안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 탄수화물을 많이 섭취했을 때 혈당 스파이크가 나타나는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 탄수화물을 많이 먹었을 때 혈당이 급격하게 오르고 다시 급격하게 떨어지는 현상인 혈당 스파이크가 나타나는 원리는 크게 소화 흡수 속도와 인슐린 반응 때문인데요, 우리가 먹은 빵, 밥, 면 같은 고탄수화물 음식은 소화 과정에서 단당류인 포도당으로 분해됩니다. 이 포도당이 빠르게 혈액으로 흡수되면, 혈액 속 포도당 농도(혈당)가 급격히 올라가는데요, 특히 흰쌀밥이나 설탕, 빵 등의 정제 탄수화물은 섬유질이 적고 흡수 속도가 빨라 혈당이 급상승하기 쉽습니다. 이처럼 혈당이 빠르게 오르면, 췌장은 이를 정상 범위로 낮추기 위해 인슐린을 대량 분비하게 되는데요, 인슐린은 포도당을 근육·간·지방세포로 끌어들여 저장하거나 사용하게 만듭니다. 문제는 혈당이 너무 빨리 올라갔을 때인데요, 췌장이 과도하게 많은 인슐린을 내보내면서 혈당이 떨어지면 이때 혈당이 정상보다 더 낮아지는 상대적 저혈당 상태가 나타날 수 있으며, 이 과정이 "혈당 스파이크"라고 불리는, 혈당의 급상승으로부터 급강하 패턴을 만듭니다. 이러한 혈당 스파이크가 문제가 되는 이유는 단순히 피곤함이나 공복감을 유발할 뿐 아니라, 반복되면 췌장의 베타세포가 피로해지고, 장기적으로 인슐린 저항성으로 인해 당뇨병 위험이 커지기 때문이며 또, 급격한 혈당 변동은 혈관 내피세포에도 부담을 주어 심혈관질환 위험을 높이는 요인이 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 전갈의 독은 일회성인가요? 아니면 계속 만들어지나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 전갈의 독과 같은 경우에는 일회성이 아니며 체내에서 지속적으로 만들어지는 것입니다. 전갈은 꼬리 끝부분인 마지막 체절에 있는 독선에서 독을 합성하는데요, 이 독선은 독을 분비하는 분비세포로 이루어져 있어, 독액을 합성하고 저장해 두었다가 필요할 때 독침을 통해 주입합니다. 따라서 독을 한 번 사용하면 즉시 다시 채워지는 것은 아니지만, 일정 시간이 지나면 새로운 독이 합성되어 저장됩니다. 어떤 동물들은 방어용 구조물이 일회성 무기인 경우가 있는데요, 예를 들자면 꿀벌과 같은 경우에는 사람 피부에 침을 쏘면 침이 박혀 빠지지 않고, 복부가 찢기며 죽게 되는 것입니다. 반면에 전갈은 이와 달리 독침을 여러 번 사용할 수 있고, 독도 계속 새로 만들어지지만 다만 독을 한 번 많이 사용하면, 다시 충분한 독이 축적되기까지 몇 시간~며칠이 걸릴 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 참치는 헤엄칠 때 열이 얼마나 올라갈 수 있나요?
안녕하세요. 질문해주신 참치는 일반적인 물고기와 달리 온혈성을 가진 어류인데요 보통의 물고기는 체온이 수온과 거의 같지만, 참치는 끊임없는 유영과 강한 근육 활동 덕분에 체내에서 열이 발생하고, 이를 잘 보존하는 구조가 있어 주변 바닷물보다 훨씬 높은 체온을 유지할 수 있습니다. 우선 참치는 쉬지 않고 헤엄치며 강력한 적근(붉은 근육)을 사용하는데요, 이 과정에서 대사열이 다량 발생합니다. 또한 따뜻한 정맥혈과 차가운 동맥혈이 열교환을 하여, 발생한 열을 몸속에 가두고 외부로 쉽게 빠져나가지 않도록 하는데요, 이 덕분에 체내 장기와 근육이 수온보다 상당히 높은 온도를 유지할 수 있습니다. 연구에 따르면, 참치의 체온은 주변 수온보다 10~20℃ 더 높을 수 있는데요, 주변 해수 온도가 10℃일 때, 참치 체온은 20~30℃까지 올라갈 수 있으며 일부 대형 참치(참다랑어)는 체온이 최대 30~33℃에 달했다는 보고도 있습니다. 즉, 차가운 심해에서도 체온을 높게 유지할 수 있어 빠른 유영, 높은 대사율, 장거리 이동이 가능해집니다. 또한 참치가 움직이며 열을 내긴 하지만, 체온은 생선 살이 익는 온도(약 60℃ 이상)와는 거리가 멀며, 실제로는 "살이 익는다"는 표현은 과장된 비유이고, 과학적으로는 체온 유지 능력 덕분에 다른 어류와 차별화된다는 의미로 보시면 될 것 같습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 유전자 조작으로 새로운 생명체가 태어나면 조작된 유전자가 그대로 유전이 되나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 유전자 조작으로 만들어진 새로운 생명체의 경우, 그 조작된 유전자가 후대에 그대로 유전되는지 여부는 조건을 따져봐야 하는데요, 유전자 조작이 피부세포와 같은 체세포에서만 이루어졌다면 이는 수정 과정에는 참여하지 않으므로 후대에는 전혀 유전되지 않습니다. 반면에 유전자 조작이 생식세포(정자·난자) 또는 초기 배아 단계에서 일어났다면 수정 후 태어난 개체의 모든 세포에 그 유전자가 포함되며, 이후 그 개체가 교배를 하면 조작된 유전자가 자손에게 유전될 수 있습니다. 즉, 후대에 유전되려면 반드시 생식세포 라인(germline)에 변화를 주어야 하는 것입니다. 또한 A와 B가 같은 종 안에서 가까운 개체라면 AB는 보통 정상적인 생식 능력을 가질 수 있고, 후대에 조작된 유전자가 전달될 가능성이 높지만 A와 B가 서로 다른 종이라면 노새와 같이 잡종처럼 태어날 수는 있지만, 염색체 수나 구조가 달라서 생식 능력이 없는 경우가 많습니다. 이 경우 후대가 이어지지 않습니다. 실제 사례를 말씀드리자면 예를 들어, 유전자 조작 옥수수나 콩은 조작된 유전자가 씨앗(생식세포)에 들어가 있으므로, 교배하면 그 형질이 후대에도 유전되며 그래서 유전자 조작 형질(예: 해충 저항성)이 안정적으로 유지됩니다. 반면에 사자와 호랑이가 교배하여 태어난 라이거와 같은 경우에는생식 가능성이 낮거나 불완전하며 이런 경우는 후대에 유전이 잘 이어지지 않습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 옥수수는 여러 지역에서 잘 자랄 수 있는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것과 같이 옥수수는 실제로 세계 여러 지역에서 폭넓게 재배되고, 영화 인터스텔라에서 “마지막까지 남는 작물”로 상징된 것도 과학적 근거가 있는데요, 옥수수가 다양한 환경에 잘 적응하는 이유는 생리적 특징과 재배학적 장점, 그리고 유전적 다양성이 결합된 결과라고 해석할 수 있습니다. 옥수수는 대표적인 C₄ 식물인데요, C₄ 식물은 CO₂를 먼저 C₄ 화합물로 고정한 뒤, 이를 칼빈 회로에 전달하는 이중 과정으로 광합성을 합니다. 해당 방식의 경우에는 고온·강광 조건에서도 광합성 효율이 높고 광호흡(낭비 과정)이 거의 없어 생산성이 높으며, 물 사용 효율(WUE)이 뛰어나기 때문에, 따라서 덥고 건조한 환경에서도 비교적 안정적으로 생장할 수 있습니다. 게다가 옥수수는 원래 멕시코 고지대에서 기원했지만, 품종 개량을 통해 열대·온대·고산지·건조지대까지 확산되었는데요, 짧은 생육 기간 품종부터 긴 생육 기간 품종까지 다양해, 계절과 기후에 맞게 선택적 재배가 가능하며, 뿌리 발달이 좋아 토양 수분을 깊이 흡수할 수 있어 건조에도 비교적 강합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 사막에 서식하는 식물들은 어떻게 광합성을 할 수 있는 것인가요?
안녕하세요.말씀해주신 것과 같이 사막 식물들은 말씀하신 것처럼 낮 동안 기공을 열면 수분 손실, 즉 증산작용이 너무 심해 살아남기 어렵지만, 진화 과정에서 특별한 광합성 전략을 발달시켜 고온 건조한 환경에서 서식할 수 있는 것입니다. 선인장, 용설란, 다육식물 같은 사막 식물들이 주로 사용하는 방법으로는 CAM 광합성 방식이 있는데요, 대기 온도가 낮고 증산이 줄어드는 밤에 CO₂를 흡수하여 말산형태로 저장하며 낮에는 기공을 닫고 저장해둔 말산을 분해하여 CO₂를 방출, 광합성(칼빈 회로)에 사용합니다. 이로인해 결과적으로 낮 동안에도 외부에서 기공을 열지 않고 내부 저장된 CO₂로 광합성을 진행할 수 있으며, 물 손실을 최소화하면서도 태양 빛을 이용한 광합성을 이어갈 수 있는 것입니다. 또한 일부 사막·초원 식물(옥수수, 수수, 사탕수수 등)에서 사용되는 방식으로는 C₄ 광합성이 있는데요, 고온 환경에서도 광합성 효율이 높은 방식으로, CO₂를 먼저 C₄ 화합물(옥살로아세트산 등)에 고정한 후, 필요할 때 칼빈 회로로 전달하며 이 과정은 광호흡을 억제하여 물과 에너지 손실을 줄이는 장점이 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 곤충들 무늬에는 어떤 과학적인것이 있나요?
안녕하세요.네, 질문주신 것처럼 곤충의 무늬는 생존과 진화를 좌우하는 중요한 과학적 원리와 관련되어 있는데요, . 크게 보면 곤충의 무늬는 발생학적 원리(무늬가 어떻게 만들어지는가)와 진화·생태학적 원리(무늬가 왜 그렇게 유지되는가) 두 가지 측면에서 생각해볼 수 있습니다. 우선 곤충의 날개나 몸통 무늬는 발생 과정에서 특정 유전자 네트워크가 공간적으로 발현되는 패턴의 결과인데요, 세포 사이에 농도 기울기를 이루는 신호 분자. 농도 차이에 따라 결정되며 대표적으로 Wnt, Hedgehog, Notch, BMP 같은 경로들이 관여합니다. 수학자 앨런 튤링이 제시한 “반응-확산 모델”로, 서로 억제·촉진하는 물질들이 퍼지면서 줄무늬, 점무늬 같은 반복 무늬가 자연스럽게 생길 수 있는데요, 곤충 날개 눈점(eye spot) 패턴이 이 이론으로 잘 설명됩니다. 또한 곤충 무늬는 대체로 자연 선택과 성 선택의 압력에 의해 진화하는데요, 예를 들자면 나뭇잎, 나무껍질과 비슷한 무늬를 가져 포식자의 눈에 띄지 않거나, 나방 날개에 있는 올빼미 눈 같은 무늬는 포식자를 놀라게 하거나 특정 부위(날개 끝)를 공격하게 유도해 치명상을 피할 수 있게 하기도 합니다. 실험적으로, 눈무늬가 있는 나방과 없는 나방을 새에게 보여주면, 눈무늬가 있는 쪽이 포식 위험을 확실히 줄이는 것으로 확인되었는데요 즉, “정말 새를 피하기 위한 기능”이라는 과학적 근거가 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 가난한 노인이 치매에 더 잘 걸린다는 연구결과를 보았습니다.
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 실제로 여러 역학 연구에서 사회경제적 지위가 높을수록 평균 기대수명이 길고, 치매를 포함한 각종 질병 발병률이 낮다는 사실이 꾸준히 보고되어 왔는데요, 이는 단순히 “돈이 많다”는 문제가 아니라, 경제적 여유와 사회적 지위가 신체적·정신적 스트레스, 생활 습관, 면역계 조절 전반에 영향을 주기 때문입니다. 우선 가난과 사회적 불안정은 만성 스트레스를 불러올 수 있는데요, 만성 스트레스 상황에서는 코르티솔 같은 스트레스 호르몬이 지속적으로 분비되는데, 이 호르몬이 오래 노출되면 면역세포의 기능이 억제되고, 뇌의 해마 같은 기억·학습 영역에도 손상을 일으킵니다. 반대로 경제적·사회적 안정은 이러한 만성 스트레스를 줄여주고, 결과적으로 면역계가 정상적으로 유지되어 질병에 대한 저항력이 커집니다. 부유하거나 권력이 있는 사람은 더 좋은 영양 상태를 유지할 수 있고, 운동, 여가, 수면의 질을 관리할 여건이 있으며, 의료 서비스에 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 이러한 요인들이 모두 뇌 건강과 면역력 유지에 기여하는데요 예를 들어, 뇌혈관 건강을 지키는 생활 습관은 치매 예방에도 직접적으로 도움이 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 이온음료에대해 궁금해서질문합니다
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 현재 우리가 마시는 콜라, 사이다 같은 탄산음료는 고과당 옥수수 시럽(액상과당)이나 설탕이 많이 들어 있어 비만, 당뇨, 대사질환과 관련이 있습니다. 그래서 미래에는 “맛은 유지하면서 건강에 덜 해로운 탄산음료”를 개발하려는 연구가 진행되고 있는데요, 우선 스테비아, 알룰로스같은 성분은 단맛은 강하지만 칼로리가 거의 없거나 혈당에 미치는 영향이 적으며 이미 일부 제품은 설탕 대신 이 성분들을 사용하고 있습니다. 또한 미생물 발효를 통해 만든 “자연 유래 감미 단백질”이 연구 중이며, 기존 설탕과 비슷한 맛을 내면서도 칼로리가 없고 후맛이 적습니다. 최근에는 단순히 “칼로리가 적다”를 넘어서, 장내 미생물 균형을 해치지 않으면서 혈당 반응도 낮추는 음료를 개발하는 연구가 진행 중인데요 예를 들어, 특정 섬유소나 프리바이오틱스 성분을 소량 첨가해 음료를 마시면서도 장 건강을 해치지 않도록 하려는 시도가 있습니다. 이외에도 비타민, 미네랄, 전해질을 추가해 이온음료형 탄산수로 만들거나, 항산화 성분(폴리페놀, 플라보노이드 등)을 넣어 음료가 단순히 “해롭지 않은 것”을 넘어 “건강을 돕는 것”이 되도록 개발하는 방향도 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. GPCR에서 G베타/감마가 작용하는 예시는 뭐가 있나요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 GPCR 신호전달에서 흔히 강조되는 것은 Gα 단위체의 역할이지만, 실제로는 Gβγ 단위체도 독자적으로 중요한 작용을 많이 하는데요, G단백질은 GPCR 활성화 시 GTP와 결합한 Gα가 Gβγ와 분리되며, 이때 Gβγ도 다양한 효과기 단백질에 작용합니다. 대표적인 예시로는 심장 근육 세포의 무스카린성 아세틸콜린 수용체(M2 receptor)가 활성화되면, Gβγ가 GIRK를 직접 열어 K⁺가 세포 밖으로 나가면서 세포막이 과분극되는데요, 이는 심장박동을 느리게 하는 중요한 기전입니다. 또한 Gβγ는 전압의존성 Ca²⁺ 채널(N형, P/Q형 등)에 결합해 Ca²⁺ 유입을 억제하는데요, 이는 신경세포에서 신경전달물질 방출을 줄이는 효과를 가집니다. 또한 원래 Gqα가 PLCβ를 활성화하는 것으로 잘 알려져 있지만, Gβγ 역시 PLCβ를 직접 활성화할 수 있는데요 이를 통해 IP₃와 DAG가 생성되고, Ca²⁺ 신호와 PKC 활성이 유도됩니다. 감사합니다.