Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 물고기 날치는 왜 날 수 있게 진화된 건가요?
안녕하세요. 날치(Exocoetidae)가 활공하는 능력을 진화시킨 원인은 생태적 적응(evolutionary adaptation)의 결과로 해석될 수 있습니다. 이는 포식자로부터의 도피, 해양 환경에서의 생존전략 등과 밀접한 관련이 있습니다. 날치가 활공을 통해 물 밖으로 뛰어오르는 가장 중요한 이유는 포식자로부터의 회피(predator avoidance)입니다. 날치는 참치, 황새치, 상어 등 속도가 빠른 어류들에게 끊임없이 위협받으며, 이러한 환경적 압력(environmental pressure)이 날치의 비행 능력을 선택적으로 강화한 것으로 보입니다. 실제로 활공을 통해 공중으로 도약하면, 물속에서 빠른 속도로 이동하는 포식자가 순간적으로 방향을 바꾸거나 속도를 조절하는데 어려움을 겪게 되며, 이는 날치의 생존 확률을 높이는데 기여할 수 있습니다. 추가로, 날치가 활공을 하는 또 다른 가능성은 수중에서 장거리 이동 시 에너지 절약(energy conservation)의 이점 때문입니다. 개방 해양(pelagic zone)에서 생활하는 날치는 조류(ocean currents)나 파도의 영향을 많이 받으며 ,포식자를 피하기 위해 지속적으로 이동해야 합니다. 이때, 활공을 활용하면 일정 거리를 물속보다 적은 에너지 소비로 이동할 수 있으며, 이는 장기적인 생존 전략으로 작용할 수 있습니다. 날치가 이런 진화를 하게 된것은 단순 우연이 아니라 자연 선택(natural selection)의 결과물이며, 개방 해양이라는 극한 환경에서 살아남기 위해 최적화된 전략이라 할 수 있습니다. 이러한 연구는 생태학, 해양생물학, 진화생물학 분야에서 지속적으로 논의 되고 있습니다. 추천할만한 문헌으로는 Gliding Flight in Flying Fish: A Biomechanical Perspective (Park & Choi, 2018, Journal of Experimental Biology)를 추천드립니다. 여기서 날치의 활공 기작과 진화적 적응이 과학적으로 분석되고 있습니다.
Q. 극지방을 탐험하는 사람들이나 연구원으로 방문해 있는 사람들이 겪는 저체온증과 한랭손상은 정확히 어떤 단계로 진행되나요?
안녕하세요. 저체온증은 신체의 중심 체온이 35°C 이하로 떨어지는 상태로, 저체온증의 발달은 여러 단계를 통해 진행됩니다. 이 과정에서 초기 증상으로는 떨림, 추위에 대한 강한 느낌, 피로감 및 혼란 등이 나타나며, 상황이 진행됨에 따라 의식 저하, 말이 어눌해짐, 반응이 둔해짐 등이 관찰됩니다. 심각한 저체온증 상태에서는 생명을 위협할 수 있는 느린 호흡과 심장 박동, 심지어 의식 상실에 이를 수 있습니다. 한편, 한랭손상의 경우 피부와 조직이 얼어붙으면서 발생하는 동상은, 저온에 직접 노출된 신체 부위에서 발생합니다. 초기에는 피부가 창백하거나 붉어지며, 심한 경우에는 피부가 얼어 붓고 괴사할 수 있습니다. 극지 연구원들은 이러한 위험을 관리하기 위해 체계적인 예방책을 마련하고 실천합니다. 이들은 고기능성 보온복을 착용하며, 활동 중에는 체온과 에너지 소비를 최적화하기 위해 적절한 휴식과 영양 섭취를 조절합니다. 또한, 극지방 환경에서는 체온 저하를 막기 위한 비상 장비와 보온 물품이 항상 준비되어 있으며, 모든 움직임과 작업은 체계적으로 계획되어 집단으로 움직이며 상호 감시하는 체계를 유지합니다. 최신 의료 기술의 적용으로 저체온증 치료는 더욱 발전하고 있습니다. 체온 조절 장치, 열 보존 덮개, 화학적 온열 패드 등이 현장에서 활용되며, 중증 저체온증 환자에게는 체외 순환 기술을 통한 재난방(re-warming)이 적용됩니다. 이러한 장비와 기술은 현장에서 신속하게 체온을 회복시키고 생명을 구하는데 큰 도움을 줍니다. 이와 관련된 더 자세한 정보와 연구 결과는 생물의학 및 극지 연구 관련 학술 저널에서 찾아볼 수 있습니다. 특히 추천하고 싶은 저널은 Annals of Biomedical Engineering 과 Journal of Wilderness Medicine 입니다.
Q. 호주에서는 동식물을 보존하기 위해 어떠한 노력을 하나요?
안녕하세요. 호주는 세계적으로 독특한 생물 다양성을 보유하고 있으며, 그로 인해 다양한 생태계 보호 조치를 취하고 있습니다. 이러한 조치는 법적 규제, 서식지 복원, 침입종 관리 및 교육과 인식 제고 프로그램을 포함합니다. 호주 정부는 특히 환경보호 및 생물다양성 보존법(Environment Protection and Biodiversity Conservation Act, 1999; EPBC Act)을 통해 멸종 위기에 처한 종 및 그 서식지를 보호하고 있습니다. 이 벌률은 멸종위기종을 포함한 모든 원주 생물종의 보호를 위한 기반을 제공하며, 적절한 관리 계획을 수립하여 실행하도록 규정하고 있습니다. 또한, 호주는 침입종의 통제에도 많은 노력을 기울이고 있습니다. 호주 대륙은 유입되는 외래종으로 인해 토착종이 큰 위협을 받고 있는데, 특히 고양이나 여우 같은 포식자가 원주 동물에게 심각한 영향을 미치고 있습니다. 정부는 이러한 침입종을 관리하고 제어하기 위해 다양한 프로그램을 운영 중이며, 이는 토착종의 보호와 생태계의 건강을 유지하는데 필수적인 요소입니다. 서식지 보호 및 복원 작업도 중요한 보존 활동입니다. 많은 자연보호구역이 설립되어 관리되고 있으며, 이 지역들은 생물 다양성의 보고로서 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 보호구역은 불법 사냥을 금지하고 있으며, 이는 동물들이 자연 상태에서 안전하게 생활할 수 있는 환경을 제공합니다. 호주의 이러한 노력은 국제적으로도 인정받고 있으며, 지속 가능한 생태계 관리 및 생물 다양성 보존에 있어 모범적인 사례로 평가받고 있습니다. 이런 노력들에 대한 자세한 내용은 Conservation Biology 나 Biodiversity and Conservation과 같은 저널을 추천드립니다.
Q. 무거운 사람이 미끄럼틀을 타면 더 빨리 내려오나요?
안녕하세요. 기본적으로 중력은 모든 물체에 대해 동일한 가속도를 제공하지만, 실제 움직임은 물체의 질량과 마찰력, 공기 저항의 영향을 받습니다. 중력은 물체의 질량에 비례하는 힘을 제공하므로, 무게가 무거운 사람이 받는 중력의 크기도 더 큽니다. 이로 인해 미끄럼틀에서는 무거운 사람이 더 큰 중력 가속을 받아 이론적으로는 더 빠른 속도로 내려올 수 있습니다. 미끄럼틀과의 마찰력은 사람의 무게와 접촉면적에 영향을 받습니다. 마찰력은 보통 노멀 힘ㅡ수직 방향의 힘ㅡ에 비례하므로, 무거운 사람이 미끄럼틀에 가하는 압력이 더 크고, 따라서 마찰력도 더 클 수 있습니다. 그러나 미끄럼틀의 재질이나 상태, 또는 타는 사람의 옷차림 등에 따라 실제 마찰력은 달라질 수 있습니다. 공기 저항은 물체의 속도와 면적에 비례하여 작용합니다. 큰 체격을 가진 사람은 더 큰 공기 저항을 받을 수 있지만, 일반적인 미끄럼틀 사용에서 이러한 차이가 눈에 띄게 속도에 영향을 미치는 경우는 드뭅니다. 그럼에도 불구하고, 고속에서는 이를 고려할 필요가 있습니다. 실제로 미끄럼틀에서 무거운 사람이 더 빨리 내려오는 것은 관찰될 수 있으나, 이는 중력 가속도의 영향이 마찰력과 공기 저항의 영향을 상쇄하기 때문입니다. 마찰력이 증가함에도 불구하고, 더 큰 중력 가속도가 이를 능가할 수 있기 때문에 실제 내려오는 속도가 더 빠를 수 있습니다. 이러한 현상을 실험적으로 검증하기 위해서는 미끄럼틀의 경사, 재질, 사용자의 체형, 옷차림 등 여러 변수를 통제하여 실험을 설계할 필요가 있습니다. 각 요소가 미끄럼틀에서의 내려오는 속도에 미치는 영향을 정확히 파악하면, 물리학적 원리와 현상을 이해하는데 도움이 될 것입니다. 추가로 더 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Physics for Scientists and Engineers (Serway & Jewett)와 같은 문헌을 추천드립니다.
Q. 폴리페놀이 심장에 어떤 과정을 통해 영향을 미치나요?
안녕하세요. 인체에 적용되는 과정을 기반으로 설명드리겠습니다. 폴리페놀은 산화질소(NO) 생성을 증가시켜 혈관을 확장하는 효과를 나타낼 수 있습니다. 혈관이 확장되면 그만큼 말초 혈관 저항이 감소되기 때문에 심장에서 많은 피를 공급하게 됩니다ㅡ심박출량이 증가됩니다ㅡ, 혈압을 낮추는 결과로 이어질 수 있습니다. 윗 문단은 인간을 기준으로 설명드린 것이며, 물벼룩과 같은 단순한 순환계를 가진 생물도 심장박동의 변화를 유발할 수 있습니다. 또, 심장박동은 칼슘 이온(Ca²⁺)의 흐름에 의해 조절됩니다. 폴리페놀은 칼슘 채널(Ca²⁺ channels)을 차단하거나 활성화함으로써 심근 세포의 활동전위(action potential)를 변화시키는 효과를 가질 수 있습니다. 임상에서도 심혈관 질환의 치료에 활용하는 부분에 베타 차단제, 칼슘차단제와 같은 것들을 사용합니다. 여기서 필요한 설명은 칼슘이니 첨언을 하면 칼슘 차단제는 칼슘 이온의 유입을 억제하여 심장과 혈관의 기능을 조절하는 차이가 있습니다. 물벼룩의 심장 또한 칼슘 이온의 유입과 방출에 의해 수축이 조절되므로, 특정 폴리페놀이 칼슘 흐름을 조절할 경우 심장박동수에 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 폴리페놀은 높은 농도일때 진정효과가 있습니다. 진정효과라 함은 우리가 내시경을 받을때 수면 내시경을 받는다는 표현을 상기해보시면 이해가 빠를 것 같습니다. 이런 진정효과가 앞에서 설명한 칼슘 채널의 차단입니다. 혈관 확장을 유도하면서 심장박동수를 낮추는 작용을 할 수 있습니다. 반대로 낮은 농도일때는 신경계를 활성화하고, 교감신경이 촉진되어 심박수가 증가할 가능성이 있습니다. 심도 있는 내용을 알고 싶으신 것으로 이해됩니다. 제가 추천해드릴 만한 문헌은 Basic biochemical mechanisms behind the health benfits of polyphenols. Fraga, C. G., et al. (2010)가 있습니다. 폴리페놀이 심장에 미치는 기본적인 생화학적 기전에 대한 연구입니다. 이 밖에도 구글 스칼라를 통해 polyphenols로 검색해보면 많은 내용들을 접할 수 있습니다.