안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 잠자리 유충이 물속에서 포식자로 살아가는 것은 생태계에서 어떤 의미가 있을까요?
네, 잠자리 유충은 물속에서 포식자로 존재하는 것은 단순히 먹이를 먹는 행위를 넘어서 생태계 내 에너지 흐름과 균형 유지에 중요한데요, 잠자리 유충은 육식성 수생 무척추동물이기 때문에 작은 곤충, 물벼룩, 애벌레 등을 섭취하며 먹이망 상에서 중간-상위 포식자 역할을 합니다. 즉, 1차 소비자(초식성 작은 생물) → 잠자리 유충 → 2차 소비자(큰 어류 등)의 연결고리 중간에 위치합니다.즉, 이와 같은 생태적 지위를 가진 잠자리 유충은 수생 곤충과 작은 무척추동물 개체 수를 조절할 수 있는데요, 개체 수가 지나치게 늘어나면 식물성 플랑크톤이나 수초를 과도하게 소비할 수 있는데, 이를 조절함으로써 수중 생태계 안정에 기여합니다. 또한 동시에, 잠자리 유충은 어류나 두꺼비 같은 상위 포식자의 먹이로도 작용하기 때문에 결과적으로 먹이망 안정과 생물 다양성 유지에 기여합니다. 감사합니다.
화학
Q. 보어의 원자모형이 가진 한계는 무엇인가요?
보어의 원자모형은 화학과 물리학에서 매우 중요한 역할을 했지만, 현대 양자역학의 관점에서는 한계가 분명이 존재합니다. 우선 보어는 전자는 원자핵 주위를 원형 궤도로 도는 입자이며, 전자는 특정한 정해진 에너지 준위만 가지며, 에너지가 바뀔 때는 양자화된 에너지 흡수 또는 방출이 일어나고, 안정한 궤도에서는 방사선을 방출하지 않는다는 가정을 했으며, 그가 설정한 가설을 토대로 보어의 원자 모형은 특히 수소 원자의 스펙트럼 선을 정확히 설명했습니다. 하지만 보어 모형은 수소처럼 하나의 전자만 있는 원자에는 어느 정도 적용 가능하지만, 더 복잡한 경우나 현대 실험 결과와 맞지 않는 부분이 많습니다. 즉, 보어 모형은 수소 원자(H)에 대해서만 정확히 에너지 준위를 계산할 수 있지만 헬륨, 탄소, 산소 등 전자 여러 개를 가진 원자에는 전자 간 상호작용을 고려하지 못해 정확한 스펙트럼 계산 불가합니다. 또한 현대에 와서 알려진 것처, 즉 드브로이의 파동-입자 이중성과 슈뢰딩거 방정식으로 밝혀진 것처럼, 전자는 파동함수로 존재하며 위치가 정확히 정의되지 않습니다. 감사합니다.
화학
Q. 한번 꽃을 피운 흙은, 다시 재사용이 어려운건가요?
꽃이나 식물이 성장하고 꽃을 피우는 동안 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등 주요 무기질을 흙에서 흡수하는데요, 특히 꽃을 많이 피우는 식물일수록 질소와 칼륨이 많이 소모됩되며 따라서 기존 흙에는 필수 영양소가 부족한 상태가 됩니다.하지만 그렇다고 해서 꽃을 피웠던 흙을 다시 재사용할 수 없는 것은 아닙니다. 흙을 재사용할 것이라면 우선 뿌리 잔사를 제거하고 질소와 인을 함유한 비료를 뿌려주시면 됩니다. 또한 모래나 펄라이트, 버미큘라이트 추가하여 통기성을 개선해주는 것도 좋습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 해양 생태계에서 산호초의 붕괴가 어류 개체군에 나타나는 변화는?
산호초는 해양 생태계의 구조와 기능에 매우 중요한 역할을 수행하는데요, 산호의 복잡한 구조는 소형 어류와 무척추동물이 숨거나 번식할 수 있는 공간을 제공합니다. 또한 산호 위에 서식하는 작은 동물과 플랑크톤은 어류의 먹이로 작용하며, 산호초는 다양한 어류 종이 공존할 수 있는 서식 환경을 만들어, 생태계 안정성을 높입니다. 하지만 이러한 산호가 죽거나 부서지면 어류가 숨을 공간이 줄어드는데요, 결과적으로 소형 어류와 새끼 어류 개체 수 감소하면서 포식에 취약해집니다. 또한 산호에 의존하던 무척추동물과 플랑크톤이 감소하면서 이로 인하여 산호초 특화 어류들의 먹이 부족 현상이 발생할 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 독버섯을 먹어도 중독되지 않는 동물이 있나요?
네, 지구생태계에는 사람에게 독이 되는 버섯을 먹고도 아무 문제가 없는 동물이 존재합니다. 이는 주로 진화적으로 독소에 내성을 가진 동물이거나 소화 기관과 해독 효소가 특별히 발달한 동물이라고 볼 수 있는데요, 버섯의 독소는 대부분 화학적 방어 물질로, 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 생성됩니다. 그러나 일부 동물은 진화 과정에서 특정 독소를 해독할 수 있는 효소를 가지게 되었거나, 독소를 흡수하지 않고 그대로 배설하거나, 독소를 무해한 형태로 변환하여 체내에 축적하지 않습니다. 대표적인 동물의 예시로는 설치류가 있는데요, 일부 쥐나 다람쥐는 아마니타 계열 독버섯의 알파-아마톡신에 대한 내성을 어느 정도 갖는다는 연구가 있습니다. 하지만 사람의 경우에는 간에서의 해독 작용의 한계로 인해 독버섯을 해독하지 못합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 과연 인간이 지속적으로 거주및 생활할 수 있는 최고 온도는 어디까지일까요
인간은 체온 약 37℃를 유지해야 생존이 가능한데요, 이는 생체 내에 존재하는 다양한 효소들이 37도 부근의 온도에서 활성이 가장 좋기 때문입니다. 체온을 일정하게 유지하기 위해 땀 배출, 혈관 확장, 열 복사 등의 체온 조절 기전을 사용해야 하는데요, 그러나 환경 온도가 너무 높고 습도가 높으면 땀이 증발하지 못해 체열을 방출할 수 없게 됩니다.생리학자들은 습구온도를 인간 생존 한계로 평가하는데요, 이는 온도와 습도를 함께 고려한 체감 온도 개념입니다. 약 35℃ 습구온도 이상에서는, 아무리 물을 마시고 그늘에 있어도 인간은 장시간 생존 불가라고 알려져 있는데요, 이는 땀이 증발하지 못하고 체내 열이 축적되어 체온이 위험 수준으로 상승하기 때문입니다. 하지만 건조한 사막에서는 기온이 50℃ 이상이더라도 습도가 낮으면 땀 증발이 가능해 상대적으로 견딜 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 동물멸종에대햐궁금해서질문합니다.
북극곰과 펭귄은 각각 북극과 남극이라는 극한 환경에 사는 동물로, 현재 기후변화와 인간 활동 때문에 멸종 위기 또는 개체수 감소 위험에 놓여 있습니다. 북극곰은 북극 해빙 위에서 주로 생활하며, 물개 등 바다포유류를 사냥하는데요, 지구온난화로 인해서 해빙이 감소하면서 사냥터와 이동 공간이 축소되었고, 오염물질이나 인간의 활동으로 인해 먹이가 부족해지고 서식지가 파괴되었습니다. 이러한 상황에서 멸종위기에 처한 동물을 보호하고자 하는 시도로 서식지 모니터링을 통해 위성 사진과 GPS 추적을 통해 이동 패턴과 서식지 변화를 연구가 진행되고 있습니다. 또한 보호 정책으로서 북극곰 보호를 위한 국제 협약과 지역별 관리, 남극 특별보호구역(Marine Protected Area, MPA)을 통해 서식지 보호가 수행되고 있습니다.
화학
Q. 왜 새로산 물건은 며칠만 지나면 설레지 않을까요?
새로 산 물건을 처음 접했을 때에는 뇌에서 도파민이 분비되는데요, 도파민은 보상과 기대감, 쾌감을 담당하는 신경전달물질로, 새로운 자극을 받으면 특히 많이 분비됩니다.하지만 시간이 지나면서 도파민의 분비는 줄어드는데요, 뇌가 이미 경험한 자극이라고 인식하게 되면서 과도한 보상을 줄이려는 시도입니다. 즉, 처음의 강렬한 설렘은 줄어들고, 뇌는 점점 일상적 자극으로 인식하게 됩니다.또한 인간의 경우에 쾌락수준이 일정하게 유지되도록 적응하는 경향이 있는데요 즉 새 물건이 처음엔 기분을 크게 올려주지만, 시간이 지나면 그 물건이 평범하게 여겨지며 이로 인해 설렘이나 흥분감은 초기보다 훨씬 줄어듭니다. 감사합니다.
화학
Q. 우유 단백질이 홍차의 떫은맛과 결합하면 어떤 화학적 변화가 일어날까요?
우유 단백질에 해당하는 카제인과 홍차의 떫은맛 성분인 폴리페놀류에 속하는 탄닌 사이에서는 화학적 변화라기보다 비공유적 상호작용과 침전 형성이 나타납니다.홍차의 떫은 맛을 나타내는 성분인 탄닌은 폴리페놀류에 속하며 다수의 페놀성 –OH기를 가지고 있어서 수소결합을 잘 형성합니다. 이 때문에 단백질, 특히 풍부한 프롤린 잔기를 가진 단백질과 잘 결합합니다. 우리가 느끼는 떫음은 사실상 탄닌이 입안의 단백질과 결합해 침전되면서 점막이 뻣뻣해지는 물리적 현상 때문입니다. 다음으로 카제인은 친수성 부분과 소수성 부분을 모두 가진 단백질인데요, 보통 미셀 형태로 존재해 안정화되어 있지만, 탄닌과 만나면 소수성 상호작용과 수소결합에 의해 쉽게 결합합니다. 따라서 탄닌과 카제인이 만나면 결과적으로 카제인–탄닌 복합체가 형성되며, 농도가 충분히 높으면 침전이 발생합니다. 이때 홍차 속 탄닌이 카제인과 결합해 버리면, 더 이상 입안의 단백질과 결합하지 못하며, 우리가 느꼈던 떫은 맛을 덜 느끼게 됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 화학 반응에서 촉매는 왜 소모되지 않는 건가요?
화학반응이 진행될 때 촉매는 재활용되기 때문입니다. 즉, 촉매가 반응물처럼 최종 산물로 전환되는 것이 아니라 반응 경로를 바꾸는 역할만 하기 때문입니다. 촉매는 반응이 진행되는 데 필요한 최소한의 에너지에 해당하는 활성화 에너지를 낮추는 역할을 하는데요, 보통 반응물과 일시적으로 결합하여 중간체를 형성합니다. 이 상태에서 반응이 훨씬 쉽게 일어나고, 최종 산물이 생성되면 촉매는 다시 떨어져 나와 원래 상태로 돌아옵니다. 다만 이때 촉매가 절대 변하지 않는다는 것은 아닙니다. 반응 도중에는 분명히 화학적 상호작용을 하고 일시적으로 변형되지만, 전체 반응이 끝나면 원래의 상태로 재생되므로 결과적으로 양이 줄지 않는 것입니다. 감사합니다.