Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 전기뱀장어는 어떻게 몸에서 전기를 만들어 낼 수 있나요?
안녕하세요. 전기뱀장어(Electrophorus electricus)는 특별한 생물학적 구조를 통해 자신의 몸에서 전기를 생성할 수 있는 놀라운 능력을 갖고 있습니다. 이 능력은 전기 기관(electric organs)이라고 불리는 특수한 조직을 통해 가능해집니다. 전기뱀장어의 몸길이의 거의 80%가 전기 기관으로 이루어져 있으며, 이 기관은 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 주전기 기관(Main electric organ), 사냥용 전기 기관(Hunter`s organ), 사코스 전기 기관(Sach`s organ). 이들 각각의 기관은 수천에서 수만 개의 전기 세포(일렉트로사이트)로 이루어져 있습니다. 일렉트로사이트는 평상시에는 전기적으로 중립적인 상태를 유지합니다. 각 세포는 세포 안팎으로 나트륨(Na+) 이온과 칼륨(K+) 이온의 농도 차이를 유지하는 이온 펌프와 채널을 갖추고 있습니다. 전기뱀장어가 전기를 발생시키기 위해, 뇌에서 신호가 전기 기관으로 전달될때, 이온 채널이 활성화되어 나트륨 이온이 세포 내로 급격히 유입됩니다. 이로 인해 짧은 시간 동안 세포의 전기적 잠재력이 급변하며 전압이 발생합니다. 전기뱀장어는 이 전기를 다양한 방식으로 사용합니다. 낮은 전압의 전기 신호는 주변 환경 탐색이나 의사소통에 사용되며, 높은 전압의 전기 신호는 공격이나 방어 목적으로 사용됩니다. 이 전기 충격은 매우 강력하여, 큰 동물조차도 마비시키거나 사살할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
Q. 여성은 X 염색체를 두 개 가지고 있어, 탈모를 유발할 수 있는 유전자의 효과가 상쇄될 가능성이 있다고 설명해주셨는데 추가 질문 드려봅니다.
안녕하세요. 남성과 여성에서 X 염색체의 수 차이가 탈모 유발 유전자의 효과에 영향을 미치는 방식은 X 연관 유전(X-linked inheritance)의 기본 원리와 관련이 있습니다. 탈모 유발 유전자 중 일부는 X 염색체에 위치해 있으며, 이러한 유전자의 돌연변이는 탈모와 관련이 있을 수 있습니다. X 염색체 상의 유전자가 열성(Recessive)일 경우, 그 효과는 동일한 유전자의 우성(Dominant) 버전에 의해 상쇄될 수 있습니다. 열성 유전자는 두 복사본 중 하나만이 돌연변이를 가지고 있을때 특정 형질을 나타내지 않습니다. 우성 유전자의 존재가 이를 덮어쓰기 때문입니다. 따라서, 유전자의 효과가 나타나기 위해서는 두 복사본 모두 돌연변이를 가져야 합니다. 여성은 두 개의 X 염색체를 가지고 있으므로, 하나의 X 염색체에서 탈모 유발 유전자의 돌연변이가 발생하더라도, 다른 한 개의 X 염색체에서 정상 유전자가 이를 상쇄할 수 있습니다. 이 경우, 정상 유전자가 열성 돌연변이의 효과를 무효화하여 탈모가 발생하지 않을 수 있습니다. 반면, 남성은 X 염색체를 하나만 가지고 있으며, 다른 하나는 Y 염색체 입니다. 이 때문에 남성이 X 염색체에서 탈모 유발 유전자의 돌연변이를 가질 경우, 상쇄할 수 있는 다른 X 염색체가 없기 때문에 탈모 형질이 나타날 가능성이 더 높습니다. 남성에서는 하나의 돌연변이된 유전자만으로도 탈모의 현상이 나타날 수 있습니다.
Q. 길이가 엄청나게 산갈치는 심해어로 수면에서
안녕하세요. 길이가 매우 긴 산갈치(리본 어류)와 같은 심해어가 수면 근처에 나타나거나 죽어 떠오를 때 이를 지진의 전조현상으로 보는 관념은 주로 일본과 태평양 일부 지역의 민간 전승에 근거합니다. 이러한 생물학적 현상을 지진 예측의 신호로 여기는 것은 과거부터 많은 주목을 받았지만, 과학적 근거는 명확하지 않습니다. 산갈치가 수면에 나타나는 현상에 대해 몇 가지 가설이 제시되었습니다. 하나의 설은 이러한 생물들이 심해에서 발생할 수 있는 환경 변화나 스트레스, 예를 들어 수온의 변화, 해류의 변동, 먹이의 변화 등에 반응하여 상승하는 것입니다. 또 다른 설은 지진이나 기타 지각 변동이 해저에서 가스나 다른 화학 물질을 방출하면, 이로 인해 심해 생물들이 평소와 다른 행동을 보이는 것으로 보고 있습니다. 그러나 이러한 현상과 지진 사이의 직접적인 인과 관계를 입증하는 과학적 연구는 아직 미비합니다. 지진 예측을 위한 과학적 방법은 주로 지진계를 사용한 지각의 물리적 변화 감지에 의존하고 있으며, 해양 생물의 행동 변화를 이용한 방법은 그 예측력이 검증되지 않았습니다. 따라서, 산갈치와 같은 심해 생물의 이상 행동이 지진의 예고 현상으로 간주되기는 하지만, 이를 신뢰할 만한 지진 예측 도구로 활용하기에는 추가적인 연구와 데이터가 필요합니다.
Q. 일상생활에서 사용되는 물리학은 어떤것이 있을까요?
안녕하세요. 물리학은 일상생활에서 다양한 형태로 광범위하게 적용되며, 그 중요성은 현대 문명의 기술적 발전에 있어 핵심적인 역할을 합니다. 이론적이고 복잡한 분야로 인식되기도 하지만, 실제로는 기초적인 물리 법칙들이 우리 생활 속 깊숙이 자리 잡고 있습니다. 먼저, 전자기학(electromagnetism)은 가정용 및 상업용 전자 기기의 작동 원리를 이해하는데 필수적입니다. 스마트폰, 컴퓨터, TV 등의 장치는 전자 회로(Electronic circuits)와 반도체 기술(Semiconductor technology)에 기반을 두고 있으며, 이는 전하가 흐르는 방식과 전자기장의 상호작용을 이해함으로써 최적화됩니다. 역학(Mechanics)은 교통 수단의 설계 및 운영에 적용됩니다. 자동차, 비행기, 기차 등이 뉴턴의 운동 법칙(Newrton`s laws of motion) 및 에너지 보존 법칙(conservation of energy)에 따라 설계되어, 안전하고 효율적인 이동 수단을 제공합니다. 이러한 법칙들은 차량의 가속, 제동, 항력과 같은 현상을 분석할 때 기본적으로 활용됩니다. 또, 열역학(Thermodynamics)은 가정용 가전 제품 설계에 중요한 역할을 합니다. 냉장고나 에어컨과 같은 기기는 열의 이동을 제어하여 우리의 생활 환경을 더욱 쾌적하게 만들어 줍니다. 열역학의 첫 번째 및 두 번째 법칙(The first and second laws of thermodynamics)은 에너지의 효율적 사용과 최적화를 위해 필수적인 원리입니다. 이외에도 물리학은 건축학, 의학, 환경 과학 등 다양한 분야에 걸쳐 응용되며, 이를 통해 우리는 보다 안전하고, 효율적이며, 지속 가능한 사회를 구축할 수 있습니다. 따라서, 물리학의 원리들은 단순히 학문적 연구의 대상에 그치지 않고, 우리의 삶을 풍요롭게 하고 질을 높이는데 직접적으로 기여하고 있습니다.
Q. 공룡의 화석이나 뼈를 보고 이들의 나이는 어떻게 추정하나요
안녕하세요. 공룡의 화석화된 뼈를 통한 나이 추정은 고생물학에서 핵심적인 연구 영역을 구성하며, 이는 주로 뼈 내부의 미세 구조를 면밀히 분석함으로써 수행됩니다. 이 과정은 과학자들이 공룡의 생애 패턴과 진화적 적응을 이해하는데 중요한 정보를 제공합니다. 공룡의 나이를 추정하는 가장 일반적인 방법은 뼈의 성장 고리(Haversian systems) 분석입니다. 이는 연간 성장 패턴을 나타내는 선들을 세어 공룡의 나이를 추정할 수 있게 합니다. 겨울철 또는 불리한 환경 조건에서 공룡의 성장이 느려질때 성장 고리가 더 두드러지게 형성되며, 이는 고리의 수를 통해 개체의 나이를 추정하는데 사용됩니다. 또한, 골조직학적(Histological) 분석을 통해 공룡 뼈의 세포 구조를 조사하고, 이를 통해 성장 속도 및 생리적 상태를 유추할 수 있습니다. 이 방법은 뼈 조직의 다양한 층을 통해 성장이 어떻게 진행되었는지 상세히 파악하게 해 줍니다. 비교 해부학적(Comparative anatomical) 접근 방식도 사용되는데, 이는 알려진 다른 공룡 종과의 뼈 비교를 통해 추정하는 방법입니다. 이미 잘 연구된 종의 뼈 성장 데이터를 기반으로 유사한 크기와 형태의 뼈를 가진 공룡의 나이를 추론할 수 있습니다.