안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 일본모기에는 다 뇌염이 있는건가요?
안녕하세요."일본모기에게 물리면 모두 뇌염에 걸린다"는 말은 과학적으로 정확하지 않습니다. 일본뇌염은 ‘일본뇌염 바이러스(Japanese Encephalitis Virus, JEV)’에 의해 발생하는 감염병이며, 이 바이러스를 매개하는 모기는 주로 ‘작은빨간집모기(Culex tritaeniorhynchus)’입니다. 사람들은 흔히 이 모기를 ‘일본모기’라고 부르지만, 이 모기 자체가 모두 바이러스를 가지고 있는 것은 아닙니다.실제로 일본뇌염 바이러스는 모기-돼지-조류 사이에서 자연적으로 순환하며 유지되는데, 돼지나 물새류가 바이러스의 증폭숙주 역할을 합니다. 모기가 이런 감염된 동물을 흡혈한 후 다시 사람을 물게 되면 바이러스가 전파될 수 있습니다. 하지만 바이러스에 감염된 모기의 비율은 극히 일부에 불과하며, 그 모기에게 물렸다고 해서 반드시 감염되는 것도 아닙니다. 대부분의 사람은 감염되어도 무증상으로 지나가며, 뇌염 증상까지 발전하는 경우는 감염자의 1,000명 중 약 1명 정도로 추정됩니다. 따라서 다음과 같은 점들을 이해하는 것이 중요합니다. 첫째, 모든 일본모기가 바이러스를 가진 것은 아니다. 둘째, 감염된 모기에게 물려도 반드시 병이 발생하지 않는다. 셋째, 백신은 드물지만 치명적일 수 있는 뇌염을 예방하기 위한 안정장치이며, 특히 농촌 지역이나 습지 등 모기가 많은 환경에서 활동할 경우 접종이 권장됩니다. 결론적으로, 일본모기라고 해서 모두 뇌염을 옮기는 것은 아니며, 바이러스를 가진 일부 모기에 한해 감염 위험이 존재하는 것입니다. 이는 확률과 환경 요인이 크게 작용하는 질병이므로 과도한 불안보다는 예방접종과 모기 회피 조치(모기장, 기피제 등)가 가장 효과적인 대응 방법입니다.
Q. 갑각류는 대부분 껍질을 가지고 있는데 껍질에 열을 가하면 붉은색을 띄는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요.갑각류의 껍질이 열을 가하면 붉은색으로 변하는 이유는 껍질 속에 들어 있는 색소 단백질 복합체의 구조 변화 때문입니다. 갑각류의 껍데기에는 원래부터 붉은색 색소인 아스타잔틴(astaxanthin)이라는 카로티노이드 계열의 색소가 존재하지만, 살아 있을 때는 이 색소가 크루스타사이안틴(crustacyanin)이라는 단백질과 결합되어 있어서 붉은색이 드러나지 않고 푸르스름하거나 회갈색, 또는 청록색으로 보이게 됩니다. 이 크루스타사이안틴은 아스타잔틴 분자와 결합하면서 색소의 전자 상태를 바꾸어, 우리가 눈으로 볼 때 다른 색으로 인식하게 만드는 일종의 "필터 역할"을 합니다. 그런데 갑각류에 열을 가하면 이 단백질이 변성(denaturation)되어 구조가 붕괴되고, 아스타잔틴이 단백질에서 분리됩니다. 그렇게 되면 아스타잔틴 본연의 선명한 적주황색 또는 붉은색이 드러나게 되는 것입니다. 이 현상은 새우, 랍스터, 대게, 킹크랩 등 다양한 갑각류에서 공통적으로 나타나며, 특히 껍질을 구성하는 키틴(chitin)과 색소 단백질의 상호작용에 따라 색의 강도나 농도가 조금씩 달라질 수 있습니다. 이 과정은 생물학적 구조 변화와 화학적 변화가 동시에 일어나는 예로, 요리 중 발생하는 마이야르 반응이나 단백질 응고와는 구별되는 색소 분리 현상입니다. 결국 갑각류의 껍질이 붉게 변하는 것은 단순히 "익어서" 생기는 변화가 아니라, 숨겨져 있던 색소가 드러나는 구조적 해방의 결과이며, 이는 식품 과학에서도 흥미로운 생화학적 예시로 자주 다뤄집니다.
Q. 실제로 개미 전체의 무게가 사람 무게보다 더 나가나요?
안녕하세요."지구상에 존재하는 모든 개미의 무게가 인간 전체 무게보다 더 많이 나간다"는 말은 한때 과학 대중서나 다큐멘터리 등에서 자주 언급되었던 흥미로운 주장입니다. 이 주장은 개미의 어마어마한 개체 수와 지구 생태계에서의 생물량(biomass)을 강조하기 위해 사용되었지만, 최근 연구에 따르면 완전히 정확하지는 않습니다.우선 개미의 숫자부터 살펴보면, 2022년 발표된 연구 결과에 따르면 전 세계 개미 개체 수는 약 2경 마리(20 × 10¹⁶)에 달하는 것으로 추정됩니다. 개미 한 마리의 평균 무게는 약 1~5mg 정도이며, 이를 모두 더하면 전체 개미의 총 질량은 약 1200만 톤으로 계산됩니다. 반면 현재 전 세계 인간 인구는 약 80억 명에 이르며, 성인 한 사람의 평균 체중을 약 62kg 정도로 가정하면 전체 인류의 질량은 약 4억 9600만 톤으로, 이는 개미보다 훨씬 많습니다. 즉, 현대 기준으로 보면 인간의 전체 무게가 개미의 총 무게보다 훨씬 무겁습니다. 그렇다면 왜 이런 오해가 생겼을까요? 그 이유는 다음과 같습니다. 첫번째로 과거 인류 인구 수를 기준으로 한 계산으로, 이 주장이 처음 나왔을 당시에는 인류 인구가 지금보다 훨씬 적었고, 정확한 개미의 생물량에 대한 데이터도 부족했습니다. 따라서 상대적으로 개미가 더 많다는 계산이 가능했을 수도 있습니다.둘째, 숲 생태계 등 특정 지역 기준의 과장된 해석으로 열대우림과 같은 특정 생태계에서는 실제로 개미의 생물량이 포유류보다 많은 경우도 있어, 이를 일반화한 사례가 있습니다. 셋째, 생물량과 개체 수 개념의 혼동했을 수 있는데요, "개미가 훨씬 많다"는 말이 개체 수를 뜻하는지, 질량을 뜻하는지 명확하지 않아 생긴 혼동입니다. 결론적으로, 개미는 지구에서 개체 수로는 가장 성공적인 생물 중 하나이며, 특정 생태계에서 중요한 생물량을 차지하지만, 전체 인류의 무게를 초과하지는 않습니다. 다만 그 생태적 영향력과 생존 전략은 인간 못지않게 놀라운 존재임에는 틀림없습니다.
Q. 거미줄은 어떻게 그렇게 탄력이 있고 끈끈할까요?
안녕하세요.거미줄이 얇으면서도 놀라운 탄성과 끈적함을 가지는 이유는 바로 거미가 분비하는 특수한 단백질 기반의 실크 성분과 정교한 방사 구조 덕분입니다. 거미는 배 끝에 있는 방사선(Spinneret)이라는 기관에서 여러 종류의 실크를 뽑아내는데, 이 실크는 주로 스파이로드로인(spidroin)이라는 단백질로 구성되어 있으며, 고도로 배열된 결정질 영역과 유연한 아모르포스(무정형) 영역이 교차되어 있어 매우 독특한 기계적 특성을 지닙니다. 이 단백질 구조는 마치 나일론이나 케블라 섬유처럼 강한 인장 강도를 가지면서도 유연성을 유지할 수 있게 해 주며, 같은 굵기의 강철보다도 더 강한 인장력을 보일 수 있습니다. 이로 인해 거미줄은 쉽게 끊어지지 않고 외부의 진동이나 충격에 대해 적절히 늘어나면서 에너지를 분산시키는 탄성을 가집니다. 이것이 바로 거미줄이 얇지만 강하고 유연한 이유입니다. 또한 거미는 거미줄 중에서도 붙잡기용 실크(capture spiral)에 끈적한 성분을 더해 방사합니다. 이 끈끈함은 단백질 기반의 점액질(glue-like substance)로 이루어져 있으며, 주로 수분을 포함한 점성 물질과 당분 및 점착 단백질이 포함되어 있어 곤충이 닿는 순간 그 다리나 날개가 붙잡히게 만듭니다. 흥미롭게도, 거미는 이러한 점착 실크를 따로 분비하며, 줄기의 바깥쪽에만 이 물질을 바르기 때문에 자신은 여기에 걸리지 않고 자유롭게 이동할 수 있습니다.즉, 거미줄의 뛰어난 물리적 특성은 복합적인 단백질 구조, 특수 분비 물질, 그리고 기능별로 설계된 실크의 조합 덕분입니다. 과학자들은 이 거미줄의 구조와 성분을 모방하여 생분해성 섬유, 의료용 실, 방탄 소재 등 다양한 생체모방 소재 개발에 응용하려는 연구를 활발히 진행 중이기도 합니다.
Q. 곤충은 왜 일반적으로 동물보다 크기가 작을까요?
안녕하세요. 곤충이 일반적인 동물들에 비해 대체로 크기가 작은 이유는 생물학적 구조, 생리학적 제약, 그리고 진화적 환경 요인들이 복합적으로 작용한 결과입니다. 가장 큰 이유 중 하나는 곤충의 호흡 방식에 있습니다. 곤충은 포유류나 조류처럼 폐를 통해 산소를 들이마시는 방식이 아니라, 몸 표면에 있는 기문(spiracle)을 통해 공기를 내부의 기관(trachea)으로 직접 전달하는 수동적인 확산 호흡 시스템을 사용합니다. 이 방식은 산소가 조직 깊숙이 퍼지는 데 한계가 있기 때문에, 몸집이 일정 이상 커지면 세포에 충분한 산소를 공급하기가 어렵습니다. 다시 말해, 산소 확산의 비효율성이 곤충의 크기를 제한하는 중요한 요인입니다. 또 다른 구조적 제한은 곤충의 외골격(exoskeleton)입니다. 곤충은 내부 골격이 아닌 외부 골격을 가지고 있어서 몸을 지탱하고 보호하는데, 몸이 커질수록 이를 유지하기 위해 외골격의 두께도 비례해 증가해야 합니다. 그러나 외골격은 무겁고 유연성이 떨어지기 때문에 일정 크기 이상으로 커지면 오히려 움직임에 불리해지며, 탈피 과정에서도 리스크가 커지게 됩니다. 이러한 구조적 한계는 곤충이 소형화된 형태로 진화하도록 압력을 가합니다. 또한 곤충은 짧은 세대 주기와 높은 번식률을 통해 진화를 거듭해 왔고, 소형화된 몸은 은신, 기동성, 자원 효율성 측면에서 생존에 유리한 전략이었습니다. 큰 몸집이 포식자로부터 자신을 보호하는 데 도움이 되긴 하지만, 곤충은 다수의 개체로 빠르게 번식하고 넓은 생태적 틈새를 점유함으로써 크기보다는 숫자와 다양성으로 생존 전략을 택한 경우가 많습니다. 과거 고대에는 산소 농도가 지금보다 훨씬 높았던 시기에 거대한 곤충(예: 거대 잠자리 메가네우라)이 존재했지만, 오늘날 대기 중 산소 농도 조건에서는 지금과 같은 소형 곤충이 생리적으로 더 안정적이고 생존에 유리한 형태입니다. 따라서 곤충이 작게 진화한 것은 단순히 천적의 위협보다는 내부 생리 구조와 환경에 최적화된 결과라고 볼 수 있습니다.