안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 청각이 고도로 발달한 최고의 동물들로는 어떤 동물들이 있나요
안녕하세요.사람은 약 20Hz에서 20,000Hz(20kHz) 사이의 소리를 들을 수 있는 반면, 동물들 중에는 인간보다 훨씬 더 넓은 주파수 범위의 소리를 감지하거나, 극도로 미세한 소리를 감지하는 능력, 혹은 반향(에코)을 통해 방향과 거리까지 파악하는 특별한 청각 능력을 지닌 종들이 존재하는데요, 대표적인 생물체로는 박쥐와 돌고래가 있습니다. 박쥐의 경우 약 20,000Hz ~ 120,000Hz 이상의 초음파를 감지할 수 있으며, 이들은 반향정위(Echolocation) 능력을 가지고 있어서, 초음파를 발사하고, 되돌아오는 반향을 분석하여 먹이와 장애물의 거리, 방향, 속도까지 파악할 수 있으며, 완전한 어둠 속에서도 자유롭게 비행하며 곤충을 정확히 낚아챌 수 있는 능력은 청각 능력에 기반합니다. 또한 돌고래는 약 20Hz ~ 150,000Hz의 주파수를 감지할 수 있으며, 초음파를 내고, 반사된 소리를 분석하여 물속에서 장애물, 다른 개체, 심지어 물고기의 내부 장기 구조까지 감지할 수 있습니다.
Q. 식물은 뜨거운 햇빛을 맞아도 왜 온도가 안 올라가나요?
안녕하세요. 무더운 여름날 식물이 뜨거운 햇빛을 하루 종일 받으면서도 사람처럼 체온이 급격히 올라가지 않는 이유는 식물만의 특별한 물리적, 생리적 적응 기작 덕분인데요, 식물의 잎에는 기공(stomata)이라는 작은 구멍이 있어, 그곳을 통해 물이 수증기 형태로 밖으로 빠져나갑니다. 이 과정을 증산작용이라고 합니다. 이때 수분이 증발하면서 열을 빼앗아 가는 원리(기화열) 때문에 잎의 표면 온도가 떨어지는데요, 이는 마치 우리가 땀을 흘리면 몸이 식는 것과 같은 원리입니다. 특히 나무 같은 식물은 잎이 많고 뿌리에서 지속적으로 물을 공급받기 때문에 이 냉각 작용이 오래 지속될 수 있습니다. 또한 대부분의 식물 잎은 연두색이나 초록색을 띠며, 이 색은 광합성에 필요한 빛만 흡수하고 나머지 열은 반사하며, 잎 표면에는 왁스층(큐티클, cuticle)이 있어서 과도한 열 흡수와 수분 손실을 막는 보호막 역할을 합니다. 즉 식물은 빛은 활용하되, 필요 없는 열은 튕겨내는 구조 덕분에 과열되지 않습니다. 이외에도 식물의 조직 대부분은 물로 이루어져 있는데요, 물은 비열(heat capacity)이 매우 커서, 같은 에너지를 받아도 온도가 천천히 상승합니다. 식물 조직의 온도는 40~45℃ 정도 이상으로 잘 올라가지 않으며, 이것은 식물 효소가 안정적으로 작동할 수 있는 한계 범위이기도 하며, 이 범위를 넘기면 광합성 효소가 파괴되므로, 증산을 통해 강제로 열을 빼내는 구조가 진화적으로 자리 잡은 것입니다. 이러한 싱물의 생리학적 특징 이외에도 일부 식물은 햇빛이 정면으로 닿지 않도록 잎의 방향을 바꾸거나, 세우는 방식으로 태양의 열을 최소화하는데요, 예를 들어 콩이나 옥수수처럼 뜨거운 지역에서 자라는 식물은 정오에는 잎을 위로 세워 햇빛을 덜 받도록 조절합니다.
Q. 러브버그는 올해 어떤 이유로 이렇게 확산된 것인가요?
안녕하세요.러브버그는 본래 중국 산동, 일본 규슈 등 아열대 기후 지역에 서식하던 곤충으로, 지구 온난화로 인해 2022년부터 서울·인천 등 북쪽 지역까지 확산되기 시작했는데요, 여름이 더 길고 뜨거워지며, 봄과 가을도 따뜻해지는 기후 변화가 번식과 생존에 유리한 조건을 만들게 되었습니다. 특히 서울 등 대도시는 콘크리트와 아스팔트 열축적으로 주변보다 온도가 높고, 도시 내 습도도 일정 부분 유지되는데요, 이런 환경이 러브버그의 유충과 성충 서식에 적합합니다. 이러한 러브버그 유충은 썩은 식물성 부식물(낙엽, 잔디 등)을 먹고 자라며, 습기 있는 토양이 있으면 유충 생존율이 높아지는데요, 이번 겨울이나 봄철이 비가 많고 습한 환경이었다면 더욱 많은 개체가 생존했을 가능성도 있습니다. 또한 러브버그는 강한 산성을 띠는 체액과 끈적한 단백질 성분 때문에 새나 개구리 같은 천적들이 잘 먹지 않으며, 자연 포식이 거의 없습니다. 특히 생태계 다양성이 손상되어 천적이 줄어든 도시 환경에서는 한 종의 과도한 번식이 통제되지 않습니다. 또한 질문 주신 것처럼 기후 변화가 계속된다면 이런 폭발적 발생은 해마다 반복될 가능성이 높은데요, 특히 이번처럼 겨울이나 봄이 습하고 온화했거나 여름이 더욱 길어지면, 유충 생존과 번식 자체가 증가할 수 있기 때문입니다. 다만 러브버그 성충의 수명은 매우 짧기 때문에, 일반적으로 대량 발생 후 개체수는 2주 내에 급격히 감소하는 경향도 있습니다.
Q. 날씨가 덥고 습하면 힘이 빠지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 덥고 습한 날씨에서 몸이 쉽게 지치고 힘이 빠지는 데에는 여러 생리학적 이유가 있으며, 습도도 그중 하나로 중요한 역할을 하는데요, 우리 몸은 더우면 땀을 흘려 체온을 낮추려고 합니다. 그런데 습도가 높으면 땀이 증발하지 못하게 되며 공기 중 수증기가 많아 땀이 피부에 그대로 머물게 됩니다. 땀이 증발하지 않으면 체온이 떨어지지 않아서 열이 체내에 계속 쌓이며, 결과적으로 몸은 체온을 낮추기 위해 더 많은 에너지를 소모하고, 피로감이 증가하게 됩니다. 땀을 많이 흘리면 수분뿐 아니라 나트륨, 칼륨 같은 전해질도 함께 손실되는데요, 이와 같은 전해질은 근육과 신경 기능에 꼭 필요한데, 부족해지면 근육에 힘이 빠지고 경련이 일어날 수 있습니다. 게다가 더울수록 혈관이 확장되는데, 이로 인해 혈압이 일시적으로 낮아지고, 뇌나 근육으로 가는 혈류가 줄 수 있으며 결과적으로 현기증, 무기력감, 기운 빠짐 등을 경험하게 됩니다. 체온을 조절하기 위해 자율신경계가 계속 긴장된 상태를 유지하게 되는데, 이 상태가 오래 지속되면 심리적 피로와 집중력 저하도 생기는 것입니다.
Q. 수경재배의 유래가 어떻게 되는지 궁금합니다.
안녕하세요.질문해주사 수경재배(soilless culture, hydroponics)는 흙 없이 물과 영양분만으로 식물을 재배하는 방법인데요, 이 방식은 사실 꽤 오래된 역사를 가지고 있습니다. 수경재배는 고대 문명에서의 초기 형태라고 할 수 있겠는데요, 수경재배의 개념은 고대 문명에서도 일부 나타납니다. 대표적인 예는 바빌로니아의 공중정원(Hanging Gardens of Babylon)이 있는데요, 기원전 6세기경, 오늘날의 이라크 지역에 존재했던 것으로 알려진 이 정원은 흙 대신 인공 구조물에 물을 순환시키며 식물을 재배한 형태로, 현대 수경재배의 초기 개념과 유사합니다. 또한 잉카 문명의 수로식 농업은 페루 지역의 고산지대에서 물을 이용해 경작지를 순환시키며 식물을 키우는 시스템은 토양의존을 줄인 방식이었습니다. 과학적 기반의 정립이 이루어진 것은 17~19세기인데요, 현대적인 수경재배는 식물 생리학과 화학이 발전한 17세기 이후부터 본격적으로 시작됩니다. 1648년에는 벨기에의 생물학자 얀 밴 헬몬트(Jan van Helmont)가 물이 식물 생장에 미치는 영향을 실험했으며 1699년에는 영국의 존 우드워드(John Woodward)가 증류수와 흙물의 비교를 통해, 물속 무기물이 식물 성장에 영향을 준다는 사실을 발견했고 이후 19세기에는 다양한 무기 영양소들이 식물 성장에 필수라는 것이 실험적으로 밝혀졌고, 그 결과 무토양 배양(liquid culture)의 기반이 마련되었습니다. 이후1929년, 미국 UC버클리의 윌리엄 개리크(W.F. Gericke) 교수가 "흙 없이 작물을 키울 수 있다"며 ‘Hydroponics’라는 용어를 처음 사용했는데요, 그는 토마토 등 농작물을 물속 영양액만으로 대규모 재배에 성공하면서 수경재배의 실용화 가능성을 보여주었습니다. 이후 2차 세계대전 중에는 미군이 토양이 부족한 섬 지역에서 병사들을 위한 신선 채소 재배에 수경재배를 활용했고, 1960년대 이후 온실 기술, 비료 과학, 자동화 시스템이 발전하면서 산업적 수경재배가 확산되었습니다.