안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 개미나 쥐는 벽을 타지만 고양이 등 더 큰 동물들은 벽을 못 타는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 개미나 쥐처럼 작은 동물들이 수직 벽을 자유롭게 오를 수 있는 반면, 고양이나 개처럼 더 큰 동물들은 벽을 쉽게 타지 못하는 이유는 단순히 근력의 문제가 아니라, 물리학적 스케일 효과와 표면 접착 메커니즘의 차이에서 비롯됩니다. 아주 작은 동물들은 자신의 체중에 비해 발에 작용하는 점착력(예: 정전기, 반데르발스 힘, 발바닥의 미세한 털 구조 등)이 훨씬 상대적으로 크기 때문에, 벽면과의 접촉 면적만으로도 충분한 접착력이 생겨 수직 또는 천장까지도 기어오를 수 있습니다. 이는 체중이 표면적의 세제곱에 비례하고, 점착력은 접촉면적에 따라 달라지는 물리 법칙에 따른 것으로, 생물이 커질수록 체중 대비 접착력이 상대적으로 급격히 줄어들게 됩니다. 예를 들어 개미나 파리는 발바닥 전체가 접착에 이용되며 그 면적도 무게에 비해 충분하지만, 고양이처럼 수 킬로그램 이상 되는 동물이 같은 방식으로 벽을 타려면 발바닥 전체가 흡착판처럼 진화되어야 하고, 심지어 몸의 대부분을 벽에 밀착시켜야 할 만큼 넓은 접촉면적이 필요하지만, 그런 구조는 근육 활동, 균형 유지, 사냥 등의 다른 생존 기능에 불리하기 때문에 진화적으로 채택되지 않았습니다. 따라서 고양이나 개 같은 중형 포유류는 벽을 오르기 위해서는 강력한 점프력이나 표면의 요철을 활용한 기어오르기 외에는 현실적으로 벽을 탈 수 없고, 이는 작은 동물들이 사용할 수 있는 미세한 표면의 불규칙성조차도 큰 동물에게는 의미가 없기 때문에, 생물의 크기와 중력의 상대적 영향 차이가 결정적인 역할을 합니다.
Q. 공기 정화에 도움이 되는 식물이 뭘까요?
안녕하세요.식물에 의한 공기정화 원리는 첫째, 잎과 뿌리쪽 미생물의 흡수에 의한 오염물질 제거인데요, 잎에 흡수 된 오염물질은 광합성의 대사산물로 이용되고, 화분 토양내로 흡수됩니다. 이때 실내 공기 정화에 도움이 되는 식물로는 산세베리아, 스파티필럼, 아레카야자, 벤자민고무나무, 아이비(헤데라) 등이 대표적이며, 이들은 공기 중의 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔 등의 휘발성 유기화합물(VOC)을 흡수하거나 이산화탄소를 산소로 전환하는 광합성 작용을 통해 실내 공기 질을 개선하는 데 기여한다고 알려져 있습니다. 특히 산세베리아는 밤에도 약하게 광합성을 하는 CAM(Crassulacean Acid Metabolism) 식물로, 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내뿜어 수면 중 공기 질 개선에 도움을 줄 수 있으며, 물을 자주 주지 않아도 되고 빛이 적은 환경에서도 잘 자라 관리가 쉬운 편입니다. NASA의 'Clean Air Study'에서도 이와 같은 식물들이 실내 공기 중 유해물질 제거에 효과적이라고 보고한 바 있지만, 최근 연구에서는 이러한 공기 정화 효과가 실제 생활환경에서는 식물 ㎡당 제거 능력이 미미하며, 실내 공기 정화에 실질적인 영향을 주려면 매우 많은 수의 식물이 필요하다는 반론도 있어, 식물을 통한 공기 정화는 보조적인 효과로 이해하는 것이 과학적으로 더 타당하며, 주기적인 환기와 함께 식물을 병행하는 것이 건강한 실내 공기 질 유지에 도움이 됩니다.
Q. 바퀴는 왜 이렇게 안 죽을까요? 이유를 설명해주세요
안녕하세요.바퀴벌레가 쉽게 죽지 않는 이유는 놀라운 생물학적 특성과 적응력 덕분입니다. 우선 바퀴벌레는 강한 외골격과 단순한 생리 구조를 가지고 있어서 부위가 손상되어도 생존할 수 있는 능력이 뛰어납니다. 예를 들어 머리가 잘려도 며칠간 살아있을 수 있는데, 이는 순환계와 호흡계가 머리와 독립적으로 작동하기 때문입니다. 또 호흡은 기문이라는 몸통에 있는 작은 구멍을 통해 이뤄지며, 신경계도 분산형이라 뇌가 없어도 기본적인 반응은 할 수 있습니다. 바퀴벌레는 또한 잡식성으로 거의 모든 유기물을 먹고 살며, 한 번에 수십 개의 알을 낳는 번식력도 매우 높아 생존에 유리합니다. 이뿐만 아니라 방사선에 대한 저항력도 높아 인간이 견딜 수 없는 방사능 환경에서도 살아남을 수 있습니다. 바퀴벌레의 친척으로는 같은 절지동물 문에 속하는 사마귀, 메뚜기, 귀뚜라미 등이 있으며, 이들 역시 환경 적응력이 뛰어난 곤충입니다. 이러한 특성들 덕분에 바퀴벌레는 수억 년 전부터 지구상에 존재해온 ‘생존의 달인’으로 불리는 것입니다.
Q. 요한센의 순계설에 대해 설명해 주세요
안녕하세요.요한센의 순계설(Pure Line Theory)은 덴마크의 생물학자 빌헬름 요한센(Wilhelm Johannsen)이 1903년 강낭콩을 이용한 실험을 통해 제안한 유전학 이론입니다. 그는 동일한 유전형질을 가진 식물들, 즉 유전적으로 동질인 순계(pure line)를 이용해 실험을 진행했습니다. 요한센은 동일한 유전자를 가진 강낭콩 개체들 사이에서도 개체 간 키, 무게 같은 형질들이 다르게 나타나는 것을 관찰했는데, 이는 유전적 차이 때문이 아니라 환경 요인에 의한 표현형의 변이라고 해석했습니다. 이를 통해 그는 유전형(genotype)과 표현형(phenotype)을 구분했으며, 표현형의 변화가 반드시 유전적 변화는 아니라는 점을 강조했습니다. 이와 같은 요한센의 순계설은 멘델 유전법칙을 뒷받침하는 실험적 근거를 제공했으며, 후에 유전학에서 환경과 유전의 영향을 구분하는 개념 정립에 중요한 역할을 했다고 볼 수 있는 이론입니다.
Q. 사람이 날개가 있다면 어느정도 크기가 되어야 날수 있나요
안녕하세요.사람이 실제로 날 수 있으려면, 날개의 크기와 근육의 힘이 모두 충분해야 합니다. 과학적으로 따져볼 때, 비행은 중력(체중)을 이겨낼 만큼의 양력을 발생시켜야 가능하며, 이는 날개의 면적과 공기를 밀어내는 속도에 달려 있습니다. 새나 박쥐처럼 나는 동물들은 체중이 가볍고, 날개가 넓고 가벼우며, 비행에 특화된 강력한 가슴 근육을 갖추고 있습니다. 그런데 사람은 평균적으로 체중이 약 60~80kg이고, 뼈와 근육 구조도 비행보다는 직립 보행에 적합하게 진화했기 때문에, 같은 방식으로 날기에는 불리합니다.이를 단순 계산으로 예측하면, 사람이 자신의 몸을 들어 올릴 만큼의 양력을 얻기 위해서는 양팔 대신에 각각 약 6~7미터 길의 날개가 좌우로 필요할 수 있으며, 전체 날개 폭은 최소 12~14 미터 이상되어야 할 것입니다. 이는 대형 글라이더나 콘도르처럼 나는 새들보다도 훨씬 크고 무겁습니다. 게다가 그렇게 큰 날개를 펄럭이려면 인간의 가슴 근육은 지금보다 몇 배나 더 강력해야 하며, 이로 인해 상체 비율이나 체형도 완전히 달라져야 합니다. 결과적으로, 현 인간의 체격과 생물학적 한계 안에서는 스스로 날개를 펄럭여 비행하는 것은 불가능에 가깝고, 만약 사람이 날 수 있으려면 날개 크기뿐만 아니라 전체 골격과 근육 구조까지 근본적으로 바뀌어야 합니다.