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생물·생명
Q. 고래는 왜 바다에 살면서도 유일한 포유류로 남게되었나요?
가장 큰 이유는 살아 남기 위함입니다.신생대 초기 육상에는 공룡의 멸종 이후 다양한 포유류들이 번성하며 먹이 경쟁이 치열해졌습니다. 반면 바다에는 풍부한 먹이 자원이 있었고, 육상 포유류와의 경쟁에서 벗어나 새로운 생태적 지위를 개척할 수 있었습니다.또한 바다는 육상에 비해 온도 변화가 적고 상대적으로 안정적인 환경이었고, 포식자의 위협 또한 육상보다는 적었을 것으로 추정됩니다.결론적으로 먹이 경쟁에서 살아남기 위한 진화의 방향이었던 것이죠.
생물·생명
Q. 개구리는 도시에서 사는 것이 어렵나요?
개구리는 기본적으로 양서류의 특성을 가지고 있습니다.즉, 번식을 위해 물웅덩이나 연못 같은 습지 환경이 필수적이며, 먹이 활동과 휴식을 위해 주변 육상 환경도 필요로 합니다. 하지만 도시는 이런 자연적인 서식지가 급격히 사라졌습니다.게다가 개구리는 피부가 얇고 투과성이 높아서 환경 변화와 오염에 매우 민감합니다. 그래서 도시 환경의 다양한 오염원은 개구리에게 치명적입니다.이렇게 가장 기본적인 생존 이유만으로도 도시는 개구리가 살아가기에 매우 가혹한 환경입니다. 개구리는 환경 변화에 대한 '생물 지표종'으로 알려져 있는데, 도시에서 개구리가 사라지는 것은 그만큼 도시 생태계가 자연적인 생태환경과는 멀어지 건강하지 않다는 것을 보여주는 지표라고 할 수 있는 것이죠.
생물·생명
Q. 왜 황인은 백인이나 흑인에 비해 신체가 작은가요?
대부분의 경우가 그러하지만, 유전학적 요인과 환경적 요인이 함께 영향을 미친 결과입니다.먼저 GH1이나 IGF1 등 특정 유전자는 성장 호르몬 분비 및 뼈 성장에 영향을 미치며, 인종별로 이러한 유전자 변이의 빈도에 차이가 있을 수 있습니다. 동아시아인의 경우, 전반적으로 신장이 작은 쪽의 유전자형의 빈도가 높다는 연구 결과들이 있습니다.또한 인종에 따라 골격의 길이나 밀도, 그리고 근육 부착 부위 등에 차이가 있습니다. 그래서 흑인에게서 발견되는 긴 팔다리와 특정 근육 구성은 단거리 달리기나 점프와 같은 폭발적인 운동에 유리하게 작용할 수 있죠.또한 과거 수만 년 동안 각 인종이 살아왔던 환경은 그들의 유전자에 영향을 미쳤습니다.동아시아 지역은 대체로 비교적 서늘한 기후에 속했는데, 이런 기후에 적응하기 위해 몸집이 작아지고 팔다리가 짧아지는 경향이 진화하는 경향이 있는데, 이는 표면적 대비 부피를 줄여 체온 손실을 최소화하는 데 유리하기 때문이죠.결국 올림픽과 같은 스포츠 무대에서 인종별 신체 능력 차이가 두드러지는 것은 앞서 말씀드린 유전적, 환경적 요인들이 특정 종목에 유리하게 작용하기 때문입니다.
생물·생명
Q. 양서류와 곰팡이의 상호작용이 생태계에 미친 영향은 무엇인가요
먼저 양서류는 피부를 통해 호흡하는 비중이 매우 큽니다.항아리곰팡이는 양서류 피부의 각질층과 과립층에 감염되어 피부가 과각질화되고 떨어지게 만드는데, 이로 인해 양서류는 호흡 곤란을 겪게 되고, 전신이 마비되어 죽음에 이르게 되는 것입니다.또한 양서류는 생활사 전반에 걸쳐 물에 대한 의존도가 높습니다. 항아리곰팡이의 포자는 물속을 헤엄쳐 자유롭게 이동하며, 숙주 없이도 일정 기간 생존할 수 있어 물을 통해 쉽게 전파됩니다. 양서류가 서식하는 습지나 수생 환경은 곰팡이의 번식에 유리한 조건이 되는 것이죠.그리고 곰팡이는 고온에서 생존하기 어렵지만, 양서류는 변온동물로 체온이 낮아 곰팡이가 번식하기에 적합한 온도입니다. 반면, 포유류와 조류는 체온이 높아 대부분의 곰팡이가 생존하기 어렵죠.그리고 양서류의 방어 체계가 포유류에 비해 곰팡이에 취약한 배경은 진화적 경로의 차이에서 비롯됩니다.양서류의 피부는 육상 생활에 적응하는 과정에서 호흡이나 수분 흡수 및 배출, 전해질 조절 등 다양한 중요한 기능을 하도록 진화했습니다. 얇고 촉촉한 피부는 이러한 기능에 필수적이지만, 동시에 병원균 침투에 취약한 구조가 됩니다.반면 포유류의 피부는 주로 물리적인 보호 장벽으로서의 역할을 강화하는 방향으로 진화했습니다. 두꺼운 각질층과 털, 그리고 높은 체온을 통해 외부 병원균으로부터 효과적으로 보호할 수 있고 또한, 포유류는 폐를 통한 호흡에 전적으로 의존하므로 피부 손상이 생존에 미치는 직접적인 영향이 양서류보다 적습니다.게다가 양서류의 면역 체계는 포유류에 비해 상대적으로 단순하고 비특이적인 선천 면역에 더 의존하는 경향이 있습니다. 비록 항균 펩타이드와 같은 방어 물질을 피부에서 분비하기도 하지만, 항아리곰팡이와 같이 독특한 생활사와 강력한 공격 메커니즘을 가진 병원균에 대해서는 효과적으로 대응하지 못하는 한계가 있습니다.
생물·생명
Q. 사과는 다른 식물들처럼 DNA 추출 실험이 불가능한가요?
먼저 사과도 다른 식물들처럼 DNA 추출 실험이 가능합니다.식물에서 DNA를 추출하는 것은 일반적인 생물학 실험이며, 사과 역시 식물 세포를 가지고 있기 때문에 충분히 DNA를 뽑아낼 수 있습니다. 오히려 사과는 비교적 쉽게 구할 수 있고 과육이 부드러워 DNA 추출 실험에 자주 사용되기도 합니다.그런데.. 추출을 못하셨다면 몇 가지 원인으로 생각되는 것이 있긴 합니다.먼저 과즙이 나오는 것이 세포벽 파괴를 의미하는 것은 맞지만, 모든 세포가 균일하게 파괴되었다고 보기는 어렵습니다. DNA는 세포의 핵 안에 존재하는데, 핵까지 완전히 파괴되어 DNA가 용액 속으로 나와야 추출이 가능합니다.그리고 오히려 너무 오랫동안 과도하게 으깨면 DNA 자체가 물리적인 힘에 의해 잘게 잘리거나 손상될 수 있습니다. DNA는 긴 사슬 형태의 분자인데, 너무 심한 전단력은 이를 끊어버릴 수 있기 때문에 플라스틱 펜을 이용해 오랜 시간 으깼다면 이러한 물리적 손상 가능성이 있습니다.그리고 사과에는 폴리페놀 산화효소와 같은 효소가 많이 포함되어 있습니다. 이 효소들은 사과가 갈변하는 원인이 되기도 하는데, DNA 추출 과정에서 세포가 파괴될 때 나와서 DNA와 반응하거나 다른 물질들과 결합하여 DNA 추출을 방해할 수 있습니다. 특히 갈변이 심하게 일어났다면 이러한 효소 반응이 활발했다는 의미일 수 있습니다.물론 말씀대로 사과 과육의 경우 다른 조직에 비해 세포 밀도나 DNA 양이 상대적으로 적을 수 있습니다.다시 실험을 하신다면 으깨는 방법을 좀 조절하시고, 가능하다면 액체 질소를 활용하는 것도 방법입니다.그리고 항산화제와 pH, 온도 등을 실험에 맞춰 조절해주는 것도 생각하셔야 합니다.