안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
생물·생명
Q. 수명연장에대해 궁금해서 질문합니다..
안녕하세요.네, 질문해주신 것에 대해 답변해드리자면 1900년대 초에는 전 세계 평균 기대수명 약 40세였으나 현재(2020년대)에는 선진국 평균 기대수명 80세 이상으로 지난 100년간 위생, 백신, 항생제, 수술, 영양 개선 덕분에 거의 2배 가까이 연장되었는데요, 즉, 앞으로도 의학과 기술 발전에 따라 수명은 조금씩 늘어날 수 있습니다. 현재 연구되고 있는 수명 연장 기술에는 노화세포 제거(senolytics)가 있는데요, 노화된 세포가 쌓이면 염증과 질병을 유발할 수 있는데, 이를 선택적으로 제거하는 약물 연구 중입니다. 이외에도 세포 분열할 때마다 짧아지는 텔로미어를 연장하거나 안정화시키는 기술, 장수와 관련된 FOXO, SIRT 같은 유전자 연구 등이 진행되고 있습니다. 지금 연구되고 있는 기술로 사람의 평균 수명은 100세까지는 가능성이 있습니다. 하지만 120세 이상, "영생" 수준은 아직 생물학적 한계가 크고, 뇌·신경계 노화를 완전히 막는 것은 더 어려운 과제이며 다만, “단순히 오래 사는 것”보다 건강수명(건강하게 활동할 수 있는 기간)을 연장하는 쪽으로 연구가 집중되고 있습니다. 선진국에서 90~100세까지 올라갈 가능성 높으며 지금의 122세(프랑스 잔 칼망 기록)를 넘어설 수도 있고, 개인 맞춤형 유전자 치료, 인공지능 기반 질병 예측, 인공 장기 보편화 가능성 큽니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 세포생물학 과목에서 노화세포에 대해서도 배우나요?
안녕하세요.네, 보통 학부 수준의 세포생물학(Cell Biology) 과목에서는 노화세포를 세포주기의 제한과 관련된 개념으로 다루고 있습니다. 헤이플릭 한계에 의하면 정상 체세포는 무한히 분열하지 않고 일정 횟수(약 40~60회)만 분열 후 노화 상태에 들어가게 되며, 텔로미어 단축이란 세포 분열이 반복되면서 텔로미어가 짧아지고, 결국 분열이 멈추는 현상을 말하며, 세포주기 조절 인자는 p53, p21, p16 같은 단백질이 세포 주기를 멈추게 하는 역할을 수행합니다. 즉 "세포가 무한 분열하지 못하는 이유부터 텔로미어와 세포주기 조절 단백질" 정도까지를 학부 기본 수준으로 배운다고 할 수 있으며, 심화 과정(세포노화·노화생물학 관련 전공 선택 과목)에서 노화세포가 염증성 인자, 성장인자 등을 분비해서 조직 환경에 영향을 주는 현상에 대해 배운다고 볼 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 식물성 대체육이나 실제 동물세포를 배양해 만든 배양육
안녕하세요.네, 질문해주신 "대체육"과 "배양육"은 식품 산업뿐 아니라 축산업, 환경, 사회·문화적 가치관을 바꿀 수도 있는데요, 식물성 대체육은 콩, 완두, 밀 단백질 등을 가공해 실제 고기와 비슷한 식감·맛을 구현한 것으로 전통 축산업의 일부 수요 대체했으며, 건강 및 채식주의·비건 시장 확장, 환경적 부담(메탄가스, 토지 사용, 물 소비) 감소의 결과를 만들었습니다. 배양육은 소, 닭, 돼지 등의 근육줄기세포를 배양해 실제 고기 조직으로 키운 것인데요, 진짜 고기와 동일한 성분을 가지므로, 채식주의자보다는 “동물을 죽이지 않고 고기를 먹고 싶은 소비자”에게 매력적이며 전통 축산업이 차지하고 있던 프리미엄 고기 시장을 대체할 잠재력이 크지만 다만 아직은 생산비용, 대량 생산 기술, 소비자 인식이 과제라고 할 수 있습니다. 장기적으로는 대량생산 체계가 확립되면서 지구 환경 문제 해결에 크게 기여할 수 있을 것이며 “진짜 고기”는 와인·치즈처럼 전통적·문화적 가치 상품으로만 소비될 가능성이 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 동물의 에너지원을 포도당이 아닌 글리코겐 형태로 저장하는 편이 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 질문해주신 것처럼 동물이 포도당(단당류) 대신 글리코겐(다당류)으로 에너지를 저장하는 이유는 크게 삼투압 조절과 효율적인 에너지 저장 때문인데요, 만약 세포가 에너지를 포도당 분자(단당류) 형태로 저장한다면, 같은 양의 에너지를 위해 엄청나게 많은 개수의 포도당 분자가 세포 안에 존재해야 합니다. 이렇게 세포 안에 작은 분자가 많이 존재하면, 삼투압(osmotic pressure)이 급격히 올라가서 물 분자가 세포 안으로 유입되어 세포가 붓거나 파열될 위험이 있는데요,하지만 포도당을 글리코겐이라는 거대 고분자(분자량 수백만 이상)로 연결하면, 세포 안에서 “하나의 큰 입자”처럼 행동하기 때문에 삼투압에 거의 영향을 주지 않으며, , 글리코겐 형태로 저장하면 삼투압 균형을 유지하면서도 많은 포도당을 저장할 수 있는 것입니다. 또한 글리코겐은 α-1,4 및 α-1,6 글리코시드 결합으로 가지(branch)가 많은 구조를 가지고 있는데요, 이 가지 구조 덕분에 여러 지점에서 동시에 효소가 작용해 빠르게 포도당을 잘라낼 수 있으며 급격한 에너지 요구(운동, 싸움-도망 반응 등)에 대응 가능합니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 동물이 가지고 있는 세포 외 기질이 내부 충격을 방지해 줄 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 식물은 세포벽(cell wall)이라는 단단한 구조물이 세포막 바깥쪽을 둘러싸서 기계적 지지와 보호를 해주지만, 동물 세포에는 세포벽이 없는데요, 대신 동물 조직에서는 세포 외 기질(ECM, extracellular matrix)이 중요한 방어·지지 역할을 수행합니다. ECM은 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 당단백질(proteoglycan) 등으로 이루어져 있는데요, 콜라겐은 강한 인장 강도를 제공하고, 엘라스틴은 신축성을 부여하여 늘어났다 돌아오는 탄성체처럼 작용을 하며, 그래서 외부 힘이 가해졌을 때 변형되면서 충격을 흡수하고, 세포에 직접적인 손상이 가지 않도록 합니다. ECM에 있는 프로테오글리칸(proteoglycan)과 글리코사미노글리칸(GAGs)은 강한 음전하를 띠고 있어 많은 양의 물을 끌어당기는데요, 이로 인해 ECM은 점탄성(viscoelastic) 있는 수화 겔처럼 작동하여, 압박이 들어오면 물이 흡수·분산되면서 충격을 완화하게 되는 것입니다. 또한 세포막의 인테그린(integrin) 단백질이 ECM과 연결되어 있어, 물리적 힘이 세포막 한 곳에 집중되지 않고 ECM 전체 네트워크로 퍼져나가 분산되는데요 즉, 충격이 "망처럼 연결된 구조물"을 통해 나눠져 세포 내부가 보호됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 용균성 바이러스와 용원성 바이러스 생활사의 차이는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 네 말씀해 주신 것처럼 바이러스는 크게 용균성 바이러스와 용원성 바이러스로 나뉘는데요, 이는 바이러스가 숙주 세포에 들어간 뒤 어떤 방식으로 증식하고 숙주와 상호작용하는지를 나타냅니다. 우선 용균성 바이러스 생활사 (Lytic cycle)의 대표적 예시는 T4 박테리오파지인데요 우선 흡착(Attachment)단계에서 바이러스가 숙주 세포 표면에 붙고 침투(Penetration)단계에서 바이러스의 유전자가 숙주 세포 안으로 주입되며 합성(Synthesis)단계에서 숙주의 전사·번역 시스템을 이용해 바이러스의 단백질과 유전체를 대량으로 합성하고 조립(Assembly)단계에서 새 바이러스 입자(비리온)가 조립되며, 마지막으로 용균(Lysis)단계에서 숙주 세포막을 파괴(lysis)하여 다량의 바이러스가 방출하며 숙주 세포는 즉시 사멸하는데요, 즉 바이러스가 빠르게 증식하며, 숙주를 곧바로 파괴합니다. 반면 용원성 바이러스 생활사 (Lysogenic cycle)의 대표적 예시는 람다(λ) 파지인데요, 바이러스 DNA가 숙주 세포로 들어오고 바이러스 DNA가 숙주 세포의 염색체 속에 삽입하는데 이때 바이러스 DNA를 프로파지(prophage)라고 부르며, 숙주 세포가 분열할 때마다 바이러스 DNA도 함께 복제되어 다음 세대 세포로 전달되고, 특정 자극(자외선, 화학적 스트레스 등)이 가해지면, 프로파지가 다시 활성화되어 용균성 경로로 전환하며 새 바이러스가 합성되고 숙주는 파괴됩니다. 이는 숙주와 공생적·잠복적 관계를 유지하며, 숙주를 당장 죽이지 않고 유전체 안에 숨어 있다가 필요할 때 활성화됩니다.
생물·생명
Q. 뱀은 휘파람이나 피리 소리에 특히 잘 반응하는 이유가 있나요?
안녕하세요.네 질문주신 것처럼 많은 분들이 "뱀이 피리 소리에 춤추듯 반응한다"고 생각하시지만, 사실 과학적으로는 차이가 있는데요, 우선 뱀은 포유류처럼 귓바퀴와 고막이 없어 공기 중 소리(특히 고주파)를 잘 듣지 못하는데요, 일반적으로 100–1000Hz 정도의 낮은 주파수 소리만 어느 정도 감지할 수 있습니다. 또한 뱀은 귀 대신 턱뼈와 피부를 통해 땅의 진동을 매우 잘 감지하며, 이 덕분에 땅을 기어가는 먹이나 포식자의 움직임을 효율적으로 인식합니다. 즉 사람이 내는 휘파람, 피리 같은 고주파 소리는 뱀이 실제로 잘 듣지 못하는데요, 대신 소리를 내면서 발생하는 진동(연주자의 몸 움직임, 바람, 기류, 땅 울림)에는 반응할 수 있습니다. 다시말해서 뱀이 피리 소리에 반응한다기보다는, 피리 부는 사람(사육사)의 손과 피리 움직임에 시선을 맞추고 몸을 따라 움직이는 것이며, 코브라는 위협을 느끼면 목을 펼치고 몸을 세우는데, 이 상태에서 움직이는 물체를 주시하며 고개를 흔들다 보니 마치 "음악에 춤추는 듯" 보이는 것입니다. 즉 어른들이 "휘파람 불면 뱀이 나온다"고 하는 전통적인 말은 사실 과학적 이유보다는 민속적 속설에 가까운데요, 옛날 야외 생활에서는 소리와 진동이 뱀을 자극할 수 있다는 경험적 지식에서 비롯된 것으로 보이며, 실제로는 휘파람 소리 자체보다는, 사람이 움직이거나 땅을 울리는 행동이 뱀에게 더 큰 자극이 됩니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 단백질 전기영동을 할 때 SDS를 사용하는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.네, 말씀해주신 것처럼 DNA 전기영동(아가로스 겔)과 단백질 전기영동(SDS-PAGE)은 목적이 다르고, 분자들의 성질이 달라서 사용하는 조건이 다른데요, SDS (Sodium Dodecyl Sulfate, 음이온성 계면활성제)는 단백질 시료를 처리할 때 반드시 사용하는데, 단백질은 아미노산 서열(1차 구조)뿐 아니라 α-나선, β-병풍, 그리고 3차 구조까지 다양하게 접혀 있습니다. SDS 없이 그대로 전기영동을 하면, 접힌 모양과 표면 전하 분포 때문에 이동 속도가 제각각이라서 분자량(크기) 기준으로 분리할 수 없으며, SDS가 단백질의 비공유적 결합(수소 결합, 소수성 상호작용 등)을 끊고, 단백질을 1차 구조에 가까운 길게 편 모양으로 만듭니다. 단백질은 종류마다 표면 전하(+, -)가 다르기 때문에 전기장에서 이동 방식이 일정하지 않으며, SDS는 한 아미노산 잔기당 약 1.4개의 SDS 분자가 붙어, 단백질 전체에 거의 일정한 비율의 음전하를 부여합니다. 그 결과, 단백질의 전기영동 이동은 전하 차이와 구조가 아니라 "분자량(사이즈)"에 의해서만 결정됩니다. 이렇게 구조를 풀고 균일한 음전하를 준 뒤 전기영동을 하면, 분자량이 작은 단백질일수록 겔 속에서 더 빨리 이동하게 되며, 따라서 SDS-PAGE는 분자량 기준으로 단백질을 정밀하게 분리할 수 있고, 단백질 크기를 추정할 때 표준 단백질 마커와 비교하는 데도 쓰입니다. 또한 DNA는 이미 인산기(PO₄³⁻) 때문에 균일하게 음전하를 띠고 있고, 구조적 차이가 크지 않으며, 그냥 아가로스 겔에서 크기대로 분리 가능하지만 단백질은 크기도 다양하고 접힘 구조, 전하 분포가 제각각이며, SDS 처리 없이는 분자량만 기준으로 정렬된 결과를 얻기 힘듭니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 식물 잎 끝부분이 갈색으로 변하는 이유
안녕하세요. 네, 질문주신 것과 같이 여름에 식물 잎 끝이 갈색으로 변하는 현상은 식물 관리에서 흔히 관찰되는 문제로, 여러 가지 환경적·생리적 요인이 복합적으로 작용한 결과라고 볼 수 있는데요, 우선 주요 원인으로 '수분 스트레스'가 있을 수 있습니다. 뿌리 주변 토양이 항상 축축하면 뿌리가 산소 부족으로 스트레스를 받는데요, 이로 인해 수분 흡수가 불균형해지고, 잎 끝부터 갈색으로 마르기 시작하며 반대로 공기가 매우 건조하거나 토양 수분이 부족할 때도 잎 끝부터 시들고 갈변합니다. 또한 여름철 직사광선이나 뜨거운 공기 온도 때문에 잎이 열 스트레스를 받으면, 잎 끝 세포가 손상되어 갈색으로 변할 수 있으며, 특히 화분 식물은 토양 온도가 지면보다 빨리 올라가면서 뿌리 손상까지 유발할 수 있습니다. 이외에도 물 속 용존된 미네랄(특히 질산염, 염화나트륨 등)이 토양에 많이 남으면, 잎 끝 세포가 손상되어 갈색으로 변할 수 있는데요, 이는 일반적으로 수돗물에 칼슘과 마그네슘이 많거나 비료를 너무 자주 주었을 때 나타납니다. 마지막으로 질소 과다 또는 칼륨 부족도 잎 끝 갈변을 유발할 수 있으며, 특히 여름철 성장기에는 질소 부족보다는 칼륨 부족으로 잎 끝부터 마르는 경우가 많습니다. 대처 방법으로는 흙 표면이 말랐을 때만 물 주기, 배수가 잘되는 화분 사용, 화분 받침에 고인 물 제거, 한낮 직사광선을 피하고, 밝은 그늘에서 관리, 특히 화분 식물은 뜨거운 여름철에 실내 또는 반그늘로 이동하기 등이 있을 수 있습니다. 감사합니다.
생물·생명
Q. 중앙아메리카에 사는 맥 이름에 왜 '베어드'가 붙었어요?
안녕하세요. 네, 질문 주신 베어드맥(Baird’s Tapir)의 이름에 붙은 “베어드(Baird)”의 의미와 유래에 대해 설명드려보자면, 우선 학명은 Tapirus bairdii이고 영어명은 Baird’s Tapir인데요, 멕시코 남부, 과테말라, 온두라스, 코스타리카, 파나마 등 중앙아메리카 내륙 숲과 밀림에 분포하고 있으며, 베어드맥은 중앙아메리카 최대의 포유류 중 하나로, 남쪽에 사는 아메리카맥(Tapirus terrestris)보다 덩치가 조금 크고, 코가 길며, 개체수가 더 적은 특징을 가지고 있습니다. 이름의 유래는 미국의 스펜서 풀러 베어드(Spencer Fullerton Baird, 1823~1887)에서 따왔는데요, 스펜서 베어드는 19세기 미국의 저명한 자연사학자이자 박물학자였습니다. 미국 국립박물관(현재의 스미스소니언 국립자연사박물관) 설립과 발전에 큰 공헌을 했고, 북미 및 중앙아메리카의 포유류 연구에도 참여했는데요, 1850년대~1870년대에 중앙아메리카 포유류 표본을 수집·연구하면서 베어드맥을 과학적으로 기술한 학자들에 의해 그의 이름을 붙여 학명과 영어명으로 기념하게 되었습니다. 즉, 여기서 “베어드(Baird)”는 턱수염과 관련이 있는 것이 아니라, 과학자 스펜서 베어드를 기리기 위한 명명이라고 할 수 있습니다. 감사합니다.