Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 나무는 어떻게 이산화탄소를 흡수하는 것인가요?
안녕하세요. 나무와 다른 식물들은 이산화탄소를 흡수하는 과정이 사람의 호흡과는 다르게 이루어집니다. 식물은 광합성(photosynthesis)을 통해 이산화탄소를 흡수하고, 이 과정에서 산소를 방출합니다. 이는 식물의 생존과 성장에 필수적인 과정이며, 지구상의 생명 유지에 중요한 역할을 합니다. 광합성은 주로 식물의 이파리에서 일어나는데, 이파리는 기공(stomata)이라는 작은 구멍을 통해 공기 중의 이산화탄소를 흡수합니다. 이 기공은 이파리의 표면, 주로 아랫면에 위치해 있으며, 이파리 안으로 이산화탄소를 들여보내고 산소를 내보내는 역할을 합니다. 이산화탄소가 이파리 내부로 들어오면, 엽록체(chloroplasts)에서 일어나는 일련의 화학 반응에 참여합니다. 엽록체는 식물 세포에 있는 작은 기관으로, 광합성에서 중요한 역할을 합니다. 엽록체 내의 엽록소(chlorophyll)라는 물질이 태양광을 흡수하여, 이를 에너지로 전환합니다. 광합성의 화학 반응은 대략적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다 : 6CO₂+6H₂O+light energy→C₆H₁₂O₆+6O₂ 이 반응식에서는 6CO₂는 이산화탄소를, 6H₂O는 물을 나타내고, C₆H₁₂O₆+6O₂는 포도당(글루코스)을, 6O₂는 산소를 의미합니다. 광합성 과정에서 생성된 포도당은 식물의 에너지원이자 구성 요소로 사용되고, 산소는 대기 중으로 방출됩니다.
Q. 사람의 혈액형이 다르듯이 동물들도 혈액형이 다른가요?
안녕하세요. 네, 사람처럼 다양한 동물들도 그들만의 혈액형 시스템을 가지고 있습니다. 다만, 사람의 ABO 혈액형 시스템과는 다를 수 있으며, 종에 따라 고유한 혈액형 분류가 있습니다. 개는 DEA(Dog Erythrocyte Antigen)라고 불리는 자신들만의 혈액형 체계를 가집니다. 이 시스템 안에는 DEA 1.1, DEA 3, DEA 4 등 여러 서브타입이 있습니다. 예를 들어, DEA 1.1 양성 혈액형을 가진 개는 매우 일반적이며, 이 혈액형을 가진 개에게 DEA 1.1 음성 혈액을 수혈하면 심각한 반응이 일어날 수 있습니다. 고양이는 주로 A, B, AB의 세 가지 혈액형을 가집니다. 이 중 A형이 가장 흔하고, 특히 북미에서는 B형을 가진 고양이가 드뭅니다. 고양이의 경우, 잘못된 혈액형으로 수혈 받을 경우 생명에 치명적일 수 있어 주의가 필요합니다. 말은 A, C, D, K, P, Q, U 등과 같은 매우 복잡한 혈액형 시스템을 가지고 있습니다. 이 혈액형들은 각각 여러 서브타입으로 나뉘며, 말의 수혈 관리에 중요한 역할을 합니다. 소도 J, L, M, S 등 여러 가지 혈액형을 가지고 있습니다. 소의 혈액형 시스템은 매우 복잡하며, 특히 유전적 연구와 질병의 저항성 개발에 중요한 정보를 제공합니다.
Q. 희귀 혈액형이 나타나게 되는 원리가 뭔가요?
안녕하세요. 희귀 혈액형이 나타나게 되는 원리는 대부분의 혈액형이 그러하듯 유전적 변이와 유전적 다양성에 기초를 두고 있습니다. 혈액형은 ABO 시스템 및 Rh 인자 같은 다양한 항원에 의해 결정되며, 이 항원들은 특정 유전자에 의해 코드되고 표현됩니다. 희귀 혈액형은 이러한 유전자의 비정상적인 변이나 매우 드문 조합으로 인해 발생합니다. 혈액형을 결정하는 유전자에 발생한 변이는 새로운 항원 형태를 만들거나 기존 항원의 결여를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 보통 Rh 항원을 결정하는 유전자에서 변이가 일어나면, RhD 음성이라고 하는 보다 흔한 변이 형태 외에도 다양한 변이가 발생할 수 있으며, 이 중 일부는 매우 드물게 나타납니다. 희귀 혈액형의 유전은 일반적인 혈액형과 마찬가지로 명백한 유전 패턴을 따릅니다. 대부분의 혈액형 유전자는 상염색체에 위치하며, 우성 또는 열성 형질로 유전됩니다. 희귀 혈액형을 가진 부모로부터 자녀에게 유전될 확률은 부모의 유전자 조합과 해당 형질의 우성 또는 열성 여부에 달려 있습니다.
Q. 식물이 자라는 환경에 따라 뿌리의 형태가 달라지는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 식물의 뿌리 형태가 환경에 따라 변화하는 이유는 다양한 생태학적 요인들과 직결되어 있으며, 이러한 변화는 식물이 주어진 환경에서 생존과 번식을 최적화할 수 있도록 적응해 나가는 과정의 일환입니다. 뿌리 시스템은 주로 물과 영양분의 흡수, 식물체의 지지, 일부는 저장 기관으로서의 기능을 수행하며, 각기 다른 환경 조건에 최적화된 형태로 진화하였습니다. 먼저, 수분 조건은 뿌리의 발달에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 건조한 환경에서는 물을 효과적으로 찾기 위해 뿌리가 깊고 광범위하게 성장하는 경향이 있습니다. 이러한 깊은 뿌리는 땅속 깊은 곳의 수분에 접근할 수 있도록 하며, 이는 생존에 필수적인 조건을 충족시킵니다. 반면, 수분이 풍부한 환경에서 자라는 식물들은 상대적으로 얕은 뿌리 시스템을 가지며, 이는 표토층의 수분을 신속하게 흡수하기 위한 적응입니다. 토양의 종류 또한 뿌리 형태에 영향을 미칩니다. 밀도가 높은 토양이나 영양분이 부족한 토양에서는 뿌리가 더 넓게 퍼지거나 특수한 구조를 발달시켜 영양분을 효율적으로 흡수할 수 있도록 합니다. 예컨대, 일부 식물은 미세한 뿌리털을 발달시켜 토양 속 미량 원소를 효과적으로 흡수할 수 있도록 합니다.
Q. DNA 복제는 어떤 과정을 통해 이루어 지나요?
안녕하세요. DNA복제는 세포 분열을 위해 필수적인 과정으로, 세포의 유전 정보가 정확하게 복제되어 각 딸 세포에 동일한 유전 정보를 전달하게 합니다. 이 과정은 개시(Initiation), elongation, 종결(Termination)의 세 단계로 이루어집니다. 복제의 개시 단계에서는 DNA 이중 나선이 복제 기원(origin of replication)에서 특정 효소인 헬리케이스(helicase)에 의해 분리되어 두 개의 단일 가닥으로 나뉩니다. 이 때 복제 포크(replication fork)라는 Y-형 구조가 형성되며, DNA가 노출된 단일 가닥을 템플릿으로 새로운 DNA 합성이 시작될 수 있게 합니다. Elongation 단계에서는 DNA 폴리머레이즈(DNA polymerase) 효소가 활성화되어, 5'에서 3' 방향으로 새로운 뉴클레오티드를 추가합니다. 선행 가닥(leading strand)은 연속적으로 합성되는 반면, 지연 가닥(lagging strand)은 오키자키 단편(Okazaki fragments)이라는 짧은 DNA 조각들이 단계적으로 합성되고 나중에 연결됩니다. 이 두 가닥의 합성은 고도의 정밀성을 요구하며, 수많은 보조 단백질들이 DNA 폴리머레이즈의 작업을 돕습니다. 종결 단계에서는 복제 포크가 DNA 분자의 끝에 도달하거나 다른 복제 포크와 만나면서 DNA 복제가 완료됩니다. 이 과정에서 DNA 리가아제(DNA ligase)가 오키자키 단편들 사이의 간격을 메워 완전한 이중 나선 구조를 복원합니다. 복제된 DNA는 이제 각 딸 세포로 정확히 분배되어, 세포 분열 후에도 각 세포가 동일한 유전 정보를 가지게 됩니다.