생물 기초 퀴즈 12문제 - 세포와 세포막, DNA와 유전자와 염색체, 감수분열과 유전 다양성, 광합성과 호흡, 효소와 온도, 항생제와 바이러스, 백신과 획득면역, 유전자 변형과 선택 육종, 자연선택과 진화, 미생물의 역할, 생태 피라미드, 종의 정의

정답과 해설

1. 세포막에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 인지질이 두 겹으로 배열된 구조이며, 물질에 따라 통과 여부가 달라지는 선택적 투과성을 가진다. 세포막은 인지질 분자가 두 겹으로 마주 보게 배열된 얇은 막입니다. 인지질은 물과 친한 머리와 물을 싫어하는 꼬리를 함께 가지고 있어서, 물속에서는 꼬리끼리 안쪽으로 모이는 이중층을 자연스럽게 이룹니다. 이 막에는 단백질이 곳곳에 박혀 있어 특정 물질을 통과시키는 통로와 운반체 역할을 하고, 그 결과 세포는 필요한 것은 들이고 필요 없는 것은 막는 선택적 투과성을 갖습니다. 산소나 이산화탄소처럼 작고 기름에 잘 녹는 분자는 비교적 쉽게 지나가지만, 이온이나 포도당은 전용 통로를 거쳐야 합니다. 세포벽은 이와 별개의 구조로 식물과 세균 등에 있고, 유전 정보는 핵이나 핵양체에 있는 DNA에 저장됩니다.
2. DNA와 유전자와 염색체의 관계로 맞는 것은? — 정답: DNA 가운데 특정 기능을 담당하는 구간이 유전자이고, 그 DNA가 단백질과 함께 감기고 응축된 형태가 염색체다. 가장 작은 단위부터 보면 정리가 쉽습니다. DNA는 네 종류의 염기가 이어진 긴 사슬 형태의 물질이고, 그중에서 특정 단백질이나 기능성 RNA를 만드는 정보를 담은 구간을 유전자라고 부릅니다. 이 긴 DNA가 히스톤이라는 단백질에 감기고 여러 단계로 응축돼 현미경으로 보일 만큼 뭉친 상태가 염색체입니다. 즉 세 가지는 서로 다른 것이 아니라 같은 물질을 다른 축척에서 부르는 이름에 가깝습니다. 사람은 46개의 염색체를 23쌍으로 가지고 있고, 유전자 사이에는 단백질을 직접 만들지 않는 구간이 넓게 자리하며 그중 상당수가 발현을 조절하는 역할을 합니다. 유전자가 곧 형질 하나와 일대일로 대응한다는 생각은 대부분의 형질에서 지나친 단순화입니다.
3. 감수분열이 유전적 다양성을 만드는 방식으로 맞는 것은? — 정답: 염색체 수가 절반인 생식세포를 만들면서, 상동 염색체끼리 일부를 교환하고 무작위로 배열돼 조합이 매번 달라진다. 감수분열은 염색체 수를 절반으로 줄인 생식세포를 만드는 분열입니다. 사람의 경우 46개에서 23개로 줄어들고, 정자와 난자가 만나면 다시 46개가 되어 세대를 거쳐도 수가 유지됩니다. 다양성은 두 가지 장치에서 나옵니다. 하나는 교차로, 짝을 이룬 상동 염색체가 서로 붙어 일부 구간을 맞바꾸면서 부모에게서 온 정보가 한 염색체 안에서 섞입니다. 다른 하나는 무작위 배열로, 23쌍이 각각 어느 쪽으로 갈지 독립적으로 정해지므로 이것만으로도 대단히 많은 조합이 생깁니다. 여기에 어떤 정자와 난자가 만나는지가 더해져, 형제자매가 같은 부모에게서 나와도 유전적으로 서로 다릅니다.
4. 광합성과 세포호흡의 관계로 맞는 것은? — 정답: 광합성은 빛에너지로 이산화탄소와 물에서 포도당과 산소를 만들고, 호흡은 그 포도당을 산소로 분해해 에너지를 얻는 과정이며 식물도 호흡을 한다. 두 과정은 방향이 반대인 짝입니다. 광합성은 빛에너지를 이용해 이산화탄소와 물로 포도당을 만들고 그 부산물로 산소를 내보내며, 세포호흡은 포도당을 산소로 분해해 생명 활동에 쓰는 에너지를 얻고 이산화탄소와 물을 남깁니다. 중요한 점은 식물도 호흡을 한다는 것입니다. 잎뿐 아니라 뿌리와 줄기의 모든 살아 있는 세포가 밤낮 가리지 않고 호흡하며, 낮에는 광합성의 규모가 호흡보다 훨씬 커서 전체적으로 산소를 내보내는 것처럼 보일 뿐입니다. 그래서 빛이 없는 밤에는 식물도 산소를 소비하고 이산화탄소를 내놓습니다. 침실에 화분을 두면 위험하다는 이야기가 도는 이유이기도 한데, 실제 방 하나에 놓인 화분 몇 개가 사람의 호흡량에 견줄 정도는 아닙니다.
5. 효소에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 대부분 단백질로 이루어진 생체 촉매이며, 온도가 너무 높으면 구조가 변형되어 기능을 잃는다. 효소는 화학 반응의 활성화 에너지를 낮춰 반응 속도를 크게 높이는 생체 촉매이고, 대부분 단백질입니다. 반응이 끝나도 자신은 변하지 않아 반복해서 쓰입니다. 온도를 올리면 분자의 움직임이 활발해져 어느 지점까지는 반응이 빨라지지만, 그 지점을 넘어서면 단백질의 입체 구조가 풀려 기질과 맞물리던 자리가 망가집니다. 이것이 변성이고, 한번 심하게 변성된 효소는 온도를 낮춰도 대개 돌아오지 않습니다. 달걀흰자가 익으면 다시 투명해지지 않는 것과 같은 변화입니다. 효소는 기질과 모양이 맞아야 작동하므로 종류마다 담당하는 반응이 정해져 있고, 산성도에도 민감해 위에서 일하는 펩신과 소장에서 일하는 효소의 최적 조건이 서로 다릅니다.
6. 감기 같은 바이러스 질환에 항생제가 듣지 않는 이유는? — 정답: 항생제는 세포벽이나 세균 고유의 대사 과정처럼 세균에만 있는 표적을 공격하는데, 바이러스에는 그런 구조가 없기 때문. 항생제는 세균을 겨냥해 만들어진 약입니다. 세균의 세포벽 합성을 막거나 세균 고유의 리보솜과 대사 경로를 방해하는 방식으로 작동하는데, 바이러스는 세포벽도 없고 자체 대사 기구도 거의 없이 숙주 세포의 장치를 빌려 증식하므로 그 표적이 아예 존재하지 않습니다. 그래서 감기나 독감처럼 바이러스가 원인인 질환에는 효과가 없고, 대신 항바이러스제가 따로 개발됩니다. 필요 없는 항생제를 자주 쓰면 두 가지 문제가 생깁니다. 하나는 설사나 알레르기 같은 부작용이고, 다른 하나는 내성균이 살아남아 퍼지는 것입니다. 내성이 생기는 주체는 사람의 몸이 아니라 세균 집단이며, 처방받은 항생제를 중간에 끊는 것도 내성을 키우는 요인으로 지적됩니다.
7. 백신이 몸에서 하는 일로 가장 정확한 것은? — 정답: 병원체의 일부나 약화된 형태를 미리 보여 주어 면역계가 기억세포를 만들게 하고, 실제 감염 때 더 빠르고 강하게 반응하도록 준비시킨다. 백신은 병원체의 항원을 안전한 형태로 미리 보여 주는 방식입니다. 약독화한 병원체, 죽인 병원체, 표면 단백질의 일부, 또는 그 단백질을 만들라는 유전 정보를 넣어 주면, 면역계가 이를 침입자로 인식해 항체를 만들고 기억세포를 남깁니다. 이후 진짜 병원체가 들어오면 처음부터 배울 필요 없이 기억을 꺼내 훨씬 빠르게 대응합니다. 이렇게 경험을 통해 만들어지는 방어가 획득면역 또는 적응면역이고, 태어날 때부터 갖춘 피부와 점막, 식세포 반응 같은 선천면역과 구분됩니다. 다만 면역 기억은 병원체마다 지속 기간이 다르고 바이러스가 변이하면 효과가 줄어들 수 있어, 추가 접종이 필요한 백신이 있습니다. 접종률이 높아지면 감염 고리가 끊겨 접종하지 못한 사람까지 간접적으로 보호받는 효과도 있습니다.
8. 유전자 변형과 전통적인 선택 육종의 차이로 맞는 것은? — 정답: 선택 육종은 여러 세대에 걸쳐 원하는 형질을 가진 개체를 골라 교배하는 방식이고, 유전자 변형은 특정 유전자를 직접 넣거나 바꾸는 방식이다. 두 방법 모두 생물의 유전적 구성을 사람이 바꾸는 일입니다. 차이는 방식과 정밀도입니다. 선택 육종은 원하는 형질을 보이는 개체를 골라 교배하기를 여러 세대 반복하는 방법이라, 목표한 형질 말고도 수많은 유전자가 함께 섞여 넘어가고 시간이 오래 걸립니다. 유전자 변형은 특정 유전자를 골라 넣거나 제거하거나 편집하므로 바뀌는 범위가 좁고 결과가 빠릅니다. 오늘날 밭에서 자라는 옥수수, 배추, 수박, 개와 소는 모두 오랜 육종의 산물이라 야생 조상과 상당히 다른 생물입니다. 안전성은 방법 자체보다 무엇을 어떻게 바꿨는지에 따라 개별적으로 평가되며, 각국은 승인 절차와 표시 제도를 두어 관리하고 있습니다.
9. 진화와 자연선택에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 진화는 집단 안에서 유전자의 빈도가 세대를 거쳐 변하는 현상이며, 한 개체가 살아가는 동안 스스로 진화하지는 않는다. 진화는 개체가 아니라 집단에서 일어나는 변화입니다. 한 세대 안에 이미 존재하는 유전적 변이 가운데 그 환경에서 살아남고 자손을 남기는 데 유리한 것이 다음 세대에 더 많이 전달되고, 그 빈도 변화가 쌓인 결과가 진화입니다. 기린의 목이 길어진 것은 목을 늘리려 애써서가 아니라, 조금 더 긴 목을 가진 개체가 더 많은 자손을 남긴 일이 반복됐기 때문으로 설명됩니다. 자연선택은 강함이 아니라 그 환경에서의 번식 성공을 기준으로 하므로, 작고 눈에 띄지 않는 쪽이 유리한 환경도 많습니다. 진화에 목표나 방향이 정해져 있는 것도 아니고, 우연한 사건으로 유전자 빈도가 바뀌는 유전적 부동처럼 선택과 무관한 요인도 함께 작용합니다.
10. 미생물에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 대다수는 질병과 무관하며 유기물 분해, 발효, 질소 순환, 사람의 장내 환경 유지처럼 생태계와 우리 몸에 필요한 역할을 한다. 눈에 보이지 않는 생물 가운데 병을 일으키는 것은 아주 일부입니다. 흙과 물속의 세균과 곰팡이는 죽은 생물과 배설물을 분해해 물질을 다시 순환시키고, 콩과 식물의 뿌리혹에 사는 세균은 공기 중 질소를 식물이 쓸 수 있는 형태로 바꿉니다. 김치와 된장, 요구르트, 빵과 술은 모두 미생물의 대사를 이용한 식품입니다. 사람의 장에도 수많은 미생물이 살면서 소화되지 않은 성분을 분해하고 일부 비타민을 만들며 병원균이 자리 잡기 어렵게 만듭니다. 그래서 항생제를 쓰면 필요한 세균까지 줄어 배탈이 나기도 합니다. 참고로 세균은 스스로 대사하고 증식하는 단세포 생물이고 바이러스는 숙주 세포 없이는 증식하지 못하는 별개의 존재로, 크기와 구조와 대응법이 모두 다릅니다.
11. 먹이사슬에서 상위 포식자의 수가 적은 이유로 가장 정확한 것은? — 정답: 한 영양단계에서 다음 단계로 넘어갈 때 에너지의 대부분이 호흡과 열로 빠져나가 대략 10퍼센트 남짓만 전달되기 때문. 생태계의 에너지는 대부분 태양에서 출발해 생산자인 식물이 붙잡고, 초식동물과 육식동물로 차례로 넘어갑니다. 그런데 한 단계에서 다음 단계로 넘어갈 때 실제로 전달되는 양은 대략 10퍼센트 안팎에 그칩니다. 먹은 것의 상당 부분이 소화되지 않은 채 배출되고, 흡수한 에너지도 대부분 호흡과 체온 유지, 움직임에 쓰여 열로 흩어지기 때문입니다. 그래서 위로 올라갈수록 유지할 수 있는 생물량이 급격히 줄고 최상위 포식자는 수가 적을 수밖에 없습니다. 이 구조는 다른 것도 설명합니다. 상위 포식자는 개체수 회복이 느려 멸종에 취약하고, 분해되지 않는 오염물질이 단계마다 농축돼 상위 포식자에게 높은 농도로 쌓입니다. 곡물을 사람이 직접 먹는 편이 자원 측면에서 효율적이라는 이야기도 같은 계산에서 나옵니다.
12. 생물학에서 같은 종인지 아닌지를 가르는 기준으로 널리 쓰이는 설명은? — 정답: 자연 상태에서 서로 교배해 생식 능력이 있는 자손을 낳을 수 있으면 같은 종으로 본다. 가장 널리 쓰이는 기준은 생물학적 종 개념으로, 자연 상태에서 교배해 생식 능력이 있는 자손을 남길 수 있는 집단을 하나의 종으로 봅니다. 말과 당나귀 사이에서 노새가 태어나지만 노새는 대개 생식 능력이 없어 말과 당나귀는 서로 다른 종으로 분류됩니다. 반대로 치와와와 그레이트데인은 겉모습 차이가 크지만 같은 종에 속하는 품종입니다. 이 기준에도 한계가 있습니다. 무성생식을 하는 세균, 화석으로만 남은 생물, 서로 다른 종끼리도 종종 교배가 일어나는 무리에는 적용하기 어려워, 형태나 유전적 거리, 생태적 지위를 함께 보는 다른 종 개념이 보완적으로 쓰입니다. 종의 경계가 항상 뚜렷하지 않다는 사실 자체가 생물이 연속적으로 갈라져 왔다는 증거로 읽히기도 합니다.

축척을 옮겨 가며 보기

세포막은 인지질 이중층에 단백질이 박힌 구조로 물질에 따라 통과 여부가 달라지는 선택적 투과성을 가집니다. DNA는 물질이고 그중 기능을 담당하는 구간이 유전자이며, DNA가 단백질과 함께 응축된 형태가 염색체입니다. 서로 다른 것이 아니라 같은 대상을 다른 축척에서 부르는 이름입니다. 감수분열은 염색체 수를 절반으로 줄이면서 교차와 무작위 배열로 조합을 매번 다르게 만들어, 같은 부모에게서 나온 형제자매도 유전적으로 서로 다릅니다.

반대 방향인 짝과 흔한 오해

광합성과 세포호흡은 방향이 반대인 과정이고 식물도 밤낮으로 호흡합니다. 낮에 광합성 규모가 훨씬 커서 산소를 내보내는 것처럼 보일 뿐입니다. 효소는 대부분 단백질인 생체 촉매라 온도가 지나치게 높으면 구조가 풀려 기능을 잃습니다. 항생제는 세포벽이나 세균 고유의 대사 경로를 표적으로 삼기 때문에 그런 구조가 없는 바이러스에는 듣지 않고, 불필요한 사용은 내성균을 키웁니다. 백신은 항원을 미리 보여 주어 기억세포를 남기는 획득면역의 원리를 이용합니다.

집단과 생태계의 규칙

진화는 개체가 아니라 집단에서 일어나며, 필요해서 형질이 생기는 것이 아니라 이미 있던 변이 중 자손을 더 남긴 쪽이 늘어나는 과정입니다. 목표나 방향이 정해져 있지 않고 우연히 빈도가 변하는 유전적 부동도 함께 작용합니다. 유전자 변형은 특정 유전자를 직접 다루는 방법이고 선택 육종은 여러 세대에 걸쳐 형질을 고르는 방법으로, 오늘날의 작물과 가축은 대부분 오랜 육종의 산물입니다. 미생물의 대다수는 분해와 발효, 질소 순환, 장내 환경 유지 같은 역할을 하고, 생태계에서는 한 단계 올라갈 때마다 에너지가 대략 10퍼센트 남짓만 전달돼 상위 포식자가 적습니다. 같은 종인지는 자연 상태에서 생식 능력이 있는 자손을 낳을 수 있는지로 판단하는 것이 널리 쓰이는 기준입니다.

자주 묻는 질문