안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 새들은 편대를 이루면서 비행을 하는 모습을 자주 보게 되는데 이유가 있나요?
안녕하세요.많은 새들이 하늘을 날아갈 때 V자 형태로 편대를 이루며 이동하는 모습은 특히 기러기, 두루미, 펠리컨과 같은 중대형 조류에서 자주 관찰되는 독특한 행동입니다. 이와 같은 편대 비행은 단순히 무리를 지어 나는 것이 아니라, 에너지 절약, 의사소통, 방향 유지, 사회적 협력을 포함하는 매우 과학적이고 진화적으로 유리한 전략에 기반한 것입니다. 우선 가장 핵심적인 이유는 공기역학적 이점 때문입니다. 새가 날 때 날개를 아래로 치면 날개 끝에서 소용돌이치는 공기 흐름(vortex)이 형성되는데, 이때 날개 뒤쪽 양옆으로 상승 기류(upwash)가 만들어집니다. 뒤따르는 새는 이 상승 기류를 이용해 공중에 뜨는 힘을 더 쉽게 얻을 수 있으며, 그 결과 날갯짓에 필요한 에너지를 절약할 수 있습니다. 즉, 맨 앞에 서는 새는 가장 많은 에너지를 쓰고, 그 뒤로 줄을 지은 새들은 그보다 적은 힘으로 비행할 수 있게 됩니다. 흥미롭게도 이 V자 편대는 단순히 줄을 지은 것이 아니라, 날개 간격과 타이밍까지 조절되어 전체 편대의 공기 저항을 최소화하도록 구성됩니다. 연구에 따르면, 뒤에 있는 새들은 앞 새가 날개를 내릴 때 정확히 0.2초 내외의 시간차를 두고 날갯짓을 동기화함으로써 상승 기류를 극대화하여 활용합니다. 이러한 날갯짓의 타이밍 동기화는 학습과 본능이 결합된 결과로 알려져 있습니다. 또한, 편대 비행은 의사소통과 협동에도 중요한 역할을 합니다. 무리 내에서는 소리나 시각적 신호를 통해 방향을 공유하고, 위험을 감지하거나 피로한 개체가 자리를 바꿀 수 있습니다. 실제로 가장 앞에 있는 새는 일정 거리 이상 비행하면 뒤로 빠지고, 다른 새가 리더의 위치를 교대하면서 전체 무리의 피로를 분산시킵니다. 이러한 리더십 교대는 일종의 집단적 리듬과 규칙에 기반한 협력 체계로 이해할 수 있습니다. 편대 비행은 또 하나의 이점으로 길 찾기와 방향 유지에도 도움을 줍니다. 수천 km 이상을 이동해야 하는 철새들은, 편대를 이룸으로써 집단 기억과 경험을 공유하며, 시야 확보와 방향 감각 유지에 더 유리한 조건을 갖추게 됩니다. 특히 젊은 새는 어른 새를 따라가며 경로를 배우고, 전체 무리는 하늘의 태양, 지구 자기장, 별, 지형 등의 단서를 활용해 방향을 인식합니다. 결론적으로 말씀드리면, 새들이 V자 형태의 편대를 이루어 비행하는 이유는 공기역학적 에너지 절약, 무리 내 소통과 협력, 방향 감각 유지, 그리고 집단의 생존율을 높이는 진화적 전략이 결합된 결과입니다. 이는 단순히 보기 좋은 장면이 아니라, 수백만 년에 걸친 진화 과정 속에서 새들이 선택한 가장 효율적이고 생존에 유리한 방식이라 할 수 있습니다.
Q. 겨울철에 김장김치를 담글때 사용하는 굴은 항상 많은데, 어떻게 번식을 하고 채취를 하는지 궁금합니다.
안녕하세요.겨울철에 김장김치나 굴국밥, 굴전, 굴회 등에 자주 쓰이는 굴은 바다에서 서식하는 대표적인 이매패류(두 개의 껍데기를 가진 조개류)입니다. 우리가 식재료로 흔히 사용하는 굴은 대부분 양식을 통해 공급되며, 자연산도 일부 존재합니다. 굴의 생태와 번식 방식, 그리고 채취 방식은 아주 흥미롭고 체계적으로 이루어져 있습니다. 우선 굴은 바닷물 속에 떠다니는 유기물이나 미세한 식물성 플랑크톤을 여과해서 먹으며, 조수 간만의 차가 있는 바위, 말뚝, 또는 양식장에서 설치한 부착물에 붙어서 사는 착생 생물입니다. 산란기에는 체내에서 정자와 난자를 생성하며, 일부 굴은 자웅동체이기도 하고, 일부는 수컷과 암컷이 구분되어 있습니다. 보통 5월에서 8월 사이의 따뜻한 수온에서 번식하며, 성숙한 굴은 정자 또는 난자를 바닷물 속으로 방출합니다. 바다에 퍼진 이들 생식세포는 수정란이 되어 유생(프리벨리저 유생, trochophore larvae) 형태로 며칠 동안 바다를 떠다니다가, 적절한 지형이나 양식장에서 마련한 ‘채묘기’라는 부착 구조물에 착지하여 부착됩니다. 그 뒤에 성장하여 우리가 아는 껍질을 가진 굴의 형태로 성체가 되어갑니다. 굴 양식은 주로 다음과 같은 방식으로 이루어집니다:채묘 단계: 앞서 말한 유생이 부착할 수 있도록, 바다 속에 굴 껍질, 로프, 플라스틱 판 등의 채묘기(씨채취 도구)를 설치하여, 유생이 이곳에 붙게 유도합니다. 이 과정을 통해 굴 씨를 얻습니다.양성 단계: 유생이 붙은 채묘기는 일정 기간 동안 바다에 매달아 놓거나, 연안의 수면 위에 떠 있는 시설에 매달아 두어 성장이 이루어지게 합니다. 양식 굴은 보통 1~2년 정도 바다에서 키운 후 수확됩니다.수확 단계: 가을부터 겨울, 특히 11월~2월 사이가 굴의 맛이 가장 좋고 살이 오르는 시기이기 때문에 이 시기에 대량으로 수확됩니다. 수확된 굴은 껍질째 유통되거나, 탈각(껍데기를 제거)하여 김장김치나 생굴회, 국밥 등에 사용됩니다.한편, 굴은 바닷물의 수질 정화에도 큰 역할을 합니다. 굴 한 마리는 하루에 수십 리터의 바닷물을 걸러내어 유기물을 섭취하면서 주변 바다의 투명도를 높이고, 해양 생태계를 건강하게 유지하는 데 기여합니다. 따라서 굴은 단순한 식재료가 아니라 생태계 유지에 중요한 역할을 하는 생물이기도 합니다. 정리하자면, 굴은 바다에서 정자와 난자를 통해 수정된 유생이 부착한 뒤 자라 성체가 되며, 우리나라에서는 이를 양식 방식으로 대량 생산하여 겨울철 식탁에 공급하고 있습니다. 자연적인 번식과 인공 채묘, 양식 기술의 결합이 바로 오늘날 겨울철마다 풍부한 굴을 가능하게 하는 생태적, 산업적 기반이라 할 수 있습니다.
Q. 식물은 사람이 열매를 수확할 때 고통을 느낄까요?
안녕하세요.식물이 열매를 수확당할 때 인간처럼 ‘고통’을 느끼는가에 대한 질문은 매우 흥미롭고, 생물학적 구조와 신경 시스템의 차이를 이해하는 데 중요한 주제를 포함하고 있습니다. 우선 결론부터 말씀드리면, 현재 과학의 이해로는 식물은 사람처럼 고통을 ‘느끼지’ 않습니다. 그 이유를 생물학적으로 길고 연속된 설명으로 드리겠습니다. 고통(pain)은 단순한 자극 반응이 아니라, 신경계의 인식과 감정적 해석이 함께 수반되는 복합적인 생리적 경험입니다. 사람이나 동물의 경우, 통증은 말초 신경(감각신경)이 손상이나 자극을 감지하면, 그 신호가 중추신경계(뇌와 척수)로 전달되고, 뇌의 특정 영역에서 ‘고통’이라는 감각으로 인식됩니다. 이 과정에는 통각 수용기(nociceptor), 전기적 신호 전달, 신경전달물질, 뇌의 통합적 해석이 모두 포함됩니다. 반면, 식물은 뇌나 신경계가 없습니다. 식물은 자극에 반응하는 능력은 있지만, 신경세포나 통증을 느끼는 감각기관이 전혀 존재하지 않습니다. 그럼에도 불구하고, 식물은 외부 자극에 대한 복잡한 반응 메커니즘을 가지고 있습니다. 예를 들어, 가지가 꺾이거나 잎이 뜯기는 경우, 식물은 세포 손상을 감지하고 전기 신호나 화학 신호를 통해 인근 조직에 스트레스 상태를 전달합니다. 이 반응은 식물 호르몬(예: 자스몬산, 에틸렌) 등을 통해 이루어지며, 해충을 막기 위해 독성 화합물을 생성하거나, 성장 방향을 조절하는 등의 방어 반응으로 이어지기도 합니다. 하지만 이 반응은 사람의 ‘고통’과는 다릅니다. 식물의 반응은 본능적이고 생리적인 조절 작용에 가까우며, ‘고통’이라는 감각적·의식적 경험이 동반되지 않습니다. 마치 자동문이 사람이 다가오는 것을 감지해 열리는 것과 비슷하게, 식물도 자극에 반응하지만 그것을 감정이나 느낌으로 인식하지는 않는 것입니다. 예를 들어, 과일을 수확하는 행위는 식물의 입장에서는 일종의 손실이지만, 많은 열매를 맺는 식물은 애초에 동물에게 열매를 먹히고 씨앗을 퍼뜨리는 것을 목적으로 하기 때문에, 일정 수준의 열매 ‘수확’은 식물의 진화적 전략에 포함되기도 합니다. 즉, 열매의 수확은 식물에게 해가 되기보다는 종 번식에 이로운 과정일 수 있으며, 그에 따른 생리적 반응은 있지만 통증은 없다고 보는 것이 옳습니다. 결론적으로 말씀드리면, 식물은 외부 자극에 대해 정교하고 복잡한 반응을 보일 수 있으나, 인간처럼 뇌와 신경계를 통한 감각 체계가 없기 때문에 ‘고통’이라는 감정적 체험을 하지는 않습니다. 우리가 열매를 수확할 때 식물 내부에서 변화가 일어날 수는 있지만, 그것은 자극에 대한 생리적 반응이지, 의식적인 고통은 아닙니다.
Q. 건조를 시키면 왜 곰팡이가 안 생기나요??
안녕하세요. 곰팡이가 건조한 환경에서 잘 자라지 못하는 이유는 생물학적으로 곰팡이의 생존과 증식에 반드시 필요한 수분(water)이 부족해지기 때문입니다. 곰팡이는 다른 미생물과 마찬가지로 대사 활동을 하기 위해 수분을 필요로 하는데, 건조 환경에서는 이러한 수분이 제거되므로 곰팡이의 세포 내 효소 작용이나 번식에 필요한 화학 반응이 억제되어, 더 이상 자라지 못하게 됩니다. 특히 곰팡이는 포자를 통해 번식하는데, 포자가 발아하려면 공기 중이나 표면에 일정 수준 이상의 수분이 존재해야 합니다. 즉, 건조시키는 것은 곰팡이가 증식하는 데 필요한 환경을 제거함으로써 예방 효과를 나타내는 것입니다. 그러나 건조만으로 곰팡이를 완전히 죽인다(사멸시킨다)고 보기는 어렵습니다. 이미 존재하는 곰팡이 포자는 수분이 없는 환경에서도 일정 기간 생존할 수 있는 내건성(spore resilience)을 가지고 있기 때문입니다. 다시 말해, 이미 생긴 곰팡이가 건조된다고 해서 즉각적으로 죽는 것은 아니며, 수분이 다시 공급되면 활동을 재개할 가능성이 있습니다. 특히 곰팡이 포자는 내열성, 내건성을 함께 가진 경우가 많아서 단순히 햇볕에 말리는 정도로는 생존력을 완전히 없애기 어렵습니다. 곰팡이를 효과적으로 제거하려면 다음과 같은 방법을 병행하는 것이 좋습니다:건조 + 열처리: 고온의 열을 가하면 곰팡이의 세포 단백질과 효소가 변성되어 죽습니다. 예: 60~80℃에서 수십 분 이상 가열.건조 + 자외선: 태양광의 자외선은 DNA를 손상시켜 포자의 생존 능력을 저하시킬 수 있습니다.건조 + 소독: 에탄올이나 락스와 같은 소독제를 병행하면 이미 존재하는 곰팡이와 포자를 제거하는 데 효과적입니다.결론적으로, 건조는 곰팡이의 성장을 억제하는 데 매우 효과적이지만, 이미 생긴 곰팡이를 죽이는 것은 아니며, 포자가 살아 있을 수 있으므로 추가적인 처리가 필요합니다. 따라서 곰팡이를 확실히 없애려면 건조와 함께 물리적 제거, 소독, 열처리 등의 방법을 병행하는 것이 바람직합니다.
Q. 투명인간이 된다면 어떤 기술력으로 될 수 있고 또 그중에서 언제쯤 발명될까요?
안녕하세요.투명인간이 된다는 개념은 오랜 시간 동안 인간의 상상력과 SF 문학에서 매혹적인 주제로 다뤄졌습니다. 과학적으로 이 개념을 실현하기 위해서는 빛의 반사(reflection)와 굴절(refraction), 흡수(absorption), 그리고 산란(scattering)이라는 물리적 성질을 정교하게 제어할 수 있는 기술이 필요합니다. 사람이나 물체가 보이는 이유는 외부에서 들어오는 빛이 그 대상에 부딪혀 반사되거나 흡수되고, 그것이 관찰자의 눈에 도달하기 때문인데, 이 빛의 경로를 인위적으로 조작할 수 있다면 ‘투명해진 것처럼 보이게 하는’ 기술이 이론적으로 가능해집니다.현재 과학기술의 발전 속도에서 볼 때, 가장 유망한 접근 방법은 바로 메타물질(metamaterial)과 광학 위장(optical camouflage) 기술입니다. 메타물질이란 자연에는 존재하지 않는 방식으로 설계된 인공 구조물로, 특정 파장의 빛을 통제하여 빛이 물체를 휘감아 지나가도록 만드는 '광학 망토(클로킹 장치)'를 구현할 수 있습니다. 이는 마치 빛이 그 물체를 우회하는 것처럼 보여 외부에서는 그 물체가 없는 것처럼 보이게 만드는 방식입니다. 실제로 2006년 미국 듀크대학교 연구팀이 마이크로파 영역에서 제한적이지만 물체를 감추는 실험에 성공하면서 과학계에 큰 반향을 일으켰고, 이후 나노기술과 레이저 공학을 이용한 더 정교한 실험들이 계속되어 왔습니다. 다만 아직까지는 가시광선 전 영역에서, 움직이는 생명체를 실시간으로 완전히 투명하게 만드는 기술은 개발되지 않았습니다. 현재 개발된 기술들은 매우 좁은 파장의 빛에서만 작동하거나, 고정된 시점에서만 제한된 각도로 투명한 것처럼 보이게 하는 수준에 머물러 있습니다. 또한 생체 조직은 각기 다른 밀도, 수분 함량, 굴절률 등을 가지고 있기 때문에 정밀하게 빛의 경로를 조절하기에는 과학적으로 난이도가 매우 높습니다. 또 다른 가능성으로는 디지털 광학 위장 기술이 있습니다. 이는 물체의 반대편 배경을 카메라로 촬영하여, 그 영상을 실시간으로 물체 앞면에 투사하여 배경과 합성시킴으로써 마치 물체가 투명한 것처럼 보이게 만드는 방식입니다. 일부 군사용 위장복 실험에서는 이 원리를 응용해 사람의 몸을 카메라와 디스플레이로 덮어 실제로 일정 거리에서 투명하게 보이도록 만든 사례가 있으며, 향후 AR(증강현실) 기술, 초경량 디스플레이, 고속 영상처리 시스템이 발달함에 따라 점점 더 현실에 가까워지고 있습니다. 또한 투명화가 가능한 시점을 예측한다면, 완전한 인체 투명 기술은 21세기 중반 이후, 2050~2070년 사이에 군사용 혹은 특수 산업용으로 제한적으로 등장할 가능성이 있으며, 일반 대중이 이를 활용하는 시점은 그 이후일 것으로 보입니다. 하지만 여기에는 해결해야 할 수많은 기술적 과제뿐 아니라 윤리적, 법적, 사회적 문제도 병행되어야 합니다. 완전한 투명성은 감시 회피, 범죄 악용 등 새로운 형태의 문제를 야기할 수 있기 때문입니다. 그리고 질문해주신 대로, 동물들이 투명인간을 인식할 수 있는지에 대해서는 ‘감지 방식’에 따라 달라집니다. 예를 들어, 개, 고양이, 벌, 상어, 뱀 같은 동물들은 시각뿐 아니라 후각, 열 감지, 진동 감지 등 다양한 감각 체계를 통해 대상을 인지합니다. 설사 사람이 빛의 경로를 조절해서 보이지 않게 된다 해도, 체온, 소리, 냄새 등을 차단하지 않으면 대부분의 동물은 여전히 존재를 감지할 수 있습니다. 특히 뱀류는 적외선 감지 기관으로 체온을 식별하고, 상어는 전기 자극을 감지하며, 개나 고양이는 미세한 냄새나 움직임의 기류 변화도 파악하기 때문에 ‘완벽한 생체 투명인간’을 만들기 위해서는 시각적 은폐 외에도 다중 감각 차단 기술이 함께 발전되어야 합니다. 결론적으로, 투명인간 기술은 이론적으로 가능한 영역에 진입했으며, 현재는 초기 기술적 실험들이 진행 중인 단계입니다. 향후 메타물질, 나노기술, 디지털 위장, 양자 센서 기술 등의 발전이 융합되면 언젠가는 가능해질 수 있지만, 아직은 수십 년의 과학적 도전과 윤리적 조율이 필요한 상태입니다. 그 시점이 온다면, 인간의 ‘보이는 존재’라는 개념 자체가 철학적으로도 바뀌게 될 매우 혁신적인 미래가 될 것입니다.