안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. ether는 산소를 가졌음에도 극성이 크지 않은 이유가 무엇인가요?
질문해주신 에터(ether, R–O–R′)는 산소 원자를 포함하고 있어서 산소의 전자음성도 차이 때문에 전자밀도가 산소 쪽으로 당겨지고, 따라서 C–O 결합은 극성을띠는데요, 하지만 분자 전체로 보았을 때 극성이 크지 않은 이유는 구조적 특성 때문입니다. 우선 다이메틸에터와 같이 단순한 대칭 에터에서는 산소에 의해 각 C–O 결합이 극성을 가지지만, 양쪽이 비슷한 알킬기라면 극성이 어느 정도 상쇄되기 때문에 따라서 분자 전체의 쌍극자 모멘트는 크지 않습니다.물론 산소에는 비공유 전자쌍이 2쌍 있어 국소적으로는 전자밀도가 높지만 이 전자쌍의 배치가 어느 정도 대칭적이라, 분자 전체에 큰 전하 불균형을 만들지 않으며 그래서 극성은 존재하되, 알코올처럼 강하지 않은 것입니다. 게다가 에터는 –OH 같은 수소 원자가 직접 결합된 구조가 아니므로, 자기들끼리는 강한 수소 결합을 형성할 수 없습니다.즉 극성이 작다는 표현은 곧 분자 간 상호작용이 약하다는 뜻인데, 이는 에터의 낮은 끓는점, 즉 비슷한 분자량의 알코올보다 훨씬 낮은 결과값으로도 알 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 이형분열과 동형분열, 그 이름에 대하여..
이형분열은 보통 제1감수분열, Meiosis I을 의미하는 것으로 배수성이 2n 에서 n으로 줄어드는 분열입니다. 즉 상동염색체가 분리되어 각각 다른 딸세포로 들어가기 때문에, 부모로부터 온 염색체 수가 절반으로 줄어들게 되며, 이때 상동염색체는 서로 동일하지 않기 때문에 "같지 않은 것들이 분리되는 분열"이라는 의미에서 이형분열이라 불립니다. 또 다른 관점에서는 염색체 수가 줄어드는 감수분열이라고도 부릅니다.동형분열은 보통 제2감수분열, Meiosis II을 의미하는데요 배수성이 n에서 n으로 유지되는 분열이며 제2분열에서는 상동염색체가 이미 분리되어 있으므로, 각 염색체의 자매염색분체가 나뉘어져 나갑니다. 자매염색분체는 본질적으로 유전적으로 동일한 복제체이기 때문에 "같은 것들이 분리되는 분열"이라는 의미에서 동형분열이라 불리며 따라서 제2감수분열은 체세포분열(mitosis)과 같은 방식으로 일어나며, 등분열이라고도 부릅니다. 감사합니다.
화학
Q. Ph1과 Ph3인 농도 차이는 얼마나 되는건가요
네, 질문해주신 pH는 용액 속의 수소 이온 농도([H⁺])를 나타내는 지표로인데요, 즉 수소 이온의 농도값에 - log를 취한 값이기 때문에 pH가 1단위 변하면 수소 이온 농도가 10배 차이가 난다는 뜻입니다. 따라서 질문해주신 pH 1과 pH 3은 수소 이온의 농도가 100배 차이나는 것이며, pH 1이 pH 3에 비해서 농도가 100배 진한 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 재규어는 왜 무서운 파충류인 악어도 사냥할 수 있어요?
말씀하신 것처럼 아마존에 사는 재규어는 대형 고양잇과 동물 중에서도 독특하게 물을 두려워하지 않고, 심지어 악어류를 사냥하기도 합니다. 재규어가 악어도 사냥할 수 있는 이유는 압도적인 턱 힘과 두개골 구조와 관련이 있습니다. 재규어는 고양잇과 동물 중에서도 체구 대비 가장 강한 교합력을 가지고 있는데요 사자의 경우 송곳니로 목을 물어 질식시키는 방식인데, 재규어는 머리뼈나 등껍질을 직접 뚫어 치명상을 주는 방식을 씁니다. 이 덕분에 거북이 등껍질, 카피바라의 두개골, 심지어 카이만의 두꺼운 두개골까지 한입에 관통시킬 수 있습니다. 또한 악어는 물속에서는 강력하지만, 물가에 나와 있거나 얕은 물에서 쉴 때는 상대적으로 방심하는데요 재규어는 나무와 수풀을 이용한 매복 사냥을 잘하고, 빠르게 뛰어들어 한 번의 공격으로 급소를 노립니다. 보통은 악어의 머리 뒤쪽 뇌나 척수를 송곳니로 바로 물어 움직이지 못하게 합니다. 반면에 악어도 강력한 포식자지만, 공격 방식이 주로 물속에서의 급습에 특화되어 있는데요 재규어는 주로 물가에서 기습하기 때문에, 악어가 반격하기 전에 이미 치명상을 입습니다. 즉, 재규어는 뇌를 한 번에 노리는 특수한 사냥 전략 덕분에 훨씬 큰 위협을 끼칠 수 있는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 감정이 과학적으로 환상이라는 증거는?
“감정이 환상이다”라는 표현은 과학적으로 조금 오해의 소지가 있지만, 최근 뇌과학과 인지과학에서는 감정을 객관적인 물리적 실체라기보다는 뇌가 만들어내는 해석적 산물로 보는 관점이 주류로 여겨지고 있습니다. 감정은 보편적이고 고정된 실체가 아니라는 연구에 의하면 과거에는 인간은 기쁨, 분노, 슬픔, 공포 같은 보편적 감정을 타고난다라고 보았는데요 하지만 리사 펠드만 바렛의 연구 등에서는 감정이 고정된 패키지가 아니라 뇌가 상황과 맥락을 해석하면서 구성하는 경험임을 보여줍니다. 예를 들자면 심장이 두근거리는 신체 반응은 상황에 따라 ‘사랑의 설렘’, ‘불안’, ‘운동으로 인한 흥분’으로 해석될 수 있으며 즉 같은 생리적 반응이 전혀 다른 감정으로 경험됩니다. 뇌 영상 연구의 결과로 특정한 감정을 담당하는 고정된 뇌 영역은 존재하지 않는데요, 예를 들어, 공포 = 편도체라고 배웠지만, 실제로는 편도체는 다양한 감정과 학습 과정에 모두 관여합니다. 즉 감정은 “특정한 신경회로의 패턴 활동”이지, 독립된 실체가 아닙니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 개구리, 두꺼비의 차이가 뭐가 있을까요?
개구리와 두꺼비는 둘 다 양서류라서 비슷해 보이지만, 몇 가지 뚜렷한 차이가 있는데요, 우선 개구리는 피부가 매끈하고 촉촉하며 물가 근처에서 살아야 건조하지 않습니다. 반면에 두꺼비는 피부가 거칠고 울퉁불퉁하며 약간 건조해 보이며, 독샘이 있어 천적을 막는 데 도움을 줍니다. 또한 개구리는 주로 연못, 하천, 논 같은 물가에서 살며, 두꺼비는 숲, 풀밭, 마당처럼 물에서 조금 떨어진 육지에서도 잘 삽니다. 또한 개구리는 다리가 길어 멀리 점프할 수 있으나 두꺼비는 뒷다리가 짧아서 깡충깡충 뛰거나 기듯이 움직입니다. 또한 알을 낳는 방식의 측면에서도 개구리는 알을 덩어리로 낳는 반면에 두꺼비는 알을 줄 모양으로 낳습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 바다에서 해파리는 어떻게만들어지는건가요?
해파리는 우리가 흔히 바다에서 보는 우산 모양의 유영하는 형태의 성체뿐만 아니라, 여러 단계의 생활사를 거쳐 형성되는 생명체인데요, 우선 대부분 해파리는 암컷이 알을, 수컷이 정자를 바다 속에 방출하여 체외수정을 합니다. 하지만 예외적으로 어떤 종은 암컷의 몸속에서 수정이 이루어지기도 합니다. 이후 수정란은 길쭉한 유생이 되어 바닷물 속을 떠다니다가, 적절한 바위나 조개껍질에 달라붙는데요, 달라붙은 유생은 작은 산호처럼 폴립 형태로 성장합니다. 이 시기는 해파리가 바닥에 고정되어 살아가는 단계로, 먹이를 잡아먹고 분열하면서 수를 늘립니다. 이러한 폴립이 여러 마디로 분절되며 층층이 쌓인 모습이 되며 각 마디는 점차 떨어져 나와 작은 해파리로 발달합니다. 이때 스트로빌라에서 떨어져 나온 작은 디스크 모양의 개체를 에피라라고 하는데요, 이 에피라가 성장하면서 우리가 아는 성체 해파리가 되는 것입니다. 다음으로 해파리는 외부에서 보면 젤리 같은 몸이라 암수 구분이 쉽지 않습니다. 하지만 생식기관을 보면 차이를 알 수 있는데요, 해파리의 우산 중앙 부분에는 생식선이 있습니다. 보통 성숙한 해파리는 우산의 투명한 부분을 통해 생식선 색깔이 비치는데요, 수컷 해파리의 경우 보통 흰색이나 연한 색을 띠지만 암컷 해파리의 경우에는 보통 난소로 인하여 짙은 갈색이나 붉은색을 띱니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 근육 운동을 하고 나면 왜 근육통을 느끼게 되나요?
네, 말씀해주신 것처럼 웨이트 트레이닝이나 고강도의 근육 운동을 하고 난 뒤 느끼는 근육통은 흔히 지연성 근육통이라고 부리며, 운동 후 수 시간에서 하루 정도 지나 발생해 보통 24~72시간 동안 지속됩니다. 근육통이 발생하는 이유는 미세한 근섬유의 손상 때문인데요, 운동 중 특히 무게를 버티며 늘어나는 ‘이심성 수축’에서 근육 섬유에 작은 파열이 발생하며 예를 들어, 덤벨을 천천히 내릴 때가 대표적인 경우입니다. 이때 손상된 근섬유는 세포 내 단백질과 대사산물을 방출하고, 이에 반응해 면역세포가 모여듭니다. 이 과정에서 사이토카인, 프로스타글란딘 등 염증 매개물질이 분비되어 통증 수용체를 자극하게 됩니다. 이후 손상 부위로 혈액과 체액이 모이면서 근육이 붓고, 이 압력이 신경 말단을 눌러 통증을 더 강하게 만듭니다.하지만 이와 같은 근육통도 시간이 지나면 사라지는 이유는 손상된 근섬유 주변에는 위성세포라는 근육 줄기세포가 존재하는데, 이들이 활성화되어 새로운 단백질을 합성하고 손상 부위를 복구하기 때문입니다. 또한 같은 운동을 반복하면 근섬유가 더 튼튼해지고, 해당 부위에 대한 신경, 근육 적응이 일어나 같은 자극에도 손상이 덜 발생하는데요 그래서 같은 운동을 계속해도 처음처럼 심한 근육통이 생기지 않는 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 가역과정과 비가역과정, 가역반응과 비가역반응은 어떤 차이가 있나요?
말씀하신 가역과정, 비가역과정과 가역반응, 비가역반응은 용어가 비슷해서 헷갈리지만, 다루는 범위와 관점이 서로 다른데요, 우선 가역과정과 비가역과정이라는 구분은 열역학적 과정에 대한 구분입니다. 가역과정은 계와 주위가 아주 미세한 변화를 통해서 진행되는 이상적인 과정인데요, 진행 방향을 거꾸로 하면 계와 주위 모두 원래 상태로 완전히 되돌릴 수 있습니다. 예를 들어서 이상기체가 무한히 천천히 팽창하거나 압축되는 과정이 있으며 현실에서는 거의 불가능하고, 이론적 기준점으로 사용됩니다. 반면에 비가역과정은 실제 자연계에서 일어나는 모든 과정이 여기에 해당하는데요 마찰, 열전달, 자발적 팽창, 화학 반응 등은 모두 비가역적이며 이때 방향을 거꾸로 돌려도 계와 주위가 원래 상태로 완전히 복귀하지 못합니다. 다음으로 가역반응과 비가역반응에 대한 구분은 화학반응에 관한 것인데요, 가역반응은 반응물이 생성물로 변할 수 있고, 동시에 생성물도 반응물로 되돌아갈 수 있는 반응입니다으로 일정 조건(온도, 압력 등)에서 화학 평형 상태에 도달할 수 있습니다. 반면에 비가역반응은 한 방향으로만 진행되어 사실상 되돌아가지 않는 반응인데요 반응이 매우 빠르거나, 생성물이 안정하여 역반응 확률이 거의 0에 가까운 경우입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 무주에 반딧불 축제를 한다고 하는데요. 이 반딧불은 어떤곳에 잘서식하나요?? 그리고 무주에는 왜 많이 있어서 저렇게 축제까지 할수 있나요??
네, 질문해주신 반딧불이는 매우 민감한 생물이라 특정한 환경에서만 잘 서식할 수 있는데요 반딧불이는 유충 시기에 물속이나 습한 토양에서 달팽이나 지렁이 같은 무척추동물을 먹으며 자라는데, 이때 깨끗한 물과 습한 환경이 필수적입니다. 따라서 반딧불이가 잘 사는 곳은 맑은 개울이나 논두렁, 주변에 숲이 있어 어두운 밤이 유지되는 곳, 농약이나 화학비료가 적게 사용되는 청정 지역이라고 할 수 있습니다. 무주가 반딧불이 서식지로 유명한 이유는 바로 이러한 자연환경이 잘 보존되어 있기 때문인데요, 무주는 덕유산 국립공원 자락에 위치해 있고, 산과 계곡이 많으며 수질이 맑고 오염이 적습니다. 특히 농약 사용을 최소화한 친환경 농업이 이루어지는 지역이 많아 반딧불이 유충이 자라기에 좋은 조건을 갖추고 있습니다. 게다가 반딧불이는 빛 공해에 약한데, 무주는 도시화가 덜 되어 밤이 어둡고 자연스러운 환경이 유지되어 개체 수가 안정적으로 유지될 수 있습니다. 감사합니다.