안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
생물·생명
Q. 동물실험을 할 때 왜 가장 흔히 쥐가 쓰이는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.2001년 인간의 게놈 지도를 완성한 뒤 2002년 쥐의 게놈 지도를 완성했는데 쥐는 인간과 다른 모습을 하고 있음에도 유전자 만큼은 80% 이상이 동일한 것으로 나타났습니다. 이런 특징 때문에 사람이 걸리는 고혈 압, 비만, 당뇨, 암, 우울증 같은 여러 가지 질병에 걸리 기도 하며 치료 약을 투입했을 때 나타나는 효과가 인 간에게도 비슷하게 나타날 가능성이 높다고 합니다.물론 고릴라의 유전자가 인간 유전자와 98%가 같다곤하지만 고릴라의 경우 다루기도 어렵고 사육하는 것은 쉽지 않아 쥐를 사용하는 것입니다. 실제로 통계에 따 르면 2018년 국내에서 사용된 실험용 동물 중 98%가 설치류였습니다. 쥐는 몸집이 작기 때문에 사육하는데 공간이 많이 필요하지 않아 경제적으로 어려움이 없고 약하기 때문에 다루기가 쉽습니다.또 쥐는 임신 기간이 짧은 데다 한 번에 5~10마리의 새 끼를 낳고 그 새끼가 다시 새끼를 낳기까지 9주밖에 걸 리지 않는다고 합니다. 이렇게 빠른 번식력을 보여주는 덕분에 약을 먹었을 때 후손에게 어떤 결과가 나타나는 지를 빠르게 볼 수 있습니다. 실험에 사용되는 쥐는 크 게 두 종류입니다.
지구과학·천문우주
Q. 이스라엘에 있는 사해에도 생명체가 살고 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아름다운 경치에도 불구하고 '죽음의 바다'라는 이름이 붙은 데서도 알 수 있듯이 여기서 몸 담그고 사는 수중생물은 없다. 요르단 강에서 살고있는 물고기가 흘러들어오지만, 드높은 염도에서 비롯된 엄청난 삼투압 때문에 얼마 못 버틴다. 글자 그대로 요르단 강을 넘어 오면, 수중생물들은 곧 전신의 수분을 사해의 물에 바치고 산 채로 젓갈이 되어 생을 마감하게 된다.그럼에도 생명은 방법을 찾는 법인지라, 일부 끈질긴 미생물들은 이런 험악한 환경에서도 적응해서 살아가며, 그걸로도 부족해 이 미생물을 먹고 사는 특이한 파리도 존재한다. 이 파리는 몸에 촘촘한 털이 있어 물 속에 들어가도 몸 주변에 공기 주머니가 생겨서 사해물이 몸에 직접 닿는 것을 막는 방법으로 잠수가 가능하다. 그리고 이런 고염도에 적응한 생물들과는 별도로 2011년에는 한 연구팀이 스쿠버 다이빙으로 호수 깊은 곳까지 조사한 결과 민물 지하수가 뿜어져 나오는 구멍을 발견했으며, 그 주변의 지하수와 섞여서 염도가 낮아진 물에는 더욱 다양한 미생물 생태계가 만들어져 있었다고 한다.
화학
Q. 나이들면서 점이 더 생기는 이유가 뭐죠?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.점은 태어나면서부터 가지고 있기도 하고 후천적으로 생기기도 한다. 점은 태어나면서부터 선천적으로 가지고 있기도 하고 어린이에서 청소년기로 갈수록 조금씩 더 생겨나 보통 30세 정도에는 누구나 10~20개의 점을 갖게 된다.점은 멜라닌세포가 증식해서 만들어지며 몸의 어디에나 생길 수 있다. 편평하거나 약간 볼록하고, 옅은 갈색에서 짙은 갈색까지 다양하며 크기는 대개 1cm 미만이고 털이 나 있을 수도 있다.호르몬 변화가 큰 사춘기나 임신 중에는 자연스럽게 점의 변화가 생길 수 있지만 드물게는 피부암과 관련이 있을 수도 있기 때문에 점의 크기가 갑자기 커지거나 큰 변화가 있을 때는 병원에서 진료를 받아 보는 것이 좋다. 점에 관한 진료는 피부과에서 받을 수 있다.2. 햇볕을 쬐었더니 얼굴, 손등, 가슴에 작고 둥근 옅은 점들이 생겼어요.“주근깨”햇빛에 노출된 피부의 멜라닌 색소 합성이 증가하면 주근깨가 생길 수 있다. 주근깨는 햇빛에 노출된 피부에 주로 나타나는 황갈색의 작고 둥근 색소 반점으로 뺨이나 팔 윗부분, 앞가슴, 등 위쪽 등에 생긴다.흑인이나 동양인보다는 백인에게 흔하게 생기며 5세 이후에 나타나 사춘기 전후에 많이 생기지만 나이를 먹으면 저절로 사라지는 경우도 많다. 피부에 흡수되는 자외선의 양과 관계가 있기 때문에 여름철에는 진해지고 겨울철에는 옅어지기도 한다.자외선 차단제를 충분히 바르고 모자, 소매가 긴 옷, 양산 등으로 햇빛에 대한 노출을 줄여 주근깨 발생을 예방할 수 있다.
물리
Q. 공기는 같은 공간의 다른 물체들의 움직임이 없으면 공기도 움직임이 사라지나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.밀폐상태가 아닌 일반적인 공간에서는 물체가 움직이면 공기가 이동합니다. 밀폐상태에서는 공기의 흐름이 없습니다.
생물·생명
Q. 새들이 겨울에 비가오면 어떻게 견디나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.비가오는날 새들은 나무가지, 잎 사이, 지붕 밑, 동굴, 하수도, 나무 구멍, 등등 다양한 곳에서 비를 피하게 됩니다.
화학
Q. 체온이 높아졌을 때는 소변이 더 마려운가요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.날씨가 추워지면 우리 몸은 체온을 유지하기 위해 에너지를 더 많이 소비한다. 대사량이 증가하면서 자연스럽게 노폐물도 많이 쌓인다. 그러나 겨울엔 땀샘의 체온조절 기능이 축소돼 땀으로 배출되는 노폐물이 급격하게 줄어든다. 그러므로 겨울철 소변을 자주 보는 이유는 노폐물을 배출하기 위해서다. 나이 든 사람이 소변을 더 자주 보는 경향이 있는데 노화로 방광의 용량이 줄었기 때문이다.◇소변 마려운 것 같은 착각도 잦아져추운 날엔 화장실에 갔는데 정작 마려웠던 것만큼 소변이 안 나오는 경우도 잦다. 이는 신장 위에 있는 부신이라는 기관에서 나오는 호르몬 때문이다. 기온이 떨어졌을 때 더 분비되는 노르에피네프린과 에피네프린은 요도 압박과 방광 내압을 증가시킨다. 원래 방광은 소변이 다 채워지면 팽창감을 느끼지만, 내부 압력이 증가로 소변이 다 채워졌다고 인식해 뇌에 배출 신호를 전달한다. 그러므로 겨울철엔 실제 소변의 양과 관계없이 자주 소변이 마렵다고 느낄 수 있다.
화학
Q. 번개탄이 어떻게 사람을 죽게 만들 수가 있는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.번개탄을 밀폐된 곳에서 피우게 되면 일산화탄소가 나와서 폐에 들어기게 되면 산소가 들어오지 못해 질식사 하게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 빅뱅이론 무엇인지 알려주세요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.빅뱅(Big Bang) 우주론은 오늘날 관측되는 우주의 팽창성을 토대로 추정되는 우주의 기원 가설로, 이를 되짚어 태초에는 모든 에너지가 한 점에 모여 있었으며, 이것이 137억 9900만 년(±210만 년) 전 대폭발을 일으켜 우주를 형성했을 것이라는 이론이다.1920년 러시아의 수학자 프리드만이 최초로 주장한 이래 이를 지지하는 많은 증거가 관측되며 정상우주론을 제치고 정설로서 자리잡았다. 오늘날의 빅뱅 우주론은 초기의 빅뱅 우주론을 토대로 탐사선을 통한 정밀한 관측과 물리학계의 검토를 토대로 보완되었으며, '표준 우주 모형(Standard model)' 또는 '우주상수-차가운 암흑 물질 우주론(Lambda-Cold Dark Matter Cosmology, LCDM)'으로 불린다. 대략 우주 밀도의 70%를 차지하는 우주상수와 25%를 차지하는 '암흑 물질'이 우주의 주된 구성 물질이라는 뜻이다.현재 관측되는 우주 팽창 속도는 1메가파섹당 초속 68~74km[2]다. 즉, 관찰자로부터 1메가파섹(326만 광년) 떨어져있는 물체는 약 초속 70km의 속도로 멀어지는 것으로 보인다는 의미이다. 관찰자로부터 먼 물체일수록 더 빨리 멀어지는 것으로 보이는 것은 우주 전체가 팽창하므로 당연한 일이며 지구에서 뿐 아니라 어디에서든 마찬가지다. 여기서 "물체가 멀어지는 것으로 보인다"는 표현을 썼지만 실제로는 공간(우주 자체)이 팽창하는 것이다.[3] 그래서 "멀어지는" 속도가 광속을 넘어설 수도 있다. 질량이 있는 물체는 빛보다 빠를 수 없는 거 아닌가? 라고 생각할 수 있으나, 빛이 지나가는 공간 자체가 늘어나며 상대속도가 늘어나는 거라서 물리법칙을 거스르지 않는다.1927년, 벨기에 뢰번 가톨릭 대학교의 조르주 르메트르(Georges Lemaître)[5]라는 물리학자 겸 신부가 처음으로 주장하였고, 이것이 현재의 빅뱅 이론으로 발전하였다.[6] 빅뱅 우주론이 정설로 자리잡은 현재와는 달리, 당시 르메트르가 처음 이 이론을 주창할 당시에는 빅뱅은 마치 그리스도교에서 말하는 절대자의 천지창조, 곧 창세기의 “빛이 있으라”를 연상케 하는 부분이 있어서 과학계로부터 심정적인 저항을 상당히 받았다. 하필이면 르메트르가 가톨릭 사제였던 것 역시 과학계에서 편견을 가지기에 좋은 조건이었다.[7]그러다보니 당연히 처음부터 수용된 것은 아니며, 빅뱅 이론과 반대되는 정상우주론, 곧 우주가 예전부터 그 상태 그대로 유지되고 있다는 이론과 한때 팽팽하게 대립했었다. 르메트르도 이와 같은 사정을 모르지 않았기에, 과학으로서의 우주론과 신앙으로서의 창조는 전혀 연관이 없으며 연관 짓지도 말아달라고 교황청과 과학계를 설득하는 한편, 본인도 물리학자로서 빅뱅 우주론에 관해 말할 때는 성직자로서의 자신을 최대한 드러내지 않으려고 애썼다.[8]
지구과학·천문우주
Q. 지진은 왜 일어나게 되는 것이며 어떻게 그렇게 큰 에너지를 낼 수가 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구 내부에서 암석의 급격한 파괴로 발생하는 지진에 의해 탄성체인 지구 내부 또는 표면을 따라 전파되는 탄성파를 지진파라 한다. 지진파는 전파 특성에 따라 실체파와 표면파로 나눌 수 있다.실체파는 지구 내부 깊숙이 전파되어 지표에 도달하며, P파와 S파가 있다. P파의 명칭은 가장 먼저 도착한다는 의미인 Primary wave에서 유래되었으며, 지각에서의 전파속도는 5~7km/sec 이다. P파는 어떤 매질을 전파해 갈 때, 전파 방향으로 입자들 사이의 간격을 탄성적으로 압축과 팽창을 반복하여 부피의 변화를 일으킨다. S파의 명칭은 두 번째로 도착한다는 의미인 Secondary wave에서 유래되었으며, P파의 전파속도보다 약 1.7배 느리다. S파는 지진파의 전파 방향에 직각으로 매질을 진동시킴으로써 매질의 모양의 변화를 일으키며, 지진기록에서 P파의 진폭보다 크게 나타난다.표면파는 지구의 표면을 따라 전파되며, 레일리파와 러브파가 있다. 레일리파가 전파할 때, 지표면의 입자는 파의 전파 방향을 포함하는 지표면에 수직인 평면 내에서 타원을 그리며 역행 운동을 한다. 러브파가 전파할 때의 지표면의 입자는 파의 전파 방향에 직각으로 수평면 내에서 좌우로 진동한다. 러브파는 S파의 수평운동 성분인 SH파로서 레일리파보다 빠르게 전파되며, 매질의 운동이 수평성분만 가지므로 수직성분에는 거의 기록되지 않는다.지진파의 전파 속도는 매질의 밀도와 탄성, 지진파 유형에 따라 달라진다. 이 전파 속도는 지구의 지각과 맨틀을 통과하면서 깊어지면 더 빨라지는 경향이 있지만, 맨틀에서 지구의 외핵으로 넘어갈 경우 지진파의 속도가 급격하게 줄어든다.지진파는 각기 속도가 다른 여러 유형의 파동으로 이루어져 있다. 지진 관측점에서 지진파를 기록하면 각 지진파형별로 서로 다른 이동 시간으로 도착하는 모습을 볼 수 있는데 이를 통해 지진의 진원을 찾는데 도움이 된다. 또한 지구물리학에서 지진파의 굴절이나 반사 현상을 관측하여 지구의 구조를 추정한다. 과학자들은 지구 내부 얕은 곳의 구조를 파악하기 위해 인공적인 폭발로 지진파를 만들어 이를 관측하기도 한다.
생물·생명
Q. 일란성 쌍둥이의 경우 모든 유전자가 정확하게 일치하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.일란성 쌍둥이는 같은 수정란에서 나온 만큼 많은 것이 똑같다. 성별이 같고 엄마 뱃속에서 갓 나온 쌍둥이의 외모는 알아보기 힘들 정도로 거의 똑같이 생겼다.이것은 쌍둥이가 갖고 있는 유전자 염기서열이 똑같기 때문이다. 염기서열은 DNA를 구성하는 성분들이 나열돼있는 순서인데 몸의 특성을 결정하는 중요한 역할을 한다.따라서 일란성 쌍둥이는 ‘인간복제에 가장 근접한 존재’라고 표현되기도 한다. 그렇다면 복제동물과 쌍둥이 중 누가 더 똑같을까?사실 복제 동물과 쌍둥이는 둘 다 유전자가 같다. 그런데 갓 태어났을 때를 비교해 보면 복제 동물이 좀 더 똑같다고 볼 수 있다.동물을 복제할 때는 균이 없는 특별한 공간에서 동물을 자라게 하고, 몸의 일부를 떼어내 배양할 때 외부의 어떠한 영향도 받지 않도록 한다.그렇기 때문에 유전자가 덜 망가지고 원래 모습 그대로 태어날 수 있는 것이다.그러나 복제 동물도 쌍둥이도 나이가 들면서 점점 변한다.사람은 나이가 들면서 스트레스와 먼지, 바이러스와 같은 외부 환경에 의해 성격과 질병들이 정해지는데, 이런 외부 환경이 기존에 갖고 있는 유전자보다 더 큰 영향을 미친다.이러한 내용을 다루는 학문이 ‘후성유전학’인데, 복제 동물도 이 이론에 적용된다는 것이다.목포대학교 허윤미 교수는 “같은 수정란에서 시작된 쌍둥이와 달리 복제 동물은 이미 성장해서 유전적으로 변화가 생긴 동물의 세포를 배양한 것이다.따라서 복제 동물이 자라면서 나타나는 차이가 일란성 쌍둥이의 차이보다 더 클 수 있다.”라고 설명했다.그렇다면 일란성 쌍둥이가 복제 인간보다 유전적으로 더 똑같다고 볼 수 있을 것이다.● 일란성 쌍둥이도 DNA가 다를 수 있다?그 동안 우리는 일란성 쌍둥이의 DNA는 완전히 똑같다고 생각했다. 그래서 태어나는 순간의 염기서열이 100% 일치한다고 생각한 것이다.그런데 최근 일란성 쌍둥이도 아주 미미하지만 태어나기 전부터 유전적인 차이를 갖고 태어난다는 연구 결과가 연이어 발표되고 있다.유로핀스(EUROFINS, 유해물질 분석 시험 연구기관)의 과학자들은 일란성 쌍둥이인 아빠와 삼촌 그리고 한 명의 아들, 이렇게 3명의 정자를 채취해 DNA를 분석했다.그 결과, 쌍둥이 아빠와 아들에게서 쌍둥이 삼촌이 갖고 있지 않은 유전적인 돌연변이를 발견했다. 즉, 아빠와 삼촌이 쌍둥이지만 DNA가 다르다는 사실을 확인한 것이다.과학자들은 이 돌연변이가 쌍둥이 중 한 명에게만 나타난 것에 대해 수정란이 분리된 직후에 한 쪽 유전자에만 변화가 생겼다는 것을 의미한다고 설명했다.아직 태아로 발달하기 전에 외부 환경, 즉 엄마 뱃속 환경에 의해 쌍둥이의 DNA가 달라졌다는 얘기다.