안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
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.
생물·생명
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.
생물·생명
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.
생물·생명
Q. 색을 가장 많이 인지할 수 있는 생물은 뭔가요?
안녕하세요.색을 인지하는 능력은 각 생물의 시각 기관과 뇌가 처리하는 방식에 따라 매우 다릅니다. 사람은 일반적으로 세 가지 종류의 원추세포(cones)를 통해 빨강, 초록, 파랑의 기본 색을 감지하며, 이를 바탕으로 다양한 색을 구분합니다. 그러나 자연계에는 사람보다 훨씬 더 많은 색을 인지할 수 있는 생물들이 존재합니다. 가장 뛰어난 색 인지 능력을 가진 생물 중 하나로 꼽히는 것은 바로 십각류(문어, 오징어, 낙지 등)와 곤충(특히 나비)입니다. 이들 중에서도 특히 나비는 매우 복잡한 색 인지 체계를 가지고 있어 사람보다 훨씬 많은 색을 분별할 수 있습니다. 예를 들어, 나비 중에는 12가지 이상의 색 수용체를 가진 종이 발견되었는데, 이는 사람의 3가지 원추세포보다 훨씬 세분화된 색 영역을 감지할 수 있음을 의미합니다. 나비는 자외선 영역까지 포함해 다양한 파장의 빛을 인지할 수 있어, 인간이 볼 수 없는 색도 구별할 수 있습니다. 또한, 새 중에서도 피터스 새와 같은 일부 조류는 인간보다 더 많은 종류의 색 수용체를 가지고 있어 자외선 영역까지 포함한 색을 인식하며, 뛰어난 색 구분 능력을 자랑합니다. 해양생물 중에서는 갑각류와 일부 어류가 다수의 색 수용체를 가지고 있어, 심지어 20가지가 넘는 색 수용체를 가진 종도 있다고 보고된 바 있습니다. 예를 들어, 산호초에 서식하는 일부 작은 물고기와 갑각류는 매우 세밀한 색 구분이 가능하여, 매우 다채로운 환경에서 의사소통과 환경 적응에 유리합니다. 정리하자면, 인간보다 훨씬 더 많은 색 영역을 인지할 수 있는 생물은 곤충, 특히 나비와 조류, 그리고 일부 해양 생물로, 이들은 자외선 영역까지 포함해 수십 가지 이상의 색 수용체를 통해 광범위한 색을 인식합니다. 따라서 단일 종으로 ‘가장 많이 색을 인지하는 생물’을 꼽자면, 나비와 일부 해양 갑각류가 매우 유력한 후보이며, 이는 인간의 시각 체계와 비교할 때 매우 발달된 색 인지 능력이라 할 수 있습니다.
생물·생명
Q. 곱슬머리에서, 환경에 따라 직모로 바뀔수도 있나요?
안녕하세요.머리카락의 형태, 즉 곱슬머리인지 직모인지 하는 것은 주로 유전적인 요인에 의해 결정됩니다. 머리카락의 단면 모양과 모낭의 형태가 곱슬머리와 직모를 구분하는 중요한 생물학적 특징인데, 곱슬머리는 모낭이 타원형 또는 비대칭적인 형태를 가지며, 이로 인해 머리카락이 꼬이거나 굴곡지는 현상이 나타납니다. 반면 직모는 모낭이 거의 원형에 가까워서 머리카락이 곧게 자라게 됩니다.환경적 요인, 예를 들어 습도, 온도, 화학물질, 헤어 제품 사용 등은 머리카락의 일시적인 상태 변화에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어 습도가 높으면 머리카락이 부풀거나 더 곱슬거리게 되는 경우가 있고, 반대로 건조한 환경에서는 머리카락이 덜 곱슬거리게 느껴질 수도 있습니다. 그러나 이러한 변화는 물리적, 화학적 상태의 일시적 변화일 뿐, 머리카락의 근본적인 곱슬이나 직모의 성질이 유전적으로 바뀌는 것은 아닙니다.체질, 즉 개인의 유전적 특성이 바뀌는 것도 일반적으로는 불가능합니다. 유전자는 한 사람의 전 생애 동안 크게 변하지 않으며, 머리카락 곱슬 여부는 이러한 유전적 정보에 따라 결정됩니다. 다만 매우 드문 경우에 유전적 돌연변이나 특정 질병으로 인해 머리카락의 질감이 변할 수 있지만, 이는 자연적인 환경 변화와는 별개로 생각해야 합니다.요약하자면, 곱슬머리에서 환경적 요인에 의해 일시적으로 머리카락이 더 직모처럼 보일 수는 있지만, 근본적으로 곱슬머리가 직모로 바뀌는 것은 유전적 특성이 바뀌지 않는 한 불가능하며, 체질 자체가 환경에 의해 바뀌는 일도 과학적으로는 거의 없다고 할 수 있습니다. 다만, 미용적 시술(예: 펌, 스트레이트닝)으로 머리카락의 모양을 바꾸는 것은 가능하며, 이는 외부적 물리·화학적 처리에 의한 변화입니다.