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생물·생명
Q. 식물은 어떻게 물을 위로 끌어올리나요?
식물이 뿌리에서 흡수한 물을 잎까지 끌어올리는 데는 여러 가지 힘과 경로를 이용하는데, 이 과정을 증산류라 하고, 크게 다음 세 가지 주요 원리가 핵심적인 역할을 합니다.가장 핵심적인 원동력은 잎에서 일어나는 증산 작용입니다.잎 뒷면에 있는 작은 구멍인 기공을 통해 물이 수증기 형태로 대기 중으로 방출되는데, 이 증발 과정은 마치 빨대로 음료를 빨아들이는 것처럼 잎에 음압을 발생시킵니다. 이 음압이 뿌리에서부터 물을 위로 끌어올리는 주된 힘이 됩니다.그리고 물 분자들은 서로 강하게 끌어당기는 힘인 응집력을 가지고 있습니다. 이 응집력 덕분에 물 분자들이 끊어지지 않고 긴 기둥처럼 연결되어 위로 이동할 수 있습니다. 또한, 물 분자들은 식물 줄기 내 물관의 벽에 달라붙는 힘인 부착력도 가지고 있습니다. 이 부착력은 물 기둥이 중력에 의해 아래로 떨어지는 것을 방지하고, 물관 벽을 따라 안정적으로 이동할 수 있도록 만들어줍니다.그런데 밤의 경우 증산 작용이 줄어들거나 멈추지만, 뿌리에서는 여전히 토양으로부터 물과 무기염류를 흡수하려는 경향이 있습니다. 뿌리 세포 내의 이온 농도가 토양보다 높아 삼투 현상에 의해 물이 뿌리 안으로 계속 들어오게 되는데, 이때 뿌리 내부에 뿌리압이라는 양압이 발생합니다. 이 뿌리압은 낮에 증산 작용이 활발할 때만큼 강한 힘은 아니지만, 밤 동안 물을 줄기 위로 밀어 올리는 데 기여하여 줄기 내 물 기둥을 유지하고, 아침에 잎 끝에서 물방울이 맺히는 일액현상을 일으키기도 합니다.이렇게 증산작용, 응집력과 부착력, 뿌리압 세 가지 원리, 특히 증산 작용에 의한 당기는 힘과 물 분자 자체의 특성을 이용하여 뿌리에서 흡수된 물이 수십 미터에 달하는 높은 나무의 잎까지 도달할 수 있게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 식물의 잎 기공은 언제 열리고 닫히나요?
식물의 기공은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 중요한 역할을 하는 작은 구멍으로 식물의 생존에 필수적인 광합성과 증산 작용을 조절하기 위해 특정 조건에서 열리고 닫힙니다.그래서 기공을 열리고 닫히는 주요 원인인 빛의 상태와 이산화탄소의 농도, 수분 상태, 온도 등입니다.기공은 주로 낮 동안 빛이 있을 때 열립니다. 광합성을 위해서는 이산화탄소가 필요한데, 빛이 있을 때 식물은 활발하게 광합성을 수행하므로 기공을 열어 이산화탄소를 흡수합니다. 빛의 강도가 강할수록 기공은 더 넓게 열리는 경향이 있습니다. 같은 이유로 잎 내부의 이산화탄소 농도가 낮아지면 기공은 열리는 경향이 있습니다. 광합성을 통해 이산화탄소를 계속 사용하기 때문에 잎 내부의 농도가 낮아지면 기공을 열어 더 많은 이산화탄소를 받아들이려고 합니다. 반대로, 이산화탄소 농도가 너무 높아지면 기공은 닫히기도 합니다.또한 식물이 충분한 물을 가지고 있을 때 기공은 열립니다. 하지만 식물에 물이 부족하거나 가뭄 상태가 되면 기공은 닫힙니다. 이는 잎을 통해 물이 증발하는 것을 막아 식물이 수분을 보존하기 위한 생존 전략으로 기공을 닫아 불필요한 수분 손실을 막으려는 것입니다.그리고 보통 생장에 적당한 온도일 때 기공은 열려 있습니다. 하지만 온도가 너무 높거나 낮아지면 기공이 닫히게 됩니다. 고온에서는 과도한 수분 손실을 막기 위해 닫히고, 저온에서는 식물의 대사 활동이 둔화되므로 닫히는 경향이 있습니다.
생물·생명
Q. 코끼리는 고기를 안먹는데 어떻게 그렇게 힘이 세죠? 근육은 단백질이라면서요
코끼리가 주식으로 삼는 풀도 단백질로 되어 있습니다.다만, 사람은 풀의 주성분을 소화할 능력이 부족하죠.하지만, 코끼리 같은 초식동물은 우리와 달리 풀의 주성분인 셀룰로스(섬유질)를 효율적으로 소화할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 즉, 사람은 셀룰로스를 소화하지 못해서 섬유질이 많은 채소를 먹으면 대부분 그대로 배출되지만, 코끼리는 모두 소화하여 근육을 만들 수 있는 재료로 사용할 수 있다는 것이죠.사람과 코끼리는 소화기관의 구조와 기능, 그리고 필요한 영양소의 대사 방식이 다릅니다.사람은 셀룰로스를 분해하는 효소가 없기 때문에, 아무리 많은 풀을 먹어도 코끼리처럼 근육을 만들기에 충분한 영양소를 흡수하기 어렵습니다.사람이 고기를 섭취하는 이유는 말씀하신대로 단백질 섭취를 위한 것인데, 동물성 단백질은 우리 몸에 필요한 모든 필수 아미노산을 균형 있게 포함하고 있어 흡수율이 높습니다. 반면, 식물성 단백질은 특정 아미노산이 부족한 경우가 많아 다양한 종류의 식물성 단백질을 섭취해야 합니다. 코끼리는 복잡한 소화 과정을 통해 이 문제를 해결하는 거죠.결론적으로, 코끼리는 풀 속에 있는 영양분과 장내 미생물의 도움을 받아 자체적으로 필요한 단백질을 합성하고 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 풀만 먹고도 엄청난 근육을 가질 수 있는 것입니다. 사람과는 상당히 다른 방식이죠.
생물·생명
Q. 바퀴벌레의 종은 어떤 것들이 있나요?
바퀴벌레는 전 세계적으로 약 4,500종이 있으며, 그 중 30여종이 인간의 주거환경과 관련하여 해충으로 분류되고 있습니다.우리나라에서 주로 발견되는 대표적인 바퀴벌레 종류로는 독일바퀴, 미국바퀴, 일본바퀴, 먹바퀴, 이질바퀴 등이 있습니다.
생물·생명
Q. 신생대에서 포유류가 폭발적으로 몸집을 키우고 다양해질 수 있었던 이유는 무엇인가요
가장 큰 이유는 이미 말씀하신대로 공룡이 사라졌기 때문입니다.중생대에는 공룡이 지구 생태계의 최상위 포식자이자 주요 초식동물로서 압도적인 지위를 차지하고 있었습니다. 그래서 당시 포유류는 공룡의 그늘에 가려져 주로 작고, 야행성이며, 곤충을 먹는 형태로 존재했습니다. 하지만 약 6,600만 년 전 소행성 충돌 등으로 인한 대멸종으로 공룡이 사라지면서, 이들이 차지하고 있던 수많은 생태적 지위가 비게 되었고 이는 포유류가 생태적 지위를 가질 수 있는 기회가 되었습니다.즉, 경쟁과 포식 압력 감소하고 다양한 서식지에서 생존할 수 있는 기회를 얻었으며, 공룡 멸종 후 번성하기 시작한 속씨식물은 포유류에게 새로운 식량원이 되었습니다.게다가 포유류는 스스로 체온을 조절할 수 있는 정온 동물이었기 때문에, 급격한 기후 변화에도 상대적으로 잘 적응할 수 있었을 뿐만 아니라 포유류는 파충류에 비해 상대적으로 높은 지능을 가지고 있었으며, 복잡한 환경 변화에 더욱 유연하게 대처할 수 있었습니다.결과적으로 신생대에 포유류는 급격하게 적응 방산을 겪으며 몸집이 커지고, 다양한 형태와 생활 방식을 가진 종들로 진화하게 된 것입니다.