서울市立科學團 SEOUL SCIENCE CENTER

DNA 二重螺旋 發見과 科學者 이야기

1953年 4月 25日, 科學저널 <네이처>에 20世紀 生命科學系의 最大 事件인 DNA 二重螺旋의 構造圖가 실린 날이다. 二重螺旋 構造 發見의 主人公은 美國의 제임스 왓슨(James Watson, 1928~)과 英國의 프랜시스 크릭(Francis Crick, 1916~2004)이다. 本文은 1페이지밖에 안 되는 짧은 分量이었지만, 20世紀 最大 生物學的 成果로 아직도 認定되고 있다. 遺傳學 硏究는 이때부터 本格的으로 始作되었다.

그러나 DNA 構造 發見의 그 裏面에는 生命의 祕密을 獨占하려는 學者들 사이의 競爭과 友情, 그리고 反目이 뒤엉킨 人間드라마가 숨어 있다. 當時 DNA의 祕密을 캐기 위한 慶州에는 여러 硏究者들이 角逐을 하고 있었다. 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭, 그리고 當代 最高의 科學者로 稱頌 받던 美國의 物理學者 라이너스 폴링(Linus Pauling, 1901 ~ 1994), 英國 런던의 킹스 칼리지에서 일찍부터 X線 回折 寫眞을 통해 DNA를 硏究하던 모리스 윌킨스(Maurice Wilkins, 1916 ~ 2004)와 로잘린드 프랭클린(Rosalind Franklin, 1920~1958) 等이 先頭를 다퉜다.

그 中 왓슨과 크릭은 DNA 硏究에서 가장 뒤떨어진다고 評價 받던 人物이다. 왓슨은 1950年에 인디애나 大學에서 動物學으로 博士 學位를 받은 지 1年밖에 안 된 젊은 靑年이고, 크릭은 런던의 유니버시티 칼리지 出身으로 왓슨보다 12살이나 많았지만 學位도 없었고 經歷도 神通치 않았다. 또한 왓슨과 크릭이 함께 일한 케임브리지大 캐번디시 硏究所는 DNA 構造 硏究의 後發走者였다. 2次 大戰 後 物資가 不足했던 英國에선 두 個의 大學이 같은 硏究를 하는 것이 容納되지 않았고, DNA 構造 硏究는 로잘린드 프랭클린이 屬한 킹스 칼리지의 몫이었다. 그럼에도 왓슨과 크릭은 生物學科 物理學을 바탕으로 各種 데이터를 分析하며 DNA의 祕密을 밝혀나가기 始作했다.

그런데 問題는 DNA가 어떤 構造를 가지고 있느냐를 밝혀내는 일이었다. DNA 構造를 說明하기 위해서는 實際 細胞의 核 속에 DNA가 어떤 模樣으로 들어 있는지를 알아야 한다. 이를 爲해서는 X線으로 寫眞(回折 무늬)을 찍어야 한다. 當時 女性 科學者 프랭클린이 찍은 DNA의 X線 回折寫眞은 이中 螺旋構造를 確信하는 決定的인 資料가 됐다. 이 資料를 왓슨과 크릭에게 提供한 사람은 다름 아닌 킹스 칼리지의 프랭클린 同僚 윌킨스이다. 프랭클린과 사이가 좋지 않았던 윌킨스는 隨時로 캐번디시 硏究所를 訪問해 프랭클린이 찍은 DNA X線 寫眞을 보여주고, 論文으로 出版되지 않은 데이터들을 提供했다. 윌킨스는 프랭클린의 事前 許諾도 없이 回折寫眞을 分析했고, 프랭클린이 찍은 X線 回折寫眞에서 決定的 端緖를 얻은 왓슨과 크릭은 곧 螺旋形 模型을 만들었다. 이것이 바로 그 有名한 DNA 二重螺旋 構造 模型이다. 1953年 왓슨이 科學저널 「네이처」 論文을 통해 DNA 二重螺旋을 밝힌 나이는 不過 25歲였다.

제임스 왓슨, 프랜시스 크릭, 모리스 윌킨스 세 사람은 1962年 12月, 스웨덴 스톡홀름의 노벨賞 受賞臺에 나란히 섰다. DNA의 二重螺旋 構造를 밝힌 것이 受賞 理由다. 이 때, 프랭클린이 찍은 寫眞이 같은 論文에 실려 있음에도 不拘하고, 노벨賞을 받지 못한 것은 癌 宣告를 받고 1958年 38歲라는 젊은 나이에 世上을 떠났기 때문이다.

DNA 指紋分析과 科學搜査

DNA 指紋을 發見한 알렉 제프리스(Alec Jeffreys, 1950 ~) 博士는 그 功勞로 2008年 4月 世界 最高의 技術上이라고 할 수 있는 2008年度 밀레니엄 技術上(Millennium Technology Prize)을 받았으며 英國 王室로부터 騎士作爲를 받았다. 또한 各種 犯罪와 關聯된 遺傳子 指紋 硏究의 顧問으로 일하면서 쉴 새 없이 일하고 있다. 

犯人을 잡고, 親子 確認에 使用되며 古代 미스터리를 푸는 데도 利用되는 DNA 指紋은 1983年 11月 英國 나보르의 작은 마을에서 發生한 殺人事件 搜査에 처음 利用되었다. 當時 英國 警察은 나보르 마을에 居住하는 모든 男子들은 對象으로 血液檢査를 하여 犯人을 잡을 수 있었다.

DNA 가닥은 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C) 等 4個의 鹽基들이 긴 실처럼 이어져 있으며, 鹽基序列이라고 부른다. 사람마다 地文이 千差萬別로 다른 것처럼 鹽基序列度 各自 다르기 때문에, 이를 DNA 指紋(DNA fingerprinting) 또는 遺傳子 指紋이라고도 한다. 사람마다 다른 DNA 鹽基序列을 利用하면, 犯罪搜査에서 同一人 與否를 確認할 수 있다. 例를 들어 犯罪 現場에서 精液이나 血痕과 같은 體液이나 머리카락과 같은 端緖에 나타난 DNA 指紋을 警察이 指目한 容疑者의 指紋과 比較해서 一致하는지 確認하여 犯人을 確定한다.

제프리스의 DNA 指紋 德分에 科學搜査 時代가 始作되었고 司法機關의 犯罪搜査에 革命을 일으켰다. 1993年 以後 犯罪嫌疑를 받고 있던 在所者 가운데 144名 以上이 元來 公判 때는 使用할 수 없었던 새로운 DNA 技術을 活用해 無罪 判決을 받았다. 이들 가운데 12名은 그들이 저지르지도 않은 犯罪 때문에 死刑宣告를 받고 死刑囚 監房에서 兄 執行을 기다리고 있었다. DNA技術이 存在하지 않았다면, 그들은 抑鬱하게 世上을 떠났을 것이다. 이와 같은 成功은 廣範圍한 人權運動을 觸發시켜 現在 美國의 25個 有名 法科大學에서 潔白 糾明 프로젝트를 敎科科目으로 採擇하고 있다.

人體 生涯週期別 特徵

誕生 後 大部分의 動物들은 바로, 或은 몇 時間이 지나면 스스로 걸을 수 있다. 뿐만 아니라 6個月이 지나면 大部分 새끼를 낳을 수 있는 成體가 된다. 反面 人間은 걷는 데에만 1年이 넘게 걸리고 生殖的으로 子息을 낳을 수 있으려면 10年이 훨씬 지나야 한다. 이것은 進化的 立場에서 보면, 人間은 誕生 後 많은 에너지를 筋肉 發達이나 生殖 機能에 쏟아 붓는 것이 아니라 腦發達에 穩全히 쏟기 위함이라는 見解가 있다. 人間의 生涯週期는 誕生부터 新生兒, 嬰兒期, 幼兒期, 兒童期, 靑少年期, 成人期, 中年期, 老年期로 나눌 수 있으며, 週期別 代表的 身體變化는 다음과 같다.
1) 新生兒期(出生 ~ 1歲) : 키와 體重 增加率이 가장 높은 時期, 身體 成長뿐만 아니라 知能, 情緖, 運動發達度 活潑히 일어난다. 生存과 直結되는 反射行動(빨기반사, 把握反射, 水營反射 等)機能이 나타난다.
2) 嬰兒期(1 ~ 3歲) : 嬰兒期 만큼은 急速한 成長은 아니지만 如前히 높은 成長率을 보인다. 몸體는 길고 下體는 짧으며 다리는 若干 휘어져 구부정하다. 男女外形 差異는 서로 비슷하게 보인다. 臺筋肉과 微細筋肉이 發達하고 言語發達이 매우 큰 時期이다.
3) 幼兒期(3 ~ 5歲) : 皮下脂肪이 減少되고 四肢가 빠르게 成長하여 均衡 있는 外貌를 形成한다. 突出된 腹部가 사라지면서 骨盤이 곧바로 세워지고, 腹壁筋이 發達하고 엉덩이는 漸次 안쪽으로 回傳된다. 微細運動筋肉의 發達로 運動이 세련되어진다.
4) 兒童期(6 ~ 12歲) : 두드러진 身體變化는 骨格成長, 齒牙發達, 淋巴組織의 發達이다. 特히 다리가 길어져 身體의 무게 中心이 아래 部分으로 移動한다. 脂肪의 量과 分布의 變化로 全般的으로 날씬한 體型이 된다. 平均 한 해 4個의 乳齒가 빠지고 永久齒로 交替된다. 淋巴組織의 發達로 12歲 兒童의 扁桃腺은 聖人의 扁桃腺보다 크며, 그로 인해 免疫反應이 活潑하고 感染 頻度가 낮다.
5) 靑少年期(13 ~ 19歲) : 成長 急騰과 2次 性徵 發現, 急速한 身體變化로 다양한 心理的·社會的 不均衡狀態, 不安 및 葛藤 等을 經驗한다.
6) 成人期(20 ~ 49歲) : 筋力의 絶頂은 25 ~ 30歲이다. 이 때에 細胞增殖과 組織再生이 잘 되고, 最適의 運動 機能을 갖게 된다. 五感의 機能이 安定的이다.
7) 中年期(50 ~ 64歲) : 身體機能이 徐徐히 減退된다. 흰머리, 주름, 時刻·聽覺能力 減少, 體型의 變化로 更年期를 經驗한다.
8) 老年期(65歲 以上) : 皮膚, 心血管系, 筋骨格系 等 모든 身體領域에서 老化가 進行된다. 特히 皮膚, 毛髮, 齒牙의 變化가 크다.

人體 生涯週期別 特徵

誕生 後 大部分의 動物들은 바로, 或은 몇 時間이 지나면 스스로 걸을 수 있다. 뿐만 아니라 6個月이 지나면 大部分 새끼를 낳을 수 있는 成體가 된다. 反面 人間은 걷는 데에만 1年이 넘게 걸리고 生殖的으로 子息을 낳을 수 있으려면 10年이 훨씬 지나야 한다. 이것은 進化的 立場에서 보면, 人間은 誕生 後 많은 에너지를 筋肉 發達이나 生殖 機能에 쏟아 붓는 것이 아니라 腦發達에 穩全히 쏟기 위함이라는 見解가 있다. 人間의 生涯週期는 誕生부터 新生兒, 嬰兒期, 幼兒期, 兒童期, 靑少年期, 成人期, 中年期, 老年期로 나눌 수 있으며, 週期別 代表的 身體變化는 다음과 같다.
1) 新生兒期(出生 ~ 1歲) : 키와 體重 增加率이 가장 높은 時期, 身體 成長뿐만 아니라 知能, 情緖, 運動發達度 活潑히 일어난다. 生存과 直結되는 反射行動(빨기반사, 把握反射, 水營反射 等)機能이 나타난다.
2) 嬰兒期(1 ~ 3歲) : 嬰兒期 만큼은 急速한 成長은 아니지만 如前히 높은 成長率을 보인다. 몸體는 길고 下體는 짧으며 다리는 若干 휘어져 구부정하다. 男女外形 差異는 서로 비슷하게 보인다. 臺筋肉과 微細筋肉이 發達하고 言語發達이 매우 큰 時期이다.
3) 幼兒期(3 ~ 5歲) : 皮下脂肪이 減少되고 四肢가 빠르게 成長하여 均衡 있는 外貌를 形成한다. 突出된 腹部가 사라지면서 骨盤이 곧바로 세워지고, 腹壁筋이 發達하고 엉덩이는 漸次 안쪽으로 回傳된다. 微細運動筋肉의 發達로 運動이 세련되어진다.
4) 兒童期(6 ~ 12歲) : 두드러진 身體變化는 骨格成長, 齒牙發達, 淋巴組織의 發達이다. 特히 다리가 길어져 身體의 무게 中心이 아래 部分으로 移動한다. 脂肪의 量과 分布의 變化로 全般的으로 날씬한 體型이 된다. 平均 한 해 4個의 乳齒가 빠지고 永久齒로 交替된다. 淋巴組織의 發達로 12歲 兒童의 扁桃腺은 聖人의 扁桃腺보다 크며, 그로 인해 免疫反應이 活潑하고 感染 頻度가 낮다.
5) 靑少年期(13 ~ 19歲) : 成長 急騰과 2次 性徵 發現, 急速한 身體變化로 다양한 心理的·社會的 不均衡狀態, 不安 및 葛藤 等을 經驗한다.
6) 成人期(20 ~ 49歲) : 筋力의 絶頂은 25 ~ 30歲이다. 이 때에 細胞增殖과 組織再生이 잘 되고, 最適의 運動 機能을 갖게 된다. 五感의 機能이 安定的이다.
7) 中年期(50 ~ 64歲) : 身體機能이 徐徐히 減退된다. 흰머리, 주름, 時刻·聽覺能力 減少, 體型의 變化로 更年期를 經驗한다.
8) 老年期(65歲 以上) : 皮膚, 心血管系, 筋骨格系 等 모든 身體領域에서 老化가 進行된다. 特히 皮膚, 毛髮, 齒牙의 變化가 크다.

카페인의 發見

사람들이 카페인을 利用한 것은 매우 오래되었다. 石器時代부터 카페인을 攝取했다는 學說도 있고, 偶然히 카페인이 든 植物을 씹어 먹던 中 覺醒 效果가 있다는 것을 알게 됐고, 그 以後 뜨거운 물에 우려먹는 形態로 漸次 發展해 오늘날 茶(茶) 文化로 定着한 것으로 傳해진다. 커피의 境遇 9世紀 以前부터 栽培되었을 것으로 推定되지만, 커피로부터 카페인이라는 成分을 比較的 純度 높게 分離한 것은 1819年 獨逸의 化學者 프리드리히 페르디난트 룽게(Friedrich Ferdinand Runge)에 依해서이다. 커피에 들어 있는 混合物이라는 意味로 카페인이라는 이름이 붙여졌고, 以後 1827年 車에서 ‘테인’이라는 物質이 發見되었으나 카페인과 同一한 物質로 確認되어 카페인이라는 이름으로 불리고 있다.

  카페인은 널리 利用되는 藥물 中 하나이며, 매우 많은 곳에서 利用되고 있다. 茶, 커피, 코코아, 콜라, 疲勞回復劑, 藥品 等에 包含되어 있다. 카페인은 全 世界的으로 널리 利用되는 藥물 中의 하나로서 茶, 커피, 코코아, 콜라, 疲勞回復劑, 藥品 等에 包含되어있다. 카페인은 疲勞를 줄이는 等의 效果가 있어 사람들이 選好하는 嗜好食品이 되었지만 長時間 多量 服用할 境遇 카페인中毒을 招來할 수 있으며, 周邊에서 쉽게 接할 수 있는 飮料에 카페인이 包含된 境遇가 많으므로 너무 많이 攝取하지 않도록 注意해야 한다.

白內障

過去 60 ~ 70代에 集中되었던 老人性 疾患이었던 白內障이 最近 몇 年 사이에 40 ~ 50代 發病率이 꾸준히 增加하였다. 現代 社會에서 우리가 늘 使用하는 스마트폰, 컴퓨터와 같은 IT 機器의 지나친 使用으로 눈의 老化가 일찍 進行되었기 때문이다.

白內障은 우리 눈 속에서 카메라 렌즈에 該當하는 水晶體가 混濁해지면서 눈 속으로 빛이 잘 通過하지 못하여 事物을 뚜렷하게 볼 수 없고 안개가 낀 것처럼 흐리게 보이게 되는 視力障礙를 말한다. 初期의 白內障 進行을 抑制할 目的으로 眼藥과 內服藥을 使用하지만 白內障이 進行되면 結局은 手術을 해야 한다. 白內障 手術은 一般的으로 局所 痲醉를 한 다음 混濁한 水晶體를 除去하고 人工水晶體를 揷入한다. 人工水晶體는 手術 前 檢査에 依하여 患者에 맞게 製作되며 半永久的이다. 最近에는 亂視까지 줄이거나 없애주는 亂視矯正 人工水晶體나 먼 곳뿐 아니라 가까운 곳도 焦點을 맞출 수 있는 多焦點 人工水晶體度 開發되었다.

老人性 白內障을 豫防하는 뚜렷한 方法은 아직 없으며, 正確한 診斷과 適切한 時期에 手術을 받으면 大部分 視力을 回復할 수 있다. 그러나 角膜, 琉璃體, 網膜, 視神經처럼 白內障 外에 다른 部分에 疾患이 있으면 視力 回復이 만족스럽지 않을 수 있다. 手術 前 다른 疾患 與否는 發見되지 못할 수도 있기 때문에 手術 後 視力에 對해서는 正確하게 豫測하기 어렵다.

바이러스는 生物體인가? 無生物體인가?

바이러스는 感氣, 毒感, 狂犬病, 後天性 免疫 缺乏症(AIDS)과 같은 疾病을 일으키는 病原體이다. 바이러스는 細菌보다 작아서 細菌 濾過器로도 分離할 수 없고, 電子 顯微鏡을 使用하지 않으면 볼 수 없는 작고 單純한 構造로 되어 있다. 바이러스는 遺傳 物質로 이루어진 中心部와 이를 둘러싸고 있는 蛋白質 껍질로 되어 있다. 自身의 遺傳 物質을 宿主 細胞 속으로 注入한 다음에 宿主 細胞에 있는 酵素를 利用하여 物質代謝와 增殖을 하는데, 이 過程에서 突然變異가 나타나기도 한다. 이러한 特性 때문에 바이러스가 發見된 初期에는 바이러스를 가장 單純한 形態의 生物體로 생각하기도 하였다. 오늘날 大部分의 生命 科學者들은 바이러스를 生物로 보지 않는다. 왜냐하면 生物의 基本 單位는 細胞이지만, 바이러스는 細胞 構造가 아니며 宿主 細胞 밖에서는 스스로 複製할 수 없고 物質代謝度 할 수 없기 때문이다. 甚至於 바이러스는 宿主 細胞 밖에서는 結晶體로 存在한다. 바이러스는 宿主 細胞에 따라 動物 바이러스, 植物 바이러스, 細菌 바이러스로 區分하며, 核酸의 種類에 따라 DNA 바이러스와 RNA 바이러스로도 區分한다.

바이러스는 生物體인가? 無生物體인가?

바이러스는 感氣, 毒感, 狂犬病, 後天性 免疫 缺乏症(AIDS)과 같은 疾病을 일으키는 病原體이다. 바이러스는 細菌보다 작아서 細菌 濾過器로도 分離할 수 없고, 電子 顯微鏡을 使用하지 않으면 볼 수 없는 작고 單純한 構造로 되어 있다. 바이러스는 遺傳 物質로 이루어진 中心部와 이를 둘러싸고 있는 蛋白質 껍질로 되어 있다. 自身의 遺傳 物質을 宿主 細胞 속으로 注入한 다음에 宿主 細胞에 있는 酵素를 利用하여 物質代謝와 增殖을 하는데, 이 過程에서 突然變異가 나타나기도 한다. 이러한 特性 때문에 바이러스가 發見된 初期에는 바이러스를 가장 單純한 形態의 生物體로 생각하기도 하였다. 오늘날 大部分의 生命 科學者들은 바이러스를 生物로 보지 않는다. 왜냐하면 生物의 基本 單位는 細胞이지만, 바이러스는 細胞 構造가 아니며 宿主 細胞 밖에서는 스스로 複製할 수 없고 物質代謝度 할 수 없기 때문이다. 甚至於 바이러스는 宿主 細胞 밖에서는 結晶體로 存在한다. 바이러스는 宿主 細胞에 따라 動物 바이러스, 植物 바이러스, 細菌 바이러스로 區分하며, 核酸의 種類에 따라 DNA 바이러스와 RNA 바이러스로도 區分한다.

페스트

유럽 歷史에서 가장 큰 打擊을 미친 傳染病은 1348年에서 1361年에 이르는 期間에 發生한 黑死病으로 널리 알려진 페스트(Pest)이다. 이 當時 유럽 人口는 約 7,500萬 名이었는데 地中海에서 스칸디나비아까지 流行하면서 4年도 채 되지 않아 유럽 人口의 1/3이 죽음을 맞는 悲劇的인 일이 發生하였다. 페스트病(黑死病)에 걸리면 高熱, 기침, 呼吸困難, 喀血, 림프節病, 敗血症, 肺炎, 血栓이 發生하며 意識 障礙와 쇼크 死亡 等의 症狀이 일어나는데, 제 때 治療하지 않으면 60 ~ 90%가 죽는다.

페스트를 일으키는 病原體는 이에르시니아 페스티스(Yersinia pestis)이라 불리는 細菌이다. 이 細菌은 벼룩의 몸 속에서 增殖하여 덩어리를 形成하는데, 이 덩어리가 벼룩의 胃臟을 막아 벼룩을 굶주리게 만든다. 굶주리는 벼룩은 繼續해서 吸血을 하지만 배를 채울 수는 없고 吸血한 피를 도로 게워내는데, 이 때 細菌에 汚染된 피가 벼룩이 門 傷處로 다시 흘러가 새로운 感染者를 發生시키며, 벼룩은 結局 굶어 죽게 된다.

또한 쥐에 依해서도 疾病이 擴散된다. 齧齒類人 쥐는 벼룩의 感染에 弱하기 때문에 쥐의 벼룩이 사람에게 옮겨와서 피를 빨거나 페스트 細菌이 各種 傳染 經路를 통해 사람에게 들어오면 페스트 症狀이 나타나게 된다.
 

멘델레예프와 週期律表

드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendeleev, 1834 ~ 1907)는 元素를 質量順으로 配列하여 週期律表를 考案한 러시아의 化學者이다. 當時 元素의 規則性을 찾으려는 試圖는 많았지만 元素의 規則性을 票의 形態로 發表한 것은 멘델레예프가 最初였고, 아직 發見되지 않은 元素의 性質까지 豫測했다.

멘델레예프가 活動하던 時節에는 자고 나면 새로운 原子들이 發見되는 時期였고, 많은 사람들이 元素의 週期性을 찾는 데에 매달렸다. 멘델레예프는 꿈에 본 週期律表를 그대로 옮겨 적었다고 하는데, 이는 그가 얼마나 한 가지 일에 集中했는가를 보여주는 것이기도 하다. 以後 멘델레예프가 豫言한 에카알루미늄(現在는 갈륨(Ga)), 에카실리콘(現在의 苧麻늄(Ge))李 發見되었고, 豫測한 性質과 一致하는 것이 確認되었다. 멘델레예프는 偉大한 化學者로 인정받기 始作하였고, 새로운 元素들이 發見되면서 週期律表가 漸漸 完成되고 化學은 飛躍的으로 發展하게 되었다.

멘델레예프는 1906年 노벨 化學賞 候補에 올랐지만 플루오린(F)의 分離에 成功한 앙리 무아상(Henri Moissan)에게 1票 差異로 밀려 노벨賞을 받지 못했다. 以後 1907年에 死亡하여 그는 노벨賞을 탈 수 없었다. 週期律表에서 101番 元素인 멘델레븀(Md)은 멘델레예프의 이름에서 따온 것으로, 그의 이름은 週期律表에 남아 있다.

헬륨의 發見과 線스펙트럼

헬륨(He)은 空氣보다 가볍고 非活性 機體이므로 爆發의 危險이 없어 風船, 器具, 飛行船 等에 利用된다. 또한 窒素보다 血液에 對한 溶解度가 낮아 潛水病을 豫防할 수 있어 甚해 潛水夫의 酸素桶에는 窒素 代身 헬륨을 利用한다. 最近에는 超低溫 冷却劑로 헬륨이 利用되는데, 이는 헬륨의 끓는點이 매우 낮기 때문이다.

헬륨은 우리에게는 목소리를 變調할 수 있는 氣體로 잘 알려져 있고, 宇宙에는 全體 元素의 1/4을 차지하는 豐富하게 存在하는 元素이지만 地球에는 存在量이 매우 적다. 헬륨의 發見 또한 地球에 存在하는 헬륨이 아니라 太陽에서 오는 빛의 線스펙트럼을 分析 하던 中에 發見되었다.

헬륨의 存在를 처음 發見한 사람은 프랑스의 科學者 피에르 腸센(Pierre Janssen, 1824 ~ 1907)이었다. 腸센은 1868年 皆旣 日蝕 때 太陽의 彩層에서 나온 빛의 스펙트럼을 觀察하던 中 밝은 노란色 善을 發見하였는데, 처음에는 이 노란色 線이 나트륨(소듐, Na)에서 나온 것이라 생각하였다. 英國의 天文學者 조지프 로키어(Joseph Lockyer, 1836 ~ 1920) 도 이를 分析하였고, 그는 이 노란色 線이 아직 發見하지 못한 元素일 것이라 確信하게 되었다. 그래서 로키어는 그리스어의 太陽 ‘Helios’에서 따서 ‘Helium(헬륨)’이라고 명명하였다. 以後 1882年 壘이기 팔미에리(Luigi Palmieri, 1807 ~ 1896)가 베스非우스(이탈리아 所在) 火山巖에서 헬륨을 檢出하는데 成功하였고, 1985年 윌리엄 램지(William Ramsay, 1852 ~ 1916)는 우라늄(U) 鑛石에 갇혀 있는 機體를 分離하고, 이 氣體가 헬륨임을 證明하였다.

물의 三重點과 켈빈 溫度

우리가 많이 使用하는 溫度의 單位는 攝氏(℃)이다. 攝氏는 물이 끓는 溫度를 100 ℃, 얼음이 녹는 溫度를 0 ℃라고 한다. 攝氏 溫度보다 먼저 誕生한 華氏(°F)는 얼음, 물, 염화암모늄(NH4Cl)李 安定하게 平衡이 되어 있는 溫度를 0°F, 물과 얼음이 섞여 있는 물에서 물이 어는 溫度를 32°F, 人間의 體溫을 96°F로 定했다.

國際 單位系에서 溫度의 基本 單位인 켈빈(K)은 1個의 고정점을 使用하는데, 이것이 바로 물의 三重點이다. 물을 構成하는 水素(H)와 酸素(O)는 同位元素를 가지므로, 實際로는 빈 標準 平均 바닷물(Vienna Standard Mean Ocean Water, 一定 比率의 水素와 酸素로 構成된 純粹한 물)의 三重點을 基準으로 한다. 1954年 國際度量衡總會에서 켈빈(K)을 熱力學的 溫度로 定義하고, 물의 三重點을 基本的인 固定點으로 하여 이 溫度를 273.16 K로 하였다. 絶對 영도는 異常 氣體의 부피가 0이 되는 溫度이며 實際로 이런 狀態는 宇宙에 存在하지 않지만, 氣體의 溫度에 따른 부피 膨脹 實驗을 精密하게 하여 알아낸 絶對 영도는 –273.15℃이다. 그리고 물의 三重點은 0.01 ℃이다. 그러므로 1 켈빈(K)이라는 間隔은 絶對 영도와 물의 三重點의 1/273.16이며, 卽 溫度가 1 켈빈(K) 上昇하는 것과 1 ℃ 上昇하는 것은 같다.

켈빈(K)에 對한 具體的인 內容은 B展示室에 ‘B03 科學의 알파벳, 基本單位는?’에서 ‘K’ 體驗物에서 패널과 體驗物의 體驗을 통해 알 수 있다.

그래핀의 發見

그래핀은 구리나 알루미늄과 같은 金屬보다 熱傳導性이 높고, 구리보다 電氣 抵抗이 적다. 또한 鋼鐵보다 强度가 剛하며, 柔軟性이 좋고, 접어도 電氣 傳導性을 잃지 않는다. 그래핀을 휘어서 炭素나노튜브나 풀러렌을 만들어 낼 수도 있어 超高速 半導體, 휘어지는 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터, 電子 종이 等에서 活用될 것으로 期待되는 物質이다.

그래핀의 構造를 理解하기 위해서는 먼저 鉛筆心으로 利用되는 黑鉛의 構造에 對해 알아야 한다. 黑鉛은 炭素 原子가 3個의 다른 炭素와 共有 結合하여 만들어진 六角形이 겹겹이 層을 이룬 模樣인데, 黑鉛의 한 層을 分離해낸 것이 바로 그래핀이다. 이름도 黑鉛의 ‘graphite’에서 由來되었다. 그래핀을 黑鉛에서 分離해내는 方法은 매우 簡單하다. 이 方法의 祕密은 바로 스카치테이프이다. 黑鉛 샘플에 스카치테이프를 붙이면 그래핀이 스카치테이프에 붙은 채 떨어지게 되는 것이다. 이 方法을 알아낸 안드레 可妊(Andre Geim, 1958 ~ )과 콘스탄틴 노보셀로프(Konstantin Novoselov, 1974 ~ )는 이 成果로 2010年 노벨 物理學賞을 받았고, 이들의 그래핀 分離法은 노벨賞 歷史上 가장 簡單한 實驗으로도 有名하다.

아기를 처음 보고 많이 하는 이야기 中 하나는 아기가 ‘父母中 누구를 닮았는가’이다. 우리가 한 名의 父母만으로 태어났다면 궁금하지 않았을 內容이다. 우리는 왜 두名의 父母를 두어야 하는 걸까?
 
有性生殖 vs 無性生殖

性別이 다른 짝을 찾아 함께 子孫을 낳는 것을 有性生殖이라고 한다.
짝을 찾는 努力이 必要하며 繁殖速度가 比較的 느리다는 短點이 있지만 有性生殖의 結果로 얻어진 다양한 遺傳子 德分에 生物들은 다양한 環境에 適應해 살아갈 수 있게 된다는 長點이 있다.
旣存에는 單細胞나 植物만이 無性生殖을 한다는 固定觀念이 있었으나 도마뱀이나 물고기와 같은 몇몇 脊椎動物이 單性生殖이나 無性生殖을 한다는 것이 發見되었다.

鐵은 地球에서 가장 흔한 金屬 中 하나이지만 純粹한 金屬狀態로 産出되는 境遇가 거의 없어 鐵을 包含하고 있는 여러 鑛物들로부터 製鍊하여 얻는다.

瞳孔反射란?

網膜에 强한 빛이 비치면 反射的으로 瞳孔이 縮小되고, 反對로 빛이 弱해지면 瞳孔이 擴張되는 것을 瞳孔反射라고 한다. 中腦는 虹彩를 調節하고 眼球 運動에 關與하기 때문에, 瞳孔反射를 利用하여 醫師가 意識이 없는 患者의 腦損傷 有無를 確認할 수 있다.

多樣한 瞳孔의 모습

瞳孔은 外部의 빛이 網膜의 視神經에 닿을 수 있도록 하는 通路이다. 動物들마다 다른 形態의 瞳孔을 가지고 있는데, 環境的 要因에 依해 生存에 적합한 形態로 進化한 結果이다.
一字形 瞳孔을 가진 고양이는 빛의 量을 效果的으로 調節하여 어두운 곳에서도 잘 볼 수 있으며, 水平型 瞳孔을 가진 염소는 左右 視野를 넓혀 捕食者의 接近을 效果的으로 監視할 수 있다.

補色殘像效果란?

補色은 色相의 對比를 이루는  한 雙의 色을 말한다. 우리의 눈은 빨간色, 綠色, 파란色을 敏感하게 感知한다. 特定 色을 集中해서 보게되면 쉽게 疲勞해져 그 色에 對해 둔감해진다. 이때 視線을 돌리면 둠감해진 色의 補色關係에 있는 色만 남는 錯視現象이 發生하는데, 이를 補色殘像效果 라고 부른다.

왜 手術服은 草綠色일까?

醫師들은 手術을 하면서 붉은色의 피를 繼續 보기 때문에 補色殘像效果로 인해 集中力이 떨어질 수 있다. 補色殘像效果가 생기지 않도록 빨간色의 補色인 草綠色 手術服을 입어서 事故를 豫防한다.

顯微鏡

肉眼으로 볼 수 없는 작은 것을 擴大하여 觀察하는 裝置이다.

光學顯微鏡의 構造와 原理

조리개 위에 位置한 대물렌즈가 物質을 擴大한 像을 만들어주고, 접안렌즈는 廓大된 賞을 더 擴大하여 觀察할 수 있게 한다.

光學顯微鏡의 倍率 높이기

光學顯微鏡을 苦杯率로 觀察할 때는 生物 顯微鏡 午日을 使用한다. 午日은 빛의 屈折로 因해 分解能을 좋게 하여 物體를 더욱 또렷하게 觀察할 수 있게 도와준다.

特徵에 따른 顯微鏡의 分類

顯微鏡은 光源이나 賞의 種類에 따라 分類된다. 各 顯微鏡 마다 用途가 다르기 때문에 實驗에 적합한 顯微鏡을 고르는 것이 重要하다.

소리를 듣는 方法

骨傳導

진동파   表皮 ▶귀周邊뼈, 머리뼈 ▶ 달팽이管 ▶ 聽神經 ▶ 大腦

空氣顚倒

音波   귓바퀴 ▶ 귓구멍 ▶ 고막 ▶ 聽小骨 ▶ 달팽이管 ▶ 聽神經 ▶ 大腦

骨傳導의 活用

骨傳導를 利用하여 鼓膜이 損傷된 聽覺障礙人에게 소리를 들을 수 있게 도와주는 補聽器와, 騷音이 甚한 環境인 工事場애서 安全事故를 防止할 수 있으며, 軍事 作戰用으로 骨傳導 헤드폰이 널리 使用된다.

錄音된 목소리는 왜 다르게 들리지?

自身의 목소리는 낮은 音이 잘 傳達되는 骨傳導 方法과 함께 空氣 顚倒 方法 두 가지를 통해 들리는데, 錄音된 목소리는 空氣를 타고 나오는 소리만 들리기 때문에 높은 音으로 들린다.