안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 거북이의 수명은 매우 긴데, 느린 여유로움이 그 긴 수명의 이유일까요?
안녕하세요.거북이의 긴 수명이 ‘느린 움직임과 여유로운 생활’에서 비롯된 것이 아닐까 하는 이 생각은 단순한 상상 같지만, 실제로 생물학적으로도 어느 정도 근거가 있는 통찰입니다. 거북이의 수명이 긴 이유는 단순히 하나의 요인 때문이 아니라, 생리학적, 유전적, 진화적 요소들이 복합적으로 작용한 결과입니다. 그러나 그 속에는 분명히 "느림"이 중요한 축으로 작용하고 있다는 점은 무척 흥미롭고 과학적으로도 의미 있는 해석입니다. 먼저, 거북이의 느린 신진대사율은 그들의 장수에 큰 기여를 합니다. 신진대사는 몸속에서 에너지를 만들고 쓰는 일련의 생화학 반응들을 말하는데, 일반적으로 신진대사율이 낮을수록 세포의 노화 속도도 느려집니다. 거북이는 체온이 환경에 따라 변하는 변온동물이기 때문에 대사 속도가 낮고, 따라서 산화적 스트레스나 세포 손상도 상대적으로 적게 발생합니다. 쉽게 말하면, 몸을 천천히 사용하기 때문에 더 오래 사용할 수 있다는 뜻입니다. 또한, 거북이는 성장과 번식이 매우 느리고 천천히 이루어지며, 체내 세포 손상을 복구하는 능력도 탁월한 것으로 알려져 있습니다. 일부 장수 거북이에서는 텔로미어(telomere)의 소모 속도가 매우 느리거나, 심지어 어떤 조직에서는 유지되기도 한다는 연구 결과도 있습니다. 텔로미어는 세포 분열 시 조금씩 닳아 없어지는 유전적 마개 같은 것으로, 이것이 짧아지면 세포가 노화합니다. 따라서 이 텔로미어의 유지력은 장수와 밀접한 관련이 있습니다. 또 하나 중요한 요인은 포식자로부터의 보호 능력입니다. 거북이는 딱딱한 등껍질을 가지고 있어서 비교적 포식으로부터 안전하며, 생존율이 높습니다. 외부로부터의 위험이 적기 때문에 자연선택적으로 '빠르게 자라고 빨리 번식해야 할 필요'가 줄어들었고, 대신 느리게 성장하고 오래 사는 전략이 선택되었다는 진화론적 해석이 가능합니다. 이는 생명사적 전략(life history strategy) 중 하나로, ‘K-전략’이라고도 불립니다. 이러한 전략을 취하는 동물들은 일반적으로 수명이 깁니다. 결론적으로, 거북이가 오래 사는 이유는 낮은 대사율, 뛰어난 DNA 보호 메커니즘, 느린 성장과 번식, 외부 스트레스의 적음, 그리고 진화적으로 선택된 장수 전략이 함께 작용한 결과입니다. 거기에 더해 우리가 바라보는 ‘느림과 여유로움’은 단지 외형적인 특성일 뿐만 아니라, 그 생리학적 기반과 밀접하게 맞닿아 있다는 점에서 과학과 철학이 만나는 지점이기도 합니다. 따라서, 느리게 살아가는 삶이 장수로 이어질 수 있다는 생각은 결코 허무맹랑하지 않습니다. 인간에게도 적용될 수 있는 교훈이 있다면, 에너지 소모를 최소화하고 스트레스를 줄이며 신체를 보존하는 삶의 방식은 장기적으로 건강과 수명을 지키는 데 도움이 될 수 있다는 점입니다. 자연의 신비로움이 때로는 우리에게 인생의 방향에 대한 영감을 주기도 한다는 점에서, 거북이는 단지 오래 사는 생물이 아니라 삶의 철학을 품고 있는 존재라고도 할 수 있습니다.
Q. 코끼리가 아시아 코끼리와 아프리카 코끼리가 있던데 보통 우리가 아는 코끼리는 어떤 코끼리인가요?
안녕하세요.우리가 일상적으로 코끼리라고 부르며 떠올리는 이미지가 아시아 코끼리인지, 아프리카 코끼리인지 궁금해하셨는데, 이에 대해 과학적으로 정리해서 설명드리겠습니다. 현재 지구상에는 주로 두 가지 종의 코끼리가 존재합니다. 바로 아시아 코끼리(Elephas maximus)와 아프리카 코끼리(Loxodonta africana, 그리고 숲 코끼리인 Loxodonta cyclotis)입니다. 이 중 아프리카 코끼리는 몸집이 가장 크고, 우리가 TV 다큐멘터리나 영화에서 흔히 보는 “거대한 귀와 기다란 상아를 가진 장엄한 코끼리”의 이미지와 가장 가깝습니다. 반면 아시아 코끼리는 비교적 작고, 귀가 작으며, 상아도 덜 발달되어 있습니다. 따라서 여러분이 TV나 영화, 특히 사파리 배경이나 아프리카 자연을 다룬 영상에서 보신 상아가 길고 위풍당당한 코끼리는 대부분 아프리카 코끼리라고 보시면 됩니다. 그러나 우리나라의 동물원에서 실제로 흔히 사육되는 코끼리는 대부분 아시아 코끼리입니다. 그 이유는 아시아 코끼리가 사람과의 상호작용에 더 익숙하고, 성격이 상대적으로 온순하며, 역사적으로 인도나 동남아시아에서 가축처럼 활용된 경험이 많기 때문입니다. 게다가 아프리카 코끼리는 몸집이 훨씬 커서 수용 시설이나 관리가 까다롭기 때문에 동물원에서 기르기에는 더 많은 자원이 필요합니다. 실제로 우리나라의 주요 동물원들(예: 서울대공원, 대전 오월드, 에버랜드 등)에서 전시되고 있는 코끼리는 거의 대부분 아시아 코끼리입니다. 이제 두 코끼리의 주요 차이점을 간략히 정리해 보겠습니다. 우선 아프리카 코끼리는 귀가 매우 크고 둥글며, 아시아 코끼리는 귀가 작고 삼각형에 가깝습니다. 아프리카 코끼리의 귀는 열 방출을 돕기 위한 기능도 겸합니다. 또한 아프리카 코끼리가 체구가 더 크며, 수컷은 65톤입니다. 아프리카 코끼리는 등에 오목한 곡선이 있고, 아시아 코끼리는 등 중앙이 볼록한 곡선입니다. 이외에도 아프리카 코끼리 수컷과 암컷 모두 상아를 갖는 반면, 아시아 코끼리는 보통 수컷만 상아가 있으며 암컷은 상아가 없거나 작습니다. 마지막으로 아프리카 코끼리는 코 끝에 두 개의 돌기(손가락처럼 움직일 수 있는 구조)가 있는 반면, 아시아 코끼리는 하나만 있습니다. 따라서 결론적으로 말씀드리면, 우리가 TV에서 사파리나 자연 다큐멘터리, 또는 영화 속에서 웅장한 상아와 큰 귀를 가진 코끼리를 보게 될 경우, 그것은 아프리카 코끼리일 가능성이 높습니다. 반면 우리나라 동물원에서 실제로 볼 수 있는 코끼리는 대부분 아시아 코끼리이며, 귀가 작고 상아가 잘 보이지 않을 수도 있습니다.즉, 대중문화 속 “상징적인 코끼리”는 아프리카 코끼리, 실제 일상에서 접하는 “실제 코끼리”는 아시아 코끼리인 경우가 많다고 정리할 수 있겠습니다.
Q. 심해 어류는 어떻게 극한 압력에서 생존하나요?
안녕하세요.심해 어류가 극한의 압력 속에서도 생존할 수 있는 이유는 이들이 진화적으로 고압 환경에 정밀하게 적응해 온 덕분입니다. 지구의 바다 깊은 곳, 특히 수심이 수천 미터에 이르는 심해는 인간이 상상할 수 없는 수준의 압력이 존재하는 환경입니다. 예를 들어 수심이 1,000미터 깊어질 때마다 약 100기압씩 압력이 증가하므로, 6,000미터에서는 대기압의 약 600배에 달하는 압력이 가해지게 됩니다. 이런 극한 조건에도 불구하고 다양한 심해 어류들이 생존할 수 있는 것은 이들의 생물학적 구조와 생리학적 적응 메커니즘이 매우 특화되어 있기 때문입니다. 가장 중요한 특징 중 하나는 체내에 공기 주머니 같은 빈 공간이 거의 없다는 점입니다. 일반적인 어류는 부력을 조절하기 위해 부레(부력 기관)를 갖고 있지만, 심해 어류들은 부레가 없거나, 대신 젤리 같은 고밀도 조직으로 대체되어 있습니다. 이는 고압 환경에서 기체가 압축되면서 신체 구조를 손상시킬 위험을 방지하는 데 도움이 됩니다. 즉, 체내에 압축될 수 있는 기체가 거의 없기 때문에 외부 압력에 의해 파열되거나 찌그러지는 일이 없습니다. 또한 심해 어류는 세포막과 단백질 구조 자체가 고압 환경에 맞춰 최적화되어 있습니다. 일반적인 단백질은 고압에서 변성되거나 기능을 상실할 수 있지만, 심해 어류의 단백질은 높은 압력에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 구조가 조밀하고 유연하게 조정되어 있습니다. 더불어, 이들은TMAO(trimethylamine N-oxide)라는 유기화합물을 체내에 많이 축적하고 있는데, 이 물질은 고압으로 인해 단백질이 손상되는 것을 방지해 주는 보호자 역할을 합니다. 수심이 깊어질수록 TMAO 농도가 증가한다는 연구 결과는 이러한 생화학적 적응을 뒷받침합니다. 그 외에도, 심해 어류는 근육, 피부, 뼈 등 물리적 조직 자체가 부드럽고 유연하게 진화했습니다. 이는 단단한 구조보다는 유연한 구조가 고압에서 압축을 흡수하고 변형을 견디는 데 유리하기 때문입니다. 실제로 심해에서 촬영된 어류들의 모습을 보면, 육지나 얕은 바다에 사는 물고기들보다 훨씬 젤리 같은 형태를 하고 있는 경우가 많습니다. 또한, 심해는 빛이 거의 없는 암흑 환경이기 때문에, 심해 어류는 시각보다는 기압 감지, 진동 감지, 화학적 자극에 민감한 감각 기관을 발달시키는 방향으로 진화하였으며, 낮은 대사율과 효율적인 에너지 소비 전략을 사용하여 극도로 제한된 먹이 자원에서도 생존할 수 있도록 적응하였습니다. 요약하자면, 심해 어류는 첫째, 체내에 기체가 거의 없고 부드러운 조직 구조를 가지며, 둘째, 고압에서도 안정적인 단백질 및 세포막을 유지할 수 있도록 생화학적으로 적응했으며, 셋째, 낮은 대사율과 특수한 감각 체계를 통해 극한 환경에서 효율적으로 생존하는 전략을 진화적으로 획득한 것입니다. 이들은 단지 물속 깊은 곳에서 살아가는 생물이 아니라, 지구상 가장 극한 환경 중 하나에서 정밀하게 조율된 고도의 생명 시스템이라 할 수 있습니다.
Q. 코끼리는 고기를 안먹는데 어떻게 그렇게 힘이 세죠? 근육은 단백질이라면서요
안녕하세요. 김지호 박사입니다.겉보기에는 모순처럼 느껴질 수 있지만, 코끼리처럼 초식동물이 강한 근육을 가지는 것은 생리학적·생화학적 관점에서 충분히 설명 가능합니다. 우선, 맞습니다. 근육의 주요 구성 성분은 단백질이며, 인간을 포함한 동물들이 근육을 유지하고 성장시키기 위해서는 단백질 섭취가 필수적입니다. 그러나 중요한 것은 단백질 그 자체를 섭취하느냐가 아니라, 단백질을 구성하는 아미노산을 충분히 섭취하고 체내에서 적절히 합성 및 재활용할 수 있는 체계를 갖추고 있느냐는 것입니다. 코끼리와 같은 대형 초식동물은 하루에 수십에서 수백 킬로그램에 달하는 풀과 나뭇잎, 과일, 나무껍질 등을 섭취합니다. 이런 식물성 먹이는 겉보기에는 단백질이 적어 보일 수 있지만, 실제로는 식물 세포의 구조를 이루는 세포질과 효소, 심지어 엽록체에도 단백질이 다량 포함되어 있으며, 특히 다양한 아미노산이 존재합니다. 또한, 식물의 양이 워낙 많기 때문에 총합적으로는 상당한 양의 단백질과 아미노산을 섭취하게 됩니다. 더 나아가 중요한 점은, 코끼리를 비롯한 많은 초식동물들은 반추 또는 장내 발효 시스템을 이용하여 섬유질을 분해하는 미생물과 공생하고 있다는 것입니다. 이 미생물들은 셀룰로오스와 같은 복잡한 탄수화물을 분해하는 동시에 자신들이 단백질(즉, 미생물체 단백질)을 생성합니다. 이런 미생물들은 이후 장내에서 소화되면서 코끼리는 그들을 통해 단백질을 간접적으로 흡수하게 됩니다. 즉, 풀을 먹고도 장내 미생물 덕분에 동물성 단백질에 준하는 아미노산을 공급받는 셈입니다. 또 하나 간과해서는 안 될 부분은 신체 규모에 따른 대사 효율 차이입니다. 코끼리처럼 몸집이 큰 동물은 기본 대사율이 상대적으로 낮고, 에너지 소비 효율이 높습니다. 근육량이 많더라도 유지에 필요한 에너지 소비가 인간에 비해 효율적이라는 뜻이며, 장시간 적은 단백질 섭취로도 근육을 유지할 수 있습니다. 또한 이들은 생애 동안 점진적이고 느리지만 지속적인 성장과 발달을 하기 때문에, 단백질 공급이 비교적 낮더라도 장기적인 관점에서 충분한 근육 발달이 가능합니다. 결론적으로, 코끼리가 고기를 먹지 않고도 강력한 근육을 가질 수 있는 이유는 다음과 같습니다: 첫째, 엄청난 양의 식물 섭취를 통해 충분한 아미노산을 확보하고, 둘째, 장내 미생물과의 공생을 통해 단백질을 간접적으로 공급받으며, 셋째, 효율적인 대사 시스템과 느리지만 꾸준한 성장 전략을 통해 근육을 효과적으로 유지하기 때문입니다. 인간이 단백질을 직접적으로 많이 섭취해야 하는 것과는 대사 구조 및 생리학적 환경이 매우 다르기 때문에 가능한 일이라고 할 수 있습니다.
Q. 앞으로 바이오산업이 뜬다던데 무슨 학과를 가야하나요?
안녕하세요.바이오산업은 생명과학, 의학, 공학, 정보기술(IT)이 융합된 매우 광범위하고 빠르게 성장하는 분야입니다. 특히 인공지능(AI) 기술이 접목되면서 정밀의학, 신약개발, 유전체 분석, 바이오 빅데이터, 생물정보학, 재생의학, 바이오 제조 공정 등 다양한 영역에서 혁신이 이루어지고 있습니다. 따라서 바이오산업의 ‘주연’이 되기 위해서는 본인의 관심사와 진로 목표에 따라 적합한 학문적 배경을 선택하는 것이 중요합니다.바이오시스템공학은 생명현상을 공학적으로 응용하는 분야로, 생물학적 시스템을 이해하고 이를 바탕으로 바이오 제조, 바이오센서 개발, 생명공학 장비 설계 등 공학적 문제를 해결하는 데 중점을 둡니다. AI, 빅데이터, 자동화 기술이 결합된 바이오산업에서 공학적 마인드와 실무능력이 중요해지면서 바이오시스템공학 전공자에 대한 수요가 크게 늘고 있습니다. 즉, 바이오시스템공학은 바이오산업 내에서 연구개발, 생산공정 최적화, 데이터 분석 등의 분야에서 매우 유망합니다.약학과(약대)는 신약 개발, 임상시험, 약물 작용기전 연구, 임상약리학, 제약산업 등에서 중심 역할을 담당합니다. 특히 AI가 신약 후보물질 탐색과 약물 설계에 도입되면서 약학 전공자들도 데이터 사이언스 역량을 갖추는 것이 중요해졌습니다. 약대를 졸업하면 의약품 개발과 관련한 전문성과 임상 지식을 바탕으로 신약 연구뿐 아니라 임상 현장과 제약산업에서도 중요한 역할을 할 수 있습니다.기타 생명과학 관련 학과로는 분자생물학, 유전학, 생명정보학, 생화학, 미생물학 등이 있으며, 이들 전공 역시 AI와 데이터 분석 기술이 접목되면서 신약개발, 유전체 분석, 맞춤형 치료 등에서 핵심 인력을 양성합니다. 최근에는 바이오인포매틱스, 데이터사이언스와 생명과학의 융합 학과도 인기를 끌고 있습니다.융합 전공과 자격도 매우 중요합니다. 바이오산업은 단일 분야가 아닌 융합산업이기 때문에, AI, 빅데이터, 프로그래밍, 통계학 등의 역량을 함께 갖추는 것이 큰 강점이 됩니다. 예를 들어, 바이오시스템공학을 전공하면서 컴퓨터공학이나 데이터사이언스 과목을 부전공하거나, 약학 전공자가 생명정보학을 복수전공하는 경우가 늘고 있습니다.요약하자면, 바이오산업 분야에서 주도적 역할을 하고 싶다면 본인의 흥미와 목표에 따라 선택하시면 됩니다. 만약 공학적 문제 해결, 제조 공정, 바이오 데이터 분석 등에 관심이 많다면 바이오시스템공학이 적합하고, 신약 개발, 임상 연구, 제약산업에 집중하고 싶다면 약학(약대)이 좋은 선택입니다. 그리고 두 분야 모두 AI와 데이터 관련 역량을 함께 키우는 것이 앞으로의 경쟁력을 좌우할 것입니다. 바이오산업은 계속 진화하는 분야이므로, 자신의 진로 계획과 목표에 맞춰 유연하게 융합 역량을 쌓아가는 것이 무엇보다 중요합니다.