가 온도에 따라 일정한 값을 가지기 때문입니다. 물의 자가 이온화와 평형 상수 순수한 물에서는 다음과 같은 자가이온화 반응이 일어납니다 : H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ 이 반응의 평형 상수 Kw는 수소 이온과 수산화 이온의 농도 곱으로 표현됩니다. Kw = [H⁺][OH⁻] 25°C에서 Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ 입니다. 이 상수는 항상 일정하게 유지되므로, 어떤 산이나 염기를 수용액에 첨가하더라도, [H⁺]와 [OH⁻]의 곱은 항상 1.0 × 10⁻¹⁴로 일정합니다. 산을 첨가했을 때의 상황 산(HA)을 물에 첨가하면 다음과 같은 반응이 일어납니다 : HA + H₂O → A⁻ + H₃O⁺ 이 과정에서 수소 이온(또는 하이드로늄 이온, H₃O⁺)의 농도인 [H⁺]가 증가합니다. [H⁺]가 증가하면 평형 상수 Kw가 일정하게 유지되기 위해 반드시 [OH⁻]가 감소해야 합니다. 이는 자가이온화 평형에 따라 이루어지며, 물 속의 수산화 이온이 일부 소모되면서 산의 영향을 상쇄하려는 경향을 보입니다. OH⁻의 감소가 보이지 않는 이유 산을 첨가한 화학 반응식에서는 명시적으로 OH⁻가 등장하지 않기 대문에 수산화 이온이 감소하는 것이 직접적으로 보이지 않을 수 있습니다. 하지만 수용액 전체에서는 여전히 물의 자가이온화 반응이 일어나고 있으며, 이로 인해 [H⁺]와 [OH⁻]의 곱이 항상 Kw 값을 만족합니다. 산을 첨가할 때는 [H⁺]가 증가하고, 이를 보상하기 위해 [OH⁻]가 자동으로 감소하게 됩니다. pH + pOH = 14의 유도 pH와 pOH는 각각 수소 이온과 수산화 이온의 농도의 음의 로그입니다 : pH = −log[H⁺], pOH = −log[OH⁻] 이 두 로그 값의 합은 다음과 같이 항상 14가 됩니다 : log(Kw) = log([H⁺][OH⁻]) ⟹ −log(Kw) = −log[H⁺] − log[OH⁻] 따라서, 14 = pH + pOH 이 공식은 수용액에서 어떤 물질이 녹아 있든, 자가이온화 평형이 유지되기 때문에 항상 성립합니다. 산을 첨가하여 [H⁺]가 증가하면, 물의 자가이온화 평형에 의해 [OH⁻]가 반드시 감소하게 됩니다. 이는 자가이온화 상수 Kw를 일정하게 유지하기 위한 자연스러운 반응입니다. 따라서, 수용액에 어떤 산이나 염기가 녹아 있더라도, pH pOH = 14의 관계는 항상 만족됩니다.
학문 / 화학
24.10.13
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일반화학 강산 약산 기준(짝염기가 물보다 세냐 약하냐)
안녕하세요. 강산과 약산의 구분에서 짝염기의 강도는 산-염기 반응의 역할을 이해하는데 중요한 과정입니다. 짝염기의 강도는 해당 염기가 H⁺(양성자)를 얼마나 잘 받아들이는지에 따라 결정되며, 이는 물과 짝염기를 비교하는 방식으로 이해할 수 있습니다. 강산은 물과의 반응에서 거의 완전히 이온화됩니다. 이 과정에서 형성된 짝염기(A⁻)는 매우 약한 염기로 작용하며, 물과 비교했을 때 H⁺에 대한 친화도가 낮습니다. 이는 강산의 짝염기인 A⁻가 물보다 염기성이 약하다는 의미입니다. 예를 들어, 염산(HCl)은 물과 반응하여 거의 완전히 해리되어 염화이온(Cl⁻)과 하이드로늄 이온(H₃O⁺)을 형성합니다. 이때 생성된 Cl⁻는 매우 약한 염기이므로 다시 H⁺를 받아들이려는 경향이 거의 없습니다. 반면, 약산은 부분적으로만 해리됩니다. 약산에서 생성된 짝염기(A⁻)는 물과 비교했을때 더 강한 염기성을 지니고, H⁺을 받아들이는 능력이 상대적으로 더 큽니다. 예를 들어, 아세트산(CH₃COOH)의 짝염기인 아세트산이온(CH₃COO⁻)은 물보다 염기성이 강하여 H⁺과 결합하는 경향이 더 큽니다. 이러한 비교는 산의 이온화 상수(Kₐ)와 관련이 있습니다. Kₐ 값이 큰 산은 강산이며, 이 경우 짝염기는 약한 염기입니다. 반대로 Kₐ 값이 작은 산은 약산이며, 이때 짝염기는 물보다 강한 염기성을 지닙니다. 이는 다음과 같은 화학식으로 요약할 수 있습니다 : HA + H₂O → A⁻ + H₃O⁺ 여기서 A⁻는 짝염기이며, 물과 반응하여 H⁺을 다시 받아들일 수 있는 능력을 가지는 정도에 따라 염기성이 결정됩니다. 물보다 염기성이 강하다는 의미는, 물과 A⁻가 같은 조건에서 H⁺과 반응할때 A⁻가 더 강하게 H⁺을 받아들인다는 것입니다. 따라서, 강산의 짝염기는 H⁺을 거의 받아들이지 않으므로 물보다 염기성이 약합니다. 반면, 약산의 짝염기는 물보다 H⁺과 결합하려는 성향이 강하여 상대적으로 염기성이 강합니다.
학문 / 화학
24.10.13
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유전에 대해 우성과 열성을 구분하는 기준은 어떻게 되는 건가요?
안녕하세요. 유전에서 우성(dominant)과 열성(recessive)의 구분은 주로 특정 유전자 대립유전자(allele)가 이형접합자(heterozygous) 상태에서 표현형(phenotype)에 어떻게 발현되는지를 기준으로 정의됩니다. 이형접합자란 서로 다른 대립유전자 두 개를 가지고 있는 상태를 의미합니다. 예를 들어, 쌍꺼풀 유전자와 외꺼풀 유전자가 함께 존재할 때 쌍꺼풀이 나타난다면, 쌍꺼풀이 우성 형질로 정의됩니다. 우성 유전자는 일반적으로 단백질 생성과 같은 기능적인 역할을 수행하는 유전자에 해당됩니다. 이러한 유전자는 효소나 구조 단백질을 정상적으로 합성하여 특정한 생리적 기능을 수행합니다. 반면, 열성 유전자는 해당 기능이 결여되었거나 비활성화된 단백질을 생성하는 경향이 있습니다. 예를 들어, 열성 유전자가 결손되거나 비정상적인 단백질을 생성하는 경우, 이형접합자에서는 기능성 단백질을 만드는 우성 유전자가 해당 형질을 보완합니다. 우성과 열성의 개념은 멘델의 유전 법칙에 기반하며, 유전자는 각각 대립유전자 쌍으로 존재하며 이 중 하나가 우성으로 작용할 때 그 형질이 발현됩니다. 이때 열성 형질은 이형접합자의 경우 잠재되어 표현되지 않지만, 두 개의 열성 유전자가 결합된 동형접합자(homozygous recessive) 상태에서는 발현됩니다. 이해를 돕기 위해 쌍꺼풀과 외꺼풀 유전자 간의 관계를 예로 들면, 쌍꺼풀 유전자를 A, 외꺼풀 유전자를 a라고 표현할 수 있습니다. 이 경우 대립유전자 조합은 : AA - 쌍꺼풀 (동형접합자 우성) Aa - 쌍꺼풀 (이형접합자, 우성 발현) aa - 외꺼풀 (동형접합자 열성) 이형접합자(Aa)에서는 쌍꺼풀이 발현되며, 이는 쌍꺼풀 유전자가 우성임을 의미합니다. 이러한 구분은 유전 질환을 이해하는데도 유용합니다. 예를 들어, 특정 유전 질환은 열성으로 존재해 이형접합자 상태에서는 나타나지 않지만, 동형접합자 상태에서만 발현됩니다.
학문 / 생물·생명
24.10.13
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히트텍 의류는 어떤 원리로 체온이 더 높게 유지되나요?
안녕하세요. 히트텍(Heattech) 의류는 고급 섬유 기술을 활용하여 체온을 유지하는데 뛰어난 기능을 발휘합니다. 이러한 의류는 착용자의 체온을 효과적으로 유지하기 위해 열 보존, 흡습 발열, 마찰에 의한 열 생성, 수분 관리와 같은 여러 원리를 복합적으로 적용합니다. 히트텍 의류의 섬유는 미세한 공기층을 형성하여 단열 효과를 제공합니다. 공기는 열전도율이 낮기 때문에, 피부와 외부 환경 사이에 공기층이 형성되면 외부의 냉기를 차단하고 체온 손실을 최소화합니다. 이러한 원리는 열 보존(thermal insulation)의 기초로, 이 공기층이 자연적으로 단열재 역할을 합니다. 또한, 히트텍 섬유는 흡습 발열(moisture-wicking heat generation) 메커니즘을 통해 체온 유지를 돕습니다. 이 원리는 수분이 섬유에 흡수될때 수소 결합 재배치로 인한 미세한 열 방출에 기초합니다. 예를 들어, H₂O 분자가 섬유에 흡착될 때 발생하는 분자 간 상호작용은 작은 열 에너지를 생성하여 착용자가 따뜻함을 느끼게 합니다. 이와 더불어, 의류의 밀착된 섬유 구조는 피부와의 미세한 마찰을 통해 열을 발생시킵니다. 움직임에 따라 발생하는 이 미세한 열은 마찰열(frictional heat)로, 이는 피부 가까이에 형성된 열을 보존하고 추위를 방지하는데 기여합니다. 이러한 효과는 옷이 몸에 밀착될수록 강화됩니다. 마지막으로, 히트텍 의류는 수분을 효율적으로 흡수하고 빠르게 증발시켜 땀으로 인한 냉감을 최소화합니다. 이로 인해 체온이 일정하게 유지되며 착용자는 불쾌한 습기 없이 따뜻함을 느낄 수 있습니다. 동시에 이러한 섬유는 통기성(breathability)도 갖추고 있어 열 축적 없이 체온 조절이 용이합니다.
학문 / 화학
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