안녕하세요
생물·생명
Q. 옥신이 식물의 굴광성에 어떤 역할을 하며, 세포 신장과 어떻게 연관되어 있나요?
식물의 굴광성은 옥신의 불균등한 분포와 이에 따른 세포 신장의 차이로 인해 발생하는 것입니다.줄기가 한쪽에서 오는 빛(주로 청색광)에 노출되면, 옥신은 빛을 피해 빛의 반대쪽에 많이 분포하게 됩니다. 이로 인해 그늘진 쪽 세포들은 빛을 받는 쪽 세포들보다 훨씬 높은 농도의 옥신을 가지게 됩니다.옥신은 줄기 세포의 신장(길이 생장)을 강력하게 촉진하는 호르몬인데, 세포막의 양성자 펌프를 활성화하여 세포벽 주변을 산성으로 만들고, 산성 환경은 세포벽을 유연하게 만드는 효소(익스팬신 등)의 활성을 높여 세포벽을 이완시킵니다.결국 옥신 농도가 높은 그늘진 쪽 세포가 더 빨리, 더 길게 신장하면서, 줄기는 빛을 향해 휘어지게 되는 양성 굴광성이 나타나게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 사람이 우주와 같은 진공상태에 들어가면 영화와 같은 현상이 실제 일어 나는가?
사실 공상과학 영화에서 묘사되는 것처럼 몸이 풍선처럼 터져버리는 일은 실제로는 일어나지는 않습니다.실제로는 가장 큰 위험 질식사입니다. 폐 속 공기가 급격히 팽창해 강제적으로 몸 밖으로 배출되고, 15초 이내에 산소 부족으로 의식을 잃으며, 1~2분 내 질식으로 사망에 이르게 됩니다.또한 외부 압력 부족으로 체액의 끓는점이 낮아져 체온에서도 수분이 증발하며 기포가 발생하는 비등증이나, 혈액과 조직 내 기포로 인해 몸이 일시적으로 두 배 가까이 부풀어 오르는 팽창으로 인해 영화처럼 완전히 터져버리지는 않지만, 내부 장기는 심각하게 손상될 가능성이 높습니다.게다가 눈과 코, 입 등 노출된 점막 부위의 수분이 급격히 증발하면서 증발 냉각이 일어나 심각한 동상을 입고, 눈이 부풀어 오르거나 충혈될 가능성이 매우 높습니다.결론적으로 만약 10초 이내에 가압된 환경으로 돌아온다면 생존할 가능성도 있지만, 그 이상 노출되면 치명적인 결과로 이어질 가능성이 매우 높습니다.
생물·생명
Q. 생명체 구성은 반드시 유기화합물 구조로만 구성되야 하나요?
네, 말씀하신 것처럼 지구상의 생명체는 모두 탄소 기반 유기화합물로 이루어져 있지만, 탄소계 외의 생명체 구성에 대한 이론적 과학 기반이 있고, 이 분야를 대체 생화학(Alternative Biochemistry)이라 합니다.가장 유력한 후보는 규소(Silicon)입니다. 규소는 주기율표에서 탄소와 같은 14족으로, 탄소처럼 4개의 공유 결합을 형성할 수 있어 이론적으로 복잡한 분자 구조의 골격을 이룰 수 있습니다.다만 지구와 같은 환경에서 규소 결합은 탄소보다 불안정하고, 복잡한 장쇄 분자 형성이 어렵다는 한계가 있습니다. 그러나 규소 화합물은 고온에 강하기 때문에, 금성이나 목성의 위성처럼 극한 환경에서는 규소 기반 생명체가 유리할 수 있습니다.또한, 물이 아닌 다른 용매를 사용하는 생명체도 있을 수 있는데, 예를 들어 매우 추운 환경에서는 액체 메탄이나 암모니아가 생명 현상을 유지하는 용매 역할을 할 수 있습니다.이러한 가설들은 우주의 다양한 환경을 고려할 때, 생명의 기본 물질이 탄소에 국한되지 않을 수 있다는 과학적 기반이 되는 것이죠.
생물·생명
Q. 노화가 일어나는 생물학적인 메카니즘과, 랍스터가 절대 늙지 않는다는 주장과의 관계는?
노화는 단순히 하나의 과정이 아닌, 여러 생물학적 메커니즘이 복합적으로 얽혀 발생하는 현상입니다.그리고 최근 생물학에서는 이를 노화의 특징(Hallmarks of Aging)이라는 개념으로 설명하기도 합니다.노화의 주요 생물학적 메커니즘이라면 유전체 불안정성, 텔로미어 단축, 후성유전적 변화, 단백질 항상성 상실, 미토콘드리아 기능 저하, 세포 노화 등이 대표적이죠.랍스터는 텔로미어 단축을 막는 효소인 텔로머레이스(Telomerase)를 평생 상당히 높은 수준으로 활성화하여 세포 노화로 인한 사망인 자연사하지 않는다는 점에서는 상당히 독특한 생물이라 할 수 있습니다. 즉, 생물학적 노화 기전 중 핵심인 텔로미어 단축을 극복한 셈입니다.그러나 랍스터는 탈피를 통해 계속 성장해야 하는데, 몸집이 커질수록 탈피에 필요한 에너지는 점차 많아지고, 성공 확률은 낮아집니다. 알기 쉽게 비유하자면 게임에서 레벨이 오를 수록 다음 레벨로 가기 위한 자원이 많고 어려운 것과 비슷하죠. 결국 탈피 실패나 감염, 또는 다른 생물에 의한 포식으로 죽는 경우가 많기에 영원히 사는 불사 생명체라 말하기는 어렵습니다.
생물·생명
Q. 감정변화에 따라 눈물을 흘리는건 인간만의 특수한 메커니즘 같은데, 인간이 그렇게 진화한 이유는?
인간만이 감정 변화에 따라 눈물을 흘리도록 진화한 주된 이유는 사회적 소통과 유대 강화의 기능을 수행했기 때문이라 알려져 있습니다.즉, 눈물은 다른 사람에게 자신이 도움이나 지지가 필요함을 알리는 신호 역할을 하고, 눈물이 시야를 흐리게 하여 일시적으로 무방비 상태임을 보여줌으로써, 주변 사람들의 공격성을 억제하고 동정심을 유발하는 효과도 가집니다.또한, 눈물은 공감을 촉진하고 정서적 어려움을 함께 나누게 하여 집단 내 사회적 유대와 결속력을 강화하는 역할도 합니다. 결론적으로, 감정 눈물은 복잡하고 협력적인 사회생활을 해 온 인간의 생존을 위한 진화라 할 수 있는 것입니다.
생물·생명
Q. 광계 I과 광계 II가 협력하여 전자전달을 수행하는 과정에서 ATP와 NADPH는 어떻게 생성되나요?
식물의 광합성 명반응에서 ATP와 NADPH는 비순환적 광인산화를 통해 생성되며, 이 과정은 광계2와 광계1의 협력으로 틸라코이드 막에서 일어납니다.광계2가 빛을 흡수해 전자를 방출하고, 잃어버린 전자는 물의 광분해로 보충됩니다. 그리고 이 광분해로 H+이온은 틸라코이드 내부 공간인 루멘에 쌓입니다.PS2에서 나온 고에너지 전자는 전자전달계를 따라 PS1로 이동하고, 전자가 이 경로를 지날 때 방출하는 에너지는 H+이온을 스트로마에서 루멘으로 펌핑하는 데 사용되어 H+농도 기울기가 형성됩니다.그리고 루멘에 축적된 H+이온이 이 기울기를 따라 ATP 합성 효소를 통과하면서 ATP가 합성됩니다.이후 전자전달계의 전자는 PS1에 도달하여 다시 빛 에너지를 흡수하여 에너지가 높아지고, PS1에서 나온 고에너지 전자는 짧은 전달계를 거쳐 NADP+로 전달됩니다. 그리고 NADP+는 효소의 작용으로 전자를 받아 스트로마의 H+와 결합하여 NADPH로 환원되게 되죠.글로만 설명드리니 좀 어려워 보일 수도 있는데 결과적으로, ATP는 H+기울기를 이용해, NADPH는 PSI에서 재활성화된 고에너지 전자를 이용해 생성되고, 생성된 ATP와 NADPH는 광합성의 다음 단계인 암반응에서 탄수화물 합성에 필요한 에너지와 환원력을 주는 것입니다.
생물·생명
Q. 캘빈 회로에서 리브룰로스 이인산(RuBP)의 재생 과정이 중요한 이유는 무엇인가요?
결론부터 말씀드리면 리브룰로스 이인산(RuBP)의 재생 과정은 회로가 지속적으로 순환하며 포도당을 계속해서 합성하는 데 필수적이기 때문입니다.RuBP 재생은 소비된 CO2 수용체인 RuBP를 다시 생성하여 캘빈 회로가 끊임없이 순환하도록 하는데, 이 과정 없이는 CO2를 고정할 물질이 고갈되어 광합성이 중단되게 됩니다.사실 RuBP를 재생하는 과정은 ATP를 소모하지만, 이는 궁극적으로 빛에너지를 유기 화합물에 저장하는 효율적인 통로를 유지하는 데 필요한 투자라 할 수 있습니다. 실제 캘빈 회로의 중간 산물인 G3P 중 5/6은 RuBP를 재생하는 데 사용되고, 나머지 1/6정도만이 포도당과 같은 유기물을 합성하기 위해 회로 밖으로 빠져나갑니다.결과적으로 재생은 식물이 빛에너지를 이용해 지속적으로 유기 양분을 생산하고 생장할 수 있게 하는 핵심 고리라 할 수 있는 것입니다.
생물·생명
Q. 동물들은 특정기간 생식을 위해 발정기가 있는데 인간은 발정기가 있다 볼 수 있나?
인간에게는 발정기가 있다고 보기 어렵습니다.물론 이론적으로는 모든 포유류가 조상으로부터 비슷한 생식 메커니즘을 물려받았기 때문에 인간에게도 계절적 번식의 흔적이 있을 수 있지만, 현대에 와서는 뚜렷한 발정기는 없습니다.야생 동물의 발정기는 계절과 환경에 맞춰 임신 가능 시기에만 암컷이 수컷의 접근을 허용하고 또 외적 신호를 보내는 기간입니다. 이는 새끼의 생존율을 높이고 에너지 낭비와 포식자 위험을 줄이는 전략이죠.반면, 인간은 진화 과정에서 지속적인 성 활동을 선택했는데, 이는 양육 기간이 긴 새끼의 생존율을 높이는데 유리했기 때문입니다.그리고 인간의 배란 및 월경 주기는 임신을 위한 생리적 주기이긴 하지만, 동물의 발정기처럼 성 활동을 특정 시기에만 제한하거나 명확한 외적 신호를 보내지는 않습니다. 이 현상을 숨겨진 배란(Cryptic Ovulation)이라 하는데, 이는 수컷이 암컷 주변에 지속적으로 머물게 하여 앞서 말씀드린 지속적인 관계를 만드는 요인이기도 합니다.따라서 인간의 배란 주기는 동물의 발정기와 같은 기능을 하기보다는, 일 년 내내 번식이 가능하도록 한 생식 전략이라 할 수 있죠.
생물·생명
Q. 해달이 우리나라 바다에서도 발견된 적이 있나요?
결론부터 말씀드리면 우리나라에는 해달(Sea Otter)이 서식한다는 공식적인 기록이나 개체군이 발견된 적은 없습니다.우리나라 바다 근처에서 발견되는 족제비과 동물은 주로 수달(Eurasian Otter)입니다. 수달은 민물과 기수역을 오가며 살 수 있기 때문에, 때로는 바다에서도 발견되기 때문에 해달로 오인하는 경우가 많죠. 하지만 이들은 해달과는 다른 종입니다.
생물·생명
Q. 인지질 PLA2 탄소2번 위치?????
인지질은 글리세롤을 뼈대로 하는 구조가 가장 흔합니다.말씀하신 것처럼 이 글리세롤의 탄소 원자에 붙은 위치를 sn-1, sn-2, sn-3으로 구분하여 설명하는 것이 가장 일반적입니다.보퉁 글리세로인지질의 뼈대인 글리세롤은 3개의 탄소 원자를 가지고 있으며, 이 탄소에 붙은 작용기에 따라 위치가 정해집니다.sn-1 위치는 주로 포화 지방산이 에스터 결합으로 붙어 있습니다.sn-2 위치는 주로 불포화 지방산이 에스터 결합으로 붙어 있는데, 아라키돈산과 같은 긴 사슬의 불포화 지방산이 이 위치에 흔히 존재합니다.그리고 sn-3 위치는 인산기와 머리 그룹이 붙어 있어 친수성 머리 부분을 형성합니다.그리고 PLA2는 인지질을 분해하는 효소 중 하나입니다.PLA2 는 인지질 분자의 sn-2 위치에 붙어 있는 지방산을 특이적으로 가수분해하여 잘라내는데, 이 때 '잘라낸다'의 의미는 PLA2가 sn-2 위치의 지방산과 글리세롤 뼈대 사이의 에스터 결합을 가수분해하여 끊어낸다는 의미입니다.