안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 새들은 편대를 이루면서 비행을 하는 모습을 자주 보게 되는데 이유가 있나요?
안녕하세요.많은 새들이 하늘을 날아갈 때 V자 형태로 편대를 이루며 이동하는 모습은 특히 기러기, 두루미, 펠리컨과 같은 중대형 조류에서 자주 관찰되는 독특한 행동입니다. 이와 같은 편대 비행은 단순히 무리를 지어 나는 것이 아니라, 에너지 절약, 의사소통, 방향 유지, 사회적 협력을 포함하는 매우 과학적이고 진화적으로 유리한 전략에 기반한 것입니다. 우선 가장 핵심적인 이유는 공기역학적 이점 때문입니다. 새가 날 때 날개를 아래로 치면 날개 끝에서 소용돌이치는 공기 흐름(vortex)이 형성되는데, 이때 날개 뒤쪽 양옆으로 상승 기류(upwash)가 만들어집니다. 뒤따르는 새는 이 상승 기류를 이용해 공중에 뜨는 힘을 더 쉽게 얻을 수 있으며, 그 결과 날갯짓에 필요한 에너지를 절약할 수 있습니다. 즉, 맨 앞에 서는 새는 가장 많은 에너지를 쓰고, 그 뒤로 줄을 지은 새들은 그보다 적은 힘으로 비행할 수 있게 됩니다. 흥미롭게도 이 V자 편대는 단순히 줄을 지은 것이 아니라, 날개 간격과 타이밍까지 조절되어 전체 편대의 공기 저항을 최소화하도록 구성됩니다. 연구에 따르면, 뒤에 있는 새들은 앞 새가 날개를 내릴 때 정확히 0.2초 내외의 시간차를 두고 날갯짓을 동기화함으로써 상승 기류를 극대화하여 활용합니다. 이러한 날갯짓의 타이밍 동기화는 학습과 본능이 결합된 결과로 알려져 있습니다. 또한, 편대 비행은 의사소통과 협동에도 중요한 역할을 합니다. 무리 내에서는 소리나 시각적 신호를 통해 방향을 공유하고, 위험을 감지하거나 피로한 개체가 자리를 바꿀 수 있습니다. 실제로 가장 앞에 있는 새는 일정 거리 이상 비행하면 뒤로 빠지고, 다른 새가 리더의 위치를 교대하면서 전체 무리의 피로를 분산시킵니다. 이러한 리더십 교대는 일종의 집단적 리듬과 규칙에 기반한 협력 체계로 이해할 수 있습니다. 편대 비행은 또 하나의 이점으로 길 찾기와 방향 유지에도 도움을 줍니다. 수천 km 이상을 이동해야 하는 철새들은, 편대를 이룸으로써 집단 기억과 경험을 공유하며, 시야 확보와 방향 감각 유지에 더 유리한 조건을 갖추게 됩니다. 특히 젊은 새는 어른 새를 따라가며 경로를 배우고, 전체 무리는 하늘의 태양, 지구 자기장, 별, 지형 등의 단서를 활용해 방향을 인식합니다. 결론적으로 말씀드리면, 새들이 V자 형태의 편대를 이루어 비행하는 이유는 공기역학적 에너지 절약, 무리 내 소통과 협력, 방향 감각 유지, 그리고 집단의 생존율을 높이는 진화적 전략이 결합된 결과입니다. 이는 단순히 보기 좋은 장면이 아니라, 수백만 년에 걸친 진화 과정 속에서 새들이 선택한 가장 효율적이고 생존에 유리한 방식이라 할 수 있습니다.
Q. 겨울철에 김장김치를 담글때 사용하는 굴은 항상 많은데, 어떻게 번식을 하고 채취를 하는지 궁금합니다.
안녕하세요.겨울철에 김장김치나 굴국밥, 굴전, 굴회 등에 자주 쓰이는 굴은 바다에서 서식하는 대표적인 이매패류(두 개의 껍데기를 가진 조개류)입니다. 우리가 식재료로 흔히 사용하는 굴은 대부분 양식을 통해 공급되며, 자연산도 일부 존재합니다. 굴의 생태와 번식 방식, 그리고 채취 방식은 아주 흥미롭고 체계적으로 이루어져 있습니다. 우선 굴은 바닷물 속에 떠다니는 유기물이나 미세한 식물성 플랑크톤을 여과해서 먹으며, 조수 간만의 차가 있는 바위, 말뚝, 또는 양식장에서 설치한 부착물에 붙어서 사는 착생 생물입니다. 산란기에는 체내에서 정자와 난자를 생성하며, 일부 굴은 자웅동체이기도 하고, 일부는 수컷과 암컷이 구분되어 있습니다. 보통 5월에서 8월 사이의 따뜻한 수온에서 번식하며, 성숙한 굴은 정자 또는 난자를 바닷물 속으로 방출합니다. 바다에 퍼진 이들 생식세포는 수정란이 되어 유생(프리벨리저 유생, trochophore larvae) 형태로 며칠 동안 바다를 떠다니다가, 적절한 지형이나 양식장에서 마련한 ‘채묘기’라는 부착 구조물에 착지하여 부착됩니다. 그 뒤에 성장하여 우리가 아는 껍질을 가진 굴의 형태로 성체가 되어갑니다. 굴 양식은 주로 다음과 같은 방식으로 이루어집니다:채묘 단계: 앞서 말한 유생이 부착할 수 있도록, 바다 속에 굴 껍질, 로프, 플라스틱 판 등의 채묘기(씨채취 도구)를 설치하여, 유생이 이곳에 붙게 유도합니다. 이 과정을 통해 굴 씨를 얻습니다.양성 단계: 유생이 붙은 채묘기는 일정 기간 동안 바다에 매달아 놓거나, 연안의 수면 위에 떠 있는 시설에 매달아 두어 성장이 이루어지게 합니다. 양식 굴은 보통 1~2년 정도 바다에서 키운 후 수확됩니다.수확 단계: 가을부터 겨울, 특히 11월~2월 사이가 굴의 맛이 가장 좋고 살이 오르는 시기이기 때문에 이 시기에 대량으로 수확됩니다. 수확된 굴은 껍질째 유통되거나, 탈각(껍데기를 제거)하여 김장김치나 생굴회, 국밥 등에 사용됩니다.한편, 굴은 바닷물의 수질 정화에도 큰 역할을 합니다. 굴 한 마리는 하루에 수십 리터의 바닷물을 걸러내어 유기물을 섭취하면서 주변 바다의 투명도를 높이고, 해양 생태계를 건강하게 유지하는 데 기여합니다. 따라서 굴은 단순한 식재료가 아니라 생태계 유지에 중요한 역할을 하는 생물이기도 합니다. 정리하자면, 굴은 바다에서 정자와 난자를 통해 수정된 유생이 부착한 뒤 자라 성체가 되며, 우리나라에서는 이를 양식 방식으로 대량 생산하여 겨울철 식탁에 공급하고 있습니다. 자연적인 번식과 인공 채묘, 양식 기술의 결합이 바로 오늘날 겨울철마다 풍부한 굴을 가능하게 하는 생태적, 산업적 기반이라 할 수 있습니다.
Q. 투명인간이 된다면 어떤 기술력으로 될 수 있고 또 그중에서 언제쯤 발명될까요?
안녕하세요.투명인간이 된다는 개념은 오랜 시간 동안 인간의 상상력과 SF 문학에서 매혹적인 주제로 다뤄졌습니다. 과학적으로 이 개념을 실현하기 위해서는 빛의 반사(reflection)와 굴절(refraction), 흡수(absorption), 그리고 산란(scattering)이라는 물리적 성질을 정교하게 제어할 수 있는 기술이 필요합니다. 사람이나 물체가 보이는 이유는 외부에서 들어오는 빛이 그 대상에 부딪혀 반사되거나 흡수되고, 그것이 관찰자의 눈에 도달하기 때문인데, 이 빛의 경로를 인위적으로 조작할 수 있다면 ‘투명해진 것처럼 보이게 하는’ 기술이 이론적으로 가능해집니다.현재 과학기술의 발전 속도에서 볼 때, 가장 유망한 접근 방법은 바로 메타물질(metamaterial)과 광학 위장(optical camouflage) 기술입니다. 메타물질이란 자연에는 존재하지 않는 방식으로 설계된 인공 구조물로, 특정 파장의 빛을 통제하여 빛이 물체를 휘감아 지나가도록 만드는 '광학 망토(클로킹 장치)'를 구현할 수 있습니다. 이는 마치 빛이 그 물체를 우회하는 것처럼 보여 외부에서는 그 물체가 없는 것처럼 보이게 만드는 방식입니다. 실제로 2006년 미국 듀크대학교 연구팀이 마이크로파 영역에서 제한적이지만 물체를 감추는 실험에 성공하면서 과학계에 큰 반향을 일으켰고, 이후 나노기술과 레이저 공학을 이용한 더 정교한 실험들이 계속되어 왔습니다. 다만 아직까지는 가시광선 전 영역에서, 움직이는 생명체를 실시간으로 완전히 투명하게 만드는 기술은 개발되지 않았습니다. 현재 개발된 기술들은 매우 좁은 파장의 빛에서만 작동하거나, 고정된 시점에서만 제한된 각도로 투명한 것처럼 보이게 하는 수준에 머물러 있습니다. 또한 생체 조직은 각기 다른 밀도, 수분 함량, 굴절률 등을 가지고 있기 때문에 정밀하게 빛의 경로를 조절하기에는 과학적으로 난이도가 매우 높습니다. 또 다른 가능성으로는 디지털 광학 위장 기술이 있습니다. 이는 물체의 반대편 배경을 카메라로 촬영하여, 그 영상을 실시간으로 물체 앞면에 투사하여 배경과 합성시킴으로써 마치 물체가 투명한 것처럼 보이게 만드는 방식입니다. 일부 군사용 위장복 실험에서는 이 원리를 응용해 사람의 몸을 카메라와 디스플레이로 덮어 실제로 일정 거리에서 투명하게 보이도록 만든 사례가 있으며, 향후 AR(증강현실) 기술, 초경량 디스플레이, 고속 영상처리 시스템이 발달함에 따라 점점 더 현실에 가까워지고 있습니다. 또한 투명화가 가능한 시점을 예측한다면, 완전한 인체 투명 기술은 21세기 중반 이후, 2050~2070년 사이에 군사용 혹은 특수 산업용으로 제한적으로 등장할 가능성이 있으며, 일반 대중이 이를 활용하는 시점은 그 이후일 것으로 보입니다. 하지만 여기에는 해결해야 할 수많은 기술적 과제뿐 아니라 윤리적, 법적, 사회적 문제도 병행되어야 합니다. 완전한 투명성은 감시 회피, 범죄 악용 등 새로운 형태의 문제를 야기할 수 있기 때문입니다. 그리고 질문해주신 대로, 동물들이 투명인간을 인식할 수 있는지에 대해서는 ‘감지 방식’에 따라 달라집니다. 예를 들어, 개, 고양이, 벌, 상어, 뱀 같은 동물들은 시각뿐 아니라 후각, 열 감지, 진동 감지 등 다양한 감각 체계를 통해 대상을 인지합니다. 설사 사람이 빛의 경로를 조절해서 보이지 않게 된다 해도, 체온, 소리, 냄새 등을 차단하지 않으면 대부분의 동물은 여전히 존재를 감지할 수 있습니다. 특히 뱀류는 적외선 감지 기관으로 체온을 식별하고, 상어는 전기 자극을 감지하며, 개나 고양이는 미세한 냄새나 움직임의 기류 변화도 파악하기 때문에 ‘완벽한 생체 투명인간’을 만들기 위해서는 시각적 은폐 외에도 다중 감각 차단 기술이 함께 발전되어야 합니다. 결론적으로, 투명인간 기술은 이론적으로 가능한 영역에 진입했으며, 현재는 초기 기술적 실험들이 진행 중인 단계입니다. 향후 메타물질, 나노기술, 디지털 위장, 양자 센서 기술 등의 발전이 융합되면 언젠가는 가능해질 수 있지만, 아직은 수십 년의 과학적 도전과 윤리적 조율이 필요한 상태입니다. 그 시점이 온다면, 인간의 ‘보이는 존재’라는 개념 자체가 철학적으로도 바뀌게 될 매우 혁신적인 미래가 될 것입니다.
Q. 불로장생의 목숨을 가지려면 어떤 의료기술이 발달해야 할깡요?
안녕하세요.불로장생, 즉 생물학적 노화가 멈추거나 죽지 않고 무한히 생존하는 상태는 오랫동안 인간의 꿈이자 신화의 주제였습니다. 고대 진시황이 불사의 영약을 찾아 헤맸던 것처럼, 현대 사회에서도 생명 연장과 노화 정복은 의료기술과 생명과학의 궁극적 목표 중 하나로 간주됩니다. 실제로 현재 세계 최고의 부호들과 글로벌 생명공학 기업들이 막대한 자금을 투자해 불로장생의 과학적 기반을 다지고 있으며, 특히 유전자 편집, 세포 재프로그래밍, 인공장기, 나노의학 등 여러 최첨단 기술들이 그 핵심에 자리하고 있습니다.불로장생을 실현하기 위해 가장 먼저 발전해야 할 분야는 노화의 근본 기전을 이해하고 조절하는 생명과학 및 분자생물학 기술입니다. 인간의 세포는 수십 회의 분열 이후 텔로미어(telomere)라는 염색체 끝 부분이 짧아지면서 더 이상 분열하지 않게 됩니다. 이것이 노화의 중요한 생물학적 원인 중 하나이며, 이 과정을 늦추거나 역전시키는 기술이 핵심적입니다. 이와 관련해 텔로머레이스 효소의 활성 조절, 혹은 Yamanaka 인자를 활용한 세포 재프로그래밍(역분화 기술)이 대표적인 연구 분야로, 실제로 쥐 실험에서는 세포 노화를 되돌리는 성과가 일부 보고되기도 했습니다. 그 다음으로 주목받는 기술은 유전자 편집(CRISPR-Cas9)입니다. 이 기술은 특정 유전자 돌연변이나 노화를 유발하는 유전적 요소를 정확하게 제거하거나 수정함으로써, 유전적으로 건강한 상태를 유지하게 만들 수 있습니다. 특히 암, 퇴행성 신경질환, 심혈관 질환 등 생명 단축의 주요 원인을 유전적 차원에서 제거할 수 있다면, 기대수명은 지금보다 훨씬 늘어날 수 있습니다. 하지만 윤리적, 생물학적 문제 때문에 인간에게 적용하는 것은 여전히 신중하게 다뤄지고 있습니다. 또 하나 중요한 영역은 줄기세포와 조직 재생 기술입니다. 장기나 조직이 손상되었을 때, 이를 복구하거나 새로 만들어낼 수 있는 능력은 불로장생을 위한 핵심 전제조건입니다. 특히 3D 바이오프린팅, 인공장기 배양, 자기세포 기반 장기 재생 등은 장기 이식을 기다릴 필요 없이 스스로의 조직을 재생할 수 있는 가능성을 제시합니다. 장기 기능이 고갈되어 생명이 끝나는 문제를 해결할 수 있기 때문입니다. 이 외에도 나노로봇과 나노의학 기술이 주목받고 있습니다. 미세한 기계를 혈관에 투입하여 세포 손상을 실시간으로 복구하거나, 암세포만 정밀 타격하는 치료법, 노화 관련 물질의 제거 등을 가능하게 하는 기술이 개발되고 있으며, 이론상으로는 체내 손상을 지속적으로 복구함으로써 노화 자체를 제어할 수 있는 기반이 됩니다. 그러나 여전히 불로장생을 가로막는 중대한 과학적 난제들이 존재합니다. 첫째, 노화는 단순한 세포 손상의 축적이 아니라 전신적, 다층적 현상으로 면역계, 신경계, 대사 시스템, 호르몬 등 복합적 인자의 상호작용에 의해 발생합니다. 둘째, 암과 같은 질병은 세포의 무한 분열(불사성)이 초래하는 문제이기 때문에, 오히려 생명 연장 기술이 역으로 암 발생을 증가시킬 위험도 존재합니다. 셋째, 세포의 재프로그래밍이나 유전자 편집은 아직 완벽히 안전한 인간 적용 사례가 부족하며, 예상치 못한 부작용이 발생할 수 있습니다. 결론적으로, 불로장생은 이론적으로 가능성을 가지며, 현재 진행 중인 의료기술 발전 방향은 분명히 이를 향해 나아가고 있습니다. 그러나 생명 연장의 ‘질’과 ‘통제 가능성’까지 고려할 때, 완전한 불로장생은 아직 수십 년 이상 걸릴 것으로 보이며, 단기적으로는 인간의 건강 수명(Health span)을 연장하고, 노화의 속도를 늦추는 방향으로 연구가 진화하고 있습니다. 즉, 불멸보다는 오래 건강하게 사는 장수 과학이 먼저 실현될 것이며, 불로장생은 그러한 발전이 축적된 미래의 연장선상에서나 가능한 영역일 것입니다.
Q. 오징어, 문어등 해양연체동물의 경우 다리가 없어지면, 죽기전까지 다시 없어진 다리가 재생이 되는지 궁금합니다.
안녕하세요.오징어나 문어와 같은 해양 연체동물, 특히 두족류(Cephalopoda)에 속하는 생물들은 놀라운 재생 능력을 가지고 있으며, 다리가 잘리거나 손상된 경우 일정 조건 하에서 부분적으로 또는 완전하게 재생이 가능합니다. 이러한 재생은 생물학적으로 매우 흥미로운 현상이며, 이들의 생존 전략 중 하나로 작용하고 있습니다. 먼저 문어(Octopus)의 경우, 재생 능력이 비교적 뛰어난 종으로 알려져 있습니다. 문어는 여덟 개의 팔(다리)을 가지고 있으며, 이들 중 하나가 포식자에 의해 절단되거나 손실되었을 경우, 생명에는 지장이 없으며 이후 서서히 절단 부위에서 새로운 조직이 성장하여 원래와 유사한 다리 형태로 회복됩니다. 이 과정은 ‘완전 재생(full regeneration)’의 대표적인 예로, 피부, 근육, 신경, 심지어는 흡반(sucker)까지 재형성됩니다. 실제로 실험적 관찰에 따르면, 문어는 다리 하나를 완전히 잃더라도 수개월 내에 해당 다리를 점차 재건하는데, 초기에는 줄기세포와 유사한 미분화 세포들이 분열·분화하며 조직을 복구하고, 이후 구조와 기능이 완성되어 원래처럼 움직일 수 있는 팔로 회복됩니다. 오징어(Squid)의 경우도 다리의 손상이나 일부 절단이 생겼을 때 일정 수준의 재생 능력을 보여주기는 하지만, 문어에 비해 재생 속도가 느리고 재생 범위가 제한적인 경향이 있습니다. 이는 오징어의 생물학적 구조와 생존 전략이 문어와는 약간 다르기 때문입니다. 오징어는 문어보다 빠르게 헤엄치며 포식자를 회피하는 방식을 주로 사용하고, 팔보다는 몸통 근육과 지느러미의 운동성에 더 의존하는 경향이 있습니다. 그러나 여전히 손상된 촉수(tentacle)나 팔이 서서히 조직을 재구성하여 회복되는 경우가 있으며, 이는 특히 어린 개체일수록 활발히 관찰됩니다. 다리 재생이 가능한 이유는 이들 두족류가 상대적으로 단순한 조직 구조와 강한 세포 분열 능력, 그리고 신경 조직의 복구 가능성을 갖추고 있기 때문입니다. 특히 문어나 오징어의 팔에는 부분적인 자율신경계가 분포되어 있어, 심지어 절단된 팔도 짧은 시간 동안 독립적으로 움직일 수 있습니다. 이와 같은 신경 독립성은 재생 과정 중 신경망의 복구를 용이하게 만들고, 더 나아가 완전한 기능 회복으로 이어지게 합니다. 다만 이 재생은 개체의 건강 상태, 나이, 환경 조건, 절단의 정도에 따라 다르게 진행될 수 있습니다. 예를 들어, 성체에 가까운 개체는 어린 개체에 비해 재생 속도가 느리고 완전성이 낮은 경우가 많으며, 스트레스가 많거나 영양이 불균형한 환경에서는 재생이 지연되거나 실패할 수도 있습니다.결론적으로, 오징어나 문어와 같은 해양 연체동물의 경우 다리가 없어지더라도 죽기 전까지 해당 부위는 서서히 재생되며, 특히 문어는 거의 완전한 재생이 가능할 정도로 뛰어난 재생력을 보여줍니다. 이러한 능력은 포식자에 의한 공격을 받을 때도 생존 가능성을 높여주는 진화적 적응의 결과이며, 과학자들에게는 재생 생물학의 모델 생물로도 주목받고 있는 특성입니다.