안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 도토리가 열매인줄 알았는데 씨앗인가요?
안녕하세요.도토리와 밤은 겉보기에는 우리가 흔히 '열매'라고 부르지만, 식물학적으로 조금 더 정확히 구분하면 ‘씨앗’을 포함한 열매의 일부 또는 전부라고 할 수 있습니다. 이 구분을 명확히 이해하려면 식물의 열매와 씨앗의 정의부터 살펴볼 필요가 있습니다. 식물에서 ‘씨앗(seed)’은 수정이 완료된 배(embryo), 저장 조직(배유 또는 떡잎), 그리고 씨껍질(종피)로 구성된 구조입니다. 씨앗은 다음 세대로 발아하여 새로운 식물체로 자랄 수 있는 생식 기관입니다. 반면에 ‘열매(fruit)’는 일반적으로 씨앗을 감싸고 있는 구조로, 꽃의 자방이 발달한 것입니다. 다시 말해, 열매는 씨앗을 보호하고 퍼뜨리는 역할을 하는 조직입니다. 도토리는 참나무(Quercus 속)의 열매이며, 식물학적으로는 '견과(nut)'라고 부르는 건열과(dry fruit)의 일종입니다. 도토리는 자방이 단단하고 마르면서 씨앗을 보호하는 구조로, 열매 전체가 씨앗을 하나 포함한 단단한 껍질로 구성되어 있습니다. 우리가 도토리라고 부르는 그 구조물은 사실상 ‘열매’ 전체이지만, 그 안의 실제 생식 기능을 하는 부분은 내부의 씨앗입니다. 따라서 도토리는 "씨앗을 포함한 열매"이며, 식물학적으로는 씨앗이 맞다고 볼 수 있습니다.마찬가지로 밤도 열매이자 씨앗인데요, 밤나무는 도토리와 마찬가지로 견과류의 일종을 맺으며, 우리가 먹는 밤도 자방이 단단하게 자라 씨앗을 감싸고 있는 구조입니다. 밤의 바깥쪽에는 가시 같은 외과피(껍질)가 있고, 그 안에 우리가 식용으로 삼는 씨앗이 들어 있습니다. 따라서 밤 역시 "씨앗을 포함한 열매"이며, 식물학적으로 우리가 먹는 부분은 실제로 씨앗입니다. 정리하면, 도토리와 밤 모두 일반적인 의미에서는 ‘열매’라고 불리지만, 과학적으로 분석하면 그 속에 있는 씨앗이 우리가 먹는 부분이며, 열매는 그 씨앗을 싸고 있는 구조 전체를 의미합니다. 즉, "도토리는 씨앗인가요?"라는 질문에 대한 대답은 "도토리는 열매 전체이고, 그 안의 씨앗이 실제 식물의 생식 구조이며 우리가 먹는 부분이다"라는 것이 정확한 과학적 설명입니다.
Q. 현재 동물 실험을 완벽하게 대체할 방법이 존재하나요?
안녕하세요.현재 과학기술이 빠르게 발전하고 있음에도 불구하고, 동물 실험을 완벽하게 대체할 수 있는 방법은 아직 존재하지 않습니다. 오가노이드(organoid), 인공 장기, 인체 유래 세포를 활용한 3차원 배양 시스템, 컴퓨터 시뮬레이션, 인공지능(AI) 기반 예측 모델 등 다양한 대체기술들이 개발되고 있으며, 이들 중 일부는 특정 실험에서 동물 실험을 상당 부분 대체하거나 보완할 수 있는 수준에 도달하고 있습니다. 하지만 이 기술들이 아직까지는 ‘완전한 대체’에 이르지 못하는 이유는 크게 몇 가지로 나눌 수 있습니다.먼저, 생물학적 시스템의 복잡성 때문인데요, 인간을 포함한 동물의 몸은 면역계, 신경계, 내분비계 등 수많은 생리적 시스템이 상호작용하면서 작동합니다. 오가노이드는 특정 기관의 구조와 기능을 모사할 수 있지만, 전체적인 생체 내 환경을 완전히 재현하기는 어렵습니다. 예를 들어, 약물이 간에서 대사된 후 전신에 어떤 영향을 미치는지, 면역계가 특정 자극에 어떻게 반응하는지와 같은 전신적 반응은 아직까지는 실험동물 없이는 재현하기 어렵습니다. AI와 컴퓨터 모델링 또한 매우 유망한 분야이지만, 그 정확도와 신뢰성은 여전히 실제 생체 데이터를 기반으로 해야 합니다. AI가 학습하는 데이터는 과거의 동물 실험이나 임상시험에서 나온 것이기 때문에, 실제로 전혀 새로운 물질에 대한 예측을 100% 신뢰하기는 어렵습니다. 특히 독성 평가, 면역반응, 장기적 부작용 같은 예측은 현재 기술로는 완전한 대체가 어렵습니다. 또한, 윤리적 측면과 법적 규제 문제도 존재합니다. 새로운 약물이나 화학물질을 인체에 적용하기 전에 반드시 안전성과 유효성을 검증해야 하는데, 현재의 법과 제도는 대부분 그 기준으로 동물 실험 데이터를 요구합니다. 이런 규제 체계는 점진적으로 바뀌고 있지만, 완전히 동물 실험을 배제한 체계를 마련하기에는 아직 과학적·제도적 기반이 부족합니다. 그럼에도 불구하고 대체 기술들은 동물 실험의 범위와 횟수를 줄이는 데 크게 기여하고 있습니다. 예를 들어, 화장품 산업에서는 유럽연합(EU)을 중심으로 동물 실험을 금지하고 있으며, 인체 피부 모델이나 세포 기반 독성 평가 시스템이 널리 사용되고 있습니다. 특히 오가노이드 기술은 환자 맞춤형 치료 연구나 질병 모델링에 큰 잠재력을 보여주고 있으며, AI는 신약 후보 물질의 초기 스크리닝에 있어서 효율성과 비용 절감을 가능하게 합니다. 결론적으로, 현재의 기술로는 동물 실험을 일부 대체하거나 보완하는 것은 가능하지만, 완전히 대체하는 수준에는 아직 도달하지 못했습니다. 그러나 과학기술의 발전 속도를 고려할 때, 앞으로 수십 년 내에는 보다 정밀하고 신뢰할 수 있는 대체 방법이 개발되어 동물 실험의 필요성이 점점 줄어들 것으로 기대됩니다. 이는 생명윤리와 과학 발전이 함께 나아가야 하는 중요한 과제입니다.
Q. 동물 유전자와 식물 유전자 차이가 많이 나나요?
안녕하세요.동물과 식물은 진화적으로 수억 년 전에 공통조상에서 갈라져 나온 생물군이기 때문에 유전자의 구성과 기능에 많은 차이가 존재하지만, 동시에 생명의 기본 단위를 공유하기 때문에 일정 부분 유사성도 존재합니다. 유전자는 DNA로 구성되어 있으며, DNA가 가진 염기서열(A, T, G, C)의 조합을 통해 생명체의 구조와 기능이 결정됩니다. 이 염기서열이 어느 정도 유사하냐에 따라 생물 간의 유전적 거리를 판단할 수 있는데, 동물과 식물 사이에는 공통적으로 보존된 유전자들도 있지만, 전체 유전체 수준에서는 상당한 차이가 납니다. 예를 들어, 동물과 식물은 모두 세포핵을 가진 진핵생물이기 때문에 기본적인 세포 주기, 단백질 합성, 에너지 대사 등에 관여하는 유전자는 매우 보존되어 있습니다. 이러한 유전자는 ‘보존 유전자’라고 하며, 세포 분열에 필요한 유전자나 리보솜을 구성하는 유전자 등은 동물과 식물 모두 유사한 형태로 가지고 있습니다. 실제로, 인간과 식물 사이에도 약 30~40% 정도의 유전자가 어느 정도의 상동성을 갖는 것으로 알려져 있습니다. 이는 생명의 기초적인 기능을 수행하는 데 필요한 유전자들이 생명의 기원 초기부터 존재했기 때문입니다. 그러나 동물과 식물은 서로 전혀 다른 환경에 적응해 왔기 때문에, 생식 방식, 운동성, 감각기관, 광합성 유무 등과 관련된 유전자에서는 큰 차이가 나타납니다. 예를 들어, 식물은 광합성을 통해 에너지를 얻기 때문에 광합성 색소인 엽록소를 만들기 위한 유전자와 엽록체에 관련된 유전자를 갖고 있으며, 이는 동물에는 존재하지 않습니다. 반면 동물은 감각기관, 신경계, 근육 등의 발달에 관여하는 유전자가 발달해 있으며, 이런 유전자는 식물에는 전혀 존재하지 않거나, 기능이 다르게 나타납니다. 유전체의 크기나 유전자 수에서도 차이가 날 수 있습니다. 예를 들어, 쌀의 유전자 수는 약 3만~5만개로 인간의 2만 5천 개보다 많을 수도 있습니다. 하지만 유전자 수가 곧 생물의 복잡성을 결정하지는 않습니다. 중요한 것은 유전자들의 조합, 발현 방식, 그리고 그것들이 서로 어떤 네트워크로 작용하느냐입니다. 결론적으로, 동물과 식물은 생명의 기초적인 기능을 수행하는 일부 유전자는 공유하고 있지만, 진화적 경로와 생태적 적응이 달랐기 때문에 유전자 구성, 발현 방식, 기능에 있어서는 큰 차이를 보입니다. 유전자 검사를 통해 인간과 다른 동물 간의 유사성을 측정할 수 있는 것처럼, 동물과 식물 간에도 유전적 거리를 계산할 수 있지만, 그 거리는 훨씬 더 멀고, 구조적·기능적으로도 확연한 차이를 나타냅니다. 이는 생명의 다양성과 진화의 과정을 이해하는 데 중요한 근거가 됩니다.
Q. 미생물이 하는 역활은 분해와 영양 순환밖에 없나요?
안녕하세요.네, 우리는 흔히 미생물이라고 하면 유기물을 분해하는 존재로 알고 있고, 실제로 많은 미생물이 죽은 생물체나 배설물 등의 유기물을 분해하여 생태계 내 물질의 순환에 큰 역할을 합니다. 이 과정에서 탄소, 질소, 인 등의 무기 영양소가 다시 토양이나 수계로 돌아가 식물이나 다른 생물이 사용할 수 있게 되며, 이를 통해 생태계는 지속적으로 유지됩니다. 그러나 미생물의 역할은 단순한 분해와 영양순환에만 국한되지 않습니다. 예를 들어, 특정 미생물은 ‘질소고정’이라는 과정을 통해 대기 중의 질소(N₂)를 암모니아(NH₃) 형태로 바꾸어 식물이 흡수할 수 있도록 합니다. 이는 뿌리에 공생하는 리조비움(Rhizobium)과 같은 박테리아들이 대표적이며, 이들 덕분에 질소 비료 없이도 식물이 성장할 수 있습니다. 또한, 남세균(시아노박테리아)과 광합성 세균은 햇빛을 이용해 스스로 유기물을 합성하고, 일부는 산소까지 방출하여 지구의 초기 대기 변화에 중요한 역할을 했습니다. 미생물은 생물과의 다양한 공생관계에서도 핵심적인 존재입니다. 예를 들어 인간의 장내 미생물은 음식물 소화를 도와주고, 비타민을 합성하거나 면역체계를 조절하는 역할을 합니다. 소나무나 콩과식물처럼 특정 식물은 뿌리 근처에 특정 미생물과 상호작용하여 성장에 유리한 환경을 조성하기도 합니다. 미생물은 또 다른 생물에게 병을 유발하는 병원체로 작용하기도 하지만, 이와 동시에 우리가 사용하는 항생제, 효소, 백신 등의 생명공학적 도구로도 활용됩니다. 심지어 미생물은 환경복원, 즉 오염물질을 정화하는 데에도 쓰입니다. 예를 들어, 기름 유출 사고가 났을 때 특정 미생물이 석유를 분해하여 오염을 줄이는 데 기여합니다. 이처럼 미생물은 분해자이자 생산자, 공생자, 병원체, 생물학적 도구 등 여러 역할을 수행하는 복합적인 존재입니다. 결론적으로, 미생물은 단순히 유기물을 분해하는 데 그치는 존재가 아니라, 지구 생태계 전반의 물질순환, 에너지 흐름, 생물 간 상호작용, 그리고 인류의 생명과학 기술에까지 폭넓게 관여하는 매우 중요한 생물군입니다.
Q. 은행은 냄새가 심한데도 불구하고 은행나무가 어떻게 번식을 할 수 있는건가요?
안녕하세요.은행나무는 암수딴그루인 식물로, 수나무와 암나무가 따로 존재합니다. 수나무에서 생산된 꽃가루는 바람에 의해 암나무의 암꽃으로 전달되며, 이는 바람받이수분(anemophily)이라 불리는 방식입니다. 수분이 이루어진 후 암꽃은 씨앗인 은행을 맺게 되며, 이 씨앗은 겉씨식물의 특성상 씨앗이 드러나 있고, 주위에 있는 육질의 외종피가 발효되면서 특유의 고약한 냄새를 냅니다. 이 냄새는 일부 동물에게는 오히려 매력적으로 작용하여 씨앗을 먹고 다른 장소로 이동하면서 배설을 통해 씨앗을 퍼뜨리는 데 기여할 수 있습니다. 따라서 은행나무는 바람에 의한 수분과 동물에 의한 씨앗 확산이라는 생명과학적 전략을 통해 번식하고 개체군을 유지할 수 있습니다.