안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. DNP가 세포호흡을 억제하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 DNP(2,4-dinitrophenol)는 미토콘드리아 내막에서 작용하는 대표적인 짝풀림제로 작용하는데요, 우선 정상적인 전자전달계에서는 NADH, FADH₂에서 나온 전자가 미토콘드리아 내막 단백질들을 거치면서 전달됩니다. 이 과정에서 양성자(H⁺)가 미토콘드리아 기질에서 막사이공간으로 펌핑되며, 이렇게 형성된 양성자 농도 구배가 에너지원이 되어, ATP 합성효소(ATP synthase)를 통해 양성자가 기질로 되돌아가면서 ADP로부터 ATP 합성이 일어납니다. 즉, 전자전달(산화)과 ATP 합성(인산화)은 양성자 구배에 의해 ‘결합(coupling)’되어 있는데요 이때 DNP는 지용성 이온 운반체로서 막사이공간의 양성자(H⁺)와 결합하여 지용성 상태로 미토콘드리아 내막을 통과할 수 있습니다. 이후 기질 쪽에서 양성자를 방출해버리기 때문에, 양성자 농도 구배가 무너지는 것이며 그 결과, ATP 합성효소가 사용할 양성자 경사가 사라지게 됩니다. 따라서 ATP 합성이 억제되며, 전자전달계는 계속 돌아가지만 ATP는 만들어지지 않습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 대장내시경물약에대해 궁금해서 질문합니다
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 대장내시경을 하기 전에 ‘장정결제(대장내시경 준비약)’을 복용해야 하는 이유는 장 속의 음식물 찌꺼기와 대변을 최대한 깨끗이 비워내야 작은 용종이나 병변까지 정확히 관찰할 수 있기 때문인데요, 현재는 3일 정도 섬유질이 적은 음식으로의 식단 조절과 함께 내시경 하루 전 대량의 장정결제를 복용하는 것이 표준입니다. 하지만 말씀하신 것처럼, 환자 입장에서 식단 조절과 다량의 물약 복용은 큰 부담이라 의료계에서도 이를 개선하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데요 대표적인 예시가 저용량 장정결제입니다. 기존에는 4리터 정도를 마셔야 했지만, 최근에는 1~2리터로도 효과가 좋은 약제가 개발되고 있는데요, PEG(폴리에틸렌글리콜) 기반 장정결제나 황산마그네슘, 아스코르빈산을 혼합한 제제들이 대표적입니다. 또한정제(알약) 형태의 장정결제도 개발되어 있는데요 물 대신 알약 형태로 삼키는 방식도 개발되어 일부 국가에서는 이미 사용되고 있습니다. 다만 신장이나 심장질환 환자에게는 부담이 될 수 있어 더 안전한 제형이 필요합니다. 이외에도 최근에는 장내 미생물이나 효소를 활용해 대변을 분해·용해시키는 방식의 스마트 장정결제 연구도 초기 단계에서 진행되고 있으며, 성공한다면 식이조절 기간을 줄이거나 없앨 수 있는 가능성이 있을 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 무리를 형성하는 수컷 동물은 부성애가 존재하나요?
안녕하세요.말씀해주신 늑대, 고릴라, 사자처럼 무리를 이루는 사회적 동물에서 수컷의 부성애가 존재하는지 여부는 종마다 크게 다른데요, 부성애가 비교적 뚜렷한 경우로는 늑대가 있습니다. 늑대는 일종의 가족 집단의 형태를 가지며, 보통 알파 수컷과 알파 암컷이 번식하는데요, 이때 수컷 늑대는 새끼에게 먹이를 가져다주고 보호하는 등 적극적인 양육에 참여합니다. 따라서 늑대 수컷에게는 분명한 부성애적 행동이 있다고 볼 수 있습니다. 또한 조류에서 새들의 상당수는 수컷이 암컷과 함께 둥지를 지키고 새끼를 먹이는 등 부성 행동을 보이는데요, 이는 포유류보다 훨씬 흔한 사례입니다. 부성애가 거의 없는 경우로는 사자 가 있습니다. 수컷 사자는 무리를 방어하고 영역을 지키는 역할을 하지만, 새끼 개체를 직접 돌보거나 먹이를 나누는 행동은 거의 하지 않으며 오히려 새롭게 무리를 차지한 수컷은 전임 수컷의 새끼를 죽이는 영아살해를 하기도 합니다. 이는 부성애보다는 자신의 유전자를 퍼뜨리기 위한 진화적 전략입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 동물 울음짖는소리에대해궁금합니다.
안녕하세요.질문해주신 것처럼 동물이 갑자기 울음소리를 내는 것은 보통 이유가 없는 행동이라기보다는 특정한 의사소통 신호이자 상황 반응인 경우가 많은데요, 이는 북극곰과 같은 대형 포식자의 울음도 마찬가지입니다. 특히 말씀하신 상황처럼 사람이 장난을 걸었을 때 북극곰이 갑자기 큰 소리를 낸 것은 단순히 기분 나쁘다 정도의 반응이 아니라, 위협 신호일 수 있습니다. 갑자기 큰 울음이나 짖음은 “더 이상 다가오지 마라” 또는 “나를 건드리지 마라”라는 경고의 의미이며 실제 공격을 하기 전 단계에서 흔히 나타나는 행동입니다. 또한 갑작스럽게 자극에 반응해 순간적으로 울음소리가 터져 나올 수 있는데요, 이는 본능적 반사 행동에 가깝습니다. 이외에도 야생에서는 다른 개체에게 내가 긴장했으니 조심해라라는 신호가 될 수 있는데, 사육 환경에서는 동료 곰이 없어도 본능적으로 소리를 낼 수 있습니다. 마지막으로 인간이 불편한 상황에서 한숨을 쉬거나 소리를 내는 것처럼, 북극곰도 긴장과 불안을 순간적으로 소리로 표현할 수 있습니다.즉, 동물의 경우에도 이유 없는 울음은 거의 없고, 대부분이 방어, 경고, 놀람, 스트레스와 같은 상황적 이유가 있는 반응이라고 보시면 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 기린의 고혈압을 버티는 게 뭔 지 알려주세요
안녕하세요.네 말씀해주신 것과 같이 기린은 목이 길기 때문에 심장에서 머리 끝까지 혈액을 보내려면 사람보다 훨씬 높은 혈압, 즉 수축기 혈압이 약 250~300mmHg을 유지해야 하는데요 그런데 보통 이렇게 높은 혈압이면 사람의 경우 뇌혈관이 쉽게 터질 위험이 있는데, 기린은 이를 막기 위해 몇 가지 특수한 해부학적, 생리학적 적응을 갖고 있습니다. 첫번째는 경동맥망(carotid rete mirabile, 망상동맥망)인데요, 뇌에 들어가기 직전 경동맥이 여러 가느다란 혈관으로 갈라져 그물망을 형성하는데 이 구조는 혈압을 분산시키고, 뇌로 들어가는 혈류를 완충시켜 뇌혈관이 직접 고혈압에 노출되지 않게 하는 역할을 합니다. 동시에 주변의 정맥혈과 열 교환 및 압력 교환을 하면서 안정된 압력으로 조절됩니다. 따라서 질문하신 망상동맥과 원더네트(rete mirabile)는 사실 같은 구조를 지칭하는 말입니다. 다음으로 기린의 뇌 모세혈관과 소동정맥은 벽이 매우 두껍고 탄력이 좋아서 고압에도 견딜 수 있는데요 혈관 평활근과 탄력섬유가 발달해 있어, 순간적인 혈압 변동에도 잘 버틸 수 있습니다. 특히 모세혈관 주위의 기질이 단단해 혈관 누출을 막아줍니다. 마지막으로 머리 쪽은 심장보다 훨씬 아래 있어 혈압이 더 강하게 걸리는데, 다리 정맥에는 튼튼한 판막과 두꺼운 벽이 있어 혈액이 역류하거나 혈관이 터지지 않도록 하며 다리 피부도 일종의 자연적인 압박스타킹처럼 두껍고 단단하게 발달해 혈액이 과도하게 몰리지 않게 막아줍니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 곱슬과 직모머리중 어떤게 두피열에 좋나요
안녕하세요.곱슬머리와 직모머리는 단순히 모양 차이만 있는 것이 아니라, 모발의 구조적 특성 때문에 두피 열에도 어느 정도 영향을 줄 수 있는데요 곱슬머리는 모발이 곡선 형태로 나 있기 때문에 두피에서 일정한 거리로 솟아오르며, 모발 사이에 공기층이 형성되기 쉽습니다. 이 공기층은 단열효과를 가져서 햇빛으로부터 두피가 직접적으로 가열되는 것을 막아주기도 하고, 땀이 증발할 수 있는 공간을 만들어줘 열 발산이 유리할 수 있습니다. 실제로 아프리카 지역 사람들에게 곱슬머리가 많은 것도, 강한 햇빛 아래에서 두피를 보호하면서 동시에 열 발산을 돕는 진화적 적응으로 해석됩니다. 직모는 곱슬머리에 비해 모발이 밀착되어 두피를 덮기 때문에 햇빛이 직접적으로 들어오는 것은 차단하는 데 유리한데요, 그러나 두피와 모발 사이 공기층이 상대적으로 적기 때문에 땀 증발을 통한 냉각 효과는 곱슬머리에 비해 덜할 수 있으며 대신에 열을 균일하게 퍼뜨리며 보호막처럼 작용하는 성질이 있습니다. 따라서 강한 햇볕, 고온 환경에서는 열 발산, 두피 과열 방지 측면에서 곱슬머리가 더 유리하지만 온화하거나 차가운 환경에서는 보온 및 열 손실 방지 측면에서 직모머리가 더 유리합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 인간의 머리털구조는 다른 동물과 완전히 다른 이유는 무엇인가요
안녕하세요.질문해주신 것처럼 사람의 머리털은 다른 포유류의 털과 비교했을 때 몇 가지 뚜렷한 차이를 보이는데요, 가장 큰 특징은 끊임없이 길게 자란다는 것입니다. 보통 동물의 털은 일정한 길이까지만 자라면 더 이상 자라지 않고 빠져 교체되지만, 인간의 머리카락은 성장기가 매우 길어서 계속 길어질 수 있습니다. 털은 모두 생장기(anagen), 퇴행기(catagen), 휴지기(telogen)라는 주기를 가지는데요 대부분 동물은 생장기가 짧기 때문에 일정 길이까지만 자란 뒤 빠지고 새 털로 교체되며 계절에 따라 털갈이를 합니다. 하지만 인간은 생장기가 매우 길어 2~7년 이상 지속됨 이 때문에 머리카락이 1m 이상 길어질 수 있는 것이며 즉, 인간 머리털의 특이성은 생장기 기간이 비정상적으로 길게 진화했다는 데 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 대장용종에대해 궁금해서 질문합니다
안녕하세요.질문해주신 대장용종은 대장암으로 발전할 수 있는 전단계 병변이기 때문에 많은 연구자들이 애초에 생기지 않게 예방하거나, 생겨도 암으로 진행하지 못하게 막는 기술을 목표로 연구를 진행하고 있는데요, 지금은 말씀하신 것처럼 내시경으로 발견 시 바로 절제하는 것이 표준 치료입니다. 하지만 내시경은 이미 생긴 용종을 제거하는 방식이라, 용종이 생기는 것 자체를 막아주지는 못하며 따라서 앞으로의 연구 방향은 발생 억제 및 암으로 진행 억제로 나아가고 있습니다. 대장용종 발생을 막는 미래 가능성으로는 약물,예방제 연구가 진행 중인데요, 아스피린, 선택적 COX-2 억제제와 같은 일부 약물은 장기 복용 시 대장용종 발생을 줄이는 효과가 보고된 바 있습니다. 다만 장기간 복용 시 출혈이나 심혈관계 위험과 같은 부작용 때문에 아직 널리 쓰이지 못하고 있습니다. 미래에는 부작용이 적으면서 용종만 선택적으로 억제하는 약물 개발 가능성이 충분히 있습니다. 또한 최근 연구에 따르면 대장 용종 발생은 장내 세균 불균형과 밀접한 관련이 있습니다. 20년 후쯤에는 개인별 장내 미생물 구성을 분석해, 맞춤형 프로바이오틱스·세균 조절 치료로 용종 발생을 예방할 가능성이 큽니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 대나무는 왜 생애 단 한 번만 꽃을 피우는 건가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 대나무는 일생에 단 한 번만 꽃을 피우는 식물로 알려져 있는데요, 이는 대나무가 대부분의 피자식물과 달리 반수명성 식물이기 때문입니다. 이때 반수명성이란, 생애 동안 단 한 번만 개화, 결실을 하고 그 후 죽는 생활사를 말하며 용설란, 몇몇 잡초, 대나무가 이에 해당합니다. 따라서 대나무는 보통 수십 년~100여 년 동안 줄기와 잎 성장, 번식은 뿌리줄기 확장을 포함한 영양생장만 하다가, 어느 시점이 되면 전 개체가 동시에 꽃을 피우고 씨를 맺은 뒤 집단적으로 고사합니다. 왜 한 번만 꽃을 피우는 것인지에 대해서는 진화적으로 설명할 수 있는데요, 이는 일종의 자원 집중 전략입니다. 꽃을 피우고 씨앗을 만들려면 엄청난 에너지가 필요한데요 대나무는 오랜 세월 동안 양분을 뿌리줄기에 축적하다가, 한 번에 모든 자원을 쏟아부어 꽃과 씨앗을 만듭니다. 그 결과, 많은 씨앗을 한꺼번에 퍼뜨려 다음 세대를 성공적으로 번식시킬 수 있습니다. 또한 씨앗을 꾸준히 조금씩 생산하면 동물들이 모두 먹어치울 수 있습니다. 하지만 수십 년 만에 한 번, 엄청난 양의 씨앗이 한꺼번에 생산되면 일부는 포식자에게 먹히더라도 상당수가 살아남아 발아할 수 있으며 이는 진화적으로 매우 유리한 전략입니다. 마지막으로 대나무는 유전적으로 동일한 개체들이 군락을 이루며, 개화 시점이 맞춰져 있는데요 이렇게 동시에 꽃을 피워야만 수분 가능성이 높아지고, 씨앗을 널리 퍼뜨릴 수 있습니다. 따라서 한 개체만 따로 꽃을 피우는 것은 거의 의미가 없습니다. 이처럼 대나무는 꽃과 씨앗을 만드는데 저장된 모든 자원을 소모하며 꽃을 피운 뒤에는 더 이상 생장을 유지할 수 없어서 고사하게 됩니다. 대신, 뿌리줄기에서 나온 씨앗들이 새로운 세대를 이루게 됩니다. 감사합니다.
화학
Q. 냉방병으로 열과 인후통이 심했는데 그상태에서 밀폐된공간에서 플라스틱화학냄새
안녕하세요.네 말씀해주신 것처럼 에어컨 바람에 오래 노출되면 체온 조절이 잘 되지 않아 두통, 인후통, 피로감 같은 증상이 생길 수 있고, 면역력이 일시적으로 떨어질 수도 있는데요 다만 이는 대부분 일시적인 컨디션 저하이지, 장기적으로 큰 손상을 남기는 경우는 드뭅니다. 플라스틱 제품에서 나는 냄새는 보통 휘발성 유기화합물(VOCs)이나 가소제, 첨가제에서 나오는 휘발성 성분인데요 밀폐된 공간에서 이를 많이 흡입하면 두통, 어지럼증, 목 자극, 기침 등이 생길 수 있습니다. 하지만 짧은 시간 노출로 인해 바로 암이 발생하지는 않고 암은 보통 수년~수십 년간 반복적이고 장기간의 고농도 노출이 있어야 위험성이 증가합니다. 따라서 말씀하신 냉방병으로 면역력이 떨어진 상태에 더해 하루의 노출 자체가 암으로 이어질 가능성은 극히 낮습니다. 또한 암은 주로 유전적 요인, 장기간의 발암물질 노출(석면, 벤젠, 담배 연기), 생활습관 요인(흡연, 음주, 비만 등) 등이 복합적으로 작용해서 생기기 때문에 한두 번 냄새를 맡는 일시적 노출과 면역력 저하가 곧바로 암을 유발하지는 않습니다. 따라서 현재 불편한 증상(인후통, 두통, 기침)이 계속된다면 이는 호흡기 자극이나 냉방병 때문일 가능성이 크기 때문에 환기를 충분히 하고, 수분을 잘 섭취하며, 목을 쉬게 하는 것이 좋을 것 같습니다. 감사합니다.