안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 흰머리를 뽑게 되면 왜 그주변에 흰머리가 더 많이 나는건가요?
안녕하세요.흰머리를 뽑으면 그 주변에 흰머리가 더 많이 나는 것처럼 보이는 현상은 실제로는 뽑는 행위 자체가 흰머리의 발생을 유도하는 것이 아니라, 자연스러운 노화 과정이나 모낭의 손상과 관련된 것입니다. 머리카락의 색은 모낭 속 멜라닌 세포에 의해 결정되는데, 나이가 들거나 유전, 스트레스, 호르몬 변화 등으로 인해 이 멜라닌 세포의 기능이 저하되면 흰머리가 생깁니다. 흰머리를 뽑는 행위는 해당 모낭에 미세한 자극이나 손상을 줄 수 있으며, 이로 인해 모낭이 더욱 약화되거나 멜라닌 세포가 회복되지 못할 가능성이 있습니다. 결과적으로, 이미 멜라닌 생성 능력이 줄어든 부위에서 자극이 가해지면 같은 부위나 인접한 모낭에서 멜라닌 부족 현상이 가속화되어 흰머리가 늘어나는 것처럼 보일 수 있습니다. 또한 사람의 인식 특성상 특정 부위를 집중해서 관찰하게 되면 흰머리가 늘어난 것처럼 더욱 눈에 띄게 인식되는 경향도 한 몫 합니다. 따라서 흰머리를 뽑는 것이 직접적으로 주변에 흰머리를 늘리는 원인은 아니지만, 모낭에 반복적인 자극이나 손상이 가해질 경우 흰머리의 진행을 촉진할 수는 있습니다.
Q. 바다생물중 거대한 고래의 경우 바다속 수심 몇 미터까지 잠수할수 있으며, 한번 숨을 들이마시면 얼마나 오래 물 속에 있을수 있나요?
안녕하세요.고래는 해양 생물 중에서도 가장 거대한 포유류로, 놀라운 잠수 능력을 갖추고 있습니다. 종류에 따라 잠수 깊이와 지속 시간에 차이가 있지만, 대표적인 고래들 중 머리큰고래(일명 향유고래, Sperm whale)는 가장 깊이 잠수할 수 있는 종으로 알려져 있습니다. 향유고래는 최대 약 2,000~3,000미터까지 잠수할 수 있으며, 한 번 숨을 들이마신 뒤 약 90분 이상 물속에 머무는 것이 관측된 바 있습니다. 이들은 먹이를 찾기 위해 심해로 내려가 오징어나 심해어를 사냥하는데, 특히 대형 심해오징어는 향유고래의 주요 먹이입니다. 반면, 혹등고래나 대왕고래(흰긴수염고래) 같은 여과섭식 고래는 그렇게 깊이 잠수하지 않으며 보통 100~300미터 정도의 수심까지 잠수하고, 15~30분 정도 물속에서 머무는 경우가 많습니다. 고래가 이런 극한 환경에서 잠수가 가능한 이유는 여러 생리학적 특성 덕분입니다. 그들은 산소를 폐뿐 아니라 근육에 있는 미오글로빈 단백질에 저장해 두고, 잠수 중에는 심박수를 극도로 낮춰 산소 소비를 줄입니다. 또한 혈류를 중요 기관으로만 집중시키고, 질소 흡수를 줄이는 방식으로 잠수병을 예방합니다. 정리하면, 고래는 종에 따라 수심 수백 미터에서 수천 미터, 수십 분에서 1시간 이상 잠수할 수 있으며, 이러한 능력은 진화적 적응을 통해 깊은 바다에서도 효율적으로 먹이를 사냥하고 생존할 수 있게 해줍니다.
Q. 문어가 몸의 색깔을 변화시키는 기능이 있는데 어떤 물질로 몸색깔이 변하며 어떤상황에 어떤색으로 바뀌나요?
안녕하세요.문어는 주변 환경에 맞춰 몸의 색깔과 질감을 빠르게 변화시킬 수 있는 능력을 가진 대표적인 연체동물입니다. 이러한 놀라운 위장 능력은 피부에 있는 특수한 색소 세포 구조 덕분입니다. 문어의 피부에는 주로 세 가지 종류의 세포가 작용하여 색과 빛 반사를 조절합니다. 첫째, 크로마토포(chromatophore)는 가장 바깥층에 위치한 색소 주머니 세포로, 검정, 갈색, 빨강, 노랑 같은 색을 담당합니다. 이 색소 세포는 방사상으로 퍼져 있는 근육 섬유에 의해 팽창하거나 수축되며 색의 노출이 달라집니다. 근육이 수축하면 색소 주머니가 커져 더 많은 색이 보이고, 이완되면 색소 주머니가 작아져 색이 줄어듭니다. 둘째, 이리도포어(iridophore)는 그 아래층에 존재하며, 빛을 굴절시켜 파란색이나 녹색과 같은 메탈릭한 색조를 만들어냅니다. 이는 구조색이라 불리는 반사 현상으로, 색소가 아닌 미세한 구조에 의한 빛의 간섭 효과로 나타납니다. 셋째, 류코포어(leucophore)는 가장 깊은 층에 위치하며, 빛을 산란시켜 하얀색 또는 주변 색을 반사하는 역할을 합니다. 이 세포는 주변 빛에 따라 배경을 반사하여 위장 효과를 강화하는 기능을 합니다. 문어는 이런 세포들을 신경계와 연결된 복잡한 제어 시스템을 통해 빠르게 조절합니다. 외부 자극, 시각 정보, 기분 상태, 또는 위협 유무 등에 따라 반사적으로 피부 색을 바꾸게 됩니다. 예를 들어 평상시 또는 주변 환경과 일치시킬 때는 해초, 자갈 등 배경에 따라 갈색, 회색, 초록빛으로 변해 위장합니다. 위협을 느낄 때는 적에게 자신을 크게 보이거나 경고하기 위해 진한 빨강이나 검정색으로 변합니다. 사냥 시에는 조용히 배경과 일치시켜 먹잇감에게 눈에 띄지 않도록 하며, 이때는 갈색 계열의 배경색이 많습니다. 사회적 신호 또는 스트레스 상태에는 서로 다른 문어 간의 의사 표현, 혹은 포획 시처럼 강한 스트레스를 받을 때는 몸 전체가 하얗거나 얼룩덜룩하게 변하기도 합니다. 이처럼 문어의 피부는 일종의 생물학적 디스플레이 장치처럼 작용하여, 색깔과 무늬, 심지어 질감까지 바꾸며 주변 환경과의 상호작용을 극대화합니다. 이는 포식자 회피, 사냥, 사회적 신호 등 다양한 생존 전략에 필수적인 기능입니다.
Q. 심해에서 살고 있는 심해어나 해양동물은 자체발광을 하는 기능이 있다고 하는데, 빛이 없는 심해어등이 빛을 내는 원리는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요.심해에 서식하는 생물들이 스스로 빛을 내는 현상은 생물발광(Bioluminescence)이라고 하며, 이는 생물 내부에서 일어나는 특정 화학 반응을 통해 에너지를 빛의 형태로 방출하는 생리적 기능입니다. 심해는 일반적으로 수심 200미터 이하의 바다로, 햇빛이 거의 도달하지 않아 매우 어둡고 차가운 환경입니다. 이런 극한 환경에서 살아가는 심해 생물들은 다양한 생존 전략을 발달시켜 왔는데, 그 중 하나가 바로 자체 발광입니다. 이 발광의 생물학적 원리는 특정 효소와 기질의 작용에 의해 이루어집니다. 대부분의 경우, 생물체 내에는 루시페린(luciferin)이라는 기질과, 이를 산화시켜 빛을 내는 루시페레이스(luciferase)라는 효소가 존재합니다. 이 둘이 산소와 결합해 반응하면 화학 에너지가 빛 에너지로 전환되며, 눈에 보이는 빛을 방출하게 됩니다. 이 과정은 열을 거의 발생시키지 않기 때문에 냉광(冷光, cold light)이라 불리며, 생물이 효율적으로 에너지를 사용하는 방식입니다.심해 생물들이 이러한 발광 기능을 가지는 이유는 다양합니다. 첫째, 포식자로부터의 위장 및 회피입니다. 일부 생물은 배쪽에서 빛을 내어 아래에서 올라오는 미약한 빛과 동화되어 자신의 윤곽을 감추는 카운터 일루미네이션(counter-illumination) 전략을 사용합니다. 둘째, 먹이를 유인하거나 포식하는 데 활용됩니다. 예를 들어, 아귀류(anglerfish)는 머리 위의 촉수 끝에 발광 기관을 가지고 있어 어두운 심해에서 작은 생물을 유인해 포식합니다. 셋째, 종 간의 의사소통 또는 짝짓기 신호로도 활용되며, 특정한 발광 패턴으로 개체를 구분하거나 암수 간의 신호를 주고받습니다. 한편, 모든 심해 생물이 자신이 직접 발광 물질을 만드는 것은 아닙니다. 일부는 공생하는 발광 박테리아를 몸속의 특수한 기관에 보유하고 있으며, 그 박테리아의 발광 능력을 활용합니다. 대표적인 예로 심해 오징어나 해파리 등이 있습니다. 요약하자면, 심해어와 해양 생물의 자체 발광은 루시페린-루시페레이스 반응 혹은 발광 박테리아와의 공생을 통해 이루어지며, 이는 심해라는 극한 환경에서의 생존을 돕는 매우 효율적이고 정교한 생리적 적응 현상입니다.
Q. 반딧불이는 어떤 곤충과에 해당하는지 궁금하며, 반딧불이처럼 밤에 빛을 내는 곤충이 또 있나요?
안녕하세요.반딧불이는 생물발광을 하는 대표적인 곤충으로, 곤충 분류상 딱정벌레목(콜레옵테라, Coleoptera)에 속하며, 그중에서도 반딧불이과(Lampyridae)에 해당합니다. 반딧불이과에 속한 곤충들은 전 세계적으로 약 2,000여 종 이상이 알려져 있으며, 그중 일부 종은 유충과 성충 모두 빛을 낼 수 있습니다. 우리나라에는 운문산반딧불이(Luciola unmunsana), 늦반딧불이(Luciola lateralis) 등이 대표적으로 서식하고 있으며, 습도가 높고 물가가 있는 청정 환경에서 주로 관찰됩니다. 반딧불이가 빛을 내는 생물학적 이유는 주로 짝짓기 신호를 보내기 위함이며, 일부 종에서는 포식자에 대한 방어 수단으로도 작용합니다. 반딧불이의 발광은 배 끝부분에 있는 특수한 세포에서 일어나는 화학 반응에 의해 생성되며, 이때 루시페린(luciferin)이라는 물질이 루시페레이스(luciferase) 효소와 산소, ATP(에너지 공급 분자)의 작용으로 빛을 내게 됩니다. 이 과정은 열을 거의 발생시키지 않는 '냉광'으로, 효율이 매우 높기 때문에 생물발광의 대표적인 예로 자주 연구되고 있습니다. 반딧불이 외에도 밤에 빛을 내는 곤충들이 존재합니다. 예를 들어, 미국과 열대 지방 일부에는 빛나는 딱정벌레(Beetle larvae)나 광충류(광충하루살이 등)와 같은 발광 유충들도 있으며, 우리나라에서도 반딧불이 유충 역시 땅 위나 물속에서 은은한 빛을 발산하는 것이 관찰됩니다. 또한 남아메리카나 동남아 지역에서는 불빛버섯과 상호작용하는 곰팡이균, 빛나는 개미나 바퀴 유충, 그리고 불빛을 이용한 포식 전략을 사용하는 반딧불이의 암컷(예: Photuris속) 등도 보고된 바 있습니다. 요약하자면, 반딧불이는 딱정벌레목 반딧불이과에 속하는 곤충이며, 생물발광 능력을 통해 어둠 속에서 빛을 내는 특별한 생태적 특징을 갖습니다. 우리나라와 전 세계 곳곳에는 이 외에도 발광 능력을 가진 곤충이나 유충들이 존재하며, 이들은 야간 생태계에서 짝짓기, 먹이 탐색, 포식 회피 등 다양한 목적을 위해 빛을 활용합니다.