안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 적혈구 빈혈증이 말라리아에 저항성을 가진 이후에 무엇인가요?
겸형적혈구 빈혈증은 적혈구 내 헤모글로빈(Hb) 단백질의 구조 변형에서 비롯되는 질병인데요 정상적인 헤모글로빈 A(HbA) 대신, 돌연변이 헤모글로빈 S(HbS)를 가진 경우, 산소 농도가 낮거나 체내 스트레스 상황에서 적혈구가 둥근 원반형에서 낫 모양으로 변형됩니다. 이 모양 변화 때문에 적혈구는 탄성을 잃고 혈관에서 막히거나 쉽게 파괴되어 빈혈을 유발합니다. 그런데 이 HbS 변이와 말라리아 저항성 사이의 연결은 Plasmodium falciparum이라고 하는 인간에게 치명적인 말라리아 원충과 관련이 있습니다. HbS를 가진 적혈구, 특히 이형 접합자의 경우, 적혈구가 완전히 낫 모양으로 변하지는 않지만 산소 농도가 낮아질 때 일부 변형이 나타나는데요 이러한 변형은 원충이 적혈구 내에서 성장하고 분열하는 것을 물리적으로 어렵게 만듭니다. 즉, 원충이 숙주 세포를 충분히 활용하지 못하게 됩니다. 또한 낫 모양이 되거나 스트레스 상태의 HbAS 적혈구는 조기 용혈을 겪는데요, 이처럼 원충이 감염된 적혈구가 빨리 파괴되면, 말라리아 원충이 충분히 증식하지 못하고, 결과적으로 숙주가 심각한 말라리아 증상에 걸릴 확률이 줄어드는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 우리나라에도 산양이 야생에서 살아가고 있네요
네, 맞습니다. 우리나라에 산양이 야생에서 살아가고 있다는 소식은 최근 몇 년간 점점 보도되며 알려졌는데요 산양은 원래 한국, 중국, 일본 등 동아시아 산악 지역에 분포하는 토종 포유류입니다. 우리나라에서는 특히 설악산, 치악산, 오대산 등 높은 산악지대에서 주로 서식했으며, 한때는 개체 수가 급격히 줄어 멸종 위기종으로 분류되기도 했습니다.과거 한국의 산양은 조선시대부터 기록에 남아 있을 정도로 토종 동물이 맞는데요, 그러나 무분별한 사냥과 서식지 파괴 때문에 20세기 중반 이후 개체 수가 급격히 줄어 야생에서 보기 어려웠습니다. 하지만 최근에는 보호와 복원 노력 덕분에 일부 지역에서 다시 관찰되는 사례가 보고되고 있는데요, 문경과 같은 중부 내륙 산악 지역에서도 이런 재출현이 목격되는 것이라고 말씀드릴 수 있겠습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 꿀벌이 생태계에서 ‘핵심 종’으로 불리는 이유는 무엇인가요
꿀벌이 생태계에서 ‘핵심 종’으로 불리는 이유는 단순히 개체수가 많거나 흔해서가 아니라, 그 존재와 활동이 생태계 전체 구조와 기능에 결정적 영향을 미치기 때문인데요, 이때 핵심 종이란 생태계 내에서 다른 종들의 다양성과 구조를 유지하는 데 필수적 역할을 하는 종을 말하는 것으로 핵심 종이 사라지면 먹이망, 종 다양성, 생태계 기능에 큰 변화가 발생하게 됩니다. 우선 꿀벌의 주요 역할은 '수분 매개자'라는 것입니다. 꿀벌은 많은 식물 종의 수분을 담당하며, 특히 과일, 견과류, 야생 꽃 등 다양한 식물의 번식에 필수적인데요, 수분을 담당하는 다른 곤충에 비해 효율적이고 광범위하게 활동하기 때문에 꿀벌이 사라지면 식물 종 다양성과 생산량이 급격히 감소할 수 있습니다. 이외에도 꿀벌 연구는 환경 변화, 농약, 기후 변화가 생태계에 미치는 영향을 평가하는 지표가 되기도 하기 때문에 따라서 꿀벌은 생태계 기능 유지, 농업 생산성, 생물 다양성 보호라는 다층적 역할을 수행한다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 꿀벌 연구는 현대 생물학·환경과학에서 어떤 가치를 지니고 있을까요?
꿀벌 연구는 현대 생물학과 환경과학에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며, 단순히 꿀 생산을 넘어서 생태계, 농업, 유전학, 행동생물학 등 다양한 분야와 연결되어 있는데요, 우선 꿀벌은 주요 꽃가루 매개자로, 식물의 수분과 번식에 필수적입니다. 꿀벌 개체수와 건강 상태를 관찰하면 생태계 건강, 환경 오염, 기후 변화 영향을 간접적으로 평가할 수 있는데요, 예를 들어서 농약 사용이나 서식지 파괴가 꿀벌 집단에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하여 생태계 보전 정책에 활용할 수 있습니다. 또한 꿀벌이 매개하는 수분 작용은 과일, 견과류, 채소 등 주요 작물 수확량에 직접적 영향을 미치게 되는데요, 연구를 통해 꿀벌의 행동, 계통, 질병 관리 등을 이해하면 작물 생산성 향상과 식량 안정성에 기여할 수 있습니다. 예를 들자면 꿀벌의 질병에 대한 연구를 진행하여 벌통 관리법 개선, 수분 효율 증가의 효과를 얻을 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 수면개선에 대해 궁금해서 질문합니다..
수면 개선, 특히 불면증 완화와 안전한 수면 유도 기술은 현재 의학·신경과학 연구에서 매우 활발히 진행되고 있는 분야인데요 다만 부작용 없이 완전히 불면을 겪지 않게 하는 기술이 미래에 상용화될 수 있을지에 대해서는 아직 한계가 있습니다. 우선 현재 불면증 치료에는 벤조디아제핀, 졸피뎀, 수면 호르몬 제제 등이 사용되는데요 물론 효과는 있지만, 내성, 의존성, 잔여 졸림, 기억력 저하 같은 부작용이 존재합니다. 이외에도 멜라토닌, 마그네슘, L-테아닌 등 비교적 안전한 보조제 사용되고 있는데요 다만 효과는 개인별 편차가 크고, 근본적인 수면 구조 개선에는 한계가 있습니다. 미래에 가능할 수 있는 기술로는 뇌파 조절, 경두개 자기자극(TMS), 경두개 전기자극(tDCS) 기술 등이 있습니다. 이는 수면 관련 뇌 영역인 시상, 시상하부 신호를 직접 조절하여 자연 수면 유도를 가능하게 하는 것으로 초기 임상 연구에서 수면 구조 개선, REM·서파수면 조절 가능성 보고되고 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 세포분열에 필요한 방추사는 언제 합성하나요?
질문해주신 세포분열에서 방추사는 염색체를 정확하게 분리하는 데 필수적인 구조인데요, 방추사란 미세소관으로 이루어져 있으며, α-튜불린과 β-튜불린 단백질이 중합되어 형성됩니다. 세포 분열 동안 중심체에서 방추사가 방출되어 염색체의 동원체와 연결됩니다. 우선 간기는 세포가 분열 준비를 하는 시기인데요, 미세소관 단백질인 α/β-튜불린은 지속적으로 세포질에서 합성되며 즉 방추사를 구성할 재료는 이미 간기 동안 충분히 준비되는 것입니다. 전기에는 핵막이 분해되기 전인데요, 중심체가 분리되면서 방추사가 형성되기 시작됩니다. 실제로 미세소관의 중합과 역동적 성장이 이 시점부터 활발하게 나타납니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 과연 노후화를 과학이나 의학으로 제어할 수 있을까요?
질문주신 것처럼 인간의 노화는 단순히 시간의 흐름뿐만 아니라 세포, 유전자, 분자 수준에서의 복합적 변화가 누적되면서 나타나는 생물학적 과정이기 때문에, 완전히 멈추거나 역전시키는 것은 현재 과학 수준에서는 불가능하지만, 노화의 속도를 늦추거나 일부 과정은 조절할 가능성에 대한 연구는 계속 진행되고 있습니다.노화는 여러 단계에서 일어날 수 있는데요, 우선 세포 수준에서는 텔로미어 단축, 세포 분열 능력 감소, 산화적 스트레스 축적, 분자 수준에서는 단백질 손상, DNA 손상, 미토콘드리아 기능 저하, 이보다 상위로 조직 및 기관 수준에서는 면역력 감소, 호르몬 변화, 염증 증가가 나타날 수 있습니다. 현재 연구에서 제시되는 노화 조절 전략으로는 유전자 및 세포 수준에서의 개입으로는 텔로미어를 연장하거나 텔로머라아제 활성을 조절하는 방식이 있는데요 이를 통해 세포 분열 능력을 유지하고 하는 것이며 SIRT1, mTOR, AMPK와 같은 특정한 유전자를 조절하여 세포 대사와 장수 관련 경로 활성화하려는 것입니다. 하지만 현재까지 노화를 완전히 멈추거나 되돌리는 기술은 존재하지 않으며 개별 노화 메커니즘은 조절 가능하지만, 모든 노화 경로를 동시에 제어하기 어렵습니다. 장기적 안전성과 부작용 문제도 해결해야 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 모든 독은 치료제로써 사용할 수 있다고 들었는데요? 전갈독도 그럴까요?
말씀하신 것처럼 모든 독이 치료제로 쓰일 수 있다는 말은 독이 가진 생리적·화학적 활성이 잘 조절되면 의약품으로 활용될 수 있다는 말입니다. 독소는 생물학적 활성을 가진 화학물질로, 신경계, 혈액, 세포막 등에 강한 영향을 미칩니다. 이와 같은 독소를 소량, 정제, 변형하면 병리적 효과가 아니라 치료적 효과를 낼 수 있는데요, 예를 들어서 대표적으로 보툴리눔 독소는 근육을 마비시키는 독이지만, 소량으로 주름 개선, 근육 경련 치료에 사용됩니다. 질문해주신 전갈 독에는 주로 신경독과 세포 독성 성분이 포함되어 있는데요 이는 강력한 신경 마비 작용을 유발할 수 있으며, 소량으로 신경통, 만성 통증 완화 가능성 연구가 진행되고 있습니다. 특정 전갈 독 단백질은 항암제 후보 물질로도 연구되기도 합니다. 하지만 종별로 독 성분이 다르므로, 같은 전갈이라도 지역, 개체에 따라 성분과 농도 차이가 큽니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 말벌은 꿀벌과 비교했을 때 어떤 해부학적·생태학적 차이를 가지고 있을까?
네, 질문해주신 말벌과 꿀벌은 모두 벌목에 속하는 사회성 곤충이지만, 해부학적 구조와 생태적 특징에서 차이가 있는데요, 해부학적으로 말벌은 날씬하고 매끈한 체형을 가지며, 허리가 잘록하게 가늘고, 노랑과 검정의 뚜렷한 줄무늬를 갖고 있습니다. 날개는 길고 투명하며 유연하게 접히고, 침은 길고 여러 번 사용할 수 있으며, 몸에 털이 적고 강한 턱이 발달하여 사냥에 적합합니다. 반면 꿀벌은 둥글고 통통한 체형에 황갈색에서 갈색의 줄무늬를 가지고 있으며, 날개는 비교적 짧고 단순하게 접힙니다. 침은 단일 사용 후 부러지며, 몸 전체에 미세한 털이 많아 꽃가루 운반에 최적화되어 있고, 턱은 꽃가루 수집용으로 발달했습니다.다음으로 생태적 측면에서도 차이가 있는데요 말벌은 육식성 또는 잡식성이며 곤충과 과일 등 다양한 먹이를 섭취하고, 사회 구조는 계절적이며 여왕 중심의 소규모 집단으로 이루어집니다. 둥지는 종이집 형태로 여름 동안 성장 후 소멸하고, 공격적이며 방어적 독성이 강하며 활동은 주로 낮에 이루어집니다. 반면에 꿀벌은 초식성이며 꽃의 꿀과 꽃가루를 중심으로 먹이를 섭취하고, 사회 구조는 연중 유지되며 여왕과 수천에서 수만 마리의 일벌로 구성됩니다. 둥지는 밀랍으로 만든 벌집이며 연중 유지되고, 비교적 온순하지만 방어 시 단일 독침을 사용하며, 꽃가루 수분 활동을 중심으로 낮 동안 활발히 활동합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 도시화와 기후 변화가 말벌 개체 수와 분포에 어떤 영향을 주고 있는지 궁금합니다
말벌과 같은 사회성 곤충은 환경 변화에 민감하게 반응하며, 도시화와 기후 변화는 말벌의 개체 수와 분포에 여러 방식으로 영향을 미칠 수 있습니다. 우선 도시화가 말벌 개체 수와 분포에 미치는 영향으로는 '서식지 변화'가 있는데요, 도시화로 인해 숲과 초지가 줄고, 건물과 도로가 늘어나면서 말벌의 자연 둥지 위치가 감소하였으며 대신, 도시 주변 공원, 정원, 건물 지붕 틈새 등 인공 구조물을 둥지로 활용하기도 합니다. 또한 도시화 지역에서는 꽃, 과일, 곤충 등 먹이원의 다양성 변화가 나타났으며 일부 말벌 종은 사람 주변에서 쉽게 먹이를 얻어 도시에서도 높은 개체 수 유지 가능해졌습니다. 다음으로 기온 상승이 말벌 개체 수와 분포에 미치는 영향에 대해 말씀드리자면, 평균 기온이 상승하면서 말벌 활동 기간이 증가하게 되었는데요, 이로 인해 일부 북방 한계 지역에서 신규 분포가 가능해졌으며 고온 환경에 적응한 종은 개체 수가 증가하게 되었습니다. 또한 늦가을까지 활동하면서 겨울철 생존률이 증가하게 되었고 종 간 경쟁, 포식자 및 기생충 관계 변화로 인해 일부 말벌 종이 우세해졌습니다. 감사합니다.