안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 일본에서 잠자리는 ‘승리의 상징’이라고 하는데, 그 이유는 무엇일까요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 일본에서는 잠자리가 단순한 곤충이 아니라 ‘승리와 용맹의 상징’으로 여겨지는데요, 잠자리는 뒤로 날지 않고 앞으로만 나는 곤충인데, 일본에서는 이 특성을 “결코 물러서지 않고 앞으로만 나아간다”는 의미로 해석하여, 전장에서의 용맹·승리와 연결했습니다. 또한 일본의 고대 기록인 '고지키'에는, 일본을 ‘잠자리의 섬(아키쓰시마)’라 부르는 대목이 나오는데요 전설에 따르면, 초대 천황 진무가 일본의 땅 모양을 잠자리에 비유하여 그렇게 불렀다고 합니다. 이는 일본을 잠자리와 동일시하며 신성시하는 사상으로 이어졌습니다. 또한 전국시대(전쟁의 시대) 무사들은 잠자리를 전투와 무운의 상징으로 삼아, 칼이나 갑옷 장식에 잠자리 무늬를 새기거나 부채, 투구에 잠자리 문양을 장식하기도 했다고 합니다. 마지막으로 잠자리는 벼가 자라는 논에서 많이 볼 수 있는 곤충인데요, 그래서 일본에서는 잠자리를 풍요와 수확의 상징으로도 보았고, 풍요로부터 번성과 승리로 이어지는 긍정적 의미가 강화되었습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 잠자리는 주로 어떤 곤충을 잡아먹으며 생태계에서 어떤 역할을 하나요?
안녕하세요.네, 질문주신 잠자리는 곤충 가운데서도 강력한 포식자로 알려져 있으며, 생태계에서 중요한 균형자 역할을 하는데요, 이러한 잠자리는 육식성 곤충으로, 뛰어난 시각과 비행 능력을 바탕으로 다른 곤충을 사냥합니다. 잠자리는 다양한 곤충을 잡아먹는데요, 그중에서도 성충과 유충 모두 모기를 잘 잡아먹어 “모기의 천적”으로 불립니다. 또한 잠자리 유충(애벌레, 약칭: 약충, 나이아드)도 육식성인데, 물속에서 작은 물벼룩, 모기 유충, 올챙이, 심지어 작은 물고기까지 잡아먹습니다. 이러한 잠자리는 육상과 수생 생태계 모두에 걸쳐 먹이사슬의 중간 포식자로 기능하는데요, 모기와 파리를 다량으로 잡아먹어 인간에게 해로운 해충 개체 수를 줄이는 효과가 있으며 농촌에서는 해충 조절에도 기여해 자연적 방제 역할을 합니다. 또한 유충이 물속에서 모기 유충, 작은 수서 곤충을 잡아먹으며 수생 곤충의 개체 수를 조절하며, 잠자리 성충은 새, 개구리, 거미 등의 먹이가 되며, 유충은 물고기나 물새의 먹이가 됩니다. 즉, 잠자리는 자신도 포식자이면서 동시에 다른 생물들의 먹이원으로서 먹이망의 중요한 연결 고리 역할을 하는 것입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 세포 내에서 칼슘 이온이 이차신호 전달자로 작용할 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 세포 내에서 칼슘 이온은 외부 신호에 대한 2차 신호전달자로서 작용할 수 있는데요, 세포 내에서 칼슘 이온(Ca²⁺)이 대표적인 이차 신호전달자로 기능하는 이유는 크게 세포 내 농도의 극단적인 차이, 빠른 농도 변화 가능성, 단백질과의 높은 결합 특이성 때문입니다. 우선 세포 외액에는 약 1~2 mM 정도의 높은 농도의 Ca²⁺가 존재하지만, 세포질 내의 자유로운 Ca²⁺ 농도는 100 nM 정도로 매우 낮은데요 이 농도 차이 덕분에, 세포막이나 소기관막(예: 소포체, 미토콘드리아)의 칼슘 채널이 열리면 짧은 시간에 농도가 급격히 상승할 수 있습니다. 이런 “온·오프가 확실한 신호”는 신호전달자로 이상적입니다. 또한 칼슘은 세포 내에서 특정 위치에 국소적으로 농도를 높였다가 빠르게 제거할 수 있는데요, 이는 칼슘 펌프, 수송체, 결합 단백질이 정교하게 조절하기 때문에 가능하며, 덕분에 세포는 칼슘 신호를 짧고 빠른 전기적 스위치처럼 사용하거나, 지속적이고 느린 파형으로도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 근육 수축 시에는 빠른 Ca²⁺ 유입·배출, 세포 성장·분화 신호에서는 지속적인 파형이 활용됩니다. 마지막으로 칼슘은 단순한 전하 입자가 아니라, 칼모듈린(Calmodulin) 같은 칼슘 결합 단백질과 결합해 구조를 크게 바꾸어 효소 활성이나 단백질 상호작용을 조절할 수 있는데요, 이렇게 구조적 변화를 쉽게 유도하는 성질 덕분에 칼슘은 “스위치 분자” 역할을 잘 수행합니다. 또한 말씀해주신 것처럼 칼슘 이온이 특히 2차 신호 전달자로 사용되는 이유는 나트륨(Na⁺), 칼륨(K⁺), 염소(Cl⁻) 등은 주로 막전위를 형성하는 데 사용되는데, 이들은 세포 내외 농도 차이가 크지만, 항상 막전위 유지에 관여하므로 신호전달용으로 쓰기에는 구분성이 떨어지기 때문입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 소나 양과 같은 초식동물이 되새김질 하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.질문해주신 것처럼 소나 양과 같은 동물이 되새김질을 하는 이유는 소화기관 구조와 섭취하는 먹이의 특성과 깊이 관련이 있는데요, 초식동물 중에서도 되새김질 동물(반추동물, Ruminants)이라 불리는 소, 양, 염소, 사슴 등은 독특한 네 개의 위(반추위, 벌집위, 겹주름위, 주름위)를 가지고 있습니다. 이 동물들은 주로 셀룰로오스가 풍부한 풀과 같은 거친 섬유질 식물을 먹는데요, 하지만 동물 스스로는 셀룰로오스를 분해할 효소를 만들 수 없기 때문에, 위 속에 공생하는 미생물(세균, 원생동물, 곰팡이)의 도움을 받아야 합니다. 따라서 먹이를 삼키면 먼저 반추위와 벌집위에 저장되고, 이곳에서 미생물 발효가 시작됩니다. 그러나 큰 섬유질은 충분히 분해되기 어렵기 때문에, 동물은 이를 다시 입으로 되돌려서(되새김질) 잘게 씹어 표면적을 넓혀 주고 미생물이 소화하기 좋은 상태로 만들어 주며, 그 뒤 다시 삼켜져 위를 거쳐 가면서 발효가 심화되고, 최종적으로 주름위(진짜 위 역할)에서 단백질과 영양소가 흡수됩니다. 즉 되새김질을 하는 이유는 섬유질이 단단하고 소화하기 어려워 기계적으로 더 잘게 부수어야 하며, 미생물이 접근할 수 있는 표면적을 넓혀 발효와 분해를 촉진하기 위해서인데요, 말씀해주신 것처럼 모든 초식동물이 되새김질을 하는 것은 아닙니다. 예를 들어 말, 토끼, 코끼리는 되새김질을 하지 않고 맹장 발효에 의존합니다. 이들은 커다란 맹장에서 미생물 발효를 진행해 셀룰로오스를 분해하며, 대신 이 방식은 영양소 흡수 효율이 낮아 되새김질 동물보다 더 많은 양의 풀을 먹어야 합니다. 토끼는 이를 보완하기 위해 자신의 분변(맹장분)을 다시 먹는 행동(식분증)을 하여 영양분을 재흡수하기도 합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 태생 물고기와 난태생 물고기는 어떤 점이 다른 건가요?
안녕하세요.물고기의 번식 방식은 크게 난생, 난태생, 태생으로 나눌 수 있는데요, 우선 난태생이란 알을 몸 안에서 수정시키고, 알 속에서 초기 발달이 이루어진 뒤 새끼를 낳는 방식입니다. 이 경우 새끼는 어미 몸 안에서 일정 기간 성장하지만, 대부분의 영양분은 알 속의 난황에서 얻는데요, 어미의 직접적인 영양 공급은 상대적으로 적으며 대표적인 예로 상어, 가시상어, 일부 구피류가 있습니다. 특징으로는 알을 몸 안에서 보호하기 때문에 외부 환경에서의 알 사멸 위험이 줄어들며, 새끼는 비교적 성장한 상태로 태어나 생존 확률이 높고 어미는 알을 많이 생산하기 어렵고, 새끼 수는 제한적입니다. 반면에 태생은 말 그대로 어미가 직접 새끼를 몸 안에서 키우고 태어난다는 방식인데요, 난태생과 달리 어미가 새끼에게 직접 영양분을 공급합니다. 대표적인 예로 구피, 몰리, 엔젤피시 일부가 있습니다. 새끼가 더 발달된 상태로 태어나 초기 생존률이 높으며 어미가 직접 영양을 공급하기 때문에 새끼 수는 상대적으로 적고 환경 변화에도 새끼가 보호받을 수 있다는 특징이 있습니다. 일반적으로 난태생 물고기가 태생 물고기보다 알의 수가 많고, 한 번에 많은 새끼를 낳을 수 있어 “번식력”은 난태생이 높을 수 있으며, 태생 물고기는 새끼가 이미 발달된 상태로 태어나고 어미가 직접 보호와 영양을 제공하기 때문에 개체당 생존 확률이 높습니다. 반면 난태생은 난황에서 영양을 얻지만, 환경 변화나 포식에 취약한 경우가 있어 개체 생존률은 태생보다는 낮을 수 있습니다. 즉 정리해드리자면 많은 새끼를 낳는 번식력은 난태생 물고기가 상대적으로 높지만 개체 생존률은 태생 물고기가 상대적으로 높다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 최근 벌들이 주변에 갑자기 많이 보이는 것 같은데..
안녕하세요.네, 최근 들어서 벌이 많이 보이는 현상은 계절과 연관되어있을 수 있는 현상인데요, 여름~초가을은 벌들이 가장 활발한 시기로, 봄에 여왕벌이 산란하고 나면 여름까지 일벌이 늘어나면서 개체수가 폭발적으로 증가합니다. 또한 벌은 꽃가루와 꿀을 먹기 때문에, 주변에 개화하는 식물이 많을수록 벌이 몰리는데요, 특히 도시에서도 가로수, 공원, 정원 식물 덕분에 벌이 흔히 보일 수 있습니다. 게다가 벌들이 단순히 꽃만 찾는 게 아니라, 물(수돗가, 웅덩이)이나 음식물(달콤한 음료, 과일향)에도 끌리기 때문에 그래서 사람 주변에서 더 쉽게 발견되는 것이라고 할 수 있습니다. 즉 가을로 진행하면서 “체감상” 많아졌다고 느끼는 경우가 많은데요, 왜냐하면 계절 특성상 원래 개체 수가 많아지고, 여름에는 벌 활동 범위가 넓어져서 눈에 띄기 쉽기 때문이지만 반대로 전 세계적으로는 벌 개체 수 감소(특히 꿀벌) 문제가 계속되고 있어서, 장기적으로는 줄고 있는 추세입니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 왜 생물마다 수명이 다른건지 궁금합니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것처럼 생명체마다 저마다 서로 다른 수명을 가지고 있는데요, 생물마다 수명이 다른 이유는 단순히 DNA 손상 때문만은 아니고, 유전적 요인 + 대사율 + 진화적 전략 + 환경 요인이 복합적으로 작용하기 때문입니다. 우선 모든 세포는 시간이 지나면서 DNA 손상, 단백질 변성, 세포 내 노폐물 축적이 누적돼 노화가 일어나는데요, 특히 텔로미어 길이(염색체 끝부분 보호막)는 세포 분열할 때마다 짧아지는데, 이게 짧아지면 세포 분열이 멈추고 노화가 시작되며 다만, 종마다 DNA 수선 능력이나 산화 스트레스 방어 능력이 달라서, 노화 속도에도 차이가 생기게 됩니다. 또한 작은 동물은 몸을 유지하려고 엄청난 에너지를 태워야 해서 활성산소(세포를 손상시키는 부산물)도 많이 쌓이는데요, 반대로 대사율이 낮은 큰 동물은 이런 손상이 더 천천히 축적됩니다. 진화적으로 보면 생물은 “종족 보존”에 최적화되어 있지, 오래 사는 것 자체가 목적은 아닌데요, 포식자가 많고 위험한 환경에서 사는 작은 동물의 경우에는 빨리 자라고, 빨리 번식하고, 오래 살 필요가 없기 때문에 짧은 수명을 가지고 있으며 포식자가 적고 안전한 환경에서 사는 동물(예: 거북, 고래)의 경우에는 천천히 성장해도 되고, 오래 살아서 번식 기회도 많기 때문에 긴 수명을 가지고 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 달걀은 어떤 유전적 환경적 요인들에 의해 결정되는 것인가
안녕하세요.네, 질문주신 달걀은 생리적 과정 + 유전적 요인 + 환경적 요인이 복합적으로 작용해서 만들어지는데, 낳는 주기(빈도)와 껍질 색깔은 서로 다른 메커니즘으로 결정된다고 볼 수 있습니다. 닭은 원래 하루에 한 개 정도의 알을 낳을 수 있도록 난소와 난관이 발달해 있습니다. 하지만 이 리듬은 여러 요인에 의해 달라지는데, 대표적으로 유전적인 요인이 있습니다. 산란 능력은 품종별로 큰 차이가 있습니다. 예를 들어서 레그혼(Leghorn)은 1년에 300개 이상 산란 가능 (대표적인 산란계)한 것으로 알려져 있으며, 반면 토종닭이나 육계 품종과 같은 경우에는 산란량이 훨씬 적습니다. 산란 능력과 산란 주기의 안정성은 유전적으로 프로그램된 부분이 큽니다. 환경적인 요인 역시 산란에 영향을 미칠 수 있는데요, 닭은 빛의 길이에 민감해서, 낮 시간이 길어지면 산란이 촉진되며, 그래서 산업적으로는 인공 조명을 이용해 하루 14~16시간 빛을 제공하여 연중 안정적인 산란을 유지시킵니다. 또한 껍질 색깔은 대부분 유전적 요인에 의해 결정되지만, 약간의 환경적 차이도 영향을 줄 수 있는데요 우선 갈색 껍질의 경우에는 프로토포르피린(protoporphyrin IX) 색소가 난관에서 침착되어 갈색을 띠는 것이며, 푸른색의 경우에는 빌리베르딘(biliverdin) 색소가 침착되어 푸른색을 띠는 것입니다. 또한 환경적인 요인의 영향으로 영양 상태가 나쁘거나, 닭이 스트레스를 받을 경우 색소 침착이 줄어들어 껍질 색이 옅어질 수 있습니다. 마지막으로, 같은 품종이라도 개체마다 산란 주기, 산란량, 껍질 색 농도는 조금씩 차이가 날 수 있으며, 이는 개체별 유전자 변이, 건강 상태, 먹이 섭취 정도, 스트레스 민감도 등의 차이에서 비롯됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 닭의 소리 언어는 단순히 본능적인 보통 방식일까요
안녕하세요. 네, 질문주신 것처럼 닭을 "단순하다"라고 생각하지만, 실제로 연구 결과를 보면 닭의 발성과 의사소통은 꽤 복잡하고 정교한 편인데요, 닭은 태어나면서부터 일정한 "기본 발성 repertoire(발성 목록)"을 가지고 있습니다. 예를 들어, "위험 경보음"은 독수리와 같은 공중 포식자를 알릴 때와 땅 위에서 오는 여우 같은 포식자를 알릴 때 소리가 다르며, 이런 구분 능력은 유전적으로 프로그램된 본능에 가깝습니다. 또한 닭은 무리 속에서 자라면서 특정 소리가 어떤 상황과 연결되는지를 학습하는데요, 예를 들어서 어린 병아리는 어미가 내는 "먹이 발견 소리"를 듣고 따라 하면서 먹이와 발성을 연결짓게 되며, 개별 닭을 알아보거나 서열에 따라 발성 강도가 달라지는 점은 사회적 경험의 결과라 할 수 있습니다. 즉 닭의 발성은 기본 틀은 본능적이지만, 사회적 학습을 통해 풍부해지고 상황에 맞게 다듬어지는 방식이라 볼 수 있습니다. 닭의 사회적인 의사소통 능력에 대해 말씀드리자면 최소 24종 이상의 발성이 확인되었고, 각 발성은 위험, 먹이, 짝짓기, 새끼 돌봄 등 특정 의미를 담고 있는데요, 단순 경고를 넘어서 의도적 정보 전달도 가능하다고 알려져 있으며 예를 들어, 수탉은 암탉이 있을 때만 "먹이 발견 소리"를 내기도 합니다.즉, "암탉을 유혹하기 위한 의사소통 전략"을 쓰는 것이며, 개별 닭을 시각과 소리로 구분할 수 있으며, 사회적 서열 구조를 형성하는 데 발성이 중요한 역할을 합니다. 또한 오랜 가축화 과정에서 사람과의 상호작용이 많았기 때문에, 사람의 감정이나 의도에 부분적으로 반응하는 능력이 발달했을 가능성이 큽니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 닭이 가축화되는 과정에서 원래 야생에서 자유롭게 날아다니던 조류가 왜 점점 짧은 날개와 무거운 몸을 가진 형태로 변해 날지 못하게 되었을까요.
안녕하세요.닭이 오늘날처럼 날지 못하는 모습으로 변한 것은 자연 선택보다는 인간이 의도적·무의도적으로 가한 인공 선택(선택적 번식) 덕분이라고 볼 수 있는데요, 가축 닭의 조상은 붉은야계(레드 정글포울, Gallus gallus)로 동남아시아 숲에 살며, 짧은 거리지만 날 수 있는 능력이 있었으며, 이들은 포식자를 피하거나 나무 위에서 잠잘 때 날개를 사용했습니다. 하지만 인간은 닭을 식량(고기·알), 의례, 투계(싸움닭) 목적으로 길렀는데, 이 과정에서 다음과 같은 선택 압력이 작용했는데요, 고기를 많이 얻을 수 있도록 점점 더 무겁고 살이 많은 닭이 선택되었으며, 알 생산에 에너지를 집중하다 보니, 비행 능력은 점차 중요성을 잃게 되었고, 활발하게 날아다니는 닭보다 움직임이 둔하고 순한 닭이 살아남게 되었습니다. 이로 인해 결과적으로 날개는 짧아지고, 근육은 비행보다는 가슴살(흰살코기) 축적에 맞게 발달되었으며, 몸무게가 무겁고 지방이 많아 비행이 불가능해졌고, 현대 육계는 몇 주 만에 도축할 만큼 빨리 자라는데, 이 때문에 골격이 무게를 버티지 못하고 비행 능력도 사실상 사라지게 된 것입니다. 즉, 닭이 날 수 없는 이유는 자연에서 생존을 위해 필요한 비행 능력이 사라지고, 대신 인간이 원하는 형질(큰 몸집·많은 알·온순함)만 강화되었기 때문이며, 인위적 선택이 수천 년 동안 누적되면서, 닭은 원래 가졌던 “야생 조류의 특징”과는 많이 달라진 것이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.