안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
화학
Q. 화학에서는 왜 농도에 -log값을 붙인 pH, pKa등을 사용하나요?
화학에서 pH, pKa와 같이 농도의 음의 로그값을 쓰는 이유는 단순히 표현의 편리함 때문만이 아니라, 농도의 스케일과 화학 반응의 성질을 잘 반영하기 위함인데요, 수용액에서 수소 이온 농도([H⁺])는 보통 1 M ~ 10⁻¹⁴ M까지 매우 넓은 범위를 가집니다. 이렇게 지수 형태로 매우 작은 수(10⁻⁷ 같은 값)를 그대로 다루는 것은 불편하기 때문에, 이를 로그 변환하여 간단한 0~14 범위의 값으로 바꿔 쓰는 것이 바로 pH입니다. 즉, 로그를 취하면 수십 억 배 차이가 나는 농도를 “간단한 숫자 범위”로 바꿀 수 있습니다.또한 화학 반응에서 중요한 것은 절대 농도보다는 상대적인 비율이나 지수적 변화인데요 산-염기 평형에서 [H⁺] 농도가 10배 변하면, 반응 조건이 크게 달라지는데, 로그를 취하면 이런 비율 변화(배수)가 덧셈/뺄셈으로 단순화됩니다. 즉, 로그는 화학 반응의 변화를 직관적이고 선형적으로 보여주는 수단인 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 과거에는 과학자들이 RNA를 유전 물질이라고 생각했던 이유가 무엇인가요?
말씀하신 것처럼 RNA가 유전 물질일 수 있다는 생각은 "RNA 월드 가설"과도 연결되며, 과거 과학자들이 RNA를 유전 물질로 보았던 이유에는 몇가지 배경이 있는데요, 19세기 말~20세기 초에 핵산이 발견되었을 때, DNA와 RNA 모두가 세포 안에 존재한다는 사실만 알려져 있었습니다. 당시 DNA는 단순히 네 종류의 염기(A, T, G, C)만 반복된다는 "단조로운 물질"로 여겨졌었는데요, 그래서 복잡한 유전 정보를 담기에는 너무 단순하다고 생각되었습니다. 반면 RNA는 구조적으로 더 다양하며, 단일 가닥 형태로서 접힘에 따라 여러 입체 구조를 만들 수 있었기에 기능적인 가능성이 더 크다고 여겨졌습니다. 이 시기에 RNA는 두 가지 중요한 성질을 동시에 가지고 있어 유전물질이라고 여겨졌던 것인데요, RNA도 염기서열(A, U, G, C)을 통해 DNA처럼 정보를 저장할 수 있습니다. 따라서 "유전자의 코드"를 담을 수 있다는 점이 당시 과학자들에게 크게 어필했습니다. 또한 단백질이 아닌 RNA 자체가 효소처럼 작용할 수 있다는 사실이 밝혀졌는데요 이는 단순히 정보를 저장할 뿐만 아니라, 그 정보를 직접 기능으로 연결할 수 있음을 의미합니다. 하지만 DNA는 나중에 등장하여 안정적 정보 저장을 담당하게 되었고, 단백질은 정교한 효소 기능을 맡게 되었으며, RNA는 오늘날 주로 "중개자" 역할에 남아 있다는 해석을 하게 된 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 얼룩말은 보통 말에 비해서 앞다리가 더길어요? 뒷다리가 더 길어요?
네, 얼룩말은 말과에 속하기 때문에 전반적인 체형은 말과 비슷합니다만 얼룩말은 집약적인 선택 교배를 거치지 않았기 때문에 야생형 체형을 그대로 유지하고 있습니다. 그래서 농장에서 길러진 가축 말보다 체구가 작고, 다리가 상대적으로 가늘며, 몸통이 더 짧습니다.얼룩말의 다리 길이 비율을 보면, 앞다리와 뒷다리의 길이는 거의 비슷한데요, 하지만 기린처럼 목을 받쳐야 해서 앞다리가 긴 동물도 아니고, 토끼처럼 도약을 위해 뒷다리가 월등히 긴 동물도 아닙니다. 다만 뒷다리가 약간 더 발달해 있어서 달릴 때 강한 추진력을 내도록 되어 있으며, 이는 말과 공통된 특징으로, 초식동물이 포식자를 피하기 위해 뒷다리 근육과 건이 강력하게 발달한 결과입니다. 또한 얼룩말은 사자나 하이에나 같은 포식자를 피해야 하므로 순간적인 가속 능력이 특히 중요합니다. 또한 가축화된 말은 인간의 용도(경주, 운송, 농경 등)에 맞게 체형이 인위적으로 개량되어 다리 길이나 근육 비율이 다양하게 발달했습니다. 반면 얼룩말은 야생에서 달리기와 회피 능력이 가장 중요했기 때문에, 전체적으로 앞다리·뒷다리 길이가 균형을 이루면서도 뒷다리의 힘이 조금 더 강조된 체형을 유지하고 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 양의 꼬리는 왜 길까요???????
양의 꼬리가 길다는 점은 의외로 진화적, 생리적 배경이 있는 특징인데요, 우선 중동·아프리카 지역 원산의 지방양과 같은 일부 품종은 꼬리에 많은 지방을 저장하는데요, 이는 건조한 환경에서 에너지원과 수분 대체 자원 역할을 해주어 생존에 유리했습니다. 또한 야생에서 꼬리는 곤충 쫓기, 신호 보내기, 달릴 때 균형 유지 등의 기능을 하며 대부분의 반추동물(소, 염소, 사슴 등)이 꼬리를 가지고 있듯, 양도 공통 조상으로부터 긴 꼬리를 물려받은 흔적입니다.반면에 현대의 양, 특히 메리노 품종은 털이 지나치게 길게 자라도록 개량되었는데요, 긴 꼬리 주변에 털이 덮이면 분변과 소변이 달라붙거나 파리구더기증 같은 심각한 질병이 발생할 수 있습니다. 그래서 꼬리 자르기가 사육 위생 관리 차원에서 전 세계적으로 이루어지고 있습니다.하지만 단순히 자르는 행위 자체는 후대에 유전되지 않는데요 즉, 꼬리를 자른다고 해서 그 새끼가 꼬리 없이 태어나지는 않습니다. 다만 선택적 교배를 통해 꼬리가 짧은 개체를 선호하여 번식시키면, 세대를 거치면서 꼬리가 짧은 품종으로 변할 수는 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 오스트레일리아 정부 캥거루 사냥 허용
네, 질문해주신 사항에 대해서 답변드리자면 호주는 넓은 초원과 목초지 환경에서 캥거루가 매우 빠르게 번식해 수년 주기로 개체 수가 급등과 급락을 반복하는 특성을 보이는데요, 이때 과잉 개체는 초지 황폐화, 농작물 피해, 생태계 독소화 등 부정적 영향을 초래하기 때문에 정부는 이를 관리하기 위해 개체 수의 최대 10~20% 범위 내에서 사냥 허가를 승인합니다. 뉴사우스웨일스(NSW), 빅토리아(Victoria), 퀸즐랜드(Qual.), 사우스오스트레일리아, 웨스턴오스트레일리아 등 여러 주 정부가 개체 관리를 위해 면허 소지자에게 사냥을 허용하고 있는데요, 이때 사냥은 고기나 가죽 유통 등의 상업적 목적 또는 농장주 요청에 의한 비상업적 방제 목적으로 허용되며, 상업적 사냥은 엄격한 National Code of Practice for the Humane Shooting of Kangaroos 기준을 따라야 합니다.현 시점에서 빅토리아의 경우, 2024–2028 관리계획에 따라 개체 수의 최대 10% 내에서 사냥 허가를 내고 있으며 실제로는 보통 할당량의 일부(약 30% 이하)만 사용되며, 대부분의 경우 사냥은 더 낮은 수준에서 유지됩니다. 반면에 일부 지역에서는 지자체나 지역 주민들이 상업적 사냥 규탄을 위해 캠페인 중입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 아미노산의 흡광도 순서가 트립토판 티로신 페닐알라닌 순서인 이유는 무엇인가요?
질문해주신 아미노산의 흡광도는 자외선 영역의 280 nm 부근에서 나타나는데요 이때 트립토판 > 티로신 > 페닐알라닌 순서가 되는 이유는 방향족 고리의 전자 구조적 차이와 파이 전자의 전이 가능성 때문입니다. 자외선 영역의 흡수는 주로 방향족 고리 내 파이 전자의 들뜸에 의해 일어나는데요 이때 고리에 치환된 원자의 종류, 전자밀도, 공명 구조가 달라지면 흡광 강도가 달라집니다. 우선 트립토판의 경우에는 인돌 고리 구조를 가지며, 방향족 고리에 이중고리(벤젠 + 피롤)가 결합되어 있는데요, 이때 피롤 고리의 질소 원자 전자쌍이 π 전자계와 공명할 수 있어, 전자구름이 가장 넓게 퍼집니다. 따라서 π-π* 전이 확률이 높고, 몰흡광계수(ε)가 가장 크기 때문에 세 아미노산 중에서 흡광도가 가장 큰 것입니다. 다음으로 페놀 고리를 가지며, -OH기가 전자 공여 효과를 나타내는데요, 이로 인해 고리의 전자구름이 트립토판보다는 덜하지만 페닐알라닌보다는 훨씬 크며, 공명 안정화도 가능합니다. 따라서 중간 정도의 흡광도를 가집니다. 마지막으로 페닐알라닌은 단순한 벤젠 고리 구조만을 가지며, 추가적인 전자 공여기(-OH, -NH 등)가 없는데요 따라서 전자밀도가 가장 적고, π-π* 전이 확률도 낮습니다. 따라서 세 아미노산 중 흡광도가 가장 약합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 카이만은 왜 보통 악어들 답지 않게 아나콘다와 재규어같은 맹수에게도 약해요?
카이만은 분명히 악어과 동물이지만, 말씀하신 것처럼 다른 대형 악어들에 비해 포식자에게 더 자주 당하는 편인데요, 우선 카이만은 소형~중형 악어류로, 보통 몸길이가 1.5~2.5m 수준이며, 큰 종이라도 4m 정도를 넘기기 어렵습니다. 반대로 아프리카 나일악어나 아메리카의 아메리카악어는 5m 이상까지 자라며, 체중도 훨씬 무겁기 때문에 따라서 체격 차이로 인해 방어력이 떨어지고, 다른 맹수의 표적이 되기 쉽습니다.물론 카이만도 악어답게 등에는 단단한 골편이 발달했지만, 대형 악어에 비하면 두께나 강도가 덜한데요, 턱 힘도 대형 악어에 비하면 상대적으로 약하기 때문에, 재규어 같은 포식자의 관자놀이, 두개골 물기 공격에 더 쉽게 제압당할 수 있으며 수달 무리나 아나콘다에게도 체구가 작아 제압당할 확률이 높습니다. 또한 카이만은 주로 아마존 유역의 하천이나 호수에 서식하는데, 이 지역은 포식자 다양성이 세계 최고 수준입니다. 같은 강에 재규어, 아나콘다, 거대한 수달이 공존하므로, 자연히 카이만이 그들의 먹이 목록에 포함될 수 있으며 반대로 아프리카의 나일악어 같은 경우는 워낙 거대해져서 성체가 되면 자신을 위협할 육상 포식자가 거의 없습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 모기가 물지 않는 사람에 대한 연구를 하면 어떨까?
네, 말씀해주신 것처럼 모기는 전 세계적으로 말라리아, 뎅기열, 지카바이러스, 일본뇌염 등 여러 전염병을 옮기기 때문에 매년 수십만 명의 사망자가 발생하는, 인류 건강에 큰 영향을 미치는 곤충인데요 그래서 "모기에 잘 물리는 사람과 그렇지 않은 사람"에 대한 연구는 실제로 전 세계에서 활발히 진행되고 있고, 새로운 방역법을 찾는 데 중요한 단서가 됩니다. 우선 모기는 단순히 무작위로 흡혈하지 않고, 여러 생리적·화학적·유전적 요인에 따라 대상을 선택하는데요 모기는 사람의 호흡에서 나오는 이산화탄소 농도를 감지합니다. 대체로 체구가 크거나 대사율이 높은 사람이 더 많은 CO₂를 내뿜기 때문에 모기가 잘 달라붙습니다. 또한 젖산, 암모니아, 아세톤 같은 물질이 땀과 피부에서 나오는데, 이것이 모기를 끌어들이는 신호가 되며, 반대로 일부 사람은 피부 미생물이나 대사 산물 때문에 모기를 유인하지 않거나 오히려 기피하게 만들 수도 있습니다. 일부 연구에서는 O형 혈액형이 A형, B형보다 모기에 더 선호된다는 결과가 보고된 바 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 유전자 편집 기술은 인간 사회에 어떤 윤리적 문제를 일으킬 수 있을까?
유전자 편집 기술, 특히 CRISPR-Cas9과 같은 정밀한 도구가 등장하면서 의학, 농업, 생명공학 전반에 큰 혁신이 일어나고 있는데요 하지만 동시에 인간 사회에는 다양한 윤리적, 사회적 문제를 일으킬 수 있습니다. 우선 체세포 편집은 환자의 특정 질병을 치료하는 데 활용할 수 있어 상대적으로 윤리적 논란이 적지만 배아나 생식세포를 편집하면 그 변화가 후손에게까지 전달되는데요 이는 단순한 치료를 넘어 인간 개체를 선택·설계하는 행위로 이어질 수 있으며, "지능을 높이겠다", "외모를 바꾸겠다"와 같은 목적의 디자이너 베이비 논란을 불러올 수 있습니다. 즉 이는 인간의 존엄성 및 개인의 고유성을 해칠 수 있다는 우려가 있습니다. 게다가 유전자 편집 기술은 처음에는 비용이 매우 높은데요 따라서 부유한 계층만이 이 기술을 이용해 질병 예방이나 유전적 강화를 받을 수 있고, 결과적으로 유전적 격차는 사회적 격차로 이어질 수 있습니다. 이는 현대 사회에서 이미 존재하는 불평등을 더욱 고착화할 가능성이 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 조류가 몸의온도가 다소 높은 이유가 무엇인가요
네, 말씀해주신 것처럼 조류는 포유류보다 평균 체온이 더 높은데요 예를 들어, 사람의 체온은 약 36.5~37℃인데, 참새나 비둘기 같은 새들의 체온은 약 39~42℃ 정도로 더 높습니다. 이처럼 조류의 체온이 높은 것은 높은 대사율과 관련이 있는데요, 새는 비행을 하기 위해 많은 에너지가 필요합니다. 이때 비행은 걷거나 뛰는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 소모하는 활동이므로, 새는 효율적인 산소 공급과 에너지 생산이 필수적이며 높은 체온은 곧 대사 효소들의 활성화 속도가 빠르다는 뜻이며, 그만큼 빠른 에너지 생산이 가능합니다.또한 생명체의 효소는 일정한 온도 범위에서 가장 잘 작동하는데요 새들의 체온은 40℃ 전후인데, 이는 새의 효소들이 고온에서 가장 잘 작동하도록 진화했음을 의미합니다. 즉, 높은 체온은 단순히 부산물이 아니라 최적의 생화학적 조건을 제공하는 전략입니다. 게다가 많은 세균과 곰팡이는 37℃ 이하에서 잘 자라는데요, 하지만 조류의 체온은 이보다 높은 40℃ 정도이므로, 감염성 미생물의 증식을 억제하는 효과가 있습니다. 따라서 새들은 체온이 높음으로써 면역학적 이점을 얻습니다. 감사합니다.