안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 실제로 개미 전체의 무게가 사람 무게보다 더 나가나요?
안녕하세요."지구상에 존재하는 모든 개미의 무게가 인간 전체 무게보다 더 많이 나간다"는 말은 한때 과학 대중서나 다큐멘터리 등에서 자주 언급되었던 흥미로운 주장입니다. 이 주장은 개미의 어마어마한 개체 수와 지구 생태계에서의 생물량(biomass)을 강조하기 위해 사용되었지만, 최근 연구에 따르면 완전히 정확하지는 않습니다.우선 개미의 숫자부터 살펴보면, 2022년 발표된 연구 결과에 따르면 전 세계 개미 개체 수는 약 2경 마리(20 × 10¹⁶)에 달하는 것으로 추정됩니다. 개미 한 마리의 평균 무게는 약 1~5mg 정도이며, 이를 모두 더하면 전체 개미의 총 질량은 약 1200만 톤으로 계산됩니다. 반면 현재 전 세계 인간 인구는 약 80억 명에 이르며, 성인 한 사람의 평균 체중을 약 62kg 정도로 가정하면 전체 인류의 질량은 약 4억 9600만 톤으로, 이는 개미보다 훨씬 많습니다. 즉, 현대 기준으로 보면 인간의 전체 무게가 개미의 총 무게보다 훨씬 무겁습니다. 그렇다면 왜 이런 오해가 생겼을까요? 그 이유는 다음과 같습니다. 첫번째로 과거 인류 인구 수를 기준으로 한 계산으로, 이 주장이 처음 나왔을 당시에는 인류 인구가 지금보다 훨씬 적었고, 정확한 개미의 생물량에 대한 데이터도 부족했습니다. 따라서 상대적으로 개미가 더 많다는 계산이 가능했을 수도 있습니다.둘째, 숲 생태계 등 특정 지역 기준의 과장된 해석으로 열대우림과 같은 특정 생태계에서는 실제로 개미의 생물량이 포유류보다 많은 경우도 있어, 이를 일반화한 사례가 있습니다. 셋째, 생물량과 개체 수 개념의 혼동했을 수 있는데요, "개미가 훨씬 많다"는 말이 개체 수를 뜻하는지, 질량을 뜻하는지 명확하지 않아 생긴 혼동입니다. 결론적으로, 개미는 지구에서 개체 수로는 가장 성공적인 생물 중 하나이며, 특정 생태계에서 중요한 생물량을 차지하지만, 전체 인류의 무게를 초과하지는 않습니다. 다만 그 생태적 영향력과 생존 전략은 인간 못지않게 놀라운 존재임에는 틀림없습니다.
Q. 거미줄은 어떻게 그렇게 탄력이 있고 끈끈할까요?
안녕하세요.거미줄이 얇으면서도 놀라운 탄성과 끈적함을 가지는 이유는 바로 거미가 분비하는 특수한 단백질 기반의 실크 성분과 정교한 방사 구조 덕분입니다. 거미는 배 끝에 있는 방사선(Spinneret)이라는 기관에서 여러 종류의 실크를 뽑아내는데, 이 실크는 주로 스파이로드로인(spidroin)이라는 단백질로 구성되어 있으며, 고도로 배열된 결정질 영역과 유연한 아모르포스(무정형) 영역이 교차되어 있어 매우 독특한 기계적 특성을 지닙니다. 이 단백질 구조는 마치 나일론이나 케블라 섬유처럼 강한 인장 강도를 가지면서도 유연성을 유지할 수 있게 해 주며, 같은 굵기의 강철보다도 더 강한 인장력을 보일 수 있습니다. 이로 인해 거미줄은 쉽게 끊어지지 않고 외부의 진동이나 충격에 대해 적절히 늘어나면서 에너지를 분산시키는 탄성을 가집니다. 이것이 바로 거미줄이 얇지만 강하고 유연한 이유입니다. 또한 거미는 거미줄 중에서도 붙잡기용 실크(capture spiral)에 끈적한 성분을 더해 방사합니다. 이 끈끈함은 단백질 기반의 점액질(glue-like substance)로 이루어져 있으며, 주로 수분을 포함한 점성 물질과 당분 및 점착 단백질이 포함되어 있어 곤충이 닿는 순간 그 다리나 날개가 붙잡히게 만듭니다. 흥미롭게도, 거미는 이러한 점착 실크를 따로 분비하며, 줄기의 바깥쪽에만 이 물질을 바르기 때문에 자신은 여기에 걸리지 않고 자유롭게 이동할 수 있습니다.즉, 거미줄의 뛰어난 물리적 특성은 복합적인 단백질 구조, 특수 분비 물질, 그리고 기능별로 설계된 실크의 조합 덕분입니다. 과학자들은 이 거미줄의 구조와 성분을 모방하여 생분해성 섬유, 의료용 실, 방탄 소재 등 다양한 생체모방 소재 개발에 응용하려는 연구를 활발히 진행 중이기도 합니다.
Q. 곤충은 왜 일반적으로 동물보다 크기가 작을까요?
안녕하세요. 곤충이 일반적인 동물들에 비해 대체로 크기가 작은 이유는 생물학적 구조, 생리학적 제약, 그리고 진화적 환경 요인들이 복합적으로 작용한 결과입니다. 가장 큰 이유 중 하나는 곤충의 호흡 방식에 있습니다. 곤충은 포유류나 조류처럼 폐를 통해 산소를 들이마시는 방식이 아니라, 몸 표면에 있는 기문(spiracle)을 통해 공기를 내부의 기관(trachea)으로 직접 전달하는 수동적인 확산 호흡 시스템을 사용합니다. 이 방식은 산소가 조직 깊숙이 퍼지는 데 한계가 있기 때문에, 몸집이 일정 이상 커지면 세포에 충분한 산소를 공급하기가 어렵습니다. 다시 말해, 산소 확산의 비효율성이 곤충의 크기를 제한하는 중요한 요인입니다. 또 다른 구조적 제한은 곤충의 외골격(exoskeleton)입니다. 곤충은 내부 골격이 아닌 외부 골격을 가지고 있어서 몸을 지탱하고 보호하는데, 몸이 커질수록 이를 유지하기 위해 외골격의 두께도 비례해 증가해야 합니다. 그러나 외골격은 무겁고 유연성이 떨어지기 때문에 일정 크기 이상으로 커지면 오히려 움직임에 불리해지며, 탈피 과정에서도 리스크가 커지게 됩니다. 이러한 구조적 한계는 곤충이 소형화된 형태로 진화하도록 압력을 가합니다. 또한 곤충은 짧은 세대 주기와 높은 번식률을 통해 진화를 거듭해 왔고, 소형화된 몸은 은신, 기동성, 자원 효율성 측면에서 생존에 유리한 전략이었습니다. 큰 몸집이 포식자로부터 자신을 보호하는 데 도움이 되긴 하지만, 곤충은 다수의 개체로 빠르게 번식하고 넓은 생태적 틈새를 점유함으로써 크기보다는 숫자와 다양성으로 생존 전략을 택한 경우가 많습니다. 과거 고대에는 산소 농도가 지금보다 훨씬 높았던 시기에 거대한 곤충(예: 거대 잠자리 메가네우라)이 존재했지만, 오늘날 대기 중 산소 농도 조건에서는 지금과 같은 소형 곤충이 생리적으로 더 안정적이고 생존에 유리한 형태입니다. 따라서 곤충이 작게 진화한 것은 단순히 천적의 위협보다는 내부 생리 구조와 환경에 최적화된 결과라고 볼 수 있습니다.
Q. 프로모터 복제원점과 같이 부차적인 기능을 하는 유전자들은 인트론 부위가 많지 않나요?
안녕하세요.프로모터(promoter)나 복제원점(origin of replication)과 같은 DNA 상의 부차적인 기능을 수행하는 요소들은 사실 일반적으로 우리가 말하는 ‘유전자’(즉, 단백질이나 RNA를 암호화하는 염기서열)라기보다는 조절 서열 또는 비암호화(non-coding) 부위에 속합니다. 이런 부위들은 인트론(intron)이라기보다는, 그 자체로 유전자 외부의 기능적 염기서열로 분류됩니다. 인트론은 본래 하나의 전사 단위(gene) 내에서 RNA로 전사되지만 번역되지 않고, 스플라이싱 과정에서 제거되는 염기서열을 의미합니다. 즉, 인트론은 전사된 후 제거되는 유전자 내부의 비암호화 영역이고, 프로모터나 복제원점은 아예 전사되지 않는 경우가 많기 때문에 인트론이라 하긴 어렵습니다. 하지만 질문의 요지처럼 "부차적인 기능을 하는 유전자는 인트론이 많지 않나요?"라는 관점에서 보자면, 몇 가지 과학적인 고려가 필요합니다. 예를 들어, 조절 기능을 하는 RNA 유전자들—예를 들면 lncRNA(long non-coding RNA), miRNA 유전자—는 단백질을 암호화하지 않지만 중요한 기능을 수행합니다. 이들 중 일부는 인트론이 존재하는 복잡한 구조를 가지며, 스플라이싱을 통해 다양한 기능성 RNA를 만들어냅니다. 그러나 복제원점이나 프로모터는 이와는 다르게, 구조적 또는 조절적 DNA 요소로 기능하며 전사 산물 자체가 없는 경우가 많습니다. 결론적으로, 프로모터나 복제원점처럼 유전자 발현이나 DNA 복제를 조절하는 기능성 염기서열은 인트론과는 구별되는 독립된 조절 부위이며, 이들 자체에 인트론이 많다는 표현은 과학적으로 부정확합니다. 다만, 비암호화 유전자(noncoding gene) 중 일부 부차적인 기능을 수행하는 RNA 유전자들은 실제로 인트론을 포함할 수 있으며, 이 경우에는 복잡한 조절 메커니즘과 기능적 다양성이 연관됩니다.
Q. 노란가래가 나오는 원인과 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.노란 가래가 나오는 것은 단순한 감기 증상을 넘어, 우리 몸의 면역 반응과 관련된 생리학적인 과정입니다. 가래는 원래 기관지와 폐를 보호하기 위한 점액으로, 외부에서 들어오는 먼지, 세균, 바이러스 등의 유해 물질을 포획하고 배출하는 역할을 합니다. 하지만 감염이 발생하면 이 점액의 성분과 양이 달라지며, 색깔도 변화하게 됩니다. 특히 감기나 기관지염처럼 바이러스 또는 세균이 상기도에 침투하면, 우리 몸은 면역세포 중 하나인 호중구(Neutrophil)를 현장에 빠르게 보내어 감염원을 제거하려고 합니다. 이 호중구는 감염된 부위에서 병원균과 싸우고, 그 과정에서 효소와 산화물질, 사멸된 세균 및 세포 파편들이 분비되며, 이 물질들이 가래에 포함되면 색깔이 탁하거나 노랗게 보이게 되는 것입니다. 즉, 노란색은 감염 부위에서 일어난 면역반응의 '잔해물'이 포함된 결과입니다. 또한 가래의 색이 노란색이라는 것은 단순한 점액이 아니라 염증 세포와 단백질, 사멸한 면역세포들, 그리고 그들이 싸운 미생물의 잔해가 혼합된 상태라는 뜻이기도 합니다. 만약 가래가 녹색이나 짙은 황색으로 변하면 이는 박테리아성 감염의 가능성을 시사하기도 하며, 이 경우 항생제 치료가 필요할 수 있습니다. 결국 노란 가래는 단순히 감기 때문이 아니라, 우리 몸의 면역 시스템이 병원체에 대응한 결과물이며, 이런 색 변화는 질병의 진행 상황이나 원인 병원체의 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 따라서 증상이 오래 지속되거나 가래 양이 많고 점도가 높아지며 발열, 호흡 곤란 등이 동반될 경우에는 정확한 진단을 위해 병원 진료를 받는 것이 중요합니다.