안녕하세요
Q. 초음파로 대화 하는 고래와 박쥐는 서로 대화가 가능 할까요?
결론부터 말씀드리면 불가능합니다.무엇보다 고래와 박쥐가 사용하는 초음파의 주파수 범위는 다릅니다.박쥐는 주로 20kHz에서 200kHz 이상의 고주파 초음파를 사용하여 주변 물체를 탐지하고 사냥합니다. 반면 고래, 특히 이빨고래류는 수십 kHz에서 수백 kHz에 이르는 다양한 주파수의 초음파를 사용하지만, 박쥐와는 그 주파수 대역이 겹치더라도 소리의 특성과 사용 목적이 다르기 때문에 소통이 불가능합니다.또한 박쥐는 후두에서 초음파를 생성하고 입이나 코를 통해 방출하며, 귀로 반사된 초음파를 수신합니다. 고래는 음파를 생성하는 멜론 기관이라는 특수 기관을 가지고 있으며, 아래턱뼈를 통해 음파를 수신합니다. 소리를 만들고 듣는 방식 자체가 다르기 때문에 서로의 소리를 제대로 인지하기 어렵습니다.결국 서식환경의 차이나 의사소통 체계까지 생각하지 않더라도 물리적인 부분에서 소통이 불가능한 것이죠.
Q. 고생대시기에 살았던 어류중에서 폐로 숨쉬던 어류는 무엇이며 향후 어떻게 진화를 해왔을까요?
고생대 시기, 특히 약 4억 1천만 년 전 ~ 3억 5천만 년 전 데본기에 폐로 숨을 쉬던 어류는 바로 폐어입니다.폐어는 현재에도 호주, 남아메리카, 아프리카 등지에 6종이 남아있어 '살아있는 화석'으로 불리며, 아가미와 함께 폐를 가지고 있어 물속과 물 밖 모두에서 호흡할 수 있습니다.폐어는 건기가 되어 물이 마르는 환경에 적응하기 위해 아가미 외에 공기 호흡을 할 수 있는 폐를 발달시켰습니다. 폐어의 폐는 다른 어류의 부레가 진화한 형태로, 물속에서 물고기의 부력을 조절하는 역할 외에 직접 산소를 흡수하는 호흡기관으로 기능하게 되었죠.폐어의 진화는 크게 두 가지 방향으로 나누어 볼 수 있습니다.첫번째는 현존하는 폐어류의 진화로 앞서 말씀드린 오늘날 아프리카, 남아메리카, 호주에 서식하는 폐어들은 고생대 폐어의 후손으로, 건조한 환경에 적응하여 하천 바닥을 파고 들어가 점액질로 몸을 감싸고 여름잠을 자는 등의 독특한 생존 전략을 발전시켰습니다.두번째는 사지동물로의 진화입니다. 고생대 데본기 말에는 폐어와 유사한 육기어류 중에서 양서류의 조상이 출현했습니다. 이들은 폐어처럼 공기 호흡이 가능했으며, 튼튼한 지느러미를 이용해 물 밖으로 나와 이동할 수 있었습니다. 이들이 바로 최초의 육상 척추동물이었으며, 이들의 후손이 점차 육상 환경에 더욱 적응하여 양서류, 파충류, 조류, 포유류 등 다양한 사지동물로 진화하게 된 것입니다.
Q. 고생대와 중생대를 나누는 기준이 무엇이며 각각의 기후나 환경이 어떻게 달랐나요?
고생대와 중생대를 나누는 가장 큰 기준은 바로 대규모 생물 대멸종입니다.좀 더 자세히 말씀드리면 약 5억 4100만 년 전 ~ 2억 5200만 년 전의 고생대와 약 2억 5200만 년 전 ~ 6600만 년 전의 중생대를 나누는 경계는 지구 역사상 가장 큰 대멸종으로 알려진 페름기-트라이아스기 대멸종입니다. 이 대멸종으로 인해 지구상의 해양 생물 종의 약 90% 이상, 육상 척추동물 속의 약 70%가 사라졌습니다. 이 엄청난 생물학적 변화가 두 시대를 구분 짓는 결정적인 기준이 되는 것입니다.그리고 고생대 초기인 캄브리아기~오르도비스기는 전반적으로 온난하고 습윤한 기후가 지배적이었습니다. 대륙 주변에는 따뜻하고 얕은 바다가 형성되어 다양한 생물이 번성했습니다. 중기인 실루리아기~데본기에는 대륙들이 서서히 합쳐지기 시작하면서 초대륙 판게아의 형성이 시작되었습니다. 기후는 대체로 온난했으며, 육상 식물이 크게 발전하고 어류가 번성하기 시작했습니다. 후기의 석탄기에는 유럽과 북아메리카 대륙에서는 열대 및 아열대성의 습윤한 기후가 우세하여 거대한 식물들이 자라 넓은 늪지대가 형성되었습니다. 이 식물들이 훗날 석탄이 됩니다. 하지만 남반구의 곤드와나 대륙에서는 빙하가 발달하는 한랭한 기후도 나타났습니다. 페름기에는 판게아가 거의 완성되면서 대륙 내부에는 건조한 기후가 지배적이었습니다. 대멸종 직전에는 매우 건조하고 불안정한 기후가 나타났습니다.반면 중생대는 고생대나 신생대에 비해 전체적으로 훨씬 온난한 기후를 보였습니다. 극지방에도 얼음이 거의 없어 빙하가 존재하지 않았으며, 적도와 극지방의 온도 차이도 지금보다 작았습니다.물론 초기 트라이아스기에는 초대륙 판게아가 존재했던 시기로, 건조하고 온난한 기후가 특징이었습니다. 사막이 넓게 발달했습니다. 하지만, 중기인 쥐라기 때는 판게아가 남북으로 분리되기 시작하면서 대서양이 형성되기 시작했습니다. 전반적으로 온난하고 습윤한 기후가 이어졌으며, 다양한 공룡들이 번성했습니다. 그리고 후기인 백악기에는 대륙 분리가 더욱 활발해지고 해수면이 상승하면서 전 세계적으로 따뜻한 바다가 넓게 분포했습니다. 백악기 초중반까지는 온난하고 습윤한 기후가 지속되다가, 말기에는 점차 한랭해지는 경향을 보이며 계절성 변화가 나타나기 시작했고 중생대 말에 발생한 운석 충돌 등의 사건으로 인해 대규모 대멸종이 발생하며 신생대로 전환되게 됩니다.
Q. 지금 시점이 신생대인 배경과 정확히 무엇을 기준으로 신생대라고 하나요?
현재 신생대는 약 6,600만 년 전 백악기 말 대멸종 이후부터 현재까지 이어지는 지질시대를 말합니다.신생대의 가장 큰 특징이라면 생물군 중 포유류가 크게 번성했다는 것입니다. 중생대 말 대멸종으로 공룡이 사라지면서 비어있는 생태학적 지위를 포유류가 차지하게 되는데, 초기에는 작고 단순한 포유류들이었지만, 빠른 속도로 진화하여 육상, 해상, 공중으로 퍼져나가 다양하게 번성했습니다.그리고 조류와 속씨식물의 발전이 크게 일어났으며, 지각적으로는 신생대 동안 대륙들은 현재와 유사한 형태로 이동하고 자리 잡았습니다.그리고 지질 시대를 분류하는 주요 기준은 화석의 산출 상태, 즉 생물의 급격한 변화와 지각 변동, 즉 대륙 이동 및 조산 운동을 기준으로 분류하게 됩니다.
Q. 만약 사람이 음속 이상의 속도로 달릴 수 있다면 뇌의 사고력은 음속 이상의 속도를 감당할 수 있나요?
결론부터 말씀드리면 뇌의 사고력은 음속의 속도를 감당하기 어렵습니다.우리의 뇌는 시각, 청각, 촉각 등 오감을 통해 정보를 받아들이고 처리하는 데 일정 시간이 필요합니다. 아무리 짧은 시간이라도 이 과정은 무시할 수 없기에 음속 이상의 속도로 움직인다면 분명 문제가 생깁니다.예를 들어 눈앞의 풍경이 너무나 빠르게 스쳐 지나가 뇌가 제대로 된 이미지를 형성하기 어려워 집니다. 마치 매우 빠르게 필름을 넘기는 것처럼 모든 것이 흐릿하고 왜곡되어 보일 수 있는 것입니다. 또한 위험한 상황에 직면했을 때 뇌가 이를 인지하고 신체에 회피 명령을 내리는 데 필요한 시간보다 이미 그 위험을 지나쳐버릴 가능성이 큽니다. 다시 말해 눈앞에 장애물이 나타나도 뇌가 피하라는 명령을 내리기도 전에 이미 충돌하게 됩니다.또한 뇌가 아무리 빠르게 명령을 내린다고 해도, 근육과 신경이 그 명령을 수행하는 데 걸리는 물리적인 시간이 존재합니다. 음속의 속도라면, 뇌가 명령을 내린 시점과 신체가 실제로 반응하는 시점 사이에 이미 엄청난 차이가 발생하게 되고 이는 실질적인 제어 불능 상태를 초래할 수 있습니다.게다가 음속 이상의 속도로 움직이면 뇌로 들어오는 정보의 양이 엄청나게 많아지게 됩니다. 주변 환경의 변화, 공기의 저항, 미세한 진동 등 모든 것이 엄청난 속도로 뇌에 입력될 텐데, 뇌는 이 모든 정보를 동시에 처리하고 의미 있는 판단을 내리기가 불가능합니다. 즉, 뇌는 과부하 상태에 빠져 아무런 정보도 제대로 처리하지 못하게 될 가능성이 높습니다.