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비가 오는 날 개미집이 빗물에 잠기도 하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 비가 오는 날 개미의 집이 빗물에 잠길 가능성은 분명히 존재하는데요, 하지만 대부분의 개미들은 이런 상황에 대처할 수 있도록 놀라울 만큼 정교한 구조와 행동적 적응을 가지고 있습니다. 먼저, 개미집의 구조적 특징을 보면, 단순히 표면에 구멍을 낸 형태가 아니라, 안쪽으로 깊고 복잡한 통로와 방들이 이어져 있는데요, 개미들은 땅의 성질을 고려하여 물이 잘 빠지는 위치에 둥지를 짓거나, 입구 주변의 흙을 쌓아 배수 구조를 만듭니다. 이 덕분에 비가 와도 물이 바로 내부로 스며들지 않습니다.또한, 개미들은 기압 변화를 감지할 수 있습니다. 비가 오기 전에는 대기 중 습도와 기압이 변하는데, 개미들은 이를 미리 알아차리고 입구를 막거나 깊은 곳으로 이동하는 행동을 보이며 실제로 일부 종은 비가 오기 전 입구를 흙으로 덮어 임시로 봉쇄하기도 합니다.그러나 홍수나 장기간의 폭우처럼 빗물이 지하 깊숙이 스며드는 상황에서는, 일부 개미집이 실제로 침수되기도 합니다. 이럴 경우 개미들은 집단적으로 애벌레와 여왕개미를 안전한 곳으로 이동시키거나, 일부 종은 부유 둥지를 만들어 물 위에서 임시로 생존하기도 합니다. 대표적으로 붉은 불개미가 이러한 행동을 합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.10
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옆나라 일본은 어떻게 과학 분야에서 자주 노벨상을 수상하게 될까요?
안녕하세요. 말씀해 주신 것처럼, 실제로 일본은 2000년대 이후 아시아 국가 중에서 가장 많은 노벨 과학상 수상자를 배출하고 있는데요 이러한 현상은 단순히 개인의 천재성 때문이 아니라, 국가적 연구 문화, 제도, 그리고 장기적 교육 투자의 결과로 보는 것이 과학적으로 타당합니다.우선 일본은 기초과학에 대한 장기적 투자 문화가 자리 잡혀 있습니다. 1960년대부터 기초 연구는 바로 돈이 되지 않더라도 반드시 국가의 근본이 된다는 인식 아래, 단기 성과보다는 장기 연구를 중시하는 정책을 유지해 왔는데요, 연구비 배분에서도 응용 연구보다 물리·화학·의학 등 근본적 기초 과학에 꾸준히 자금을 투입했습니다. 또한 연구자가 실패를 두려워하지 않는 문화적 환경도 한몫합니다. 일본의 대학과 연구기관은 한 연구자가 10년 이상 한 주제에 몰두할 수 있도록 연구의 자율성을 존중합니다. 성과가 바로 나오지 않아도 꾸준히 실험을 이어갈 수 있게 하는 안정적인 연구비 지원이, 결국 노벨상급 발견으로 이어지는 경우가 많았습니다. 마지막으로 기초과학 인재 양성 시스템도 체계적입니다. 일본의 교육은 중·고등학교부터 과학 실험 중심 교육을 강조하고, 대학에서도 연구자 중심의 교육 구조를 유지합니다. 또한 도쿄대, 교토대, 오사카대 같은 주요 대학에는 세계 수준의 연구소가 있어, 젊은 연구자들이 박사 과정부터 세계적 학자들과 함께 연구할 기회를 얻을 수 있기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.10
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유전자 조작을 할때 특정된 부분만 변형시키도록 할 수도 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 지금은 특정된 부분만 아주 정밀하게 바꾸는 것이 가능하지만, 실제로는 기술적 한계 때문에 정밀 편집 + 확인(선별/클리닝)의 조합으로 목표를 달성하는 경우가 많습니다.특정 부분만 바꾸는 기술이 실제로 있는데요 대표적인 예시는 표적 유전자 편집으로, 유전체의 특정 위치, 예를 들어서 한 유전자의 특정 엑손, 특정 염기서열를 표적해서 돌연변이를 만들거나(노크아웃), 특정 서열을 집어넣거나(노크인) 교정할 수 있습니다. 대표 기술들로는 CRISPR-Cas 계열(가이드 RNA로 표적 지정), 징크핑거·TALEN 등이 있습니다. 정밀 편집 기법으로는 염기교정이나 프라임 편집은 ‘단일 염기’나 작은 서열만 바꾸는 데 특히 유리하며, 이중 가닥 절단 없이 교정할 수 있는 방법도 있습니다. 그러나 ‘정밀성’에도 현실적 제약이 있는데요 오프타깃은 표적이 아닌 곳에서도 변이가 생길 수 있으며 피해를 줄이려는 설계와 검증이 필요합니다. 다만 모든 세포나 모든 배아에서 100% 성공하지 않을 수 있으며, 배아 편집 시 일부 세포만 편집되어 한 개체 안에 편집된 세포와 편집되지 않은 세포가 섞이는 현상이 나타날 수도 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.09
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지나친청결도 면역력을 떨어뜨릴수도있나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 내용은 단순한 오해가 아니라, 실제로 면역학적으로 어느 정도 과학적 근거가 있는 개념인데요 이 현상은 흔히 ‘위생 가설’로 설명되며, 청결과 면역 체계의 발달 사이의 균형 문제로 이해됩니다.위생 가설은 1989년 영국의 역학자 데이비드 스트래천이 처음 제안한 이론으로, 어린 시절에 세균·바이러스·기생충 등에 노출될 기회가 너무 적으면, 면역 체계가 충분히 훈련되지 않아성인이 되었을 때 알레르기나 자가면역 질환이 증가한다는 내용을 담고 있는데요 즉, 면역계도 학습이 필요하다는 뜻입니다. 면역세포들이 어릴 때 다양한 항원(세균·먼지·바이러스 등)을 접해야, ‘무해한 것’과 ‘해로운 것’을 구분하는 능력이 제대로 발달한다는 것입니딘.지나치게 살균제나 항균 제품을 사용하고, 생활공간이 너무 멸균 상태에 가까워지면우리 몸의 면역계가 과소자극상태가 되며 그 결과 면역세포들이 정상적인 자극을 받지 못해, 꽃가루나 먼지 같은 무해한 물질에 과민반응(알레르기, 아토피 등)을 보이거나 자기 몸의 조직을 적으로 착각하는 자가면역 질환(1형 당뇨, 크론병 등) 발생 가능성이 증가할 수 있으며 이것이 바로 지나친 청결이 면역을 약하게 만든다는 말의 과학적 배경입니다.하지만 ‘더러운 환경이 좋다’는 뜻은 아닌데요 이 이론은 청결의 중요성을 부정하는 것이 아니라, 적당한 수준의 미생물 노출이 면역 발달에 필요하다는 것을 의미합니다. 즉, 감염병을 일으킬 만큼의 오염은 위험하지만, 자연 환경 속의 흙, 식물, 반려동물, 다양한 사람들과의 접촉을 통해 얻는 정상적인 미생물 노출은 면역 체계의 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.09
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사자와 호랑이의 이종교배로 라이거가 있듯이 원숭이와 침팬지 등도 이종교배로 2세가 태어날수 있는 지 알고 싶습니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 원숭이와 침팬지·고릴라 등 서로 다른 영장류 사이에서는 이종교배를 통해 2세가 태어나는 것은 생물학적으로 불가능한데요 유전적, 세포학적, 생식적 장벽이 매우 크기 때문입니다. 원래 이종교배가 가능하려면 두 종이 유전적으로 매우 가까운 관계여야 하는데요 예를 들어, 사자와 호랑이는 모두 Panthera 속에 속하며, 유전자 염기서열 유사도가 95% 이상으로 거의 같습니다. 반면, 침팬지와 사람은 약 98.8%의 유전적 유사성을 보이지만, 고릴라·오랑우탄·원숭이 등 다른 영장류와의 유전적 거리는 훨씬 더 멉니다. 특히, 사람 ↔ 침팬지는 약 600만 년 전에 분기했고 사람 ↔ 고릴라는 약 800만~1000만 년 전에 분기, 침팬지 ↔ 원숭이는 2000만 년 이상 전 분기했으며 이처럼 진화적 분기 시점이 수백만~수천만 년 전으로 거슬러 올라가기 때문에, 유전체 수준에서 너무 많은 차이가 존재합니다.또한 이종교배가 가능하려면 염색체의 수와 구조가 서로 비슷해야 감수분열 과정에서 정상적인 배우자(정자·난자)가 만들어질 수 있는데요,사람의 경우 2번과 3번에 해당하는 염색체가 융합되어 2n=46이 되었지만, 침팬지나 고릴라는 2n=48을 유지하고 있습니다. 이 차이로 인해 수정이 일어나더라도 염색체가 짝을 이루지 못해 정상적인 배아 발달이 불가능하며 이는 곧 유전 정보의 불일치로 인한 초기 발생 중단, 즉배아 단계 사멸을 의미합니다.게다가 진화 과정에서 종이 분리되면, 교배가 불가능하도록 하는 생식적 장벽이 생깁니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.09
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완전연소와 불완전연소의 차이는 무엇이며, 생성물은 각각 어떻게 달라지나요?
안녕하세요. 네 질문 주신 것처럼 연소란 물질이 산소(O₂)와 반응하여 열과 빛을 방출하는 산화 반응을 의미하는데요, 이때 산소의 공급량과 반응 조건에 따라 완전연소와 불완전연소로 구분되며, 생성물의 종류와 에너지 방출량에서도 큰 차이가 생깁니다.우선 완전연소는 충분한 산소가 공급될 때, 연료 속의 탄소(C)와 수소(H)가 최종 산화물로 완전히 산화되는 반응을 말하는데요, 이때 연료의 모든 탄소는 이산화탄소(CO₂)로, 수소는 물(H₂O)로 변합니다. 예를 들어, 메탄(CH₄)의 완전연소 반응은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 에너지의 형태로 진행되며 이 반응은 높은 에너지를 방출하며, 불꽃이 푸르고 맑은 색을 띱니다.반면에 불완전연소는 산소의 공급이 부족할 때, 연료의 탄소가 완전히 산화되지 못하는 반응을 말하며 이 경우 일부 탄소가 일산화탄소(CO) 또는 탄소(C, 그을음) 형태로 남습니다. 예를 들어, 같은 메탄이 산소 부족 상태에서 연소할 경우 다음과 같은 2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O + 에너지의 반응이 일어나며 이처럼 산소가 부족하면 연료가 부분적으로만 산화되어 에너지 효율이 낮고, 일산화탄소와 같은 유해 물질이 발생하게 됩니다.즉 완전연소에서는 탄소가 최종 산화 상태인 CO₂로 변하면서 결합 에너지가 가장 낮은 안정한 물질이 생성되며 가장 많은 에너지가 방출됩니다. 반면 불완전연소에서는 탄소가 부분 산화된 상태(CO 또는 C)로 남기 때문에, 결합이 완전히 형성되지 않아 에너지 방출량이 줄어듭니다. 또한 불완전연소의 부산물인 일산화탄소(CO)는 무색·무취의 독성 기체로, 헤모글로빈과 강하게 결합하여 산소 운반을 방해하는데요 따라서 환기가 불충분한 공간에서 불완전연소가 일어나면, 질식이나 중독 사고가 발생할 수 있습니다. 반면 완전연소는 이러한 유해물질의 발생이 거의 없기 때문에, 에너지 효율과 안전성 모두에서 바람직한 반응입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.09
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산소의 농도가 낮을 때 불완전연소가 일어나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네 말씀해주신 것처럼, 산소의 농도가 낮을 때 불완전연소가 일어나는 것은 매우 중요한 화학적 현상이며, 특히 일산화탄소(CO)가 생성되어 인체에 치명적인 위험을 줄 수 있는데요 우선 연소 반응은 기본적으로 연료 + 산소 → 산화 생성물 + 에너지의 형태를 갖습니다. 예를 들어, 메탄(CH₄)의 완전연소 반응은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 에너지 의 형태로 진행되며, 이 반응에서는 연료 속의 탄소가 완전히 산화되어 이산화탄소(CO₂)가 됩니다. 하지만 이때 필요한 산소의 양이 충분히 공급되어야 완전연소가 가능합니다.산소 농도가 낮으면 연료의 모든 탄소 원자가 완전한 산화 상태인 CO₂로 변하지 못하고, 중간 산화물 형태인 일산화탄소(CO)나 탄소(C, 그을음)로 남게 되는데요, 이때 산소가 충분하지 않으면 반응이 CO 단계에서 멈추게 되어 불완전연소가 일어납니다.또한 연소는 표면이나 기체 내에서 일어나는 다단계 반응입니다. 온도가 높고 산소 농도가 낮을수록, 산소 분자가 연료 분자와 만나 반응할 확률이 줄어들게 되며 그 결과 일부 연료는 완전히 산화되지 못하고, 부분 산화 상태로 남게 됩니다. 즉, 산소 분자가 충분히 공급되지 않으면, 연료 분자가 산소를 나눠 쓰는 형태로 반응하여 완전한 산화 생성물로 가기 전에 반응이 중단됩니다.에너지 관점에서도, 이산화탄소를 생성하는 반응은 일산화탄소를 생성하는 반응보다 더 많은 에너지를 방출합니다. 하지만 산소가 부족한 상황에서는 반응이 진행될 수 있는 산화제(산소) 자체가 부족하므로, 에너지가 더 많이 나오는 완전 산화 단계로 진입하지 못하며 이 때문에 불완전연소는 상대적으로 에너지 효율이 낮고, 열량이 적으며, 검은 그을음과 유독가스(CO)를 발생시키는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.09
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온도가 높아질수록 연소 반응 속도가 빨라지는 이유를 활성화 에너지 관점에서 어떻게 설명 가능한가요?
안녕하세요. 네 질문해주신 것처럼, 온도가 높아질수록 산화 반응의 일종인 연소 반응의 속도가 빨라지는 이유는 활성화 에너지와 분자의 에너지 분포 개념으로 설명 가능한데요, 화학 반응이 일어나기 위해서는 반응물 분자들이 충돌할 때 일정한 최소 에너지, 즉 활성화 에너지(Eₐ) 이상을 가져야 합니다. 이 에너지는 반응물이 결합을 끊고 새로운 결합을 형성하는 전이 상태에 도달하기 위한 장벽에 해당합니다.이때 분자들의 운동 에너지는 온도에 따라 변하는데요 온도가 올라가면, 반응계에 있는 분자들의 평균 운동 에너지가 커지고, 맥스웰-볼츠만 분포 곡선이 오른쪽으로 이동하게 되며 그 결과, 전체 분자 중에서 Eₐ 이상을 가진 분자 비율이 급격히 증가하게 됩니다. 즉, 온도가 낮을 때는 활성화 에너지 장벽을 넘는 분자가 적지만, 온도가 높을 때는 그 장벽을 넘는 분자가 많아져 유효 충돌 횟수가 늘어나게 되며, 이로 인해 연소 반응의 속도가 현저히 빨라집니다.또한 연소 반응은 매우 높은 활성화 에너지를 요구하는 반응이기 때문에, 초기 점화 온도를 넘기 전에는 반응이 잘 일어나지 않는데요 하지만 점화 온도 이상으로 열을 가하면 활성화 에너지를 넘는 분자가 많아져, 반응이 급격히 진행되고, 생성된 열이 다시 반응을 촉진하는 자기촉진적 연쇄 반응 형태로 이어지게 됩니다.따라서 결론적으로, 온도가 높아질수록 연소 반응 속도가 빨라지는 이유는 분자들이 활성화 에너지를 넘길 확률이 커지고, 그 결과 반응속도상수(k)가 지수적으로 증가하기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.09
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미숙아나 기형아가 증가하는 현상은 왜 그런걸까요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 실제로 여러 나라에서 미숙아나 선천적 기형을 가진 신생아의 비율이 과거보다 증가하거나, 일정 수준에서 줄지 않고 유지되는 경향이 관찰되고 있는데요,이 현상은 단일 원인보다는 사회적·의학적·환경적 요인들이 복합적으로 작용한 결과로 이해됩니다.우선 현대 사회에서 결혼과 출산 시기가 점점 늦어지면서, 35세 이상 산모의 비율이 크게 늘었는데요, 고령 임신은 여러 생리적 이유로 미숙아나 기형아의 위험을 높입니다. 예를 들어서 난자의 품질이 나이와 함께 저하되어 염색체 이상 발생 확률을 높이며, 자궁 및 태반 기능이 나이에 따라 감소하면서 조기진통이나 태반 기능 부전 가능성이 증가하고, 고혈압, 당뇨 등 기저질환이 있을 확률이 높아 임신 유지가 어렵습니다.또한 시험관아기(IVF)나 배아이식 같은 보조생식기술(ART)의 발달로 고령 부부나 난임 부부의 출산이 늘었는데요, 이 과정에서 다태임신이 흔하며, 이는 미숙아 출산률을 높이고, 또한 인공 수정 과정에서 수정란이 약하거나 유전적 이상을 지닌 경우 생존 가능성도 함께 높아집니다.게다가 현대 산업 환경과 생활습관도 중요한 역할을 하는데요, 대기오염, 중금속, 미세플라스틱, 농약, 환경호르몬(프탈레이트 등)이 생식세포의 DNA 안정성을 손상시킬 수 있으며 흡연, 음주, 수면 부족, 스트레스 등은 임신 초기 태아 발달에 악영향을 미치고 특정 약물이나 화학물질의 노출로 발생하는 기형 유발 물질 영향도 존재합니다.마지막으로 예전보다 초음파, 유전자 검사, 신생아 집중치료기술이 발전하면서 조기에 태어난 미숙아들도 생존할 수 있게 되어 통계적으로 미숙아 비율이 높아진 것처럼 보이는데요, 과거에는 발견되지 않던 경미한 선천적 기형이 정밀검사로 진단되면서 즉, 기술 발전이 발생률 증가처럼 보이는 ‘진단 효과’를 만든 부분도 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.10.08
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염산은 순수 자연물인가요 아니면 화학적결합에 의해 생성된건가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 염산은 자연과학적으로 볼 때 화학적 결합에 의해 생성된 물질이자, 동시에 자연에서도 존재할 수 있는 물질인데요 즉 자연적으로도 형성될 수 있지만, 인공적으로도 쉽게 제조할 수 있는 화합물이라고 할 수 있습니다. 우선 염산은 수소(H)와 염소(Cl) 원자가 결합한 염화수소(HCl) 가스가 물(H₂O) 에 녹아 생긴 수용액인데요, 따라서 염산은 화학적 결합에 의해 형성된 물질이 맞습니다. 염화수소는 수소와 염소가 화학 반응으로 결합해야 생기므로, 염산의 근원은 본질적으로 화학적 결합 과정에서 비롯됩니다. 또한 염산은 전적으로 인공적인 물질만은 아닌데요, 자연 상태에서도 여러 환경에서 자연적으로 생성됩니다. 예를 들어 화산 가스 속에는 염화수소(HCl) 기체가 다량 포함되어 있으며, 이 기체가 대기 중 수분에 녹으면 염산성 안개나 산성비 형태로 존재합니다.바다 속 소금(염화나트륨, NaCl) 이 고온 조건에서 분해되거나 특정 화학 반응을 겪을 때에도소량의 염화수소가 방출될 수 있으며 위 속의 위액에도 염산이 있습니다. 인체의 위점막 세포는 염화이온(Cl⁻)과 수소이온(H⁺)을 분비하여자연적으로 염산을 만들어내며, 이 염산이 단백질 분해를 돕는 주요 역할을 합니다. 즉, 자연계에서도 여러 생물학적, 지질학적 과정에서 염산이 생성됩니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.10.08
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