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꿀벌은 침을 쏘고나면 죽는다는데 왜인가요?
안녕하세요. 꿀벌(Apis mellifera)의 침은 작은 갈고리 형태의 미세한 돌기가 있는 구조로 되어 있으며, 이 때문에 침을 찌른 후 쉽게 빠지지 않고 상대방의 피부에 고정됩니다. 침이 피부에 박힌 상태에서 벌이 몸을 떼어내려 하면 침과 함께 벌의 일부 장기가 분리되면서 치명적인 손상을 입게 되고 결국 사망하게 됩니다. 이러한 현상은 주로 꿀벌의 방어 메커니즘에 원인이 있습니다. 꿀벌은 주로 꽃가루를 모으는 일벌(worker bee)로 구성된 집단 생활을 하며, 벌집을 보호하는 것이 중요한 역할입니다. 적이 침을 맞고 도망가더라도, 침이 남아 있는 동안 독샘에서 독이 지속적으로 주입되는 효과가 있어 방어 능력을 극대화하는 역할을 합니다. 침이 빠지지 않고 남아 있는 동안 페로몬(pheromone)이 방출되며, 이는 다른 벌들을 공격적으로 유도하여 집단 방어를 촉진하는 기능을 합니다. 그러나, 모든 벌이 침을 쏘고 죽는 것은 아닙니다. 꿀벌과 달리 말벌(Vespa spp.)이나 땅벌(Bombus spp.)과 같은 벌들은 침이 매끄러운 구조로 되어 있어 찌른 후에도 쉽게 빠져나와 여러 번 사용할 수 있습니다. 이는 포식자로부터 방어해야 하는 방식의 차이에서 비롯됩니다. 예를 들어, 말벌과 땅벌은 개별적으로 사냥을 하거나 비교적 작은 집단을 이루므로, 반복적으로 침을 사용할 수 있어야 합니다. 반면, 꿀벌은 집단 방어 전략을 사용하기 때문에 개별 벌의 희생이 전체 군락의 생존에 기여하는 방식으로 진화한 것입니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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카피바라들은 무슨 생각을 하고 사나요?
안녕하세요. 카피바라(Hydrochoerus hydrochaeris)는 남아메리카의 습지와 강변 지역에 서식하는 세계 최대의 설치류로, 사회적 유대가 강하고 스트레스에 대한 저항성이 높은 동물로 알려져 있습니다. 질문자님의 의문이 드는 부분은, 이들이 여타 동물과 달리 특유의 차분하고 여유로운 태도를 유지하기 때문입니다. 신경생리학적으로 보았을 때, 카피바라의 사고방식은 즉각적인 생존 전략과 사회적 유대에 초점이 맞추어져 있으며, 불필요한 에너지 소모를 피하는 방향으로 최적화되어 있습니다. 포식자가 없을 때는 불필요한 움직임을 최소화하며, 물속이나 진흙탕에서 몸을 담그고 시간을 보내는 것은 에너지 절약과 체온 조절을 위한 전략입니다. 따라서 카피바라는 위험이 없는 한 최대한 긴장을 풀고 휴식을 취하는 것이 최선이라는 본능적 판단을 따르는 경향이 있습니다. 또한, 카피바라는 고도로 사회적인 동물로서, 무리 내 안정적인 관계 형성을 중요하게 여깁니다. 개별적인 경쟁보다는 협력과 조화가 생존에 유리하기 때문에, 싸움보다는 친밀한 접촉을 통해 유대를 강화하는 행동을 자주 보입니다. 이러한 특징은 사회적 긴장을 최소화하고 불필요한 스트레스를 줄이는 방식으로 진화했음을 반증합니다. 특히, 카피바라는 인간과 같은 복잡한 사고 체계를 가지고 있지는 않지만, 단순한 생존 본능을 넘어 일정 수준의 감정적 경험을 하고 있을 가능성이 제기됩니다. 연구에 따르면, 카피바라는 환경 변화나 인간과의 접촉에 따라 스트레스 반응을 다르게 보이며, 편안한 상태에서는 도파민(dopamine)과 같은 신경전달물질이 증가하는 것이 확인되었습니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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죽기 직전 겪는다는 회광반조현상의 원인이 무엇인가요?
안녕하세요. 회광반조(回光返照 ; Terminal Lucidity) 현상은 임종 직전, 의식이 흐릿하거나 혼수 상태에 있던 환자가 갑자기 정신이 맑아지고, 심지어 정상적인 대화나 행동을 보이는 현상을 의미합니다. 이 현상은 고대부터 보고된 바 있으며, 현대 의학에서도 관찰되지만 그 원인은 아직 명확히 규명되지 않았습니다. 다만 여러 가설이 제시되고 있으며, 과학적으로 신경생리학적 변화와 관련하여 몇 가지 유력한 설명이 있습니다. 가장 대두되는 것은, 뇌의 신경 활동 급증과 관련된 가설이 있습니다. 일반적으로 뇌세포는 산소 공급이 줄어들면 기능이 저하되지만, 일부 연구에서는 죽기 직전 특정 뉴런이 비정상적으로 활성화되는 현상이 관찰되었습니다. 2013년 미시간 대학교 연구팀(Borjigin et al.)은 실험용 동물의 심장이 정지된 후 약 30초 동안 뉴런의 활동이 급증하는 현상을 발견하였으며, 이는 뇌가 임종 과정에서 마지막으로 강렬한 신경 신호를 방출할 수 있음을 시사합니다. 이러한 신경 활성 증가는 의식이 순간적으로 맑아지는 효과를 유발할 가능성이 있습니다. 또한, 뇌의 에너지 고갈과 신경전달물질의 방출과 관련된 설명이 제시되고 있습니다. 임종 과정에서 뇌는 대사적으로 불안정한 상태가 되며, 잔여 에너지를 급격히 소모하는 과정에서 특정 신경전달물질(Neurotransmitters)의 비정상적인 방출이 유발될 가능성이 있습니다. 예컨데, 도파민(dopamine), 아세틸콜린(acetylcholine), 글루탐산(glutamate)과 같은 신경전달물질이 마지막 순간에 다량 방출되면서 뇌의 일부 기능이 일시적으로 회복될 수 있습니다. 또한, 산소 부족(hypoxia)에 의해 신경세포막의 전위(potential)가 불안정해지고, 이에 따라 단기적인 신경 활성화가 발생할 가능성도 제기됩니다. 이러한 가설들이 제시되고 있지만, 회광반조 현상은 여전히 많은 부분이 밝혀지지 않은 신경과학적 미스터리로 남아 있습니다. 다만, 점점 더 많은 신경과학 및 생리학 연구가 진행되면서 이 현상의 기전이 점차 명확해질 것으로 기대됩니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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안녕하세요.식물학자 린네는 어디사람인가요?
안녕하세요. 스웨덴 출신의 식물학자이자 동물학자, 의사였던 칼 폰 린네(Carl von Linné, 1707~1778)는 근대 생물 분류학의 창시자로 평가받으며, 생물의 학명을 이명법(Binomial nomenclature)으로 정리한 인물입니다. 그는 라틴어식 학명 체계를 확립하였고, 오늘날까지도 사용되는 생물 분류 체계를 구축하였습니다. 특히 인간을 호모 사피엔스(Homo sapiens), 개를 카니스 파밀리아리스(Canis familiaris)로 명명한 것은 그의 대표적인 업적으로 꼽힙니다. 린네는 생물을 분류할때, 종(species)은 불변하는 고정된 개체군이라고 보았습니다. 즉, 한 종이 다른 종으로 변하지 않는다고 생각하였으며, 생물의 특성이 신이 창조한 원형을 그대로 유지하고 있다고 해석하였습니다. 이는 창조론적 관점(Creationism)에 기반한 분류 체계로, 린네는 당시 종의 변화를 인정하지 않았으며, 생물은 처음부터 현재의 형태로 존재했다고 믿었습니다. 그러나 후대의 생물학자들은 진화론(Evolutionary theory)을 통해 종이 시간이 지나면서 변화하고 분화할 수 있음을 증명하였습니다. 따라서 린네가 만든 학명 체계는 현대까지 유지되지만, 그가 믿었던 종의 불변성 개념은 현재 생물학에서는 받아들여지지 않습니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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안녕하세요 제가 궁금한게 있는데요.
안녕하세요. 전자담배에 포함된 니코틴(nicotine)이 체내에서 완전히 배출되는데 걸리는 시간은 개인의 대사율, 사용 빈도, 섭취량, 간의 해독 기능 및 신장 배설 능력 등에 따라 다를 수 있습니다. 일반적으로 니코틴의 혈중 반감기(half-life)는 약 2시간으로 보고되며, 이는 섭취된 니코틴의 절반이 대사되는데 걸리는 시간을 의미합니다. 하지만 니코틴이 체내에서 완전히 제거되는 시간은 단순히 반감기의 배수로 계산할 수 있는 것이 아니라, 대사산물 및 각 조직에서의 축적 상태도 고려해야 합니다. 니코틴은 간에서 CYP2A6 효소에 의해 대사되어 주로 코티닌(cotinine)으로 변환되며, 이 대사산물은 신장을 통해 배설됩니다. 코티닌의 반감기는 평균적으로 16~20시간 정도이며, 이는 니코틴보다 훨씬 길기 때문에 소변 검사에서는 니코틴보다는 코티닌을 이용하여 최근 흡연 여부를 판단하는 경우가 많습니다. 일반적으로 단회성 흡입 후 1~3일 이내에 혈중 니코틴 농도는 거의 검출되지 않을 정도로 감소하지만, 코티닌은 신체에서 3~5일, 경우에 따라 10일까지도 검출될 수 있습니다. 소변 검사를 기준으로 할 경우, 보통 3~5일 내에는 니코틴과 코티닌이 검출되지 않으며, 타액 검사에서도 비슷한 결과가 나타납니다. 그러나 모발 검사에서는 니코틴이 수개월 동안 검출될 수 있으며, 이는 흡연 습관이 장기적으로 유지되었는지를 확인하는데 사용됩니다.
학문 / 화학
25.02.22
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유기화학 공명구조 그림이 안되는 것 질문
안녕하세요. 1. 좌측 빨간색 표시된 구조의 문제점 - 벤젠 고리의 공명 성질 유지 문제 공명 구조에서는 π 전자들이 원래의 공명 형태를 유지하면서 재배열되어야 합니다. 그러나 이 구조에서는 벤젠 고리 내의 전자들이 부자연스럽게 재배치되면서, 벤젠의 공명 안전성이 훼손됩니다. 벤젠(Benzene, C₆H₆)은 고리형 π-전자 분포를 가지는 공명 안정성(Resonance Stability)이 높은 구조입니다. 하지만, 해당 구조에서는 질소에서 유도된 전자가 벤젠 고리 내에서 비효율적으로 재배열되어, 올바른 공명 상태를 형성하지 못하는 형태가 됩니다. - 형식전하(Formal Charge)의 비논리적인 배치 공명 구조에서는 형식전하의 총합이 변하지 않아야 하지만, 이 구조에서는 형식전하가 비대칭적으로 분포하여 실제 존재 가능한 전자 분포와 맞지 않습니다. 특히, 벤젠 고리 내에 존재하는 전자의 밀도가 비정상적으로 바뀌면서, 실제로 발생할 가능성이 낮은 불안정한 구조가 형성됩니다. - 질소(N = N = N) 트리니트로 구조의 불안정성 질소-질소 결합의 경우 삼중 결합이 포함된 안정적인 형태를 유지하는 것이 일반적입니다. 그러나 해당 구조에서는 질소 간 결합이 기존의 공명 구조에서 나타나는 패턴과 다르게 재배치되며, 이는 일반적으로 인정되는 공명 구조에서 벗어난 형태입니다. 2. 우측 빨간색 표시된 구조의 문제점 - 전자의 이동 경로가 공명 구조의 규칙을 따르지 않음 공명 구조는 π 전자와 비공유 전자쌍(lone pair)의 이동을 통해 전자 구름이 재배치되는 과정이어야 합니다. 그러나 이 구조에서는 비공유 전자쌍이 부적절하게 공유 결합을 형성하려고 시도하는 형태로, 일반적인 공명 메커니즘에 맞지 않습니다. - 벤젠 고리 내의 전자 밀도 불균형 공명 구조는 안정성을 유지하기 위해 가능한 한 대칭적으로 전자 구름을 유지해야 하지만, 해당 구조에서는 벤젠 고리 내 전자의 흐름이 비정상적으로 흐려지면서 기존의 공명 성질을 크게 훼손합니다. 특히, 벤젠의 π 전자들이 특정 방향으로만 과도하게 집중되면서, 벤젠의 공명 에너지를 증가시키고 불안정한 상태를 유도합니다. 3. 공명 구조의 전하 보존 법칙 위반 공명 구조에서는 전체 분자의 형식전하 합이 유지되어야 하지만, 해당 구조에서는 전하가 예상보다 과도하게 분산되며, 특히 질소 부분에서 전자의 과도한 집중이 발생합니다. 결과적으로, 전하 균형이 맞지 않아 공명 구조로 성립하기 어렵습니다.
학문 / 화학
25.02.22
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유기화학 공명구조 그림이 안되는 것 질문
안녕하세요. 질문 1 : 1. 오존(O₃) 공명구조에서의 오류 첫번째 빨간 글씨로 표시된 구조는 O = O - O⁻ 형태를 가지며, 이는 공명 구조가 될 수 없습니다. 그 이유로는 산소 원자의 형식전하(Formal Charge) 배분 문제와 전자밀도의 이동이 잘못된 것입니다. 공명 구조에서는 전자 밀도의 재배치가 이루어지지만, 전체적인 형식전하의 패턴은 유지되어야 합니다. 답안에 제시된 공명 구조에서는 하나의 산소 원자가 +1 전하, 다른 하나가 -1 전하를 띠고 있으며, 이는 일반적으로 성립 가능한 공명 패턴입니다. 하지만, 빨간 글씨로 표시된 구조는 O = O - O⁻ 형태로 되어 있어, 전하가 한쪽으로만 치우쳐 균형을 유지하지 못합니다. 공명은 π결합과 비공유전자쌍(lone pair)의 이동을 통해 이루어져야 하는데, 이 구조에서는 적절한 전자 이동이 이루어지지 않습니다. 특히 O = O 형태가 되면서 한쪽 산소에 -1 전하가 집중되었는데, 이는 공명보다는 다른 형태의 분리된 종(species)에 가깝습니다. 2. 디아조메탄(Ch₂N₂)에서의 오류 디아조메탄에서 빨간 글씨로 표시된 두 개의 구조가 공명구조로 인정되지 않는 이유는 두가지로 설명드릴 수 있습니다. - C-N 단일 결합이 유지되지 않음 공명 구조에서는 원자 간의 연결 방식(결합 순서)이 변하지 않아야 합니다. 그러나 빨간 그릿로 표시된 구조에서는 탄소(C)와 질소(N)의 결합 형태가 달라지고 있으며, 전자의 재배치가 공명 구조에서 허용되는 방식이 아닙니다. 원래 기본 구조에서 C = N = N 형태를 유지해야 하는데, 빨간 글씨로 된 구조에서는 C와 N 사이의 결합이 부적절하게 변형되었습니다. - 질소 원자의 형식전하 문제 공명 구조에서는 기존 전하 분포를 유지해야 하며, 적절한 전하 재배치가 필요합니다. 빨간 글씨로 표시된 구조에서는 질소(N) 원자의 전자 분포가 비정상적이며, 특히 N = N = N 형태에서 형식전하가 비대칭적으로 바뀌어 기존 패턴을 유지하지 못합니다. 질소 원자는 일반적으로 삼중 결합이 안정적인 구조를 가지는데, 이 구조에서는 비정상적으로 결합 차수가 변화하면서 불안정한 상태가 됩니다. 질문 2 : 공명구조에서는 기본적으로 전체적인 전하의 총합은 변하지 않으며, 각 원자의 형식전하 패턴도 논리적으로 유지되어야 합니다. 즉, 하나의 공명구조에서 +1 전하와 -1 전하가 존재했다면, 다른 공명구조에서도 동일한 개수의 전하가 존재해야 합니다. 그러나, 공명구조 사이에서 형식전하가 있는 원자의 위치는 변경될 수 있습니다. 예컨데, O₃의 공명 구조에서는 +1 전하가 한 산소에서 다른 산소로 이동하면서 공명 구조가 형성됩니다. 즉, 전하의 총량은 변하지 않지만, 전하가 위치하는 원자는 변경될 수 있습니다. 또한, 공명 구조에서는 결합 순서가 변하지 않아야 하며, π 전자 또는 비공유전자쌍이 이동하는 방식으로 표현되어야 합니다.
학문 / 화학
25.02.22
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반물질이라는게 뭔가요??????
안녕하세요. 반물질(Antimatter)은 일반 물질(matter)과 대칭적인 성질을 가지는 입자들로 구성된 물질을 의미합니다. 이는 단순한 에너지 상태가 아니라, 물질과 동일한 질량을 가지면서도 전하(Charge)와 기타 양자적 성질이 반대인 입자로 구성되어 있습니다. 예컨데, 물질을 구성하는 기본 입자인 전자(e⁻)에 대응하는 반물질 입자는 양전자(Positron, e⁺)이며, 이는 동일한 질량을 가지면서도 양(+)의 전하를 띠고 있습니다. 마찬가지로, 양성자(p⁺)의 반물질 입자는 반양성자(Antiproton, p⁻)로서 음(-)의 전하를 가집니다. 반물질과 일반 물질은 만나게 되면 즉각적으로 소멸(Annihilation)을 일으키며, 질량이 완전히 에너지(E)로 변환됩니다. 이는 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리 E = mc²에 따라 설명되며, 이러한 반응에서 방출되는 에너지는 감마선(γ- ray)의 형태로 방출됩니다. 물질과 반물질이 같은 양으로 소멸할 경우 예컨데, 1g의 반물질과 1g의 물질이 충돌하면서 약 43킬로톤(TNT 환산 기준)의 에너지가 방출됩니다. 이는 히로시마 원자폭탄과 유사한 폭발력을 가지는 수준입니다. 반물질은 또한 자연적으로도 생성됩니다. 우주선(Cosmic rays)이 지구 대기권에 충돌할 때 양전자(e⁺)와 같은 반입자가 생성될 수 있으며, 일부 방사성 동위원소의 베타 붕괴(β⁺ decay) 과정에서도 양전자가 방출됩니다. 특히, 병원 내 핵의학과에서 사용하는 양전자 방출 단층 촬영(Positron Emission Tomography ; PET)과 같은 의료 기술에서 이 원리를 이용하여 질병을 진단하고 있습니다.
학문 / 물리
25.02.22
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개는 언제부터 인간과 친밀하게 동숙하면서 같이 있게 되었을까요?
안녕하세요. 최초의 개는 야생 늑대(Canis lupus)에서 분화된 것으로 보이며, 이 과정에서 인간이 직접 늑대를 포획하여 길들였다는 설과, 일부 늑대가 스스로 인간 주거지 근처로 접근하며 공생 관계가 형성되었다는 설이 제기되고 있습니다. 후자의 경우, 늑대 중에서 상대적으로 온순하고 인간에 대한 두려움이 적은 개체가 인간 사회에 적응하게 되었고, 이러한 개체들이 점차 가축화되면서 현대의 개로 진화했다는 것입니다. 유럽과 시베리아, 동아시아 등지에서 출토된 고고학적 유골 분석 결과, 약 30,000년 전 구석기 시대 후기(Paleolithic Era)의 인간 무덤에서 개로 추정되는 유골이 발견되었습니다. 특히 독일의 본-오버카셀(Bonn-Oberkassel) 유적에서는 약 14,000년 전의 개 유골이 발견되었으며, 이 개는 병을 앓다가 인간의 보호를 받으며 치료를 받은 흔적이 있었습니다. 이는 당시 개가 단순한 야생 동물이 아니라 인간과 정서적 유대를 맺고 있었음을 반증합니다. 또한, 시베리아 지역의 선사시대 유적에서도 개가 의식적으로 매장된 흔적이 발견되었는데, 이는 개가 단순한 사냥 도구 이상으 ㅣ존재로 여겨졌음을 의미합니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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활성산소란 어떤 산소를 말하는 것인가요?
안녕하세요. 활성산소(Reactive Oxygen Species ; ROS)란 산소 분자(O₂)에서 유래한 반응성이 높은 산소 형태의 분자들을 의미합니다. 일반적인 산소 분자(O₂)는 상대적으로 안정적인 전자 배치를 갖고 있어 생리적 조건에서 쉽게 반응하지 않지만, 활성산소는 불완전한 전자 구조를 가지고 있어 강한 산화력을 나타내며, 생체 분자(DNA, 단백질, 지질 등)와 반응하여 손상을 유발할 수 있습니다. 활성산소는 일반 산소 분자와 비교 했을때 두드러지는 차이점은 먼저, 활성산소는 항산화 시스템에 의해 조절되지 않으면 세포 손상을 유발하고 노화를 촉진할 수 있습니다. 과잉 생성된 활성산소는 세포막의 불포화 지방산을 공격하여 지질과산화(lipid peroxidation)를 유발하며, 이는 세포막 손상과 기능 저하로 이어질 수 있습니다. 또한, DNA 손상을 초래하여 돌연변이와 암 발생 위험을 증가시킬 수 있습니다. 항산화 물질(Antioxidants)은 활성산소를 제거하는 역할을 합니다. 생체 내 항산화 방어 시스템에는 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제(Superoxide dismutase ; SOD), 카탈라아제(Catalase), 글루타치온 퍼옥시다아제(Glutathione peroxidase)와 같은 효소가 포함되며, 이들은 활성산소를 무해한 물질로 변환하는 역할을 합니다. 또한, 비타민C, 비타민E 폴리페놀과 같은 항산화 영양소도 활성 산소 제거에 기여합니다.
학문 / 생물·생명
25.02.22
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