과학잡학사전 통조림 _ 일반과학편

생물 _ 인간

인간은 원래 원숭이였다?

인류는 약 700만 년 전에 처음 등장했다!

현재 알려진 가장 오래된 인류는 아프리카에서 발견된 사헬란트로푸스다. 인류는 침팬지와 같은 조상에서 갈라져 나온 뒤 두 발로 서서 걷기 시작했다.

우리는 호모 사피엔스!

우리의 선조는 약 20만 년 전 아프리카에서 탄생한 호모 사피엔스다. 이전의 다른 인류는 모두 멸종했다. 호모 사피엔스는 지금으로부터 약 6만 년 전 아프리카를 떠나 전 세계로 퍼져나갔다.

다윈이 생각한 진화론

생물의 진화란 ‘생명이 시작된 이후 점진적으로 변해가는 현상’을 말한다. 일반적으로 부모와 자식은 닮은꼴인데, 자식 세대에서 변화가 일어나 부모와 다른 생물이 되기도 한다. 그중에서 환경에 잘 적응한 자손만 살아남는다. 영국의 생물학자 찰스 다윈은 1850년 자연선택을 통한 종의 진화 이론을 담은 「종의 기원」을 출간해 학계에서 큰 논쟁을 일으켰다.

고래와 인간이 친척이라고?

등뼈가 있는 척추동물

동물은 등뼈가 있느냐 없느냐를 기준으로 척추동물과 무척추동물로 나뉜다. 척추동물의 몸은 등뼈, 즉 척추뼈를 비롯한 여러 종류의 뼈와 발달한 근육으로 이루어져 있다. 그리고 맨 앞부분의 뼈에는 뇌가 들어 있다.

포유류는 척추동물 중 하나

척추동물은 신체의 구조와 살아가는 방식에 따라 포유류, 조류, 파충류, 양서류, 어류로 나뉜다. 포유류란 새끼에게 젖을 먹여 기르는 모든 동물을 의미한다.

고래와 인간은 포유류

포유류가 육지에만 사는 것은 아니다. 고래, 돌고래, 바다표범처럼 물속에서 생활하는 포유류도 있다. 그러므로 포유류라는 분류 안에서는 사람과 고래가 먼 친척이다. 포유류는 알이 아니라 새끼를 낳는데, 특이하게도 오스트레일리아에 사는 오리너구리는 알을 낳는 포유류다.

과학 _ 다양한 힘

달리는 전철 안에서 점프하면 어떻게 될까?

지구는 엄청난 속도로 움직이고 있다

동쪽에서 시작해 하루 만에 출발점으로 돌아가는 것을 지구의 ‘자전’이라고 한다. ‘속도=거리÷시간’이라는 공식을 이용하면 속도를 계산할 수 있다. 만약 하루에 움직이는 거리가 약 3만 3,000킬로미터일 경우, ‘3만 3,000÷24=약 1,400’이다, 즉, 지구는 시속 1,400킬로미터라는 엄청난 속도로 움직이고 있다.

아무리 여러 번 반복해도 원래 장소로 떨어진다

지구는 엄청난 속도로 움직이고 있다. 젖 먹던 힘까지 짜내 점프하면 떨어지는 동안 지구가 동쪽으로 움직이니 처음과 다른 지점에 떨어진다고 생각할 수 있다. 하지만 점프했다가 착지하는 장소는 언제나 같다.

같은 속도를 유지하는 ‘관성의 법칙’

아무리 높이 점프하더라도 지구의 자전과 같은 속도를 유지하므로 원래 장소에 떨어진다. 전철 안에서 점프해도 마찬가지다. 일정한 속도로 움직일 때, 그 속도를 유지하는 ‘관성의 법칙’이 성립하기 때문이다. 움직이는 물체는 같은 속도를 유지하려는 경향이 있는데, 이런 성질을 ‘관성’이라고 한다.

우주 _ 우주의 구조

우주는 어떻게 생겼을까?

우주는 대폭발에서 시작되었다

우주는 아주 먼 옛날 지구가 생기기 훨씬 전, 아무것도 없는 공간에서 시작되었다고 추정된다. 그 계기는 ‘진동’으로 알려져 있다. 그 후 공간이 순식간에 급격히 팽창하는 인플레이션 그리고 대폭발, ‘불덩이’가 펑 터지는 빅뱅이 일어났다. 놀랍게도, 우주가 생겨나고 첫 3분 동안 우리 주위에 있는 모든 물질의 재료가 태어났다.

우주의 나이는 138억 살?

우주는 약 138억 년 전에 시작되었다고 여겨진다. 그리고 시간도 이때 시작되었다.

지금도 우주는 팽창하고 있다?

우주는 지금도 바깥쪽으로 향해 놀라운 속도로 팽창하고 있다. 팽창하려면 에너지가 필요한데, 그 에너지의 정체는 아직 베일에 싸여 있다. 정체불명의 이 에너지를 ‘암흑 에너지’라고 한다.

블랙홀이란 뭘까?

별의 일생 중 마지막 모습

밤하늘에 영원히 빛날 것 같은 별도 수명이 있다. 태양과 같은 항성(스스로 빛나는 별)은 태어났을 때의 중력으로 다른 별과 다른 방식으로 최후를 맞이한다. 태양보다 중력이 20~30배 센 항성이 마지막에 블랙홀이 되는 것으로 추정된다.

빛도 탈출하지 못한다

블랙홀에 가까이 다가가면 어떻게 될까? 그리고 블랙홀 내부의 물질은 어떻게 될까? 알 길이 없다. 블랙홀 근처에서는 중력이 너무 강해 빛조차 탈출할 수 없기 때문이다.

우주 초기에 초대형 블랙홀이 존재했다

우주가 탄생한 지 8억 년 시점에 이미 블랙홀이 존재했다는 사실이 밝혀졌다. 게다가 일반적인 크기가 아니라 초거대 질량(태양의 10억 배)을 지닌 블랙홀이었다. 어떻게 해서 그런 초대형 블랙홀이 만들어졌는지는 아직도 풀리지 않는 수수께끼다. 전 세계 8대 대륙에 위치한 전파망원경을 연결해 촬영한 ‘블랙홀의 그림자’가 2019년에 공개되었다.

생물 _ 동물의 엄청난 힘

뱀은 다리가 없는데 어떻게 움직일까?

파충류는 몸을 꿈틀거리며 이동한다

뱀은 다리가 없지만, 악어나 도마뱀과 같은 파충류에 속한다. 파충류의 다리는 몸의 가장 아래가 아니라 기어 다닐 수 있게 옆에 나와 있다. 따라서 몸을 지탱하는 힘이 약해 꿈틀거리며 이동한다. 뱀도 몸을 꿈틀대며 나름대로 ‘걷는 것이다.’ 그런데 비단뱀은 특이하게도 항문 근처에 발톱에 있고 몸속에 뒷다리 흔적의 뼈가 있다.

배에 돋은 비닐이 다리를 대신한다

도마뱀 배에는 비늘이 없지만, 뱀의 배에는 길쭉한 비늘이 돋아 있다. 이 비늘 끝을 땅바닥에 걸치고 세우거나 눕혀서 앞으로 나아간다. 즉, 비늘을 다리처럼 사용해서 걷는 셈이다.

꿈틀꿈틀 이동하면 몸이 안정된다

뱀은 앞을 향해 똑바로 나아가면 몸이 불안정해진다. 왜 그럴까? 뱀의 몸통이 원통형으로 되어 있기 때문이다. 하지만 뱀은 S자 모양을 하면 땅바닥에 몸이 착 붙으면서 안정적으로 나아갈 수 있다.

물고기는 물속에서 어떻게 숨을 쉴까?

필요한 에너지를 산소 호흡으로 해결!

많은 생물이 산소를 사용해 영양소를 분해하고 생존에 필요한 에너지를 확보한다. 물고기도 마찬가지다. 산소가 부족해지면 에너지를 만들지 못해 죽는 생물이 많다.

물에도 산소가 녹아 있다

물속에서는 광합성 작용을 통해 식물이 생산한 산소가 물에 녹아 있다. 그리고 물살이 빠른 강과 파도가 치는 해수면 등에는 공기 속의 산소가 녹아 있다. 물론 양은 그리 많지 않다. 물고기는 물속에 녹아 있는 산소를 아가미의 혈관으로 흡수한다.

물속에는 산소가 적지만, 많은 물이 아가미로 흐른다

물속에는 공기 중보다 산소가 훨씬 적다. 그러나 많은 양의 물이 입에서 아가미로 일방통행으로 계속해서 흘러 육지에 사는 동물과 마찬가지로 산소를 충분히 흡수할 수 있다. 참고로, 조류의 폐도 공기가 일방통행으로 흘러 들숨과 날숨에서 모두 산소를 흡수할 수 있다.

자연 _ 지면

온천은 어떻게 생겨날까?

‘차가운 온천’도 있다

온천은 “지하에서 용출되는 섭씨 25도 이상의 온수”가 나오거나, 그 이하 온도에서도 “탄산, 철, 아이오딘 등 규정된 19종류의 물질 가운데 하나라도 물 1킬로그램에서 1,000밀리그램(=1그램) 이상 함유하고 있어야 한다”고 정해져 있다. 따라서 따뜻한 온천도 있고 차가운 온천도 있다.

따뜻한 온천(화산성 온천)과 마그마방

온천은 화산 근처에 많다. 화산은 암석이 녹아 흐물흐물해진 마그마가 쌓인 ‘마그마방’에서 마그마가 상승하는 자연 현상이다. 지하로 스며든 물이 마그마방 근처에서 뜨거워져 고온이 되거나 상승한 뜨거운 물이 ‘따뜻한 온천’이다.

온천은 물속에 녹아 있는 성분으로 분류된다

온천에는 주위 암석과 마그마, 화산 가스로부터 주위 광물질을 용해한 성분이 함유되어 있다. 유황 성분이 많으면 유황천, 소금 성분이 많으면 식염천, 이산화탄소가 많으면 탄산천 등으로 나눌 수 있다.

흙은 어떻게 만들어질까?

흙은 암석을 토대로, 생물의 작용이 더해진다

지표 가까이 있는 암석(‘흙을 만드는 어머니’라고 해서 ‘모암’이라 부른다)은 오랜 세월 풍화작용으로 자갈과 모래로 변해 간다. 그 후 조금씩 고운 점토가 된다. 이렇게 만들어진 점토에 생물(특히 미생물) 작용이 더해지면 생물이 자라기 좋은 흙이 만들어진다.

생물의 사체가 분해되어 흙이 된다

생물의 사체(낙엽과 마른 가지, 동물 사체 등)가 흙 속의 동물(지렁이 등)에게 먹히거나, 흙 속의 균류와 세균류의 영양이 되어 차츰 분해되어 부식(유기물이 완전히 분해된 상태)된다. 이처럼 부식된 상태가 흙의 정체다. 1그램의 흙에는 몇백만 개의 균류와 수억 개의 세균류가 있다고 알려져 있다.

산지에 많은 갈색토

강우량이 많고 산지가 삼림으로 뒤덮인 지역에서는 부식토 함유량이 높은 갈색토(갈색 산림토)가 많다. 산지는 모암으로 만들어져 있고, 그 표면을 흙이 덮고 있다.

질병과 약 _ 건강에 얽힌 불가사의

모기에 물리면 왜 가려울까?

모기에 물리면 바로 가려운 원리

모기는 침처럼 생긴 주둥이를 피부에 꽂아 피를 빤다. 이때 피가 굳지 않게 하는 성분 등이 들어 있는 침을 피부에 주입한다. 이 성분에 피부가 반응해 가려움증을 유발하는 물질이 만들어진다.

가라앉았다가 다시 가려운 이유

모기에 물리면 바로 가렵다가 얼마 후 벌겋게 부어오르며 다시 가렵다. 그 이유는 모기 침 속에 들어 있는 성분에 백혈구가 모여들어 가려움증을 유발하는 갖가지 물질이 분비되기 때문이다.

가려움증 유발 물질이 가려움증 신경을 자극한다

가려움증 유발 물질이 분비되면 가려움증 신경이 자극되어 가려움증을 느끼게 된다. 이때 가려움증과 통증이 함께 느껴지면 가려움증 신경의 작용이 억제되어 가려움증이 이내 가라앉는다. 가렵다고 너무 세게 긁으면 피부가 자극을 받아 상태가 악화될 수 있으니 주의해야 한다.

스트레스는 왜 생길까?

스트레스의 정체

스트레스의 원인은 더위와 추위, 불안, 질병, 다른 사람과의 관계 등 다양하다. 하지만 스트레스가 무조건 나쁘기만 한 것은 아니다. 적당한 스트레스는 오히려 의욕을 북돋우기 때문에 우리 생활에 필요하다.

스트레스가 심해지면…

그러나 스트레스가 너무 심하면 여러 가지 나쁜 일이 일어난다. 기분이 우울해지고 잠이 오지 않는 등 심리적 문제는 물론 피로, 두통, 어지럼증 등 몸에 문제가 나타날 수도 있다.

어린이도 스트레스를 받을 수 있다

어린이도 꾸중을 듣거나 친구와 싸우거나 좋아하는 사람과 헤어지거나 공부나 시험 등 이런저런 스트레스에 노출되면 기분이 가라앉거나 쉽게 짜증을 낼 수 있다. 어린이의 경우, 걱정되는 일이 있으면 부모님이나 학교 선생님 등 믿을 수 있는 어른에게 상담할 수 있는 분위기를 만들어주는 것이 바람직하다.

기계와 도구 _ 디지털

QR코드는 어떤 원리로 만들까?

QR코드의 원천 기술이 된 바코드

바코드는 상점 등에서 상품을 손쉽게 관리하기 위해 만들어진 코드다. 흰색과 검은색 선으로 숫자를 표시하는데, 가로 방향으로 정보를 배열하며, 최대 20개까지 숫자를 기록할 수 있다.

QR코드는 바코드의 진화 버전!

QR코드는 가로세로 두 방향으로 정보가 기록된다. 따라서 바코드보다 많은 정보를 기록할 수 있다. 무려 7,089개의 숫자를 기록할 수 있으며, 문자 정보도 담을 수 있다.

간편하게 정보를 판독하기 위한 장치?

QR코드는 세 개의 코너(모퉁이)에 위치를 나타내는 표식이 있어 어떤 방향에서도 정확하게 판독할 수 있다. 그뿐만 아니라 살짝 일그러져도 판독하는 데 아무런 문제가 없다. 게다가 QR코드는 누구나 간단히 만들 수 있다.

터치 패널은 어떤 원리로 작동할까?

압력 감지 방식이 많다

은행 ATM·전철표 발권기 등에 사용되는 터치 패널은 패널을 눌렀을 때 압력을 감지하는 방식으로 작동된다. 터치 패널에 두 장의 전극을, 사이를 벌려 마주 보게 한 뒤 손가락으로 누르면 그 압력으로 전극이 떨려 전류가 흐르는 구조다.

스마트폰과 태블릿PC는 전기의 변화로 반응한다!

스마트폰과 태블릿PC 등에 사용되는 터치 패널은 손가락이 닿았을 때 발생하는 전기의 변화를 감지하는 방식이다. 겨울에 문손잡이를 잡으면 ‘찌릿’하고 정전기가 흐르는 것처럼, 손가락이 터치 패널에 닿으면 전기에 변화가 생긴다. 다만, 손톱이나 건조한 손은 전기가 통하지 않아 스마트폰을 조작해도 반응하지 않는다.

터치 패널 속은 어떻게 생겼을까?

스마트폰과 태블릿PC 등 터치 패널 표면은 전기가 통하지 않는 층으로 되어 있다. 그리고 그 아래 ‘전기의 변화를 감지하는 층’이 있어, 여러 전극에서 전기의 변화를 감지해 멀티 터치(몇 군데 동시에 반응)에도 대응한다.

기계와 도구 _ 놀라운 테크놀로지

인공지능은 어떻게 만들까?

빅데이터는 뭘까?

쉬운 예로, 스마트폰에 말을 걸면 질문에 대답해주는 음성 인식 기능도 AI다. 많은 사람의 목소리가 발음과 목소리의 강약, 사투리 등의 정보(빅데이터)로 차곡차곡 쌓여 기억된다.

딥러닝이란 뭘까?

스마트폰은 질문을 받으면 빅데이터를 기반으로 ‘무엇을 물었는지’ 분석하고, 인터넷을 활용해 최적의 답을 검색한다. 이것이 ‘딥 러닝’ 시스템이다.

AI가 활약하는 분야는 다양하다

AI는 음성 인식 외에도 많이 활용되고 있다. 딥 러닝을 반복해 점점 똑똑해진 AI는 우리 생활에 큰 변화를 일으키고 있다. 가령 자율주행 자동차와 무인 편의점 등도 AI로 실현되는 것이다. 언젠가는 AI의 지능이 인간을 뛰어넘는 ‘특이점’을 맞을지도 모른다.

질병과 약 _ 감염병

세균과 바이러스는 어떤 차이가 있을까?

세균은 엄연한 생물!

바이러스는 다른 생물의 세포에 침투해서 그 생물의 생명 작용을 이용해 증식한다. 그러나 세균은 바이러스와 달리 스스로 증식할 수 있다. 세균은 엄연한 생물이다.

세균도 세포로 이루어져 있다

세군도 우리 몸과 마찬가지로 세포로 이루어져 있다. 인간과 비교하면 단순한 구조지만, 세균은 움직이거나 먹거나 살아가는 데 필요한 요소를 모두 갖추고 있다. 인간의 세포는 약 37조 개인데, 사람의 몸에 서식하는 세균은 약 100조 마리에 이른다.

세균의 크기와 양은?

세균은 1밀리미터의 100분의 2에서 100분의 3 정도로 아주 작은 크기여서 눈에 보이지 않는다. 하지만 지구상의 세균을 전부 모으면 지구에 사는 모든 식물과 맞먹는 무게라고 한다.

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본 정보는 도서의 일부 내용으로만 구성되어 있으며, 보다 많은 정보와 지식은 반드시 책을 참조하셔야 합니다.