안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 생분해성 플라스틱 분해 관련해서 고등학생이 할만한 좋은 탐구가 있을까요?
안녕하세요. 생분해성 플라스틱 분해와 관련해서 고등학생이 수행하기에 좋은 탐구 주제는 실제 생활과 연관성이 높고, 실험 설계가 가능하며, 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 요소를 포함하는 것이 좋습니다. 특히 미생물을 이용한 공기 정화 기술에 관심을 가졌던 경험을 바탕으로, “미생물을 이용한 생분해성 플라스틱 분해 능력 비교” 같은 주제로 확장해 나가면 유익하고 차별화된 탐구가 될 수 있습니다. 예를 들어, 토양 속 혹은 음식물 쓰레기 퇴비에서 얻은 미생물을 배양해 생분해성 플라스틱(PBAT, PLA, PHA 등)을 넣고 일정 기간 동안 무게 감소, 표면 변화, pH 변화, 가스 생성 여부 등을 관찰하는 방식의 실험이 가능합니다. 또한, 서로 다른 환경 조건(예: 온도, 습도, 산성/염기성 조건, 혐기성 vs 호기성 등)을 설정해 미생물의 분해 속도나 효율을 비교해 보는 것도 좋은 확장 방향입니다. 다른 아이디어로는 천연 소재로 만든 생분해성 플라스틱(예: 전분 기반 필름)을 직접 제작해보고, 그것이 상업적으로 이용되는 PLA 필름과 비교해 분해 속도나 환경 적응성을 실험해보는 방식도 가능합니다. 또는 광분해(빛에 의한 분해)와 생분해를 비교하는 실험도 흥미로운 주제가 될 수 있습니다.중요한 것은 실험이 끝난 후 단순히 "잘 분해되었다"는 결과에서 그치지 않고, “어떤 조건이 친환경적이고 실용적인지”, “실제 생활에 적용할 수 있는 가능성은 어떤지” 등으로 사고를 확장하는 것입니다. 이를 통해 단순 반복적인 주제에서 벗어나 자신만의 탐구 질문을 중심으로 주제를 풀어나갈 수 있습니다.
Q. 거미는 어떻게 거미줄을 만드는 건가요?
안녕하세요.거미는 몸속에서 특별한 방식으로 거미줄을 만들어냅니다. 거미줄은 거미의 배 끝부분에 있는 ‘실샘(spinneret)’이라는 기관에서 만들어지는데, 이곳에서는 단백질 성분의 액체가 분비됩니다. 이 액체는 공기와 접촉하면 굳어지면서 실처럼 변하는 특징이 있습니다. 즉, 거미줄은 액체 상태로 몸속에서 만들어져 밖으로 나오면서 단단한 실이 되는 것입니다. 이때 거미줄의 주성분은 단백질이며, 특히 "실크 피브로인"이 대표적입니다. 이 단백질은 물과 친화력이 있는 영역과 그렇지 않은 영역이 교차하며 가교를 이루어 강하고 신축성 있는 구조를 형성합니다. 거미줄은 거미의 실샘에서 나오는 단백질 용액이 실관을 통과하며 고체화되어 만들어집니다. 실샘은 종류에 따라 다양한 실을 만들어낼 수 있습니다. 예를 들어, 끈끈한 실, 집을 지을 때 쓰는 구조용 실, 또는 알을 감싸는 실 등이 따로 존재합니다. 거미는 이 실들을 상황에 따라 조절해 사용하며, 다리 끝에 있는 발톱과 감각기관을 이용해 정교하게 거미줄을 짜는 동작을 합니다. 거미줄은 단순히 집을 짓는 데만 쓰이지 않고, 먹이를 잡기 위한 덫, 자신을 보호하기 위한 피난처, 이동할 때 쓰는 로프로도 활용됩니다. 특히 어린 거미는 바람을 타고 멀리 날아가기 위해 가늘고 긴 실을 뽑아 하늘로 띄우기도 하는데, 이를 ‘풍승(ballooning)’이라고 합니다. 이처럼 거미는 놀라운 생물학적 기술을 활용해 다양한 용도로 거미줄을 만들어내며, 자연계에서 매우 독창적인 방식으로 살아가는 동물이라고 할 수 있겠습니다.
Q. 인간의 유전자의 한쪽 부분과 다른 동물들의 한쪽 부분이 같은 경우도 있나요?
안녕하세요.네, 인간의 유전자의 일부는 다른 동물들과 같거나 매우 유사한 부분이 존재합니다. 이는 생명체가 공통 조상으로부터 진화했기 때문입니다. 유전자는 생물의 형질을 결정짓는 DNA의 염기서열로 구성되어 있는데, 생명체가 공통된 기초 생물학적 메커니즘을 사용하기 때문에 기본적인 유전자 정보가 서로 공유되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 인간과 침팬지는 약 98~99%의 유전자 염기서열이 유사합니다. 하지만 인간과는 훨씬 멀리 떨어진 생쥐, 개구리, 초파리, 심지어 효모와도 일부 유전자는 동일하거나 비슷한 기능을 수행하는 구조를 가지고 있습니다. 이런 유전자는 보통 보존 유전자(conserved genes) 라고 불리며, 생명 유지에 필수적인 역할을 하기에 오랜 진화 과정을 거치면서도 크게 변하지 않았습니다. 예를 들어, 세포 분열, DNA 복제, 단백질 합성, 에너지 생산 등에 관련된 유전자는 다양한 생물들 사이에서 거의 동일한 구조로 존재합니다. 이런 유사성 덕분에 과학자들은 동물 실험 모델(예: 생쥐)을 통해 인간 질병 연구나 신약 개발을 할 수 있는 것입니다. 결론적으로, 인간 유전자의 한쪽 부분이 다른 동물의 유전자와 같거나 유사한 경우는 매우 흔하며, 이는 모든 생명이 서로 연결되어 있다는 중요한 생물학적 증거이기도 합니다.
Q. 호르몬의 불균형이 생기는 주요 원인이 뭔가요??
안녕하세요. 호르몬 불균형은 몸속에서 호르몬의 양이 너무 많거나 적어져서 생기는 상태로, 다양한 원인이 있을 수 있지만 가장 주요한 원인은 스트레스, 수면 부족, 잘못된 식습관, 그리고 특정 내분비 기관의 이상(예: 갑상선, 부신, 뇌하수체 등)입니다.가장 흔한 원인 중 하나는 만성적인 스트레스입니다. 스트레스가 지속되면 부신에서 코르티솔이라는 스트레스 호르몬이 과다하게 분비되고, 이것이 전체적인 호르몬 균형을 무너뜨릴 수 있습니다. 또한 수면 부족도 멜라토닌, 성장호르몬, 인슐린 등 여러 호르몬의 분비 리듬을 깨뜨려 불균형을 초래할 수 있습니다. 그 외에도 지속적인 인스턴트 음식 섭취, 과도한 다이어트, 비만, 운동 부족, 특정 약물 복용, 그리고 폐경기, 사춘기, 임신 같은 생리적 변화도 주요 원인으로 작용할 수 있습니다. 특히 내분비 기관의 기능 이상은 좀 더 심각한 원인입니다. 예를 들어 갑상선 기능 저하증이나 다낭성 난소 증후군(PCOS)은 호르몬 불균형을 일으키는 대표적인 질환입니다. 가장 조심해야 할 것은 일상 속에서 놓치기 쉬운 스트레스 관리와 수면, 균형 잡힌 식습관인데요, 작은 습관이 장기적으로 큰 영향을 미치기 때문에, 규칙적인 생활, 충분한 휴식, 건강한 식사와 운동은 호르몬 균형 유지에 있어 핵심적인 요소라고 할 수 있습니다.
Q. 단풍나무관련 궁금해서 질문 올립니다.
안녕하세요. 네, 말씀하신 것처럼 단풍나무는 일반적으로 가을철에 잎이 붉게 물드는 것으로 알려져 있지만, 일부 단풍나무 종은 봄이나 초여름에도 붉은색 잎을 유지하거나 붉게 변하는 특징을 가질 수 있습니다. 특히 ‘홍단풍’이나 ‘일본단풍’처럼 붉은 잎을 지닌 품종은 신엽(새로 나온 잎)이 처음부터 붉거나 자주색을 띠다가 시간이 지나면서 녹색으로 바뀌는 경우가 많습니다. 또한, 기온 차, 특히 큰 일교차도 잎 색 변화에 영향을 줄 수 있습니다. 일교차가 클 경우 식물의 색소 중 안토시아닌이라는 붉은색 색소가 많이 생성되어, 잎이 일시적으로 붉게 보일 수 있습니다. 이 외에도 수분 부족, 토양 상태, 햇빛 강도 등 환경적인 스트레스가 원인이 되어 붉은색으로 변색되는 경우도 있습니다. 따라서 봄~초여름에 단풍잎이 빨갛게 보이는 것이 꼭 이상 현상은 아니며, 품종 고유의 특성일 수도 있고, 일시적인 기후 조건의 영향일 수도 있습니다. 지속적으로 잎이 말라가거나 떨어진다면 수분 부족이나 병해를 의심해볼 수 있지만, 단순히 붉은 잎은 건강한 반응일 수도 있으니 너무 걱정하지 않으셔도 됩니다.