Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 새들은 다리에 털이 없는데 추위를 안타나요?
안녕하세요. 새들은 다리에 털이 거의 없지만, 추위를 효과적으로 견딜 수 있도록 해부학적·생리학적 적응(Anatomical and Physiological Adaptations)을 통해 체온을 유지하는 능력을 갖추고 있습니다. 이는 주로 동맥-정맥 열교환 시스템(Countercurrent Heat Exchange System), 피부와 혈관 구조의 특수성, 지방층(Adipose Tissue)의 역할, 행동적 적응(Behavioral Adaptations) 등을 통해 설명될 수 있습니다. 새들의 다리는 동맥과 정맥이 서로 가까운 위치에 배열된 형태로 구성되어 있으며, 이를 통해 몸에서 다리로 내려가는 따뜻한 혈액과 다리에서 몸으로 올라오는 차가운 혈액이 직접적으로 접촉하면서 열교환이 이루어집니다. 이 과정에서 따뜻한 동맥혈(Arterial Blood)은 차가운 정맥혈(Venous Blood)로 열을 전달하여, 다리 끝에서 발생할 수 있는 극심한 열손실을 방지합니다. 이러한 시스템은 특히 극지방 조류(ex : 펭귄, Spheniscidae), 물가에서 서식하는 오리(Anatidae) 및 기러기(Anserinae)와 같은 조류에서 두드러지게 관찰됩니다. 또한, 새들의 다리는 피부가 두껍고 상대적으로 신경 분포가 적기 때문에 저온에 대한 민감도가 낮으며, 혈관이 수축(Vasoconstriction)하여 다리로 흐르는 혈류를 감소시킴으로써 열 손실을 최소화하는 방식으로 조절됩니다. 이러한 혈관 수축 작용은 체온 유지에 중요한 역할을 하며, 특히 기온이 낮아질 때 더욱 뚜렷하게 나타납니다. 일부 조류는 체온을 유지하기 위해 지방층을 발달시키기도 합니다. 예컨데, 펭귄이나 북극 지역에서 서식하는 일부 조류는 발바닥 부위에 지방층이 분포하여 열전도를 억제하고, 냉기로부터 조직을 보호합니다. 지방은 물보다 열전도율이 낮기 때문에 외부 환경으로부터의 열 손실을 줄이는 역할을 합니다. 그러나 대부분의 조류는 체중을 증가시키지 않기 위해 다리에는 두꺼운 지방층을 형성하지 않고, 대신 열교환 시스템을 활용하여 체온을 조절하는 방식이 더욱 일반적입니다. 행동적 적응(Behavioral Adaptations)도 중요한 요소입니다. 조류는 추운 환경에서 한쪽 다리를 들어 올린 채 서 있거나, 깃털 속으로 다리를 감싸는 행동을 통해 체온 손실을 줄이는 전략을 사용합니다. 특히 홍학(Phoenicopteridae)과 같은 조류는 차가운 물 위에서 한쪽 다리를 접어 몸쪽으로 올리는 행동을 통해 열손실을 최소화하는 생존 전략을 보입니다. 이러한 행동은 단순한 습관이 아니라 생리적 에너지를 효율적으로 사용하는 방식으로 진화한 결과입니다. 이에 대한 심도 있는 내용을 접근하고 싶으시다면 Physiological and Biochemical Zoology와 같은 학술저널, Avian Physiology (Sturkie, 5th Edition, Springer)와 같은 저널을 추천드립니다.
Q. 선글라스의 수명은 어떻게 알 수 있나요?
안녕하세요. 선글라스의 가장 중요한 기능 중 하나는 자외선(UV) 차단입니다. 렌즈는 UVA(320 nm) 파장 차단 기능을 갖추고 있어야 눈을 보호할 수 있습니다. 그러나 장기간 사용하면서 UV 차단 코팅이 마모되거나 렌즈 소재 자체가 변성되면 차단율이 감소할 수 있습니다. 특히, 강한 햇빛에 지속적으로 노출되거나, 고온 환경(ex : 고온의 차량 내부나 대시보드에 장시간 방치)에서 렌즈가 변색되거나 기능이 저하될 가능성이 큽니다. UV 차단 기느이 유지되고 있는지 확인하려면 UV 차단 테스트 장비(ex : 안경점에서 사용하는 확학 스펙트럼 분석기)를 활용하는 것이 가장 정확합니다. 일부 전문 안경점에서는 UV 차단율을 측정할 수 있는 기기를 보유하고 있으며, 이를 통해 현재 사용 중인 선글라스의 성능을 검사할 수 있습니다. UV 400 표기가 있는 제품은 400 nm 이하의 자외선을 99 ~ 100% 차단하는 기능을 갖춘 제품임을 의미합니다. 또, 선글라스 렌즈에는 반사 방지 코팅(Anti-Reflective Coating), 편광 코팅(Polarized Coating), UV 차단 코팅(UV Protection Coating) 등이 적용됩니다. 이러한 코팅은 물리적 마찰, 습기, 고온, 땀, 화학 물질(ex : 클렌징 제품, 스프레이) 등에 의해 점차적으로 마모되거나 벗겨질 가능성이 있습니다. 특히, 렌즈 표면에 미세한 균열이 발생하면 빛의 산란이 증가하여 시야의 왜곡이 심해질 수 있습니다. 렌즈를 정기적으로 검사하여 표면에 잔흠집이 많아지거나, 빛을 비췄을때 얼룩이나 빛 반사가 비정상적으로 증가하는 경우, 렌즈 교체를 고려해야 합니다. 코팅이 벗겨진 렌즈를 사용하면 눈부심(Glare)이 증가하고, 이는 시력 피로도를 높일 수 있습니다. 선글라스 렌즈는 시간이 지나면서 빛 투과율(Transmittance)이 변화할 가능성이 있습니다. 이는 렌즈가 변색되거나, UV 노출로 인해 미세한 균열이 발생하는 등의 현상 때문입니다. 일반적인 선글라스는 초기 상태에서 가시광선 투과율(Visible Light Transmission ; VLT)이 일정해야 하지만, 시간이 지나면서 변색이 일어나면 색감 왜곡이 발생할 수 있습니다. 특히 편광 렌즈(Polarized Lens)의 경우 필름이 손상되면 빛을 걸러내는 능력이 저하되어 수면(水面)이나 도로에서의 난반사(Glare)를 효과적으로 차단하지 못하는 현상이 발생할 수 있습니다. 위와 같은 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면 Optical Properties of Thin Flim Coating (MacLeod, 2001, Institute of Physics Publishing) 또는 Polarized Light and Optical Systems (Chipman et al., 2018, CRC Press)와 같은 문헌을 추천드립니다.
Q. 알이 부화할 때 온도가 낮으면 안되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 알이 부화할때 일정한 온도를 유지해야 하는 이유는 배아(Embryo)의 정상적인 발달을 위한 효소 활성, 세포 분열 및 분화 과정, 신진대사 조절, 생리적 항상성 유지와 깊은 관련이 있습니다. 조류와 같은 난생동물(Oviparous Animals)의 배아는 외부 환경에서 직접 열을 공급받아야 하며, 적절한 온도가 유지되지 않을 경우 배아의 발달이 지연되거나 정지할 수 있습니다. 배아의 성장 과정에서 가장 중요한 요소 중 하나는 세포 분열(Cell Division)과 세포 분화(Cell Differentiation)이며, 이 과정은 온도에 민감하게 반응합니다. 생명 활동을 유지하는 모든 효소(Enzymes)는 특정 온도 범위에서 가장 활발하게 작용하는데, 조류의 경우 분화에 적합한 온도는 36 ~ 38 °C로 보고됩니다. 온도가 이보다 낮아지면 효소의 활성도가 감소하여 세포 내 대사과정(Metabolic Processes)이 둔화되고, 결국 배아의 발달이 중단될 수 있습니다. 반대로, 온도가 지나치게 높으면 단백질 변성(Protein Denaturation)이 일어나거나 대사율(Metabolic Rate)이 비정상적으로 증가하여 배아가 사망할 위험이 높아집니다. 특히, 배아의 신경계 발달(Neurulation)과 순환계 형성(Vasculogenesis) 과정은 온도의 영향을 크게 받습니다. 신경계의 형성과정에서 신경관(Neural Tube)이 정상적으로 닫히지 않으면 선천적 기형(Neural Tube Defects ; NTDs)이 발생할 수 있으며, 심장과 혈관이 정상적으로 발달하지 못하면 혈액 공급이 원활하지 않아 배아의 생존 가능성이 낮아집니다. 따라서 알을 품는 어미새가 지속적으로 온도를 조절하는 행동은 단순한 보호 행위를 넘어 배아의 정상적인 생리적 발달을 유지하기 위한 필수적인 과정입니다. 실험적으로도 배양기(Incubator)를 이용한 인공 부화 실험에서 온도가 정상 범위보다 낮으면 부화율이 급격히 감소하며, 일정 임계점 이하에서는 배아의 발달이 완전히 정지하는 것이 확인되었습니다. 특히, 일부 조류에서 온도 민감성이 성결정(Themperature-Dependent Sex Determination ; TSD)과도 관련이 있다는 연구 결과가 있으며, 이는 파충류(Reptiles)에서 더욱 뚜렷하게 나타나는 현상입니다. 결론적으로, 부화 온도는 단순히 배아의 성장 속도를 조절하는 요소가 아니라, 세포 분열과 분화 과정, 효소 활성, 대사 조절, 신경계 및 순환계 발달, 생리적 항상성 유지에 직접적인 영향을 미치는 필수적인 환경적 요인입니다. 따라서 일정한 온도를 유지하지 못하면 배아는 정상적으로 성장할 수 없으며, 최악의 경우 부화 전에 생존 능력을 상실할 수 있습니다. 이런 내용에 대한 심도 있는 접근을 원하신다면 Developmetal Biology (Gilbert, 11th Edition, Sinauer Assocates) 또는 Avian Incubation: Behaviour, Environment, and Evolution (Deeming, 2002, Oxford University Press) 과 같은 문헌을 추천드립니다.
Q. 생물 조직의 에너지원인 포도당은 누가 발견했나요?
안녕하세요. 포도당(Glucose ; C₆H₁₂O₆)은 생물체의 주요 에너지원으로, 세포 호흡(Cellular Respiration)의 과정에서 ATP(아데노신 삼인산)합성에 필수적인 역할을 합니다. 포도당이라는 명칭은 실제로 포도에서 추출되었기 때문에 붙여진 것으로 알려져 있으며, 이는 그리스어 γλυκύς(glykys)에서 유래한 용어로, 달콤하다(Sweet)는 의미를 가지고 있습니다. 포도당을 최초로 분리한 것은 독일의 화학자 안드레아스 마르가프(Andreas Marggraf)와 장 바티스트 앙드레 뒤마(Jean-Baptiste-André Dumas, 1800~1884)가 포도당의 분자식을 결정하고, 이를 C₆H₁₂O₆로 명명하였습니다. 포도당의 구조를 완전히 규명한 것은 에밀 피셔(Emil Fischer, 1852~1919)로, 그는 1891년 포도당의 입체화학적 구조를 밝혀내는 연구를 수행하였고, 이를 바탕으로 당류의 입체화학에 대한 이론을 정립하였습니다. 이 연구로 인해 피셔는 1902년 노벨 화학상을 수상하였습니다. 피셔의 연구는 단순히 포도당의 구조를 밝히는데 그치지 않고, 당류의 입체이성질체(Stereoisomerism)에 대한 이론을 확립하는 계기가 되었습니다. 결론적으로, 포도당은 안드레아스 마르가프에 의해 처음 분리되었으며, 이후 장 바티스트 앙드레 뒤마에 의해 분자식이 밝혀졌고, 최종적으로 에밀 피셔가 입체화학적 구조를 규명하였습니다. 이 과정은 생화학(Biochemistry)와 유기화학(Organic Chemistry)의 발전에 큰 기여를 하였습니다. 위와 같은 내용을 심도 있게 접근하고 싶으시다면 추천드릴 문헌이 몇가지 있습니다. The Chemisrty of Sugars (Fischer, 1984) 또는 Biochmistry (Lehninger, 6th Edition, Freeman & Company)와 같은 책과 Journal of Biological Chemistry, Nature Metabolism과 같은 저널을 추천드립니다.
Q. 생물학계가 구분하는 계, 문, 강, 목이라는 것은 무엇을 말하나요?
안녕하세요. 생물 분류 체계에서 사용되는 계(Kingdom), 문(Phylum), 강(Class), 목(Order), 과(Family), 속(Genus), 종(Species)은 생물의 유연관계(Phylogenetic Relationship)를 반영하여 체계적으로 분류하는 기준입니다. 이러한 분류법은 카를 폰 린네(Carl von Linné, 1707 ~ 1778)가 이항명법(Binomial Nomenclature)과 함께 기초적인 틀을 정립하였으며, 이후 찰스 다윈(Charles Darwin)의 진화론과 계통분류학(Caldistics)의 발전에 따라 지속적으로 개정되었습니다. 생물 분류는 가장 넓은 범주에서 가장 좁은 범주로 세분화되는 방식으로 구성합니다. 계는 생물의 기본적인 생태적 특성을 반영하며, 문은 주요 신체 구조를 기준으로 구분됩니다. 강은 더 세부적인 해부학적 특징을 반영하며, 목부터는 보다 구체적인 생물군을 형성합니다. 과 이하에서는 유전적 유사성이 높은 개체군으로 나뉘며, 최종적으로 종은 번식이 가능한 생물 집단을 의미합니다. 이러한 생물 분류 체계에 대해 심도 있는 내용을 접하고 싶으시다면 Principles of Systematic Zoology (Mayr & Ashlock, 1991 McGraw-Hill) 또는 Plant Systematics: A Phylogenetic Approach (Judd et al., 4th Edition, Sinauer Associates) 등의 문헌을 추천드립니다.