Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 파리가 손으로 실크를 뽑을수 있는 이유와 용도가 무엇인가요
안녕하세요. 일반적으로 '파리'라고 할 때, 우리는 주로 하우스 파리와 같은 일반적인 종을 떠올리게 되는데, 이런 파리는 실크를 생산하지 않습니다. '파리'라는 넓은 범주 안에서 특정 종류의 곤충들은 실제로 실크를 생산할 수 있습니다. 이러한 곤충들은 주로 파리목(Diptera)에 속하는 곤충들로서, 여기에는 과일 파리나 몇몇 유충들이 포함됩니다. 특히, 몇몇 유충들은 보호적인 고치를 만들거나 은신처를 구성하는 데 사용할 실크를 분비합니다. 파리의 유충이 실크를 뽑을 수 있는 이유는 진화 과정에서 발달한 특수한 분비샘을 가지고 있기 대문입니다. 이 샘들은 보통 유충의 입 근처에 위치하며, 보호적인 목적으로 활용될 수 있는 점성이 있는 물질을 분비합니다. 이러한 분비 기능은 유충이 환경적 위험으로부터 스스로를 보호하고, 더 높은 생존율을 보장하기 위해 진화한 것으로 생각됩니다.
물리
Q. 양자얽힘이라는 논리는 정확하게 어찌 이해하나요?
안녕하세요. 양자얽힘(quantum entanglement)은 양자역학의 핵심 원리 중 하나로, 두 개 이상의 입자가 그들의 양자 상태에 있어서 서로 의존적인 관계를 가지는 현상을 설명합니다. 이 현상은 물리적으로 떨어져있더라도, 한 입자의 상태를 측정하면 즉시 다른 입자의 상태가 결정되는 독특한 성질을 가집니다. 양자얽힘은 두 입자가 그들의 성질(ex : 스핀, 위치, 운동량)에서 서로 강하게 연결되어 어느 하나의 입자에 대한 측정이 다른 입자에 즉각적인 영향을 끼치는 현상을 말합니다. 예컨데, 두 입자가 얽혀 있다면 한 입자의 스핀을 측정해서 '위'라는 결과를 얻었을 때, 다른 입자의 스핀은 즉시 '아래'로 결정됩니다. 이는 두 입자가 어떤 거리에 있든 상관없이 적용됩니다. 질문자께서도 언급했듯이, 알베르트 아인슈타인은 양자얽힘 현상을 '귀신 같은 원격 작용(spooky action at a distance)'이라고 불렀습니다. 그는 이 현상이 자신이 믿는 지역성 원리(물체들이 서로 직접적인 영향을 미치기 위해서는 물리적으로 상호 작용해야 한다는 원리)와 모순된다고 생각했습니다. 아인슈타인은 양자역학이 완전한 이론이 아닐 수 있으며, 숨겨진 변수들이 존재할 수 있다고 제안했습니다. 현재 양자얽힘은 정보과학에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히, 양자암호화와 양자컴퓨팅 분야에서 매우 중요한 개념입니다. 양자암호화에서는 양자얽힘을 이용해 해킹이 불가능한 통신 채널을 구현할 수 있습니다. 양자컴퓨팅에서는 양자얽힘을 활용하여 전통적인 컴퓨터보다 월등히 빠른 계산을 수행할 수 있습니다. 양자얽힘을 만드는 기술은 실험적으로 이미 존재하며, 양자물리학 연구자들은 광자, 전자, 원자 등 다양한 입자들을 성공적으로 얽히게 하는 실험을 수행하고 있습니다. 이러한 실험들은 주로 특수한 실험실 설정에서 수행되며, 입자들을 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 필요로 합니다. 결론적으로, 양자얽힘은 양자역학의 가장 기이하고 매혹적인 현상 중 하나로, 그 이론적 배경과 실용적 응용 모두에서 현대 과학에 중대한 영향을 미치고 있습니다. 이 현상을 이해하고 활용하는 것은 미래 기술의 발전의 중요한 키가 될 것입니다.
화학
Q. 효모 발효 실험에서 설탕의 양을 늘리면 이산화탄소의 생성량도 증가하나요?
안녕하세요. 효모를 이용한 발효 과정에서 설탕의 양이 증가할 때, 이산화탄소(CO₂)의 생성량 역시 증가하는 경향을 보입니다. 이 현상은 발효 반응의 기본 메커니즘에 기초를 두고 있으며, 설탕(주로 글루코스)이 효모 세포의 대사 경로를 통해 에너지와 함께 이산화탄소를 생성하기 때문입니다. 발효 과정에서 글리코리시스(Glycolysis)는 글루코스 분자를 분해하여 피루베이트(Pyruvate)를 형성하고, 이 과정에서 소량의 에너지(ATP)와 이산화탄소가 생성됩니다. 이후, 피루베이트는 알코올 발효과정에서 에탄올(Ethanol)과 더 많은 이산화탄소로 전환됩니다. 설탕의 양이 증가하면, 효모는 더 많은 글루코스를 이용할 수 있게 되어 발효 과정에서 더 많은 이산화탄소를 방출하게 됩니다. 이 과정은 효모의 대사능력에 의해 제한될 수 있으며, 특정 조건에서는 삼투압 스트레스(Osmotic Stress)나 알코올 독성(Alcohol Toxicity)으로 인해 효모 세포의 활동이 저하될 수 있습니다. 따라서, 설탕과 이산화탄소의 생성량 사이의 관계는 선형적으로 증가하지만, 설탕의 농도가 과도하게 높아지면 효모 세포의 활동이 저해되어 이산화탄소의 생성량이 감소할 수 있습니다. 이러한 지식은 산업적 발효 공정 설계나 실험실 규모의 연구에서 중요하며, 최적의 발효 조건을 결정하는 데 필수적입니다. 발효 공정의 최적화는 효모의 생리적 한계와 환경 조건을 고려하여 이루어져야 하며, 이는 생물학적 생산물의 수율과 품질을 극대화하는 데 기여합니다.
생물·생명
Q. 거미끈이 딱딱한 부분과 끈끈한 부분을 어떻게 나누어 뽑는건가요
안녕하세요. 거미가 그들의 거미줄을 구성할 때, 두 주요 유형의 실크를 생산하게 되는 과정은 복잡한 생리학적 메커니즘에 의해 조절됩니다. 이러한 기능적 분화는 거미의 여러 종류의 분비샘을 통해 이루어집니다. 각 샘은 특화된 실크를 분비하여 거미줄의 특정 부분에 사용됩니다. 암페르선샘(magor ampullate glands)에서는 주로 거미줄의 기본 구조를 형성하는 데 필요한 실크가 생성됩니다. 이 실크는 높은 인장 강도(tensile strength)와 유연성을 자랑하며, 거미줄의 뼈대 역할을 하는 데 사용됩니다. 또한, 이 실크는 거미가 이동하거나 휴식할 때 사용하는 부분에도 적용되어, 구조적 안정성을 제공합니다. 구연샘(aggregate glands)은 끈적이는 소재를 생산합니다. 이 샘에서 생산된 실크는 공기 중에서 빠르게 응고되어 거미줄의 포획 부분에 끈적이는 물방울을 형성합니다. 이 끈적이는 부분은 주로 먹이가 거미줄에 접촉했을 때 이를 효과적으로 붙잡기 위해 사용됩니다. 이와 같은 고도로 특화된 실크의 생산은 거미가 그들의 포식 효율을 극대화하게 도와줍니다. 이러한 복잡한 실크 생산 과정은 거미의 생존 및 번식 전략과 밀접하게 연결되어 있습니다. 거미는 이러한 실크를 활용하여 생태계 내에서 다양한 역할을 수행하며, 그들의 존재는 생태계 내 다른 많은 종들에게도 영향을 미칩니다. 거미줄의 구조적 다양성과 기능적 전문화는 거미가 진화적으로 발전하는 과정에서 생존에 필수적인 적응 전략으로 발달했습니다. 이러한 전략은 거미가 효율적으로 먹이를 포획하고, 포식자로부터 자신을 방어하는 데 크게 기여합니다.
생물·생명
Q. 실크를 만드는 곤충은 누에고치이외 어떤 곤충이 있나요?
안녕하세요. 실크를 생산하는 곤충은 누에나방(Bombyx mori)이외에도 여러 종류가 있으며, 이들은 주로 나방류(moths)에 속합니다. 이 곤충들은 자신의 고치를 형성하는 과정에서 다양한 유형의 실크를 생산하며, 각기 다른 특성을 지닌 실크는 그 용도가 다양하게 활용됩니다. - 타사르 나방(Antheraea mylitta)은 주로 인도와 중국의 숲에서 발견되며, 야생 상태에서 생산되는 타사르 실크를 생성합니다. 이 실크는 그 질감이 거칠고 강한 내구성을 가지며, 주로 전통 의복 제작에 사용됩니다. - 에리 나방(Samia ricini)은 주로 인도 북동부 및 동남아시아에서 발견되며, 에리 실크를 생산합니다. 에리 실크는 부드러운 특성과 열 저항성으로 인해 겨울 의류와 침구류에 이상적인 소재로 간주됩니다. - 머게 나방(Antheraea assamensis)은 아삼 실크 또는 머게 실크를 생산하며, 이는 빛나는 질감과 강한 내구성을 지녀 고급 의류와 장식용 직물에 주로 사용됩니다. 이러한 곤충들은 각기 다른 환경에서 ㅈ니화하여, 그들만의 독특한 실크 생산 능력을 개발하였습니다. 이 실크들은 각각의 생태적 및 경제적 가치를 지니며, 전통적인 직물 산업에서 중요한 역할을 합니다. 각 종의 실크 생산 곤충은 그들의 생태계에서 중요한 위치를 차지하며, 그들의 보존은 생물다양성 유지 및 지속 가능한 자원 활용 측면에서 큰 의미를 가집니다.