Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 꿀벌들은 과로로 인하여 수명이 얼마나 짧은건가요
안녕하세요. 꿀벌, 특히 일벌들의 수명은 여러 요인에 따라 달라지지만, 일반적으로 극도의 활동과 과로는 그들의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 일벌들의 수명은 계절, 군락의 활동 수준, 개별 벌의 역할에 크게 의존합니다. 봄과 여름에 태어난 일벌들은 주로 5주에서 6주 정도 살게 됩니다. 이들은 꽃가루와 꿀을 수집하는 등의 활발한 외부 활동을 수행하면서 빠르게 소모됩니다. 봄과 여름에는 꽃이 풍부하여 꿀벌들이 먹이를 적극적으로 수집하며, 이로 인해 신체적 마모가 심해지는 경향이 있습니다. 겨울을 나기 위해 가을에 태어난 일벌들은 봄까지 살 수 있습니다. 이들은 겨울 동안 비교적 활동이 적고, 벌집 내부에서 군락을 유지하는데 필요한 역할(ex : 여왕벌을 따뜻하게 하기)을 수행하면서 생존합니다. 겨울철 일벌들의 수명은 몇 개월에 걸쳐서 이루어질 수 있습니다. 일벌들은 그들의 일생 동안 다양한 역할을 수행하며, 이들의 활동 수준이 높을수록 신체적 마모가 빠르게 일어납니다. 예를 들어, 꿀과 꽃가루 수집을 위해 매일 장거리 비행을 하게 되는 일벌들은 빠르게 에너지를 소모하고 수명이 단축됩니다. 과로에 의한 수명 단축 현상은 주로 이러한 높은 에너지 소모와 지속적인 신체 활동에서 기인합니다. 꿀벌의 날개는 지속적인 비행을 통해 마모되며, 이는 꿀벌의 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 날개가 심하게 마모되면 꿀벌은 더 이상 효율적으로 비행할 수 없게 되고, 결국 에너지 부족과 함께 생존할 수 없게 됩니다.
Q. 개미들이 계속 놀기만 하는 집단이 25프로나 되는 배경이 무엇인가요
안녕하세요. 개미 집단 내에서 일부 개체가 상대적으로 활동적이지 않은 현상은 생물학적 및 생태적 적응의 관점에서 이해될 수 있습니다. 이러한 현상은 '작업 분담(division of labor)' 및 '비상 대응 준비(emergency response readiness)'라는 복잡한 사회적 전략의 일환으로 볼 수 있습니다. 개미 군락에서 모든 개미가 동시에 활발하게 활동하는 것이 아니라, 일부는 활동을 하며 다른 일부는 상대적으로 활동이 적거나 휴식을 취하는 방식으로 작업이 분담됩니다. 이러한 분담은 에너지 보존, 효율적 자원 사용, 군락의 장기적 생존과 번성을 위해 필수적입니다. 휴식을 취하는 개미들은 비상 상황 발생 시 빠르게 활동을 시작할 수 있는 '비상 대응력'을 유지하게 되며, 이는 예측 불가능한 위협에 대응하는 군락의 능력을 향상시킵니다. 또한, '비활동적' 상태의 개미들은 군락 내에서 다른 역할을 수행할 수 있는 잠재력을 지니고 있어, 필요에 따라 다양한 작업에 빠르게 투입될 수 있습니다. 이는 군락의 유연성을 크게 향상시키며, 효율적인 노동 분배를 가능하게 합니다. 따라서, 개미 군락에서는 이러한 '비활동적' 개체들이 군락의 전체적인 생산성과 안정성에 중요한 역할을 하는 것으로 이해됩니다. 이처럼, 개미 집단에서 25% 가량이 '놀고' 있는 것처럼 보이는 현상은 생물학적으로 계산된 전략의 일부이며, 이는 군락의 적응력과 생존 전략에 근거한 것입니다. 이와 같은 전략은 군락의 구조와 기능을 최적화하며, 환경 변화에 대한 효괒거인 대응을 가능하게 합니다.
Q. 개미와 흰개미는 전혀 다른 종인데 왜 사회성과 비슷한 체계를 보이나요
안녕하세요. 개미와 흰개미는 서로 다른 진화 계통에 속하며, 각각 벌목(hymenoptera)과 바퀴벌레목(blattodea)에 속합니다. 이 두 종은 각기 다른 조상으로부터 유래했으나, 유사한 사회적 구조를 갖추게 된 것은 유사진화(convergent evolution)의 결과로 볼 수 있습니다. 유사진화는 생물들이 비슷한 환경적 압력에 직면했을 때, 서로 독립적인 진화 과정을 통해 유사한 형태나 특성을 개발하는 현상입니다. 개미와 흰개미 모두 복잡한 사회적 구조를 갖춘 군락을 형성하며, 이는 높은 조직화와 분업을 통해 효율적인 자원 관리와 강력한 방어 메커니즘을 가능하게 합니다. 이러한 사회적 생활 방식은 자원이 제한된 환경에서의 생존 경쟁에서 유리한 전략이 될 수 있습니다. 또한, 집단 내에서의 역할 분담은 생산성을 극대화하고, 복잡한 환경에서의 적응력을 향상시킵니다. 개미는 주로 암컷이 근로 계층을 형성하며, 집단의 일상적인 활동과 자원의 수집, 방어, 육아 등을 담당합니다. 반면, 흰개미에서는 성별 구분 없이 다양한 역할이 분담되며, 왕과 왕비를 중심으로 한번식 구조가 중심적인 역할을 합니다. 이러한 차이에도 불구하고, 두 그룹 모두 고도로 조직화된 사회 구조와 역할 분담을 통해 생존과 번식의 효율을 극대화하고 있습니다.
Q. 일벌이나 일개미는 왜 암컷으로만 구성되어있나요
안녕하세요. 일벌과 일개미가 주로 암컷으로 구성되어 있는 이유는 그들의 특별한 생식 전략과 사회적 구조 때문입니다. 이들은 양성발생(haplodiploidy)이라는 독특한 유전 메커니즘을 가지고 있는데, 이는 개미나 벌과 같은 토벌(Hymenoptera) 목의 많은 종에게서 발견됩니다. 양성 발생은 암컷이 배우자의 유전자를 받아 수정된 알을 낳고, 수정되지 않은 알에서는 수컷이 태어나는 유전적 메커니즘입니다. 즉, 암컷(일벌, 일개미 포함)은 이중 염색체(diploid)를 가지며, 수컷은 단일 염색체(haploid)를 가집니다. 암컷은 부모로부터 받은 두 세트의 염색체(하나는 어머니, 다른 하나는 아버지)를 가지고, 수컷은 어머니로부터 받은 하나의 염색체 세트만을 가집니다. 수컷은 수정되지 않은 알에서 발생하므로, 그의 유전적 정보는 어머니로부터만 옵니다. 벌과 개미 사회에서, 암컷(특히 일개미나 일벌)은 집단의 생산적 구성원으로서의 역할을 수행합니다. 이들은 먹이를 구하거나, 집을 건설하고, 후대를 돌보는 등의 중요한 일을 합니다. 이런 역할을 그들의 사회적 구조와 잘 어울리며, 집단의 생존과 번성에 필수적입니다. 반면, 수컷은 주로 번식의 목적으로 존재합니다. 수컷은 짧은 기간 동안 살며, 교미 시즌에 여왕과 교미하는 역할을 수행한 후 대개 죽습니다.
Q. 생물-DNA전사 시 복제가 필요한가요?
안녕하세요. DNA 전사와 복제는 서로 다른 과정이며, 각기 다른 목적과 기능을 가집니다. DNA 전사는 DNA를 RNA로 전환하는 과정이고, DNA 복제는 세포분열 전에 DNA를 정확하게 복사하는 과정입니다. 두 과정은 서로 독립적으로 일어나며, 특별한 상황을 제외하고는 DNA 전사가 DNA 복제를 필요로 하지 않습니다. DNA 복제는 세포분열이 일어나기 전에 세포의 유전 정보를 정확하게 복제하는 과정입니다. 이 과정은 세포가 분열하여 두 개의 딸 세포가 각각 완전하고 정확한 DNA 복사본을 가질 수 있도록 합니다. DNA 복제는 S상(phase) 동안 일어나며, DNA 폴리머라제와 다른 효소들이 참여합니다. DNA 전사는 특정 DNA 부위(유전자)에서 정보를 읽어 그 정보에 해당하는 RNA를 합성하는 과정입니다. 이 RNA는 대부분의 경우 단백질을 만드는데 사용되는 메신저 RNA(mRNA)입니다. 전사 과정은 RNA 폴리머라제 효소가 DNA 이중 나선을 일시적으로 분리하고, 한 가닥의 DNA를 템플릿으로 사용하여 상보적ㅇ니 RNA를 합성합니다. 원핵생물에서의 젖당 오페론(Lac operon)은 특정 환경 조건(ex : 락토오스의 존재) 하에서 유전자의 전사가 조절되는 예입니다. 오페론 내의 조절유전자는 억제자 단백질을 만들기 위한 유전 정보를 제공하며, 이 억제자 단백질은 오페론 내 다른 유전자의 전사를 억제할 수 있습니다. 젖당 오페론의 조절 메커니즘은 DNA 복제와는 별개로, 유전자 전사를 통해 조절됩니다. 따라서, DNA 전사는 복제 과정 없이 독립적으로 일어날 수 있으며, 세포가 특정 단백질을 생산할 필요가 있을 때 발생합니다. 복제 후 DNA가 전사되는 경우는 세포분열과 관련된 맥락에서 생각할 수 있으나, 전사 자체는 복제와는ㄷ ㅗㄱ립적인 생물학적 과정입니다.