답변 내역

안녕하세요.고래의 조상으로 알려진 피키케투스는 약 5천만 년 전 에오세 시기에 살았던 포유류로, 겉모습은 늑대나 작은 사슴처럼 네 다리로 육지를 걸어 다니는 동물이었습니다. 하지만 화석을 자세히 분석해 보면 귀 뼈 구조나 치아 구조가 현대의 고래와 매우 비슷한 특징을 가지고 있어 고래 계통의 초기 조상으로 알려져 있는데요, 왜 이 육지 동물이 바다로 가게 되었는지에 대해서는 여러 연구가 진행되어 왔습니다. 현재 과학자들이 가장 널리 받아들이는 설명은 먹이와 생태적 경쟁 때문에 물가 환경으로 점점 이동했다는 설명입니다.약 5천만 년 전 당시에는 강과 바다 주변에 물고기, 갑각류, 연체동물 등 다양한 수생 생물이 풍부하게 살고 있었는데요, 육지에는 이미 많은 포식자들이 경쟁하고 있었기 때문에 일부 육상 포유류가 강가나 습지에서 먹이를 찾는 생활을 시작했을 가능성이 큽니다. 즉 처음에는 물속에서 사는 것이 아니라 오늘날 곰이나 늑대가 강에서 물고기를 잡듯이 물가에서 사냥을 하는 생활을 했던 것으로 추정됩니다. 하지만 시간이 지나면서 물속에서 사냥을 더 잘하는 개체들이 자연선택을 통해 살아남게 되었고, 점점 수영 능력이 발달하고 몸 구조도 물속 생활에 유리하게 변화했습니다. 이런 중간 단계의 동물로 알려진 것이 암불로케투스인데요, 이 동물은 이름 그대로 걸어 다니는 고래라는 뜻을 가지고 있는데, 육지에서도 걸을 수 있었지만 물속에서도 헤엄치며 사냥을 했던 것으로 알려져 있습니다. 그 후 더 시간이 지나면서 바실로사우루스와 같은 동물이 등장하는데요 이 단계에서는 이미 몸이 길어지고 앞다리는 지느러미 형태로 변했으며, 뒷다리는 매우 작아져 사실상 바다 생활에 완전히 적응한 상태였습니다. 즉 고래는 육지동물로부터 물가에서 생활하는 동물, 반수생 동물을 거쳐서 완전한 바다 동물이 된 경우입니다. 다음으로 왜 강이 아니라 바다로까지 진출했는지에 대해서 질문해주셨는데요, 이는 먹이의 양과 다양성과 관련이 있습니다. 아무래도 바다는 강보다 훨씬 넓고 생물의 종류와 양이 많기 때문에 포식자에게 매우 유리한 환경이 될 수 있습니다. 또한 당시 육지에는 다양한 포식자가 있었지만, 바다에서는 포유류 포식자가 거의 없었기 때문에 새로운 생태적 공간을 차지할 수 있었습니다. 마지막은 환경 변화에 따른 적응인데요, 초기 고래 조상들은 강과 바다가 만나는 하구나 해안 지역에서 살았던 것으로 보입니다. 따라서 처음부터 바다로 간 것이 아니라 강, 하구, 연안을 거쳐 깊은 바다로 생활 범위를 점점 넓혀 갔을 가능성이 큽니다. 감사합니다.

안녕하세요.말씀해주신 것처럼 졸리면 나도 모르게 무의식적으로 눈이 감기는 경험을 흔히들 합니다. 이는 뇌의 수면 조절 시스템과 눈꺼풀 근육의 신경 조절이 변화하기 때문이며 이 과정에서 뇌의 각성 수준이 떨어지면서 근육을 유지하는 신경 신호가 약해지는 과정이 실제로 일어납니다.사람의 수면은 뇌 속의 여러 구조가 함께 조절하는데요, 낮 동안에는 각성 시스템이 활발하게 작동하면서 뇌를 깨어 있는 상태로 유지하고 근육에도 지속적으로 신호를 보내 긴장 상태를 유지하게 합니다. 하지만 시간이 지나면서 피로가 쌓이면 뇌에서는 졸음을 유도하는 물질이 증가하는데요, 대표적인 물질이 아데노신입니다. 아데노신은 깨어 있는 동안 점점 축적되다가 뇌의 각성 신경 활동을 억제해 졸음과 피로감을 유발합니다. 이 과정에서 뇌의 각성 수준이 떨어지면 눈꺼풀을 들어 올리는 근육의 활동도 약해지는 것입니다. 이때 눈을 뜨고 있게 하는 주요 근육은 뇌에서 지속적으로 신호를 받아야 눈을 뜨고 있을 수 있습니다. 그런데 졸음이 심해지면 뇌에서 이 근육으로 보내는 신경 자극이 줄어들면서 근육 긴장이 감소하게 되는 것이며 눈꺼풀이 점점 무거워지고 결국 의식적으로 버티지 않으면 자연스럽게 닫히게 됩니다.다른 요소로는 수면 압력이 있습니다. 이는 깨어 있는 시간이 길어질수록 뇌가 수면을 요구하는 생리적 압력인데요, 수면 압력이 높아지면 뇌는 점점 감각 입력 처리와 운동 조절 기능을 줄이기 시작합니다. 그래서 졸릴 때는 눈이 감길 뿐 아니라 고개가 떨어지거나 몸의 자세가 흐트러지기도 합니다. 실제로 졸음 상태에서는 뇌파도 깨어 있을 때의 빠른 베타파에서 점점 느린 세타파 형태로 바뀌면서 각성이 감소하는 것입니다. 즉 눈이 감기는 것이 단순한 근육 피로가 아니라 뇌가 시각 입력을 차단하여 수면으로 전환하려는 생리적 과정이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.육식을 하는 식물도 동물을 소화해서 영양분을 흡수하는 것은 맞지만 동물처럼 배변이라는 형태의 배설 활동은 하지 않습니다. 동물은 먹은 음식이 소화관을 따라 이동하면서 영양분이 흡수되고, 남은 찌꺼기가 항문을 통해 배출되는 소화관 기반의 배설 시스템을 가지고 있지만 식물은 이런 소화관이나 항문과 같은 기관이 없기 때문에 음식 찌꺼기를 따로 모아 배설하지 않습니다. 대표적인 육식식물로는 파리지옥이 있는데요, 이런 식물은 곤충이나 작은 절지동물을 잡은 뒤 소화 효소를 분비하여 단백질, 질소 화합물, 인 같은 영양분을 분해하고 흡수합니다. 이 과정은 동물의 위장 소화와 유사해 보이지만 구조적으로는 잎이나 함정 구조에서 직접 이루어지는 외부 소화입니다.소화 과정에서 식물은 곤충의 아미노산, 질소, 인, 미네랄 등 필요한 영양분만 흡수하며 반면에 곤충의 키틴이라는 다당류로 구성된 외골격이나 일부 소화되지 않는 잔여물은 완전히 분해되지 않는 경우가 많습니다. 이런 잔여물은 식물 내부로 들어가지 않고 함정 구조 안에 그대로 남아 있다가 시간이 지나면서 자연적으로 분해되거나 바람과 빗물에 의해 밖으로 씻겨 나가게 됩니다. 즉, 동물처럼 몸속에서 모아서 배설하는 것이 아니라 흡수되지 않은 물질이 그냥 외부에 남는 방식이라고 보시면 되겠습니다. 파리지옥의 경우 곤충을 잡으면 잎이 닫히고 내부에서 소화 효소가 분비되는데요, 몇 일 동안 소화가 진행된 후 영양분이 흡수되면 잎이 다시 열리는데, 그때 곤충의 건조한 외골격만 남아 있는 경우가 많습니다. 이것이 바람이나 비에 의해 떨어져 나가게 됩니다. 즉 식물은 일반적으로 질소 대사에서 생기는 노폐물을 동물처럼 요산이나 요소 형태로 배설하지 않습니다. 대신 암모니아나 질소 화합물을 바로 아미노산이나 단백질 합성에 재사용하거나, 불필요한 물질은 잎이나 조직에 저장했다가 낙엽과 함께 버리는 방식을 사용합니다. 감사합니다.

안녕하세요.집에서 양파나 마늘을 자를 때 눈물이 나는 이유는 식물 내부에서 일어나는 효소 반응과 휘발성 화학물질 생성 과정 때문입니다.양파나 마늘과 같우 식물 조직 안에는 황을 포함한 화합물과 이를 분해하는 효소가 서로 다른 공간에 분리되어 저장되어 있는데요, 평소에는 서로 접촉하지 않기 때문에 특별한 반응이 일어나지 않습니다. 그런데 칼로 자르게 되면 세포가 파괴되면서 이 두 물질이 서로 만나게 되는 것입니다. 특히 양파에서는 세포가 손상되면 알리인 계열 화합물이 효소에 의해 분해되면서 황화합물이 만들어지는데요, 이때 생성되는 대표적인 효소가 알리나아제입니다. 이 효소가 작용하면서 여러 중간 반응을 거쳐 눈을 자극하는 휘발성 물질이 만들어집니다. 그 결과 생성되는 대표적인 물질이 syn‑propanethial‑S‑oxide라는 화합물인데요, 이 물질은 매우 휘발성이 강하기 때문에 공기 중으로 쉽게 퍼지고, 우리가 양파를 자를 때 눈 근처로 이동하게 됩니다. 이 기체가 눈에 닿으면 눈 표면의 수분과 반응하여 약한 산성 물질을 형성하고, 눈의 신경을 자극하는데요 그러면 우리 몸의 보호 반응으로 눈물이 분비되어 자극 물질을 씻어내려는 반응이 일어납니다. 즉 이 과정에서 눈물이 나는 것은 눈이 손상되지 않도록 하는 생리적 방어 반응입니다. 마늘의 경우도 기본 원리는 비슷한데요, 마늘 역시 세포가 손상되면 알리인 계열 물질이 효소 반응을 통해 알리신 같은 황화합물을 생성합니다. 이 물질은 강한 향과 항균 효과를 가지지만, 일부는 눈과 코를 자극하기도 합니다. 양파나 마늘이 손상되면 자극성 황화합물이 생성되어 동물이나 곤충이 먹는 것을 억제하는 역할을 하는데요 우리가 느끼는 눈물과 매운 자극은 바로 이런 화학적 방어 시스템의 결과라고 보시면 됩니다. 감사합니다.

안녕하세요.고엔트로피 합금이란 여러 금속 원소를 거의 비슷한 비율로 섞어 만든 새로운 개념의 합금을 말합니다. 원래 일반적인 합금은 한 가지 금속을 주성분으로 두고 여기에 소량의 다른 원소를 첨가하는 방식으로 만들어지는데요, 그러나 고엔트로피 합금은 이러한 방식과 달리 5개 이상의 금속 원소를 거의 같은 비율로 섞어 만드는 것이 특징입니다. 이때 엔트로피란 물리화학에서 말하는 엔트로피, 즉 무질서도의 정도를 의미하는데요 서로 다른 원소가 많이 섞일수록 원자 배열이 더 복잡해지고 무질서도가 커지는데, 이를 혼합 엔트로피라고 합니다. 고엔트로피 합금에서는 이 혼합 엔트로피가 매우 커지기 때문에 복잡한 화합물이 아니라 단순한 결정 구조가 안정적으로 형성되는 경우가 많습니다.합금을 만드는 이유는 기본적으로 금속의 물성이나 기계적 성질을 개선하기 위해서인데요, 순수 금속은 특정 성질이 부족한 경우가 많습니다. 예를 들어 어떤 금속은 강도는 높지만 잘 깨지고, 어떤 금속은 부식에 약합니다. 이때 서로 다른 원소를 섞으면 원자 크기 차이와 전자 구조 차이 때문에 격자 왜곡이 생기고, 이로 인해 금속의 강도나 내열성 등이 크게 향상될 수 있습니다. 고엔트로피 합금에 사용되는 금속 원소는 목적에 따라 다양하지만 대표적으로 철을 사용하는데요, 철은 기본적인 구조 강도를 제공하고 비교적 저렴하여 많이 사용됩니다. 이외에도 고온 안정성과 내식성을 향상시키는 역할을 하는 니켈이나 강도와 내열성을 높이는 데 도움을 주는 코발트 등이 이용됩니다.이러한 원소들을 조합하면 높은 강도와 내구성을 가지게 되는데요, 여러 원자가 섞이면서 격자가 크게 왜곡되기 때문에 전위 이동이 어려워져 금속이 더 단단해집니다. 또햐 일부 고엔트로피 합금은 매우 높은 온도에서도 구조가 안정하여 항공우주 산업에서 주목받고 있기도 합니다.이러한 이유 때문에 고엔트로피 합금은 항공우주 부품, 원자로 재료, 고온 터빈, 극저온 구조물 같은 첨단 산업 분야에서도 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요.가죽잠바는 일반 섬유 옷과 달리 동물의 피부 조직을 가공한 소재이기 때문에 관리 방법도 조금 다른데요, 우선 가죽의 주성분은 단백질의 일종인 콜라겐인데, 이 단백질 섬유 구조가 건조해지거나 산화되면 점점 딱딱해지고 갈라지는 현상이 나타납니다. 따라서 가죽 관리 시에는 수분과 유분의 균형을 유지하고, 산화와 건조를 막는 것이 중요합니다.가죽이 갈라지는 이유는 콜라겐 섬유 사이에 있던 지방 성분과 수분이 시간이 지나면서 증발하거나 분해되기 때문인데요 이 상태에서 계속 마찰이 생기면 섬유가 유연성을 잃어 미세 균열이 생기고, 결국 눈에 보이는 갈라짐으로 이어집니다. 그래서 오래된 가죽이 딱딱해지고 갈라지는 것입니다. 이를 가장 중요한 관리 방법은 가죽 전용 컨디셔너를 사용하는 것인데요 이런 제품에는 보통 천연 오일, 왁스, 실리콘 성분 등이 들어 있어 가죽 섬유 사이에 다시 유분을 공급하고 표면을 보호해줍니다. 또한 중요한 것은 습도 관리인데요 가죽은 너무 건조해도, 너무 습해도 문제가 됩니다. 건조하면 갈라지고, 습하면 곰팡이가 생길 수 있기 때문에 보통은 통풍이 되는 옷장에 보관하고, 장마철에는 제습제를 넣어 두는 것이 좋습니다. 또한 비에 젖었을 때는 드라이기 같은 강한 열로 말리면 단백질 구조가 손상될 수 있으므로 자연 건조시키는 것이 좋습니다. 마지막으로 가죽잠바를 접어서 보관하는 경우 접힌 부분에 지속적인 압력이 생겨 주름이나 균열이 생길 수 있므로 두꺼운 옷걸이에 걸어 형태를 유지하는 것이 좋습니다. 특히 어깨 부분을 넓게 지지해 주는 옷걸이가 좋습니다. 감사합니다.

안녕하세요.액상 전자담배로 바꾸신다면 일반 담배보다 유해물질 노출이 줄어드는 것은 맞지만 완전히 안전하다거나 반드시 금연에 도움이 된다는 것은 아닙니다. 일반 담배와 액상 전자담배의 차이를 보면, 일반 담배는 담배 잎을 연소하면서 연기가 만들어지는데요 이 과정에서 타르, 일산화탄소, 벤젠, 포름알데히드 같은 수천 가지 화학물질과 수십 가지 발암물질이 발생합니다. 반면 액상 전자담배는 액체를 가열하여 에어로졸 형태로 흡입하기 때문에 연소 과정에서 생기는 많은 독성 물질이 상대적으로 적게 생성됩니다. 이와 관련하여 영국의 공공보건기관에서는 전자담배가 일반 담배보다 약 95% 덜 해로울 가능성이 있다는 보고서를 낸 적이 있지만 이 수치는 현재까지의 독성물질 노출 연구를 기반으로 한 추정치입니다. 이후 여러 연구에서는 전자담배가 일반 담배보다 덜 해로운 것은 맞지만, 장기 영향이 완전히 밝혀지지 않았다고 말했습니다.액상 전자담배의 주요 성분은 보통 니코틴, 프로필렌글리콜, 글리세린, 향료인데요 이 중 니코틴은 중독을 일으키는 물질이며 심박수 상승, 혈압 상승 등에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 액상을 가열하는 과정에서 소량의 알데히드류 같은 물질이 생성될 수 있으며, 즉 연초보다 독성 물질이 적을 가능성은 높지만 완전히 무해하지는 않습니다.액상 전자담배가 금연에 도움이 되는지에 물어봐주셨는데요, 일부 연구에서는 니코틴 패치나 껌 같은 니코틴 대체 요법과 비교했을 때 전자담배가 금연 성공률을 높일 수 있다는 결과도 있습니다. 하지만 다른 연구에서는 전자담배를 사용하다가 전자담배와 일반 담배를 함께 사용하는 이중 사용 상태가 되는 경우도 많다고 한 바 있습니다. 따라서 금연을 목표로 한다면 액상 전자담배를 일시적인 금연 보조 수단으로만 사용하시고 니코틴 농도를 점차 낮추는 방식으로 줄이면서 필요하면 금연 클리닉이나 약물 치료를 활용하시는 것을 추천드립니다. 감사합니다.

안녕하세요.나비나 공작새의 화려한 색은 말씀해주신 것처럼 단순히 색소 분자가 빛을 흡수하여 나타나는 색만으로 결정되는 것이 아닙니다. 이러한 경우에 나타나는 색을 구조색이라고 하며, 이는 빛과 미세한 구조 사이의 물리적 상호작용으로 만들어지는 색인데요 즉 특정 색소가 빛을 흡수해 남은 색을 보는 것이 아니라, 빛이 미세 구조에서 반사와 간섭, 회절되는 과정에서 특정 파장의 빛이 강화되어 나타나는 색입니다.이러한 구조색의 핵심 원리는 빛의 간섭인데요, 어떤 생물의 표면에는 나노미터 수준의 매우 미세한 층 구조나 격자 구조가 존재합니다. 빛이 이런 구조에 들어오면 일부는 표면에서 반사되고 일부는 내부 층에서 다시 반사되는데 이때 여러 반사된 빛이 서로 겹치면서 특정 파장은 서로 강화되고 다른 파장은 서로 상쇄되는 간섭 현상이 일어납니다. 그 결과로 특정 색의 빛만 강하게 반사되어 매우 선명한 색이 보이게 되는 것입니다.대표적인 예로 모르포나비의 날개가 있는데요 이 나비의 파란색은 파란색 색소 때문이 아니라, 날개 비늘에 있는 층층이 쌓인 미세 구조가 파란색 파장을 강하게 반사하기 때문에 나타납니다. 그래서 각도를 바꾸면 색이 달라 보이거나 매우 강하게 빛나는 특징이 있습니다. 또 다른 예는 공작의 깃털이 있는데요 공작새 깃털에는 케라틴과 공기층이 반복된 미세 구조가 있어 빛이 여러 번 반사되며 간섭을 일으킵니다. 이 때문에 녹색, 파랑, 금색처럼 각도에 따라 색이 변하는 무지갯빛이 나타납니다. 또한 이 구조색이 색소색과는 다른 특징을 갖는데요, 우선 색소색은 특정 분자가 빛을 흡수하여 남은 색이 보입니다. 반면 구조색은 빛의 물리적 반사와 간섭으로 색이 만들어지고 각도에 따라 색이 달라질 수 있으며 매우 밝고 금속성처럼 보이는 경우가 많습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 질문에서 말씀해주신 “발효식품 속 유산균이 다른 세균의 성장을 억제할까?”라는 아이디어는 창의적이면서도 수월하게 진행해 볼 수 있는 주제인 것 같습니다. 실제로 유산균은 젖산이나 박테리오신 같은 물질을 만들어 다른 세균의 성장을 억제하는 경우가 있기 때문에 실험으로 확인해 볼 가치가 있는데요, 예를 들어 요구르트나 김치 국물과 같은 발효식품을 배지에 떨어뜨리고 주변 세균 성장 정도를 비교하면 항균 효과를 관찰하는 간단한 실험 설계를 만들 수 있습니다.이와 비슷하게 일상 속에서 흥미롭게 탐구할 수 있는 생명과학 실험 주제로 손 씻기 방법에 따른 세균 감소 비교실험이 있습니다. 단순히 손을 물로만 씻는 경우, 비누로 10초 씻는 경우, 30초 씻는 경우 등 조건을 나누어 배지에 접촉시킨 뒤 세균 수를 비교하면 손 위생의 효과를 실험적으로 확인할 수 있을 것 같습니다. 또는 당분 농도에 따른 효모 발효 속도 비교 실험도 흥미로울 것 같습니다. 빵 효모를 이용하여 설탕 농도를 다르게 넣고 발생하는 이산화탄소 양을 비교하면 발효 속도 차이를 확인할 수 있는 미생물 실험입니다.마지막으로 천연 항균 물질 비교 실험을 추천드립니다. 마늘즙, 생강즙, 식초, 소금물 등 여러 천연 물질이 세균 성장에 어떤 영향을 주는지 비교하는 실험도 가능한데요, 마늘의 경우 알리신 같은 항균 물질이 있어 실제 차이가 나타날 수 있습니다. 감사합니다.

안녕하세요. 서울과 같은 도시에서 보이는 까마귀는 대부분 큰부리까마귀나 까마귀 계열인데요 이들은 생태학적으로 잡식성조류이기 때문에 특정 먹이에만 의존하지 않고 환경에 따라 매우 다양한 먹이를 섭취합니다. 말씀해주신 것처럼 까마귀는 사체를 먹는 청소동물 역할을 하기도 하지만, 실제로는 사체만 먹는 것이 아니라 곤충, 작은 동물, 식물성 먹이, 인간 활동에서 생긴 음식까지 폭넓게 이용하는 기회주의적 포식자입니다. 게다가 도시 환경에서는 자연 먹이가 적기 때문에 인간이 만들어낸 먹이 자원을 적극적으로 이용하는 경향이 있습니다.서울 같은 도시에서 까마귀가 먹는 주요 먹이로는 우선 음식물 쓰레기가 있습니다. 질문하신 것처럼 음식물 쓰레기는 도시 까마귀에게 매우 중요한 먹이원입니다. 음식물 수거통 주변이나 길거리에 떨어진 음식 찌꺼기, 빵, 밥, 고기 조각 등을 찾아 먹습니다. 또한 도시에도 생각보다 많은 곤충이 있기 때문에 까마귀는 잔디밭이나 도로 주변에서 지렁이, 딱정벌레, 애벌레 등을 잡아먹습니다. 특히 비가 온 뒤에는 지렁이를 많이 먹습니다. 이외에도 사람이 버린 음식을 먹기도 하는데요, 공원이나 길거리에서 떨어진 과자, 빵, 치킨 조각 같은 음식도 먹습니다. 인간 활동이 많은 도시에서는 이런 먹이가 생각보다 많습니다.즉 서울의 까마귀가 음식물 쓰레기만 먹고 사는 것은 아니며, 곤충, 작은 동물, 사체, 인간 음식, 식물성 먹이 등 다양한 먹이를 조합하여 살아갑니다. 오히려 까마귀는 이런 적응 능력 덕분에 도시 생태계에서 잘 살아가는 대표적인 조류라고 할 수 있습니다. 감사합니다.