답변 내역

안녕하세요.소나무의 잎은 우리가 흔히 떠올리는 넓은 잎이 아니라, 바늘처럼 가늘고 길게 변형된 침엽인데요 이 형태는 표면적이 매우 작기 때문에 겨울철에 발생하는 수분 손실을 극도로 줄여 줍니다. 원래 겨울에는 땅이 얼어 뿌리가 물을 흡수하기 어렵기 때문에, 잎에서 물이 많이 빠져나가면 나무는 치명적인 탈수를 겪게 됩니다. 하지만 소나무는 애초에 잎의 표면적을 줄이는 방향으로 진화하여, 잎을 떨어뜨리지 않고도 겨울을 버틸 수 있게 된 것입니다.또한 낙엽수는 겨울에 광합성을 거의 할 수 없기 때문에, 잎을 유지하는 데 드는 비용이 더 크다고 판단하여 잎을 버립니다. 반면 소나무는 겨울에도 기온이 조금만 오르거나 햇빛이 비치면 느리지만 지속적인 광합성이 가능한데요 이때 눈 위에서도 반사된 빛을 활용할 수 있기 때문에, 잎을 유지하는 것이 오히려 에너지적으로 이득이 됩니다. 즉, 소나무는 잎을 버리고 봄을 기다리는 전략을 사용하는 것이 아니라 연중에 조금씩이라도 에너지를 벌어들이는 전략을 선택한 나무인 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요.형광 물고기나 형광 식물처럼 유전자 조작으로 형광을 띠는 생물은 자연 상태에서는 존재하지 않던 형광 단백질 유전자를 인위적으로 도입하여 만들게 됩니다. 대부분의 형광 생물은 해파리나 산호에서 유래한 형광 단백질 유전자를 사용하는데요, 가장 대표적인 것이 녹색 형광 단백질(GFP) 계열이며, 이 단백질은 특정 파장의 빛을 흡수한 뒤 녹색이나 적색 등의 빛을 방출합니다. 이 단백질 자체가 발광 효소처럼 작동하기 때문에, 별도의 화학 반응이나 보조 인자가 없어도 세포 안에서 안정적으로 빛을 낼 수 있다는 점이 중요합니다. 형광 물고기와 같은 동물의 경우, 수정 직후의 배아 단계에서 형광 단백질 유전자를 미세주입 방식으로 넣는 것이 일반적인데요 이때 단순히 유전자만 넣는 것이 아니라, 그 유전자가 잘 읽히도록 프로모터라는 조절 서열을 함께 붙입니다.질문하신 자연 생태계로 유출될 경우의 우려점은 형광 형질이 번식에 영향을 줄 가능성입니다. 형광이 포식자에게 더 잘 눈에 띄면 생존에 불리할 수 있으나 반대로 짝짓기 과정에서 선택받는 형질이 되면 자연 개체군에 퍼질 가능성도 있습니다. 다음으로 형광 유전자 자체는 무해하더라도 함께 사용된 항생제 저항성 유전자가 다른 생물로 전이될 가능성은 장기적으로 우려될 수 있고 또한 유전자 조작 생물이 기존 생태계에 들어가면, 경쟁, 포식, 번식 관계를 교란하여 예측하기 어려운 생태계 변화를 일으킬 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.냉동인간 기술은 인체를 매우 낮은 온도로 보존했다가 훗날 다시 되살리는 개념인데요, 이 기술이 상용화되기 위해서 가장 핵심적인 장애물은 얼리는 과정과 녹이는 과정에서 발생하는 비가역적 세포 손상이라고 할 수 있습니다. 생체 조직의 대부분은 물로 이루어져 있기 때문에 온도가 내려가면 필연적으로 얼음 결정이 형성되는데요, 이 얼음 결정은 세포 내부와 세포막을 물리적으로 찢어버리며, 특히 신경세포나 모세혈관처럼 미세한 구조에서는 치명적인 손상을 일으킵니다. 냉동인간 연구에서는 이를 막기 위해 크라이오프로텍턴트라고 불리는 항동결 물질을 주입하여 물이 결정화되지 않고 유리처럼 굳는 유리화 상태를 만들려 하지만, 이 물질들은 고농도로 사용될 경우 강한 독성을 띠며 세포 대사와 단백질 구조 자체를 망가뜨릴 수 있습니다. 또한 조직을 다시 따뜻하게 만들 때 온도가 불균일하게 올라가면 열응력이 발생하고, 이로 인해 미세 균열이나 재결정화가 일어나 세포가 추가로 파괴되는데요, 특히 인체처럼 부피가 큰 대상에서는 모든 조직을 동시에, 균일한 속도로 녹이는 것이 거의 불가능에 가깝습니다. 실험실 수준에서는 작은 조직이나 배아, 정자나 난자 등은 성공적으로 냉동 및 해동이 가능하지만, 성인 인간 전체를 대상으로 하면 물리적 스케일의 문제가 급격히 커진다는 것이 난제입니다. 감사합니다.

안녕하세요.이미 떨어진 시력을 되돌리는 것은 어렵지만, 더 나빠지는 속도를 늦추고 눈을 보호하는 것은 충분히 가능합니다. 젊을 때 책 정도는 안경 없이 보이던 이유는, 눈의 조절 능력이 충분하기 때문인데요 눈 속의 수정체는 원래 말랑말랑한 구조로 되어 있어, 가까운 것을 볼 때는 두꺼워지고 먼 것을 볼 때는 얇아지면서 초점을 맞춥니다. 그런데 나이가 들수록 이 수정체는 점점 딱딱해지고 탄성을 잃게 되며 이 변화는 질병이 아니라 노화에 따른 생물학적으로 매우 정상적인 과정입니다.이때 사람의 눈에서 시력을 결정하는 핵심 조직은 망막과 그 안의 시세포인 원추세포와 간상세포인데요, 이 세포들은 뇌 신경세포와 마찬가지로 손상되면 재생 능력이 거의 없습니다. 또한 수정체의 경화 역시 근육을 단련해서 되돌릴 수 있는 변화가 아니라, 단백질 구조 자체가 변하는 물리적 노화입니다. 따라서 시력이 자연적으로 회복된 사례가 거의 없는 것입니다. 따라서 앞으로 시력을 보호하기 위해서 필요한 상황에서는 안경을 쓰는 것이 좋고, 눈은 생물학적으로 가까운 거리 자극에 매우 취약하기 때문에 20~30분에 한 번, 20초 이상 먼 곳을 바라봐주는 것이 도움이 됩니다. 또한 차가운 바람, 실내 난방, 장시간 화면 노출은 모두 눈물막을 불안정하게 만들기 때문에 의식적으로 눈 깜빡이고 건조한 환경에서는 적절히 인공눈물을 사용해주는 것이 좋습니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀하신 것처럼 차가운 바람이 코나 눈으로 들어올 때 따갑고, 심하면 찢어지는 듯한 통증까지 느껴지기도 합니다. 인체는 차가움을 단순한 온도 정보로만 인식하지 않고 일정 기준 이하의 저온은 우리 몸에 조직 손상을 일으킬 가능성이 있는 물리적 스트레스로 간주하는데요, 이때부터는 시원하다가 아니라 아프다라는 감각으로 처리됩니다. 즉, 통증은 차가움 그 자체가 아니라 일종의 위험 수준의 냉자극에 대한 경고 신호입니다.이때 코와 눈은 특히 이 반응이 강하게 나타나는 부위인데요, 코 안과 눈 표면은 피부보다 훨씬 얇고, 각질층이라는 보호막이 거의 없으며, 수분이 많은 점막으로 이루어져 있습니다. 동시에 이 부위에는 삼차신경을 비롯한 통각과 온도 감각 신경 말단이 매우 고밀도로 분포해 있는데요, 이는 외부 환경 변화를 빠르게 감지해 호흡기와 시각 기관을 보호하기 위한 진화적 결과입니다. 차가운 공기가 코로 들어오면, 급격한 온도 하강과 수분 증발이 나타나는데요 차가운 공기는 일반적으로 건조하기 때문에, 코 점막과 눈물막 표면의 수분을 빠르게 빼앗아 갑니다. 이때 점막 세포는 순간적으로 탈수 상태에 가까워지고, 세포막과 신경 말단이 물리적 스트레스를 받으며 이로 인해 불쾌감과 따가움을 유발할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.손에 알코올 소독제를 바를 때 순간적으로 시원함을 느끼는 이유는 알코올이 빠르게 증발하면서 피부로부터 열을 빼앗아 가는 기화열 때문입니다.먼저 증기압이 높다는 것은, 같은 온도에서 액체 분자들이 기체 상태로 쉽게 빠져나가려는 경향이 크다는 뜻인데요 에탄올이나 이소프로판올은 물보다 분자 간 수소결합이 상대적으로 약하고, 분자량도 작아 분자들이 액체 표면을 벗어나는 데 필요한 에너지가 더 낮습니다. 그 결과 상온에서도 많은 분자가 빠르게 기화할 수 있으며, 이것이 피부 위에서 매우 빠른 증발 속도를 만들어 냅니다.기화 과정에서 알코올 분자는 액체 상태를 유지하던 분자 간 인력을 끊고 기체로 전환되기 위해 기화열을 필요로 하는데요 이 에너지는 외부에서 새로 공급되지 않으면, 주로 피부 표면과 주변 공기에서 열 형태로 흡수됩니다. 또한 알코올은 물보다 증기압이 높기 때문에 같은 시간 동안 더 많은 분자가 증발할 수 있고, 그만큼 더 많은 기화열을 단시간에 흡수합니다. 이로 인해 물보다 훨씬 강한 냉각을 유발하게 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.세탁 후 옷에서 나는 향기가 시간이 지나면서 점점 약해지는 이유는 향료 분자가 섬유 표면과 내부에 물리적으로 흡착된 상태가 열역학적으로 불안정하기 때문입니다.먼저 섬유의 극성이 향 분자의 결합 안정성에 직접적인 영향을 주는데요, 면이나 레이온처럼 극성이 큰 섬유는 –OH기와 같은 친수성 작용기를 많이 가지고 있어, 향료 분자의 극성 부분과 수소결합이나 쌍극자–쌍극자 상호작용을 형성할 수 있습니다. 이 경우 향 분자는 섬유 표면과 비교적 안정하게 결합하여 오래 머무르게 되며 반면, 폴리에스터처럼 비극성에 가까운 섬유는 향 분자와의 상호작용이 주로 반데르발스 힘에 의존하게 되어 결합 에너지가 약하고, 향 분자가 더 쉽게 떨어져 나가게 됩니다.하지만 어떤 섬유에서든 향 분자는 시간이 지나면 결국 공기 중으로 이동하게 되는데요 이는 농도 기울기에 의해 분자가 고농도에서 저농도로 이동하는 확산 현상 때문이며 특히 온도가 높아질수록 분자의 평균 운동 에너지가 증가하여 확산 속도가 빨라지고, 향 분자의 증기압도 함께 증가해 기체 상태로 더 쉽게 전환됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.숙취는 알코올이 체내에서 대사되는 과정에서 생기는 반응입니다. 술의 주성분인 에탄올이 몸에 들어오면, 대부분은 간에서 처리되는데요, 이때 가장 중요한 단계가 바로 알코올 대사입니다. 간에서는 알코올 탈수소효소라는 효소가 에탄올을 아세트알데하이드로 바꾸고, 다시 알데하이드 탈수소효소가 이를 아세트산으로 분해합니다. 이 과정에서 중간 물질인 아세트알데하이드가 매우 독성이 강한 물질인데요 아세트알데하이드는 두통, 구역질, 심계항진, 얼굴 홍조를 유발하는 직접적인 원인 물질로, 숙취 증상의 상당 부분을 설명합니다. 따라서 술을 많이 마시면 이 물질이 빠르게 생성되지만 분해 속도가 따라가지 못해 체내에 일시적으로 축적됩니다.또한 알코올은 항이뇨호르몬의 분비를 억제하는데요 이 호르몬은 원래 신장에서 물의 재흡수를 촉진하는 역할을 하는데, 억제되면 소변량이 증가하게 됩니다. 그 결과 술을 마신 날 밤과 다음 날까지 체내 수분이 과도하게 빠져나가게 되고, 나트륨과 칼륨 같은 전해질 균형도 깨집니다. 이 탈수와 전해질 이상이 바로 갈증, 어지럼증, 두통, 전신 무력감을 유발하는 중요한 원인이며 숙취 두통이 편두통과 유사하게 느껴지는 이유도 이와 관련된 것입니다. 마지막으로 알코올은 위 점막을 직접 자극하여 위산 분비를 증가시키고, 위 점막의 방어 기능을 약화시킵니다. 이로 인해 속쓰림, 메스꺼움, 구토 같은 증상이 나타날 수 있으며, 알코올과 아세트알데하이드는 체내에서 염증성 사이토카인 분비를 증가시키는데, 이 물질들은 감기 몸살과 유사한 전신 통증과 피로감을 유발하는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 고기를 먹을 때 익히지 않은 날 것의 생고기를 먹는 것보다 적당히 구워야 맛이 더 좋은 이유는 고기를 140~180℃ 정도로 가열해야 마이야르 반응이 진행되기 때문입니다. 이 반응은 고기 속에 존재하는 단백질의 분해 산물인 아미노산과 당류가 열을 받으며 반응하는 과정인데요, 이 반응의 결과로 수백 종 이상의 화합물이 생성되는데 고기 특유의 구운 향, 고소함, 감칠맛이나 바삭한 표면의 풍미를 담당하는 물질들이 포함됩니다. 이 반응이 일어나는 대표적인 조건이 바로 적당히 구웠을 경우이며 생고기에서는 온도가 낮아 반응이 거의 일어나지 않고, 반대로 너무 센 불에서 오래 구우면 반응이 과도하게 진행되어 쓴맛이나 탄 맛 성분이 늘어납니다. 또한 고기에 포함된 지방은 가열 시 부분적으로 분해 및 산화되면서 알데하이드, 케톤, 락톤과 같은 향기 분자를 만들어내는데요, 이 물질들이 바로 고소한 냄새를 유발하는 것입니다. 다음으로 생고기는 화학적 문제 이전에 미생물학적 위험이 있는데요 육류에는 살모넬라, 대장균, 캠필로박터 등 병원성 미생물이 존재할 수 있습니다. 하지만 이들은 60~70℃ 이상에서 대부분 사멸합니다. 따라서 적당한 가열은 병원균 제거, 기생충 위험 감소, 식중독 예방과 같은 이점을 제공할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.비 오는 날이나 샤워 후 거울이 흐려지는 것은 말씀하신 것처럼 수증기가 응결되기 때문인데요 따뜻하고 습한 공기가 상대적으로 온도가 낮은 거울 표면에 닿으면, 공기 중 수증기가 더 이상 기체 상태로 유지되지 못하고 액체로 변합니다. 이때 거울 위에는 연속적인 물막이 아니라 수많은 미세 물방울이 형성됩니다. 이때 표면 온도는 응결 양상에 매우 결정적인 역할을 하는데요, 표면 온도가 공기 이슬점보다 약간 낮을 때에는 수증기가 서서히 응결되어 핵 생성 지점이 제한되고 비교적 큰 물방울이 드문드문 형성됩니다. 표면 온도가 이슬점보다 훨씬 낮을 때에는 급격한 응결 발생하고 많은 핵이 동시에 생성되므로 아주 작은 물방울이 고밀도로 분포합니다. 이때 특히 상대습도 90% 이상에서는 아주 작은 온도 변화만으로도 대규모 응결이 일어나기 때문에, 비 오는 날이나 샤워 후처럼 습도가 극단적으로 높은 환경에서는 거울이 거의 즉각적으로 흐려집니다. 다이소 등에서 판매하는 김서림 방지 제품의 원리는 표면의 젖음성, 즉 친수성을 조절하는 것인데요, 일반적인 거울 표면은 상대적으로 소수성이어서, 물이 닿으면 퍼지지 않고 둥근 물방울을 형성합니다. 반면 김서림 방지 코팅은 표면에 친수성 분자층을 형성합니다. 얇은 물막은 빛을 거의 산란시키지 않기 때문에, 거울의 반사 기능이 유지되고 김이 서리지 않은 것처럼 보이게 됩니다. 감사합니다.