안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 진핵생물에서 조직 특이적 유전자 발현이 나타날 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 진핵생물은 모든 세포가 동일한 유전체를 가지고 있는 유전적 등가성을 특징으로 갖고 있지만 세포가 하는 역할 및 종류에 따라 발현하는 유전자가 달라집니다.우선 특정 조직에서만 발현되거나 활성화되는 단백질이 존재하는데요, 예를 들어서 근육세포의 MyoD, 간세포의 HNF가 있으며 해당 조직에서 특정 유전자 발현을 촉진합니다. 또한 DNA에 존재하는 조절 서열은 전사 인자와 결합하여 전사 여부를 결정하는데요, 같은 유전자가 있더라도, 어떤 세포에서 어떤 전사 인자가 활성화되어 enhancer에 결합하느냐에 따라 발현 여부가 달라집니다.이외에도 후성유전학적 조절을 하게 되는데요, 대표적인 방식이 'DNA 메틸화'인데, 이는 특정 프로모터 부위의 DNA에 메틸기가 붙으면 전사가 억제되는 것으로 조직마다 메틸화 패턴이 달라서 발현되는 유전자가 달라집니다. 또한 히스톤 단백질의 아세틸화, 메틸화 여부에 따라 염색질이 열리거나 닫히게 되고, 전사가 가능해지거나 불가능해지며 이 역시 세포 유형별로 다르게 조절됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 고양이과 동물은 영역표시를 어떻게 하나요
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 고양이과 동물의 영역 표시 방식은 개와는 유사하면서도 중요한 차이가 있습니다. 고양이, 사자, 호랑이, 표범 등의 고양이과 동물은 대체로 단독 생활을 하기 때문에 영역 표시는 생존에 매우 중요한 역할을 하는데요, 대표적인 영역 표시 방식으로는 소변을 분사하는 방법이 있습니다. 꼬리를 세우고 뒷다리를 떨면서 벽, 나무, 바위 등에 소량의 농축된 소변을 분사하는데요 소변에는 페로몬과 강한 냄새가 포함되어 있어 다른 개체에게 성별, 발정 상태, 개체의 존재를 알립니다. 또한 몸을 비비는 행동을 할 수도 있는데요, 얼굴, 뺨, 꼬리 기저부의 피지샘에서 나오는 냄새를 물체나 동료에게 문질러 흔적을 남기며 특히 집고양이가 가구나 사람에게 몸을 비비는 것도 영역 표시 및 친화적 신호라고 할 수 있습니다. 반면에 개과 동물은 무리 생활을 하는 종이 많아, 소변 마킹과 배설물 덮기를 통한 집단적 영역 표시에 의존하는 경우가 많습니다. 하지만 고양이과 동물은 대부분 단독 생활을 하므로, 더 은밀하고 다양한 화학 및 시각 신호를 사용하는데요 즉, 개는 여기 우리 무리가 있다는 집단적 표식이 강하고, 고양이는 여기는 내 구역이다라는 개인적 표식을 강조하는 것이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 인간 외의 동물들은 인간들보다 질병의 수가 적나요?
안녕하세요. 현재 의학적으로 분류된 인간 질환은 만여 종 이상인데요 감염병, 유전병, 대사성 질환, 자가면역질환, 신경정신질환, 암 등 다양하게 세분화되며 인간은 장수하는 특성과 정밀한 진단 시스템 때문에 질병 종류가 매우 세밀히 기록됩니다. 실제로 이들 동물도 사람과 유사한 감염병, 기생충, 암, 퇴행성 질환을 겪습니다. 하지만 야생에서는 세밀한 진단이나 장기 추적이 불가능하므로 질병의 수가 적게 보일 뿐, 실제로는 상당히 많은 질병이 존재합니다. 예를 들어서 고릴라는 인간과 유사한 호흡기 감염, 심혈관질환, 위장 질환, 기생충 감염을 겪고, 사자는 치주질환, 결핵, 바이러스 감염, 기생충을 겪습니다. 인간과 다른 동물에서 차이를 만드는 요인으로는 수명 차이가 있는데요, 인간은 의료과 위생의 발달로 수명이 길어지면서 암, 퇴행성 뇌질환, 대사질환과 같은 노화와 관련된 질환이 크게 늘었습니다. 반면에 야생 동물은 병이 나타나기도 전에 포식, 굶주림, 상처 등으로 사망하는 경우가 많아, 노인성 질환 비중이 낮아 보일 수 있습니다. 또한 인간은 가공식품, 고칼로리 식단, 음주 및 흡연 등으로 생활습관과 관련된 비만, 당뇨, 고혈압, 동맥경화가 많은데요, 반면 야생 동물은 자연적인 먹이를 먹기 때문에 대사질환은 적지만, 기생충 감염, 상처 감염, 영양 결핍 같은 문제가 더 흔합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 단일클론 항체는 어떠한 방식으로 제작할 수 있는 것인가요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 단일클론 항체는 특정한 항원에만 선택적으로 결합하는 항체를 인위적으로 만들어낸 것으로, 현대 바이오의약품 연구와 항암치료의 핵심 기술 중 하나입니다. 단일클론 항체는 기본적으로 한 종류의 B세포가 생산하는 항체만 증식시켜 얻는데요, 가장 전통적이면서 현재까지도 널리 활용되는 방식은 하이브리도마 기술입니다. 우선 실험용 쥐에 암세포 표면 단백질과 같은 특정 단백질을 항원으로 주입하여 면역 반응을 유도하는데요, 이때 쥐의 비장에서 해당 항원을 인식하는 B세포가 활성화됩니다. 이후 비장에서 채취한 B세포를 종양성 세포와 융합시키는데, 이렇게 하면 항체를 생산하면서도 무한히 분열할 수 있는 하이브리도마 세포가 만들어집니다. 이후 하이브리도마 세포 중에서 원하는 항체를 생산하는 세포만 선별하여 단일 클론으로 배양하는데요, 선택된 하이브리도마 클론을 세포배양 시스템에서 대량으로 배양하여 단일클론 항체를 얻습니다.이렇게 생성한 단일클론 항체는 암세포를 선택적으로 공격하거나 면역 반응을 조절하는 데 사용할 수 있는데요, 우선 암세포 표면의 특정 단백질인 HER2, EGFR에 결합하여 암세포의 성장 신호를 차단할 수 있으며 예시로는 트라스투주맙이라고 하는 HER2 양성 유방암 치료제가 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 공룡 무리를 분석했을 때 왜 수각류 쪽에 육식이 더 많았나요?
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 공룡 무리를 골반 구조에 따라 용반목과 조반목으로 나누는 것은 형태학적 구분이지 곧바로 식성을 결정짓는 기준은 아닌데요, 그럼에도 불구하고 실제 화석 기록을 보면 육식성 또는 잡식성 공룡은 주로 수각류에 몰려 있고, 용각류는 대체로 초식, 조반목 공룡은 거의 전부 초식인 것으로 나타납니다. 우선 수각류는 상대적으로 가벼운 몸, 날카로운 발톱, 앞을 향한 눈, 큰 턱과 톱니 모양의 치아를 진화시켰는데요, 이는 명백히 육식에 최적화된 형태학적 장치이고, 초기부터 이 그룹이 작은 포식자 역할을 담당하면서 생태적 지위를 굳혔습니다. 또한 잡식류로 알려진 오르니토미무스류, 테리지노사우루스류 같은 계통도 결국 수각류에서 파생되었으니, 기본적으로 육식 포식자 틀에서 다양한 변화를 거친 셈입니다.다음으로 중생대 생태계는 현대 초식, 육식 포유류의 관계처럼 대규모 초식 공룡과 이를 압박하는 소수 포식 공룡 구도로 유지되었는데요 용각류와 조반목은 몸집을 키워 식물 자원을 대량 섭취하는 전략을 택했는데, 이렇게 거대한 초식 공룡이 많아지면 자연스럽게 포식자 무리도 필요했습니다. 그 포식자 역할을 전담한 계통이 수각류였기 때문에, 화석에서 육식 흔적이 수각류 중심으로 발견된 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 펭귄은 왜 멀리 대변을 싸는지 궁금합니다
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 펭귄은 보통 최대 40cm에서 1.3m 정도까지 배설물을 멀리 뿜어내는 것으로 알려져 있는데요, 배설물의 분출 속도는 약 1.5~2.0 m/s로, 작은 펭귄일수록 체구 대비 압력이 더 세게 걸리기 때문에 의외로 빠른 속도가 나옵니다. 연구자들은 펭귄이 배설할 때 항문 괄약근과 항문 주위 근육을 이용해 압력을 가하는데, 이때 발생하는 압력은 약 10–60 kPa 정도라고 추정한 바 있습니다.펭귄이 이렇게 배설을 멀리 쏘는 이유는 크게 두 가지로 설명할 수 있는데요, 우선 펭귄은 집단 번식지에서 매우 가까운 거리에서 둥지를 틀고 알을 품는데 만약 둥지 근처에 대변이 쌓이면 병원균, 기생충, 악취 문제가 심각해질 수 있습니다. 따라서 멀리 쏴서 둥지와 새끼가 깨끗한 환경을 유지할 수 있도록 합니다. 또한 펭귄은 알을 품을 때나 새끼를 지킬 때 자리를 오래 지켜야 하는데요 배설할 때 둥지를 떠나 멀리 가는 것은 위험하므로, 그 자리에서 힘을 주어 멀리 쏘는 방식으로 해결하는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 해삼이 대변시 창자를 끄집어내는 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 네 질문주신 것처럼 해삼이 배설할 때 창자를 끄집어내는 것처럼 보이는 행동은 일반적인 배변 과정이라기보다는 해삼이 가진 독특한 방어 기작이라고 할 수 있습니다. 우선 해삼은 갑옷 같은 껍데기나 빠른 도주 능력이 없는 느린 동물인데요 따라서 포식자가 접근했을 때, 몸 안의 장기를 갑자기 몸 밖으로 내던져 포식자의 주의를 끌거나 붙잡히는 시간을 벌어 탈출합니다. 내장은 점액질과 홀로투린과 같은 독성 화합물을 포함하고 있어 포식자에게 불쾌하거나 독성을 주어 공격을 포기하게 만드는 것입니다. 이때 해삼의 항문은 몸 뒤쪽에 있으며, 호흡과 배설뿐만 아니라 때때로 방어 행동의 출구로도 사용됩니다. 그래서 관찰자 입장에서는 해삼이 배변하면서 장을 같이 내보내는 것처럼 보일 수 있지만 실제로는 대변과 내장 방출은 별개 과정이고, 방출은 위협 시에만 일어납니다.또한 내장을 잃는 것은 치명적일 것 같지만, 해삼은 놀라운 재생 능력을 가지고 있는데요, 내장을 내보낸 후 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 다시 장기 조직을 재생시켜 정상적인 생활로 복귀합니다. 이는 해삼이 이 극단적인 방어 전략을 감당할 수 있게 하는 생리적 기반이라고 할 수 있겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 암사자와 숫사자의 역할이 어떻게다르나요
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 사자는 고양이과에서 드물게 사회적 무리를 이루며 집단 생활을 하는데, 이 안에서 암사자와 수사자는 생태적 역할이 분업화되어 있습니다.우선 암사자는 주사냥꾼인데요, 암사자들은 무리에서 실제 먹이를 확보하는 핵심 사냥꾼으로 몸집이 수사자보다 작고 민첩하여, 은밀하게 잠복 후 협동하여 사냥하는 데 특화되어 있습니다. 이때 특히 무리지어 먹이를 몰고, 특정 방향에서 덮치는 전략적 사냥을 펼칩니다. 또한 암사자들은 공동으로 새끼를 키우며, 새끼를 지키고 젖을 먹이며, 이 과정에서 집단 내 협력 양육 방식을 통해 새끼의 생존율을 높입니다. 또한 암사자들은 태어난 무리에서 평생 남는 경우가 많기 때문에 무리의 핵심 구성원 역할을 담당합니다.다음으로 수사자는 암사자 무리를 포함한 영역을 외부 수사자 무리나 하이에나 등 경쟁자로부터 방어하는데요, 크고 강한 체구와 갈기가 있어, 전투와 위협에 유리합니다. 또한 무리를 지배하는 수사자는 암사자들과 번식하며, 자신의 유전자를 다음 세대로 전달하는데요, 경쟁 수사자 무리와 싸워 승리해야 번식권을 가질 수 있습니다. 일반적으로 암사자가 주 사냥꾼이지만, 큰 먹잇감을 잡을 때는 수사자가 힘을 보태어 사냥에 참여하기도 합니다만, 하지만 일상적인 중소형 사냥에서는 거의 참여하지 않습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 고양이과 동물은 왜 대체적으로 단독생활을 하나요
안녕하세요. 말씀해주신 것과 같이 고양이과 동물은 대체로 단독생활을 하는데요, 우선 대부분의 고양이과 동물은 완전한 육식 포식자입니다. 그들은 은밀하게 잠복하고 단독으로 공격하여 먹이를 잡는 매복형 포식자 전략을 사용하는데요, 매복형 포식자는 협동보다 정확하고 민첩한 단독 사냥이 에너지 효율이 높습니다. 예를 들자면 호랑이는 단독으로 사냥하며, 잡은 먹이를 나누지 않고 모두 섭취하는데, 사냥에 실패하면 에너지 손실이 크지만, 성공하면 충분한 영양 섭취가 가능합니다. 반대로 개과 동물은 지속 추격형 포식자가 많아, 협동을 통해 장거리 추격과 사냥 효율을 높이는 전략이 유리하게 작용합니다. 또한 고양이과 동물은 먹이가 상대적으로 소규모로 흩어져 있거나 이동성이 있는 동물을 사냥하는데요, 이 경우 무리가 함께 이동하면 먹이가 부족해 경쟁이 생길 수 있으며, 단독 영역을 가지면 사냥 영역과 먹이 확보가 안정적이기 때문에 단독생활이 유리하게 작용하는 것입니다. 또한 고양이과 동물은 대부분 강력한 영역성을 가지는데요, 자신의 사냥터를 표시하고, 다른 개체와 충돌을 최소화할 수 있으며, 단독생활이 영역 확보와 먹이 경쟁 회피에 유리합니다. 따라서 일부 고양이과 동물은 번식기와 암컷 무리를 중심으로 부분적 집단을 형성하지만, 사냥 자체는 여전히 효율 중심으로 이루어지는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 물개의 생태습성은 고래와 상어보다 사자와 호랑이에 가까울까요?
안녕하세요. 질문해주신 물개의 생태습성을 고려했을 때 외형과 서식 환경은 해양 포유류 또는 물고기와 비슷하지만, 행동과 먹이 전략, 사회 구조 면에서는 육상 포식자와 더 가까운 점이 많다고 할 수 있습니다. 우선 외형적인 측면에서 물개는 지느러미 형태의 발과 유선형 몸을 가지고 있어 수영에 최적화되어 있으며, 이러한 형태적 적응은 고래나 상어와 유사하며, 수중 이동 능력과 사냥 효율을 높여주는데요, 따라서 외형과 물속 환경 적응 측면에서는 고래와 상어에 비유할 수 있습니다.하지만 물개는 육식 포식자로, 물고기, 오징어 등을 잡아먹는데요, 사냥 방식은 단순히 기다렸다가 먹이를 걸리는 대로 삼키는 상어와 달리, 잠복하거나 협동하여 먹이를 몰아넣기도 가능하고, 발과 이빨을 활용해 개별 사냥을 합니다. 즉, 이러한 전략은 육지 포식자, 예를 들어 사자, 호랑이, 수달과 매우 유사하다고 볼 수 있습니다.또한 많은 물개 종은 무리를 지어 생활하며, 번식기에는 사회적 계층과 영역을 형성하며 이는 늑대나 곰처럼 개체 간 상호작용과 사회적 규칙을 가지는 육상 포식자와 유사하다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.