안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 꽃을 피우지 않는 식물 같은 경우에는 번식을 어떻게 하는 것인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 모든 식물이 꽃을 피우는 것은 아닌데요, 식물에는 꽃을 피우는 종자식물(피자식물) 뿐만 아니라, 꽃을 전혀 만들지 않는 비종자식물도 많이 존재하며 꽃은 곧 씨앗 형성을 위한 구조이므로, 꽃을 피우지 않는 식물들은 씨앗이 아닌 다른 방식으로 번식을 하게 됩니다. 꽃을 피우지 않는 대표적인 식물군인 양치식물(고사리, 쇠뜨기, 석송 등)이나 선태식물(이끼류, 우산이끼류)은 포자낭(sporangium)에서 만들어진 포자(spore)를 통해 번식하는데요, 포자는 씨앗과 달리 배아나 영양분 저장 조직이 없고, 단세포에 불과하며 바람이나 물에 의해 퍼져서 적절한 환경에 떨어지면 발아하여 새로운 개체로 자라납니다. 예를 들어, 고사리는 잎 뒷면에 포자낭 군집(포자낭군, sori)을 만들고 거기서 나온 포자가 퍼져나가 번식합니다. 또는 꽃과 씨앗 없이도 몸의 일부 조직을 통해 새로운 개체가 생기는 방식인 영양번식을 할 수 있는데요, 뿌리줄기, 괴경, 인경, 포복경과 같은 영양 기관을 통해 번식할 수 있으며, 또한 이끼류는 포자체와 더불어 체세포 일부가 떨어져 나가 새로운 개체로 자라기도 합니다. 특히 이끼류(예: 우산이끼, Marchantia)는 무성아(gemmae)라는 작은 덩어리를 만들고, 이것이 떨어져 나와 새로운 개체로 성장하는데요, 이는 씨앗이나 포자와는 달리, 이미 몇 개의 세포로 이루어진 작은 식물체 조각이므로 빠르게 새로운 개체로 자랄 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 북극곰멸종에대해궁금해서질문합니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 국제자연보전연맹(IUCN)은 북극곰을 ‘취약(Vulnerable)’ 종으로 분류하고 있으며, 향후 세 세대(약 35년) 안에 전 세계 개체 수가 30% 이상 감소할 가능성이 있다고 예측하고 있는데요, 최근 연구에 따르면, 2100년까지 지구 온난화가 계속된다면, 일부 지역에서는 국소적으로 멸종이 현실화될 수 있다고 경고하고 있기도 합니다. 그린란드 동남부에는 해양의 해빙 대신 빙하에서 떨어지는 담수 얼음을 기반으로 사냥하는, 유전적 고립이 심한 개체군이 존재하며, 이러한 빙하 얼음 기반 사냥 전략은 북극곰이 기존의 해빙에 의존하지 않고도 서식 가능함을 보여주는 중요한 단서입니다. 그러나 이 집단도 번식률이 낮고 개체 크기가 작아 건강 상태가 좋지 않을 수 있으며, 이들이 의존하는 빙하도 기후 변화로 소멸 위기에 놓여 있다는 점이 문제이며, 여름 해빙의 급속한 감소로 인해 사냥 기회가 줄고, 더 먼 거리 수영과 장기 단식이 이어지면서 영양 부족, 번식률 저하, 생존율 하락 등 위협이 커지고 있습니다. 하지만 탄소 배출을 줄이고 기후 위기를 완화할 경우, 해빙 형성이 안정되며 일부 지역에서는 북극곰 서식 기반이 유지될 가능성이 있다는 연구도 있고, 실제로 그린란드처럼 특별한 환경이 완전히 사라지지 않는 한, 일부 개체군은 장기 생존 기반을 가질 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 생물 동물관련 동아리 실험 알려주세요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 고등학교 2학년 생물동아리에서 해볼 만한 실험으로는 수생 곤충이나 미세생물의 산소 소비량 측정 실험이 있겠습니다. 물벼룩, 올챙이 같은 작은 동물 넣고 폐쇄 용기 안의 산소 변화 관찰하는 실험으로 산소 센서가 없으면 메틸렌 블루 같은 산화환원 지시약으로 대체 가능한 실험인데요, 온도 변화, 빛·어둠 조건에 따른 대사율 비교해보면서 에너지 대사와 환경 스트레스 분석해볼 수 있습니다. 또는 무릎반사(슬개건 반사)를 측정하거나, 간단한 조건자극(예: 소리 후 눈 깜박임 반응)을 기록하면서 반사속도를 영상으로 찍어 프레임을 분석해보고 반응 시간(ms 단위) 측정하는 실험도 진행해볼 수 있겠습니다. 이와 함께 온도 변화(차가운 손, 따뜻한 손)나 피로 정도가 반사속도에 영향을 주는지 비교해보면 좋을 것 같습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 서로 다른 종의 북극곰과 불곰이 교배가 가능한 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 보통 "서로 다른 종"이라고 하면 교배가 불가능하다고 생각하기 쉽지만, 실제 자연에서는 종 분화가 완전히 끝나지 않은 경우 서로 교배가 가능한 사례가 있는데요, 바로 북극곰과 불곰 간의 교배가 그 예시라고 할 수 있습니다. 북극곰은 약 50만~60만 년 전 갈색곰에서 분화해 나온 종인데요, 진화적으로 매우 가까운 친척이기 때문에 염색체 수(2n=74)와 유전자 구성이 거의 같아 교배 시 유전자가 큰 충돌 없이 결합할 수 있습니다. 종분화가 오래 진행된 동물(예: 사람과 침팬지)은 유전자의 차이가 커서 번식이 불가능하지만 북극곰과 갈색곰은 아직 생식적 장벽이 완전히 형성되지 않은 상태라 교배가 가능하며, 그 결과 태어난 잡종(‘피즈리 곰’ 또는 ‘그롤라 곰’)도 불임이 아니라 번식 능력을 가지는 경우가 있습니다. 이는 두 종이 여전히 유전적으로 충분히 비슷하다는 증거입니다. 또한 기후 변화로 북극의 얼음이 줄어들면서 북극곰이 남쪽으로, 갈색곰이 북쪽으로 서식 범위를 넓히며 겹치는 지역이 늘어났는데요, 이로 인해 야생에서도 자연 교배 사례가 점점 보고되고 있는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 꽃의 종류에 따라 개화 시기가 달라지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 꽃이 피는 시기가 식물마다 다른 이유는 개화 시기를 조절하는 내부 신호와 환경 요인이 서로 맞물려 작동하기 때문인데요 식물은 무작정 꽃을 피우는 것이 아니라, 번식 성공률을 높이기 위해 주변 환경이 알맞을 때만 개화를 하게 되는 것입니다. 식물은 하루 동안 빛과 어둠의 길이를 감지하는 능력이 있는데요, 이는 잎 속의 피토크롬과 같은 광수용체 단백질 덕분입니다. 어떤 식물은 낮이 일정 시간보다 길어져야(장일식물, 예: 국화, 시금치), 또 어떤 식물은 낮이 일정 시간보다 짧아져야(단일식물, 예: 벼, 코스모스) 개화를 유도합니다. 이처럼 광주기는 꽃이 피는 시기를 계절과 맞추는 가장 핵심적인 요인 중 하나입니다. 일부 식물은 일정 기간의 저온 노출을 거쳐야만 꽃눈이 형성되는데요, 이를 춘화라고 부릅니다. 예를 들어 밀, 보리, 배추 등은 겨울 동안 차가운 환경을 겪어야 봄에 개화할 수 있는데, 이는 겨울을 지나야 안정적으로 번식할 수 있도록 진화한 전략입니다. 또한 광주기나 온도 신호는 결국 식물 내부에서 플로리겐이라는 개화 유도 신호로 전환되며, 플로리겐은 잎에서 생성되어 체관을 따라 이동하며, 생장점에서 꽃 기관 형성을 촉발합니다. 이 과정에서 지베렐린 같은 호르몬도 함께 작용하여 개화를 촉진하기도 합니다. 마지막으로 같은 환경에서도 꽃마다 개화 시기가 다른 이유는 자원 경쟁을 피하고, 곤충이나 바람 등 수분 매개자의 활동 시기와 맞추기 위해 진화적으로 조절되었기 때문입니다. 예를 들어 봄철에 피는 꽃들은 곤충이 활동을 시작하는 시기를 노리고, 여름철 꽃은 강한 햇빛과 높은 온도에 맞춰 광합성을 극대화합니다. 가을철 국화나 코스모스 같은 꽃은 경쟁자가 줄어든 시기를 택해 번식 기회를 확보하게 되는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 비타민의 정의가 체내에서 합성될 수 없는 물질인데 비타민 D는 체내에서 합성할 수 있는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 비타민은 원래 체내에서 합성이 안되는 물질로 알려져 있으나 비타민D는 예외인데요, 사람의 피부에는 7-디하이드로콜레스테롤이라는 스테롤 전구체가 존재합니다. 햇빛 속의 자외선 B(파장 약 290~315nm)가 피부에 닿으면, 이 전구체가 광화학 반응을 통해 프리비타민 D3로 바뀌고, 이어서 열에 의해 안정된 형태인 비타민 D3(콜레칼시페롤)로 전환됩니다. 이후 이 물질은 간과 신장을 거치면서 단계적으로 활성화되어 칼시트리올이라는 호르몬 형태가 되며, 뼈 대사와 칼슘·인 흡수 조절에 중요한 작용을 합니다. 즉, 비타민 D는 인체 내에서 합성될 수 있지만, 그 합성은 햇빛이라는 외부 환경 요인이 반드시 개입해야만 이루어집니다. 만약 햇빛 노출이 부족하거나, 피부에서 전구체가 충분히 존재하지 않거나, 간·신장 대사 과정에 문제가 있다면 합성이 제대로 되지 못합니다. 따라서 여전히 식이 섭취(생선, 달걀 노른자, 강화 식품 등)나 보충제를 통해 보충해줄 필요가 있습니다. 다시 말하자면 비타민 D가 다른 비타민과 달리 체내 합성이 가능한 이유는 우리 몸이 콜레스테롤 유도체를 자외선에 의해 화학적으로 전환시키는 능력을 갖고 있기 때문입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 가을철에 낙엽이 떨어질 수 있는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 가을철 낙엽이 떨어지는 것은 단순히 잎이 말라서 떨어진다기보다는 식물이 스스로 조직을 만들어 잎을 분리시키는 과정으로 인해 나타나는 것인데요, 이를 낙엽(엽리 형성)이라고 합니다. 가을이 되면 낮 길이 단축, 기온 하락 등의 환경 신호를 식물이 감지하는데요 그러면 잎에서 옥신(성장 호르몬) 분비가 줄어들고, 반대로 에틸렌 같은 낙엽 유도 호르몬의 작용이 강해집니다. 이때 잎자루와 줄기가 만나는 부분에 특수한 세포층(절리층)이 생기는데요, 이곳의 세포벽이 효소(셀룰라아제, 펙티나아제 등)에 의해 분해되면서 세포 사이가 느슨해지고, 잎이 쉽게 분리될 수 있는 상태가 됩니다. 잎이 떨어지기 전에 식물은 엽록소를 분해하고, 질소·당·무기질 같은 영양분을 줄기로 되돌려 저장하는데요, 이때 엽록소가 먼저 파괴되면서 가려져 있던 카로티노이드(노랑·주황색), 안토시아닌(빨강색) 색소가 드러나 단풍이 보이게 됩니다. 또한 절리층의 바깥쪽에는 코르크층 같은 보호막이 형성되어, 잎이 떨어진 자리에 병원균이 침입하거나 수분이 과도하게 손실되는 것을 막게되며 준비가 다 끝나면 바람, 중력 등에 의해 잎이 떨어지게 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 북극곰에대해 궁금해서 질문합니다.
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 북극곰은 겉으로 보기에는 하얀 털과 둥근 얼굴, 비교적 작은 귀 때문에 귀여운 인상을 주지만, 실제로는 극한의 북극 환경에 적응한 강력한 육식동물인데요, 먼저 북극곰의 체격은 성체 수컷 기준으로 몸길이가 2m를 넘으며 곰류 중에서도 가장 큰 종에 속합니다. 불곰(갈색곰)에 비해 상대적으로 머리가 길고 좁으며, 두개골 형태가 장두형에 가깝고,이는 얼음 밑에서 물범을 사냥할 때 물살을 가르기 쉽게 해주는 적응으로 보입니다. 또 귀가 작고 꼬리가 짧은데, 이는 체온 손실을 줄이기 위한 전형적인 추운 지방 동물의 특징입니다. 또한 피부색은 흰 털 속에 가려져 잘 보이지 않지만 실제로는 검은색인데요, 털은 속이 비어 있는 투명한 관 모양으로 빛을 산란시켜 하얗게 보이지만, 햇빛을 받아들이는 데 유리하며, 검은 피부는 흡수된 빛을 열로 바꾸어 체온 유지에 도움을 줍니다. 게다가 수영 능력은 대단히 뛰어나서, 시속 10km 이상의 속도로 헤엄칠 수 있고, 몇 시간에서 길게는 수십 km까지 끊임없이 수영하여 얼음 사이를 이동합니다. 어떤 기록에서는 9일간 약 700km를 수영한 사례도 보고된 바 있습니다. 마지막으로 힘의 측면에서 보면, 북극곰은 단순히 육식동물 중 가장 크고 강력한 체구를 가진 존재 중 하나인데요 물범, 바다코끼리 새끼, 때로는 작은 고래까지 사냥할 수 있으며, 한 번의 앞발 타격으로 얼음을 깨거나 물범의 머리를 치명적으로 가격할 수 있을 정도로 강합니다. 다만 “육식동물 중 가장 힘이 세다”는 표현은 상대적인데, 체급 면에서는 북극곰이 최상위에 속하지만, 아프리카의 하마, 바다의 범고래와 같은 다른 대형 동물들과는 서식 환경과 생존 방식이 달라 단순 비교는 어렵습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 바퀴벌레는 정말 핵폭발에서도 살아남나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 흔히 “바퀴벌레는 핵폭발에서도 살아남는다”라는 말이 있지만, 이는 사실을 과장한 표현인데요 바퀴벌레가 지구상에서 가장 오래 살아남는 생물 중 하나라는 점은 맞지만, 실제 핵폭발 상황에서는 폭발 자체의 충격파와 고열 때문에 다른 동물과 마찬가지로 곧바로 죽게 됩니다. 즉, 핵폭발 그 자체를 견딜 수 있는 생물은 거의 없습니다. 다만 바퀴벌레가 이런 속설의 주인공이 된 이유는 방사선에 대한 상대적인 내성을 가졌기 때문인데요, 사람을 포함한 포유류는 세포가 빠르게 분열하는 조직(혈액세포, 소화관 상피세포 등)이 방사선에 매우 민감해 수백~천 래드 정도에서도 치명적인 손상을 입습니다. 반면 바퀴벌레는 세포 분열 속도가 느리고, 생활 주기 중 방사선에 취약한 시기가 제한적이어서 수천 래드 이상의 방사선에도 상당한 생존율을 보입니다. 실제 연구에서는 바퀴벌레가 약 6,000~10,000 래드 수준까지 견딜 수 있는 것으로 보고되었는데, 이는 인간보다 수십 배 높은 수치입니다. 하지만 핵폭발 시 발생하는 방사선은 단순히 몇 천 래드 수준을 넘어, 순간적으로 수십만 래드 이상이 쏟아져 나오며, 동시에 고온과 압력파가 생기기 때문에 바퀴벌레 역시 살아남을 수 없습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 여성보다 남성에게서 탈모가 더 흔하게 발생하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 남성에게서 탈모가 여성보다 더 흔하게 나타나는 이유는 남성 호르몬 대사와 이에 민감하게 반응하는 유전적 요인 때문인데요, 가장 대표적인 형태인 남성형 탈모(안드로겐성 탈모)는 남성 호르몬인 테스토스테론이 5-알파 환원효소에 의해 디하이드로테스토스테론(DHT)으로 전환되면서 시작됩니다. DHT는 모낭의 수용체와 결합하여 모낭을 점차 위축시키고, 굵은 모발을 가늘고 짧은 솜털 같은 모발로 바꾸어 결국 탈모를 유발합니다. 여기서 중요한 차이는 유전적 감수성인데요, 즉 모든 남성이 동일한 정도의 DHT를 갖고 있어도, 모낭 세포의 안드로겐 수용체 유전자 변이에 따라 호르몬에 대한 민감도가 달라집니다. 즉, 특정 유전자를 가진 사람은 모낭이 DHT에 과도하게 반응해 쉽게 위축되며, 이 경향이 남성에게서 더 강하게 나타나는 것입니다. 물론 여성에게도 테스토스테론과 DHT가 소량 존재하지만, 여성 호르몬인 에스트로겐이 모발 성장에 보호 효과를 주기 때문에 탈모가 상대적으로 덜 발생합니다. 다만 폐경 이후 에스트로겐 분비가 감소하면 여성형 탈모가 나타나기도 하는데, 이 경우에도 유전적 감수성이 중요한 역할을 합니다. 감사합니다.