학문
색다른콜리160
산소의 농도와 생명체의 크기는 연관이 있는지 궁금한데여?
갑각류라든지 곤츙들이 크기가 작아진거시 산소 농도가 마니 줄어들어서그러타는 애기를 들어본기억이 잇는데여.
꿈에서 들은건지모르겟는데여, 정말인가여?
진짜며는 그러며는여, 사람이라든지 다른동물들도 산소농도가 높은곳에 살며는 사이즈가 커지는지궁금해여?
5개의 답변이 있어요!
반갑습니다. 이중철 전문가입니다.
먼저, 고대 지구의 높은 산소 농도가 생물, 특히 곤충과 같은 절지동물의 거대화를 이끌었다는 것은 생물학계에서 이미 정설로 받아들여지는 이론이에요.
1. 산소 농도와 확산의 원리
곤충은 우리처럼 폐로 호흡하지 않고 몸 옆면의 기문과 연결된 기관(Trachea)을 통해 산소를 직접 세포로 전달합니다.
이 방식은 산소 분자가 스스로 퍼져나가는 '확산'에 전적으로 의존하게 되는데요.
산소 농도가 약 35%에 달했던 석탄기에는 산소 분자의 압력이 높아 더 깊은 곳까지 산소를 밀어 넣을 수 있었기에 몸집이 커져도 생존이 가능했던 것이지요.
현재는 농도가 21%로 낮아져 산소가 몸 안쪽까지 도달하는 거리가 짧아졌고, 이에 따라 곤충의 크기도 자연스럽게 줄어들게 된 거랍니다.
2. 인간과 척추동물의 차이점
그런데, 사람을 포함한 척추동물은 폐와 혈액 내 헤모글로빈을 이용해 능동적으로 산소를 운반하는 폐쇄 순환계를 가지고 있어요.
따라서, 단순히 산소 농도만 높다고 해서 즉각적으로 덩치가 커지는 것은 아니지요.
우리 사람과 같은 온혈 동물들은 몸집이 커질 때 발생하는 체열 발산 문제나 뼈가 견뎌야 할 하중, 에너지 섭취량 등 아주 복합적인 요인들이 성장의 한계선으로 작용하기 때문이랍니다.
3. 환경적 제약과 진화의 방향
만약에 수만 년 동안 산소 농도가 높은 환경에서 인간이 적응하며 진화한다면 골격이나 신진대사 효율이 변할 수는 있겠습니다.
하지만, 현재의 개인이 고농도 산소 구역에 산다고 해서 거인처럼 커지는 현상은 일어나지 않습니다.
다만, 운동 능력 향상이나 세포 회복 속도에는 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다.
정리하자면,
결국 생물체의 크기는 산소 농도라는 물리적 조건과 각 생명체가 가진 호흡 체계의 효율성이 맞물려 결정되는 오묘한 자연의 섭리가 작용하는 셈입니다.
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채택된 답변안녕하세요.
실제로 대기 중 산소 농도와 일부 생물의 몸 크기 사이에는 연관성이 있을 수 있으나, 모든 동물에게 똑같이 적용되는 법칙은 아니었습니다. 먼저 곤충이나 일부 갑각류 이야기는 과학적으로 어느 정도 근거가 있는데요, 곤충은 사람처럼 폐와 혈액으로 산소를 운반하는 방식이 아니라, 몸 옆에 있는 기문과 몸속의 기관 네트워크를 통해 산소가 직접 조직으로 확산되는 구조를 가지고 있습니다. 이런 구조는 몸집이 너무 커지면 산소가 몸 깊은 곳까지 전달되기 어려워집니다. 반면에 과거 석탄기에는 대기 중 산소 농도가 현재 약 21퍼센트보다 높은 약 30퍼센트 이상이었을 것으로 추정되고 있는데요, 산소가 많으면 확산만으로도 몸 깊숙한 곳까지 산소 공급이 더 쉬워집니다. 따라서 당시에는 현대 잠자리보다 훨씬 큰 고대 잠자리 같은 대형 곤충들이 살았던 흔적이 발견되기도 하며, 곤충류에서 산소 농도는 몸 크기에 영향을 줄 수 있는 중요한 요인 중 하나라고 할 수 있습니다.
반면에 갑각류도 일부는 산소 농도의 영향을 받을 수 있지만, 곤충만큼 직접적이지는 않은데요, 갑각류는 아가미나 체액 순환을 통해 산소를 운반하므로 환경, 수온, 먹이, 포식자 압력 같은 다른 생태적 요인도 함께 작용합니다. 다음으로 사람이나 다른 척추동물의 경우에, 인간이나 포유류는 폐, 혈액 속 헤모글로빈, 심장 순환계가 매우 발달해 있어서 곤충처럼 단순 확산에만 의존하지 않습니다. 따라서 산소 농도가 조금 높다고 몸집이 바로 커지지는 않습니다. 실제로 사람의 키나 체격은 유전, 성장호르몬, 영양 상태, 질병, 생활 환경 같은 요소들의 영향을 훨씬 크게 받으며, 산소 농도가 높다고 자동으로키가 거인과 같이 커지는 것은 아닙니다. 감사합니다.
안녕하세요. 김민구 전문가입니다.
산소 농도와 생명체 크기의 연관성은 특히 곤충과 갑각류에서 매우 뚜렷하게 나타나요. 곤충은 폐가 없고 기문이라는 작은 구멍을 통해 산소를 몸속으로 직접 확산시키는 방식으로 호흡해요. 이 방식은 산소가 퍼져나갈 수 있는 거리에 한계가 있어서, 산소 농도가 높을수록 몸집이 커져도 구석구석까지 산소를 전달할 수 있어요. 앞서 말씀드린 석탄기에 날개폭 70cm짜리 잠자리가 살 수 있었던 게 바로 이 이유예요. 산소 농도가 35%까지 높았으니까요. 이후 산소 농도가 낮아지면서 거대 곤충들은 점점 작아졌고, 지금처럼 작은 크기로 자리 잡은 거예요.
그런데 사람을 포함한 척추동물은 얘기가 달라요. 척추동물은 폐와 혈액(헤모글로빈)을 통해 산소를 운반하는 훨씬 효율적인 시스템을 갖추고 있어요. 이 시스템은 산소 농도가 어느 정도 낮아도 잘 작동하도록 설계되어 있어서, 산소 농도가 곧바로 몸집 크기를 결정하지는 않아요. 그래서 공룡은 산소가 낮았던 쥬라기에도 거대하게 진화할 수 있었고, 고산지대처럼 산소가 희박한 곳에 사는 사람이 특별히 작은 것도 아니에요.
다만 고산지대 사람들의 경우 폐활량이 크고 흉곽이 넓게 발달하는 경향이 있기는 해요. 이건 산소가 부족한 환경에 적응한 결과예요. 반대로 산소가 풍부하다고 해서 사람이나 포유류가 더 커지지는 않아요.
정리하면, 산소 농도와 크기의 상관관계는 호흡 방식에 따라 크게 달라요. 기문 확산 방식을 쓰는 곤충과 갑각류는 산소 농도에 몸집이 민감하게 반응하지만, 폐와 혈액 순환 시스템을 가진 척추동물은 그 영향을 훨씬 덜 받는답니다.
감사합니다.
과거 석탄기에는 산소 농도가 35%정도로 높아 날개폭이 70cm가 넘는 잠자리 같은 거대 곤충이 살았습니다.
곤충은 피부의 숨구멍으로 산소를 확산시키는데, 산소가 많으면 몸집이 커도 구석구석 전달이 잘 되기 때문입니다.
이후 산소 농도가 낮아지자, 큰 몸집은 산소 공급 효율이 떨어져 생존에 불리해졌고 결국 작게 진화했습니다.
반면 사람은 폐와 혈액(헤모글로빈)을 통해 산소를 강제로 순환시키므로 곤충만큼 산소 농도에 민감하지 않습니다.
따라서 산소 농도가 높아진다고 해서 사람이 즉각적으로 거인이 되거나 몸집이 커지지는 않습니다.
오히려 인간 같은 포유류는 너무 높은 농도의 산소에 노출되면 산소 독성으로 세포가 손상될 위험이 있습니다.
다만 높은 산소 농도는 신진대사를 도와 성장을 약간 촉진하거나 운동 능력을 높여줄 수는 있습니다.
결론적으로 산소는 생명체 크기의 상한선을 결정하는 중요한 요소 중 하나이긴 합니다.
산소 농도와 생명체의 크기는 밀접한 상관관계가 있으며 특히 곤충이나 갑각류처럼 외골격을 가진 절지동물에게 더 직접적인 영향을 미칩니다. 곤충은 폐 대신 몸 옆면에 난 구멍을 통해 산소를 수동적으로 확산시키는 방식으로 호흡하므로 산소 농도가 높았던 고생대 석탄기에는 확산 효율이 좋아져 몸집이 거대해질 수 있었습니다. 반면 인간을 포함한 포유류는 능동적으로 산소를 흡입하여 혈액으로 운반하는 순환 계통을 갖추고 있으므로 산소 농도가 높아진다고 해서 즉각적으로 신체 크기가 커지지는 않습니다. 포유류의 크기는 산소 농도보다 에너지 효율이나 먹이 사슬 구조 및 중력과 같은 물리적 환경 요인에 더 크게 좌우됩니다. 따라서 곤충의 거대화는 산소 농도와 직접적인 인과관계가 증명되었으나 포유류에게는 해당 원리가 동일하게 적용되지 않습니다.