답변 내역

곰벌레(Water Bear)라는 이름이 붙게 된 가장 큰 이유는 현미경 너머로 관찰되는 특유의 외형과 느릿한 걸음걸이 때문입니다.1773년 독일의 생물학자 요한 괴체가 곰벌레를 처음 관찰했을 때, 8개의 짧은 다리에 달린 곰의 발톱 모양과 몸을 둔하게 엉금엉금 굴리며 이동하는 모습이 '작은 곰'을 떠올리게 한다며 독일어로 '작은 물곰'이라 명명했습니다.영문명 역시 이를 받아들여 'Water Bear'나 이끼 사이에서 발견되는 특징을 따라 'Moss Piglet(이끼 돼지)'이라 부릅니다.그리고 우리나라의 명칭의 '벌레'는 생물학적 곤충을 의미하는 것이 아닙니다.과거 우리말에서 벌레는 눈에 잘 보이지 않을 만큼 작거나 하등한 무척추동물을 통칭하는 표현이었습니다.그리고 학명인 완경동물(Tardigrada) 또한 라틴어로 '느리게 걷는 것'을 의미하는데, '곰처럼 느리게 기어 다니는 미세 생물'이라는 외형적 특징과 순우리말 관습이 결합되어 '곰벌레'라는 이름이 자연스럽게 정해진 것입니다.

'크리스퍼 카스9'은 목표 DNA를 찾아 절단하고 세포 스스로 복구하도록 유도하는 유전자 교정 기술입니다.'크리스퍼 카스9'은 DNA 분자 가위 역할의 Cas9 단백질과, 길잡이 역할을 하는 가이드 RNA(gRNA)로 구성됩니다.먼저 Cas9이 표적 DNA 주변의 특정 결합 자리인 PAM 서열을 먼저 찾아 결합하는데, 만일 PAM 서열이 없으면 gRNA와 DNA의 상보적 결합이 이루어지지 않습니다.그리고 PAM 결합 후 DNA 이중나선이 풀리며, gRNA의 20개 염기서열이 표적 DNA 가닥과 상보적으로 결합합니다.이후 서열이 일치하면 Cas9의 HNH 및 RuvC 도메인이 활성화되어 DNA 이중 가닥을 모두 잘라내는 것입니다.DNA가 잘리면 세포는 생존을 위해 복구 시스템을 작동시키는데, 연구자들은 이 복구 경로를 활용해 유전자를 교정하는 것입니다.즉, NHEJ 복구(유전자 파괴)는 잘린 DNA를 즉시 붙이는 과정에서 염기 오류가 발생해 특정 유전자 기능을 비활성화하는 것이고, HDR 복구 (유전자 교정)은 공여 DNA 템플릿을 제공하면 상동 재조합을 통해 원하는 유전자 서열을 정확히 삽입하는 것입니다.

세포골격은 세포의 형태 유지, 내부 물질 수송, 세포 운동을 담당하는 3가지 단백질 섬유 네트워크입니다.미세관은 약25nm의 가장 두꺼운 형태로, ab-튜불린(알파, 베타인데, 입력이 되지 않아 ab로 적었습니다.) 단백질로 구성됩니다. 그리고 미세관은 세포 내 소포 운송를 위한 일종의 도로 역할로, 세포 분열 시 방사추를 형성하고 섬모와ㅓ 편모 운동을 이끕니다.중간섬유는 약 10nm의 중간 두께의 로프 구조로, 케라틴이나 라민 등 조직별 다양한 단백질로 만들어집니다. 그리고 세포 구조 중 가장 견고해서 외부 인장력을 견디고, 핵과 주요 세포소기관의 위치를 제자리에 고정시키는 역할을 합니다.마지막 미세섬유는 7nm의 가장 가느다란 가닥으로, 구형의 액틴 단백질 2줄이 꼬여 형성됩니다. 세포막 바로 안쪽에 분포하여 위족 형성, 근육 수축, 세포질 분열 수축환 형성을 담당합니다.결론적으로 세 세포골격은 굵기와 구성 단백질이 다르며, 동적 수송, 구조적 고정, 수축 운동이라는 각각의 역할을 수행하고 있습니다.

원핵세포와 진핵세포의 가장 큰 차이는 핵막의 유과 유전 물질의 구조입니다.원핵세포는 핵막이 없어 RNA 합성과 같은 전사와 단백질 합성이라는 번역이 세포질에서 동시에 일어나 증식이 빠릅니다. 반면 진핵세포는 핵막이 있어 정교한 유전자 조절 과정을 거치게 됩니다.또한 원핵세포는 막성 소기관이 없어 세포막에서 직접 에너지를 생성하지만, 진핵세포는 미토콘드리아와 소포체 등 분업화된 소기관이 있어 대사 효율이 극대화하죠.마지막으로 원핵세포는 단일 원형 DNA로 복제가 빠르지만, 진핵세포는 많은 유전 정보를 보관하기 위해 히스톤 단백질과 결합한 선형 DNA 구조를 가지고 있습니다.결과적으로 원핵세포는 단순하고 빠른 증식에, 진핵세포는 정교하고 복잡한 다세포 생명활동에 최적화된 구조라 할 수 있습니다.

결론부터 말씀드리면 유전자 치료나 사이보그 시술로 초인적 능력과 수명을 얻었더라도, 이는 생물학적으로 획득 형질에 해당하기 때문에 여전히 호모 사피엔스가 맞습니다.생물학에서는 능력의 크기보다 유전학적 종 개념 및 계통발생학적 위치를 기준으로 종을 구분합니다.그래서 개조된 인류가 기존 인류와 자연 상태에서 교배하여 번식 가능한 자손을 낳을 수 있다면 같은 종으로 분류됩니다.신종의 조건이라면 생식세포 유전자 편집으로 능력이 자식에게 세습되고, 기존 인류와의 교배가 불가능해지는 생식적/유전적 장벽이 생겨야 비로소 생물학적 신종이 되는 것입니다.즉, 개체 수준의 강화는 확장된 호모 사피엔스일 뿐이며, 유전적 분리와 세습이 일어나는 다음 세대부터 신종으로 인정받습니다.

줄기세포는 스스로 복제하면서 특정 기능을 가진 세포로 변화하는 미분화 세포입니다.그리고 분화는 세포 내 동일한 DNA 중 특정 유전자 스위치만 켜거나 끄는 후성유전학적 조절을 통해 일어납니다.배아줄기세포(ESC)는 수정란에서 유래하여 모든 세포가 될 수 있는 다능성이 있어 의학적으로 활용도가 매우 높지만, 수정란 파괴라는 윤리적 문제와 면역거부 위험이 있습니다.반면 성체줄기세포(ASC)는 골수나 지방 등 이미 자란 조직에서 채취하기 때문에 윤리적 문제가 없고 면역거부 반응이 적지만, 분화할 수 있는 세포 종류에 한계가 있습니다.그리고 유도다능성줄기세포(iPSC)는 체세포에 역분화 유전자를 넣어 배아줄기세포 수준의 다능성을 갖도록 만든 세포입니다. 수정란 파괴 없이 환자 맞춤형 치료와 신약 개발에 활용되지만, 암세포화 위험이 높다는 단점이 있습니다.

텔로미어는 염색체 말단에서 유전 정보 손실을 막는 보호 캡 역할을 합니다.하지만, 세포가 분열할 때마다 복제 효소의 구조적 한계로 인해 텔로미어 길이가 조금씩 짧아집니다.텔로미어가 일정 수준 이하로 짧아지면 세포는 분열을 멈추고 사멸하거나 노화 세포로 전환됩니다.그리고 노화 세포가 쌓이면 주변 조직에 염증을 유발하여 신체 기능이 떨어지고, 만성 질환의 원인이 됩니다.따라서 텔로미어 길이는 개체의 생물학적 나이를 나타내는 중요한 지표로 보는 것입니다.반면 암세포의 90% 이상은 텔로미어라아제라는 효소를 활성화하여 짧아진 텔로미어를 계속해서 복원하고, 이 덕분에 암세포는 헤이플릭 한계를 극복하고 끊임없이 무한 분열이 가능합니다.결국 정상 세포의 텔로미어 단축이 생물학적 노화와 한계를 결정한다면, 암세포는 텔로미어라아제를 악용해 불멸성을 얻는 것입니다.

세포 분열 중 염색체 이동은 중심체, 방추사(미세관), 그리고 모터 단백질의 협동 작용으로 일어납니다.중심체는 그 이름 그대로 세관 형성 중심 역할을 하며 동원체, 극성, 성상체 미세관을 뻗어냅니다.그리고 동원체 미세관이 염색체의 동원체 단백질에 결합하여 양쪽에서 당기는 장력 평형으로 적도판에 정렬시킵니다.후기가 되면 결합 단백질인 코헤신이 세파레이스 효소에 의해 절단되어 자매 염색분체가 분리됩니다.동원체 미세관의 플러스 말단이 분해되며 짧아지는 힘으로 염색체를 끌어당기고, 동원체의 디네인 및 키네신 단백질이 ATP를 소비하며 중심체 방향으로 직접 걸어갑니다.이후 키네신-5가 교차된 극성 미세관을 서로 밀어내어 세포 양 극의 거리를 벌립니다.마지막으로 세포막에 고정된 디네인이 성상체 미세관을 당겨 중심체를 양 끝으로 확실히 고정합니다.

도로에서 비둘기들이 자동차가 다니는데도 위험을 무릅쓰고 바닥을 쪼는 것은 꼭 먹이가 아니더라도 생리학적 원이도 있습니다.먼저 모래주머니의 부속물을 위한 것입니다.비둘기는 이빨이 없어 음식을 씹지 못하므로, 위 속 모래주머니에서 음식물을 으깰 작은 돌이나 모래, 아스팔트 조각을 찾아 줍습니다.또한 도로 위 미세한 석회석과 아스팔트 알갱이는 뼈를 강화하고 알껍데기를 단단하게 만드는 칼슘 공급원이 됩니다.물론 말씀하신 것처럼 아스팔트 틈새에 끼인 과자가루, 빵부스러기, 씨앗 등 아주 작은 먹이를 쪼아 먹기도 합니다.그리고 비둘기는 초당 60~75프레임 이상을 인식하는 시각 능력 덕분에, 비둘기 시선에서는 접근하는 차가 매우 천천히 다가오는 것으로 보입니다.그래서 새에게 비행은 체력 소모가 크기 때문에, 차가 바로 앞까지 오기 전에는 굳이 날아오르지 않고 아슬아슬하게 피하며 에너지를 아끼는 경향도 있습니다.또한 차가 정해진대로 달리고 자신을 공격하지 않는다는 사실을 학습했기에 위험 자극에 둔감해진 상태이기도 합니다.

오페론은 원핵생물이 연관된 구조 유전자들을 하나의 프로모터 아래 묶어 전사를 일괄 조절하는 시스템입니다.먼저 말씀하신것처럼 필요한 순간에만 단백질을 만들어 불필요한 에너지 소모를 최소화합니다.기본 구조는 조절 유전자, 프로모터(RNA 중합효소 결합부), 작동부(억제 단백질 결합부), 구조 유전자(효소 생산)로 구성됩니다. 조절은 젖당인데, 젖당이 없으면 억제 단백질이 작동부에 결합해 전사를 막고, 젖당이 있으면 억제 단백질이 탈락해 전사가 시작됩니다. 그리고 포도당이 고갈되면 cAMP 농도가 증가하고, 활성화된 cAMP-CAP 복합체가 프로모터에 붙어 RNA 중합효소 결합력을 극대화합니다.즉, 포도당이 없고 젖당만 풍부할 때 오페론이 최대 발현율로 폭발적으로 작동하는 것입니다.결국 대장균은 젖당으로 전사 스위치를 켜고, 포도당 결핍으로 전사 속도를 높여 최고의 생존 효율을 달성하는 것입니다.