이번 포스트에서는 고등학교 생명과학 1의 맨 첫 번째 등장하는 내용인 생명현상의 특성에 대해서 알아볼게요.
생명과학이라는 과목을 본격적으로 이해하고 배우기 이전에, 일단 생명과학에서 다루는 '생명체'라는 대상이 무엇인지에 대해 명확히 알 필요가 있어요.
다시 말해 길가다 마주치는 전봇대(무생물)와 사람(생물)이 도대체 어떤 점에서 다른지에 대해 이해하는 것이 필요한거죠.
기본적으로 생명체는 무생물과는 달리 아래에 나열된 것과 같은 독특한 특징들을 가지고 있어요.
1. 세포(cell)로 구성되어 있다.
2. 물질대사(metabolism)를 한다.
3. 자극에 대해 반응하고, 그 결과 항상성(homeostasis)을 유지한다.
4. 발생하고 생장한다.
5. 생식을 통해 자손에게 형질을 유전한다.
6. 주어진 환경에 대해 적응하고, 또 진화한다.
물론, 모든 생물학자들이 위에 나온 6가지 조건을 생명체만의 고유한 특성으로 인정하지는 않아요. 특히나 다소 논란의 여지가 있는 부분들이 몇몇 존재하기도 해요. (예를 들어 조건 1의 경우 바이러스(virus)라는 애매모호한 녀석의 등장으로 상당히 애매한 조건이 되어버리기도 했어요)
그러나 고등학교 생명과학 수준에서는 일단 이 6가지 특징들을 생명체의 특징이라고 이해해도 무방할 것 같아요.
그러면 이제 이들 각각에 대해 조금 더 자세히 알아볼게요.
1. 세포로 구성되어 있다.
지구상에 존재하는 수많은 생물들은 모두 세포라는 아주 작은 단위로 구성되어 있어요.
쉽게 말해 레고 블럭으로 거대한 함선을 만들었다고 했을 때, 이 함선이 생명체 그 자체라면, 이들을 이루고 있는 레고 조각 하나하나가 세포라는 단위인 것이죠.
위 그림에 나와있는 것이 세포에 대한 일종의 모식도인데요.
다만 위 그림처럼 모든 세포가 다 동글동글한 모양을 하고 있는 것은 아니고, 기능, 그리고 위치에 따라 서로 각기 다른 모양의 세포들이 존재하고 있어요.
흔히 세포를 생물체의 구조적인 단위이자 동시에 기능적인 단위라고 이야기하는데요.
일단 앞서 말한 것처럼 모든 생물체들을 쪼개보면 결국 세포라는 최소단위가 등장하므로 세포를 구조적인 단위로 볼 수 있어요.
더불어 하나하나의 세포가 모여서 심장, 폐, 뇌, 혈관과 같이 특수한 기능을 하는 공간을 형성하기 때문에 세포를 기능적인 단위로도 볼 수 있어요.
그런데 이런 설명을 듣고 있다 보면, 근본적인 의문점이 생기시는 분들도 있을 것 같아요.
아니, 세포가 생물체의 구조, 기능적인 단위라고 말하니까 그런줄은 알겠는데, 아무것도 모르던 시절에는 이걸 도대체 어떻게 알게 된 거지?
이 질문에 대한 답은 어찌보면 정말 간단한데요.
현미경 기술이 발달하면서 생물체를 확대해서 관찰해보니, 예외없이 모든 생물체에서 다 세포를 관찰할 수 있었어요.
이런 관찰에 힘입어 '(지금까지 발견된) 모든 생물체는 세포로 구성되어 있다'는 주장을 할 수 있게 된 것이죠.
2. 물질대사를 한다.
생물체들은 필연적으로 물질대사를 할 수 밖에 없는데요.
물질대사란, 쉽게 말해서 커다란 분자를 쪼개서 에너지를 얻거나, 혹은 에너지를 들여서 다시 커다란 분자를 만드는 모든 과정을 말해요.
이 때 커다란 분자를 작은 분자로 쪼개서 에너지를 얻는 과정을 이화작용(catabolism)이라고 하고 에너지를 들여서 작은 분자를 커다란 분자로 합성하는 과정을 동화작용(anabolism)이라고 불러요.
다시 말해 물질대사라는 거대한 카테고리가 있는데, 이 중 큰 분자->작은 분자로 쪼개는 모든 반응을 이화작용이라 하고, 작은 분자->큰 분자로 합성하는 모든 반응을 동화작용이라고 하는거죠.
한편 잘 생각해보면 이화작용, 동화작용 각각이 흡열반응인지, 발열반응인지에 대해서도 예상할 수 있어요.
이화작용은 쉽게 말해 큰 분자를 작은 분자로 쪼개는 과정이에요. 그런데 큰 분자에 비해 작은 분자가 머금고 있는 화학적인 에너지는 그리 많지 않아요. 즉, 고에너지의 분자가 저에너지의 분자로 변하는 과정이 이화작용인거죠.
그러면 이 과정에서 에너지가 흡수될까요, 아니면 방출될까요?
고에너지 분자가 저에너지 분자로 변화하므로 이 때의 에너지 차이 만큼이 외부로 방출되겠죠?
그래서 이화작용은 발열 반응이에요.
한편 동화작용은 위 그림에도 나와있듯이 작은 분자들이 질서정연하게 서로 연결되어서 큰 분자를 만들어내는 반응이에요.
다시 말해 저에너지의 분자가 고에너지의 분자로 합성되어야 하는거죠.
그렇기에 이 과정에서는 외부로부터의 에너지 유입이 필요할 수 밖에 없어요.
다시 말해 동화작용은 흡열 반응이에요.
생물체에서 일어나는 이화작용의 대표적인 예로는 음식물의 소화, 세포호흡, 지방산 분해, 단백질 분해 등의 과정이 있고, 생물체에서 일어나는 동화작용의 대표적인 예로는 당 합성, 단백질 합성, 지방 합성, 광합성 등이 있어요.
물론 이 밖에도 훨씬 많은 물질대사 과정들이 존재하고, 문제에서도 위에 열거한 반응 이외에 다른 반응들이 등장해서 그 반응이 이화작용인지, 동화작용인지를 물어볼 수도 있어요.
그런 경우라도 주어진 반응이 큰 분자가 작은분자로 쪼개지는 반응인지, 아니면 작은 분자가 큰 분자로 합성되는 반응인지만 파악한다면 그 반응이 이화작용인지, 동화작용인지를 쉽게 파악할 수 있어요.
3. 자극에 대해 반응하고, 그 결과 항상성을 유지한다.
우선 '자극에 대해 반응한다'는 조건은 다들 이해하실 수 있을 것 같아요.
예를 들어 우리는 날씨가 엄청 더울 때 땀을 흘리면서 옷을 벗어던지는 한편, 추울 때는 벌벌 떨면서 옷을 더 걸치죠. 이런 것들 하나하나가 모두 다 외부 자극에 대한 반응이에요.
이보다 조금 더 시험문제에 적합한(?) 예시들도 있는데요.
위 그림에 나타나 있는 것처럼 식물이 빛을 받을 시 그 부분으로 휘어서 자라게 되는 것 또한 자극에 대한 반응의 한 종류로 볼 수 있어요. (이러한 식물의 특징을 굴광성이라고 해요)
한편 이러한 자극의 반응은 생물체에게 아주 중요한 특징 중 하나를 부여해주는데요.
이것이 바로 항상성(homeostasis)이에요.
항상성은 쉽게 말해 생물체가 가지고 있는 '항상 비슷한 체내환경을 유지할 수 있게끔 하는 성질'이에요.
(항상성이라는 이름 안에 들어있는 '항상' 이라는 단어를 보면 의미를 쉽게 짐작하실 수 있을 것 같아요)
대표적인 예가 체온, 혈당량, 삼투압 등의 조절인데요.
뭐 이 녀석들만 우리 몸에서 '항상' 일정하게 유지되는 건 당연히 아니고요 ㅋㅋㅋ
이 밖에도 생물체 내의 상상할 수 있는 거의 모든 것들이 항상성에 의해서 일정하게 유지되고 있어요.
당연히 이 때 생명체가 항상성을 유지하기 위해서는 외부로부터의 자극에 반응하는 것이 필수적이겠죠?
예를 들어 70도 정도의 찜질방에 들어갔을 때 우리 몸이 '70도'라는 외부 자극에 반응을 해서 땀을 뻘뻘 내는 등의 반응을 해야만 우리 몸의 체온이 어느 정도는 일정하게 유지될 수 있을 거에요.
4. 발생하고 생장한다.
위 그림은 개구리가 알에서부터 하나의 개체로 자라나는 과정을 보여주고 있는데요.
이와 같이 수정란이 완전한 하나의 개체로 성장해나가는 일련의 과정을 발생이라고 해요.
한편 발생 과정을 통해 만들어진 어린 개체는 점차 세포분열을 통해 몸집을 불리고 그 결과 성체가 되는데(위 예시에서는 올챙이가 개구리로 변화) 이 때의 일련의 과정들을 생장이라고 불러요.
정리하자면 수정란이 어린 개체가 되기까지의 과정을 발생, 그 이후 어린 개체가 성체로 변화하는 과정을 생장이라고 불러요.
5. 생식을 통해 자손에게 형질을 유전한다.
다들 어떤 식으로든 다양한 생명체들이 자손을 만든다는 것을 알고 있을텐데요.
생명체가 자손을 만드는 행위 자체를 생식이라고 불러요.
그리고 이런 생식의 과정에서 부모의 특징(혹은 형질)이 자손에게로 전달되는 일이 일어나는데, 이를 유전이라고 불러요.
(유전에 대해서는 이후 쳅터에서 다시 자세하게 다룰 기회가 있을 것 같아요)
참고로 생식에는 유성생식(sexual reproduction)과 무성생식(asexual reproduction)이 있는데요.
유성생식은 위 그림 오른쪽에 나와있는 것과 같이 서로 다른 2개 이상의 성(sex)을 가진 개체들이 각기 다른 생식세포를 만들고, 이들 생식세포들이 결합한 결과 생식이 이루어지는 방식이에요.
한편 무성생식은 위 그림 왼쪽에 나와있는 것과 같이 단일한 성을 가진 하나의 개체가 자기 몸을 반으로 쪼갠 결과 자손을 만들어내는 방식이에요. 이러한 방법의 대표적인 예로는 분열법, 출아법 등이 있어요.
6. 주어진 환경에 대해 적응하고, 진화한다.
생명체가 가지고 있는 마지막 특성은 주어진 환경에 대해 적응하고 진화한다는 거에요.
사실 적응, 진화의 대략적인 의미에 대해서는 많은 분들이 이미 알고 계실 것 같은데요.
이 둘은 미묘하지만 매우 중요한 차이점이 있어요.
바로 적응은 특정 생물이 살아가는 과정에서 환경에 맞게 변화하는 것을 의미하고
진화는 여러 자손세대를 거치면서 서서히 자손세대의 생물들이 환경에 맞게 변화해가는 과정을 의미해요.
예를 들어 인간의 수명이 100년이라고 해보죠.
이 때 적응은 인간이 살아가는 100년 안에 인간에게서 일어나는 환경에 대한 변화를 의미하고 진화는 이보다 훨씬 더 긴 시간, 예를 들어 10만년 정도에 걸쳐서 자손이 자손을 만들고, 또 그 자손이 자손을 만들어내는 과정에서 점차적으로 표현형이 변화해가는 것을 의미해요.
참고서적, 혹은 교과서 등을 보면 진화, 적응과 관련된 다양한 예시들이 나올 텐데요. ex) 눈신토끼 털색, 사막여우의 귀...
이런 예시들을 하나하나 다 외우려고 노력하기보다는, 적응과 진화의 의미를 제대로 이해한 상태에서 예시가 나올 때마다 개념을 바탕으로 문제를 풀어가시는 것이 훨씬 더 효율적으로 공부할 수 있는 방법이 될 것 같아요.
이번 포스트에서는 생명현상의 특성에 대해 알아봤어요.
다음 포스트에서는 생물의 구성 체제에 대해 알아볼게요.
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