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사람과 동물을 교배시키는 등의 이종교배가 불가능한 이유는 뭔가요?
안녕하세요.사람과 동물이 교배할 수 없는 이유입니다.염색체 수와 구조 차이인간은 46개(23쌍), 침팬치는 48개(24쌍)의 염색체를 가집니다.염색체 수가 다르면 수정이 되더라도 세포 분열이 정상적으로 진행되지 않아 배아가 발달할 수 없습니다.유전자 발현 및 발달 조절의 차이배아가 성장하려면 유전자들이 정확한 시점과 순서에 맞게 발현되어야 합니다.종이 다르면 발현 시기와 조절 기전이 달라, 정상적인 기관 형성이 불가능합니다.생식 생리학적 장벽정자와 난자가 결합하는 과정에는 종 특이적 단백질이 필요합니다.서로 다른 종일 경우 이 단백질이 맞지 않아 아예 수정 자체가 되지 않거나, 수정되더라도 초기 단계에서 멈추게 됩니다.면역학적 문제배아가 착상하더라도, 모체 면역계가 이물질로 인식해 거부 반응을 일으킬 수 있습니다.종 차이가 클수록 이러한 반응은 강해집니다.진화적 거리말–당나귀, 사자–호랑이처럼 교배가 가능한 경우는 유전적으로 가까운 종끼리입니다.인간과 침팬지는 유전자의 95% 이상이 유사하다고 하지만, 염색체 구조와 발달 유전자의 차이로 인해 생식적으로는 완전히 단절되어 있습니다.정리하면, 사람과 동물 사이에는 염색체·유전자·생식 생리·면역 반응에서 큰 장벽이 있어 교배가 불가능합니다. 따라서 영화나 괴담 속의 “인간–동물 혼종”은 과학적으로 성립할 수 없습니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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감정변화에 따라 눈물을 흘리는건 인간만의 특수한 메커니즘 같은데, 인간이 그렇게 진화한 이유는?
안녕하세요. 말씀해주신 것처럼 눈물은 크게 기본 눈물(basal tear), 반사 눈물(reflex tear), 감정 눈물(emotional tear)로 나눌 수 있습니다. 이 중 감정 눈물은 인간에서만 보고되는 매우 독특한 생리 반응입니다. 동물들도 고통이나 불안에서 울음소리(vocalization)를 내기는 하지만, 감정적 자극에 따른 눈물 분비는 현재까지 인간에서만 과학적으로 확인된 현상입니다. 왜 인간이 이런 반응을 진화시켰는지에 대해서는 몇 가지 가설이 제시되어 있습니다.사회적 신호 가설 (Social signaling theory)감정 눈물은 타인에게 자신의 심리 상태를 시각적으로 보여주는 신호로 작용할 수 있습니다. 소리 없는 울음은 멀리 있는 적에게는 드러나지 않으면서도, 가까이 있는 동료에게는 “나 힘들다, 도와달라”는 강력한 신호가 됩니다. 따라서 집단 내 협동과 공감, 유대 강화에 유리했을 가능성이 있습니다.공감과 유대 강화 가설 (Empathy-bonding theory)눈물을 흘리는 사람을 본 타인은 본능적으로 돌봄 행동(caregiving behavior)을 유발받습니다. 이는 부모-자식 관계에서 특히 중요했을 것으로 보이며, 결과적으로 생존율을 높이는 방향으로 작용했을 수 있습니다.감정 해소 및 항상성 유지 가설 (Homeostatic regulation theory)감정 눈물에는 실제로 스트레스 호르몬(예: ACTH, prolactin, 엔도르핀 등)과 특정 신경전달물질이 포함되어 있습니다. 따라서 눈물을 흘리는 것은 단순히 표현 수단일 뿐 아니라, 체내 스트레스 물질을 배출하고 자율신경계를 안정시키는 생리적 해소 작용일 가능성도 제기되어 있습니다.의사소통의 확장 (Non-verbal communication theory)인간은 언어 이전에도 다양한 비언어적 의사소통 수단을 발전시켰습니다. 눈물은 소리나 몸짓과 달리 정교한 감정 표현을 가능하게 하고, 이를 통해 언어가 발달하기 전부터 사회적 결속을 강화했을 수 있습니다.정리하면, 인간이 감정 눈물을 진화시킨 이유는 단순한 생리 반응이 아니라 사회적·심리적 의사소통을 위한 수단으로 보는 견해가 가장 유력합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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동물들은 특정기간 생식을 위해 발정기가 있는데 인간은 발정기가 있다 볼 수 있나?
안녕하세요.말씀하신 것처럼 많은 포유류에서 발정기(estrus cycle)는 짧은 기간 동안만 교미와 수정을 허용하는 시기를 의미합니다. 이 시기에는 암컷이 교미를 수용하고, 임신 가능성이 극대화되며, 그 외의 기간에는 교미 행동이 억제되는 경우가 많습니다. 이는 말씀하신 것처럼 야생에서 생존과 번식 성공률을 높이기 위한 적응으로 해석됩니다.인간의 경우 이를 그대로 발정기라고 부르기는 어렵습니다. 몇 가지 차이가 있기 때문입니다.배란 주기와 발정기의 차이인간 여성은 약 28일 주기의 월경주기를 가지며, 그 안에 배란기가 존재합니다. 임신 가능성은 배란 전후 며칠 동안 가장 높습니다. 따라서 생리적으로만 보면 이 기간이 다른 동물의 발정기와 임신 가능성 측면에서 상응한다고 볼 수 있습니다.행동적 특징의 차이대부분의 포유류 암컷은 발정기 외에는 성행위가 거의 일어나지 않지만, 인간은 발정기에 해당하는 시기 외에도 상시적으로 성행위가 가능하고 수용적입니다. 즉, 인간은 배란 주기와 성행동이 직접적으로 일치하지 않는 특성이 있습니다.사회적·심리적 요인의 영향인간의 성행동은 단순히 생식 목적뿐 아니라 사회적 결속, 쾌락, 심리적 만족 등 다양한 목적과 연결되어 있습니다. 이는 다른 동물에서 발정기가 번식 중심으로만 제한되는 것과 큰 차이를 보입니다.은폐 배란(concealed ovulation)많은 동물은 발정기 때 외부적으로 신호(냄새, 행동, 외음부 변화 등)를 보이지만, 인간 여성은 배란기가 외부에 뚜렷하게 드러나지 않습니다. 이를 “은폐 배란”이라고 하며, 일부 연구자들은 장기적인 사회적 유대와 부부 결속을 강화하는 데 기여했을 가능성을 제시하기도 합니다.정리하면, 인간에게 발정기와 직접적으로 동일한 개념은 없다고 보는 것이 일반적입니다. 다만, 배란기를 기준으로 임신 가능성이 높아지는 시기가 있으며, 이 점에서는 동물의 발정기와 생리학적으로 어느 정도 상응한다고 볼 수 있습니다. 하지만 인간의 성행동은 단순히 발정 주기에 묶이지 않고, 사회적, 심리적 요인이 크게 작용한다는 점이 근본적인 차이라고 할 수 있습니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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줄기세포 연구가 손상된 신체 조직 재생에 응용죄는 방식은?
안녕하세요. 신상윤 수의사입니다.줄기세포는 미분화 상태에서 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에, 손상된 조직이나 장기를 재생하는 연구와 치료에 응용될 수 있습니다. 구체적으로는 다음과 같은 방식들이 알려져 있습니다.직접적인 분화(differentiation) 통한 재생줄기세포를 특정한 조건에서 배양하거나 체내 환경에 주입하면, 손상 부위의 세포 종류(예: 근육세포, 신경세포, 연골세포 등)로 분화할 수 있습니다. 이를 통해 손상된 조직을 직접적으로 대체하는 역할을 합니다.재생 환경 조성(Paracrine effect)줄기세포는 단순히 세포로 분화하는 것 외에도, 다양한 성장인자(growth factor), 사이토카인을 분비하여 주변 세포의 생존과 증식을 돕습니다. 이는 손상 부위의 자연치유 과정을 촉진하고, 혈관신생이나 염증 조절에도 관여합니다.면역 조절 기능줄기세포는 면역세포의 과도한 반응을 억제하고, 염증을 조절하는 효과가 보고된 바 있습니다. 이러한 작용은 손상 조직의 2차 손상을 줄이고 회복을 촉진하는 데 도움이 될 수 있습니다.바이오엔지니어링과의 결합인공적으로 제작한 지지체(scaffold)에 줄기세포를 배양해 손상된 조직을 이식할 수 있는 구조물을 만드는 연구에도 활용됩니다. 예를 들어 연골 재생, 골 재생, 피부 재건 등에서 시도되고 있습니다.정리하면, 줄기세포는 손상된 조직으로 직접 분화하거나, 성장인자 분비를 통해 치유 환경을 조성하고, 면역 반응을 조절하며, 인공 지지체와 결합해 재건에 활용되는 방식으로 응용되고 있습니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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감염된 세포에서 바이러스가 방출되는 방식은 어떤 차이를 가지나요?
안녕하세요. 바이러스는 숙주세포 안에서 증식한 뒤, 최종적으로 세포 밖으로 나와야 다른 세포를 감염시킬 수 있습니다. 이때 바이러스의 구조적 특성과 증식 전략에 따라 방출 방식이 달라집니다. 크게 두 가지로 구분할 수 있습니다.세포 용해(lysis)에 의한 방출주로 비피막 바이러스(non-enveloped virus)에서 나타나는 방식입니다.바이러스가 세포 내에서 일정 수준 이상 증식하면, 세포막이 파괴되며 세포 자체가 죽으면서 바이러스가 한꺼번에 방출됩니다.단점은 숙주세포가 바로 파괴된다는 점이지만, 단시간에 많은 바이러스가 퍼질 수 있습니다.예: 아데노바이러스, 리노바이러스 등출아(budding)에 의한 방출주로 피막 바이러스(enveloped virus)에서 나타나는 방식입니다.바이러스의 핵심 단백질과 유전자가 세포막 아래 모인 후, 숙주세포의 세포막 일부를 감싸며 벗어나듯 방출됩니다. 이 과정에서 세포막이 바이러스의 외피(envelope)가 됩니다.세포가 곧바로 죽지 않고, 일정 기간 동안 지속적으로 바이러스를 내보낼 수 있습니다. 따라서 만성 감염이나 지속 감염을 유발하는 경우가 많습니다.예: 인플루엔자바이러스, HIV 등핵심을 정리하면, 비피막 바이러스는 세포를 터뜨려 나오고, 피막 바이러스는 세포막을 일부 얻어가며 출아한다는 것이 가장 큰 차이라고 볼 수 있습니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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고래와 같은 동물이 잠수병에 걸리지 않는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 사람 잠수부에서 문제가 되는 잠수병은 깊은 곳에서 고압에 의해 체내로 흡수된 질소가 급격히 기압이 낮아지는 과정에서 기포로 변하면서 혈관, 신경, 조직을 막아 생기는 질환입니다. 그런데 고래와 같은 해양 포유류는 깊은 잠수를 자주 반복하면서도 이런 문제를 거의 겪지 않는데, 몇 가지 생리적 적응 덕분입니다.폐의 구조적 특징고래나 바다표범과 같은 해양 포유류는 깊이 잠수하면 폐가 거의 완전히 압착되면서 공기가 작은 기도로 밀려나가고, 가스교환이 중단됩니다. 즉, 폐에서 혈액으로 질소가 거의 흡수되지 않는 구조가 되어 잠수병 위험이 크게 줄어듭니다.산소 저장 방식의 차이사람은 주로 폐 속 산소를 활용하는 반면, 고래는 근육 속 미오글로빈(myoglobin)과 혈액 속 헤모글로빈(hemoglobin)에 산소를 저장해 잠수 시 활용합니다. 따라서 폐 속 공기를 오래 유지하지 않아도 되며, 질소 흡수량도 제한됩니다.심혈관계 조절잠수 시 심박수가 느려지고(서맥, bradycardia), 말초혈관이 수축해 혈류가 중요한 장기(뇌, 심장) 위주로 재분배됩니다. 이 과정에서 폐의 혈류도 줄어들어, 질소가 혈액으로 녹아드는 기회가 적습니다.천천히 떠오르는 습성고래는 대부분 수면으로 오를 때 급격히 상승하지 않고, 일정한 속도로 천천히 올라옵니다. 이는 기포 형성을 억제하는 데 도움이 됩니다.정리하면, 고래는 폐의 특별한 구조, 산소 저장 방식의 차이, 혈류 조절 기전 덕분에 깊은 잠수를 반복해도 질소 기포에 의한 잠수병 위험이 거의 없습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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프리온과 바이러스는 어떤 점에서 유사하고, 또 어떤 점에서 근본적으로 다른가요?
안녕하세요. 신상윤 수의사입니다.프리온(prion)과 바이러스는 둘 다 세포에 감염되어 질병을 일으킬 수 있다는 점에서 유사해 보이지만, 구조와 증식 방식에서 근본적인 차이가 있습니다.1. 유사한 점둘 다 숙주 세포에 들어가 정상적인 세포 기능을 교란하여 질병을 유발할 수 있습니다.전염성이 있으며, 감염된 개체에서 다른 개체로 전파될 수 있습니다.증식 과정에서 숙주 세포의 구성 요소를 이용한다는 공통점이 있습니다.2. 근본적으로 다른 점유전 물질 보유 여부바이러스: DNA 또는 RNA를 보유하고 있으며, 이를 바탕으로 단백질 합성과 복제를 수행합니다.프리온: 유전 물질이 전혀 없고, 단백질만으로 존재합니다.증식 방식바이러스: 자신의 핵산을 복제하고 단백질을 합성하기 위해 숙주의 전사·번역 기작을 이용합니다.프리온: 정상 프리온 단백질(PrP^C)을 비정상 구조(PrP^Sc)로 강제 변형시켜, 단백질 접힘 이상 전염만으로 증식합니다.구조바이러스: 핵산 + 단백질 외피(때로는 지질막 포함)로 이루어진 비교적 복잡한 입자입니다.프리온: 단순히 잘못 접힌 단백질 덩어리입니다.질병 양상바이러스: 감염 부위에 따라 호흡기 질환, 간염, 면역결핍 등 다양한 질병을 유발합니다.프리온: 주로 중추신경계에서 단백질 응집체를 형성해 해면상 뇌증(spongiform encephalopathy)을 일으킵니다.정리하면, 프리온과 바이러스 모두 감염성과 전염성을 가지지만, 바이러스는 유전 물질을 가진 전형적인 감염체, 프리온은 유전 물질이 없는 ‘단백질만의 병원체’라는 점에서 본질적으로 구분됩니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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인플루엔자 바이러스가 계절마다 유행하는 이유를 변이의 관점에서 설명할 수 있나요?
안녕하세요.인플루엔자 바이러스가 매년 계절성 유행을 일으키는 이유는 주로 항원 변이(antigenic variation) 때문입니다. 인플루엔자는 -ssRNA 바이러스로, 유전자가 여러 조각(segment)으로 나뉘어 있으며, 표면에 헤마글루티닌(HA)과 뉴라미니다아제(NA)라는 주요 항원이 있습니다. 이 두 단백질의 변화가 바로 면역 회피와 계절 유행의 핵심 요인입니다.1. 항원 소변이(antigenic drift)인플루엔자 바이러스의 RNA 의존적 RNA 중합효소는 교정 기능이 없어 오류율이 높습니다.이로 인해 HA, NA 유전자의 점돌연변이가 빈번히 축적됩니다.면역계가 기존 항체로는 충분히 인식하지 못할 정도의 작은 변화를 일으키게 되고, 매년 새롭게 변형된 바이러스가 유행할 수 있습니다.이것이 매년 계절성 독감 백신을 새로 제작하는 이유입니다.2. 항원 변이(antigenic shift)인플루엔자의 유전체는 8개 RNA segment로 이루어져 있어, 서로 다른 인플루엔자 바이러스가 같은 숙주 세포를 감염하면 유전자 재조합(reassortment)이 일어날 수 있습니다.이 경우 HA, NA 조합이 크게 바뀐 전혀 새로운 아형(subtype)이 나타나게 됩니다.인체 면역계가 전혀 경험하지 못한 새로운 항원이므로, 팬데믹(pandemic, 범유행)의 원인이 될 수 있습니다. (예: 2009년 신종 인플루엔자 H1N1)3. 계절적 요인과 결합변이로 인한 면역 회피가 기본적인 원인이지만, 여기에 더해 겨울철 건조한 환경, 밀집 생활, 면역력 저하 등이 복합적으로 작용하여 매년 유행이 반복됩니다.핵심적으로, 인플루엔자 바이러스는 점진적 변이(항원 소변이)로 매년 조금씩 달라져 계절 유행을 만들고, 드물게 대규모 변이(항원 대변이)가 발생하면 전 세계적 대유행으로 확산될 수 있다는 점이 특징입니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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역전사 바이러스(retrovirus)가 숙주 게놈에 자신의 유전자를 삽입할 수 있는 분자적 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 역전사 바이러스(retrovirus)는 RNA 바이러스임에도 불구하고 DNA 중간체를 형성하여 숙주 세포의 게놈에 자신의 유전자를 통합하는 특징을 가지고 있습니다. 이 과정은 몇 가지 핵심 효소와 분자적 기전으로 설명할 수 있습니다.1. 역전사(reverse transcription)바이러스는 숙주 세포에 침투한 뒤, 역전사효소(reverse transcriptase)를 이용해 자신의 단일가닥 RNA를 이중가닥 DNA(cDNA)로 전환합니다.이때 cDNA의 양 끝에는 LTR(long terminal repeat, 말단 반복서열)이라 불리는 특정 서열이 형성되는데, 이는 이후 게놈 통합 과정에서 중요한 역할을 합니다.2. 전핵 이동(nuclear entry)형성된 바이러스 DNA는 단백질 복합체(pre-integration complex, PIC)에 싸여 핵으로 들어갑니다.일부 레트로바이러스(HIV 등)는 세포 분열이 없어도 핵막을 통과할 수 있는 단백질 인자를 갖습니다.3. 통합(integration)인테그레이스(integrase)라는 바이러스 효소가 cDNA 말단의 특정 염기서열을 절단하여 활성화시킵니다.동시에 숙주 DNA를 절단하여, 바이러스 DNA가 숙주 게놈에 끼워 넣어질 수 있는 공간을 만듭니다.이 과정에서 숙주 DNA는 짧게 절단되고, 그 자리에 바이러스 DNA가 삽입되면서 프로바이러스(provirus) 형태가 형성됩니다.4. 숙주 게놈 내 안정화삽입된 프로바이러스는 숙주 DNA의 일부처럼 복제되며, 숙주의 전사·번역 기작을 빌려 바이러스 단백질과 RNA를 합성할 수 있게 됩니다.따라서 바이러스는 숙주 세포가 분열할 때마다 자신의 유전물질도 함께 증식하게 됩니다.정리하면, 역전사효소로 RNA → DNA 전환 → 인테그레이스가 숙주 DNA에 삽입 → 프로바이러스 형성이라는 과정을 통해, 역전사 바이러스는 숙주 게놈 속에 안정적으로 자신을 통합할 수 있습니다. 이 기전 덕분에 HIV와 같은 바이러스가 만성 감염을 일으키고, 완전한 제거가 어려운 이유가 되기도 합니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.02
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C3식물, C4식물, CAM식물의 광합성 경로에는 어떤 차이가 있으며, 각각 어떤 환경에서 유리하게 작용하나요?
안녕하세요.식물의 광합성 경로는 크게 C3, C4, CAM 세 가지로 나눌 수 있으며, 이는 광합성의 초기 탄소 고정 방식과 효율 차이에서 비롯됩니다. 각각의 경로는 환경 조건에 따라 장단점이 달라집니다.1. C3 식물특징: 가장 기본적인 광합성 경로로, 리불로스-1,5-이인산(RuBP)에 CO₂가 결합하여 3탄소 화합물(3-PGA)을 만드는 방식입니다.문제점: 고온·강광·건조 환경에서는 RuBP 카르복실화 효소(Rubisco)가 CO₂ 대신 O₂와 결합하는 광호흡(photorespiration)이 활발해져 광합성 효율이 떨어집니다.대표 식물: 벼, 밀, 보리, 감자, 대부분의 온대 식물.유리한 환경: 온도와 빛이 비교적 낮고 수분이 충분한 온대·서늘한 기후.2. C4 식물특징: CO₂를 먼저 옥살로아세트산(OAA, 4탄소 화합물) 형태로 고정한 뒤, 이를 유관속초세포(bundle sheath cell)로 이동시켜 CO₂를 방출하고 다시 Calvin 회로에 투입합니다. 이로써 Rubisco 효소 주변의 CO₂ 농도를 높여 광호흡을 억제합니다.장점: 고온·강광 환경에서도 효율적이며, 물 사용 효율도 C3보다 높습니다.대표 식물: 옥수수, 사탕수수, 기장 등.유리한 환경: 고온·강광·건조한 지역, 열대 및 아열대 기후.3. CAM 식물(Crassulacean Acid Metabolism)특징: 낮에는 기공을 닫고 밤에만 열어 CO₂를 흡수합니다. 밤에 고정된 CO₂는 말산 형태로 저장되고, 낮에 다시 방출되어 Calvin 회로에 사용됩니다.장점: 낮 동안 수분 증발을 최소화하여 극한 건조 환경에 적응.대표 식물: 선인장, 다육식물, 파인애플 등.유리한 환경: 사막처럼 수분이 극도로 제한된 환경.즉, C3 식물은 온대·습윤 환경, C4 식물은 고온·강광 환경, CAM 식물은 극한 건조 환경에서 각각 경쟁 우위를 가지게 됩니다. 핵심 요약하면, 세 가지 광합성 경로는 모두 동일한 Calvin 회로를 공유하지만, CO₂를 어떻게, 언제, 어디서 고정하느냐의 차이로 인해 환경 적응성이 달라집니다.감사합니다.
학문 / 생물·생명
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