국어로 설명 가능한 과학, 생물학이 사랑받는 이유

Question

안녕하세요 독서칼럼에 진심인 타르코프스키입니다. 생물학/생명과학은 왜 출제자들에게 큰 사랑을 받을까요? 한 마디로 말하자면, 수학 없이도 국어로 충분히 설명 가능한 과학이기 때문이 아닐까 싶습니다. 한 번 읽는 것 마느로 머리속에 지식을 넣을 수는 없습니다. 하지만 간접적으로라도 읽어본 사람과 안 읽어본 사람의 점수는 다를 수밖에 없습니다. 긴 말 필요 없습니다. 핸드폰 켠 김에, 아래 생물학 지문을 읽어보세요.이 글을 완독하면 적어도 12개의 개념어를 얻어갈 수 있습니다. 창발적 특성, 생물지구화학적 순환, 유전자 발현 제어 영양 단계의 연쇄 반응(trophic cascades), 생물다양성 핫스팟(biodiversity hotspots), 환경 불의(environmental injustices) 클라인(cline), 유전적 다양성(genetic diversity), 대립유전자(allele) 피지(sebum), 식세포작용(phagocytosis), 자연살해세포(natural killer cell) (좋아요 누르고 시험운 받아가세요!)(연습문제 1)출처: https://thecrashcourse.com/topic/biology/ 참조 및 재구성. 생물학적 조직화(biological organization)의 수준과 생명의 핵심 주제들은 지구상의 생명체들이 보여주는 놀라운 다양성 속에서도 공통된 근본 질서를 드러낸다. 이 질서는 세포 내 분자(molecules)에서부터 모든 생태계를 포함하는 생물권(biosphere)에 이르기까지 다양한 수준에서 관찰된다. 생명의 기본 단위인 세포(cells)는 조직(tissues)을 형성하고, 이는 다시 특정 기능을 수행하는 기관(organs)을 구성한다. 기관들의 협력으로 이루어진 기관계(organ systems)는 개별 구성요소에는 없는 창발적 특성(emergent properties)을 나타내는데, 이는 복잡한 상호작용의 결과로 나타나는 새로운 속성을 의미한다. 예를 들어, 의식(consciousness)은 뇌의 신경망(neural networks) 상호작용에서 비롯되는 창발적 특성이다. 개체를 넘어서면, 같은 종의 구성원들이 개체군(populations)을 이루고, 이들은 생물 군집(biological communities) 내에서 다른 개체군들과 상호작용한다. 이러한 군집들은 물리적 환경과 함께 생태계(ecosystems)를 구성하며, 모든 생태계의 총체가 생물권을 형성한다. 이 계층적 구조 속에서 세 가지 생명의 중심 주제가 두드러진다: 형태와 기능의 적합성 원리, 조절의 필요성, 그리고 정보·에너지·화학물질 흐름에 대한 의존성이다. 형태와 기능의 적합성은 고래의 수염판(baleen)이 크릴(krill)을 걸러내고, 하이에나의 강력한 이빨이 뼈가 풍부한 식단에 적합한 것에서 예시된다. 조절은 항상성(homeostasis) 유지를 위한 메커니즘으로, 동물의 체온조절(thermoregulation)이 대표적이다. 생명은 또한 DNA를 통한 유전정보의 흐름, 생태계로 유입되는 태양에너지와 방출되는 열에너지의 흐름, 그리고 생물지구화학적 순환(biogeochemical cycles)을 통한 화학물질의 순환에 의존한다. 생물지구화학적 순환은 탄소와 질소 같은 필수 영양소를 생물권 전체에서 재활용하여 생명의 지속가능성을 보장한다. 에너지는 생물권을 일방향으로 흐르지만, 지구는 화학물질에 대해서는 폐쇄계(closed system)로 작용하여 모든 생명체의 상호연결성을 강조한다. 형태와 기능의 적합성은 DNA의 나선 구조가 유전정보 저장과 복제를 용이하게 하는 미시적 수준에서도 관찰된다. 유전적 수준의 조절은 유전자 발현 제어(gene __EXPRESSION__ control)를 포함하여 필요 시에만 유전자가 활성화되도록 한다. 각 수준의 창발적 특성은 구성요소들의 상호의존성에서 비롯되어 유기체 내 기관계의 조화로운 기능과 같은 새로운 능력을 낳는다. 정보의 흐름은 단백질이 생물학적 기능에 필수적인 신호를 전달하는 세포 간 통신(cellular communication)과 같은 과정에서 중요하다. 이러한 반복되는 주제들은 생물의 통일성과 다양성을 설명할 뿐만 아니라 생명의 복잡성 유지에 있어 각 조직 수준의 중요성을 부각시킨다. 생물학적 조직화의 수준과 이러한 주제들을 이해함으로써 지구상의 생명을 지속시키는 메커니즘에 대한 깊은 통찰을 얻을 수 있다. 궁극적으로, 생물학적 시스템의 복잡한 계층 구조는 생명이 무수한 상호작용과 의존성으로 짜인 정교한 태피스트리임을 보여준다. <틀린 선택지>- 생물지구화학적 순환은 주로 생태계 내에서 화학물질의 단방향 흐름을 통해 이루어진다.- 기관계의 창발적 특성은 단순한 기관들의 합으로만 설명될 수 있다.- 모든 생태계는 닫힌 시스템으로 작용하여 에너지 흐름에 영향을 받지 않는다.- 조절의 필요성은 항상성 유지에만 국한되지 않고, 생물의 성장 과정에도 직접적인 관련이 없다.- 정보의 흐름은 주로 화학물질의 순환에 의존하며, 단백질은 큰 역할을 하지 않는다.<힌트>- 생물지구화학적 순환은 화학물질의 재활용을 통해 생명의 지속가능성을 보장하며, 단방향 흐름이 아님.- 기관계의 창발적 특성은 단순한 합을 넘어 새로운 속성의 발생을 포함함.- 모든 생태계는 에너지의 흐름에 의존하며, 폐쇄 시스템이 아님.- 조절의 필요성은 항상성 유지뿐만 아니라 생물의 다양한 생리적 과정에도 연관됨.- 정보의 흐름은 단백질이 신호 전달에서 중요한 역할을 하므로, 큰 역할을 함. <틀린 선택지>- 생물학적 조직화의 수준은 분자에서 시작하여 생물권에서 끝나며, 각 수준은 독립적으로 기능하여 창발적 특성을 나타내지 않는다.- 의식은 뇌의 특정 부위에서 직접적으로 발생하는 현상으로, 신경망 간의 상호작용과는 무관하게 독립적으로 형성된다.- 형태와 기능의 적합성 원리는 거시적 수준에서만 적용되며, DNA의 구조와 같은 미시적 수준에서는 관찰되지 않는다.- 생물지구화학적 순환은 지구가 화학물질에 대해 개방계로 작용하기 때문에 가능하며, 이는 생명체 간의 독립성을 강조한다.- 유전자 발현 제어는 모든 유전자가 항상 활성화되어 있어야 한다는 원칙에 따라 작동하며, 이는 조직화된 생물학적 시스템의 효율성을 증대시킨다.<힌트>- 지문에 따르면 각 수준은 상호 연결되어 있으며, 창발적 특성은 복잡한 상호작용의 결과로 나타난다.- 의식은 뇌의 신경망 상호작용에서 비롯되는 창발적 특성으로 설명된다.- 형태와 기능의 적합성은 DNA의 나선 구조가 유전정보 저장과 복제를 용이하게 하는 미시적 수준에서도 관찰된다.- 지구는 화학물질에 대해 폐쇄계로 작용하며, 이는 모든 생명체의 상호연결성을 강조한다.- 유전자 발현 제어는 필요 시에만 유전자가 활성화되도록 하는 것으로 설명된다. <틀린 선택지>- 생물학적 조직화 수준에서 창발적 특성은 오직 다세포 생물에서만 나타나는 특징으로, 단세포 생물은 이러한 특성을 보이지 않는다.- 생태계는 생물 군집과 물리적 환경의 상호작용을 통해 형성되지만, 생물권은 이러한 상호작용과는 무관하게 독립적으로 존재한다.- 정보의 흐름은 주로 DNA 복제와 단백질 합성과정에 국한되며, 세포 간 통신에는 큰 영향을 미치지 않는다.- 유전자 발현 조절은 모든 유전자가 항상 활성화되어 불필요한 에너지 소모를 유발하는 것을 방지하기 위한 메커니즘이다.- 탄소와 질소와 같은 필수 영양소들은 생물지구화학적 순환을 통해서만 생물권에 공급되며, 다른 경로를 통한 공급은 불가능하다.<힌트>- 창발적 특성은 단세포 생물의 군집에서도 나타날 수 있다. 예를 들어, 박테리아는 개별적으로는 복잡한 행동을 보이지 못하지만, 군집을 이루면서 의사소통하고 협력하여 생물막(biofilm)과 같은 구조를 형성한다. 이는 단세포 생물에서도 구성요소의 상호작용을 통해 새로운 속성이 나타날 수 있음을 보여준다.- 생물권은 모든 생태계의 총합으로, 생태계는 생물 군집과 물리적 환경의 상호작용으로 형성된다. 즉, 생물권은 생태계를 구성하는 상호작용을 포괄하는 상위 개념이다.- 세포 간 통신은 정보의 흐름이 세포 수준을 넘어 조직과 기관 수준에서 조절 작용을 가능하게 하는 중요한 메커니즘이다. 예를 들어, 신경세포는 신경전달물질을 통해 다른 신경세포, 근육세포, 또는 샘세포와 소통하여 신체 기능을 조절한다.- 유전자 발현 조절은 모든 유전자가 항상 활성화되는 것이 아니라, 필요한 시간과 장소에서 특정 유전자만 활성화되어 세포 특이성과 환경 적응성을 가능하게 한다.- 생물지구화학적 순환은 생물권 내에서 탄소와 질소와 같은 필수 영양소의 재활용을 가능하게 하지만, 이는 주요 공급원을 나타내는 것이 아니다. 예를 들어, 질소는 질소고정 박테리아에 의해 대기 중의 질소 기체로부터 고정되어 생물권에 유입될 수 있다. <이 글에서 얻어갈 개념 3가지>- "창발적 특성"은 복잡한 시스템에서 구성요소들의 상호작용으로 인해 나타나는 새로운 속성으로, 예를 들어 의식은 뇌의 신경망 상호작용에서 비롯되는 창발적 특성이다.- "생물지구화학적 순환"은 탄소나 질소와 같은 필수 영양소가 생물권 전체에서 재활용되는 과정으로, 이를 통해 생명의 지속가능성이 보장되며 지구 생태계의 균형이 유지된다.- "유전자 발현 제어"는 필요한 시기에만 특정 유전자가 활성화되도록 조절하는 메커니즘으로, 이를 통해 세포는 환경 변화에 적응하고 효율적으로 자원을 사용할 수 있다. (연습문제 2) 지구의 생태계는 역사적으로 대규모 멸종 사건인 '대멸종(mass extinctions)'을 다섯 차례 겪었는데, 이는 주로 소행성 충돌이나 대규모 화산 폭발과 같은 격변적 현상에 의해 촉발되어 지구상 종의 75% 이상이 소멸되는 사건을 일컫는다. 현재 많은 과학자들은 인류가 여섯 번째 대멸종을 야기하고 있다고 주장하며, 이는 종들이 자연적 배경 멸종 속도보다 약 1,000배 빠르게 사라지고 있다는 사실에 근거한다. 이러한 전례 없는 감소는 서식지 파괴와 단편화, 외래 침입종(invasive species)의 유입, 환경오염(pollution), 기후변화(climate change), 그리고 천연자원의 과도한 착취 등 인위적 요인(anthropogenic factors)에 기인한다. '생물다양성(biodiversity)'은 생명의 다양한 형태와 수준을 포괄하는 개념으로, 종 다양성, 생태계 다양성, 그리고 종 내의 유전적 다양성을 아우른다. 종 내의 유전적 다양성은 환경 변화와 위협에 대한 저항성을 높여 적응성과 생존에 필수적인 요소이다. 생물다양성의 손실은 종간 상호작용과 영양 순환 및 에너지 흐름과 같은 중요한 생태학적 과정을 교란시켜 생태계를 불안정하게 만든다. 더욱이 환경 파괴는 역사적이고 구조적인 불평등으로 인해 소외된 공동체가 불균형적으로 생태적 피해를 입는 환경 불의(environmental injustices)로 이어지기도 한다. 예를 들어, 오염 물질과 독소에 노출된 인구는 심각한 건강 문제를 겪을 수 있다. '보전생물학(conservation biology)'은 지구상의 생물다양성을 보전하기 위해 위협을 이해하고 완화하는 데 전념하는 과학 분야이다. '복원생태학(restoration ecology)'은 보전생물학의 한 분야로, 훼손된 서식지를 이전의 생태학적 상태로 복원하는 데 초점을 맞추고 있다. 그 예로 케냐에서 왕가리 마타이(Wangari Maathai) 박사의 '그린벨트 운동(Green Belt Movement)'은 생태계 복원과 지역 사회의 생계 개선을 위해 재조림 노력을 수행하였다. 보전 전략에는 또한 단편화된 서식지를 재연결하는 야생 동물 통로의 구축, 고유종이 풍부한 생물다양성 핫스팟(biodiversity hotspots)의 보호, 그리고 종을 야생에 재도입하기 위한 사육 번식 프로그램의 실행이 포함된다. 옐로스톤 국립공원(Yellowstone National Park)에서의 늑대 재도입은 보전 활동으로 인한 복잡한 생태학적 영향을 보여주는데, 핵심 포식자의 복귀가 생태계 전체에 영향을 미치는 영양 단계의 연쇄 반응(trophic cascades)을 촉발할 수 있기 때문이다. 궁극적으로 보전 노력은 생물다양성의 본질적 가치와 생태계 서비스 및 인류에 대한 잠재적 이익이라는 도구적 가치를 모두 인정한다. 종의 손실은 연쇄적인 영향을 미칠 수 있으며, 하나의 생물체 제거만으로도 전체 생태계가 불안정해질 수 있다. 인류가 생물다양성 손실에 상당히 기여해왔지만, 이를 완화하거나 역전시킬 수 있는 독특한 능력도 지니고 있다. 생물다양성 손실을 해결하는 것은 복잡하지만 반드시 수행해야 할 과제로, 과학적 이해와 사회정치적 행동이 통합된 다각적인 접근이 필요하다. 종 내의 유전적 다양성을 강화함으로써 개체군은 환경적 도전에 대한 적응력을 높여 생존 가능성을 증대시킨다. 나아가 보전 노력은 인간의 생계 향상과 환경 정의의 증진을 동시에 달성할 수 있다. 따라서 포괄적인 보전 전략은 지구 생태계의 섬세한 균형을 유지하고 지속적인 생명의 다양성을 보장하는 데 필수적이다. <틀린 선택지>- 인류의 여섯 번째 대멸종은 주로 자연적인 요인들에 의해 발생하고 있으며, 이는 과학자들이 주장한 것과 동일한 속도를 보이고 있다.- 생물다양성의 손실은 종 내의 유전적 다양성만 감소시키며, 생태계의 다양성에는 영향을 미치지 않는다.- 보전생물학은 주로 천연자원의 과도한 착취를 증대시키는 방법에 집중하고 있으며, 이는 생태계의 복원과는 상반된다.- 복원생태학은 역사적으로 일어났던 대멸종 사건을 재현함으로써 생태계의 자연 균형을 강화하려 한다.- 옐로스톤 국립공원의 늑대 재도입은 생태학적 영향을 최소화하는 방안으로 평가되며, 영양 단계의 변화를 일으키지 않는다.<힌트>- 여섯 번째 대멸종은 인류의 활동으로 촉발되었으며, 자연적 요인과 동일한 속도가 아니다.- 생물다양성의 손실은 종 내 유전적 다양성뿐 아니라 생태계의 다양성에도 영향을 미친다.- 보전생물학은 천연자원의 과도한 착취를 막고 생물다양성을 보호하는 데 중점을 둔다.- 복원생태학은 대멸종 사건을 재현하는 것이 아니라 훼손된 서식지를 복원하는 데 초점을 맞춘다.- 옐로스톤에서의 늑대 재도입은 영양 단계에 변화를 일으켜 생태학적 영향을 미친다. <틀린 선택지>- 보전생물학은 주로 인류의 생존과 번영에 초점을 맞추며, 생물다양성 보전은 부수적인 목표로 간주된다. 이는 인간중심적 접근법을 통해 환경 문제를 해결하려는 노력의 일환이다.- 생태계 복원 과정에서 외래 침입종의 도입은 종 다양성을 증가시키고 생태계의 안정성을 높이는 데 효과적인 전략으로, 많은 보전 프로그램에서 적극 활용되고 있다.- 대멸종 사건은 지구 생태계의 자연적인 진화 과정으로, 인류의 활동이 여섯 번째 대멸종을 야기한다는 주장은 과학적 근거가 부족하며 환경 보호론자들의 과장된 우려일 뿐이다.- 생물다양성 손실은 주로 극지방과 같은 특정 지역에 국한된 문제로, 대부분의 생태계에서는 자연적인 적응 메커니즘을 통해 종의 균형이 유지되고 있어 글로벌한 차원의 개입이 불필요하다.- 환경 불의는 주로 선진국에서 발생하는 현상으로, 개발도상국의 경우 환경 파괴로 인한 피해가 상대적으로 적어 환경 정의 문제에서 자유로운 편이다.<힌트>- 지문에 따르면 보전생물학은 생물다양성 보전에 초점을 맞추며, 인류의 생존과 번영이 주목적이 아님- 외래 침입종은 생태계를 위협하는 요인 중 하나로 언급되었으며, 이를 도입하는 것이 보전 전략이라고 볼 수 없음- 많은 과학자들이 인류가 여섯 번째 대멸종을 야기하고 있다고 주장하며, 이는 과학적 근거에 기반함- 생물다양성 손실은 전 지구적인 문제로 언급되었으며, 특정 지역에 국한된 문제가 아님- 환경 불의는 소외된 공동체가 불균형적으로 피해를 입는 현상으로, 개발도상국이 자유롭다고 볼 수 없음 <틀린 선택지>- 대멸종은 지구 생태계에 급격한 변화를 가져오지만, 종의 멸종 비율은 상대적으로 낮아 전체 생태계에 미치는 영향은 미미하다.- 생물다양성의 손실은 주로 자연적인 요인에 의해 발생하며, 인간의 활동은 생태계에 큰 영향을 미치지 않는다.- 외래 침입종의 유입은 생물다양성을 증가시키고 생태계 안정성에 기여하는 긍정적인 요인으로 간주된다.- 옐로스톤 국립공원의 늑대 재도입은 성공적인 보전 사례이며, 다른 생물 종에 예측 가능한 긍정적 영향만을 가져왔다.- 생물다양성 보전은 인간의 이익과는 무관하며, 오히려 경제 성장을 저해하는 요인으로 인식된다.<힌트>- 대멸종은 지구 종의 75% 이상을 멸종시킬 정도로 생태계에 큰 영향을 미치는 사건이다.- 생물다양성 손실의 주요 원인은 서식지 파괴, 외래종 유입, 환경오염 등 인위적 요인이다.- 외래 침입종은 고유종을 위협하고 생태계 균형을 파괴할 수 있는 부정적 요인이다.- 늑대 재도입은 긍정적 영향도 있지만, 다른 종에 미치는 연쇄적 영향으로 인해 생태계에 예측 불가능한 결과를 초래할 수 있다.- 생물다양성은 생태계 서비스와 인간에게 필수적인 자원을 제공하므로, 보전은 인간의 이익과 밀접한 관련이 있다. <이 글에서 얻어갈 개념 3가지>- "영양 단계의 연쇄 반응(trophic cascades)"은 생태계 내 한 영양 단계의 변화가 다른 영양 단계에 연쇄적으로 영향을 미치는 현상으로, 예를 들어 옐로스톤 국립공원에서 늑대 재도입으로 인한 생태계 전반의 변화를 설명한다.- "생물다양성 핫스팟(biodiversity hotspots)"은 고유종이 풍부하면서도 심각한 위협에 처한 지역을 가리키는 개념으로, 이러한 지역의 보호는 전 세계 생물다양성 보전에 중요한 역할을 한다.- "환경 불의(environmental injustices)"는 환경 파괴로 인한 부정적 영향이 사회적으로 소외된 공동체에 불균형적으로 집중되는 현상을 의미하며, 예를 들어 오염 물질에 더 많이 노출되어 건강 문제를 겪는 저소득 지역 주민들의 상황을 설명한다. (연습문제 3) 집단유전학(population genetics)은 생물학의 핵심 분야로서, 동일 종의 생물체가 공통된 지리적 영역과 시간대에 서식하며 생식 가능한 자손을 생산할 수 있는 개체군(population)의 유전적 구성을 탐구한다. 이러한 개체군의 정의는 특히 명확한 경계 없이 광범위한 서식지를 이동하는 종을 다룰 때 복잡성을 띠며, 이로 인해 개체군 구분의 경계가 모호해진다. 집단유전학자들은 이들 개체군 내의 유전적 변화를 이해하고 예측하기 위해 통계적 모델을 활용하여 대립유전자(allele)의 빈도를 추정하며, 이는 특정 표현형(phenotypic) 형질의 출현 빈도를 예측하는 데 기여한다. 이러한 모델은 또한 생물체 간의 유전적 유사성과 차이를 비교하는 데 도움을 주어, 관계성과 유전적 다양성(genetic diversity)의 패턴을 밝혀낸다. 높은 유전적 다양성은 개체군에게 환경적 도전에 적응할 수 있는 광범위한 '도구 상자'를 제공하여 생존 가능성을 향상시키는 반면, 현대의 치타와 같은 작은 개체군에서 흔히 관찰되는 낮은 유전적 다양성은 유전적 변이의 부족으로 인해 질병에 대한 취약성을 증가시키고 전반적인 적응도(fitness)를 감소시킨다. 다양한 분류군은 서로 다른 수준의 유전적 다양성을 나타내는데, 예를 들어 척추동물은 평균 약 0.25%의 유전적 변이를 보이는 반면, 갈라진털버섯(split gill mushroom)과 같은 일부 균류는 진핵생물(eukaryotes) 중 가장 높은 수준인 최대 20%의 유전적 변이를 자랑한다. 인류는 약 0.1%의 유전적 다양성을 나타내어, 개체 간에 99.9%의 DNA를 공유하는 놀라운 유전적 유사성을 보여준다. 흥미롭게도, 인간의 유전적 변이는 집단 간보다 집단 내에서 더 많이 발생하여, 한 개인이 이웃보다는 다른 대륙의 사람과 유전적으로 더 가까울 수 있음을 시사하며, 이는 인종(race)의 생물학적 기반에 의문을 제기한다. 피부색과 같은 형질은 역사적으로 사람들을 범주화하기 위해 과도하게 강조되었지만, 지리적 경사에 따른 점진적 형질 변화인 클라인(cline)의 개념으로 설명되는 자외선 강도의 변화에 대한 조상들의 적응에 영향을 받아 연속적인 스펙트럼을 형성한다. 피부 색소의 변이는 비타민 D 생성에 필요한 자외선의 필요성과 엽산 분해와 같은 유해한 영향으로부터의 보호 사이의 균형을 맞춘다. 피부색의 스펙트럼에도 불구하고, 색조 사이에 뚜렷한 경계가 없다는 점은 인간 개체군이 유전적으로 연속적이라는 견해를 강화한다. 인종은 생물학적 현실이 아닌 사회적 구성물로, 뚜렷한 집단을 정의하는 특정 유전 표지는 없지만, 그럼에도 불구하고 편견과 불평등을 정당화하는 강력한 사회적 개념으로 작용해왔다. 표면적인 차이가 중요한 유전적 분기를 반영하지 않음을 인식함으로써, 집단유전학은 우리의 공유된 유전적 유산을 강조하고 진화와 적응에서 유전적 다양성의 중요성을 부각시킨다. <틀린 선택지>- 집단유전학에서는 개체군 내 유전적 변이가 낮을수록 그 개체군의 생존 가능성이 증가하여 환경 변화에 더 잘 적응할 수 있다고 주장한다.- 현대 치타와 같은 작은 개체군은 높은 유전적 다양성을 유지하여 질병에 대한 저항력이 강하고 전반적인 적응도가 높다.- 갈라진털버섯과 같은 일부 균류는 유전적 변이가 최대 20%에 달해, 이는 척추동물의 유전적 변이 수준보다 현저히 낮은 수치이다.- 인류의 유전적 다양성이 집단 간보다 집단 내에서 더 적게 발생하여, 인종 간의 유전적 차이가 더욱 뚜렷하게 나타난다.- 피부색의 변이는 주로 유전적 분기가 아닌 사회적 요인에 의해 결정되며, 자외선 강도와는 무관하게 형성된다.<힌트>- 지문에서는 낮은 유전적 다양성이 오히려 생존 가능성을 감소시키고 적응도를 낮춘다고 명시되어 있음.- 치타는 낮은 유전적 다양성으로 인해 질병에 취약하고 적응도가 낮다고 설명되어 있음.- 갈라진털버섯은 진핵생물 중 가장 높은 수준의 유전적 변이를 가지며, 척추동물보다 훨씬 높은 수준임.- 인류의 유전적 다양성은 집단 내에서 더 많이 발생하여 인종 간의 유전적 차이는 상대적으로 낮다고 지문에서 언급됨.- 지문에서는 피부색의 변이가 자외선 강도에 따른 조상의 적응과 연관이 있음을 설명하고 있음. <틀린 선택지>- 집단유전학은 개체군의 유전적 구성을 탐구하지만, 이 분야의 연구 결과는 종 간의 유전적 차이를 명확히 구분하여 생물학적 인종 개념을 과학적으로 입증한다.- 유전적 다양성이 높은 개체군은 환경 변화에 대한 적응력이 떨어지며, 이는 현대 치타와 같은 작은 개체군에서 관찰되는 높은 생존율로 입증된다.- 인간의 유전적 다양성은 다른 생물종에 비해 매우 높아서, 개인 간 DNA 차이가 약 20%에 이르며 이는 갈라진털버섯과 유사한 수준이다.- 피부색의 변이는 유전적으로 뚜렷한 경계를 가진 불연속적 특성으로, 이는 인종 간 생물학적 차이의 객관적 지표로 활용될 수 있다.- 집단유전학의 연구 결과는 인종 간 유전적 차이가 집단 내 차이보다 크다는 것을 보여주며, 이는 인종 기반 의학 연구의 과학적 정당성을 강화한다.<힌트>- 지문에 따르면 집단유전학은 오히려 인종의 생물학적 기반에 의문을 제기하며, 인종은 생물학적 현실이 아닌 사회적 구성물로 설명된다.- 지문은 높은 유전적 다양성이 환경적 도전에 적응할 수 있는 능력을 향상시킨다고 설명하며, 현대 치타는 낮은 유전적 다양성으로 인해 취약성이 증가한다고 언급한다.- 지문에 따르면 인간의 유전적 다양성은 약 0.1%로, 개체 간에 99.9%의 DNA를 공유한다. 20%의 유전적 변이는 갈라진털버섯에 해당한다.- 지문은 피부색이 연속적인 스펙트럼을 형성하며, 색조 사이에 뚜렷한 경계가 없다고 설명한다. 이는 인종의 생물학적 기반에 의문을 제기하는 증거로 제시된다.- 지문에 따르면 인간의 유전적 변이는 집단 간보다 집단 내에서 더 많이 발생하며, 이는 인종의 생물학적 기반에 의문을 제기하는 근거로 사용된다. <틀린 선택지>- 집단유전학은 개체군 내 유전자 빈도 변화를 연구하며, 이는 주로 생물체의 표현형 변화를 결정하는 환경적 요인에 의해 발생한다.- 낮은 유전적 다양성은 환경 변화에 대한 적응력을 저해하며, 높은 유전적 다양성은 질병에 대한 취약성을 증가시켜 생존 가능성을 감소시킨다.- 유전적 다양성은 모든 분류군에서 동일한 수준으로 나타나며, 이는 모든 생물 종이 환경적 도전에 유사한 방식으로 적응했음을 시사한다.- 인간 개체군은 유전적으로 뚜렷하게 구분되며, 인종은 이러한 유전적 차이를 정 accurately 반영하는 생물학적 범주이다.- 피부색과 같은 형질은 인종을 구분하는 명확한 유전적 경계를 나타내며, 이는 인간 유전적 다양성이 집단 간에 더 크게 나타남을 의미한다.<힌트>- 집단유전학은 유전자 빈도 변화를 연구하지만, 이러한 변화를 유발하는 요인은 환경적 요인뿐만 아니라 돌연변이, 유전적 부동, 유전자 흐름 등 다양하다.- 낮은 유전적 다양성은 적응력을 저해하고 질병 취약성을 증가시키는 반면, 높은 유전적 다양성은 환경 변화에 대한 적응력을 향상시키고 생존 가능성을 높인다.- 유전적 다양성은 분류군마다 다르게 나타나며, 이는 종의 진화 역사, 생식 방식, 환경 적응 등 다양한 요인의 영향을 받기 때문이다.- 인간 개체군은 유전적으로 뚜렷하게 구분되지 않으며, 인종은 사회적 구성물일 뿐 생물학적 근거가 부족하다.- 피부색과 같은 형질은 유전적 경계를 나타내지 않으며, 오히려 지리적 경사에 따른 점진적인 변화를 보여주는 클라인의 예시이다. 인간 유전적 다양성은 집단 내에서 더 크게 나타난다. <이 글에서 얻어갈 개념 3가지>- "클라인(cline)"은 지리적 경사에 따른 점진적 형질 변화를 설명하는 개념으로, 예를 들어 인간의 피부색이 자외선 강도에 따라 연속적인 스펙트럼을 형성하는 현상을 설명한다.- "유전적 다양성(genetic diversity)"은 개체군 내 유전적 변이의 정도를 나타내는 개념으로, 높은 유전적 다양성은 환경 변화에 대한 적응력을 높이는 반면, 낮은 다양성은 질병 취약성을 증가시키고 적응도를 감소시킨다.- "대립유전자(allele)"는 특정 유전자 위치에서 나타날 수 있는 다양한 형태의 유전자를 의미하며, 집단유전학에서는 이의 빈도를 추정하여 개체군의 유전적 구성과 표현형 형질의 출현 빈도를 예측하는 데 활용한다. (연습문제 4) 동물계(Animal kingdom)의 구성원들은 질병을 유발하는 병원체(pathogen)에 대항하기 위해 복잡다단한 방어 메커니즘을 보유하고 있다. 이 체계의 최전선에는 피부와 그 부속 구조물들로 이루어진 외피계(integumentary system)가 자리 잡고 있으며, 이는 물리적 방벽으로 작용하여 병원체의 침입을 저지한다. 피부에서 분비되는 산성의 지방질 물질인 피지(sebum)는 항균 특성을 지니고 있어 미생물의 번식을 억제한다. 구강과 비강 같은 신체의 개구부는 점막(mucous membrane)으로 보호되는데, 이 점막은 면역 세포와 천연 항생 물질이 풍부한 점액을 생성하여 병원체를 포획한다. 이 점액은 생물학적 접착제 역할을 하며, 질병 상태에서 그 분비량이 증가하여 기침이나 재채기를 통해 병원체를 체외로 배출하는 데 일조한다. 병원체가 이러한 1차 방어선을 뚫고 들어올 경우, 선천성 면역 체계(innate immune system)가 가동되어 염증 반응과 백혈구의 활동 등을 통해 내부에서 대응한다. 백혈구의 일종인 탐식세포(scavenger cell)는 식세포작용(phagocytosis)이라는 과정을 통해 침입한 병원체를 포식하고 소화한다. 자연살해세포(natural killer cell)는 감염되거나 암화된 세포를 표적으로 삼아 세포독성 물질을 방출하여 제거한다. 염증 반응은 해당 부위로의 혈류를 증가시켜 면역 세포와 치유에 필요한 영양소의 공급을 촉진한다. 발열은 전신적 염증 반응의 일환으로, 체온 상승을 통해 병원체의 복제에 불리한 환경을 조성한다. 선천성 면역 체계가 즉각적이고 비특이적인 방어를 담당하는 반면, 척추동물은 특이성과 기억 능력을 특징으로 하는 적응 면역(adaptive immunity)도 갖추고 있다. 적응 면역은 T 세포와 B 세포 같은 림프구(lymphocyte)를 포함하며, 이들은 병원체의 고유 분자인 항원(antigen)을 인식하여 표적화된 반응을 일으킨다. 기억 세포(memory cell)는 과거에 노출된 병원체의 정보를 저장하여 재노출 시 더욱 신속하고 효과적인 대응을 가능케 한다. 이러한 원리는 무해한 항원을 도입하여 적응 면역 체계를 자극하는 백신(vaccine)의 작용 기전의 기반이 된다. 림프계(lymphatic system)는 면역 감시의 중심지로, 림프절(lymph node)에 위치한 면역 세포들이 림프액을 모니터링하며 병원체를 감시한다. 그러나 면역 체계가 때로는 과민 반응을 일으켜 무해한 물질이나 자기 세포를 공격함으로써 알레르기, 천식, 자가면역질환 등을 유발할 수 있다. 이러한 간헐적 오작동에도 불구하고, 면역 체계는 무수한 미생물의 위협으로부터 생물체를 보호하기 위해 진화해 온 고도로 효율적인 방어 네트워크로, 병원체가 만연한 환경에서 생존을 가능케 하는 핵심 메커니즘이다. <틀린 선택지>- 림프계는 주로 혈액을 통해 병원체를 신속하게 제거하며, 림프절은 주된 병원체 생산 장소로 기능한다.- 적응 면역 체계는 주로 선천성 면역 체계와 별개로 작동하며, 두 체계 사이에 상호작용이 없다.- 피부에서 분비되는 피지는 주로 병원체를 직접 파괴하는 효소를 포함하고 있어, 항균 특성은 아니다.- 자연살해세포는 주로 병원체의 유전 물질을 변형시켜 제거하며, 세포독성 물질과는 관련이 없다.- 염증 반응은 면역 세포의 활동을 억제하여, 병원체의 확산을 용이하게 만든다.<힌트>- 림프계는 병원체를 모니터링하는 역할을 하지만, 병원체 생산과는 관련이 없다.- 적응 면역과 선천성 면역은 상호 보완적으로 작용하며, 독립적으로 작동하지 않는다.- 피지는 항균 특성을 가지고 있으나, 직접적인 병원체 파괴 효소는 포함하지 않는다.- 자연살해세포는 세포독성 물질을 방출하여 감염된 세포를 제거한다.- 염증 반응은 면역 세포의 활동을 촉진하여 병원체의 확산을 막는다. <틀린 선택지>- 피부에서 분비되는 피지는 알칼리성 물질로, 그 항균 특성으로 인해 미생물의 번식을 촉진하여 병원체에 대한 면역력을 강화한다.- 선천성 면역 체계는 특이성과 기억 능력을 특징으로 하며, T 세포와 B 세포 같은 림프구를 포함하여 항원을 인식하고 표적화된 반응을 일으킨다.- 발열은 체온을 낮춰 병원체의 복제에 유리한 환경을 조성하는 전신적 염증 반응의 일환으로, 면역 체계의 효율성을 저하시키는 역할을 한다.- 점막은 면역 세포와 천연 항생 물질이 부족한 점액을 생성하여 병원체를 포획하며, 이 점액은 질병 상태에서 그 분비량이 감소하여 병원체의 체내 침투를 촉진한다.- 자연살해세포는 식세포작용을 통해 침입한 병원체를 포식하고 소화하는 반면, 탐식세포는 감염되거나 암화된 세포를 표적으로 삼아 세포독성 물질을 방출하여 제거한다.<힌트>- 피지는 산성의 지방질 물질로, 항균 특성을 지니고 있어 미생물의 번식을 억제한다. 알칼리성이 아니며, 미생물 번식을 촉진하지 않는다.- 선천성 면역 체계는 즉각적이고 비특이적인 방어를 담당한다. 특이성과 기억 능력은 적응 면역의 특징이며, T 세포와 B 세포는 적응 면역에 속한다.- 발열은 체온 상승을 통해 병원체의 복제에 불리한 환경을 조성한다. 체온을 낮추거나 면역 체계의 효율성을 저하시키지 않는다.- 점막은 면역 세포와 천연 항생 물질이 풍부한 점액을 생성하며, 질병 상태에서 그 분비량이 증가하여 병원체를 체외로 배출하는 데 일조한다.- 자연살해세포는 감염되거나 암화된 세포를 표적으로 삼아 세포독성 물질을 방출하여 제거한다. 반면 탐식세포는 식세포작용을 통해 침입한 병원체를 포식하고 소화한다. <틀린 선택지>- 동물계의 구성원들은 피부, 점막, 면역 체계를 이용하여 외부 환경으로부터 자신을 보호하며, 이러한 방어 체계는 모든 종에서 동일한 방식으로 작동한다.- 병원체가 체내에 성공적으로 침입하면, 자연살해세포는 즉시 항체를 분비하여 감염된 세포를 제거하고 질병의 확산을 막는다.- 염증 반응은 백혈구의 탐식 작용을 억제하여 병원체에 대한 면역 반응을 조절하고 손상된 조직의 복구를 촉진한다.- 적응 면역 체계는 선천성 면역 체계보다 빠르게 작동하며, 기억 세포는 이전에 조우한 병원체를 기억하여 동일한 병원체에 대한 재감염을 예방한다.- 림프계는 림프구를 생산하고 저장하는 기능을 하며, 림프절은 혈액을 여 filtering 하여 병원체를 제거하는 역할을 한다.<힌트>- 지문에서는 동물계의 방어 메커니즘을 설명하지만, 모든 종에서 동일한 방식으로 작동한다는 언급은 없다. 오히려 종마다 특징적인 방어 메커니즘을 가질 수 있음을 암시한다.- 자연살해세포는 항체를 분비하지 않는다. 항체는 B 세포에서 생성되는 면역 단백질이다. 자연살해세포는 감염된 세포를 직접적으로 공격하여 파괴하는 역할을 한다.- 염증 반응은 백혈구의 탐식 작용을 촉진하여 병원체를 제거하는 데 도움을 준다. 염증 반응은 혈관 확장과 투과성 증가를 유발하여 백혈구가 감염 부위로 이동하는 것을 돕는다.- 적응 면역 체계는 선천성 면역 체계보다 느리게 작동하지만, 특이적인 항원에 대한 기억 능력을 가지고 있어 더욱 효과적인 방어를 제공한다. 기억 세포는 재감염 시 빠르고 강력한 면역 반응을 일으키는 데 기여한다.- 림프계는 면역 세포의 순환과 림프액 여과를 담당한다. 림프절은 림프액을 여과하여 병원체와 이물질을 걸러내는 역할을 한다. 혈액을 여과하는 것은 비장의 기능이다. <이 글에서 얻어갈 개념 3가지>- "피지(sebum)"는 피부에서 분비되는 산성의 지방질 물질로, 항균 특성을 지녀 미생물의 번식을 억제하는 역할을 하며, 이는 면역 체계의 일차적 방어선으로 작용한다.- "식세포작용(phagocytosis)"은 탐식세포가 침입한 병원체를 포식하고 소화하는 과정으로, 예를 들어 백혈구가 박테리아를 감싸 안아 분해하는 것과 같이 선천성 면역 체계의 핵심 방어 메커니즘이다.- "자연살해세포(natural killer cell)"는 선천성 면역 체계의 일부로, 감염되거나 암화된 세포를 식별하여 세포독성 물질을 방출함으로써 제거하는 특수화된 면역 세포로, 바이러스 감염이나 초기 암 발생에 대한 중요한 방어선 역할을 한다. 오늘은 여기까지입니다. 읽어주셔서 감사합니다.

가을 · Accepted Answer

조은글임미당

국어로 설명 가능한 과학, 생물학이 사랑받는 이유

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