안녕하세요. 황정웅 전문가입니다.
생물·생명
Q. 개미가 자기 몸무게보다 훨씬 무거운 물체를 옮길 수 있는 이유는 무엇인가요?
어떤 생물이 들 수 있는 무게는 그 생물의 근육의 단면적에 비례합니다. 근육의 단면적이 넓을 수록 더 큰 무게를 들 수 있습니다.생물의 길이와 부피를 단순화하여 직육면체로 생각한다면,근육의 단면적은 그 생물의 길이의 제곱에 비례합니다.(면적이기 때문에 가로X세로) 들 수 있는 무게는 근육의 단면적에 비례한다고 했으므로생물의 길이가 X라면 해당 생물이 들 수 있는 무게는 X의 제곱에 비례합니다.생물의 부피는 X의 세제곱에 비례합니다.(면적X높이)그래서 생명체의 부피당 들 수 있는 힘은 X의 제곱/X의 세제곱 이되며 이는 1/X입니다.그래서 들 수 있는 힘은 X값이 작을수록 커집니다.결국 생물의 크기가 작을 수록 자신의 부피에 비해서 많은 무게를 들 수 있습니다.개미가 자신의 몇 배나 되는 무게를 들고 옮길 수 있는 이유는 결국 개미가 매우 작기 때문인데요, 물론 위의 계산은 생물의 모양을 단순화 하여 생각한 것이기 때문에 개미의 몸의 구조나 근육의 배치, 근육의 구성 등이 주는 영향은 반영하지 못하지만, 몸에 비해 많은 무게를 드는 것은 크기가 작다는 점이 주요 이유입니다. 결국 몸에 비해 많은 무게를 드는 것이지, 절대적으로 많은 무게를 드는 것은 아닙니다.또 개미가 사람만큼 커진다면, 부피대비 들 수있는 무게의 비율은 작았을 때보다는 많이 낮을 것입니다.곤충이 자기몸의 몇배나 되는 높이를 뛸 수 있는것도 같은 이유입니다.
생물·생명
Q. 올해 전세계적으로 김 생산량이 줄어들었다는데, 어떤 이유 때문인가요?
기상 이변으로 인한 수온의 비정상적인 변화 때문으로 보고 있습니다. 이상기후로 인해 수온변화가 그동안의 양상과 다르게 일어났고, 김이 한창 성잘할 시기인 11월달 바닷물 수온이 많이 낮아져 성장이 느려졌고, 이후에는 수온이 평년보다 높아지면서 병충해가 일어났다고 합니다.또한 올해 김값의 상승은 최근 해외의 김밥열풍으로 김의 수출이 늘어난 것도 영향이 있을것이라고 평가합니다
생물·생명
Q. 뇌를 일부 절단을 해도 사람이 생각하거나 살 수 있나요??
기본적인 생존기능을 담당하는 부분이 아니라면 잘라내어도 생존은 가능하지만 뇌의 절단 부위에 따라 다양한 후유증이 나타날 수 있습니다. 옛날에는 중증정신질환이 있는 환자의 전두엽을 절제하는 수술이 시행된 적도 있었습니다.하지만 잘 알려진대로 전두엽은 인간의 자아를 담담당하며 사고기능과 지각력을 담당하는 인간성 자체를 나타낸다고 볼수도 있는 뇌의 중요한 부분입니다.전두엽을 자르자 폭력성이나 여러 증상들이 사라졌지만 환자는 아무 감정없이 무기력한 상태가 되어 마치 영혼없는 사람이 되었습니다.뇌의 경우 손상이 되면 손상부위가 회복되지 않고 각 부분이 어떤 경계로 어떤 작용을 하는지 딱 떨어지게 나눌 수는 없기 때문에 넓은 부위의 뇌 절제는 몸의 기능에 많은 영향을 줍니다.그래서 뇌 절제는 가능한 최소한으로, 그리고 절제해서는 안되는 부분은 국소적으로 절단 하기도 합니다.하지만 어린 시절에 뇌의 한쪽의 넓은 병소 발생은 뇌의 절반을 제거해야 하는 경우가 있습니다.이를 반구 절제술이라 하는데 이 때 좌뇌 혹은 우뇌를 대부분 제거하게 되는데, 이 때 수술받은 환자들은 생존확률이 높고 인식기능의 예후도 좋다고 합니다. 이는 뇌가소성 때문인데 성장하면서 뇌도 자라며 자신의 기능을 정하기 시작하는데 어린시절에 반쪽 뇌를 절제하여, 남은 부분들이 성장하며 다른 뇌에서 하는 기능을 대체했기 때문이라고 합니다.
생물·생명
Q. 바이러스도 유기물을 분해하는 역할을 하나요?
바이러스는 살아서 기능을 하는 세포에 침투하여 해당 세포를 이용해 자신을 복제하기 때문에바이러스는 죽은 세포에서는 생물학적 활동이 불가능 합니다.그래서 동물 사체나 음식물을 분해하는 역할을 하지는 못합니다. 바이러스를 생명체로 보는가는 여러 논쟁이 있지만, 어찌되었든 생명체와 많이 상호작용 하고 있기 때문에 생태계에 영향을 준다고 할 수 있습니다.바이러스 중 박테리오파지의 종류들은 세균에 특이적으로 감염하여 세균을 죽이는 바이러스입니다. 바이러스 중 박테리아를 감염시키는 종류가 많기 때문에 세균의 수를 조절하고 세균이 가지고 있는 유기물의 순환을 가속화 한다고 볼 수 있습니다.또 바이러스는 감염 과정에서 자신의 유전물질을 숙주의 유전자에 끼워넣기도 합니다.이 과정에서 숙주에는 원래 없던 유전자가 생기게 되는데 이것이 돌연변이를 더 빠르게 유발하고 진화과정을 가속화 시켰다는 이론이 있습니다.
생물·생명
Q. 동성애가 과학적으로 왜 발생하나요?
여러가지 이유가 있겠지만 인간의 경우 모든 문화권에서 일정 비율 나타나며 동물들에게도 나타나며 이런 현상은 사라지지 않고 계속 나타나기 때문에 어떤 생물학적 이익이 있을 것으로 생각됩니다.동물계로 우선 예시를 들면 동물계에서도 비교적 흔하게 발견되며 아주 많은 종에서 발견되는 현상입니다.펭귄, 갈매기, 오리, 사자 등 많은 사례가 있습니다.또 생식기능에 이상이 있는 것이 아니기 때문에 짝짓기는 암컷 수컷이 하고, 알이나 육아는 동성끼리 하는 경우도 있습니다.동물의 경우 스스로 성 전환을 하는 종도 있는 만큼 인간보다는 성에 대한 관념이 더 유연하다고 볼 수 있습니다.동성애자가 포함된 가계도에서 동성애자의 동성애자가 아닌 다른 형제들의 경우 평균보다 많은 자식을 낳아서 양육하는 경우가 많았다는 연구가 있습니다. 이 때문에 동성애 성향을 만드는 유전자가, 동시에 더 많은 자식을 낳도록 생식력을 높히는 역할도 한다는 추측이 있습니다.또 사회생물학자들의 가설로 원시 부족생활에서 남자들이 사냥을 나가면, 여성들만 남게 되는데 이 때 다른 부족이 침입하여 여성들을 납치할 수 있고 혹은 여성들이 다른 부족의 아이를 낳을 수도 있기 때문에, 집단 내에 동성애자가 있다면 이들을 남겨두고 사냥을 나가 부족을 보호하는 역할을 하게 했다고 합니다. (동성애자는 집단 내 여성과 관계하여 자손을 만들지 않을 것이므로)이 가설은 사회를 이루는 생물에게 적용될 수 있습니다.
생물·생명
Q. 벌레들은 과일의 어디에다가 알을 낳나요??
주로 과일의 껍질에 알을 낳습니다.과일은 주로 유충들이 먹게되며성체가 과일을 갉아먹고 들어가 알을 낳기는 힘들기에 껍질에 알을 낳습니다.보통 안전한 꼭지부분이나 오목한 공간 혹은 브로콜리처럼 많은 틈이 있는 곳에 알이 많을 수 있습니다.과일에서 많이 발견되는 초파리의 알은 굉장히 작기 때문에 맨눈으로 발견하기는 정말 힘듭니다.유충의 경우도 태어나 활동하더라도 매우 작기 때문에 마찬가지로 발견하기 힘듭니다.사실 외부에 노출된 과일은 대부분 초파리 알이 있다고 생각하면 됩니다.때문에 우리는 이미 알게모르게 과일을 먹으면서 많은 초파리 알을 먹어왔습니다.(특히 껍질도 먹는 과일은)하지만 상한 과일을 먹는게 아니라면 딱히 해가되지 않기에 이런 사실은 오히려 생각하면 더 거슬리므로 신경쓰지 않고 먹는 것이 좋겠습니다.쌀뜨물에 과일을 담궈 둔 뒤 씻어서 먹을 경우 초파리 알을 많이 제거할 수 있습니다. 씻어둔 과일에도 다시 초파리가 알을 낳을 수 있기 때문에 씻은 과일은 빠르게 섭취하거나 밀폐보관 혹은 냉장보관 하는 것이 좋습니다.
생물·생명
Q. 산소 대신 이산화탄소를 흡수하는 동물이 있나요?
호흡에 산소를 사용하는 이유는, 산소가 화학적으로 가진 특성 때문입니다.호흡으로 에너지를 얻는 과정은 아주 느린 연소라고 비유하기도 합니다.어떤 물질을 태울 때 산소가 필요한 것처럼 호흡으로 에너지를 얻는데는 산소의 화학적 성질이 필요합니다. 산소원자의 경우 전자를 잘 받아들이는 성질이 있습니다.때문에 산소는 다른 원자에서 전자를 빼앗아 산화(전자를 빼앗긴상태)시키는 특징이 있습니다. 세포호흡 과정중 전자전달계 라는 과정이 있는데, 전자를 최종적으로 산소가 받아서 H2O가 되며 이것이 계속 일어나야 전자전달계가 계속 작동 할 수 있습니다. 이산화탄소는 CO2로 탄소가 산소에 의해 이미 산화 된 상태이며 산소도 이미 전자를 얻은 상태로, 위에서 전자를 받는 작용을 수행할 수 없기 때문에 이산화탄소를 호흡에 사용할 수는 없습니다.그래서 이산화탄소는 식물에서 광합성의 원료로 사용되며, 이 경우 반대로 O2가 발생하는 것입니다.다만 산소 대신에 다른 물질로 호흡을 하는 미생물들이 존재합니다.이들은 절대혐기성 미생물 들이며, 산소에 민감하여 산소가 있으면 죽습니다.이들은 산소와 비슷한 성질을 가진 다른 물질을 세포호흡에 사용합니다.주로 황산염, 질산염, 황 등을 산소 대신에 사용합니다.
생물·생명
Q. 씨앗의 발아조건에 햇빛이 없어도 되나요?
씨앗의 종류에 따라 햇빛이 필요한 경우도 있고 필요하지 않는 경우도 있습니다.씨앗 발아에 필수적인 조건은 온도와 수분인데요.하지만 빛의 유무가 발아에 영향을 주기도 합니다.빛이 없어야 잘 발아하는 종이 있고, 빛이 있어야 잘 발아하는 종이 있습니다.땅 속 깊은곳 에서 발아하는 씨앗들은 햇빛이 오히려 없는 것이 발아에 도움이 됩니다.이런 종들은 주로 뿌리를 깊게 내려야 하는 식물들인데요.땅의 깊은 곳에 묻혀야 뿌리를 더 깊게내리기 유리하며 깊은 곳에 묻혔는지의 판단을 빛의 양으로 합니다.하지만 발아를 하기 위해 빛을 받아야 하는 씨앗들도 있습니다. 식물의 생장에는 빛이 필요하므로 빛이 잘 드는 자리에서 발아하기 위한 기작으로 생각됩니다.보통 크기가 작아서 땅속 깊이 묻히기 힘든 씨앗들이 해당됩니다.
생물·생명
Q. 모유수유 중에는 자연적으로 피임이 되나요?
모유 수유를 하면 임신 가능성이 낮아지는 것은 사실입니다.이는 수유 호르몬의 분비가 배란을 억제하고 생리주기를 멈추기 때문인데요.모유 수유를 하면 유즙을 분비하는 프로락틴이라는 호르몬의 수치가 증가하며 이는 난소에 작용하여 난포 성장을 억제하고 결과적으로 배란이 일어나지 않도록 합니다.하지만 이 방법은 피임 확률을 100%보장하지는 않습니다.생각보다 자주 오랜시간 젖을 물려야 호르몬이 충분히 분비되어 배란이 억제됩니다.출산 후 월경이 일어나지 않은 상태에서 아기에게 모유만 먹이고,밤낮으로 적어도 3~4시간마다 적어도 15분 이상 수유를 해야합니다.이런 조건이 지켜지더라도 낮은 확률로 임신이 될 수 있으며,지켜지지 않는다면 임신할 확률은 더 높아집니다.그렇기 때문에 완벽한 피임을 원한다면 다른 피임 방법을 추가로 고려하는 것이 도움이 됩니다.같은 이유로 출산 후 수유 시 프로락틴의 분비로 인해 월경 주기가 불규칙하거나 달라질 수 있습니다.
생물·생명
Q. 우리 인체는 자석에 의한 영향을 받나요??
자석은 자기장을 만들어 금속과 같은 물체를 끌어당깁니다.자기장의 세기 단위는 1Wb/m^2를 사용합니다. 또 1T(테슬라)로 쓸 수 있습니다.MRI기계의 경우 매우 강력한 자기장을 만들 수 있는데 최대 3T정도의 자기장을 만들 수 있습니다.지구에서 가장 강한 자석은 45T의 자기장을 만들 수 있습니다. (실험을 위해 만들어진 설비입니다.)물은 자성에 척력을 받아 밀려나가는 영향을 받으며, 이 때문에 혈액이 밀리는 힘을 받을 수 있습니다. 적혈구의 헤모글로빈에 포함된 철이온도 물과 산소와 결합한 상태이며 반자성을 띠어 밀려나가는 힘을 받습니다.하지만 이는 인체에 영향을 줄 정도로 강하지는 않습니다.몸에 있는 이석은 영향을 받아서 회전감각을 상실할 수 있습니다.하지만 자석에서 벗어나고 일정시간이 지나면 회복합니다.이 정도의 자석에 일정시간 노출되어도 인체에 영구적인 손상은 없을 것입니다.