안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 요한센의 순계설에 대해 설명해 주세요
안녕하세요.요한센의 순계설(Pure Line Theory)은 덴마크의 생물학자 빌헬름 요한센(Wilhelm Johannsen)이 1903년 강낭콩을 이용한 실험을 통해 제안한 유전학 이론입니다. 그는 동일한 유전형질을 가진 식물들, 즉 유전적으로 동질인 순계(pure line)를 이용해 실험을 진행했습니다. 요한센은 동일한 유전자를 가진 강낭콩 개체들 사이에서도 개체 간 키, 무게 같은 형질들이 다르게 나타나는 것을 관찰했는데, 이는 유전적 차이 때문이 아니라 환경 요인에 의한 표현형의 변이라고 해석했습니다. 이를 통해 그는 유전형(genotype)과 표현형(phenotype)을 구분했으며, 표현형의 변화가 반드시 유전적 변화는 아니라는 점을 강조했습니다. 이와 같은 요한센의 순계설은 멘델 유전법칙을 뒷받침하는 실험적 근거를 제공했으며, 후에 유전학에서 환경과 유전의 영향을 구분하는 개념 정립에 중요한 역할을 했다고 볼 수 있는 이론입니다.
Q. 사람이 날개가 있다면 어느정도 크기가 되어야 날수 있나요
안녕하세요.사람이 실제로 날 수 있으려면, 날개의 크기와 근육의 힘이 모두 충분해야 합니다. 과학적으로 따져볼 때, 비행은 중력(체중)을 이겨낼 만큼의 양력을 발생시켜야 가능하며, 이는 날개의 면적과 공기를 밀어내는 속도에 달려 있습니다. 새나 박쥐처럼 나는 동물들은 체중이 가볍고, 날개가 넓고 가벼우며, 비행에 특화된 강력한 가슴 근육을 갖추고 있습니다. 그런데 사람은 평균적으로 체중이 약 60~80kg이고, 뼈와 근육 구조도 비행보다는 직립 보행에 적합하게 진화했기 때문에, 같은 방식으로 날기에는 불리합니다.이를 단순 계산으로 예측하면, 사람이 자신의 몸을 들어 올릴 만큼의 양력을 얻기 위해서는 양팔 대신에 각각 약 6~7미터 길의 날개가 좌우로 필요할 수 있으며, 전체 날개 폭은 최소 12~14 미터 이상되어야 할 것입니다. 이는 대형 글라이더나 콘도르처럼 나는 새들보다도 훨씬 크고 무겁습니다. 게다가 그렇게 큰 날개를 펄럭이려면 인간의 가슴 근육은 지금보다 몇 배나 더 강력해야 하며, 이로 인해 상체 비율이나 체형도 완전히 달라져야 합니다. 결과적으로, 현 인간의 체격과 생물학적 한계 안에서는 스스로 날개를 펄럭여 비행하는 것은 불가능에 가깝고, 만약 사람이 날 수 있으려면 날개 크기뿐만 아니라 전체 골격과 근육 구조까지 근본적으로 바뀌어야 합니다.
Q. 호박벌은 얼마나 날갯짓를 하길래 나는건가요
안녕하세요.호박벌은 몸집이 크고 둥글어서 겉보기에는 날기에 부적절해 보이지만, 실제로는 매우 효율적인 날개 움직임 덕분에 자유롭게 날 수 있습니다. 호박벌은 초당 약 130~240회의 빠른 날갯짓을 하는데, 이는 일반적인 곤충보다 훨씬 빠른 속도는 아니지만, 독특한 방식의 날개 운동이 이를 보완합니다. 또한 호박벌의 날개는 단순히 위아래로 움직이는 것이 아니라 회전 운동을 하며 공기 중에서 양력을 만들어냅니다. 마치 프로펠러처럼 날개를 비틀고 각도를 조절하면서 공기를 효율적으로 밀어내는 방식으로 양력을 만들어내는 것입니다. 특히 이들은 날개를 작게 진동시키는 것이 아니라 몸 전체의 근육 움직임을 통해 날개를 떨게 하여 공기 저항을 극복하고 비행합니다. 이러한 복잡하고 정밀한 날개 운동 덕분에 호박벌은 큰 체구에도 불구하고 공중에서 안정적으로 떠 있을 수 있고, 꽃 사이를 빠르게 날아다닐 수 있습니다. 그래서 겉보기엔 "저게 날 수 있을까?" 싶지만, 자연은 과학적으로 매우 정교하게 이를 가능하게 만든 셈입니다.
Q. 또 코로나바이러스가 몰려온다고 하니다. 대체 바이러스는 어떤 과정으로 생겨나는 걸까요?
안녕하세요.바이러스는 스스로 생명 활동을 하지 못하는 매우 작은 입자로, 살아있는 숙주 세포에 침입하여 증식하는 방식으로 존재합니다. 이러한 바이러스는 DNA나 RNA 중 하나의 유전 물질을 가지고 있으며, 숙주의 세포 내로 침입한 후 자신의 유전자를 복제하게 만듭니다. 이 과정에서 오류가 발생하면 유전자에 변이가 생기고, 때때로 이 변이가 바이러스의 성질을 바꿔 새로운 변종으로 나타나기도 합니다. 특히 RNA 바이러스는 유전물질 복제 과정에서 오류를 수정하는 능력이 부족해 변이 속도가 빠르며, 코로나바이러스도 RNA 바이러스에 속하기 때문에 지속적으로 변이를 일으키는 경향이 있습니다. 바이러스의 이런 변이는 대부분 무의미하거나 오히려 바이러스에 불리한 경우가 많지만, 간혹 숙주에 더 잘 감염되거나 면역 반응을 피하는 변이가 생기면 전염력이 높아지고 새로운 감염병 유행으로 이어질 수 있습니다. 코로나19의 경우도 원래 동물 사이에서 퍼지던 바이러스가 유전자 변이를 통해 인간에게 전염될 수 있는 형태로 변화하면서 팬데믹을 일으켰습니다. 결국 바이러스는 생명체의 유전 정보 복제 과정에서의 자연스러운 오류와 환경의 선택 압력 속에서 끊임없이 변화하며 출현하는 존재입니다. 인간의 활동 범위가 넓어지고 동물과의 접촉이 잦아지면서 이런 바이러스가 인간에게 전파될 기회도 많아지고 있으며, 이런 과정을 막기 위해서는 철저한 감염병 관리와 예방 연구가 필요합니다.
Q. 추운지방과 더운지방의 사람들의 키와 체격은 어떻게 다르나요?
안녕하세요.추운 지방과 더운 지방에 사는 사람들의 키와 체격은 오랜 시간에 걸친 환경 적응의 결과로 차이가 나타날 수 있습니다. 일반적으로 추운 지방에 사는 사람들은 몸이 전체적으로 작고 땅딸막하며, 상대적으로 팔다리가 짧은 편이고, 체지방이 많아 체온을 잘 유지할 수 있도록 진화해왔습니다. 이는 버그만의 법칙(Bergmann’s rule)과 알렌의 법칙(Allen’s rule)으로 설명되는데, 버그만의 법칙은 추운 지역의 동물일수록 같은 종이라도 체구가 크고 체표면적에 비해 부피가 크기 때문에 열 손실이 적다고 설명하며, 알렌의 법칙은 추운 지역일수록 팔다리와 같은 돌출 부위가 짧아져 체열 보존에 유리하다는 원리입니다. 이와는 반대로 더운 지방, 특히 열대 지방에 사는 사람들은 키가 더 크고 팔다리가 길며, 몸 전체가 마르고 체표면적이 넓은 편입니다. 이렇게 팔다리가 길고 가늘수록 체열 방출에 유리하므로, 고온 다습한 환경에서 체온 조절을 효율적으로 할 수 있습니다. 예를 들어, 아프리카의 마사이족처럼 더운 기후에서 살아온 민족은 평균적으로 키가 크고 팔다리가 길고, 북극 지방의 이누이트족은 체구가 작고 단단하며 몸에 지방이 많은 편입니다. 이러한 특징들은 유전적으로도 어느 정도 고정되어 있지만, 현대에는 영양 상태, 생활환경, 운동 습관 등의 후천적인 요소들이 크게 작용하고 있어 과거처럼 뚜렷한 지역적 차이가 점점 줄어드는 추세이기도 합니다. 그러나 생물학적으로 보면 기후와 체형 사이에는 분명한 연관이 존재하며, 이는 인간이 환경에 적응하며 진화해온 자연스러운 결과라고 할 수 있겠습니다.