Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 곤충은어떻게 호흡하나요? 폐가 없는데?
안녕하세요. 곤충은 사람과 달리 폐가 없기 때문에 공기 중의 산소를 얻고 이산화탄소를 배출하는 고유한 호흡 시스템을 가지고 있습니다. 곤충의 호흡 시스템은 '기관계'라며 불리며, 이는 몸 전체에 분포된 작은 관들인 기관을 통해 공기를 직접 조직에 전달하는 방식으로 작동합니다. 기관계는 곤충의 몸표면에 있는 여러 개의 작은 구멍ㅡ기문ㅡ을 통해 공기를 받아들입니다. 이 기문은 곤충의 몸표면에 위치한 밸브와 같은 구조로, 공기의 흐름을 조절할 수 있습니다. 공기가 기문을 통해 들어오면, 기관이라고 불리는 미세한 튜브를 통해 몸 안으로 전달됩니다. 이 기관은 점점 더 작은 분기로 나뉘어져 마지막에는 기관삭이라고 불리는 매우 미세한 튜브로 끝나며, 이를 통해 산소가 직접 세포에 도달합니다. 이러한 구조 덕분에 곤충은 산소를 매우 효율적으로 조직에 전달할 수 있으며, 이산화탄소의 배출 또한 기관을 통해 이루어집니다. 곤충의 기관계는 적은 에너지로 호흡을 가능하게 하며, 이는 곤충이 작은 크기에도 불구하고 활발한 활동을 지속할 수 있는 이유 중 하나입니다.
Q. 곤충은 왜 변태를 하나요? 궁금 합니다.
안녕하세요. 곤충의 변태는 생존과 번식을 위한 전략으로 진화한 중요한 생물학적 과정입니다. 변태를 통해 곤충은 생활사의 각 단계에서 서로 다른 생태적 니치를 활용할 수 있으며, 이는 자원의 효율적 이용과 경쟁 감소에 기여합니다. 완전 변태를 거치는 곤충들은 알, 유충(=에벌레), 번데기, 성충의 네 단계를 경험합니다. 이 변태 과정에서 가장 큰 이점은 각 단계에서 전혀 다른 형태와 생태학적 기능을 가지므로, 유충과 성충이 서로 다른 먹이 자원과 서식지를 ㅣㅇ용함으로써 내부 경쟁을 최소화할 수 있다는 점입니다. 반면, 불완전 변태는 알, 유충(이 경우에는 보통 유충을 약충이라고 부름), 성충의 세 단계를 거칩니다. 이 변태 과정은 유충이 성충과 비슷한 형태로 성장하며 점진적으로 성숙하는 특징을 가집니다. 불완전 변태의 주요 이점은 유충이 성충의 환경과 유사한 조건에서 성장하므로 성체가 되었을 때 새로운 환경에 빠르게 적응할 수 있으며, 생활사 전반에 걸쳐 빠른 성장과 번식이 가능합니다. 완전 변태는 생태적 분화와 자원 사용의 최적화를 가능하게 하여, 다양한 생태계에서 생존할 수 있는 능력을 제공합니다. 이는 곤충이 다양한 환경에서 번성할 수 있는 중요한 진화적 적응입니다. 이러한 과정들은 곤충이 시간이 지남에 따라 점차 복잡한 생태계 내에서 생존하기 위해 발전해 온 전략을 반영합니다.
Q. 열역학 제2법칙에서 엔트로피 증가의 법칙은 왜 시간이 항상 앞으로 간다고 느껴지게 하나요?
안녕하세요. 열역학 제 2법칙과 엔트로피 증가의 원칙이 시간의 흐름을 설명하는 데 중요한 역할을 합니다. 엔트로피는 시스템의 무질서도나 무작위성의 척도로 볼 수 있으며, 열역학 제 2법칙은 고립된 시스템의 엔트로피가 시간이 지남에 따라 증가하거나 최소한 같게 유지된다고 설명하고 있습니다. 이 법칙은 경험적인 관찰을 기반으로 만들어 졌으며, 이를 통해 시간의 한 방향성인 '화살'이 정의됩니다. 엔트로피가 시간과 연결되어 느껴지는 이유는 엔트로피 증가가 일반적으로 '시간이 앞으로 진행함'을 나타내기 때문입니다. 예를 들어, 커피에 우유를 섞으면 초기에는 구분되어 있지만, 시간이 지나면서 우유와 커피가 완전히 섞여 더 이상 분리되지 않습니다. 이 현상에서 엔트로피는 섞인 상태가 더 높은 엔트로피 상태이며, 이는 시간이 지남에 따라 자연스럽게 발생합니다. 엔트로피가 감소하는 경우ㅡ과거로의 회귀는 이론적으로 불가능하지는 않습니다만ㅡ 매우 낮은 확률로 발생합니다. 예를 들어, 섞인 우유와 커피가 자발적으로 다시 분리되는 경우는 극히 드물며, 실제 관찰되지 않습니다. 이러한 점에서는 시간의 화살은 엔트로피 증가와 더불어 항상 '앞으로'향하는 것으로 인식됩니다.
Q. 지하에서 GPS가 잘 터지지 않는 이유가 있나요?
안녕하세요. 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 신호가 지하에서 잘 터지지 않는 주된 이유는 GPS 신호가 지구 상공에 있는 위성에서 발송되며, 이 신호들이 고체 물질을 통과하는 능력이 매우 제한적이기 때문입니다. GPS 위성은 약 20,000km 상공에서 지구를 돌며 신호를 발송하고, 이 신호는 전파 형태로 지구 표면으로 보내집니다. 전파는 대기를 비교적 쉽게 통과할 수 있지만, 땅이나 콘크리트, 금속과 같은 고체 물질은 전파의 전파를 상당히 차단합니다. 지하에 위치할 때, 여러 층의 건축물, 흙, 도로 등의 물리적 장벽이 GPS 신호의 직접적인 경로를 막게 되어 GPS 수신기가 위성으로부터 신호를 받는 것이 어려워집니다. GPS 신호는 매우 약한 전력으로 송신되기 때문에, 지표면보다 낮은 지하에서는 이러한 신호가 물리적 장애물에 의해 크게 약화되거나 완전히 차단될 수 있습니다. 또한, GPS 시스템은 수신기가 위성 신호를 최소 네 개 이상 정확히 수신하여 자신의 위치를 계산합니다. 지하에서는 이 조건을 만족시키기 어렵기 때문에, 위치를 정확히 파악하는 것이 거의 불가능 해집니다.
Q. 작용과 반작용은 우리지구에서만 해당이 되는건가요?
안녕하세요. 뉴턴의 제 3법칙이라 불리는 작용 반작용의 법칙은 우주 전반에 걸쳐 적용되는 기본적인 물리 법칙 중 하나입니다. 이 법칙은 '모든 작용에는 그와 동등한 반작용이 있다'고 설명합니다. 즉, 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면, 두 번째 물체도 첫 번째 물체에 같은 크기이면서 반대 방향의 힘을 가합니다. 이 법칙은 지구상에서 뿐만 아니라 우주의 어느 곳에서나 동일하게 적용됩니다. 예를 들어, 우주선이 로켓 엔진을 통해 추진제를 뒤로 분사할 때 발생하는 힘(작용)에 의해 우주선은 앞으로 나아가는 힘(반작용)을 받습니다. 이는 지구 밖 우주 공간에서도 마찬가지로 작용하는 원리입니다. 물리학의 법칙들은 우리가 관찰하고 실험을 통해 확인할 수 있는 한, 우주의 모든 곳에서 동일하게 적용되는 것으로 이해됩니다. 이는 물리학의 기본 대전제 입니다. 우주의 모든 지점에서 물리 법칙이 일관되게 적용된다고 보는 것은 이러한 대전제 때문입니다.