안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 문어가 몸의 색깔을 변화시키는 기능이 있는데 어떤 물질로 몸색깔이 변하며 어떤상황에 어떤색으로 바뀌나요?
안녕하세요.문어는 주변 환경에 맞춰 몸의 색깔과 질감을 빠르게 변화시킬 수 있는 능력을 가진 대표적인 연체동물입니다. 이러한 놀라운 위장 능력은 피부에 있는 특수한 색소 세포 구조 덕분입니다. 문어의 피부에는 주로 세 가지 종류의 세포가 작용하여 색과 빛 반사를 조절합니다. 첫째, 크로마토포(chromatophore)는 가장 바깥층에 위치한 색소 주머니 세포로, 검정, 갈색, 빨강, 노랑 같은 색을 담당합니다. 이 색소 세포는 방사상으로 퍼져 있는 근육 섬유에 의해 팽창하거나 수축되며 색의 노출이 달라집니다. 근육이 수축하면 색소 주머니가 커져 더 많은 색이 보이고, 이완되면 색소 주머니가 작아져 색이 줄어듭니다. 둘째, 이리도포어(iridophore)는 그 아래층에 존재하며, 빛을 굴절시켜 파란색이나 녹색과 같은 메탈릭한 색조를 만들어냅니다. 이는 구조색이라 불리는 반사 현상으로, 색소가 아닌 미세한 구조에 의한 빛의 간섭 효과로 나타납니다. 셋째, 류코포어(leucophore)는 가장 깊은 층에 위치하며, 빛을 산란시켜 하얀색 또는 주변 색을 반사하는 역할을 합니다. 이 세포는 주변 빛에 따라 배경을 반사하여 위장 효과를 강화하는 기능을 합니다. 문어는 이런 세포들을 신경계와 연결된 복잡한 제어 시스템을 통해 빠르게 조절합니다. 외부 자극, 시각 정보, 기분 상태, 또는 위협 유무 등에 따라 반사적으로 피부 색을 바꾸게 됩니다. 예를 들어 평상시 또는 주변 환경과 일치시킬 때는 해초, 자갈 등 배경에 따라 갈색, 회색, 초록빛으로 변해 위장합니다. 위협을 느낄 때는 적에게 자신을 크게 보이거나 경고하기 위해 진한 빨강이나 검정색으로 변합니다. 사냥 시에는 조용히 배경과 일치시켜 먹잇감에게 눈에 띄지 않도록 하며, 이때는 갈색 계열의 배경색이 많습니다. 사회적 신호 또는 스트레스 상태에는 서로 다른 문어 간의 의사 표현, 혹은 포획 시처럼 강한 스트레스를 받을 때는 몸 전체가 하얗거나 얼룩덜룩하게 변하기도 합니다. 이처럼 문어의 피부는 일종의 생물학적 디스플레이 장치처럼 작용하여, 색깔과 무늬, 심지어 질감까지 바꾸며 주변 환경과의 상호작용을 극대화합니다. 이는 포식자 회피, 사냥, 사회적 신호 등 다양한 생존 전략에 필수적인 기능입니다.
Q. 심해에서 살고 있는 심해어나 해양동물은 자체발광을 하는 기능이 있다고 하는데, 빛이 없는 심해어등이 빛을 내는 원리는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.심해에 서식하는 생물들이 스스로 빛을 내는 현상은 생물발광(Bioluminescence)이라고 하며, 이는 생물 내부에서 일어나는 특정 화학 반응을 통해 에너지를 빛의 형태로 방출하는 생리적 기능입니다. 심해는 일반적으로 수심 200미터 이하의 바다로, 햇빛이 거의 도달하지 않아 매우 어둡고 차가운 환경입니다. 이런 극한 환경에서 살아가는 심해 생물들은 다양한 생존 전략을 발달시켜 왔는데, 그 중 하나가 바로 자체 발광입니다. 이 발광의 생물학적 원리는 특정 효소와 기질의 작용에 의해 이루어집니다. 대부분의 경우, 생물체 내에는 루시페린(luciferin)이라는 기질과, 이를 산화시켜 빛을 내는 루시페레이스(luciferase)라는 효소가 존재합니다. 이 둘이 산소와 결합해 반응하면 화학 에너지가 빛 에너지로 전환되며, 눈에 보이는 빛을 방출하게 됩니다. 이 과정은 열을 거의 발생시키지 않기 때문에 냉광(冷光, cold light)이라 불리며, 생물이 효율적으로 에너지를 사용하는 방식입니다.심해 생물들이 이러한 발광 기능을 가지는 이유는 다양합니다. 첫째, 포식자로부터의 위장 및 회피입니다. 일부 생물은 배쪽에서 빛을 내어 아래에서 올라오는 미약한 빛과 동화되어 자신의 윤곽을 감추는 카운터 일루미네이션(counter-illumination) 전략을 사용합니다. 둘째, 먹이를 유인하거나 포식하는 데 활용됩니다. 예를 들어, 아귀류(anglerfish)는 머리 위의 촉수 끝에 발광 기관을 가지고 있어 어두운 심해에서 작은 생물을 유인해 포식합니다. 셋째, 종 간의 의사소통 또는 짝짓기 신호로도 활용되며, 특정한 발광 패턴으로 개체를 구분하거나 암수 간의 신호를 주고받습니다. 한편, 모든 심해 생물이 자신이 직접 발광 물질을 만드는 것은 아닙니다. 일부는 공생하는 발광 박테리아를 몸속의 특수한 기관에 보유하고 있으며, 그 박테리아의 발광 능력을 활용합니다. 대표적인 예로 심해 오징어나 해파리 등이 있습니다. 요약하자면, 심해어와 해양 생물의 자체 발광은 루시페린-루시페레이스 반응 혹은 발광 박테리아와의 공생을 통해 이루어지며, 이는 심해라는 극한 환경에서의 생존을 돕는 매우 효율적이고 정교한 생리적 적응 현상입니다.
Q. 반딧불이는 어떤 곤충과에 해당하는지 궁금하며, 반딧불이처럼 밤에 빛을 내는 곤충이 또 있나요?
안녕하세요.반딧불이는 생물발광을 하는 대표적인 곤충으로, 곤충 분류상 딱정벌레목(콜레옵테라, Coleoptera)에 속하며, 그중에서도 반딧불이과(Lampyridae)에 해당합니다. 반딧불이과에 속한 곤충들은 전 세계적으로 약 2,000여 종 이상이 알려져 있으며, 그중 일부 종은 유충과 성충 모두 빛을 낼 수 있습니다. 우리나라에는 운문산반딧불이(Luciola unmunsana), 늦반딧불이(Luciola lateralis) 등이 대표적으로 서식하고 있으며, 습도가 높고 물가가 있는 청정 환경에서 주로 관찰됩니다. 반딧불이가 빛을 내는 생물학적 이유는 주로 짝짓기 신호를 보내기 위함이며, 일부 종에서는 포식자에 대한 방어 수단으로도 작용합니다. 반딧불이의 발광은 배 끝부분에 있는 특수한 세포에서 일어나는 화학 반응에 의해 생성되며, 이때 루시페린(luciferin)이라는 물질이 루시페레이스(luciferase) 효소와 산소, ATP(에너지 공급 분자)의 작용으로 빛을 내게 됩니다. 이 과정은 열을 거의 발생시키지 않는 '냉광'으로, 효율이 매우 높기 때문에 생물발광의 대표적인 예로 자주 연구되고 있습니다. 반딧불이 외에도 밤에 빛을 내는 곤충들이 존재합니다. 예를 들어, 미국과 열대 지방 일부에는 빛나는 딱정벌레(Beetle larvae)나 광충류(광충하루살이 등)와 같은 발광 유충들도 있으며, 우리나라에서도 반딧불이 유충 역시 땅 위나 물속에서 은은한 빛을 발산하는 것이 관찰됩니다. 또한 남아메리카나 동남아 지역에서는 불빛버섯과 상호작용하는 곰팡이균, 빛나는 개미나 바퀴 유충, 그리고 불빛을 이용한 포식 전략을 사용하는 반딧불이의 암컷(예: Photuris속) 등도 보고된 바 있습니다. 요약하자면, 반딧불이는 딱정벌레목 반딧불이과에 속하는 곤충이며, 생물발광 능력을 통해 어둠 속에서 빛을 내는 특별한 생태적 특징을 갖습니다. 우리나라와 전 세계 곳곳에는 이 외에도 발광 능력을 가진 곤충이나 유충들이 존재하며, 이들은 야간 생태계에서 짝짓기, 먹이 탐색, 포식 회피 등 다양한 목적을 위해 빛을 활용합니다.
Q. 아이와 식충식물 파리지옥과 끈끈이주걱을 키울 때 잘 키우는 방법은 무엇인가요?
안녕하세요.파리지옥(Dionaea muscipula)과 끈끈이주걱(Drosera 속)은 대표적인 식충식물로, 아이들이 관찰하며 자연의 신비를 체험하기에 매우 좋은 식물입니다. 그러나 이들은 일반적인 화초와는 달리, 특별한 환경과 관리가 필요한 생물학적으로 특수한 식물군에 속합니다. 식충식물은 일반적으로 영양이 부족한 습지 환경에 적응해 진화해왔기 때문에, 키우는 데 있어 그들의 자연 서식지 조건을 최대한 모사해주는 것이 핵심입니다. 먼저 햇빛과 조도가 가장 중요한데요, 파리지옥과 끈끈이주걱 모두 하루 4~6시간 이상의 직사광선이 필요하며, 실내에서 키울 경우 식물용 LED 조명을 사용하는 것이 좋습니다. 특히 파리지옥은 빛이 부족하면 입이 잘 닫히지 않거나 붉은색을 띠지 않는 등 생장이 둔화됩니다.물 관리도 매우 중요합니다. 이들 식물은 석회 성분이나 염류가 없는 물, 즉 빗물, 증류수, 또는 정수된 물을 사용해야 하며, 화분 아래 받침에 항상 1~2cm 정도의 물이 고이도록 관리해 항습성 높은 환경을 유지하는 것이 좋습니다. 일반 수돗물은 염분과 석회질이 포함돼 있어 뿌리를 손상시킬 수 있습니다. 흙(배양토)은 일반 화분용 흙을 사용하면 안 되며, 이탄(피트모스)과 펄라이트를 섞은 산성 토양이 적합합니다. 일반 화분 흙에는 비료가 포함되어 있어 식충식물의 뿌리에 해로울 수 있으며, 이들은 스스로 벌레를 소화해 영양분을 얻는 구조에 특화되어 있기 때문에 비료도 절대 주지 않아야 합니다. 먹이 공급은 대부분 자연에 맡기는 것이 가장 좋습니다. 파리지옥은 일주일에 한두 번 정도 작은 벌레(초파리, 모기 등)를 잡으면 충분하며, 인위적으로 벌레를 자주 넣는 것은 식물에 스트레스를 줄 수 있습니다. 또한 파리지옥의 입은 한 번 닫힌 뒤 여러 번 반복해서 닫을 수 있는 것이 아니므로, 장난삼아 계속 자극하면 식물이 빨리 지치고 죽을 수 있습니다. 끈끈이주걱은 스스로 분비하는 점액으로 곤충을 유인하고 흡수하므로, 특별한 먹이 공급 없이도 곤충이 있는 환경이면 잘 자랍니다. 마지막으로, 겨울철에는 휴면기가 필요합니다. 파리지옥은 겨울 동안 생장을 멈추고 일부 잎을 말리면서 휴면기에 들어가며, 이 시기에는 물을 적게 주고 서늘한 환경(0~10도)에서 관리해야 다음 해에 건강하게 성장합니다. 끈끈이주걱도 종류에 따라 휴면기가 필요할 수 있습니다. 정리하자면, 식충식물은 광량, 물, 토양, 먹이, 계절 관리를 정밀하게 해주면 아이와 함께 흥미롭고 성공적으로 키울 수 있는 식물입니다. 자연의 원리를 배우는 교육적 측면에서도 훌륭한 선택이지만, 올바른 생태적 이해와 섬세한 관리가 동반되어야 한다는 점을 기억해야 합니다.
Q. 수분섭취량 중 소변으로 빠져나가는 액체량
안녕하세요.일반적인 성인의 수분 섭취량이 하루 2리터라고 가정했을 때, 이 수분은 체내에서 다양한 방식으로 배출됩니다. 수분은 크게 소변, 호흡을 통한 수분 손실, 피부를 통한 불감수분 손실(비가시적 땀 포함), 대변, 그리고 눈에 띄는 땀 등을 통해 배출되며, 이 중에서도 소변은 가장 큰 비중을 차지하는 경로입니다. 과학적으로 분석해보면, 정상적인 환경(기온 20~25도, 큰 운동 없음, 건강한 신장 기능)에서의 평균 수분 배출 비율은 다음과 같습니다. 우선 소변으로 약50~60%, 호흡(숨을 통해 수분이 증발)으로 약 20%, 피부(비가시적 땀 포함)로 약 15~20%, 대변으로 약 4~5%를 배출합니다.이 수치를 바탕으로 하루 2리터(2000mL)의 수분을 섭취했을 때, 땀 분비가 거의 없다는 조건을 고려하면 다음과 같이 계산할 수 있습니다.소변으로 약 1000~1200mL, 즉 전체 섭취 수분의 50~60% 정도가 배출하며 나머지는 호흡과 피부를 통한 증발, 대변으로 손실합니다. 만약 한 달 또는 더 긴 시간으로 평균을 낸다면, 일시적인 변화(예: 며칠 동안 덜 마시고 덜 배출하는 경우)를 상쇄하고 신장 기능이 정상이라면 섭취한 수분량의 절반 이상이 소변으로 비교적 안정적으로 배출되는 경향을 보입니다. 특히 체온 유지나 운동량, 주변 환경에 의한 땀 손실이 적다면 이 비율은 더 높아질 수 있습니다. 결론적으로, 장기적으로 보았을 때 하루 섭취 수분의 50~60%는 소변으로 배출된다고 보는 것이 과학적이며 평균적인 수치입니다. 이 수치는 개인의 신장 건강, 환경 조건, 체내 염분 농도 조절 등에 따라 다소 달라질 수 있습니다.