안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 식물의 잎 기공은 언제 열리고 닫히나요?
안녕하세요.식물의 잎에 존재하는 기공(氣孔, stomata)은 식물이 광합성을 하고 수분을 조절하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 기공은 일반적으로 잎의 표면, 특히 하부 표피에 많이 분포해 있으며, 두 개의 공변세포(孔邊細胞, guard cells)로 이루어져 있습니다. 이 공변세포의 팽창과 수축에 따라 기공이 열리거나 닫히게 됩니다. 기공은 주로 낮 동안에 열리고 밤에는 닫히는 경향을 보입니다. 이는 식물이 광합성을 통해 에너지를 생산하는 데 필요한 이산화탄소를 흡수하기 위해 기공을 열기 때문입니다. 낮 동안 햇빛이 존재할 때, 엽록체에서 광합성이 활발하게 일어나면서 이산화탄소의 흡수가 필요해지며, 이에 따라 기공이 열려 외부 공기 중의 이산화탄소가 잎 내부로 들어오게 됩니다. 이 과정에서 산소는 외부로 배출되고, 동시에 수분 증산도 일어납니다. 기공의 개폐는 여러 요인에 의해 조절되는데, 주요 요인으로는 빛, 수분 상태, 이산화탄소 농도, 온도 등이 있습니다. 빛은 공변세포에 있는 엽록체를 활성화시켜 ATP를 생성하고, 이를 이용해 양이온(K⁺)이 세포 내로 유입되게 하여 삼투압이 증가하고 세포가 팽창하면서 기공이 열립니다. 반대로 어두운 환경에서는 ATP 생성이 줄어들고 공변세포 내 삼투압이 낮아져 세포가 수축하면서 기공이 닫힙니다. 또한 식물이 수분 부족 상태일 경우, 뿌리에서 생성된 아브시스산(ABA)이라는 식물 호르몬이 공변세포에 작용하여 기공을 닫게 합니다. 이는 수분 손실을 최소화하기 위한 식물의 생리적 반응입니다. 이산화탄소 농도가 잎 내부에서 충분히 높아지면 더 이상 외부에서의 흡수가 필요하지 않기 때문에 기공이 닫히는 경향도 있습니다. 정리하면, 식물의 잎 기공은 광합성이 활발한 낮에 열리고, 밤이나 수분이 부족한 상태, 혹은 이산화탄소 농도가 충분히 높을 때 닫히며, 이 과정은 공변세포의 삼투압 변화와 여러 생리적 요인에 의해 정교하게 조절됩니다.
Q. 사람이나 동물들의 신체는 1년에 한번씩 어느정도씩 성장하는 것이 일반적인가요?
안녕하세요.사람과 동물 모두 태어나서 일정 기간 동안 신체가 성장하며, 성장 속도와 기간은 종(species)과 개체에 따라 다릅니다. 일반적으로 대부분의 포유류와 사람은 성장판이라 불리는 뼈 끝 부분의 연골 조직이 활발히 작용하여 뼈가 길어지면서 키가 커지고 몸무게가 증가하는 형태로 성장합니다. 사람의 경우, 유아기부터 청소년기까지 빠르게 성장하며 특히 사춘기 때 급성장기가 나타납니다. 보통 어린 시절에는 연간 약 5~12 cm, 사춘기에는 연간 8~12 cm 정도까지 성장 속도가 증가하기도 합니다. 성장판이 닫히는 18~20세 전후가 되면 키 성장은 멈추게 됩니다. 동물의 경우도 종에 따라 다르지만, 예를 들어 개나 고양이는 1년에서 2년 정도면 신체 성장이 거의 완료되며, 이 기간 동안에는 빠른 성장 속도를 보입니다. 반면 코끼리나 기린 같은 대형 동물은 성장 기간이 더 길고 연간 성장량도 다양합니다. 성장을 위해 가장 중요한 영양분은 단백질, 칼슘, 비타민D, 그리고 충분한 에너지(칼로리)입니다. 단백질은 근육과 조직을 구성하는 기본 물질이며, 칼슘과 비타민D는 뼈를 튼튼하게 하고 정상적으로 성장하게 하는 데 필수적입니다. 또한, 비타민A, 비타민C, 아연 등도 성장과 세포 재생에 중요한 역할을 합니다. 충분한 영양 공급과 함께 적절한 운동과 휴식, 그리고 호르몬 분비(특히 성장호르몬과 성호르몬)가 균형을 이룰 때 정상적인 성장과 발달이 이루어집니다. 요약하자면, 사람과 동물은 종과 나이에 따라 1년에 성장하는 크기가 다르지만, 성장기에 집중적으로 키와 체중이 증가하며, 이를 위해 단백질과 칼슘, 비타민D 같은 영양분과 적절한 호르몬, 환경적 요인이 중요합니다. 만약 성장에 문제가 있거나 영양 상태가 좋지 않으면 성장 지연이나 이상이 나타날 수 있습니다.
Q. 나무늘보는 유칼립투스 잎을 주로 먹고 산다고 하는데, 나무늘보는 어떤 동물이며 주식으로 먹는 잎에는 어떤 성분이 있는것인가요
안녕하세요.먼저, 나무늘보는 주로 중남미의 열대 우림 지역에 서식하는 포유류로, 특히 느리게 움직이는 특성 때문에 ‘나무늘보’라는 이름이 붙었습니다. 나무늘보는 나무 위에서 대부분의 시간을 보내며, 천천히 움직이고 긴 시간을 잠을 자는 생활 방식을 갖고 있습니다. 이들은 주로 나무 잎을 먹는 초식동물이며, 에너지 소모를 최소화하기 위해 느린 대사율을 유지합니다. 그 덕분에 포식자에게 잘 발견되지 않고, 긴 소화 시간을 통해 섬유질이 많은 식물을 소화할 수 있습니다. 다만 질문에서 언급하신 ‘유칼립투스 잎’을 나무늘보의 주식으로 하는 것은 사실과 다릅니다. 나무늘보가 가장 흔히 먹는 잎은 주로 중남미에 자라는 ‘슬라스(Slas)’나 ‘세바(Seba)’ 종류의 나무 잎이며, 유칼립투스는 주로 호주 원산지의 나무로, 코알라의 주식으로 알려져 있습니다. 즉, 유칼립투스 잎은 코알라가 주로 먹는 잎입니다. 혼동이 있을 수 있지만, 나무늘보와 코알라는 모두 느린 움직임과 나무 위 생활을 하는 포유류라는 점에서 비슷하지만, 서식지와 먹이, 생리적 특성에 차이가 있습니다. 유칼립투스 잎은 코알라가 섭취하는 주요 식량인데, 이 잎은 셀룰로오스와 리그닌 같은 섬유질이 풍부하며, 에센셜 오일과 페놀화합물 같은 독성물질도 다량 함유되어 있습니다. 이런 독성물질은 대부분의 동물에게는 독성이 있지만, 코알라는 특수한 소화계와 간 기능을 발달시켜 이 독소를 해독할 수 있습니다. 또한 유칼립투스 잎은 수분 함량이 높아, 코알라는 물을 거의 따로 마시지 않고 잎에서 수분을 섭취합니다. 반면, 나무늘보가 주로 먹는 잎들은 섬유질이 풍부하긴 하지만 유칼립투스 잎보다는 독성 물질 함량이 낮으며, 나무늘보는 긴 소화 시간과 특화된 미생물군을 통해 이 섬유질을 분해하고 영양을 얻습니다. 나무늘보의 대사율은 매우 낮고, 소화 과정이 느려서 먹은 잎을 완전히 분해하는 데 여러 주가 걸리기도 합니다. 요약하자면, 나무늘보는 느린 움직임과 긴 소화시간을 특징으로 하는 열대우림의 초식 포유류입니다. 유칼립투스 잎은 코알라의 주식이며, 강한 섬유질과 독성 화합물을 포함하고 있어 특수한 소화 시스템이 필요합니다. 또한 나무늘보가 주로 먹는 잎은 유칼립투스 잎이 아니며, 보다 낮은 독성의 섬유질이 풍부한 잎입니다.
Q. 유독 같이 있는데도 모기에 잘 물리는 사람은 이유가 뭣 때문인가요?
안녕하세요.모기가 특정 사람을 더 잘 물리는 현상은 과학적으로 여러 가지 이유로 설명할 수 있습니다. 모기는 사람을 찾을 때 다양한 생리적, 화학적 신호를 감지하는데, 이 신호들이 개개인마다 다르기 때문에 모기가 선호하는 대상이 달라지는 것입니다.우선 가장 중요한 요소 중 하나는 사람이 내뿜는 이산화탄소(CO₂)입니다. 사람은 숨을 쉴 때 이산화탄소를 내뿜는데, 모기는 이 이산화탄소를 아주 멀리서도 감지할 수 있어 모기의 주된 탐색 신호 역할을 합니다. 따라서 평소보다 숨을 많이 쉬거나 운동 후에는 이산화탄소 배출량이 많아져 모기가 더 많이 접근할 수 있습니다. 또한, 사람의 체온도 중요한 역할을 합니다. 모기는 따뜻한 체온과 피부에서 나오는 열을 감지하여 가까이 다가가는데, 체온이 높은 사람일수록 모기에 더 잘 노출될 수 있습니다. 그리고 피부에서 분비되는 땀 속의 화학물질, 특히 젖산, 암모니아, 카르복실산류 등이 모기를 끌어들이는 중요한 화학적 신호입니다. 이 성분들은 개인마다 분비량과 조성이 다르기 때문에 어떤 사람은 모기가 더 많이 몰리는 반면, 어떤 사람은 상대적으로 덜 몰릴 수 있습니다. 혈액형도 어느 정도 관련이 있다는 연구가 있는데, 특히 O형 혈액형을 가진 사람이 모기에게 더 잘 물린다는 보고가 있습니다. 이는 혈액형에 따라 피부에서 분비되는 화학물질이 달라서 모기의 감각에 영향을 미치기 때문이라고 추측됩니다. 또한, 모기는 피부 표면에 서식하는 박테리아의 종류와 양에도 반응합니다. 박테리아가 분해한 땀의 부산물이 모기에게 매력적으로 작용할 수 있어, 피부 미생물의 차이도 모기에 물리는 정도에 영향을 줍니다. 마지막으로, 옷 색깔도 모기의 접근에 영향을 줄 수 있습니다. 모기는 어두운 색을 더 잘 인지하고 접근하는 경향이 있어, 검은색이나 짙은 색 옷을 입은 사람에게 더 자주 달라붙을 수 있습니다. 정리하자면, 모기가 특정 사람을 더 잘 물리는 이유는 다음과 같습니다. 사람이 내뿜는 이산화탄소 양, 체온과 피부에서 나오는 열, 땀 속 화학물질(젖산, 암모니아 등)의 농도와 조성, 혈액형에 따른 피부 화학물질 차이 (특히 O형이 더 많이 물릴 가능성), 피부에 서식하는 박테리아 종류와 양, 옷 색깔 등 외부 요인입니다. 이처럼 모기는 다양한 생물학적 신호를 복합적으로 감지하여 목표를 정하기 때문에, 같은 장소에 있어도 개인마다 모기에 물리는 정도가 크게 차이가 나는 것입니다. 따라서 모기에 덜 물리기 위해서는 산소통풍을 개선하거나 밝은 옷을 입고, 땀을 자주 닦아내며, 모기 기피제를 사용하는 등의 방법이 효과적입니다.
Q. 양파썰때마다 왜 눈이 맵고 눈물이 나는 걸까요?
안녕하세요.양파를 썰 때 눈이 매워지고 눈물이 나는 현상은 양파 세포가 칼에 의해 파괴되면서 발생하는 화학적 반응 때문입니다. 양파의 세포 내에는 ‘프로피네일-L-시스-설폭시드 신타제’라는 효소와 함께 ‘설포옥사이드 전구체’가 존재하는데, 이들이 서로 분리되어 있다가 세포가 손상되면 만나 반응을 일으킵니다. 칼로 양파를 자르면 세포벽이 부서지면서 효소와 전구체가 만나 ‘프로판티알-S-옥사이드(Propanethial S-oxide)’라는 휘발성 황 화합물이 생성됩니다. 이 물질은 눈의 점막에 닿으면 자극을 주어 눈물이 나게 하는 자극 물질입니다. 눈물이 나는 이유는 눈을 보호하기 위해 자극에 반응하여 눈물샘에서 눈물을 분비하여 자극 물질을 씻어내려는 생리적인 반응입니다. 즉, 양파를 자를 때 발생하는 이 휘발성 화합물이 바로 ‘눈을 매캐하게 하는 주범’이며, 화학적으로는 ‘눈물 유발 인자’라고 할 수 있습니다. 양파마다 매운 정도가 다른 이유는 품종, 재배 환경, 저장 상태 등 여러 요인에 의해 휘발성 황 화합물의 생성량과 농도가 달라지기 때문입니다. 예를 들어, 신선한 양파는 세포가 더 건강하게 유지되어 있어 썰었을 때 더 많은 화학 반응이 일어나 자극이 강할 수 있고, 어떤 양파 품종은 원래 황 함량이 낮아 덜 매울 수도 있습니다. 또한, 양파를 차갑게 보관하거나 썰기 전에 냉장 보관하면 효소 반응이 느려져 자극이 덜할 수 있으며, 물에 담가두면 휘발성 물질이 희석되어 눈물이 덜 날 수도 있습니다. 요약하자면, 양파 세포가 파괴되면서 효소와 화합물이 만나 눈물을 자극하는 휘발성 황 화합물이 만들어지는 것이며, 이 화합물이 눈 점막을 자극해 눈물이 나게 합니다. 이때 양파 품종, 신선도, 저장 상태 등에 따라 매운 정도가 다르며, 이 때문에 양파를 썰 때 눈이 아프고 눈물이 나는 현상이 발생하는 것입니다.