Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 고도가 높은 지대에 거주하는 사람과 반대로 저지대에 거주하는 사람의 구별되는 신체적인 특징은 뭐가있나요?
안녕하세요. 고지대와 저지대에 거주하는 인구 간에 나타나는 신체적 적응 현상은 환경의 압력에 대한 인간의 생물학적 반응을 보여주는 뚜렷한 예입니다. 특히, 고지대 환경에서는 산소가 희박하기 때문에 이에 적응하기 위한 여러 생리적 변화가 진화해 왔습니다. 고지대에서의 생활은 인간의 호흡계와 순환계에 특수한 적응을 요구합니다. 고지대에 오랫동안 거주하는 사람들인 일반적으로 더 높은 폐활량을 가지며, 이는 더 적은 산소를 효과적으로 흡수하고 활용할 수 있도록 돕습니다. 또한, 이들은 보통 헤모글로빈 수치가 높은 것으로 알려져 있으며, 이는 산소 운반 능력을 증가시켜 저산소 환경에서도 효율적인 산소 공급을 가능하게 합니다. 이러한 현상은 고산 적응(high-altitude adaptatin)이라고 부르며, 신체가 낮은 산소 농도에 적응하여 높은 산소 이용률을 유지하는데 기여합니다. 저지대에 사는 사람들은 상대적으로 높은 산소 농도에 적응해 있어 이와 같은 생리적 변화가 덜 두드러집니다. 이들은 보통 고지대에 사는 사람들보다 폐활량이나 헤모글로빈 수치가 낮으며, 이는 그들이 일상적으로 접하는 환경에서 필요한 적응입니다.
Q. DNA는 어떤 구조로 되어 있으며 어떤 물질로 구성이 되어 있나요?
안녕하세요. 디옥시리보핵산(DNA, Deoxyribonucleic Acid)은 생명체의 유전 정보를 담고 있는 필수적인 분자로, 정교한 이중 나선 구조를 통해 유전 정보의 저장, 복제, 표현을 가능하게 합니다. 이 이중 나선 구조는 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬이 나선형으로 꼬여 있는 형태로, 각 사슬은 인산 그룹(phosphaste group), 5탄당인 디옥시리보스(deoxyribose) 설탕, 네 가지 염기(adenine, thymine, guanine, cytosine)로 구성됩니다. 이중 나선의 특징적인 구조는 1953년 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)에 의해 처음으로 발표되었으며, 각 염기는 특정한 규칙에 따라 상대방 사슬의 염기와 수소 결합을 형성합니다. 아데닌(A)은 티민(T)과 두 개의 수소 결합을, 구아닌(G)은 시토신(C)과 세 개의 수소 결합을 형성하는 것이 이 규칙입니다. 이러한 염기쌍 결합은 유전 정보의 안정적인 저장과 정확한 복제를 보장하며, 이는 생명체의 유전적 특성이 세대를 거쳐 일관되게 유지될 수 있는 기반을 제공합니다.
Q. 소름이 돋는 현상은 어떤 원리로 일어 나는 건가요?
안녕하세요. 소름 돋는 현상, 과학적으로는 오한 반응(piloerection)이라고 하며, 이는 피부 아래의 작은 근육인 피모근(arrector pili muscles)이 수축함으로써 발생합니다. 이 근육들은 모낭에 연결되어 있어 근육이 수축할 때 모발이 세워지고, 이로 인해 피부가 일시적으로 울퉁불퉁해 보이는 현상이 나타납니다. 이러한 반응은 주로 추위에 대한 신체의 보온 반응으로 시작되었으나, 인간에서는 주로 감정적인 자극에 의해 유발됩니다. 이 현상의 원인은 심리적, 환경적 요인에 따라 다양합니다. 우선, 체온 조절의 일환으로서, 추운 환경에서는 이 근육의 수축이 체온 유지를 돕기 위해 발생합니다. 그러나 인간의 경우, 체모가 상대적으로 적기 때문에 이 기능은 다소 제한적입니다. 더불어, 무서운 이야기나 감동적인 음악 등 감정적인 자극에 반응하여 소름이 돋는 경우, 이는 자율신경계의 활성화와 연결됩니다. 특히, 시상하부(hypothalamus)와 연결된 교감신경계(sympathetic nervous system)가 이러한 자극에 반응하여 아드레날린(adreanline)과 같은 호르몬을 방출하고, 이는 피모근의 수축을 유발합니다.
Q. 새는 어떤 원리로 하늘을 날 수 있는 건가요?
안녕하세요. 새가 하늘을 나는 원리는 공기역학(aerodynamics)의 법칙에 기반하며, 비행기와 유사하지만 몇 가지 중요한 차이가 존재합니다. 새의 비행 원리는 양력(lift), 추력(thrust), 항력(drag), 중력(gravity)이라는 네 가지 힘의 상호작용에 의해 설명됩니다. 그러나 인간이 비행기가 나는 원리를 완벽히 이해하지 못하는 측면도 있는 만큼, 이 주제에는 여전히 논쟁과 탐구가 남아 있습니다. 새가 나는 과정에서 가장 중요한 원리 중 하나는 베르누이의 정리(Bernoulli`s principle)입니다. 새의 날개는 위쪽이 볼록하고 아래쪽이 평평한 형태로 설계되어 있습니다. 새가 날개를 펄럭이며 앞으로 나아갈 때, 날개의 위쪽을 지나는 공기는 더 빠르게 흐르고, 아래쪽 공기는 상대적으로 느리게 흐릅니다. 이때 빠르게 흐르는 공기가 낮은 압력을 형성하고, 느리게 흐르는 공기가 높은 압력을 형성하면서 날개 아래쪽에서 위쪽으로 향하는 양력(lift)이 발생합니다. 이 양력이 새를 하늘로 떠오르게 합니다. 또한 새는 날개를 위아래로 움직이며 추력(thrust)을 생성합니다. 날개를 내리칠 때 근육의 수축으로 강한 힘을 발생시키며, 이 힘이 공기를 뒤로 밀어 새가 앞으로 나아가도록 만듭니다. 동시에, 새의 몸은 공기 저항(항력)을 최소화하는 유선형 구조를 가지며, 깃털은 비행 중 공기의 흐름을 정교하게 조절하는 역할을 합니다. 이 모든 요소가 조화를 이루며 새는 효율적으로 비행할 수 있습니다. 비행기 역시 이와 유사하게 양력을 통해 하늘을 나는 것으로 설명됩니다. 그러나 항공기의 비행 원리에 대해 일부 과학자들은 비판적 시각을 제기합니다. 전통적으로 사용되는 베르누이의 정리 외에도 뉴턴의 운동 법칙(Newton`s laws of motion)을 이용한 설명이 병행되며, 실제로 두 이론이 상충하는 부분도 있어 아직까지 완전히 합의된 이론은 없습니다. 즉, 공기의 흐름과 날개의 상호작용에 대한 복잡한 현상을 모든 조건에서 완벽하게 설명하는 이론을 인간은 아직 개발하지 못했습니다.
Q. 새우나 가재는 익히면 겉껍질이 빨개지는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 새우와 가재와 같은 갑각류가 익히면 껍질이 붉은색으로 변하는 이유는, 이들 껍질에 포함된 카로티노이드(carotenoid) 색소, 특히 아스타크산틴(astaxanthin)의 화학적 변화 때문입니다. 갑각류의 껍질은 본래 다양한 색소가 결합되어 독특한 색상을 띠며, 이들 중 아스타크 산틴은 자연 상태에서는 단백질 복합체와 결합해 있습니다. 이 복합체는 아스타크산틴의 붉은빛을 숨기고 청록색, 갈색, 투명한 색상을 띠게 만듭니다. 그러나 새우나 가재를 가열하면 열에 의해 이 단백질 복합체가 변성되고 아스타크산틴이 자유로운 상태로 풀려나게 됩니다. 아스타크산틴이 해방되면, 본래의 선명한 붉은색이 나타나게 됩니다. 이 현상은 다음과 같은 화학적 원리로 설명됩니다. 단백질과 색소가 결합할 때는 전자의 배치와 빛의 파장 흡수 패턴이 변화하여 다양한 색상을 형성합니다. 그러나 열로 인해 단백질이 변성되면 색소 분자가 분리되어 원래의 파장, 즉 붉은색 파장을 반사하게 됩니다. 따라서 새우나 가재를 삶거나 구웠을 때 껍질이 붉게 변하는 것은 이러한 아스타크산틴의 구조적 변화 때문입니다.