안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 기린은 왜 잠을 거의자지않는지 궁금합니다
안녕하세요. 기린이 하루 평균 약 2시간 정도만 잠을 자는 이유는 생태적, 신체적, 행동적 요인과 관련이 있습니다. 우선 기린은 아프리카 사바나와 같은 개방된 환경에서 살아갑니다. 이곳은 사자, 표범 등 대형 포식자들이 활동하는 지역입니다. 기린은 크고 눈에 잘 띄는 동물이기 때문에, 장시간 잠을 자는 것은 생존에 큰 위험을 초래할 수 있습니다. 기린은 경계를 유지하고 포식자가 접근할 경우 빠르게 반응할 수 있도록 짧은 시간 동안 얕은 잠을 잡니다. 또한 기린은 포유류 중에서도 수면 요구량이 매우 적은 동물 중 하나입니다. 다른 동물과 마찬가지로 기린도 렘(REM) 수면이 필요하지만, 이는 짧고 간헐적으로 이루어집니다. 다음으로, 기린의 긴 목은 높은 혈압을 유지해야 뇌로 혈액을 공급할 수 있습니다. 만약 장시간 누워서 잠을 잔다면 혈류 조절이 어려워질 수 있어 수면 시간을 짧게 유지합니다. 기린은 초식 동물로, 하루 대부분을 먹이(특히 나뭇잎)를 먹는 데 사용합니다. 나뭇잎을 소화하는 데 많은 시간이 필요하기 때문에, 긴 시간 동안 깨어 있는 것이 필요합니다. 기린은 주로 짧은 간격으로 낮잠을 자는 형태로 수면을 취합니다. 대부분의 수면은 서서 이루어지며, 이때도 몸의 긴장을 완전히 놓지 않습니다. 때로는 짧은 렘 수면을 위해 눕기도 하지만, 이 자세는 포식자의 공격에 더 취약하므로 드물게 선택합니다. 정리하자면, 기린은 진화적으로 최소한의 수면만으로 생존을 유지할 수 있는 방향으로 적응해 왔습니다. 이러한 특성은 수백만 년간의 자연 선택 과정에서 살아남을 가능성을 높이는 데 기여했을 것입니다.
Q. 닭이 먼저인가요? 달걀이 먼저인가요?
안녕하세요. '닭이 먼저인지 달걀이 먼저인가'에 대해서 영국 셰필드대와 워윅대 연구팀이 ‘닭이 먼저’라는 사실을 과학적 증명을 통해 밝혀냈다고 영국 타블로이드지 ‘더 선’이 보도한 바 있습니다. 연구팀은 수퍼컴퓨터를 통해 계란의 구조를 분석했는데요, 그리고 계란 형성과정에 ‘오보클레디딘-17(OC-17)’이라는 단백질 성분이 필수적인 역할을 한다는 것을 찾아냈습니다. 이 단백질은 닭의 난소에서 발견된 성분과 동일했습니다. 즉, 닭의 난소에서 발견된 단백질 성분이 있어야만 계란이 만들어질 수 있다는 사실을 밝혀낸 것입니다. 연구팀은 ‘OC-17’ 단백질 성분이 탄산칼슘(calcium carbonate)을 방해석 결정체(calcite crystals)로 바꿔 계란 껍데기를 만들어 주는 역할을 한다는 것을 밝혀냈습니다. 또한 더 쉽게 설명하자면 진화적으로도 달걀이 먼저입니다. 닭은 진화 과정을 통해 조류의 한 종으로 등장했는데요, 닭의 조상은 닭과는 조금 다른 유전자 구성을 가진 조류였습니다. 이 조상이 낳은 알에서, 유전적 돌연변이와 자연선택을 통해 현대 닭의 형태를 가진 개체가 부화했습니다. 따라서, 엄밀히 말하면 닭으로 진화한 첫 번째 개체는 달걀에서 태어난 것입니다. 이외에도 생물학적 메커니즘의 측면에서, 동물의 유전 정보는 수정란(달걀 안의 배아) 단계에서 이미 결정됩니다. 닭으로 진화한 첫 번째 개체는 조상 개체의 DNA에 돌연변이가 일어나 새로운 조합으로 형성된 달걀에서 나왔는데요, 이를 통해, 달걀이 닭보다 먼저 존재했다고 할 수 있습니다.
Q. 멘델이 유전 연구를 할 때 완두콩을 재료로 사용한 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 멘델이 유전 연구에서 완두콩(Pisum sativum)을 재료로 선택한 이유는 주로 완두콩의 생물학적 특성과 실험적 장점 때문입니다. 우선 완두콩은 멘델이 연구를 진행하기에 적합한 명확하고 뚜렷한 형질을 가지고 있었습니다. 색이 노란색과 녹색으로 뚜렷하게 구분되며, 모양은 주름지거나 둥근 형태이며, 꽃의 색깔은 보라색이거나 흰색이고, 크기는 키가 크거나 작은 등, 이처럼 대립형질이 뚜렷하기 때문에 연구하기에 적합합니다. 다음으로 완두콩은 한 세대가 몇 달 안에 끝나므로, 멘델이 여러 세대를 빠르게 연구할 수 있었습니다. 또한 완두콩은 작은 공간에서도 잘 자라며, 대량으로 재배할 수 있어 실험적 반복이 용이했습니다. 이외에도 완두콩은 일반적으로 하나의 꽃 안에서 스스로 수정이 가능해, 순종 라인을 만드는 데 적합했습니다. 이를 통해 멘델은 특정 형질이 안정적으로 유지되는 순종 개체를 확보할 수 있었습니다. 마지막으로 완두콩은 한 번에 많은 씨앗을 생산하므로, 멘델은 통계적 분석에 필요한 충분한 데이터를 얻을 수 있었습니다. 이는 멘델이 유전 비율(예: 3:1, 9:3:3:1 등)을 도출하는 데 중요한 역할을 했습니다. 정리해보자면 멘델이 완두콩을 연구 재료로 선택한 이유는, 완두콩이 명확한 형질, 자가수정 및 타가수정 가능성, 빠른 세대 주기, 재배 용이성, 대량 데이터 확보 가능성 등의 장점을 갖고 있었기 때문입니다. 이러한 특성 덕분에 멘델은 체계적이고 반복 가능한 유전 실험을 통해 유전학의 법칙을 발견할 수 있었습니다.
Q. 난타의 혹은 무엇으로 되어 있으며 어떤 역할을 하는지 궁금합니다.
안녕하세요.낙타의 혹은 지방 저장소와 같은 역할을 하는데요, 이는 사막의 건기때 물과 음식이 부족한 시기를 극복하고자 낙타가 스스로 진화한 생존의 수단이기도 합니다. 음식이 풍부할때 낙타는 최대한 많은 칼로리를 섭취하여 남은 칼로리와 지방을 혹을 쌓는데 사용합니다. 이후 최대로 쌓여진 낙타 혹은 음식이 부족한 시기 4~5달 정도는 음식 섭취를 하지 않더라도 낙타가 생존할 수 있는 영양분을 공급하게 됩니다. 이후 저장된 영양소를 모두 소모한 낙타의 혹은 바람 빠진 풍선처럼 쭈굴쭈굴해지고, 낙타는 다시 음식을 먹으면서 등뒤에 곳간을 채우기 시작하게 됩니다. 인간을 포함한 대부분의 포유류 동물들은 남은 영양소를 배 또는 그 주위에 저장하는데요, 인간이 살이 찌면 배부터 나오는 것이 그 이유입니다. 반면 낙타는 특이하게 따로 저장소를 만들어 배가 아닌 등에 수직으로 쌓는 특징을 가지고 있습니다. 이는 낙타는 앉을때 4개의 다리를 모두 오므려 바닥에 배를 대고 앉는 자세를 취하는데요, 낙타는 4~5개월치의 영양분을 한번에 섭취하는 특징이 있는데, 이때 배가 너무 나오면 다리가 길기 때문에 배에 압박을 받아, 차라리 영양소를 배 말고 등뒤에 저장하는 방법을 선택했다는 것입니다. 또한 다른 이유로 배나 그 주위에 영양소를 저장하게 되면, 배가 밑으로 쳐지거나 옆으로 퍼지게 되는데, 극한의 사막에서 생존하기 위해 햇빛이 몸에 닿는 면적을 최소화하기 위해 등에 혹을 쌓는 방법을 선택했다는 것입니다.
Q. 단풍 색깔은 왜 나무마다 가지각색인가요?
안녕하세요. 가을철이 되어 아침, 저녁으로 선선해지면 나무는 월동준비를 위하여 나뭇잎을 떨어뜨리기 시작하는데요, 나뭇잎이 떨어지는 이유는 나뭇잎과 가지사이에 잎이 바람에 쉽게 떨어질 수 있도록 하는 떨켜층이 형성되기 때문입니다. 떨켜층이 형성되면 나뭇잎은 햇빛을 받아 만들어 낸 녹말(탄수화물)을 떨켜층 때문에 줄기로 보내지 못하고 나뭇잎 안에 계속 갖고 있게 되는데요, 이것이 계속되면 잎안에 녹말(탄수화물)이 계속 쌓이게 되고 결국 이로 인하여 엽록소는 파괴되고 대신 엽록소 때문에 보이지 않던 카로틴(Carotene), 크산토필(Xanthophyll)과 같은 색소가 나타나 나뭇잎이 노랗게 보이게 되거나 혹은 안토시아닌(Anthocyanin)이 라는 색소가 생성되어 나뭇잎의 색이 붉게 보이는 것입니다. 단풍색은 보통 붉은색, 노란색, 갈색의 3가지가 많은데요, 단풍의 색깔이 이처럼 나무종류별로 다른 것은 각각의 색소의 종류와 함유량의 차이 때문입니다. 색소에 따라 카로틴은 밝은 오렌지색, 크산토필은 노란색에서 오렌지색 계열, 안토시아닌은 핑크, 빨강, 자주빛 등의 붉은색계통으로 표현됩니다.