안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 막의 좌우유동성을 증가시키는 요인은 무엇이 있나요?
안녕하세요.네, 질문주신 것처럼 세포막(원형질막)은 인지질 이중층으로 이루어져 있고, 그 안의 인지질이나 막 단백질은 "유동 모자이크 모델"에 따라 좌우(측방) 방향으로 자유롭게 움직일 수 있습니다. 이 좌우 유동성(lateral fluidity) 은 세포의 기능과 신호전달에 매우 중요한데요, 인지질의 불포화 지방산은 탄소 사슬에 이중결합(C=C) 이 있어서 꺾여 있는 구조를 가집니다. 이 꺾임 때문에 인지질들이 서로 빽빽하게 배열되지 못해 막이 더 느슨해지고, 유동성이 커지게 되며 반대로, 포화 지방산 비율이 높으면 곧은 사슬들이 밀집 배열 → 유동성 감소하게 됩니다. 또한 짧은 지방산 꼬리는 인접 분자 간의 소수성 상호작용이 약해져서 막이 더 유연해지는데요, 긴 사슬일수록 인접 분자와 더 강하게 결합해 유동성을 떨어뜨리게 됩니다. 또한 온도가 올라가면 인지질들의 운동 에너지가 증가 → 막이 더 유동적이게 되며, 다만 지나치게 온도가 높으면 막이 너무 "느슨"해져 세포 기능에 문제가 생길 수 있습니다. 마지막으로 콜레스테롤은 막의 유동성을 조절하는 스테로이드인데요 낮은 온도에서는 인지질이 과도하게 뭉치는 것을 막아 → 유동성 증가하게 되며 높은 온도에서는 인지질 운동을 억제 → 유동성 감소하게 되므로 콜레스테롤은 즉, 막 유동성을 안정화(완충)하는 역할을 하는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. FRAP과 FLIP의 원리는 어떻게 다른가요?
안녕하세요.네 질문주신 것처럼 세포막 인지질이나 단백질의 유동성(fluidity, mobility) 을 확인할 때 대표적으로 쓰이는 방법이 바로 FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching) 과 FLIP (Fluorescence Loss In Photobleaching) 인데요, 두 실험 모두 레이저로 형광분자를 일부러 ‘표백(bleaching, 형광 소실)’시킨 뒤, 형광의 변화 양상을 추적한다는 공통점이 있지만, 원리와 관찰하는 포인트가 조금 다릅니다. 우선 FRAP의 경우 세포막의 특정 부위에 강한 레이저를 쏴서 그 영역의 형광 분자를 소멸(bleach)시키며 그 후, 시간이 지남에 따라 주변의 표백되지 않은 형광 분자들이 확산/이동하여 해당 영역으로 들어오면 다시 형광 신호가 회복됩니다. 즉 형광이 회복되는 속도와 정도를 관찰해서 분자의 확산 속도, 유동성, 이동 가능성을 알 수 있습니다. 반면에 세포막의 특정 한 지점을 계속해서 반복적으로 bleach하는데요 그 결과, 해당 부위와 연결된 다른 영역에서 형광 분자들이 계속 이동해 들어오다가 결국 세포 전체 형광이 점점 사라지는 양상이 나타납니다. 즉 이는 형광이 소실되는 범위와 속도를 관찰하여 분자의 연결성, 이동 경로, 구획화 여부를 알 수 있는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 모기들은 왜 풀이 많은 곳에 많이 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 모기들은 아스팔트 길이나 건조한 곳에서는 거의 안 보이는데, 풀이 무성한 곳에서는 훨씬 많이 발견되는데요, 우선 모기는 체표가 약하고 쉽게 건조해지기 때문에 습한 환경이 꼭 필요합니다. 풀이 많은 곳은 토양과 공기 중의 습도가 아스팔트보다 훨씬 높아 모기가 살기 좋은 미세환경을 제공하며, 풀잎 표면의 이슬이나 수분도 모기가 체내 수분을 유지하는 데 도움을 줍니다. 게다가 모기는 알을 물속(웅덩이, 고인 물, 풀숲의 작은 빗물 고임)에 낳는데요, 풀 많은 지역은 빗물 웅덩이나 작은 물웅덩이가 생기기 쉬워 알을 낳기 유리하며 따라서 풀 많은 곳에 모기가 많다는 건 곧 주변에 산란지가 있다는 신호이기도 합니다. 또한 모기는 활동성이 높지 않은 곤충이라, 쉬는 장소가 필요한데요 풀숲은 햇빛을 피하고 바람을 막아주는 그늘과 은신처를 제공할 수 있지만, 반면 아스팔트나 시멘트 바닥은 은신할 곳이 거의 없기 때문에 모기가 머물기 어렵습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 생태계에서 모기에 이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 말씀하신 것과 같이 사람 입장에서는 모기가 말라리아, 뎅기열, 일본뇌염 같은 질병을 옮기고, 여름이면 괴롭히는 해충으로만 보이지만, 생태계 전체에서 보면 모기 또한 중요한 역할을 수행하는데요, 우선 모기 유충은 연못·늪·웅덩이 같은 담수 생태계에서 풍부한 단백질원으로 작용하며 물고기, 올챙이, 잠자리 유충 등이 모기 유충을 주요 먹이로 삼습니다. 또한 성충 모기는 새, 박쥐, 거미, 개구리 같은 포식자들의 먹이가 될 수 있으며 즉, 모기가 많아야 상위 포식자들이 안정적으로 살아갈 수 있습니다. 다음으로 모기 유충은 물속에서 부패한 유기물이나 미세한 조류(플랑크톤)를 걸러 먹는데요, 이를 통해 물의 정화에 기여하고, 영양분을 다시 다른 생물로 전달하는 순환 고리가 됩니다. 즉 흡혈하는 것은 암컷 모기이고, 그것도 알을 낳을 때만 피가 필요하며, 평소에는 암컷과 수컷 모두 식물의 꿀을 먹습니다. 이 과정에서 일부 식물의 수분(꽃가루 매개)에도 기여합니다. 게다가 모기가 특정 지역에서 많아지면, 그것을 먹는 포식자 개체군도 늘어나고, 반대로 모기가 줄면 포식자 개체군도 줄어드는 식으로 생태적 균형을 유지하는 데 역할을 합니다.
생물·생명
Q. 물고기가 체내 삼투압을 조절하는 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 바닷물고기와 민물고기는 저마다 다른 방식으로 체내 삼투압을 조절하게 됩니다. 즉 물고기들은 사는 환경(바닷물 vs 민물)에 따라 삼투압 조절 방식이 완전히 다른데요, 우선 바다의 경우 바닷물은 체액보다 염도가 높습니다(고장액 환경). 즉 이러한 환경에서 물은 몸에서 빠져나가려 하고, 염분은 몸 안으로 들어오려 합니다. 이러한 상황에서 해수어는 바닷물을 직접 마셔 수분을 보충하며, 아가미 세포(염류세포, chloride cells)가 나트륨(Na⁺), 염화이온(Cl⁻)을 적극적으로 바깥으로 내보냅니다. 또한 신장에서 수분을 최대한 재흡수하고, 염분은 농축된 형태로 소량의 오줌으로 배출합니다. 다음으로 민물은 체액보다 염도가 낮습니다(저장액 환경). 이러한 상황에서 물은 몸 안으로 계속 들어오고, 염분은 몸에서 빠져나가려 하기 때문에, 민물고기는 불필요한 수분 유입을 막기 위해 따로 물을 마시지 않습니다. 아가미 세포가 적극적으로 나트륨(Na⁺), 염화이온(Cl⁻) 등을 외부 물에서 끌어들이며, 체내에 과잉으로 들어온 물을 희석된 오줌 형태로 대량 배설합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 가끔보면 상대적으로 낮은 나무에도 매미가 븥어있긴하던데요
안녕하세요.매미가 낮은 나무에 붙어 있는 경우나 한곳에 맴도는 행동은 꼭 “길을 잃어서”라기보다, 상황과 생애주기에 따른 다양한 이유 때문인 것인데요, 매미는 날개짓에 에너지를 많이 쓰기 때문에, 먹이 활동(즉, 수액을 빠는 것)이나 울음 후에 가까운 나무나 기둥에 잠시 붙어 쉬기도 합니다. 또한 특정 낮은 나무나 관목도 껍질이 부드럽거나 수액이 풍부하면 좋은 먹이원이 될 수 있으며, 원래 높은 곳이 더 안전하지만, 이미 포식자를 피하다가 어쩔 수 없이 낮은 위치에 착지했을 수도 있습니다. 또한 질문 주신 것처럼 울음소리를 듣고 접근했지만, 원하는 암컷을 찾지 못하거나 경쟁 수컷이 있어서 그 주변을 맴도는 경우가 있으며, 해당 나무의 수액이 풍부하면 떠나지 않고 그 근처를 계속 선회하며 먹기도 합니다. 이외에도 매미는 우리가 생각하는 것처럼 ‘길을 찾는 능력’을 가진 건 아니고, 환경 자극과 본능적 행동 패턴에 따라 이동하는데요, 따라서 나무를 잘못 선택했다고 해서 ‘길을 잃었다’기보다는, 적절한 먹이·짝·휴식처를 찾지 못해 임시로 머무는 경우가 많으며 즉, 낮은 나무나 이상한 위치에 있다고 해도, 꼭 잘못 온 건 아니고 순간적인 생존·휴식 선택일 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 기린이 긴 목을 가지고 있는데 혈액을 공급할 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.말씀해주신 것처럼 기린이 그 길고 높은 머리까지 안정적으로 혈액을 공급할 수 있는 비결은 강력한 심장과 정교한 혈압 조절 시스템을 가지고 있기 때문인데요, 기린의 심장은 무게가 약 10~12kg, 길이는 60cm에 달하며, 매우 두꺼운 근육벽을 가지고 있는데요, 이 심장은 분당 약 2배 이상 높은 혈압(최대 250mmHg)을 만들어, 지상에서 2~3m 위에 있는 뇌까지 혈액을 밀어 올립니다. 이렇게 높은 혈압이 없으면 중력 때문에 혈액이 머리까지 도달하지 못합니다. 목동맥(Carotid artery)은 머리로 향하는 동맥벽이 매우 두껍고 탄성이 강해, 압력 손실을 최소화하며, 해면체( rete mirabile, '기묘한 그물')은 뇌 기저부에 모여 있는 모세혈관 네트워크로, 혈류 속도를 줄이고 압력을 완화해 뇌출혈을 방지하고 정맥 판막은 목 정맥에는 다수의 판막이 있어, 머리를 숙일 때 피가 거꾸로 몰리는 것을 막습니다. 또한 기린이 물을 마실 때처럼 머리를 숙이면, 높은 혈압 때문에 뇌가 손상될 위험이 있는데요, 이를 막기 위해 목 정맥의 판막이 닫히고, 해면체가 압력을 흡수하여 갑작스러운 혈류 증가를 완충합니다. 게다가 긴 목은 높은 나뭇잎을 먹는 데 유리했을 뿐만 아니라, 수컷끼리 목으로 싸우는 ‘넥킹(necking)’ 경쟁에서도 중요한 역할을 하지만 긴 목은 혈액 공급 문제를 동반했기 때문에, 기린은 심혈관계와 혈압 조절 메커니즘이 동시에 발달하게 되었습니다. 즉 기린은 강력한 심장, 두꺼운 혈관벽, 해면체 구조, 그리고 다단계 혈압 조절 시스템 덕분에, 지상에서 2~3m 위에 있는 뇌까지 안정적으로 혈액을 공급할 수 있는 것입니다.
생물·생명
Q. 선인장에서 광합성은 어느 부위에서 일어나나요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 사막에 사는 선인장은 잎이 가시로 변해 있기 때문에 광합성은 가시에서 일어나지 않고, 주로 줄기에서 일어나게 됩니다. 사막 환경에서는 수분 손실을 최소화해야 하므로, 넓은 잎 대신 가시를 만들어 증산작용(물 증발)을 줄이게 되는데요 가시는 또한 동물의 먹이 섭취를 막는 방어 역할도 합니다. 사막에 적응한 선인장의 줄기는 두껍고 녹색이며, 엽록소를 풍부하게 함유하고 있어 광합성이 가능한데요, 줄기 표면에는 기공이 있어 CO₂를 받아들이고, 내부의 엽록체에서 빛 에너지를 이용해 포도당을 합성합니다. 선인장은 사막 환경에 적응한 CAM(Crassulacean Acid Metabolism) 광합성을 하는데요, 밤에는 기공을 열어 CO₂를 흡수하고 말산 형태로 저장 → 낮에 수분 손실 방지하고 낮에는 기공을 닫고 저장된 CO₂로 광합성을 진행하는데, 이 방식 덕분에 선인장은 낮 동안 뜨거운 햇볕 아래서도 물 손실을 최소화하며 광합성을 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 낙타라는 동물은 어떻게 하여 선인장을 상처없이 먹을 수 있나요
안녕하세요. 낙타가 가시가 많은 선인장을 상처 없이 먹을 수 있는 것은 입 구조와 소화기관의 특화 덕분인데요, 낙타는 사막에서 살아남기 위해 척박한 식물도 효율적으로 섭취하도록 진화했습니다. 우선 낙타의 입술은 두껍고 근육질로 되어 있어, 가시가 있어도 피부가 쉽게 찢어지지 않는데요 입술을 이용해 가시 사이를 피하면서 식물 조직을 잡아 뜯을 수 있습니다. 또한 혀와 입천장에는 거친 표면과 점막이 있어 가시를 막거나 분산시키면서 씹을 수 있으며, 특히 혀 끝이 유연하게 움직여 가시가 많은 잎이나 줄기에서도 필요한 부분만 선택적으로 먹을 수 있습니다. 또한 낙타는 반추동물처럼 복잡한 위 구조를 가지고 있어 섬유질과 거친 식물을 효율적으로 분해할 수 있는데요, 가시가 포함된 식물도 삼킨 뒤 위에서 기계적·화학적 소화를 통해 안전하게 처리가 되며, 이렇게 하면 입에서 상처를 입지 않고도 영양소를 흡수할 수 있습니다. 게다가 낙타는 선인장을 먹을 때 잎과 줄기를 삼키기 전에 씹어서 가시 배열을 정렬하거나 일부 가시를 피하는 방식으로 먹는데요, 이런 행동적 전략과 입 구조, 소화기관의 특화가 결합되어, 사막 환경에서 살아남기 위해 가시가 많은 식물도 문제없이 섭취할 수 있게 된 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 새박사라고 불리는 윤무부 교수님은 국내에 독보적인 존재였나요?
안녕하세요.네, 맞습니다. 윤무부 교수님은 우리나라에서 “새박사”로 불릴 만큼 조류학 분야에서 독보적인 존재로 평가되시는 분인데요 조류학은 생태학, 동물학 중에서도 비교적 전문성이 깊고, 연구 인력 자체가 많지 않은 분야인데, 특히 철새와 이동 생태, 조류 보전 연구를 체계적으로 수행한 학자는 국내에서 드뭅니다. 우선 윤무부 교수님은 서울대학교 농과대학 출신으로, 학계 활동 초기부터 국내 조류의 생태, 번식, 이동 경로, 보호 문제를 전문적으로 연구해오셨으며 국내 조류 연구가 학문적으로 체계화되기 전부터 철새 연구를 선도했고, 일반 대중과 언론에서도 ‘새박사’라는 별칭으로 알려지면서 학문적 공로와 대중적 인지도를 동시에 가진 몇 안 되는 학자입니다. 또한 우리나라에서 조류, 특히 철새를 전문적으로 연구하는 학자는 매우 제한적인데요, 대부분의 조류 연구자는 일부 대학 연구실이나 국립생태원, 환경단체 연구원 정도에 국한되어 있으며, 철새의 이동 경로, 장거리 이동 패턴, 생태적 보호 전략을 종합적으로 연구하는 연구자는 드뭅니다. 이런 점에서 윤무부 교수님은 국내에서 독보적인 조류 전문가이자 학문적 기반을 만든 인물로 평가받으셨습니다. 감사합니다.