안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 야생 겨자에서 품종개량으로 나온 식물에는 어떤 것들이 있나요?
안녕하세요.네, 말씀하신 것처럼 야생 겨자(학명: Brassica 속)에서 품종개량을 통해 나온 다양한 채소들이 매우 많습니다. 흔히 우리가 알고 있는 양배추뿐만 아니라 브로콜리, 콜리플라워, 케일, 브뤼셀 스프라우트, 그리고 청겨자(머스타드) 등도 모두 야생 겨자에서 유래한 품종들입니다. 이들은 모두 같은 조상 식물인 야생 겨자를 바탕으로 인위적인 선택과 교배를 통해 여러 가지 특성을 강화하거나 변형시켜 개발된 것입니다. 이 식물들은 모두 같은 속(Brassica)에 속하며, 야생 겨자를 품종 개량한 결과, 각각의 부위(잎, 꽃, 줄기, 싹 등)를 집중적으로 키우거나 다르게 발달시킨 형태로 구분됩니다. 예를 들어, 양배추는 잎이 단단하게 뭉쳐진 형태이고, 브로콜리와 콜리플라워는 꽃봉오리 부분이 크게 발달한 형태이며, 케일은 잎을 주로 먹는 품종입니다. 브뤼셀 스프라우트는 줄기에서 작은 싹들이 모여 자라는 모양을 한 식물입니다. 야생 겨자에서 이렇게 다양한 품종이 만들어질 수 있었던 이유는 크게 두 가지로 설명할 수 있는데요, 첫째, 야생 겨자는 유전적 다양성이 매우 풍부한 식물군이었습니다. 이런 유전적 다양성 덕분에 특정한 유전자가 돌연변이 또는 변형되어 다양한 형태의 기관(잎, 줄기, 꽃봉오리 등)을 발달시킬 수 있었고, 인간이 원하는 특성을 선택하여 개량할 수 있었습니다. 둘째, 야생 겨자의 유전적 구조가 비교적 단순하면서도 유전자가 모듈식으로 작동하여 특정 부위의 성장을 강화하거나 억제하는 유전자 조절이 비교적 쉽고 효과적으로 이루어졌습니다. 이 덕분에 한 종에서 다양한 부위가 강조된 여러 품종을 얻을 수 있었습니다. 이처럼 야생 겨자는 한 식물 속 내에서 유전적 변화와 선택이 이루어지면서 다양한 농작물로 진화할 수 있었고, 이를 통해 인간은 다양한 용도의 채소를 확보할 수 있었습니다. 그래서 우리가 매일 먹는 여러 채소들이 사실은 같은 야생 겨자라는 조상 식물에서 유래한 것임을 알 수 있습니다.
Q. 단세포 생물 중 일부가 광합성을 할 수 있는 원리가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.네 말씀하신 것처럼 단세포 생물 중에서도 광합성을 할 수 있는 생물이 있는데, 대표적으로 조류(예: 남조류, 규조류)와 일부 남세균(시아노박테리아)이 있습니다. 이들이 광합성을 할 수 있는 원리는 이들이 세포 내에 엽록체(또는 엽록체와 유사한 광합성 색소를 가진 구조)를 가지고 있기 때문입니다. 광합성의 기본 원리는 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정입니다. 이 과정에서 빛을 흡수하는 역할을 하는 색소(주로 엽록소)가 필요합니다. 식물 세포에서는 엽록체라는 막으로 둘러싸인 세포소기관이 이 역할을 담당하지만, 단세포 광합성 생물들은 그와 유사하거나, 아예 세포 전체가 색소를 가진 구조로 되어 있습니다. 단세포 광합성 생물의 구조적 차이는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫번째는 내부에 엽록체를 가진 경우인데요, 규조류나 녹조류 같은 단세포 조류는 식물처럼 세포 내에 엽록체를 가지고 있습니다. 이 엽록체는 식물과 비슷한 막 구조를 가지고 있고, 광합성 색소(엽록소 a, b 등)를 포함하여 빛 에너지를 흡수합니다. 두번째는 전체 세포에 광합성 색소가 분포된 경우로, 남세균과 같은 원핵생물은 식물 세포처럼 명확한 엽록체는 없지만, 세포막 근처에 광합성 색소(엽록소 a, 피코시아닌 등)를 포함한 구조들이 분포해 있어 빛을 흡수하고 광합성을 수행합니다. 이들은 막으로 구분된 광합성 소기관은 없지만, 세포막이 광합성 반응을 위한 공간 역할을 합니다. 즉, 단세포 생물이 식물과 달리 광합성을 할 수 있는 이유는 그들이 광합성에 필요한 색소와 효소를 포함한 구조(엽록체 또는 이와 유사한 막 구조)를 가지고 있기 때문이며, 이 구조가 일반적인 동물 세포와 달리 빛 에너지를 활용할 수 있도록 특화되어 있다는 점입니다. 그래서 비록 식물이 아니지만 빛을 이용해 스스로 영양분을 만들 수 있는 ‘광합성 단세포 생물’이 존재하는 것입니다.
Q. 벨루가 반향정위, 아크릴에 대한 질문입니다.
안녕하세요.벨루가는 해양 포유류 중 하나로, 반향정위(echolocation)를 이용해 주변 환경을 인지하는 능력이 매우 발달한 동물입니다. 반향정위란 벨루가가 고주파 초음파를 내보내고, 그 초음파가 주변 물체에 부딪혀 반사되어 돌아오는 신호를 받아 주변의 위치나 크기, 형태 등을 파악하는 능력입니다. 이 기능은 어두운 해저나 탁한 바닷물 속에서도 효과적으로 공간을 탐색하고 먹이를 찾는 데 매우 중요합니다. 아쿠아리움이나 수족관에서 벨루가가 반향정위를 사용할 때, 초음파가 벽에 부딪혀 반사되어 다시 돌아오는 현상이 발생하는데, 이 현상은 좁은 공간에서 특히 두드러집니다. 수족관의 벽은 단단하고 평평한 표면으로, 물속에서 초음파가 쉽게 반사됩니다. 이로 인해 초음파 신호가 여러 번 반사되어 복잡한 잔향(echo) 현상을 만들어 내는데, 이것이 벨루가의 반향정위 신호를 혼란스럽게 만들고, 스트레스나 행동 이상을 유발할 수 있습니다.즉, 초음파가 벽에 부딪혀 계속해서 돌아오는 현상은 수족관이 좁고 벽면이 단단하며 반사율이 높은 환경이라는 구조적인 문제에서 기인합니다. 자연 상태의 바다에서는 초음파가 바닥이나 암석, 해조류 등 다양한 표면에 부딪혀 반사되지만, 넓고 다양한 환경이기 때문에 반사파가 분산되고 잔향이 덜하며, 벨루가는 명확한 신호를 인지할 수 있습니다. 반면, 수족관 내에서는 아크릴이나 콘크리트 벽과 같이 평평하고 반사율이 높은 표면이 좁은 공간에 밀집해 있어 초음파가 여러 번 반사되고 복잡한 잔향이 만들어져 벨루가의 감각에 부담을 줍니다. 이는 벨루가가 자연 상태에서 경험하는 환경과 매우 다르며, 장기적으로 심리적, 신체적 스트레스의 원인이 될 수 있습니다. 따라서, 벨루가의 반향정위 기능과 스트레스 최소화를 위해서는 수족관 공간을 넓히고, 벽면의 반사율을 줄이는 구조적 개선이 필요합니다. 또는 가능한 한 자연에 가까운 환경에서 방생하거나 넓은 해양 보호구역에서 서식할 수 있도록 하는 것이 벨루가의 건강과 복지를 위해 매우 중요합니다.
Q. 바다속에서 바다거북이 바닷물 속에서 입에서 물방울을 뽕뽕뽕 뿜으며 있는 이유?
안녕하세요.바다 속에서 바다거북이 입으로 물방울을 ‘퐁퐁퐁’ 뿜으며 가만히 있는 모습을 관찰한 것은 매우 흥미로운 현상입니다. 바다거북은 파충류로서 폐호흡을 하는 동물이며, 물속에서는 수면 위로 올라와 숨을 쉬어야 합니다. 하지만 바다거북이 물속에 있을 때도 입에서 공기방울을 내뿜는 행동은 여러 가지 생리적, 행동적 이유로 설명할 수 있습니다.먼저, 바다거북은 폐호흡 동물이지만 잠수 시간 동안 산소를 효율적으로 사용하고 이산화탄소를 배출해야 합니다. 잠수 시 폐 속의 산소가 점점 줄어들면 산소 공급과 이산화탄소 배출을 위해 수면으로 올라가 숨을 쉬어야 합니다. 그러나 때로는 잠수 중에 입을 약간 열어 공기 방울을 내뿜음으로써 폐 내 가스 교환을 돕거나, 혹은 내부 기체 압력 조절을 하는 것으로 보입니다. 또한, 바다거북이 입에서 공기 방울을 뿜는 행동은 잠수 중에 폐에 남아있는 오래된 공기를 일부 배출하는 과정일 수 있습니다. 이 과정은 물속에서 폐가 안정적으로 기능하도록 돕고, 잠수 시 체내 압력 변화를 조절하는 데 유리합니다. 특히 바다거북은 잠수 시간이 길고 깊이 잠수할 때도 있기 때문에, 폐 내부 압력과 산소 농도를 조절하는 이러한 행동이 중요합니다. 또한 이 행동이 스트레스 반응이거나 환경 자극에 대한 반응일 수도 있는데요, 물속에서 움직이지 않고 입으로 공기 방울을 내뿜는 것은 일종의 ‘호흡 조절’ 또는 ‘기체 교환’ 행동으로 해석할 수 있는데, 이는 폐호흡 파충류가 물속에서 효율적으로 산소를 관리하기 위해 진화한 적응 전략 중 하나로 볼 수 있습니다. 정리해보자면 바다거북이 물속에서 입으로 공기 방울을 뿜으며 가만히 있는 모습은 폐호흡 동물로서 잠수 중 폐의 산소와 이산화탄소 농도를 조절하고, 내부 압력 변화를 완화하는 생리적 행동으로 설명할 수 있습니다. 이러한 행동은 바다거북이 물속 환경에 적응하며 효율적인 호흡과 잠수를 가능하게 하는 중요한 메커니즘입니다.
Q. 플라나리아 처럼 자르면 복제되는 생명체는?
안녕하세요.플라나리아처럼 몸을 자르면 각각의 조각이 완전한 개체로 재생되는 생물들은 ‘전신 재생’ 능력을 가진 것으로 알려져 있습니다. 이 능력은 주로 플라나리아(편형동물), 히드라(자포동물), 일부 불가사리나 해삼 같은 극피동물에서 관찰됩니다.플라나리아를 예로 들면, 이 생물은 몸을 절단하면 절단된 각 조각이 머리, 장기, 꼬리 등을 새롭게 만들어내며 완전한 개체로 자랍니다. 이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 바로 ‘줄기세포’입니다. 플라나리아는 체내에 네오블라스트(neoblast)라는 만능줄기세포를 다량으로 가지고 있어, 어떤 신체 부위든 새로 형성할 수 있습니다. 그렇다면 절단되어 생겨난 두 개체는 똑같은 의식을 공유하는 걸까요, 아니면 완전히 다른 존재일지에 대해 고민해볼 수 있는데요, 여기서 우리는 ‘의식’이라는 개념을 어떻게 정의하느냐에 따라 답이 달라질 수 있습니다. 플라나리아는 신경계가 매우 단순한 생물로, 인간처럼 자아, 기억, 감정 등의 복잡한 의식을 가지고 있다고 보긴 어렵습니다. 따라서 ‘의식의 연속성’이라는 개념은 플라나리아에 적용하기 어렵습니다. 하지만 개체를 나누었을 때 각 조각이 독립적으로 살아가고 반응하며 행동한다는 점에서, 생물학적으로는 서로 다른 개체로 간주됩니다. 이는 마치 한 식물이 가지치기를 통해 새로운 식물로 번식하는 것과 비슷하게 볼 수 있습니다. 유전적으로는 동일한 복제체(클론)이지만, 독립적인 생명체로 기능하고 살아가게 되는 것이죠.결론적으로, 플라나리아처럼 절단 후 재생하는 생명체는 유전적으로는 동일한 복제체이지만, 각 개체는 독립적으로 작용하며 ‘서로 다른 의지나 의식’을 가진다고 표현할 수 있습니다. 물론 이 ‘의식’이라는 말은 인간처럼 생각하고 판단하는 능력이 아니라, 생물학적으로 독립된 반응성과 생명활동을 의미하는 범위 내에서의 개념입니다.