안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 달리기의 왕자 치타는 왜 그렇게 빠를수있을까요?
안녕하세요. 치타는 고양이과로 현존하는 지상에서 가장 빠른 생명체인데요, 시속 100km 대를 달리는 유일한 육상 동물로 최대 120km까지 속력을 낼 수 있습니다. 이와 같이 빠른 속력을 낼 수 있는 현상에 대해 이유를 밝히기 위해 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL) 대학은 미국의 하버드 대학, 퀸즈랜드 대학, 그리고 선샤인 코스트 대학(USC) 연구원들과 공동으로 빨리 달릴 수 있는 근육이 어떻게 작용하는지 조사하는 연구했습니다. 연구의 수석 저자인 ICL의 생명공학 전문가 데이비드 라본트(David Labonte) 교수는 “가장 빠른 동물은 큰 코끼리나 작은 개미가 아니라 치타와 같은 중간 크기 동물”이라고 말했는데요, 연구팀에 따르면 최대 달리기 속도는 단일 요인이 아니라 근육 기능과 관련된 두 가지 요인, 즉 근육 수축 속도와 수축 중 근육 단축(muscle shortening) 정도에 의해 결정되는 것으로 나타났습니다. 공동 저자인 USC의 크리스토퍼 클레멘테(Christofer Clemente) 박사는 “치타 크기의 동물은 이 두 가지 요인을 갖춘 약 50kg으로 물리적 최적 지점에 있다. 그래서 가장 빠르며 시속 100km 이상의 속도를 낼 수 있다”고 설명했습니다.
Q. 새는 왜 알을 낳는건가요 ? 배속에 키우는게 더 안전하지않나요 ?
안녕하세요. 새가 알을 낳는 이유는 진화적인 적응과 생리적인 한계 때문입니다. 많은 동물들은 새끼를 낳는 방식이 서로 다른데, 새는 난생(卵生, 알을 낳는 방식)을 선택했습니다. 이는 다음과 같은 이유 때문입니다. 우선 새는 비행을 해야 하기 때문에 몸을 가볍게 유지하는 것이 매우 중요합니다. 만약 태아를 뱃속에서 키우는 태생(胎生, 포유류처럼 새끼를 직접 낳는 방식)을 선택하면, 임신 기간 동안 몸무게가 크게 증가할 것입니다. 몸이 무거워지면 비행 능력이 떨어지고, 포식자로부터 도망치는 것이 어려워집니다. 따라서 배 속에서 새끼를 키우지 않고, 알을 낳아 둥지에서 부화시키는 것이 더 유리합니다. 포유류는 자궁 속에서 일정한 온도를 유지하며 새끼를 키워야 하기 때문에 많은 에너지가 필요합니다. 반면, 새는 외부 환경(예: 둥지의 햇볕, 부모의 품기 등)을 활용하여 알을 따뜻하게 유지할 수 있습니다. 즉, 알을 낳고 일정 기간 동안 품는 방식이 체온 유지와 에너지 사용 측면에서 효율적입니다. 이외에도 새는 포유류처럼 자궁을 발달시키지 않았기 때문에 태생으로 새끼를 키울 수 없습니다. 조류의 생식 기관은 난소와 난관으로 이루어져 있으며, 정해진 방식(난생)으로만 번식합니다. 또한 새의 몸속에서 알이 일정 시간 동안만 발달한 후, 완전히 키우지 않고 미리 밖으로 낳아야 하는 구조로 진화했습니다.
Q. 잠자리는 왜 공중에서 멈춰 있을 수 있나요?
안녕하세요. 잠자리가 공중에서 제자리 비행(호버링, hovering)을 할 수 있는 이유는 독특한 날개 구조와 비행 방식 덕분입니다. 일반적인 곤충들은 앞날개와 뒷날개를 함께 움직이며 날지만, 잠자리는 각각의 날개를 독립적으로 움직일 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 잠자리는 두 쌍(앞날개와 뒷날개) 총 4개의 날개를 따로 조절할 수 있는데요, 이 덕분에 다음과 같은 특별한 비행 기술이 가능합니다. 예를 들어서 앞날개가 올라갈 때 뒷날개는 내려가는 방식으로 움직이는데요, 이를 통해 공기를 계속 밀어내면서 떠 있는 힘을 만들어냅니다. 헬리콥터의 로터(회전날개)와 비슷한 방식으로 제자리 비행(호버링)이 가능해집니다. 또한 잠자리는 날개를 아주 빠르게 움직이며 공기를 강하게 밀어내어 양력(공기 중에서 몸을 떠오르게 하는 힘)을 만들어냅니다. 이때 날개의 각도를 미세하게 조절하면서 몸을 안정적으로 유지하고, 공중에서 제자리 비행을 할 수 있습니다. 이외에도 잠자리는 머리 뒤쪽에 있는 복잡한 신경계(시각 및 균형 감각 조절 시스템) 덕분에 날개 움직임을 빠르게 조절할 수 있습니다. 이를 통해 공중에서 미세한 움직임을 감지하고 즉각적으로 대응할 수 있습니다. 또한, 큰 겹눈을 통해 주변 환경을 빠르게 분석하여 공중에서 먹이를 기다리거나, 사냥하는 동안 정확한 위치를 유지할 수 있습니다.
Q. 벌집군단에서 여왕벌이 없다면, 어떤 현상들이 벌어지는지 알고 싶습니다.
안녕하세요.벌집에서 여왕벌이 사라지거나 존재하지 않는 상황에서는 벌 군집(벌집군단) 내에서 여러 가지 중요한 변화가 발생합니다. 이 변화들은 시간이 지남에 따라 점진적으로 나타나며, 결국 벌집의 존속 여부를 결정하게 됩니다. 우선 여왕벌은 페로몬(여왕물질, Queen Mandibular Pheromone)을 분비하여 벌집의 질서를 유지하는데요, 만약 여왕벌이 사라지면 일벌들이 곧바로 이를 감지하고 동요하기 시작합니다. 일벌들은 여왕의 부재를 확인하기 위해 벌집 전체를 돌아다니며 여왕을 찾을 것이며, 벌들이 날카로운 소리를 내거나, 평소보다 더 공격적으로 변할 수도 있습니다. 따라서 일벌들은 즉시 기존의 젊은 애벌레(부화 후 3일 이하인 유충) 중 일부를 선택해 여왕벌로 키우기 위해 왕대(로열젤리 방)를 만들 것입니다. 선택된 애벌레에게는 로열젤리를 집중적으로 먹여 여왕벌로 발달하도록 유도합니다. 이 과정이 성공하면 새로운 여왕벌이 태어나고, 교미를 마친 후 다시 산란을 시작하여 군집이 유지됩니다. 만약 새로운 여왕벌을 키울 어린 애벌레가 없다면, 벌집은 점점 더 큰 위기를 맞게 될 텐데요, 시간이 지나면서 기존의 일벌들이 늙어가고, 군집의 개체 수가 줄어들 수 있습니다.
Q. 살아있는 화석 투구게 에서 파란피를 뽑아내는 이유는?
안녕하세요. 투구게는 4억5000만 년 전부터 존재한 동물인데요, 수억 년 동안 모습이 거의 변하지 않아 '살아있는 화석'으로도 불리고 있습니다. 험난한 세월을 이겨낸 투구게는 오늘날 사람들 때문에 멸종 위기종으로 분류됐습니다. 1980년대부터 의약용품·백신 등을 만들기 위해 투구게가 남획된 탓입니다. 2020년 백신 개발 시험에 사용된 투구게는 45만 마리에 달하는데요, 투구게 개체수가 줄고 있는 현재 각 나라에서는 투구게를 살리기 위한 대체법을 마련하고 있습니다. 우리나라도 최근 투구게 희생을 줄이기 위해 대체 시험법을 도입하기로 했습니다. 야생에서 잡아온 투구게에게 채혈을 하려면 우선 심장 주변에 구멍이 내야 하는데요, 그곳을 통해 투구게 전체 혈액의 30%가량을 뽑습니다. 그 뒤 1~3일간 회복 기간을 준 뒤 다시 바다에 돌려보냅니다. 문제는 돌아간 투구게 10~30%는 극심한 출혈과 스트레스로 인해 죽는다는 것인데요, 오늘날 백신·의약품·맞춤형 치료제 등 의학 분야의 성장은 투구게 덕분이라고 할 수 있습니다. 신약 개발 및 화장품 제조 과정에 투구게 혈액을 이용한 '엔도톡신 시험'이 필수적인데요, 투구게는 사람과 달리 파란색의 피를 갖고 있습니다. 또한 색뿐만 아니라 면역체계도 독특합니다. 투구게 피는 세균을 막아내는 항체가 없는데요, 그 대신 세균이 들어오면 젤리같이 혈액을 응고시켜버리게 됩니다. 이외에도 투구게 혈액에는 'LAL'이라는 단백질도 함유돼 있는데요, LAL은 세균 검출에 매우 민감하게 반응합니다. 커다란 수영장에 설탕 한 알갱이가 떨어진 것처럼 희미한 변화도 알려준답니다. 이 단백질을 사용하면 다른 물질보다 세균 검출 속도가 빠르다고 하기 때문에 투구게의 피를 이용하는 것입니다.