안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 세계에서 가장 작은 동물은 무엇인가요?
세계에서 가장 작은 동물은 포유류, 조류, 곤충 등 어떤 범위를 기준으로 하는지에 따라서 달라질 수 있습니다. 포유류 범위에서 세계에서 가장 작은 동물은 범블비 박쥐라고도 불리는 키티돼지코 박쥐인데요, 약 29~33 mm 정도의 매우 작은 몸길이를 가지고 있으며 무게도 약 2 g 밖에 되지 않습니다. 태국과 미얀마 일부 지역 동굴에서 발견되는 생명체로, 매우 작은 몸집이지만 날 수 있는 유일한 포유류이기도 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 자연사 박물관에서 공룡 화석이 전시되기 전 거치는 과학적 복원 과정은?
네, 말씀하신 것처럼 박물관에서 보는 공룡 화석은 단순히 발굴한 화석을 전시한 것이 아니라, 여러 과학적 절차와 복원 과정을 거친 결과물입니다.발굴한 화석을 복원하는 방식으로는 우선 '형태적 복원'이 있는데요, 뼈가 없는 부분은 같은 계통 화석의 상동 구조와 현대 척추동물 해부학을 참고해 추정하며 3D 스캔, 컴퓨터 모델링으로 결손 부위를 디지털 복원합니다. 이후 골격 기반으로 근육, 피부, 깃털 가능성 등을 재구성하며 근육 구조는 현대 파충류, 조류와 비교하고 피부 질감, 색상 등은 화석에서 남은 흔적과 생물학적 추론으로 결정합니다. 이후 실제 화석 일부 또는 전부를 지지대 위에 고정하며 일부는 레진, 석고, 3D 프린팅 복제품 사용하여 화석 손상을 방지하게 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 농업에서 토양 산성화가 장기적으로 작물 생산성에 끼치는 영향은?
농업에서 토양의 산성화는 단순히 pH가 낮아지는 현상만이 아니라, 토양 화학과 생물학적 환경을 변화시켜 장기적으로 작물 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.토양 산성화란 토양의 pH가 낮아져 산성 환경이 강화되는 과정인데요, 질소 비료를 장기적으로 사용하면서 질산화 과정에서 H⁺ 생성되거나 산성비, 유기물 분해, 일부 광물 풍화, 농업적 배수·관개와 같은 관리 미흡으로 인해 나타나는 현상입니다. 일반적으로 pH 6 이하가 되면 작물 성장에 제한적 영향을 주기 시작하며, pH 5 이하에서는 심각한 피해 발생하게 됩니다. 우선 토양이 산성화 될 경우에 식물의 양이온 교환 능력에 변화가 생길 수 있는데요, 토양이 산성화되면 H⁺ 이온이 다른 양이온(K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺ 등)을 치환하면서 결과적으로 작물이 필요한 양이온이 감소하여 영양 결핍이 될 수 있습니다. 또한 토양 미생물 활성이 저하되면서 유기물 분해 속도 감소하고 질소 고정 세균, 일부 곰팡이, 미생물 군집 구성 변화되며 결과적으로 토양 비옥도 감소되므로 장기적으로 생산성이 하락할 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 옐로우스톤의 온천에 서식하는 극한미생물은 어떤 과학적 가치가 있을까요?
옐로우스톤 온천 같은 극한 환경에서 서식하는 극한미생물은 일반적인 생물과는 다른 특수한 생리, 생화학적 능력을 가지고 있습니다. 우선 극한미생물은 일반 생물에게는 치명적인 환경에서 살아가는 미생물인데요 옐로우스톤 온천에서는 높은 온도, 강한 산성, 높은 황 함량 등 극한 환경이 존재합니다. 이러한 환경에 사는 대표적인 극한미생물로는 열수성 세균과 산성 세균이 있습니다.극한미생물은 극한 환경에서도 단백질 구조가 안정적이어서, 효소도 극한 조건에서 기능을 유지할 수 있는데요, 대표적인 사례로는 'Taq DNA polymerase'가 있습니다. 옐로우스톤 온천에서 발견된 Thermus aquaticus에서 유래한 효소인데요, PCR(중합효소 연쇄반응)에 필수적으로 활용되며 분자생물학적인 혁명을 가져온 발견이라고 할 수 있습니다.또한 극한미생물은 생명체가 극한 환경에서 적응하는 분자 메커니즘을 보여주는데요, 단백질 안정화, 막 안정성, DNA 수선 메커니즘을 이해하고 초기 지구 환경에서 생명이 어떻게 살았는지 추론해볼 수 있다는 가치가 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 개구리는 양서류로 분류되는데, 양서류만의 특징은 무엇인가요
개구리는 양서류(Amphibia)에 속하는 동물인데요 이때 '양서류'란 이름 그대로 '두 가지 생활 환경'을 가진 동물이라는 의미입니다. 즉, 물과 육지 모두에서 생활할 수 있는 능력이 특징입니다.우선 생활사적인 특징으로는 변태 과정을 겪는데요, 대부분 알 → 올챙이(유생, 수생 단계) → 성체(육상 또는 반수생 단계)로 진행되며 초기 유생은 아가미로 호흡, 성체는 폐와 피부로 호흡합니다. 또한 피부호흡이 가능한데요, 피부가 얇고 습기를 유지하여 산소와 이산화탄소 교환 가능하고 성체는 폐호흡과 피부호흡을 병행합니다.피부의 특징으로는 막처럼 습기가 있는 피부이며 비늘이 없으며, 점액선이 있어 피부를 촉촉하게 유지되고 일부 종은 독을 분비하는 독선을 보유하고 있습니다. 또한 심장이 2심방 1심실의 3방실 구조를 이룹니다.개구리는 양서류 내에서도 긴 뒷다리를 가지고 있기 때문에 점프와 수영에 적합하고, 수컷 개구리는 울음소리로 영역 표시 및 짝을 유인합니다. 또한 다른 양서류와 마찬가지로 피부호흡과 폐호흡을 병행합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 개구리가 환경 오염에 민감한 지표 생물로 불리는 이유는 무엇일까요?
네, 개구리는 환경 오염에 민감한 지표 생물로 불리는데요, 이는 개구리가 가진 특성과 관련이 있습니다. 우선 개구리는 피부를 통해 물질을 흡수하는 생명체입니다. 개구리는 피부가 매우 얇고 투과성이 높은데요 호흡과 수분 흡수가 피부를 통해 이루어지기 때문에, 물이나 공기 중 오염물질이 쉽게 체내로 들어옵니다. 따라서 중금속, 살충제, 수질 오염 물질 등이 개구리 피부를 통해 흡수될 경우에는 발달에 문제가 생기거나 기형 발생이 가능하며 즉, 개구리 개체 상태를 보면 주변 환경의 오염 정도를 직접적으로 추정할 수 있습니다.또한 개구리는 생활사가 수생 단계(올챙이)와 육상 단계(성체)를 모두 거치는데요 올챙이는 물에서 살고, 성체는 육지와 물을 오가며 생활합니다. 따라서 수질과 육상 환경 모두에 민감하게 반응하기 때문에 수질 오염으로 올챙이가 죽거나 발달이 늦으면, 생태계 전반의 문제를 알 수 있을 것입니다. 감사합니다.
화학
Q. 탄산음료가 차가워야 이산화탄소가 많이 녹을 수 있는 이유는 무엇인가요?
탄산음료 속의 탄산(CO₂)은 물에 녹아 있는데요, 이때 물에 녹은 CO₂는 일부가 H₂CO₃(탄산)로 변하고, 나머지는 용해된 상태로 존재합니다. 이러한 상황에서 중요한 점은 CO₂는 기체 상태로 방출될 수 있다는 점인데요, 이로 인하여 우리가 톡 쏘는 탄산 느낌을 받게 됩니다.기체가 액체에 녹는 양은 헨리 법칙으로 설명 가능한데요, 일반적으로 대부분의 기체는 온도가 낮을수록 물에 더 잘 녹습니다. 이는 기체 분자의 운동 에너지가 낮아져 물 속으로 들어가기가 유리해지기 때문이며, 높은 온도에서는 기체 분자가 액체를 빠져나가기가 쉬워지면서 탈기가 용이해지기 때문입니다. 이로 인하여 CO₂도 예외 없이, 차가운 물에서는 더 많이 용해됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 염산이나 황산 같은 성분들은 어떤 원리로 물질을 녹이는 건가요?
염산(HCl)과 황산(H₂SO₄)이 물질을 녹인다라고 할 때, 화학적 반응 원리와 용해 과정이 함께 작용합니다.염산과 황산은 강산으로, 물에 녹으면 거의 완전히 이온화되는데요, 즉, 용액 안에는 H⁺가 풍부하게 존재하게 되며, 이 H⁺가 다양한 물질과 반응하면서 물질을 분해하거나 용해시킵니다.다음으로 산성 용액에서 금속이 녹는 것은 산화-환원 반응인데요, 염산(HCl)은 염화이온(Cl⁻)을 제공해, 금속 산화물(MO)과 반응하게 됩니다. 황산(H₂SO₄)은 강산으로 탈수 작용을 유발하는데요, 일부 유기물(설탕, 종이, 셀룰로오스)을 탈수시키며 검게 탄 물질로 변화되고 동시에 황산이 수소 이온을 제공하여 물질의 구조를 분해합니다. 염산이나 황산이 물질을 녹이는 공통된 원리는 금속, 금속산화물, 금속염 등에서 양이온이 H⁺와 교환되어 용액으로 들어가는 과정에서 금속 + 산 → 금속 이온 + 수소 가스가 되는 산화-환원 반응과 유기물에서 수분을 제거하여 분해, 탄화하는 현상 때문입니다. 즉 염산, 황산이 물질을 녹이는 것은 단순히 녹는 다는 것이 아니라, 산의 H⁺가 화학반응을 통해 물질을 분해, 이온화시키거나 탄화시키는 과정이라고 보시면 됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 화학반응에서 부피가 감소하면 왜 몰수가 감소하는 방향으로 진행되나요?
말씀해주신 것처럼 부피가 변화할 때 화학평형이 어떻게 반응하는지는 르샤틀리에 원리로 설명할 수 있습니다. 하지만 몰수가 감소하는 방향으로 진행된다는 말은 기체 반응에서 기체의 압력 변화와 관련된 현상임을 명확히 해야 합니다.기체의 경우 이상기체 상태방정식을 떠올리면 이해가 쉬운데요, 부피를 갑자기 줄이게 되면 같은 온도에서 압력은 증가하게 됩니다.이때 르샤틀리에의 원리를 적용해보자면 화학평형 상태에서 압력이 증가하면 평형은 압력을 낮추는 방향으로 이동합니다. 이상기체에서는 압력과 관련된 요인이 기체 몰수인데요, 압력을 낮추려면 기체 몰수가 줄어드는 방향으로 반응이 이동합니다. 따라서 부피를 줄이면 몰수가 많은 쪽에서 몰수가 적은 쪽으로 평형이 이동하게 됩니다.즉, 기체 반응에서 부피 감소는 압력 증가를 의미하는데요 르샤틀리에 법칙에 의하여 변화를 최소화하는 방향으로 이동하게 되며 압력 감소를 위해 기체 몰수가 줄어드는 방향으로 반응이 진행됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 제가 강박 결벽 비슷한게 있어서 항상 불안한데요
대부분 상업용 알코올 티슈에는 에탄올과 소독보조제, 그리고 물이 함유되어 있습니다. 에탄올은 손 소독용으로 흔히 사용되며 식기에 묻어 조금 남는 정도로는 건강상 위험 거의 없으며 메탄올은 절대 사용되지 않습니다. 메탄올은 정말 소량도 독성이 있지만, 식품·소독용 알코올에는 사용 금지입니다. 글리세린과 같은 소독보조제의 경우 피부 보습 또는 표면 보호용이며 이 역시 소량 섭취로도 건강에 문제는 없습니다. 또한 물은 대부분 수용액 형태로, 자연적으로 증발합니다. 즉, 시중에서 판매되는 알코올 티슈를 식탁, 키보드, 마우스에 닦은 뒤 마른 수건이나 물티슈로 한번 닦아주는 정도는 사실상 건강에 위험이 없습니다. 게다가 알코올은 증발이 빠른 편인데요 닦은 뒤 몇 초~1분 정도 지나면 대부분 증발합니다. 즉 식기에 묻는다고 해도, 실제 섭취되는 양은 매우 극소량이어서 건강에 영향 없으며 메탄올 걱정은 안 하셔도 됩니다. 일반 소독용 알코올은 에탄올 기준이기 때문입니다. 감사합니다.