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우리에게 가장 익숙한 화학 에너지는 아마 가솔린일 것이다. 대부분 버스가 되었건 자동차가 되었건 차를 이용하니까! 가솔린은 탄화수소라고 불리는 휘발성이 강한 액화성 기체 연료다.이 연료가 자동차 엔진에 들어가서 완전히 태워지면 그때 나오는 열 에너지(폭발 에너지)가 엔진을 팽창시켜 크랭크축을 돌리고 바퀴가 돌아가게 된다. 생명체도 가동하기 위해서는 화학 에너지가 필요하다. 생명체를 가동시키는 화학 에너지는 ATP라 불리는 가솔린 무게의 5배쯤 되는 분자이다.ATP는 ‘Adenosine Tri-Phosphate’의 약자로 네 가지 염기 중 하나인 A(아데닌)에 인산기 3개가 나란히 직렬로 연결되어 있는 구조이다. 자동차는 가솔린을 완전 연소해 얻은 열 에너지를 자동차 바퀴를 돌리는 운동 에너지로 전환한다. 이와 달리 생명체는 화학 에너지 ATP를 완전 연소시켜 에너지를 얻지는 않는다.만약 우리가 자동차처럼 ATP를 완전 연소시켜 에너지를 얻는다면 우리 몸은 자그마치...

직립보행을 하는 원시인류가 400만 년 전에 출현했지만 이들은 여전히 원숭이 수준의 지능에서 크게 벗어나지는 못했다. 아직 작은 두개골의 크기 때문에 두뇌 용량이 커지지 못한 것이다.그런데 아프리카 사바나 지역에 거주하던 오스트랄로피테쿠스의 친척종 하나가 두개골의 크기가 커지기 시작했다.이 친척종은 호모 하빌리스, 호모 에렉투스, 호모 하이델베르겐시스, 호모 네안데르탈렌시스 등 20여 종을 포함하는 호모종으로 분화했다. 이들은 사바나 지역의 가뭄이라는 극한 상황에서 똑똑한 놈들만 살아남는 험악한 자연의 선택을 받은 것으로 보인다.대략 200만 년 전부터 뇌 용량이 커지기 시작하는데, 이때가 공교롭게도 사바나 지역이 사막화해가는 시점과 맞물린다. 이때부터 호모 에렉투스라 불리는 꼿꼿하게 서서 다니는 직립인간이 나타난다.자바원인이나 베이징원인이 모두 호모 에렉투스에 속하는데 이들 호모 에렉투스 종은 꽤 넓은 지역에 걸쳐서 생존하고 있었던 것으로...

튀코의 관측자료 분석에서 많은 시행착오 끝에 도달한 케플러의 결론은 현대까지 케플러의 3법칙이라는 이름으로 잘 알려져 있다. 하지만 그의 이 업적들은 튀코의 관측자료를 손에 넣은 뒤에도 20년 가까운 세월을 보내고서야 완성되었다. 튀코 사후 케플러는 일단 프라하 궁정의 수학자로 임명되었지만 궁정 수학자라는 직위에 걸맞지 않게 급여는 몇 달씩 연체되기 일쑤였다. 적자인 궁정 재정에서 수학자의 월급은 우선순위에서 항상 밀려났다. 더구나 튀코의 사위와도 관측자료를 놓고 신경전을 벌여야 했고, 어느 정도까지는 공동작업 형태를 취해야 했다. 거기다 주기적으로 자신은 전혀 신뢰하지 않는 점성술로 황제의 마음도 어루만져야 했다. 바쁜 와중에도 케플러는 이 시기에 천문학에 대한 연구 외에도 빛의 굴절률에 대한 연구와 눈송이의 구조에 대한 연구뿐 아니라 신학적 연구도 함께 진행했다. 이 시기 집필된 케플러의 저서 『굴절광학』은 17세기 광학연구의 토대가 된...

여기서 말하는 염기(base)는 산-염기의 염기와는 다르다. 산-염기를 말할 때 염기는 수산기를 가진 화학 구조물을 의미한다.DNA 구성 성분으로서의 염기는 A, G, C, T 네 가지 종류를 말한다. A, G는 화학적으로 2개의 링 구조를 가지고 있어서 1개의 링 구조만 가진 C, T에 비해서 너비가 2배쯤 된다.DNA 염기쌍은 2개의 링 구조를 가진 A 혹은 G와 1개의 링 구조를 가진 T 혹은 C와 결합하기 때문에 DNA 사슬의 지름은 3개의 링 구조가 가지는 너비에 해당한다. 그 너비가 대략 2나노미터이다.

가장 오래된 생명체의 화석은 호주 지역에서 발견되는 스트로마톨라이트 화석이다. 이 화석은 여러 층의 세균과 퇴적물로 구성된 쐐기 모양의 퇴적암을 형성하고 있다.방사성 동위원소로 암반의 연대를 측정하니 대략 35억 년 전에 형성된 퇴적암 층이었다. 따라서 최초의 생명체는 대략 40억 년 전쯤 시작되었을 것이라 추측한다.지구가 형성된 지 5억 년이 지난 시점이었다. 이후 원핵생물은 다양한 진화적 시도를 했을 것으로 짐작된다. 어떤 생물체는 독립영양을 통해 스스로 에너지를 만드는 방법을 고안해냈을 것이다. 대략 27억 년 전쯤 광합성하는 능력을 가진 원핵생물, 남세균이 출현한 것이다.이들은 광합성을 통해 에너지를 얻을 뿐만 아니라 이 과정에 산소를 방출해냈는데, 이들의 수가 얼마나 빨리 증가했는지 20억 년경에는 산소대방출이라는 엄청난 지질학적 사건을 저지른다.이때의 암반층을 보면 붉은 줄무늬 암석층이 또렷이 나타난다. 산소에 의해 철이 산화된 산화철이...

그렇다면 어떤 유전자들이 활용되고 어떤 유전자들은 활용되지 않는 것일까? 이를 결정하는 과정을 유전자 발현이라고 한다.특정 유전자의 전사가 진행되어 RNA 전사체가 만들어지면 이때 ‘이 유전자는 발현되었다’라고 한다.유전자 발현이 일어날지 말지의 여부는 유전자 스위치에 해당하는 프로모터 부위의 염기 서열에 따라 결정된다. 단백질에 대한 정보를 가지고 있는 부위(단백질 부호 부위)의 앞부분에 프로모터가 연결되어 있는데, 이 부위가 해당 유전자가 언제 어떤 세포 속에서 발현이 될지를 결정해주는 스위치이다.한편 이 스위치를 껐다 켰다 하는 손이 필요한데, 이러한 손 역할을 하는 분자를 전사조절 단백질이라 한다.말하자면 전사조절 단백질이 프로모터 부위에 결합하여 스위치를 켜는 손 역할을 하는 것이다. 다양한 종류의 전사조절 단백질이 알려져 있는데 어떤 전사조절 단백질은 스위치를 켜는 활성인자 역할을 하고 어떤 전사조절 단백질은 스위치를 끄는 억제인자...

모든 생물체는 유전 정보를 염색체(chromosome)라는 곳에 저장한다. 고등동식물의 경우 2배체 생물로서 염색체를 두 벌 가지고 있다.예를 들어 설명하면 사람의 염색체는 모두 46개로 이루어져 있다. 세포분열 과정에 있는 세포를 들여다보면 46개의 막대기 모양이 나타나는 데 이것이 염색체이다.사람의 염색체 개수를 표현할 때 46개라고도 하지만 23쌍이라고도 표현한다. 즉 2×23=46이 된다는 의미이다.이런 생물체를 같은 유전 정보를 두 벌 가지고 있다는 의미로 2배체 생물체라고 한다. 하나의 염색체는 한 분자의 DNA로 이루어져 있다. 더 정확히는 하나의 염색분체가 한 분자의 DNA로 이루어져 있다고 해야 할 것이다.그리고 한 분자의 염색체 DNA는 정말 길고 긴 하나의 사슬 구조로 이루어져 있다. 염색체는 하나의 기다란 DNA 사슬이다.

지구 상에 존재하는 세포는 크게 원핵세포와 진핵세포로 나뉜다. ‘원핵(原核げんかく)’이란 핵이 없는 원시적인 형태의 세포라는 뜻이고 ‘진핵(眞ま核かく)’이란 핵이 진짜로 있는 세포라는 의미다.세포를 메틸렌블루라는 염색액으로 염색하면 세포의 가운데 짙게 염색되는 원형의 구조가 보이는데 이것이 핵이다.원핵세포는 똑같이 염색을 해도 가운데 핵에 해당하는 원형의 구조가 보이지 않는다. 박테리아와 같은 원핵세포는 핵이 없기 때문에 염색되는 부위가 없는 것이다. 핵만 없는 것이 아니라 원핵세포는 세포 내부를 정교하게 구획하여 나눠놓지 않는다. 따라서 다음의 세포 내 작은 구획들에 대한 설명은 대부분 진핵세포에 대한 설명이다.진핵세포는 원핵세포에 비해 진화적으로 발전된 것이며, 세포 내 구획에 따라 고도로 정교하게 분업화되어 있다는 특징을 가진다. 세포의 기능을 세포소기구들이 어떻게 나누어 분업하고 있는지 알아보자.

돌연변이가 일어나는 이유로 가장 먼저 들 수 있는 것이 복제 에러이다. DNA가 복제되기 위해서는 DNA 중합 효소의 작용이 필요하다.이 효소는 매우 단순한 원핵생물에서 인간처럼 고등한 동물에 이르기까지 모든 생물체가 가지고 있는 효소이다. 이 효소는 인간의 과학 기술이 절대로 흉내낼 수 없는 정확성을 가진다. 1,000만 개의 유전자를 복제할 때 한 번 정도 실수하는 효소인데 우리 인간이 만들어낸 어떠한 기계도 이 정도의 정확성을 가지지는 못한다.아마 우리 인류문명이 몇백만 년 더 가더라도 그런 고도의 정밀성을 가진 기계는 결코 만들어내지 못할 것이다.이 때문에 최근의 공학적 이슈는 어떻게 보다 정밀한 기계를 만들 것인가에서 어떻게 약간의 오차를 허용하고도 잘 작동하는 기계를 만들 것인가로 옮겨가고 있다. 사실 생각해보면 변화 혹은 변이는 우주의 기본 법칙이다. 절대영도인 -270℃로 떨어진 차가운 우주에 살지 않는 한 물질의 운동은 필연적이며, 물질의 운동이...

하루가 멀다 하고 새로운 컴퓨터 게임이나 스마트폰용 게임이 등장하고, 예전에는 볼 수 없었던 신기하고 재미있는 장난감들이 속속 만들어지고 있다.인터넷 커뮤니티에서도 새로운 게임을 만들어 놀기도 하는 등 세상은 온통 게임과 장난감으로 가득하다. 이렇게 날마다 새롭게 쏟아져나오는 놀이와 장난감 속에 전통놀이는 점점 설 자리를 잃어가고 있는 것 같아 아쉽기도 하다.아마 개그콘서트의 ‘현대 레알 사전’에서와 같이 전통놀이는 “추석이나 설이 되면 뉴스에서 볼 수 있는 놀이” 또는 “아이는 별 흥미를 느끼지 못하지만 아빠 혼자서 옛 추억에 사로잡혀 정신없이 노는 놀이”라고 정의될지도 모르겠다. 이렇게 전통놀이가 초라한 신세가 된 것은 요즘 아이들이 디지털 환경에 너무 익숙해져 있고, 놀이 환경이 너무나 많이 변했기 때문이다.아이들로서는 컴퓨터나 스마트폰만 있으면 다양한 게임을 즐길 수 있는데, 굳이 자치기나 비석치기를 하려고 차가운 바람을 맞아가며 넓은...

자콥의 자서전에 따르면 젖당 오페론의 조절 기작에 대한 영감이 아내와 영화를 보러갔다 불현듯 떠올랐다고 한다.자콥과 모노는 대장균을 젖당이 있는 배지에서 키우면, 증식이 잠시 멈추었다가 조금 뒤 젖당 분해 효소가 생성되면서 증식이 다시 진행되는 것을 보고 신기해하던 때였는데, 이 미스터리의 해답이 아내와 영화관에 들른 자콥의 머릿속에 번개 치듯 떠오른 것이다. 자콥의 가설은 젖당 분해 효소 유전자들이 평소에는 억제인자에 의해 꺼져 있다가 젖당이 필요할 때 이 억제인자가 억제 기능을 잃게 된다는 것이다.자콥은 이 가설을 연구소 선배교수였던 모노에게 말했고, 갸우뚱해하는 모노를 설득하여 자신의 가설을 입증하는 실험들을 수행하게 된다. 바로 이 일이 ‘오페론 가설’이라는 전설적인 업적으로 이어졌다. 이제 젖당 오페론 가설에 대해 간단히 살펴보자. 젖당 오페론에는 젖당 분해에 필요한 세 가지 효소 유전자들이 하나의 묶음으로 조절된다.이를 조절 단위...

갈릴레오는 대중적 인지도가 높은 사람이다. 아마도 뉴턴, 아인슈타인, 다윈에 이어 현대에 가장 많이 회자되는 과학자일 것이다. 대중이 받아들이는 전형적인 갈릴레오의 이미지는 지동설을 주장했고, 이로 인해 교회에 의해 재판을 받았으며, 그 결과 억울하게 유죄 판결을 받은 과학자로 압축해볼 수 있다. 하지만 갈릴레오의 이런 이미지들은 틀렸다고까지는 할 수 없을지라도 심하게 유형화되어 너무나 많은 이야깃거리를 감춰버리게 된다. 실제 갈릴레오만큼 극적인 인생을 살다간 과학자를 찾기도 쉽지 않다. 갈릴레오는 케플러보다 여섯 살 연상이었고 케플러보다 12년을 더 살았다. 두 사람은 완전한 동시대인이다. 그러나 둘의 사고법은 많이 달랐다. 케플러에게서 고결한 중세적 신비주의자의 모습이 보인다면, 갈릴레오에게서는 약삭빠른 현대인에 훨씬 가까운 모습이 느껴진다. 갈릴레오는 개인사적 고난도 많았다. 수시로 경제적 도움을 요청하는 철없는 남동생과 여동생의 결혼지참금...

불은 프로메테우스가 자신을 희생하면서까지 인간에게 전해줄 만큼 소중한 것이었다.불은 추위와 포식자로부터 인간을 지켜주었고, 다양한 음식을 먹을 수 있게 해주었다. 이러한 불의 속성 때문인지 모든 행사에서 불이 빠지지 않는다. 불이 사용되는 대표적인 행사는 올림픽이다. 그리스 헤라 신전에서 채화된 성화는 여러 나라를 돌아 개최국으로 봉송되어 온다.성화가 경기장에 도착하여 성화대의 불을 밝히면 올림픽이 시작된다. 불이 올림픽 경기에서만 사용되는 것은 아니다.힘든 야영의 마지막은 촛불의식과 불 글씨, 캠프파이어로 끝을 맺는다. 타오르는 불꽃을 보며 야영의 대미를 장식하는 것이다.사람들은 생일 때마다 케이크에 촛불을 켜고 축하파티를 시작한다. 생일뿐 아니라 사랑을 고백할 때도 하트 모양으로 촛불을 배열하여 연인의 마음을 사로잡으려 노력한다. 이렇게 불꽃은 사람의 마음을 움직이는 힘을 가졌기에 행사의 절정에서 폭죽을 쏘아 올려 사람들을 시선을 사로잡기도...

해독을 위해서는 세 가지 종류의 RNA, 즉 mRNA, tRNA, rRNA가 사용된다. 우선 mRNA는 유전자의 정보를 담고 있는 RNA이다.DNA에 들어있는 유전자 정보를 그대로 복사한 RNA이다. 진핵생물의 경우에는 가공이 완료된 RNA를 말한다. 다음으로 염기 서열 정보를 아미노산 서열 정보로 변환하는 변환 어댑터 tRNA(transfer RNA)가 있고, 마지막으로 리보솜을 구성하는 rRNA(ribosomal RNA)가 있다. tRNA는 클로버 잎 모양의 2차 구조를 가지는데 아래쪽 동그란 부위에 안티코돈이라 하여 mRNA의 3염기 코돈을 읽는, 즉 상보적 염기 서열을 가진 세 가지 염기가 있다.tRNA 줄기 모양의 끝에는 CCA 염기로 끝나는 3’ 끝이 있다. 이 CCA 끝에 안티코돈에 짝이 맞는 아미노산이 붙어 있다. 여기서 잠깐 논리적인 추론을 해보자. 유전 부호에는 모두 4×4×4=64개의 코돈이 있다.그중 종결코돈이라 불리는 UAA, UAG, UGA를 제외

감수분열이 진행되는 과정은 크게 DNA가 복제되는 시기, 감수분열 1기, 감수분열 2기로 나뉜다. DNA 분자의 개수로 비교하면 인간의 경우 DNA 복제기에 모두 92개의 DNA 분자가 만들어진다.감수분열 1기에서는 염색체 수가 반으로 줄어들어 23개가 되고, DNA 분자 수는 46개가 된다. 감수분열 2기에서는 염색분체가 반으로 줄어들고 DNA 분자는 23개가 된다.이때 중요한 것은 염색체 수가 반으로 줄어드는 기간이 감수분열 1기라는 사실이다. 이제 감수분열을 단계별로 살펴보자. 감수분열이 진행되기 전 DNA 복제가 일어나서 92개의 DNA 분자가 만들어진다. 이들은 감수분열 1기 전기에서 염색체의 형태로 나타나게 된다.체세포분열 때처럼 핵막은 서서히 사라지고, 중심립 2개가 형성되며 거기에서 방추사가 뻗어나오기 시작한다.이때 염색체가 상동염색체들끼리 쌍을 이루는데 이를 4분염색체(tetrad)라고 한다. 복제된 상동염색체 각각이 2개씩이니 2×2=4개의 DNA 분자,