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식물이 햇빛 대신 LED 불빛을 받아도 잘 자라는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.요즘 실내 재배에서 LED 조명을 사용해도 식물이 잘 자라는 이유는 식물이 빛의 파장을 이용해 광합성하기 때문인데요, 식물이 필요로 하는 것은 빛 에너지이지, 햇빛 자체가 아닙니다. 식물의 광합성은 엽록소가 특정 파장의 빛을 흡수하여 일어나는 반응입니다. 특히 잘 흡수하는 빛은 청색광 (약 450nm), 적색광 (약 660nm)인데요 햇빛은 여러 파장이 섞인 백색광이지만, 광합성에 꼭 필요한 파장은 이 두 영역이 가장 중요합니다.LED의 장점은 필요한 빛만 딱 맞춤형 공급한다는 것인데요 LED는 파장을 조절할 수 있어 광합성 효율이 가장 높은 청색+적색 조명 비율로 만들 수 있습니다. 이 때문에 겨울, 실내, 지하 등에서도 채소, 과일을 생산할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.22
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왜 고양이는 항상 발부터 착지할 수 있나요?
안녕하세요.고양이가 높은 곳에서 떨어져도 거의 항상 발부터 착지할 수 있는 이유는 생물학적 구조와 신경 조절 능력 때문이고 이를 바로서기 반사라고 부릅니다.고양이는 공중에서 몸의 방향을 조절하여 머리가 위, 다리가 아래로 향하도록 자세를 재정렬하는 반사 운동을 가지고 있는데요 이 반응은 생후 약 3주부터 나타나며, 7주가 되면 거의 완성됩니다.또한 고양이의 내이의 전정기관은 인간보다 훨씬 민감하며 이 평형 감각 기관이 공중에서 몸이 어떤 방향으로 회전했는지 즉시 감지하고, 뇌가 척추와 근육에 명령을 내려 몸을 회전시킵니다. 이때 고양이의 척추는 매우 많은 수의 분절로 이루어져 있고, 관절 가동 범위가 크며 유연성 매우 높습니다. 그래서 고양이는 공중에서도 머리–앞다리–몸통–뒷다리 순서로 회전하여 몸을 뒤집을 수 있습니다. 이와 함께 꼬리는 몸의 회전을 조절하는 균형추 역할을 하는데요, 꼬리를 좌우로 움직여 회전 관성을 조절해 안정적으로 방향을 잡습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.21
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닭이 먼저인가요? 계란이 먼저인가요?
안녕하세요.과학적으로 보면 ‘계란이 먼저’입니다 생물 진화의 관점에서 볼 때, 현대의 닭, 현재 생물학적으로 정의되는 종이 존재하기 훨씬 이전부터 이미 알은 존재했습니다. 물고기, 양서류, 파충류 등 대부분의 고대 생물들은 수억 년 전부터 알을 낳으며 번식해왔고 알을 낳는 방식 자체가 조류보다 훨씬 더 오래된 진화 전략입니다.현대 닭은 공룡에서 진화한 조류의 후손으로 알려져 있는데요 진화 과정에서 어느 순간, 닭과 거의 비슷하지만 아직 ‘닭’이라고 부를 수 없는 조류가 돌연변이나 유전자 재조합을 통해 유전적으로 완전히 새로운 형태의 닭을 만들었습니다. 이 변화가 일어난 위치는 부모 개체의 몸 안의 난자 또는 정자 DNA 변이가 아니라 정자와 난자가 만나 형성된 수정란의 DNA 변화였습니다. 즉, 닭과 거의 비슷한 조류가 낳은 알 속에서 유전적 변이가 발생해 현대 닭이 탄생했다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.21
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초콜릿에대해궁금해서질문합니다 .
안녕하세요. 카카오 원료에서 카페인을 제거하거나 최소화할 가능성은 있으나 상업적으로 거의 시도되지 않고 있으며, 완전한 무카페인 초콜릿은 아직 널리 개발, 판매되고 있지 않습니다.초콜릿의 원료인 카카오 콩 자체에는 카페인과 테오브로민이라는 각성물질이 자연적으로 포함되어 있는데요, 테오브로민이 주요 성분으로 초콜릿의 쓴맛과 기분 상승 효과의 원인으로 작용합니다.커피의 카페인을 제거하는 방식인 물 추출, CO₂ 초임계 추출 등을 카카오에 적용하는 것도 이론적으로 가능합니다. 문제는, 이 카페인 제거 과정에서 향미 성분도 같이 손실되고 맛과 향이 크게 변화하며 공정 비용 증가로 인해 경제성이 낮은 것이 현재 상업적으로 거의 사용되지 않는 이유입니다.카카오나무 중에는 카페인과 테오브로민 함량이 상대적으로 낮은 변종이 존재하며, 미래에는 CRISPR 같은 유전자 편집 기술로 카페인을 거의 생성하지 않는 품종을 만들 가능성도 있습니다. 하지만 카페인과 테오브로민은 카카오 나무가 해충으로부터 스스로를 보호하는 방어 물질이어서, 이 성분을 줄이면 병충해에 매우 약해지고 생산성이 크게 떨어지며 따라서 아직 실제 상업적 재배는 어려운 상태입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.21
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지구상에서 짝짓기를 할 수 있는 최초의 동물은 무엇인가요??
안녕하세요.지구 최초의 동물인 해면동물은 오늘날 우리가 말하는 ‘짝짓기는 하지 않지만 정자와 난자를 만드는 유성생식은 합니다.해면동물은 약 6억 년 전 등장한 가장 원시적인 동물인데요, 그러나 해면동물은 근육·신경·소화기관·생식기 같은 기관이 거의 없고, 몸도 고정되어 살아갑니다. 따라서 교미 행동 없고 생식기가 외형적으로 분화하지 않았으며 수컷·암컷의 몸으로 나뉘지 않아 대부분 자웅동체입니다. 하지만 해면동물도 정자, 난자를 만들며 유성생식은 합니다. 해면동물은 자웅동체로 한 개체가 정자와 난자를 모두 생산하는 생명체인데, 동시에 둘 다 만들지는 않고 번식할 때 한 방향으로만 분화합니다. 정자를 만들 때에는 정소 비슷한 세포군 형성하고 난자를 만들 때에는 난소 비슷한 세포군 형성합니다. 즉, 해면은 기관이 아니라 특화된 세포 집단으로 세포를 만들며 정자는 물속으로 방출되고, 다른 해면의 몸 속으로 물 흐름을 타고 들어와 내부에서 난자와 수정됩니다.우리가 흔히 말하는 짝짓기는 암컷·수컷이 구별되고 생식기가 분화되어 있으며 두 개체가 접촉하거나 삽입을 통해 체내 수정 또는 체외 수정 행동을 위한 교미 행동을 하는데요, 이 조건을 갖추기 시작한 최초의 계통은 편형동물인 플라나리아 계열과 원생동물계통의 초기 양측동물로 추정됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.21
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냉장고에 둔 과일은 금방 시들지 않는데 실온에서는 왜 빨리 시드나요?
안녕하세요. 과일이 냉장고에서는 오래 싱싱한데 실온에서는 더 빨리 시드는 이유는, 과일 내부에서 일어나는 효소 반응의 속도와 호흡 작용이 온도에 크게 의존하기 때문인데요 생물학적으로는 온도가 낮아지면 효소의 활성도가 떨어지고, 그 결과 노화와 시듦을 유발하는 대사 과정이 느려진 것입니다.우선 과일은 수확 후에도 살아 있는 조직이라 계속 호흡하며 과일은 따낸 뒤에도 세포 호흡을 지속하며, 이 과정에서 저장된 당을 분해해 에너지를 사용하고 수분을 잃고세포벽을 분해하는 여러 효소가 서서히 활성화되며 결국 조직이 연해지고 시들며 늙어 갑니다. 즉, 과일이 시드는 것은 세포 호흡과 효소 분해 작용이 계속되는 생물학적 노화 현상입니다.이때 효소는 온도에 민감한 단백질 조절자인데요, 일반적으로 온도가 낮아지면 효소의 분자 운동이 느려져 기질과 결합하는 속도가 감소합니다. 따라서 과일의 세포벽 분해 효소의 활성 감소합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.21
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왜 새들은 겨울에도 발이 얼지 않고 전봇대에 잘 앉아 있나요?
안녕하세요.질문주신 것처럼 겨울에 전봇대나 나뭇가지에 앉아 있는 새들의 발이 얼지 않는 이유는 새의 다리에는 ‘열교환 장치’가 있기 때문인데요, 새의 다리에는 따뜻한 동맥혈이 내려가고 차가워진 정맥혈이 올라오는 구조가 서로 밀착되어 흐릅니다. 이렇게 되면 내려가는 따뜻한 혈액은 올라오는 차가운 혈액을 데워주고 올라오는 차가운 혈액은 내려가는 혈액을 미리 식혀줍니다. 결과적으로 다리 끝으로 가는 혈액 온도는 이미 많이 낮아져 있어서 외부의 차가운 공기나 금속과 닿아도 큰 열손실이 일어나지 않는 것이며 즉, 발 자체는 사람 기준으로 보면 거의 차갑게 유지되기 때문에 얼어붙을 위험이 크게 줄어듭니다. 이 구조는 펭귄, 물새, 독수리 같은 극한 환경의 새들에서도 공통적으로 발견되는 특징입니다.또한 사람의 손과 발은 근육과 조직이 많아 차가워지면 기능 손실이나 동상이 쉽게 옵니다. 하지만 새의 다리는 근육이 거의 없고 대부분 가벼운 뼈, 힘줄, 인대 구조이며 혈액 공급량도 최소화되어 있기 때문에 따라서 조직 손상이 일어날 만한 열량을 많이 필요로 하지 않기 때문에 다리가 얼어붙기 어려운 구조입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.20
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비가 오면 지렁이가 땅 위로 올라오는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.지렁이가 비가 오는 날이나 비 온 직후에 땅 위로 올라오는 이유는 지렁이가 숨을 쉬기 어려워지기 때문입니다. 지렁이는 폐가 없고, 피부를 통해 산소를 흡수하는 피부호흡을 하는데요, 하지만 비가 오면 토양 속에 물이 차면서 빈 공간에 있던 산소가 크게 줄어듭니다. 즉 공기가 많은 흙은 산소가 충분하지만 물로 젖은 흙은 산소가 거의 없어지며 이 때문에 지렁이는 저산소 상태를 피하기 위해 지상으로 올라옵니다.또는 지렁이는 땅의 진동을 포식자인 두더지 접근 신호로 이해하기도 하는데요, 비가 내릴 때 지면에 떨어지는 빗방울이 두더지가 파고오는 진동과 매우 비슷한 패턴을 만든다는 연구가 있습니다.게다가 지렁이는 몸이 마르지 않아야 이동할 수 있는데, 비가 오면 지면이 촉촉해져서 멀리 이동하기 좋은 조건이 됩니다. 즉 평소에는 마른 땅 위가 위험해서 올라오지 않지만, 비 오는 날은 익사 위험보다 장거리 이동의 이점이 커지는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.20
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고1 통합과학, 산화환원 단원입니다
안녕하세요.산이 금속과 반응할 때 수소 기체가 발생하는 것은 항상 성립하는 법칙은 아니며 금속의 종류와 산의 종류에 따라 달라지는 조건부 반응입니다. 기본적으로 산 속의 수소 이온(H⁺)이 금속에서 전자를 받아 환원되면 수소 기체(H₂)가 발생하는데, 이것이 일어나려면 금속이 수소보다 더 쉽게 산화되는 금속, 즉 활성도가 높은 금속이어야 합니다. 예를 들어 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철 등은 묽은 염산이나 묽은 황산과 잘 반응하여 금속이 산화되고 그 과정에서 수소 이온이 환원되어 기체가 발생합니다. 그러나 구리, 은, 금처럼 활성도가 낮은 금속은 산이 있어도 쉽게 산화되지 않기 때문에, 일반적인 산과는 전혀 반응하지 않고 수소도 만들지 않습니다.또한 산의 종류도 중요한데요, 묽은 산에서는 금속이 직접 수소 이온과 산화환원 반응을 하지만, 진한 황산이나 진한 질산처럼 산화력이 강한 산은 금속을 산화시키는 방식이 다릅니다. 이 산들은 금속과 반응할 때 수소 이온 대신 황산 자체나 질산 자체가 전자를 받아 다른 이산화황, 이산화질소 등의 기체 만들어 내기 때문에, 금속이 반응하더라도 수소 기체는 나오지 않는 경우가 많습니다. 감사합니다.
학문 / 화학
25.11.20
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노인불면증에대해궁금해서질문합니다.
안녕하세요.질문주신 것처럼 노년층에서 불면증과 조기 각성이 흔해지는 이유는 멜라토닌 분비 감소뿐 아니라, 시상하부의 생체시계(SCN) 기능 약화, 뇌의 수면-각성 신경회로의 감도 변화, 야간 통증·만성 질환 등의 영향이 복합적으로 작용하기 때문입니다. 따라서 노년 불면증을 안정적으로 개선하기 위한 기술은 단순히 멜라토닌을 보충하는 수준을 넘어, 노화한 생체시계 시스템을 재정렬하거나 신경회로를 조율하는 방향으로 발전해야 합니다. 향후 10~20년 안의 기술 전망을 고려해보면 일부 치료법은 상용화 가능성이 높고, 일부는 기술적 난제로 인해 속도가 더딜 것으로 예상됩니다.우선 약물 기반 기술은 가장 상용화 가능성이 높은 분야인데요 이미 멜라토닌 작용을 강화하는 MT1·MT2 수용체 작용제나 오렉신 억제제가 개발된 바 있으며, 향후에는 노화에 따라 달라지는 수면 신경로를 정밀하게 겨냥하는 차세대 오렉신 길항제, GABA 시스템 조절제, 시상하부 기능 보조 약물이 등장할 것으로 예상됩니다. 이 약물들은 기존 수면제의 단점인 의존성과 부작용을 줄이기 위해, 뇌의 자연 수면 리듬을 모방하는 방식으로 설계되고 있습니다. 이런 접근은 앞으로 10년 내에 보다 안전하고 장기 복용이 가능한 형태로 상용화될 가능성이 높습니다.다음으로 멜라토닌 대체 기술은 멜라토닌 분비 자체를 회복시키는 분자치료보다는, 멜라토닌 신호 체계를 강화하거나 생체시계를 외부에서 재동기화하는 방향으로 발전할 것으로 보입니다. 예를 들어 맞춤형 광치료라던가 개별 생체리듬에 맞춘 낮·밤 빛 환경 조절 기술, 혹은 멜라토닌 리듬을 외부에서 정밀하게 흉내 내는 디지털 제어형 약물 전달 기술 등이 연구되고 있습니다. 이러한 기술은 비교적 안전성이 높아 10~20년 안에 노인 환경에 널리 적용될 가능성이 있습니다.또한 디지털 치료제는 이미 노인 불면증에 적용되고 있으며 앞으로 가장 빠르게 발전하는 영역 중 하나인데요 인공지능 기반 수면 패턴 분석, 생체 신호 추적, 수면위생 맞춤 설계, 행동인지치료(CBT-I) 디지털화 등이 상용화 초기 단계에 있고, 향후에는 생체리듬에 실시간으로 반응하는 맞춤형 수면 조절 시스템이 등장할 가능성이 큽니다. 이 기술은 비교적 단기간 안에 보급될 수 있고, 비약물적이면서도 상당한 효과를 기대할 수 있다는 점에서 주목받고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.20
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