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생명과학
초등5학년입니다.DNA에 관한 책을 읽던 중 궁금증이 해결되지 않아 글을 올립니다.DNA로 할 수 있는 일이 무엇이 있을까요?
반갑습니다. 아주 좋은 질문입니다. 우선 DNA로 무슨 일인가를 새로 하기 전에 DNA가 무슨 일을 하는지는 학생도 잘 알고 있으리라 생각합니다. 첫째, 생명체가 갖고 있는 정보를 자손에게 전달해서 자신과 똑같거나 유사한 생명체를 만드는 역할을 합니다. 둘째, DNA에 적혀 있는 정보에 따라 단백질을 합성해서 생명체의 몸을 구성하고 생명체가 살아갈 수 있도록 다양한 역할을 수행하도록 합니다. 따라서 인간이 DNA을 이용해서 할 수 있는 일은 많습니다. 우리가 지금 먹고 있는 많은 음식도 사실 인간이 그 생물의 DNA를 의도적으로 변화시킨 것이 많습니다. 쌀과 밀 같은 대부분의 곡식과 대부분의 과일들은 사실상 우리에게 알맞도록 의도적으로 DNA를 바꾼입니다. 애완동물도 인간이 오랜 시간에 걸쳐 의도적으로 DNA를 변화시킨거구요. 모든 애완견이 사실상 한 마리 늑대의 후손이었다는 사실이 믿기지 않겠지만 엄연한 과학적 사실입니다. 요즘은 DNA을 자르고 붙이고 하는 ‘유전자 편집 기술’을 이용해서 다양한 질병을 치료하기도 합니다. 그 중 가장 유명한 것이 ‘크리스퍼 유전자가위’이죠. 또한 인간은 DNA 기술을 이용해서 새로운 생명체를 만들려고 시도하고 있는데 이를 ‘합성생물학’이라고 합니다.
뼈 대사에 대해서 설명해주세요
저희 루디선생님 중에는 뼈 전문가가 없어 다음 사이트의 자료를 참조로 인용합니다.
https://www.healthcare.siemens.co.kr/clinical-specialities/bone-metabolism/bone-metabolism
“뼈 대사는 우리 몸이 오래된 뼈는 제거하고(“골전환, bone turnover”) 다시 새것으로 교체하는(“골흡수, bone resorption”) 연속적인 과정입니다. 이 같은 과정은 새로운 뼈를 생성하는 조골세포와 오래된 뼈를 파괴하는 파골세포에서 일어납니다. 이러한 과정이 균형있게 진행되면 골량(bone mass)은 일정한 상태를 유지합니다. 사람은 중년에 이르면 칼슘 대사, 칼슘과 비타민 D 결핍, 에스트로겐 수치 변화와 같은 호르몬 요소로 인해 뼈의 교체속도 보다 더 빠르게 뼈를 상실하게 됩니다. 조골세포와 파골세포가 생성하는 단백질을 측정하면 골전환을 실시간으로 평가할 수 있으며 이는 특히 폐경기 골다공증 관리에 이용됩니다.”
암에 대한 과학적이고 분석적인 책을 추천받고 싶습니다 :)
무엇보다 로버트 와인버그의 [세포의 반란]이라는 책을 추천하고 싶습니다. 그리고 여유가 있으면 싯다르타 무케르지의 [암: 만병의 황제의 역사]도 일독을 권합니다. 과학책으로는 드물게 퓰리처상을 받은 책입니다.
자아란 무었인가요?
현대과학은 아직 ‘자아’가 무엇인지 정확히 대답할 수 있을 정도로 발달하지 않은 것 같습니다. 어쨌든 ‘과학’이니만큼 ‘자아’라는 개념을 ‘영혼’이나 ‘절대자’ 등의 개념을 사용하지 않고 인간의 뇌 속에서 일어나는 현상으로 이해해야 한다는 문제의식은 많은 과학자들이 공유하고 있는 것 같습니다. 이런 관점에서 본다면 ‘자아’라는 것도 마치 우리가 색깔을 볼 때 그것이 빨간색이니 파란색이니 하고 느끼는 것처럼 뇌가 만들어내는 일종의 ‘감감질(Qualia)’일지도 모릅니다. 현대의 과학철학은 대체로 감각질을 실체로 보지 않는 쪽으로 합의하고 있는 것 같은데 이런 관점에서 본다면 자아도 실체가 아닌 허상일 수 있습니다. 자아란 다른 것이 아닌(내 손이나 발이 아닌) ‘내’가 무언가를 하고 있다는 느낌인데 진화심리학적으로는 갈등의 상황에서 빠른 결정을 내리기 위해 필요한 메커니즘이었는지도 모릅니다. 즉 여러 가지 감각이 서로 상충될 때(이를테면 숲 속에서 맛있는 과일을 발견했는데 보이지 않는 곳에서 바스락거리는 소리가 들려서 그 과일을 먹을지 말지를 갈등하는 상황 같은) 결정을 내릴 수 있는 뭔가가 필요했으리라 생각해 볼 수 있습니다. 하지만 이런 얘기들은 아직 가설일 뿐 현재 ‘자아’를 과학적으로 설명하는 것은 불가능합니다.
생명체는 수많은 단백질로 구성되고, 단백질은 아미노산으로, 아미노산은 분자구조로, 분자는 원소(원자)로 구성되잖아요? 그러면 사람이 외부에서 섭취한 음식을 소화시켜 세포 내부로 흡수할 때 그 단위는 무엇인가요? 단백질, 아미노산, 더 잘게 부숴 진 분자나 원자, 어느 단위인가요? 만일 아미노산 이하의 단위로 분해해서 흡수한다면 좋은 음식이나 나쁜 음식이나 입맛만 차이가 있을 뿐 결국 몸에 흡수될 때는 똑같은 화합물일 뿐이다, 이렇게 생각해도 될까요?
일단 탄수화물은 포도당 등의 단당류로 단백질은 아미노산으로 지방은 지방산과 글리세롤로 분해되어 흡수되니까 생체를 구성하는 기본 분자 단위로 흡수된다고 보아야겠네요. 따라서 좋은 음식과 나쁜 음식의 구별이 없는 것은 아닙니다. 첫째로는 당연히 그 자체로 몸에 해롭거나 같이 섭취하면 반응해서 나쁜 물질을 형성하는 음식이 있을 수 있고 둘째로는 필수아미노산 등 몸에 꼭 필요한 영양소를 많이 갖고 있는 음식이 있을 수 있습니다. 인간의 입맛이라는 것도 아마 생명활동에 필요한 다양한 음식물들을 섭취하도록 진화해 왔겠지만 지금의 생활방식이나 음식물의 질과 종류가 과거의 그것과는 너무도 다르기 때문에 음식물을 선별해서 먹어야 하는 중요성이 증가해 왔다고 볼 수 있겠습니다.
질문을 올려도 계속 마이페이지에서 보이지 않네요 ㅜ_ㅜ 다시 올리겠습니다. 너무 궁금해서요. 외부와 차단된 세계가 있다고 가정할 때, 유전병이 발생하지 않기 위해 최소한으로 요구되는 커플은 몇 쌍이 될까요? 말의 경우 4대내에서 겹치지 않으면 문제가 없다고 보았습니다. 사람의 경우는 어떨까요? 궁금증을 해결해주세요...!!
안녕하세요. 카오스 재단의 루디입니다. 답변이 늦어서 죄송합니다. 생명공학 교수님의 자문을 받다보니 좀 늦어졌군요.
질문하신 내용을 기본적인 것부터 살펴보면 다음과 같습니다. 유전병이 일어나지 않으려면 밀폐된 공간보다 더 중요한 것이 모인 사람들의 초기 조건(유전자형)입니다. 이에 따라 유전병이 생길지 아닐지 결정될 겁니다. 몇 쌍이 있어야 하는지도 이에 따라 결정됩니다. 만일 모든 조건이 완벽하다면 그 다음에 작용하는 요인은 DNA의 돌연변이 발생률일 겁니다. 사람 세포의 경우 1/10000000000, 100억 분의 1입니다. 이에 근거하면 유전병은 보통 열성 유전이므로 남녀가 모두 유전병이 있어야 하고 따라서 발병률은 100억 분의 1 곱하기 100억 분의 1일 겁니다. 일반적으로 엄청나게 작은 확률이지요. 거의 발병하지 않는다는 얘기입니다.
하지만 특정 유전병의 경우 발생 빈도가 알려져 있는 경우가 있습니다. 만 명당 1명꼴로 A 유전병이 있다던가 하는 식으로 말입니다. 가족의 경우는 하나의 유전병에 대해 같은 유전자를 갖고 있는 경우가 많으므로 유전병이 생길 확률이 커진다는 얘긴데(그래서 친족간 결혼이 금기시되는 거겠죠) 지금까지의 얘기를 토대로 생각해보면 결국 몇 쌍이 중요한 것이 아니라 그들이 갖고 있는 유전자형이 중요합니다. 만일 특정한 유전병에 대해 그들의 유전자형을 미리 알 수 있다면 몇 쌍에 관계없이 유전병을 원천적으로 차단할 수도 있을 겁니다. 그러한 유전자를 갖고 있는 사람끼리는 짝을 짓지 않으면 되니까요. 따라서 말의 경우 4대 내에서 겹치지 않으면(유전병이 발생하지 않으면) 문제가 없다고 하는 것은 잘못된 얘기입니다. 애초에 유전병 유전자가 존재한다면 그것이 열성으로 숨어있다고 하더라도 그것을 갖고 있는 두 개체가 맺어질 경우 유전병이 발생할 가능성은 항존합니다. 그러한 유전병을 완전히 차단하려면 그 유전자를 갖고 있는 개체를 애초에 짝짓기를 못하게 하는 방법 뿐입니다.
인지과학은 무엇을 배우는것인가요?
또한 한국에서 인지과학을 배울려면 어떤 학과를 가야되나요?
인지과학을 위키백과에서 찾아보니 다음과 같이 나오는군요.
“인지과학(認知科學, cognitive science)은 인간의 마음과 동물 및 인공적 지적 시스템(artificial intelligent systems)에서 정보처리가 어떻게 일어나는가를 연구하는 학문이라고 할 수 있다. 다르게 표현한다면 인지과학은 인간의 마음(뇌의 작동 및 몸의 움직임의 제어 포함)의 과정 및 내용과, 동물 및 인공적 지적 시스템에서의 지능(Intelligence)의 정보적 표상(표현)과 그 작동 과정을 연구하는 종합적, 다학문적 과학이다.”
간단히 말하자면 인지과학은 마음과 정신의 과학이고 생명체나 AI의 정보처리의 문제를 다루는 학문입니다. 따라서 뇌과학, 신경과학, 심리학, 전산학, 철학 등과 연관된 종합과학의 성격을 갖습니다. 저희 카오스재단에서 지난 봄 ‘뇌’ 강연을 진행하면서 느낀 점은 아직 과학은 인간의 ‘마음’에 대해서는 알고 있는 것이 거의 없다는 사실입니다. 많은 사람들이 도전하고 개척해야 할 분야라는 얘기죠. 종합과학의 성격을 갖고는 있지만 인지과학을 하려면 무엇보다 인간의 뇌를 들여다 보야야겠죠? 뇌과학이나 신경과학이 가장 직접적으로 연관된 분야라 할 수 있겠습니다. 전문분야는 주로 대학원에 있는데 뇌인지과학과(서울대), 바이오 및 뇌공학과(KAIST), 뇌공학과(고려대), 신경과학연구단(KIST) 등 다양한 이름으로 부르고 있습니다.
우리의 귀가 소리를 듣는 이유는 고막이 진동을 감지하기 때문이라고 알고있는데요. 그런데 소리가 어느 방향에서, 그리고 얼마나 먼 곳에서 들리는지.. 어느정도는 알 수 있잔아요? 이걸 어떻게 알 수 있죠?
소리의 방향과 원근 지각 등 청각에 관한 모든 것은 대뇌피질의 ‘청각령’에서 일어납니다. 귀에서는 사실상 물리적인 과정, 즉 음파가 전기신호로 바뀌어서 뇌로 전달되는 과정만 일어납니다. 이 신호를 뇌에서 다른 여러 가지 신호들과 조합해서 각종 정보를 파악합니다. 이를테면 우리가 사무실에서 일하고 있는데 등 뒤 창에서 ‘메밀묵, 찹쌀떡’하는 소리가 들렸다고 합시다. 우리의 뇌는 이 소리가 창 밖에서 들리는 소리라는 것을 판단하고 그 소리의 크기로 대충 소리가 어느 정도 거리에서 들리는지 등을 파악합니다. 게다가 그 소리가 언어인 경우는 언어를 처리하는 각종 뇌의 영역과 협업하여 신호를 처리합니다. 사실상 우리는 귀로 듣는 것이 아니라 뇌가 해석한 소리를 듣는다고 해야 정확할 겁니다. 마찬가지로 눈으로 보는 것이 아니라 눈이 해석한 영상을 본다고 해야 정확합니다.
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