답변 내역

안녕하세요.말씀해주신 것처럼 일반적으로 진화는 수백만 년에 걸쳐 일어나는 매우 느린 과정으로 알려져 있긴 하지만 현재 진행 중인 진화가 관찰되기도 합니다. 특히 말씀해주신 것처럼 환경 변화, 인간 활동, 기후 변화와 같은 강한 선택압이 작용할 경우에는 진화의 속도가 빨라집니다. 가장 대표적인 예시는 원핵생물에 속하는 대장균의 항생제 내성 진화입니다. 인간이 항생제를 사용하면 세균 집단 중 일부는 돌연변이로 인해 항생제를 분해하거나 배출할 수 있는 능력을 갖게되는데요, 항생제가 투여되면 대부분의 세균은 죽지만 이러한 변이를 가진 세균만 살아남아 증식하게 됩니다. 대장균의 경우 증식속도가 매우 빠르다보니 몇 세대만 지나도 항생제 내성 균주가 빠르게 증가합니다. 다음으로 산업화 이후 관찰된 후추나방의 색 변화 사례가 있는데요, 원래 영국 산업혁명 이전에는 나무껍질과 비슷한 밝은 색 개체가 대부분이었습니다. 그러나 공장 매연으로 나무가 검게 변하면서 밝은 개체는 새에게 쉽게 잡아먹히게 되었고, 반대로 검은 색 개체가 생존에 유리해졌습니다. 결과적으로 몇십 년 사이에 개체군의 대부분이 검은색으로 바뀌었고 이후 공해가 줄어들자 다시 밝은 색 개체의 비율이 증가하는 현상도 관찰되었습니다. 이러한 사례는 자연 선택이 실제 환경 변화와 같은 선택압에 따라 매우 빠르게 작동할 수 있음을 보여줍니다. 또 마지막으로는 온전한 생물이라고 보긴 어렵지만 바이러스가 매우 빠르게 진화한다고 볼 수 있는 경우입니다. 예를 들어 SARS‑CoV‑2와 같은 RNA 바이러스는 돌연변이율이 높아 새로운 변이가 지속적으로 등장하는데요, 감염력이나 면역 회피 능력이 더 높은 변이가 선택되면서 몇 달 단위로 새로운 계통이 등장하는 것도 진화가 실시간으로 관찰되는 대표적인 사례라고 할 수 있겠습니다. 감사합니다.

안녕하세요.거미의 종이나 크기에 따라 차이가 있지만 보통 하루에 거미줄을 만들기 위해 수십 미터에서 약 100m 정도의 실을 생산할 수 있습니다. 거미줄은 거미 몸속의 실크 단백질이 액체 상태로 저장되어 있다가 실을 뽑을 때 고체 섬유로 변하면서 만들어지는 것인데요, 이 실은 배 끝에 있는 방적돌기라는 기관에서 나오며, 거미의 몸속에는 실을 만드는 실샘이 여러 종류 존재합니다. 이때 실이라고 해서 모두 동일한 것은 아니며 강한 구조의 실, 접착용 실, 포획용 실과 같이 목적이 서로 다릅니다. 일반적인 원형 거미줄을 만드는 대표적인 거미인 왕거미에 대해서, 보통 거미는 하루에 한 번 거미줄을 새로 만드는 경우가 많으며, 한 번의 거미줄을 만드는 데 사용되는 실의 총 길이는 대략 20~60m 정도입니다. 또한 큰 종의 경우에는 100m 이상의 실을 사용할 수도 있습니다. 즉 실을 뽑을 수 있는 최대 거리를 생각해보았을 때 작은 거미라도 하루 동안 수십 미터에서 많게는 100m 이상의 거미줄을 생산할 수 있다고 볼 수 있습니다. 나아가 먹이가 많고 영양 상태가 좋은 경우에는 더 많은 실을 만들 수 있습니다.또한 거미는 새로운 거미줄을 만들 뿐 만 아니라 기존 거미줄을 먹어서 재활용하기도 합니다. 많은 거미는 밤이나 새벽에 오래된 거미줄을 다시 섭취하여 실 단백질을 회수하는데요, 회수된 단백질은 다시 실 생산에 사용됩니다. 즉 거미줄 생산은 단백질 순환 시스템이라고도 볼 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.인간의 기억은 신경세포들 사이의 틈인 시냅스 연결 강도가 변화하면서 분산된 형태로 저장되는 생물학적 과정입니다. 기억의 형성은 신경세포, 즉 뉴런 사이의 시냅스 연결 변화에서 이루어지는데요 우리가 어떤 경험을 하거나 새로운 정보를 학습하면 관련된 뉴런들이 동시에 활성화됩니다. 이때 특정 뉴런 사이의 연결이 강화되는 현상이 나타나는데 이를 장기강화라고 합하며 이는 반복적인 신경 활동을 통해 시냅스의 전달 효율이 증가하는 현상으로, 같은 신경회로가 다시 활성화되기 쉬운 상태를 만들어 줍니다. 이때 기억 형성에 중요한 뇌 구조는 해마인데요, 해마는 새로운 경험을 단기 기억에서 장기 기억으로 전환하는 역할을 합니다. 어떤 사건을 경험하면 처음에는 해마가 관련 정보를 일시적으로 통합하여 저장하는데 시간이 지나면서 그 기억은 점차 대뇌 피질의 여러 영역으로 분산되어 장기 기억으로 정착됩니다. 반면 공포, 위협과 같은 감정이 강하게 관련된 기억에는 편도체가 중요한 역할을 하는데요, 감정적으로 중요한 사건일수록 기억이 더 강하게 형성되도록 해마와 상호작용합니다. 그래서 사고라던가 큰 손해가 발생했다거나, 강한 기쁨 같은 사건은 비교적 오래 기억에 남는 경향이 있습니다. 이때 기억을 떠올리는 과정도 단순히 컴퓨터에 저장된 정보를 읽어오는 것처럼 진행되는 것이 아니라 당시와 관련된 신경회로가 다시 활성화되면서 기억이 재구성됩니다. 이 과정에서 현재의 감정, 새로운 정보, 주변 상황이 영향을 주어 기억 내용이 약간씩 변할 수 있으며 이를 기억 재고정이라고 합니다. 기억을 다시 떠올릴 때 기존 기억이 일시적으로 불안정해지고, 다시 저장되는 과정에서 내용이 일부 수정될 수 있다는 의미입니다.따라서 인간의 기억은 신경 연결의 가소성을 기반으로 한 것으로, 경험을 통해 시냅스 연결이 강화되거나 약화되며, 기억을 떠올릴 때마다 그 정보가 재구성되고 다시 안정화됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀해주신 것처럼 태양빛에 물건이 오래 노출될 경우 색이 바래는 현상을 흔히 볼 수 있는데요, 이는 자외선이 물질의 색을 내는 분자 구조를 화학적으로 변화시키는 광분해 현상을 유발하기 때문입니다. 물체의 색은 기본적으로 염료나 색소 분자가 특정 파장의 빛을 흡수하고 나머지 빛을 반사하면서 나타납니다. 그런데 햇빛에는 가시광선뿐 아니라 고에너지의 자외선이 포함되어 있는데요, 자외선은 분자의 화학 결합을 끊을 수 있을 정도로 에너지가 높다보니 색소 분자에 흡수되면 분자의 구조가 변형될 수 있습니다. 이때 색소 분자 안에는 보통 공액 이중결합 구조가 존재하는데요 이 구조는 여러 개의 이중결합이 서로 연결된 형태입니다. 이 구조가 특정 파장의 빛을 흡수하면서 색을 만들어 내고 있는데, 자외선이 이 구조에 에너지를 전달하면 이중결합이 끊어지거나 분자의 배열이 변형될 수 있습니다. 결과적으로 원래 빛을 흡수하던 방식이 달라져서 색이 약해지거나 거의 무색에 가까운 물질로 변하게 되는 것입니다. 또한 자외선은 공기 중의 산소와 만나 산화반응을 촉진하는데요 색소 분자가 자외선에 의해 활성화되면 산소와 반응하여 과산화물이나 산화된 분자로 변하게 됩니다. 빛에 의한 산화가 일어나면 색소 분자의 전자 구조가 변하면서 더 이상 특정 파장의 빛을 흡수하지 못하게 되어 색이 점점 사라지게 되는 것입니다. 언급해주신 종이의 색이 바래는 현상은 이 과정이 특히 잘 나타나는데요, 종이의 경우에는 색소뿐 아니라 종이의 주성분인 셀룰로오스도 자외선에 의해 일부 분해되거나 산화됩니다. 그 결과 색소 분자가 손상될 뿐 아니라 종이 자체도 누렇게 변하는 경우가 많은 것이며 옷감이나 플라스틱도 마찬가지로 색소 분자의 광분해와 산화 반응이 반복되면서 색이 점점 옅어지는 것입니다. 감사합니다.

안녕하세요. 생각하고 싶지 않은 기억이 갑자기 떠오르는 현상은 기억을 저장하고 관리하는 뇌 구조와 감정 처리 시스템의 작동 방식과 관련이 있습니다. 인간의 기억은 뇌의 해마라는 구조에서 형성되고 정리되는데, 특히 해마는 경험을 장기 기억으로 저장하는 역할을 합니다. 이때 감정적으로 강한 사건일수록 더 강하게 기록되는 특징이 있는데요 예를 들자면 돈을 잃거나, 크게 화가 났거나, 충격을 받은 사건은 훨씬 강하게 각인되고 이는 뇌가 중요한 경험을 다시 기억해서 미래에 같은 실수를 피하라는 생존 전략을 가지고 있기 때문입니다.이 과정에서 중요한 역할을 하는 구조로 편도체가 있습니다. 편도체는 불안, 분노 등의 감정을 처리하는 뇌 영역인데요 어떤 사건이 강한 감정과 연결되면 편도체가 그 기억을 중요한 사건으로 표시합니다. 이렇게 표시된 기억은 해마와 연결되어 더 강하게 저장되며 그래서 돈을 잃은 경험이나 화나는 사건은 기억에서 잘 지워지지 않고 반복적으로 떠오르기 쉬운 구조가 됩니다. 특히 말씀해주신 것처럼 인간의 뇌에는 생각을 억제하려고 할수록 오히려 더 떠오르는 현상이 있는데요, 이를 아이러니 과정 이론이라고도 합니다. 예를 들어 이 생각은 하지 말아야지라고 의식적으로 억누르면, 뇌의 다른 시스템이 지금 그 생각을 하고 있는지 감시하게 됩니다. 다시 말해서 오히려 이 감시 과정 자체가 해당 생각을 다시 활성화시키기 때문에 결과적으로 더 자주 떠오르게 되는 것입니다. 따라서 생각하고 싶지 않은 내용들을 저절로 떠올리는 것은 뇌가 기능에 맞게 정상적으로 작동하고 있다는 증거라고도 볼 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.우리나라는 암 검진이 매우 활발하고 의료 접근성이 높다보니 암이 많이 발견되는 국가인 것은 맞지만, 그렇다고 해서 암 발생 1위 국가는 아닙니다. 즉 실제 암이 더 많다기보다 조기 발견율이 높기 때문에 통계상 발생률이 높게 보이는 것입니다. 질문해주신 암 발생이 가장 낮은 국가는 세계보건기구 자료를 기준으로 보면 대부분 아프리카나 개발도상국이라고 할 수 있습니다. 니제르, 감비아, 네팔이 그 예시인데요, 이 국가들은 인구 10만 명당 암 발생이 약 78~81명 정도로 보고되는 반면 선진국은 보통 300~450명 수준입니다. 하지만 암 발생이 낮다고 해서 실제로 암이 적다고 확정하기는 어려운데요, 개발도상국의 경우 암 검진 시스템이 부족하고 병원 접근성이나 암 등록 통계 시스템 부족한데다가 많은 환자가 진단 없이 사망하는 경우가 많습니다. 그래서 실제로는 암이 있어도 통계에 잡히지 않는 경우가 많기 때문에 통계적으로 낮게 보일 가능성이 큰 것입니다. 그래도 일부 생활 방식은 암 위험을 낮추는 방향으로 작용할 수 있는데요, 아무래도 서구 국가와는 달리 가공육이나 설탕이 많이 함유된 음식의 섭취 비율이 매우 적다보니 암 발생을 줄이는데 영향을 줄 수는 있습니다. 또한 아프리카 국가의 경우 비만율이 굉장히 낮고, 농업 중심의 생활방식 때문에 활동량은 높은 것이 암 위험을 감소시킬 수 있는 요인으로 작용합니다. 감사합니다.

안녕하세요.물속에서 달리거나 앞으로 나아갈 때 몸이 앞으로 고꾸라지지 않으려면 물 속은 부력과 큰 유체 저항이 동시에 작용하기 때문에 엉덩이와 허벅지 근육이 추진력을 만들고, 복부 코어 근육이 몸의 중심을 안정시키며, 등 근육이 상체 자세를 유지하는 구조가 이루어져야 합니다. 우선 하체의 추진력을 만드는 근육을 길러야 하는데요, 아무래도 물속에서 앞으로 나아가기 위해서는 발로 바닥을 밀어내거나 다리를 들어 올려 이동해야 하는데 이때 허벅지 앞쪽의 대퇴사두근과 엉덩이 근육인 대둔근을 주로 사용합니다. 대퇴사두근은 무릎을 펴면서 몸을 앞으로 밀어주는 역할을 하고, 대둔근은 엉덩이를 펴면서 몸 전체를 앞으로 추진하는 힘을 만들어 냅니다. 또한 물속에서는 발이 지면에 강하게 고정되지 않다보니 상체가 쉽게 앞으로 숙여지거나 흔들릴 수 있는데요, 이때 몸의 중심을 안정시키는 역할을 하는 근육인 복부의 복직근과 몸의 측면 안정성을 담당하는 복사근을 길러야합니다. 마지막으로 물속에서는 부력 때문에 상체가 약간 떠오르려는 힘이 작용하기 때문에 몸의 앞뒤 균형을 유지하는 것이 중요한데요, 이때 허리를 펴고 몸을 곧게 유지하는 역할을 하는 근육이 척추 주변의 척추기립근입니다. 따라서 이 근육이 충분히 발달시켜주면 상체가 앞으로 무너지지 않고 몸이 곧은 상태로 추진력을 전달할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 성장을 다 한 상태라고 하더라도 키 성장과 손톱이나 모발 성장은 거의 관계가 없습니다. 오히려 성인이 되면 남는 에너지가 지방으로 저장되기 때문에 뱃살이 늘기 쉬운 것은 맞지만 손톱이나 머리카락이 특별히 더 빨라지는 것은 아닙니다.우선 성장기에는 음식으로 섭취한 에너지의 상당 부분이 신체 성장에 사용되다보니, 뼈 길이가 늘어나고 근육이 증가하며 장기와 조직이 발달합니다. 해당 과정에는 성장호르몬과 인슐린유사성장인자‑1 같은 호르몬이 중요한 역할을 하는데요, 성장판이 열려 있는 동안에는 단백질 합성과 세포 분열이 활발하여 에너지 소비가 큽니다. 하지만 성인이 되면 뼈의 성장판이 닫히고 키 성장이 멈추다보니 이전에 성장에 사용되던 에너지 소비가 줄어듭니다. 이때 섭취한 에너지가 소비량보다 많으면 잉여 에너지는 대부분 지방 조직에 저장되는데, 특히 복부 주변의 내장지방과 피하지방으로 축적되기 쉬워서 뱃살이 증가하는 경우가 많습니다. 따라서 말씀해주신 것처럼 성장을 다 하고 났을 때 뱃살이 축적되기 쉬운 것은 사실입니다.하지만 손톱과 머리카락의 성장 속도는 다른 개념인데요 우선 손톱은 손톱 뿌리의 세포 분열로 자라며, 머리카락은 모낭 속 세포가 계속 분열하면서 길어집니다. 이 과정은 성장판처럼 특정 시기에만 일어나는 것이 아니라 평생 지속되는 조직 재생 과정이다보니, 성인이 되었다고 해서 이 속도가 특별히 빨라지지는 않습니다. 오히려 일반적으로는 나이가 들수록 세포 분열 속도와 대사율이 조금씩 감소하기 때문에 손톱과 모발 성장 속도는 약간 느려지는 경향이 있습니다. 하지만 이 역시 개인차가 존재하는데요, 예를 들어 단백질 섭취가 많아지거나 건강 상태가 좋아지면 일시적으로 성장 속도가 좋아질 수 있습니다. 또 나이가 들면서 체중이 늘거나 호르몬 상태가 바뀌면 모발 성장 주기가 달라질 수도 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.우선 지구상에 존재하는 모든 생명체의 경우 DNA를 기본 유전 물질로 갖습니다. 이때 DNA란 염기, 오탄당, 인산기가 1: 1: 1의 비율로 결합된 뉴클레오티드를 단위체로 사용하는 중합체를 의미하는데요, 염기로는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 4종류를 사용하며, 이 염기 서열에 따라서 유전정보가 결정되는 것입니다. 따라서 DNA 복제는 생명체에서 유전 정보가 다음 세대로 정확하게 전달되도록 하는 핵심 과정인데요, 세포분열에 앞서서 DNA를 정확히 복사하는 과정이 이루어지지 않으면, 새로 만들어지는 세포는 필요한 유전 정보를 제대로 갖지 못하게 됩니다. 먼저 DNA 복제의 기본 개념을 보면, DNA는 두 가닥의 뉴클레오타이드 사슬로 이루어진 이중 나선 구조를 가지고 있으며 이중나선 구조는 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해 밝혀졌습니다. DNA 복제 과정에서는 이 두 가닥이 서로 분리되고, 각각의 가닥이 주형이 되어 새로운 상보적 가닥이 합성되는 반보존적 복제 방식이 적용됩니다. 이 과정에서 중요한 역할을 하는 효소가 DNA 중합효소인데요, 이 효소는 주형에 상보적인 염기를 기존에 존재하고 있던 3'-OH기에 인산기를 이용해 인산이에스테르 결합을 형성시켜주는 역할을 합니다.DNA 복제가 유전 정보 전달에서 가지는 의미는 세포 분열 시 동일한 유전 정보를 유지하는 것인데요, 우선 생물의 몸을 이루는 대부분의 세포는 체세포 분열을 통해 만들어집니다. 이때 DNA 복제가 정확하게 이루어지면 딸세포는 부모 세포와 동일한 유전 정보를 가지게 되는 것이고 이는 다세포 생물의 성장과 조직 형성에 필수적인 조건입니다. 예를 들어 인간의 몸에서 피부, 혈액, 장 조직 등은 지속적으로 세포 분열을 통해 새롭게 만들어지는데, DNA 복제가 정확해야 모든 세포가 동일한 유전 정보를 유지할 수 있습니다. 또한 DNA 복제는 유전적 안정성을 유지하는 역할을 하는데요, 복제 과정에서는 수십억 개의 염기쌍이 복사되지만, 생물은 매우 높은 정확도를 유지합니다. 이는 DNA 복제 과정에서 교정기능과 DNA 수선시스템이 작동하기 때문으로 예를 들어 DNA 중합효소는 새로운 염기를 붙일 때 잘못된 염기가 삽입되면 이를 다시 제거하고 올바른 염기로 교체하는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 메커니즘 덕분에 DNA 복제의 오류율은 매우 낮아집니다. 마지막으로 DNA 복제는 유전 정보의 세대 간 전달에도 중요한 의미가 있는데요, 생식세포가 만들어질 때도 DNA 복제가 선행되어야 하며, 이를 통해 부모의 유전 정보가 자손에게 전달됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.백신 개발 과정에서 불활성화 방식과 재조합 단백질 방식의 공통점은 둘다 인체 면역계를 자극해 병원체에 대한 방어 능력을 형성한다는 점입니다. 우선 불활성화 백신이란 실제 바이러스를 배양한 뒤 감염 능력만 제거하여 사용하는 방식을 말하는데요, 예를 들어 SARS-CoV-2를 이용한 불활성화 백신인 코로나바이러스 백신이 대표적인 예시입니다. 이 경우에는 먼저 세포 배양 시스템에서 바이러스를 대량 증식시킨 뒤, 포르말린과 같은 화학 물질을 처리하여 바이러스의 핵산을 변형시켜 더 이상 복제하지 못하게 만듭니다. 즉 이 과정을 통해 바이러스는 감염력은 잃지만 표면 단백질 구조는 거의 그대로 유지됩니다. 면역학적으로 불활성화된 바이러스 입자가 체내에 들어오면 항원제시세포가 이를 포식하고 바이러스 단백질을 분해하여 보조 T 세포에 제시하며, 이후 B세포가 활성화되어 항체를 생산하게 됩니다. 이때 바이러스 전체 구조가 존재하기 때문에 스파이크 단백질뿐 아니라 여러 바이러스 단백질에 대한 항체가 동시에 형성될 수 있습니다. 하지만 생산 공정에서 어려움이 있는데요, 우선 불활성화 백신의 경우 병원체 대량 배양이 필요하기 때문에 생물안전시설이 필요하고 공정 역시 매우 복잡합니다.반면에 재조합 단백질 백신은 바이러스 전체를 사용하지 않고 면역 반응을 일으키는 특정 단백질만 인공적으로 생산하는 방식인데요, 위에서 언급한 SARS-CoV-2의 경우에 대해 예를 들자면, 면역 반응의 핵심 항원인 스파이크 단백질 유전자를 세포에 삽입하여 단백질을 생산합니다. 이 방식으로 개발된 백신의 대표적인 예가 노바백스의 COVID-19 백신입니다. 또한 생산 과정에서는 먼저 바이러스 항원 단백질의 유전자를 클로닝한 뒤, 이를 진핵생물의 세포 발현 시스템에 넣어 단백질을 대량 생산하며 이후 단백질을 정제하고 안정화한 뒤 백신 제형으로 만듭니다. 이 과정은 실제 병원체를 배양할 필요가 없다는 점에서 안전성과 공정 관리 측면에서 불활성화 백신 제조 공정보다 유리합니다. 감사합니다.