안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 소금이 짠걸 떠나서 맛있게느끼게 해주는 이유가 무엇인가요
안녕하세요.질문해주신 것처럼 소금(염화나트륨, NaCl)은 단순히 짠맛만 내는 게 아니라, 실제로는 다른 맛을 증폭시키고 음식의 풍미를 높이는 역할을 하는데요, 우리 몸은 Na⁺(나트륨)을 반드시 필요로 합니다 (삼투압 조절, 신경 신호, 근육 수축 등). 그래서 짠맛은 단순한 자극이 아니라, 생존에 중요한 자원을 섭취하라는 신호라서 뇌에서 보상(쾌감)으로 인식하는데요 즉, 소금은 뇌 보상계(특히 도파민 분비)를 자극해 "맛있다"라고 느끼게 합니다. 소금은 미각 수용체 수준에서 쓴맛 수용체(T2R)의 신호를 억제하는데요, 그래서 원래 쓴맛이 강한 채소(예: 케일, 가지, 콩류)도 소금을 살짝 뿌리면 맛이 순해지고 더 먹기 좋게 느껴집니다. 또한 소금은 단맛 수용체(T1R2/T1R3)와 감칠맛 수용체(T1R1/T1R3)의 반응성을 높여 주는데요, 그래서 초콜릿, 캐러멜, 수박 같은 음식에 소금을 살짝 뿌리면 단맛이 더 진해지고 깊은 풍미가 나며, 감칠맛(umami)의 경우, 글루탐산(예: 다시마, 치즈)과 나트륨이 결합하면 MSG(모노소듐글루탐산)이 되는데, 이것이 감칠맛을 극대화합니다. 뇌에서의 인식 측면에서 짠맛은 미각 피질(gustatory cortex)에서 다른 맛(단맛, 신맛, 감칠맛)과 상호작용하며, 뇌는 소금을 섭취하면 “이 음식은 안전하고, 생존에 좋은 자원”이라고 판단해 맛을 더 긍정적으로 평가합니다. 그래서 소금은 "조미료"가 아니라, 일종의 맛 증폭 장치 역할을 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 생물계는 왜 소금을 필수자원으로 활용했을까요
안녕하세요.질문해주신 “소금(=염, 주로 NaCl)”은 자연에서 얻기가 쉽지 않은 자원인데, 왜 지구의 모든 생물은 나트륨과 염소를 필수적인 자원으로 활용하게 되었을까?에 대해서 답변해보자면, 생명은 약 35~40억 년 전, 원시 바다(해수)에서 탄생했다고 여겨집니다. 원시 바다는 지금보다 농도는 달랐을 수 있지만, Na⁺(나트륨 이온), Cl⁻(염소 이온), K⁺(칼륨 이온) 등이 녹아 있었으며, 초기 생명체들은 이 염류 환경에서 진화했기 때문에, 세포 안팎의 이온 균형과 삼투 조절에 자연스럽게 Na⁺와 Cl⁻를 활용하는 시스템이 정착했습니다. 세포는 물의 출입을 조절해야 생존할 수 있는데요, Na⁺와 Cl⁻는 크기가 적당하고 물에 잘 녹아 삼투 조절의 주요 이온으로 진화 과정에서 선택되었습니다. 신경과 근육은 막 전위(membrane potential) 변화를 이용해 신호를 전달하는데요, 이때 Na⁺와 K⁺의 농도차가 핵심적인 전기적 기반을 만들며 만약 Na⁺ 대신 다른 이온을 썼다면, 생물의 신경계 발달은 지금과 달라졌을 가능성이 큽니다. 즉 원시 바다에는 Na⁺, Cl⁻, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, SO₄²⁻ 같은 다양한 이온이 있었지만 즉, 초기 세포가 세포 내부(K⁺ 위주) vs 외부(Na⁺, Cl⁻ 위주) 구조를 유지하면서 에너지 대사 및 신호전달에 활용하기 좋았기 때문에 NaCl 체계가 굳어졌다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 고양이과 동물이 왜 단맛을 못느끼나요
안녕하세요.네 말씀해주신 것처럼 고양이과 동물(사자, 호랑이, 치타, 집고양이 등)은 포유류 중 드물게 단맛을 전혀 느끼지 못하는 동물인데요, 우선 단맛을 느끼는 데 필요한 수용체는 T1R2 + T1R3라는 단백질 복합체입니다. 하지만 고양이과 동물들은 T1R2 유전자가 돌연변이로 인해 기능을 상실했는데요, 그래서 설탕이나 과일의 당분이 입에 들어와도 뇌에 "단맛" 신호가 전달되지 않습니다. 고양이과 동물은 절대적 육식 동물(obligate carnivore)인데요, 주 먹이는 고기(단백질과 지방)로, 자연 상태에서 과일이나 꿀 같은 당분원을 거의 섭취하지 않았으며, 따라서 단맛을 구별할 진화적 압력이 약했고, 수백만 년에 걸쳐 관련 유전자가 퇴화했습니다. 즉 생물은 필요 없는 기능을 유지하는 데 드는 에너지와 자원을 줄이는 방향으로 진화하기도 하는데요, 단맛을 감지할 필요가 없었던 고양이과 동물에게는, 단맛 수용체 유전자가 “쓸모 없는 기능”으로 남았다가 결국 없어진 것입니다.
생물·생명
Q. 펭귀은 두가지맛만 느낀다고 하는데 그 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 펭귄의 미각은 조류 중에서도 특히 특이한 사례로 꼽히고 있는데요, 즉, 우리가 아는 다섯 가지 기본 미각(단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 감칠맛) 중에서 펭귄은 단맛·쓴맛·감칠맛을 전혀 구별하지 못하며 짠맛과 신맛만을 느낄 수 있습니다. 펭귄의 유전체를 분석한 결과, 단맛(T1R2), 감칠맛(T1R1/T1R3), 쓴맛(T2R 계열)을 감지하는 유전자가 모두 사라져 있거나 작동하지 않는 상태였는데요, 즉 남아 있는 것은 짠맛(ENaC 채널)과 신맛(PKD2L1 유전자 관련)을 담당하는 경로뿐이었습니다. 펭귄은 주로 물고기, 오징어, 크릴 같은 해양 생물을 통째로 삼켜서 먹으며, 씹어서 맛을 음미하는 과정이 거의 없기 때문에, 다양한 미각 수용체가 진화적으로 필요하지 않았습니다. 또한 펭귄은 남극과 아한대의 차가운 환경에 적응한 새인데, 차가운 온도에서는 미각 수용체(특히 단맛과 감칠맛 관련 수용체)가 잘 작동하지 않는데요, 이런 환경적 압력이 오랜 세월 작용하면서, 해당 유전자들이 퇴화한 것으로 보입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 가장 큰 설치류인 카피바라는 왜 꼬리가 필요없나요?
안녕하세요.네, 질문해신 것처럼 설치류 대부분은 말씀하신 것처럼 길거나 짧은 꼬리를 갖고 있는데, 카피바라만 보면 "꼬리가 없는 설치류"처럼 보여서 특이하게 느껴지는데요, 사실 카피바라가 꼬리가 없는 게 아니라 매우 퇴화된 꼬리(짧고 바깥에서 거의 보이지 않음)를 가진 것입니다. 카피바라는 반수생(semiaquatic) 동물인데요, 주로 물가에서 살고, 물속에서 헤엄치고 잠수도 잘합니다. 긴 꼬리는 물속에서 유영에 방해가 될 수 있는데요, 물의 저항을 줄이고, 포식자(예: 아나콘다, 카이만)에게 잡히지 않기 위해서 꼬리가 퇴화했다고 보는 견해가 있습니다. 실제로 물가에서 사는 다른 설치류(예: 비버)는 꼬리를 "노처럼" 쓰기 때문에 납작하고 넓게 진화했지만, 카피바라는 무리를 이루고 얕은 물가에 머무는 생활 방식 덕분에 꼬리 기능이 필요 없어진 것입니다. 또한 작은 설치류(쥐, 햄스터, 다람쥐 등)는 긴 꼬리로 균형을 잡거나, 체온 조절을 하지만 카피바라는 몸집이 크고(50kg 이상), 다리도 굵고 안정적이라서 균형을 잡기 위해 꼬리가 필요하지 않습니다. 게다가 수생 생활에서는 물이 몸의 열을 식혀주기 때문에 꼬리를 통한 체온 조절 기능도 거의 필요하지 않습니다. 즉, 꼬리의 존재 여부는 "살아가는 환경에서 꼬리가 얼마나 유용했는가?"에 달려 있고, 카피바라는 큰 몸집 + 반수생 생활 + 무리 사회성 덕분에 꼬리 기능이 거의 필요 없어져 사라진 예라고 볼 수 있겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 학자들이 영장류 중에서 개코원숭이나 침팬지보다 사람이 더 나쁘다는 주장을 하는 이유
안녕하세요. 네, 침팬지, 개코원숭이 같은 영장류는 공격적일 수 있지만, 그 폭력은 대체로 즉각적인 생존과 자원 확보를 위한 것인데요, 예를 들어서 먹이를 두고 다투거나, 번식 기회를 얻기 위한 경쟁, 무리 간 영토를 두고 다투기도 합니다. 따라서 일시적이고 상황 의존적이며, 불필요한 살상은 거의 일어나지 않습니다. 인간은 폭력을 생존 차원을 넘어 이념, 종교, 권력, 쾌락, 경제적 이익을 위해 행사하기도 하는데요 즉, 본능적 필요 이상으로 폭력을 체계적·대규모로 사용한다는 점에서 구분됩니다. 다른 영장류는 숲 속에서 열매를 먹거나 뿌리를 파면서 결과적으로 생태계 순환에 기여허는데요, 인간은 자연을 도구적 대상으로 바라보고 대규모로 변형하기도 하며, 도시, 도로, 공장, 인공제품을 만들면서 환경을 파괴하고, 다른 종의 대멸종을 유발하기도 합니다. 따라서 “나쁨”이라는 표현은 도덕적 의미라기보다 생태적 파괴력의 차이를 지적하는 경우가 많습니다. 또한 동물의 폭력은 순간적 감정에 따른 경우가 대부분이며 하지만 인간은 계획적으로, 장기간에 걸쳐 조직적으로 폭력을 행사할 수 있습니다. 전쟁, 집단학살, 노예제 등은 자연 상태의 영장류 사회에서는 거의 관찰되지 않으며, 이것이 학자들이 “인간은 단순히 더 지능적일 뿐 아니라, 지능을 폭력과 파괴에 이용하기도 한다”라고 말하는 이유입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 곤충은 지구상에서 가장 많은 종을 차지하고 있는데
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 곤충은 지구상에서 가장 많은 종이 존재하고 있는데요, 곤충은 현재까지 알려진 동물 종의 절반 이상을 차지할 정도로 지구상에서 가장 다양하고 풍부한 무리이며, 단순히 개체 수가 많은 것뿐만 아니라 생태계의 균형을 유지하는 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다. 우선 곤충의 경우에는 수분매개자의 역할을 수행하는데요, 꿀벌, 나비, 딱정벌레 등은 꽃가루를 옮겨 식물의 수정과 번식을 도우며, 지구 식물의 약 75%가 곤충의 수분에 의존하고 있으며, 이는 농업과 식량 생산에도 직결됩니다. 또한 쇠똥구리, 파리 애벌레, 흰개미 등은 동식물의 사체, 배설물, 낙엽을 분해하여 영양분을 토양으로 환원시킬 수 있으며, 이를 통해 물질 순환과 토양 비옥화가 이루어집니다. 게다가 곤충은 새, 양서류, 파충류, 포유류, 어류에 이르기까지 수많은 동물들의 먹이가 되는데요, 특히 곤충은 단백질과 지방이 풍부하여 에너지 흐름의 핵심 자원입니다. 마지막으로 어떤 곤충은 다른 곤충을 잡아먹는 포식자(사마귀, 무당벌레)로서 개체 수를 조절하는데요 또 어떤 곤충은 기생성(예: 기생벌)으로 특정 종의 번식을 억제하여 생태적 균형을 유지하기도 합니다. 이러한 곤충은 크게 날개의 유무와 발달 단계, 입의 구조 등을 기준으로 다양한 목(order)으로 나뉠 수 있는데요, 지구상에서 가장 많은 종을 차지하는 곤충 무리로 '딱정벌레목', 나비와 나방을 포함하는 나비/나방목, 벌, 개미 등이 포함되어있는 '막시목' 등이 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 단순 단백질 효소와 복합 효소의 차이는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 단순 단백질 효소와 복합 효소는 효소의 구성 성분에 따라 구분되는 개념인데요 이 둘의 경우에는 효소가 촉매 작용을 하기 위해 필요한 비단백질 성분(cofactor)의 존재 여부에 차이가 있다고 볼 수 있습니다. 우선 단순 단백질 효소의 경우에는 오직 아미노산으로만 이루어진 단백질이며, 효소의 단백질 부분만으로도 촉매 기능을 발휘할 수 있습니다. 즉 즉, 별도의 보조인자(cofactor) 없이 단백질 자체 구조만으로 활성 부위를 형성하고 기질과 반응할 수 있습니다. 반면에 복합 효소의 경우에는 단백질 성분(apoenzyme) + 비단백질 성분(cofactor)으로 구성되어 있는데요, 이러한 비단백질 성분의 경우에는 Fe²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺ 등의 금속 이온이 관여하여 구조 안정화, 전자 이동, 산화·환원 반응에 관여할 수 있으며, 보조효소, coenzyme: NAD⁺, FAD, CoA, 비타민 유도체 등의 유기 분자가 그 역할을 수행할 수도 있습니다. 특징으로는 단백질 부분(apoenzyme)만으로는 불활성 상태이며, 반드시 cofactor가 결합해야 활성화(holoenzyme)되며, 다양한 환경에 적응 가능하기 때문에 같은 단백질이라도 cofactor의 종류에 따라 다른 반응을 촉매할 수 있습니다.
생물·생명
Q. 서로 다른 환경에 적응했다는 동위효소는 어떤 특징이 있는 효소인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 "동위효소"란 서로 다른 유전자에 의해 만들어졌지만 동일한 효소 작용(즉, 같은 기질에 작용하여 같은 산물을 생성하는 촉매 기능)을 하는 효소 단백질을 말하는 것인데요, 하지만 이 효소들은 완전히 똑같지 않고, 구조·조직 분포·조절 방식 등에서 차이가 있기 때문에 특정 환경이나 생리적 조건에 더 잘 적응할 수 있습니다. 우선 동위효소는 유전자 중복(gene duplication)이나 진화 과정에서 생긴 서로 다른 유전자에서 유래하는데요, 따라서 아미노산 서열과 단백질 구조가 조금씩 다릅니다. 또한 모두 같은 화학반응(동일한 기질 → 동일한 생성물)을 촉매하지만, 반응속도 상수(Km, Vmax), 최적 pH, 온도 안정성, 조절인자 감수성 등이 달라 환경 적응성이 다른데요 예를 들어서 어떤 동위효소는 저산소 환경에서 잘 작동하고, 다른 것은 고산소 환경에서 더 잘 작동합니다. 또한 동위효소는 생체 내 다른 조직에서 각각 발현되어 세포의 요구에 맞는 대사를 지원하는데요, 예를 들자면 젖산탈수소효소(LDH)는 근육형(LDH-M)과 심장형(LDH-H) 동위효소가 있는데, 근육형은 무산소 환경에서 젖산을 잘 생성하도록 특화되어 있고, 심장형은 산소가 풍부한 환경에서 피루브산을 잘 산화시키도록 특화되어 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 백야와 극야가 반복되는 지역들에서 왜 자살률이 그렇게 높은건가요
안녕하세요.말씀하신 것처럼 북유럽, 알래스카, 러시아의 고위도 도심권에서는 실제로 자살률이 다른 지역보다 높게 보고되는 경향이 있는데요, 인간의 몸은 낮과 밤이 주기적으로 바뀌는 환경에 맞춰 멜라토닌, 코르티솔, 세로토닌 등의 호르몬을 조절합니다. 그러나 극야(밤만 지속)와 백야(낮만 지속)가 반복되면 이 주기가 깨져 수면장애, 만성 피로, 집중력 저하, 정서 불안정이 나타납니다. 즉 극야 → 빛 부족 → 멜라토닌 과다 → 무기력·우울감 심화 , 반면에 백야 → 멜라토닌 억제 → 불면·과각성·충동성 증가라는 현상이 나타나는데요, 이런 주기적 혼란이 장기간 이어지면 뇌의 세로토닌 시스템에도 영향을 주어 우울증과 충동적 행동(자살 포함)을 촉진합니다. 또한 극지방에서는 햇빛 부족이 길게 이어지기 때문에 일반적인 지역보다 계절성 우울증의 유병률이 훨씬 높습니다. 햇빛은 뇌에서 세로토닌을 활성화시키고 비타민 D 합성을 돕는데, 극야 시기에는 이 과정이 제대로 이루어지지 않아 우울증이 쉽게 발생하게 되며 우울증은 자살 위험의 가장 중요한 요인이므로, 이런 환경은 구조적으로 자살률을 높일 수밖에 없습니다. 또한 사람은 본능적으로 밤 → 휴식, 낮 → 활동이라는 리듬에 맞춰 살아왔는데, 극지방에서는 이 자연스러운 구분이 무너집니다. 백야 동안에는 “밤인데도 자야 할지 말아야 할지” 혼란이 생기고, 극야 동안에는 “낮인데도 여전히 어둡다”라는 우울한 체감이 계속됩니다. 이런 환경적 스트레스가 장기간 누적되면 무기력, 불면, 사회적 단절이 심해지고 자살 위험을 높일 수 있는 것입니다. 감사합니다.