안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
생물·생명
Q. 바이러스와 박테리아의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.바이러스와 박테리아는 미생물로, 우리 생태계와 인류에 각기 다른 영향을 미칩니다. 이들 간의 주요 차이점은 다음과 같습니다.바이러스 (Virus): 비생명적인 분자 집합으로, 생존하기 위해 호스트를 필요로 합니다. 유전 정보를 담고 있는 단백질 코팅과 유전물질 (RNA 또는 DNA)로 구성됩니다. 자체적으로는 생명체가 아니며 복제를 위해 감염된 호스트 세포 내부에서 번식합니다. 항생제로 치료할 수 없으며, 백신이나 항바이러스 약물이 필요합니다. 인플루엔자, 감기, HIV 등 다양한 질병을 일으킵니다.박테리아 (Bacteria): 자유생활 세포로, 체내 또는 외부에서 생존할 수 있습니다. 원핵생물로, 유전 정보가 자유롭게 흐르는 세포입니다. 막이 있는 박테리아 (그람 양성 및 그람 음성)로 구분됩니다. 항생제로 치료 가능하며, 일부는 유익하게 작용합니다 (식물의 질소 고정, 토양의 유기 물질 분해 등). 식중독, 폐렴, 감염성 질환 등을 일으킵니다.바이러스와 박테리아는 우리 주변에 무수히 많이 존재하며, 이들은 인간 건강에 큰 역할을 합니다. 하지만 병원체도 있으며, 이들은 인류와 생태계에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.
화학
Q. 플라스틱 오염은 해양 생태계에 어떤 영향을 미칠까요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.플라스틱 오염은 해양 생태계에 광범위한 영향을 미칩니다. 아래는 플라스틱이 해양 생태계에 미치는 주요 영향입니다.생태계 파괴: 플라스틱은 해양 생물 다양성의 필수 요소인 산호를 질식시켜 햇빛을 받지 못하고 성장을 억제할 수 있습니다. 또한 미세 플라스틱은 바닥에 사는 생물에게 건강에 영향을 미치고 전체 먹이 사슬을 파괴하면서 침전물로 쌓이게 됩니다.유해 물질 흡착: 플라스틱은 소수성 강한 잔류성 유기오염물질(Persistent Organic Pollutants, POPs)을 강하게 흡착합니다. 미세 플라스틱은 높은 표면적으로 인해 주변 해수에 있는 잔류성 유기오염물질을 100배 이상 높은 농도로 축적할 수 있습니다.생물에 대한 독성: 플라스틱 제조 과정에서 사용되는 화학물질은 분해되면서 환경에 유출됩니다. 미세 플라스틱은 자체적으로도 잠재적 독성을 가질 수 있습니다.생물 다양성 감소: 해양 생물 종의 약 90%가 플라스틱 때문에 위협받고 있습니다. 해양 플라스틱은 지금보다 3배 늘어나 해양 생태계에 상당한 위협이 될 전망입니다.미세플라스틱이 생태계에 미치는 영향을 정확하게 이해하기 위해서는 정교하게 설계된 장기간의 연구를 통해서 결론을 내려야 하는 분야이지만, 아직 연구 활동 기간이 길지 않고 체계적인 연구를 위한 과학적 기반이 충분하지 않기 때문에 미세플라스틱이 생태계에 미치는 영향에 대한 보다 많은 연구가 필요한 것으로 사료됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에는 어떤 종류의 블랙홀이 있으며 어떻게 발견되나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.우주에는 다양한 종류의 블랙홀이 있으며, 이들은 질량에 따라 분류됩니다. 아래에서 각 유형을 자세히 살펴보겠습니다.스텔라마스 블랙홀 (Stellar-mass Black Hole): 별의 질량이 충분히 크게 무너져서 형성됩니다. 수십에서 수백 태양 질량을 가지며, 주로 별의 폭발로 형성됩니다. X선 이진 천체에서 관측되며, 수백만 개의 별 중 하나에 하나씩 있을 것으로 추정됩니다.슈퍼매스 블랙홀 (Supermassive Black Hole): 은하 중심에 위치한 거대한 블랙홀입니다. 수십만에서 수십억 태양 질량을 가지며, 은하의 진화와 상호작용과 관련이 있습니다. 우리 은하계의 중심에도 슈퍼매스 블랙홀인 사지타리우스 A*가 있습니다.중간질량 블랙홀 (Intermediate-mass Black Hole): 수백에서 수만 태양 질량을 가지며, 별 진화와 은하 중심 블랙홀 형성과 관련이 있습니다. 이들은 아직 확실히 확인되지 않았으며 연구가 진행 중입니다.원시 블랙홀 (Primordial Black Hole): 우주 탄생 초기에 형성된 가상의 블랙홀입니다. 이들은 빅뱅 이후 바로 형성되었을 것으로 추정됩니다. 아직 관측되지 않았으며, 우주의 미지의 영역에 숨어 있을 수 있습니다.블랙홀은 우주의 구조와 진화를 이해하는 데 중요한 역할을 하며, 물리학과 천문학의 중요한 주제 중 하나입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구가 공전과 자전을 하는데 사물이 아무런 영향을 받지 않는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.지구가 공전과 자전을 하는 이유와 사물이 영향을 받지 않는 이유를 살펴보겠습니다.자전 (自轉): 지구는 남극과 북극을 잇는 선을 축으로 반시계 방향으로 회전합니다. 이러한 자전은 지구의 자전축 주변에서 발생하며, 하루에 한 번 회전합니다. 지구의 자전으로 인해 낮과 밤이 생기고, 별과 태양의 일주운동이 발생합니다.공전 (公轉): 지구는 태양 주변을 타원 궤도를 그리며 시계 방향으로 공전합니다. 이 공전은 지구가 태양 주변을 365.25일 동안 돌아다니는 현상입니다. 지구의 공전으로 인해 계절의 변화가 발생하며, 일년 내내 일정한 날의 길이를 경험합니다.사물이 영향을 받지 않는 이유: 지구의 자전과 공전은 중력에 의해 유지됩니다. 중력은 모든 물체 간에 작용하는 인력으로, 지구의 질량이 다른 물체를 끌어당기는 힘입니다. 사물이 영향을 받지 않는 이유는 지구의 중력이 모든 물체에 동일하게 작용하기 때문입니다.지구의 자전과 공전은 우리의 삶뿐만 아니라 지구 상의 다양한 현상에도 영향을 미치며, 우리의 생태계와 삶에 지속적인 영향을 미칩니다.
생물·생명
Q. 김치를 2년 이상 숙성하면 유산균이 살아있나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.김치를 2년 이상 숙성하면 유산균이 여전히 살아있습니다. 김치는 숙성 정도에 따라 유산균의 수가 달라지며, 7∼8일 정도 숙성된 김치에서는 g당 약 1억 마리, 1년 이상 된 묵은지에서는 약 2,000마리가 검출됩니다. 막 담근 생김치에서는 유산균이 약 1만 마리 나온다고 합니다. 따라서 1주일된 김치를 하루 100g씩 먹으면 100억 마리의 유산균을 섭취하는 셈이 됩니다. 김치는 건강에 좋은 음식이므로 적절한 양을 섭취하는 것이 좋습니다.
지구과학·천문우주
Q. 중력파의 발견은 어떻게 이루어졌나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.중력파는 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따라 예측된 현상으로, 물체들 간의 중력 상호작용으로 인해 발생하는 파동입니다. 이론적으로 중력파는 우주의 구조를 이해하고, 블랙홀, 중성자 별 등과 같은 놀라운 천체 현상을 탐구하는 데 관련성이 있습니다.중력파의 발견은 다음과 같은 과정을 거쳤습니다.아인슈타인의 예측: 1905년, 알버트 아인슈타인은 상대성이론을 발표하며 중력의 작용을 기술할 수 있는 4차원 시공간을 제시했습니다. 1906년, 아인슈타인은 중력파의 존재를 이론적으로 예측한 논문을 발표했습니다.헐스와 테일러의 관측: 1970년대, 미국의 전파 천문학자 러셀 헐스와 조세프 테일러는 중성자별과 공전하는 쌍성을 발견했습니다. 이로써 중력파의 존재가 간접적으로 입증되었습니다.레이저 감시 장치 (LIGO): 2015년 9월 14일, LIGO에서 블랙홀 합체로 인한 중력파 신호가 처음으로 탐지되었습니다. 이 발견은 아인슈타인의 이론이 실제로 현실적인 예측임을 입증한 사례로, 물리학계와 과학계에서 큰 환영과 관심을 받았습니다.중력파의 발견은 우주의 이해를 넓히는 데에 큰 도약을 가져왔으며, 이를 통해 수세기 동안 인류를 사로잡은 신비를 탐구할 수 있는 새로운 렌즈를 제공합니다. 또한 중력파는 블랙홀의 질량이나 스핀 등의 속성을 측정하고, 천체의 운동이나 진화에 대한 연구에도 큰 도움을 줍니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주의 기원과 본질은 무엇인가요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.빅뱅 이론은 현대 천문학과 물리학에서 가장 중요하고 혁명적인 이론 중 하나로 우주의 기원과 발전에 관한 체계적인 설명을 제공합니다. 이 이론은 우주가 약 137억 년 전에 매우 높은 밀도와 온도에서 작은 공간으로 시작되었으며 이후 폭발적인 확장을 거쳐 현재의 우주가 형성된 것으로 설명합니다. 빅뱅 이론을 이해하기 위해 몇 가지 주요 개념을 살펴보겠습니다.우주의 초기 상태: 약 138억 년 전, 우주는 무한히 작고 뜨거웠으며 높은 밀도를 가지고 있었습니다. 이 작은 점, 즉 싱귤래리티 (Singularity)에서 빠르고 폭발적인 확장이 일어나며 우주가 형성되었습니다. 이 초기의 확장은 빅뱅이라 불리며, 처음에는 엄청나게 뜨거웠고 밀도가 높았습니다.우주의 확장: 빅뱅 이후 우주는 계속해서 팽창하고 있습니다. 관측 결과, 멀리 떨어진 천체들이 더 멀어지는 현상인 적색편이를 보입니다. 이는 우주의 확장 속도에 비례하여 빛의 파장이 길어지기 때문입니다.우주배경복사: 빅뱅 이론에 따라 우주의 초기 열기의 흔적이 남아있을 것이라 예상됩니다.이 열기의 흔적은 우주배경복사로 관측되며, 우주의 탄생 순간을 증명하는 중요한 증거입니다. 빅뱅 이론은 현재까지도 실험적으로 검증되고 있으며, 우주의 기원과 진화에 대한 우리의 이해를 크게 높여주었습니다. 이론은 물리학과 천문학의 중심 주제 중 하나로, 우리가 살고 있는 우주의 비밀스러운 시작과 그 이후의 복잡하고 아름다운 발전 과정을 탐험하는 데에 귀중한 지식을 제공합니다.
지구과학·천문우주
Q. 다크메터와 다크에너지는 어떻게 발전했나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.다크메터와 다크에너지는 현대 물리학에서 아직까지도 미스터리로 남아 있는 부분입니다. 이들은 우주의 구조와 운동을 설명하기 위해 도입된 개념입니다. 그럼 각각에 대해 자세히 알아보겠습니다.다크메터는 우주의 약 85%를 차지하는 가상의 물질입니다. 전자기장과 상호 작용하지 않는 물질로 보이기 때문에 "암흑"이라는 이름이 붙었습니다. 전자기파를 흡수, 반사 또는 방출하지 않으므로 탐지하기 어렵습니다. 중력적 효과를 포함하는 관측들은 암흑메터의 존재를 암시합니다.다크에너지는 우주의 가속팽창을 촉진하는 에너지입니다. 우주의 확장 속도를 가속화시키는 역할을 합니다. 천체의 운동이나 우주의 구조 등을 통해 간접적으로 발견됩니다.이러한 다크메터와 다크에너지는 아직까지도 연구되고 있는 분야이며, 미래의 연구와 관측을 통해 더 많은 통찰력을 얻을 수 있을 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 1파섹을 거리(km, AU)로 환산하면 얼마나 될까요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.1 파섹은 약 206,265 천문단위(AU)로 변환됩니다. 또한, 이는 약 30 조 9,000억 킬로미터 또는 약 3.08567758 × 10^16 미터에 해당합니다. 파섹은 천문학에서 별들 사이의 거리를 측정하는 데 사용되며, 이를 통해 우주의 크기와 구조를 이해하는 데 도움이 됩니다.
생물·생명
Q. 유전자 편집 기술인 CRISPR이 어떻게 작동하며 어떤 잠재적인 응용 분야가 있나요?
안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.CRISPR-Cas9는 현대 유전공학 분야에서 혁신적인 기술로 각광받고 있습니다. 이 기술은 DNA를 수정하고 조작하는 데 사용되며, 다양한 응용 분야에서 활용됩니다.1. CRISPR-Cas9 작동 원리CRISPR의 기원: CRISPR은 박테리아의 면역 체계에서 유래되었습니다. 박테리아는 외부에서 침입하는 바이러스를 막기 위한 면역 시스템을 가지고 있습니다. 바이러스는 반복되는 특정 서열을 가지고 있고, 박테리아는 이를 이용하여 바이러스를 제거합니다.이 반복되는 특정 서열을 CRISPR이라고 합니다.Cas9 효소: Cas9은 endonuclease로서 특정 염기서열을 인식하여 DNA를 자르는 효소입니다. CRISPR-Cas9에서는 Cas9 효소가 가위의 역할을 합니다.CRISPR-Cas9 작동 원리: 박테리아의 CRISPR 영역에서 나온 gRNA가 빠르게 바이러스의 genome을 인지하고 상보적으로 결합합니다. Cas9은 gRNA에 붙고, protospacer adjacent motif (PAM)라는 3개의 염기서열이 일치하면 해당 DNA를 잘라 버립니다. CRISPR-Cas9는 박테리아의 immune system을 활용하여 우리의 실험에 적용한 것입니다.2. CRISPR-Cas9 응용 분야유전자의 knock-out (무효화): 특정 유전자를 무효화시키는 데 주로 사용됩니다. Cas9 효소와 gRNA를 세포 내에 발현시켜 특정 유전자를 무효화시킵니다.유전자의 발현 조절: CRISPRi (CRISPR inhibition)와 CRISPRa (CRISPR activation)는 dCas9 (Dead Cas9)을 이용한 방법입니다. CRISPRi는 유전자 발현을 억제하고, CRISPRa는 유전자 발현을 촉진합니다.질병 치료: 유전자 편집을 통해 유전적 질환 치료에 활용됩니다. 변이를 바로잡아 유전적으로 뿌리박힌 질병을 치료할 수 있는 희망을 제공합니다.농업 분야: 작물 개발을 혁신적으로 변화시키며, 식량 부족에 맞서는 데 필수적인 향상을 가능하게 합니다.CRISPR-Cas9은 유전자 기능 해석과 치료, 농업, 생명 과학 연구 등 다양한 분야에서 혁신적인 역할을 하고 있습니다.