Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 무궁화가 약 1억 5천만년 전부터 있던 꽃이라는 걸 어떻게 알 수 있는 건가요?
안녕하세요. 무궁화의 기원이 약 1억 5천만년 전으로 거슬러 올라간다는 주장은 고생물학(paleontology)과 분자시계(molecular clock) 연구를 통해 뒷받침됩니다. 고생물학적 접근에서는 식물 화석을 분석하여 해당 식물이 존재했던 시대를 추정할 수 있습니다. 무궁화와 밀접하게 관련된 식물군의 화석이 발견되는 지층의 연대를 통해, 무궁화의 조상이 존재했을 가능성이 있는 시기를 추론할 수 있습니다. 분자시계 방법론은 DNA 변이율을 측정하여 생물 종의 분화 시기를 추정하는 기법입니다. 이 방법을 통해, 무궁화를 포함한 말발도리과(Hibiscaceae) 식물들의 유전적 다양성과 변화를 시간 축에 매핑함으로써, 해당 식물들의 진화적 연대를 정량적으로 평가할 수 있습니다. 이러한 연구들은 무궁화와 같은 식물들이 언제, 어떻게 진화해왔는지에 대한 중요한 통찰을 제공하며, 식물의 진화와 확산에 대한 이해를 높이는데 기여합니다.
Q. 신경전달물질이 작용하는 방법이 궁금합니다
안녕하세요. 신경전달물질들은 신경계에서 특이적인 방식으로 작용하여 다양한 생리적 반응을 유발합니다. 이렇나 분자들은 각기 다른 수용체(receptors)와 결합하여 특정한 효과를 나타내며, 이 과정은 매우 정교하게 조절됩니다. 신경전달물질의 기본적인 작용 메커니즘은 신경세포(neuron)에서 분비되어 다른 신경세포의 수용체에 결합하고, 이를 통해 해당 신경세포의 전기적 활성을 조절하는 것입니다. 이 활성 조절은 주로 이온 채널(ion channels)의 개폐를 통해 이루어지며, 특히 나트륨(Na⁺), 칼륨(K⁺), 칼슘(Ca²⁺) 등의 이온들이 세포 내외로 이동함으로써 세포의 흥분성을 변화시킵니다. 각각의 신경전달물질은 그것이 결합하는 수용체의 유형과 수용체가 존재하는 세포의 종류, 수용체에 의해 활성화되는 신호전달 경로(siganl transduction pathways)에 따라 다른 효과를 나타냅니다. 예를 들어, 도파민(Dopamine)은 주로 도파민 수용체에 결합하며, 이는 기분, 보상, 운동 조절 등에 중요한 역할을 합니다. 반면, 노르에프네프린(Norepinephrine)은 주로 아드레날린 수용체(adrenergic receptors)에 작용하여 각성, 주의 집중, 심장 박동 수 증가, 혈압 상승 등을 유발합니다. 이러한 신경전달물질의 다양한 작용은 그들이 가지는 화학적 구조와 결합하는 수용체의 종류 ,그리고 이 수용체들이 위치하는 신경계 내 특정 부위의 기능적 특성에 의해 결정됩니다. 결국, 신경전달물질들은 각기 다른 수용체를 통해 세포 내 다양한 생화학적 및 전기적 반응을 유도하고, 이는 전체 생체 시스템에서 매우 특화된 기능을 수행하게 합니다. 이 과정의 복잡성은 신경계가 다양한 환경적 요인과 내부 상태에 민감하게 반응할 수 있는 능력의 기초를 제공합니다.
Q. 기린은 어떻게 머리 끝까지 피가 올라갈 수 있나요?
안녕하세요. 기린의 순환계는 그들의 독특한 체형, 특히 긴 목과 큰 체구를 지탱하기 위해 여러 생리적 적응을 갖추고 있습니다. 이러한 적응은 기린이 높은 위치에 있는 머리까지 효과적으로 혈액을 공급할 수 있게 하며, 중력의 영향을 극복하는데 필수적입니다. 기린의 심장은 매우 크고 강력하여, 중력을 거슬러 높은 곳에 있는 머리에 충분한 혈액을 공급할 수 있도록 설계되어 있습니다. 심장은 약 11kg에 이르며, 그 펌핑 능력은 매우 높아, 분당 약 170리터의 혈액을 순환시킬 수 있습니다. 이는 인간의 심장보다 약 3배 강력한 펌프 능력을 의미합니다. 또한, 기린의 혈관 특히 목을 따라 있는 주요 혈관은 두꺼운 벽을 갖고 있어 높은 혈압을 견딜 수 있으며, 이는 혈관이 파열되거나 손상되는 것을 방지합니다. 또한, 기린의 목에는 동맥혈의 역류를 막는 일방향 밸브가 있어, 기린이 머리를 숙였을때 뇌로의 혈액 과다 유입을 방지합니다. 이러한 밸브 구조는 뇌에 해로울 수 있는 과도한 혈액 유입을 조절하여 뇌 건강을 유지하는데 중요한 역할을 합니다. 이와 더불어, 기린의 뇌에는 혈액의 압력을 조절하는 매우 효율적인 혈관 네트워크가 존재하여, 높은 혈압에서도 안정적인 혈류를 유지할 수 있습니다. 이러한 특수한 생리적 적응은 기린이 그들의 긴 목을 통해 효율적으로 혈액을 운반하고, 체계적으로 혈액 순환을 조절하여 생존에 필요한 조건을 충족시키는데 기여합니다.
Q. 가을이면 나뭇잎들의 색이 변하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 나뭇잎의 가을철 색 변화는 광합성 색소인 크롤로필(Chlorophyll)의 분해와 다양한 생리적 조절 과정에 의해 발생합니다. 일반적으로, 클로로필은 식물이 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하는 광합성 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이 색소는 빛의 파랑과 적색 부분을 흡수하여 식물이 녹색으로 보이게 하는 주된 요인입니다. 그러나 일조량 감소와 기온 하락이라는 가을철 환경 변화에 따라 식물은 에너지 보존과 생존 전략으로 클로로필 생산을 저하시키며 기존의 클로로필도 점차 분해합니다. 클로로필의 분해는 나뭇잎에서 녹색이 사라지게 만들고, 다른 색소들이 드러나게 합니다. 예를 들어, 카로티노이드(Carotenoids)는 노란색과 주황색을 나타내며, 클로로필이 충분히 존재할 때는 가려져 있습니다. 한편, 가을철 특정 환경 조건 하에서는 안토시나인(Anthocyanins) 같은 추가적인 색소가 생산될 수 있으며, 이는 나뭇잎에 붉은색 또는 보라색을 부여합니다. 이러한 색소들의 농도 변화와 함께, 낮은 기온은 세포 내 물의 이동을 제한하여 세포 간의 격리를 유도하며, 결국 나뭇잎이 자연 탈락을 준비하게 됩니다. 나뭇잎의 탈락은 식물이 겨울철 추위와 건조에 대비하여 불필요한 생리적 소모를 줄이고 생존율을 높이기 위한 전략적 응답입니다. 이 과정에서 식물은 특수화된 세포층인 탈락층(Abscission layer)을 형성하며, 이는 점차 성장하여 나뭇잎과 나뭇가지 사이를 물리적으로 분리시킵니다. 탈락층의 완성은 나뭇잎의 물과 영양분 공급을 차단하고, 최종적으로 나뭇잎이 떨어지게 만듭니다. 이러한 생물학적 조절 메커니즘은 식물이 자원을 효율적으로 관리하고, 불리한 환경 조건에서도 생존을 최적화할 수 있게 돕습니다.
Q. 물과 에탄올을 혼합하면 부피가 줄어드는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 물과 에탄올을 혼합할때 나타나는 부피 감소 현상은 이 두 액체의 분자적 상호작용에 기인합니다. 물(H₂O)과 에탄올(C₂H₅OH) 각각은 극성을 가진 분자로, 각각 수소 결합이 가능한 수산기(-OH)를 포함하고 있습니다. 이 두 화합물이 혼합될때, 물의 산소 원자와 에탄올의 수소 원자 사이, 에탄올의 산소 원자와 물의 수소 원자 사이에 수소 결합이 형성됩니다. 수소 결합의 형성은 이들 분자가 서로 더욱 밀접하게 배열될 수 있도록 만들어줍니다. 이로 인해 각분자 간의 평균 거리가 감소하며, 결과적으로 혼합물의 총 부피가 단순히 각 구성 요소의 부피를 더한 것보다 작아지게 됩니다. 이 현상은 분자 간의 효율적인 포장(arrangement)과 관련이 있으며 ,특히 물과 에탄올 같은 경우, 분자 간에 강한 수소 결합이 형성되면서 상대적으로 큰 부피 감소가 발생합니다. 이러한 부피 감소는 용액의 성질을 연구할때 중요한 요소로, 용매와 용질 간의 상호 작용을 이해하는데 중요한 통찰을 제공합니다.