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생물·생명
Q. 우성 유전 질환이 열성 유전 질환에 비해서 더 심각하지 않다고 보는 이유는 무엇인가요?
우성 유전 질환이 열성 유전 질환보다 경미하다고 할 수 있는 이유는 자연 선택 때문입니다.즉, 우성 유전은 높은 확율로 발현하게 되는데, 치명적인 우성 유전자는 다음 세대로 전달되기 어렵기 때문에 소멸될 가능성이 높은 것입니다.반면 열성 유전 질환은 치명적임에도 발현되지 않기 때문에 보인자를 통해 여러 세대에 걸쳐 잠재되어 있다가 발현될 수 있습니다.
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Q. 다인자 유전과 복대립 유전은 어떻게 다른 것인가요?
다인자 유전은 여러 쌍의 유전자가 한 가지 형질을 결정하는 유전 방식입니다.이 유전자들이 상호작용하며 형질에 영향을 미치기 때문에, 표현형이 뚜렷하게 구분되지 않고 키, 피부색, 몸무게처럼 연속적인 변이를 나타냅니다. 비유하자면 마치 여러 악기가 합쳐져 하나의 음악을 만드는 것과 비슷합니다.반면 복대립 유전은 하나의 유전자 자리에 세 개 이상의 대립 유전자가 존재하는 경우를 말합니다.하지만 한 개체는 상동 염색체에 위치한 두 개의 대립 유전자만 가질 수 있습니다. 대표적으로 ABO식 혈액형이 있습니다. 이미 잘 알고 계시겠지만, 여기에는 A, B, O 세 개의 대립 유전자가 있지만, 사람은 그 중 두 개(AA, AO, BB, BO, AB, OO)만 가질 수 있는 것이죠.
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Q. 유전적으로 다면 발현은 왜 일어나는 것인가요?
페닐케톤뇨증(PKU)은 페닐알라닌을 티로신으로 전환하는 효소인 페닐알라닌 수산화효소의 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 상염색체 열성 유전 질환입니다.말씀하신대로 하나의 유전자 결함이 여러 표현형에 영향을 미치는 다면발현의 대표적인 경우이죠.정상적인 경우, 우리 몸은 단백질을 구성하는 필수 아미노산인 페닐알라닌을 분해하여 티로신으로 바꾸고, 이 티로신은 신경전달물질, 멜라닌 색소, 갑상선 호르몬 등을 만드는 데 사용됩니다. 하지만 페닐케톤뇨증 환자는 PAH 효소가 부족하거나 제 기능을 못해 페닐알라닌을 티로신으로 전환하지 못합니다.이로 인해 섭취한 페닐알라닌이 체내에 과도하게 축적되고, 페닐알라닌의 대사 부산물인 페닐케톤이 소변으로 배출됩니다. 이 과정에서 페닐알라닌과 그 부산물들이 혈액과 조직에 쌓여 여러 가지 문제를 일으키게 되는 것입니다.이로 인한 대표적인 증상으로는 지적장애, 밝은 피부색과 머리카락, 독특한 냄새, 경련 등의 행동 문제 등입니다.
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Q. 핵에서 세포질로 방출될 경우에는 에너지를 사용하는 이유는 무엇인가요?
핵과 세포질 사이의 물질 이동은 Ran 단백질과 GTP의 농도 구배에 의해 방향성이 결정됩니다.GTP 에너지는 핵에서 세포질로 물질을 내보낼 때만 사용되는 것이 아니라, 사실 핵으로 물질을 들여보내는 과정에서도 간접적으로 사용됩니다. 다만 그 역할과 기작이 다르죠.핵 내부에는 Ran-GTP가 풍부하고, 세포질에는 Ran-GDP가 풍부합니다. 핵에서 세포질로 물질을 내보내는 과정은 엑스포틴이라는 수송 단백질이 Ran-GTP와 결합할 때만 화물과 결합할 수 있습니다. 이 복합체가 세포질로 이동하면, Ran-GTP가 GTP 에너지를 소모하여 Ran-GDP로 가수분해되고, 이로 인해 복합체가 해체되면서 화물이 방출됩니다.반면, 세포질에서 핵으로 물질을 들여보내는 과정은 임포틴이라는 수송 단백질이 화물과 결합한 채로 핵으로 들어갑니다. 핵 안에서 높은 농도의 Ran-GTP가 임포틴에 결합하면 화물이 떨어져 나가는데, 이 과정 자체는 GTP 가수분해 에너지를 소모하지 않습니다. 이후 임포틴은 Ran-GTP와 함께 세포질로 돌아가고, 이때 Ran-GTP가 가수분해되어 임포틴을 다시 자유롭게 만듭니다.결국, GTP 가수분해 에너지는 핵으로 들여온 물질을 놓아주는 데 직접 사용되는 것이 아니라, 임포틴을 재활용하는 데 사용되는 것입니다.
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Q. 개구리는 양서류로 분류되는데, 양서류만의 특징은 무엇인가요
양서류라는 이름은 매우 간단하게도 양쪽에서 생활하는 동물이라는 의미입니다.즉, 변태를 하는 생애 주기를 가지고, 물과 육지를 오가는 생활을 합니다.다시 말해 양서류의 가장 큰 특징은 변태를 한다는 것인데, 말씀하신 개구리는 알에서 올챙이로 부화하여 물속에서 아가미로 호흡하며 생활하다 이후 성체로 성장하면서 아가미가 사라지고 폐가 발달하여 육상 생활에 적응하게 됩니다. 그리고 육지와 물을 오가며 생활하죠.
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Q. 개구리가 환경 오염에 민감한 지표 생물로 불리는 이유는 무엇일까요?
개구리가 환경오염에 민감한 지표 생물로 불리는 이유는 피부 호흡과 복잡한 생활 주기로 환경의 영향을 크게 받기 때문입니다.개구리는 허파와 함께 피부를 통해서도 호흡을 합니다. 이 과정에서 피부는 늘 축축한 상태를 유지해야 하는데, 얇고 투과성이 높은 피부는 물에 녹아 있는 각종 오염 물질을 쉽게 흡수하게 됩니다. 이 때문에 개구리는 물이나 공기 속의 독성 물질에 직접적으로 노출되고, 이는 개구리 개체 수 감소나 기형 발생의 원인이 되게 됩니다.또한 개구리는 올챙이 때는 물속에서, 성체 때는 육지에서 보내는 변태 과정을 거치게 됩니다.이러한 이중 생활 방식 덕분에 개구리는 수생 환경과 육생 환경 모두의 오염 상태를 반영하는 지표가 되는 것입니다.즉, 올챙이는 오염된 물에서 성장하며 영향을 받고, 성체는 오염된 땅이나 공기에서 영향을 받기 때문에, 개구리 집단의 건강 상태는 해당 지역의 전반적인 환경 상태를 나타내는 신호가 되는 것이죠.
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Q. 농업에서 토양 산성화가 장기적으로 작물 생산성에 끼치는 영향은?
무엇보다 농작물의 생산성을 떨어뜨리는 주요 원인이 됩니다.대부분의 농작물은 pH 6.0~7.0 범위의 약산성 또는 중성 토양에서 영양분을 가장 효과적으로 흡수할 수 있습니다.하지만 토양이 pH 5.5 이하로 산성화되면 인(P), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K)과 같은 필수 다량 영양소들의 유효도가 급격히 낮아져 작물이 흡수하기 어려운 형태로 변합니다.게다가 산성화된 토양에서는 알루미늄(Al)과 망간(Mn) 같은 금속 이온의 용해도가 높아집니다. 이 금속들은 작물 뿌리에 독성을 유발하여 뿌리 발달을 저해하고, 영양분과 수분 흡수 능력을 떨어뜨리게 됩니다. 특히 알루미늄 독성은 뿌리를 짧고 굵게 만들어 작물의 성장을 방해하며, 심할 경우 고사시키기도 합니다.또한 토양 내 유익한 미생물들은 유기물을 분해하고 영양분 순환을 돕는 등 토양의 비옥도를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 하지만 많은 유익균은 중성 또는 약알칼리성 환경에서 가장 활발하게 활동하기 때문에 토양이 산성화되면 이러한 미생물들의 활동이 둔화되어 토양의 비옥도가 감소하고, 질소 고정과 같은 중요한 생물학적 과정이 제대로 이루어지지 않게 됩니다.결국 토양 산성화는 생산량을 감소시킬 뿐만 아니라, 비료 효율을 떨어트리고 작물의 병충해 저항성을 떨어뜨려 결과적으로 농업 생산 비용을 증가시키게 됩니다.
생물·생명
Q. 자연사 박물관에서 공룡 화석이 전시되기 전 거치는 과학적 복원 과정은?
화석이 발견되면 기본적으로 주변 암석을 제거하고 연구실 또는 실험실로 옮겨져 복원 절차를 거치게 됩니다.주변 암석이 제거된 화석은 비교 해부학적 지식을 활용해 원래의 뼈대 형태로 조립합니다. 즉 현대의 후손으로 예상되는 동물의 구조를 바탕으로 화석의 원형을 추정하는 것이죠. 이때 부족한 부분은 3D 스캔 및 3D 프린팅 기술을 이용해 복원하며, 유사한 종의 화석이나 현생 동물의 해부학적 구조를 참고하여 최대한 과학적 근거에 맞춰 완성하는 것입니다.
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Q. 세계에서 가장 작은 동물은 무엇인가요?
사실 그 기준에 따라 다를 수 있습니다.먼저 가장 작은 포유류라면 '키티코박쥐'로 보고 있습니다. 몸무게가 2g 정도이고, 몸길이는 3cm 정도입니다. 태국과 미얀마 일부 지역에 서식합니다.원숭이도 말씀하셨는데, '피그미마모셋'이 세상에서 가장 작은 원숭이로 알려져 있으며, 꼬리를 제외하면 몸길이가 15cm 정도이고, 몸무게는 100g 정도로 작고 가볍습니다. 남아메리카 아마존 열대우림에 서식합니다.또 가장 작은 고양이는 '러스티 스포티드 캣'으로 몸길이는 35~48cm 정도이고, 몸무게는 1kg 정도입니다.
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Q. 세계 보건 기구 WHO가 전염병 대응에서 각국 정부와 협력하는 방식
세계보건기구(WHO)는 전염병 발생 시 국제적 협력을 주도하는 역할을 합니다.특히 얼마전 발생한 코로나19와 같은 전염병의 경우 팬데믹 선언을 통해 전 세계가 같이 대응해야 하는 상황임을 알리고, 각국에 위험도와 대응 지침을 제공합니다. 그리고 각 나라는 이를 바탕으로 보건 정책을 수립하는 것입니다.우선 전염병일 발생하면WHO는 해당 전염병의 정보를 수집하여 전 세계 국가들과 정보를 공유합니다. 그리고 감염병의 확산 방지, 진단, 치료, 백신 접종 등과 관련된 과학적이고 기술적인 지침을 배포합니다. 필요시에는 국제 공중보건 비상사태(PHEIC) 또는 팬데믹(pandemic)을 선언하기도 하죠.그리고 백신 및 치료제 연구 지원, 그리고 의료 물품 및 전문가 지원 역시 WHO의 주요 역할 중 하나입니다.