안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 공룡 무리를 분석했을 때 왜 수각류 쪽에 육식이 더 많았나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 공룡 무리를 골반 구조에 따라 용반목과 조반목으로 나누는 것은 형태학적 구분이지 곧바로 식성을 결정짓는 기준은 아닌데요, 그럼에도 불구하고 실제 화석 기록을 보면 육식성 또는 잡식성 공룡은 주로 수각류에 몰려 있고, 용각류는 대체로 초식, 조반목 공룡은 거의 전부 초식인 것으로 나타납니다. 우선 수각류는 상대적으로 가벼운 몸, 날카로운 발톱, 앞을 향한 눈, 큰 턱과 톱니 모양의 치아를 진화시켰는데요, 이는 명백히 육식에 최적화된 형태학적 장치이고, 초기부터 이 그룹이 작은 포식자 역할을 담당하면서 생태적 지위를 굳혔습니다. 또한 잡식류로 알려진 오르니토미무스류, 테리지노사우루스류 같은 계통도 결국 수각류에서 파생되었으니, 기본적으로 육식 포식자 틀에서 다양한 변화를 거친 셈입니다.다음으로 중생대 생태계는 현대 초식, 육식 포유류의 관계처럼 대규모 초식 공룡과 이를 압박하는 소수 포식 공룡 구도로 유지되었는데요 용각류와 조반목은 몸집을 키워 식물 자원을 대량 섭취하는 전략을 택했는데, 이렇게 거대한 초식 공룡이 많아지면 자연스럽게 포식자 무리도 필요했습니다. 그 포식자 역할을 전담한 계통이 수각류였기 때문에, 화석에서 육식 흔적이 수각류 중심으로 발견된 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 펭귄은 왜 멀리 대변을 싸는지 궁금합니다
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 펭귄은 보통 최대 40cm에서 1.3m 정도까지 배설물을 멀리 뿜어내는 것으로 알려져 있는데요, 배설물의 분출 속도는 약 1.5~2.0 m/s로, 작은 펭귄일수록 체구 대비 압력이 더 세게 걸리기 때문에 의외로 빠른 속도가 나옵니다. 연구자들은 펭귄이 배설할 때 항문 괄약근과 항문 주위 근육을 이용해 압력을 가하는데, 이때 발생하는 압력은 약 10–60 kPa 정도라고 추정한 바 있습니다.펭귄이 이렇게 배설을 멀리 쏘는 이유는 크게 두 가지로 설명할 수 있는데요, 우선 펭귄은 집단 번식지에서 매우 가까운 거리에서 둥지를 틀고 알을 품는데 만약 둥지 근처에 대변이 쌓이면 병원균, 기생충, 악취 문제가 심각해질 수 있습니다. 따라서 멀리 쏴서 둥지와 새끼가 깨끗한 환경을 유지할 수 있도록 합니다. 또한 펭귄은 알을 품을 때나 새끼를 지킬 때 자리를 오래 지켜야 하는데요 배설할 때 둥지를 떠나 멀리 가는 것은 위험하므로, 그 자리에서 힘을 주어 멀리 쏘는 방식으로 해결하는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 해삼이 대변시 창자를 끄집어내는 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 네 질문주신 것처럼 해삼이 배설할 때 창자를 끄집어내는 것처럼 보이는 행동은 일반적인 배변 과정이라기보다는 해삼이 가진 독특한 방어 기작이라고 할 수 있습니다. 우선 해삼은 갑옷 같은 껍데기나 빠른 도주 능력이 없는 느린 동물인데요 따라서 포식자가 접근했을 때, 몸 안의 장기를 갑자기 몸 밖으로 내던져 포식자의 주의를 끌거나 붙잡히는 시간을 벌어 탈출합니다. 내장은 점액질과 홀로투린과 같은 독성 화합물을 포함하고 있어 포식자에게 불쾌하거나 독성을 주어 공격을 포기하게 만드는 것입니다. 이때 해삼의 항문은 몸 뒤쪽에 있으며, 호흡과 배설뿐만 아니라 때때로 방어 행동의 출구로도 사용됩니다. 그래서 관찰자 입장에서는 해삼이 배변하면서 장을 같이 내보내는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 대변과 내장 방출은 별개 과정이고, 방출은 위협 시에만 일어납니다.또한 내장을 잃는 것은 치명적일 것 같지만, 해삼은 놀라운 재생 능력을 가지고 있는데요, 내장을 내보낸 후 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 다시 장기 조직을 재생시켜 정상적인 생활로 복귀합니다. 이는 해삼이 이 극단적인 방어 전략을 감당할 수 있게 하는 생리적 기반이라고 할 수 있겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 암사자와 숫사자의 역할이 어떻게다르나요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 사자는 고양이과에서 드물게 사회적 무리를 이루며 집단 생활을 하는데, 이 안에서 암사자와 수사자는 생태적 역할이 분업화되어 있습니다.우선 암사자는 주사냥꾼인데요, 암사자들은 무리에서 실제 먹이를 확보하는 핵심 사냥꾼으로 몸집이 수사자보다 작고 민첩하여, 은밀하게 잠복 후 협동하여 사냥하는 데 특화되어 있습니다. 이때 특히 무리지어 먹이를 몰고, 특정 방향에서 덮치는 전략적 사냥을 펼칩니다. 또한 암사자들은 공동으로 새끼를 키우며, 새끼를 지키고 젖을 먹이며, 이 과정에서 집단 내 협력 양육 방식을 통해 새끼의 생존율을 높입니다. 또한 암사자들은 태어난 무리에서 평생 남는 경우가 많기 때문에 무리의 핵심 구성원 역할을 담당합니다.다음으로 수사자는 암사자 무리를 포함한 영역을 외부 수사자 무리나 하이에나 등 경쟁자로부터 방어하는데요, 크고 강한 체구와 갈기가 있어, 전투와 위협에 유리합니다. 또한 무리를 지배하는 수사자는 암사자들과 번식하며, 자신의 유전자를 다음 세대로 전달하는데요, 경쟁 수사자 무리와 싸워 승리해야 번식권을 가질 수 있습니다. 일반적으로 암사자가 주 사냥꾼이지만, 큰 먹잇감을 잡을 때는 수사자가 힘을 보태어 사냥에 참여하기도 합니다만, 하지만 일상적인 중소형 사냥에서는 거의 참여하지 않습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 고양이과 동물은 왜 대체적으로 단독생활을 하나요
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 고양이과 동물은 대체로 단독생활을 하는데요, 우선 대부분의 고양이과 동물은 완전한 육식 포식자입니다. 그들은 은밀하게 잠복하고 단독으로 공격하여 먹이를 잡는 매복형 포식자 전략을 사용하는데요, 매복형 포식자는 협동보다 정확하고 민첩한 단독 사냥이 에너지 효율이 높습니다. 예를 들자면 호랑이는 단독으로 사냥하며, 잡은 먹이를 나누지 않고 모두 섭취하는데, 사냥에 실패하면 에너지 손실이 크지만, 성공하면 충분한 영양 섭취가 가능합니다. 반대로 개과 동물은 지속 추격형 포식자가 많아, 협동을 통해 장거리 추격과 사냥 효율을 높이는 전략이 유리하게 작용합니다. 또한 고양이과 동물은 먹이가 상대적으로 소규모로 흩어져 있거나 이동성이 있는 동물을 사냥하는데요, 이 경우 무리가 함께 이동하면 먹이가 부족해 경쟁이 생길 수 있으며, 단독 영역을 가지면 사냥 영역과 먹이 확보가 안정적이기 때문에 단독생활이 유리하게 작용하는 것입니다. 또한 고양이과 동물은 대부분 강력한 영역성을 가지는데요, 자신의 사냥터를 표시하고, 다른 개체와 충돌을 최소화할 수 있으며, 단독생활이 영역 확보와 먹이 경쟁 회피에 유리합니다. 따라서 일부 고양이과 동물은 번식기와 암컷 무리를 중심으로 부분적 집단을 형성하지만, 사냥 자체는 여전히 효율 중심으로 이루어지는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 물개의 생태습성은 고래와 상어보다 사자와 호랑이에 가까울까요?
안녕하세요. 질문해주신 물개의 생태습성을 고려했을 때 외형과 서식 환경은 해양 포유류 또는 물고기와 비슷하지만, 행동과 먹이 전략, 사회 구조 면에서는 육상 포식자와 더 가까운 점이 많다고 할 수 있습니다. 우선 외형적인 측면에서 물개는 지느러미 형태의 발과 유선형 몸을 가지고 있어 수영에 최적화되어 있으며, 이러한 형태적 적응은 고래나 상어와 유사하며, 수중 이동 능력과 사냥 효율을 높여주는데요, 따라서 외형과 물속 환경 적응 측면에서는 고래와 상어에 비유할 수 있습니다.하지만 물개는 육식 포식자로, 물고기, 오징어 등을 잡아먹는데요, 사냥 방식은 단순히 기다렸다가 먹이를 걸리는 대로 삼키는 상어와 달리, 잠복하거나 협동하여 먹이를 몰아넣기도 가능하고, 발과 이빨을 활용해 개별 사냥을 합니다. 즉, 이러한 전략은 육지 포식자, 예를 들어 사자, 호랑이, 수달과 매우 유사하다고 볼 수 있습니다.또한 많은 물개 종은 무리를 지어 생활하며, 번식기에는 사회적 계층과 영역을 형성하며 이는 늑대나 곰처럼 개체 간 상호작용과 사회적 규칙을 가지는 육상 포식자와 유사하다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 사람이 도시생활을 하면서 후각신경이 왜 약해진건가요
안녕하세요, 네 말씀해주신 것처럼 사람이 도시 생활과 집단 생활을 하면서 후각이 상대적으로 약해져왔는데요, 이는 환경적 요인과 생물학적 적응 과정이 복합적으로 작용한 결과라고 볼 수 있습니다. 우선 후각은 후각 수용체가 코 안 점막에 위치하여 공기 중의 화학물질을 감지함으로써 작동하는데요 인간은 약 400종류의 기능성 후각 수용체 유전자를 가지고 있으며, 이는 다른 포유류에 비하면 비교적 적은 편입니다. 이때 후각 수용체는 신경세포와 연결되어 뇌의 후각구로 신호를 전달하고, 여기서 냄새를 인지하게 됩니다.과거 인간은 소규모 집단에서 사냥, 채집, 위험 회피를 위해 후각이 생존과 직결되는 중요한 감각이었는데요 예를 들어, 썩은 음식, 천적, 포식자의 체취 등을 후각으로 감지했습니다. 하지만 현대 도시는 청결하고 위생적인 환경, 인공적 냄새와 향이 많고, 포식자의 위협이 거의 없으며, 먹거리도 안전하게 관리되는데요, 이렇게 후각이 생존에 필수적이지 않은 환경에서는 후각 수용체 사용 빈도가 줄어들고, 선택압도 약화된 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 조류의 소대변은 왜 산성을 띄는지 궁금합니다
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 조류의 소대변은 산성을 띄는데요 이는 조류의 배설 구조와 질소 배설 방식과 관련이 있습니다. 우선 조류는 항문과 요관이 분리된 구조를 갖고 있지 않은데요 즉, 소화관과 비뇨기관이 총배설강이라는 공용 배출구를 통해 연결되어 있기 때문에 따라서 새는 소변과 대변을 동시에 배출하며, 수분을 최대한 절약하도록 진화했습니다. 이때 대부분의 포유류는 질소 노폐물을 요소 형태로 배설하지만, 조류는 요산 형태로 배설하는데요 요산은 수용성이 낮고 물에 녹기 어려운 고체 형태로 배설되며, 이를 통해 수분 손실을 최소화할 수 있습니다. 즉 요산 자체가 약간 산성으로 pKa 약 5~6을 가지므로, 조류의 대변은 요산 함량 때문에 자연스럽게 산성을 띄게 되는 것입니다. 또한 조류의 위에는 근육성 위가 있어 음식물을 기계적으로 분쇄하는데요, 일부 조류는 위에서 HCl과 같은 강한 산을 분비하여 단백질을 소화하는데, 이 과정에서 음식물과 체액이 혼합되면서 배설물도 약간 산성으로 나옵니다. 특히, 새의 대변에는 소화되지 않은 요산 결정과 일부 단백질 분해산물이 포함되어 산성을 유지하게 되는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 매미라는 곤충은 왜 수분을 많이 섭취하나요
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 매미는 상대적으로 수분을 많이 섭취하는 곤충으로 알려져 있습니다. 매미는 주로 수액, 특히 나무의 목질부와 물관에서 나오는 즙을 빨아먹는데요 이 수액은 당분과 무기염이 용해된 물로 구성되어 있어 곤충의 주요 에너지원이자 수분 공급원이 됩니다. 하지만, 수액에는 필수 아미노산과 영양분이 상대적으로 매우 희박합니다. 즉, 영양분은 적고 대부분이 물과 당분이기 때문에, 매미는 필요한 단백질이나 아미노산을 충분히 섭취하기 위해서는 수분을 대량으로 섭취해야 하는 것입니다. 다만 매미는 과도한 수분을 섭취하면, 필요 없는 수분과 용질을 여과하여 배설하게 되는데요, 이때 매미의 배설물은 대부분 물과 일부 무기염으로 이루어집니다. 체내에서 과도한 수분을 배출함으로써 삼투압을 일정하게 유지하고, 세포가 부풀거나 손상되지 않도록 조절하는 것입니다. 이 과정에서 매미는 수분을 많이 섭취하고 배출하는 전략을 통해 희박한 영양원을 섭취하면서도 체내 전해질 균형을 유지할 수 있게 됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 분자 수준에서 용매가 속도 상수에 영향을 미치는 구체적인 기작은 무엇인가요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 동일한 반응이라도 용매의 극성, 점도, 수소결합 능력 등에 따라 속도상수가 달라질 수 있으며, 이는 분자 수준에서 반응물, 전이상태, 그리고 반응 중간체가 용매 분자와 맺는 상호작용에 의해 결정된다고 할 수 있습니다. 반응에서 전하가 분리되는 과정이 포함될 경우, 극성 용매는 전하를 강하게 둘러싸는 용매화효과를 통해 이를 안정화하는데요 대표적인 예시라고 할 수 있는 SN1 반응에서는 카보양이온이 생성되는데, 극성 프로틱 용매가 양이온을 안정화시켜 Ea를 낮추고, 속도상수를 증가시킵니다. 반대로, 전하 분리를 억제하거나 친핵체를 지나치게 안정화시켜 반응성을 떨어뜨릴 수도 있습니다. 또한 프로틱 용매는 수소결합을 통해 친핵체나 전이상태를 둘러싸 반응성을 크게 바꾸는데요, 예를 들자면 SN2 반응에서는 프로틱 용매가 친핵체를 수소결합으로 둘러싸 반응성이 떨어져 속도상수가 감소할 수 있습니다. 즉, 반응이 일어나는 장소인 용매는 반응물과 전이상태의 상대적 안정화를 달리함으로써 Ea를 조절하고, 동시에 분자의 충돌 빈도와 배향에 영향을 주어 속도상수를 변화시키게 되는 것입니다. 감사합니다.