잡학사전 2: 고래와 인간이 친척이 라고? - ver2

고래와 인간이 먼 친척이라고? 포유류의 놀라운 세계로의 여행

네, 정말 맞습니다! 바다의 거대한 고래와 육지의 인간이 진화적으로 연결되어 있다니 놀랍지 않나요? 이들은 모두 새끼에게 젖을 먹여 기르는 포유류(哺乳類, Mammalia)라는 거대한 생물 분류군에 속하기 때문입니다. 이 글에서는 고래와 인간을 포함한 포유류의 매혹적인 세계를 깊이 있게 탐구해 보겠습니다.

1. 고래와 인간이 친척이라고? 포유류라는 놀라운 연결고리

척추동물의 대가족 - 등뼈를 가진 동물들의 왕국

동물계는 크게 척추동물과 무척추동물로 나뉩니다. 척추동물은 몸을 지탱하는 등뼈, 즉 척추뼈가 있는 동물들을 의미합니다. 이들의 신체 구조는 발달한 근육과 함께 다양한 종류의 뼈로 이루어져 있으며, 뇌는 맨 앞부분의 두개골 안에 안전하게 보호되어 있습니다. 척추동물에는 어류, 양서류, 파충류, 조류, 그리고 포유류가 포함되며, 이들은 모두 진화의 긴 역사를 통해 서로 연결되어 있습니다.

포유류: 젖을 먹고 자라는 특별한 동물들

포유류는 척추동물 중 하나로, 새끼에게 젖을 먹여 기르는 모든 동물을 포함합니다. 포유류의 가장 큰 특징은 젖샘이 있어 수유를 한다는 점입니다. 이 젖샘은 진화학적으로 땀샘이 변형되어 발전한 것으로, 특히 지방질이 많은 아포크린 땀샘이 젖샘으로 발달했습니다.

포유류는 비단 육지에만 사는 것이 아니라, 고래나 돌고래, 바다표범처럼 물속에서 생활하는 종도 포함됩니다. 포유류는 중생대 쥐라기 말기인 약 2억 3천만년에서 2억 5천만년 전 트라이아스기 후기에 파충류에서 처음 분화되었습니다. 오스트레일리아의 오리너구리와 가시두더지처럼 예외적으로 알을 낳는 단공류도 존재하지만, 이들도 부화한 새끼에게 젖을 먹여 기릅니다.

고래와 인간의 포유류로서의 공통점

고래와 인간은 포유류라는 큰 분류 안에서 먼 친척으로 연결됩니다. 물과 육지, 그리고 겉보기에 전혀 다른 생활환경에 살고 있음에도 불구하고, 이 두 생물은 새끼에게 젖을 먹이는 공통점을 가지고 있습니다.

포유류의 중요한 특징으로는 귓속뼈(이소골)가 세 개 있다는 점, 목뼈가 종에 관계없이 7개라는 점(예외적으로 매너티는 6개, 나무늘보는 종에 따라 6개 또는 9개), 그리고 다른 동물들에 비해 신피질(Neocortex)이 발달했다는 점이 있습니다. 또한 포유류는 유한성장을 하여 어류나 양서류와 달리 성장기-사춘기-성인기를 거치면서 빠르게 성인기에 도달할 수 있습니다.

포유류 진화의 역사와 수유의 중요성

최근 연구에 따르면, 수유가 포유류의 진화에 결정적인 영향을 미쳤다는 사실이 밝혀졌습니다. 젖을 먹일 수 있도록 한 유전자는 2억년에서 3억 1천만년 전에 살았던 포유류의 공통 조상에서 비롯되었으며, 이는 태반이 진화하기 전에 이미 포유류가 젖을 먹이기 시작했다는 의미입니다. 다시 말해, 포유류는 알을 낳기를 그만두기 전에 이미 수유를 시작했고, 젖을 먹이면서 더 이상 새끼에게 알로 영양을 공급할 필요가 없어져 결국 태생으로 전환하게 된 것입니다.

결론: 포유류의 다양성과 진화의 경이로움

고래와 인간 사이의 관계는 생물학적 분류와 진화의 아름다움을 잘 보여줍니다. 포유류라는 분류는 생물들이 공유하는 특성을 바탕으로 이루어진 연결고리로, 지구상의 다양한 환경에서 살아가는 생물들의 진화와 적응의 역사를 담고 있습니다. 현재 지구상에는 약 5,400종에 이르는 포유류가 살고 있으며, 이들은 각자의 환경에 완벽하게 적응하여 번성하고 있습니다. 고래와 인간 사이의 이러한 친척 관계는 생물학적 다양성과 포유류로서의 공통된 생명력을 강조해 주며, 우리가 살아가는 세계가 서로 연결된 거대한 생명의 네트워크임을 일깨워 줍니다.

2. 인간은 왜 꼬리가 없을까? 진화가 만든 놀라운 변화

꼬리의 다양한 역할과 진화적 퇴화

꼬리는 동물들에게 다양한 역할을 수행합니다. 원숭이들은 나뭇가지에 매달려 떨어지지 않게 하는 제5의 손처럼 사용하고, 캥거루는 균형을 잡는데 활용하며, 개와 고양이는 감정을 전달하는 의사소통 도구로 사용합니다. 심지어 소나 말은 파리를 쫓는 도구로도 활용하죠.

그러나 직립보행을 시작한 인간에게는 꼬리가 더 이상 필요하지 않게 되었습니다. 약 2천 5백만년 전, 우리의 조상이 두 발로 서서 걷기 시작하면서 손과 발이 자유로워졌고, 몸짓과 언어를 사용하여 소통하게 되었습니다. 환경에 적응하면서 균형 유지는 내이의 전정기관과 소뇌가 담당하게 되었고, 꼬리는 점차 작아져 퇴화했습니다.

꼬리뼈: 진화의 흔적이 남긴 유산

인간에게는 꼬리가 완전히 사라진 것이 아니라, 꼬리뼈(미골, coccyx)로 남아 있습니다. 꼬리뼈는 3~5개의 작은 뼈가 융합되어 형성된 구조물로, 등뼈의 끝부분에 위치해 있습니다. 이 꼬리뼈는 단순한 흔적기관이 아니라 여전히 중요한 기능을 수행합니다. 골반을 지탱하는 역할을 하며, 골반저근육과 인대가 부착되는 지점이 되어 내장기관을 지지합니다.

흥미롭게도 인간 태아는 임신 초기에 실제로 꼬리를 가지고 있습니다. 임신 4주경 태아의 꼬리는 전체 몸길이의 약 6분의 1에 달하지만, 8주경이 되면 체내로 흡수되어 꼬리뼈만 남게 됩니다. 이는 개체발생이 계통발생을 반복한다는 진화생물학의 중요한 증거 중 하나입니다.

귀를 움직이는 근육: 또 다른 진화적 퇴화의 흔적

인간에게 퇴화한 또 다른 특징은 귀를 움직이는 근육입니다. 대부분의 포유류는 소리가 나는 방향으로 귀를 돌려 더 잘 들을 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 고양이나 말이 귀를 쫑긋 세우는 모습을 떠올려보세요. 과거 우리 조상들도 주변 환경의 위험을 감지하기 위해 이러한 능력이 필요했습니다.

그러나 현대 인간에게는 이러한 기능이 크게 필요하지 않습니다. 머리 전체를 돌리는 것이 더 효율적이 되었고, 시각에 더 의존하게 되면서 귀를 움직이는 근육은 퇴화했습니다. 그래도 일부 사람들(약 10-20%)은 여전히 귀를 약간 움직일 수 있는데, 이는 우리 진화의 역사를 보여주는 흥미로운 증거입니다.

다른 흔적기관들이 들려주는 진화의 이야기

인간의 몸에는 꼬리뼈와 귀 근육 외에도 여러 흔적기관이 있습니다. 사랑니는 우리 조상들이 거친 식물성 음식을 갈아먹던 시절의 흔적이고, 맹장은 초식동물이었던 먼 과거의 유산입니다. 남성의 유두는 태아 발달 초기 성별이 결정되기 전에 형성되는 구조물로, 모든 포유류가 공유하는 발달 과정의 증거입니다.

결론: 인간의 진화와 적응의 놀라운 여정

인간의 꼬리가 없어진 이유는 직립보행과 복잡한 소통 능력의 발달로 인한 것입니다. 꼬리뼈와 귀를 움직이는 근육과 같은 현대 인간의 흔적기관들은 우리가 겪은 수백만 년에 걸친 진화와 퇴화 과정을 생생하게 보여줍니다. 이러한 변화는 인간이 어떻게 현재의 모습으로 발전했는지, 그리고 우리 몸이 과거에 어떻게 사용되었는지에 대한 흥미로운 통찰을 제공합니다. 인간의 몸은 말 그대로 살아있는 진화의 박물관이며, 이는 우리가 어떻게 지금의 환경에 완벽하게 적응했는지를 이해하는 데 중요한 열쇠가 됩니다.

3. 사물은 왜 아래로 떨어질까? 중력의 신비를 풀다

지구상의 모든 물체는 왜 아래로 떨어질까요? 이 당연해 보이는 현상 뒤에는 우주를 지배하는 근본적인 힘이 숨어 있습니다. 이 질문에 답하기 위해서는 중력의 개념을 이해해야 합니다. 이 글에서는 중력의 원리와 그 영향을 자세히 살펴보겠습니다.

중력: 모든 물체를 끌어당기는 보이지 않는 거대한 힘

중력은 지구상의 모든 생물과 무생물을 지구 중심 방향으로 끌어당깁니다. 이 힘은 물체를 땅으로 떨어뜨리며, 우리가 손에서 물건을 놓으면 그것이 반드시 아래로 떨어지는 이유입니다. 중력의 작용으로, 아무리 높이 뛰어올라도 결국 지상으로 돌아옵니다. 심지어 올림픽 높이뛰기 세계기록 보유자도 중력을 이길 수는 없죠.

중력은 단순히 물체를 떨어뜨리는 것 이상의 역할을 합니다. 대기를 지구 표면에 붙잡아 두어 우리가 숨 쉴 수 있게 하고, 바다의 물이 우주로 날아가지 않도록 하며, 달을 지구 궤도에 묶어두어 조수간만의 차를 만들어냅니다.

만유인력의 발견: 뉴턴의 혁명적인 통찰

아이작 뉴턴은 모든 물체 사이에 잡아당기는 힘이 존재한다는 만유인력의 법칙을 발견했습니다. 전설에 따르면 뉴턴이 사과나무 아래에서 떨어지는 사과를 보고 영감을 얻었다고 하지만, 실제로는 수년간의 깊은 사고와 수학적 계산의 결과였습니다. 이 법칙에 따르면, 우주의 모든 물체는 서로를 끌어당기며, 이 힘은 물체의 질량이 클수록, 즉 무거울수록 강해집니다.

만유인력의 공식은 F = G(m₁m₂)/r²로 표현되는데, 여기서 G는 만유인력 상수, m₁과 m₂는 두 물체의 질량, r은 두 물체 사이의 거리입니다. 이 간단한 공식이 행성의 운동부터 사과의 낙하까지 모든 것을 설명할 수 있다는 것은 과학사의 위대한 발견 중 하나입니다.

무게와 인력의 관계: 질량이 만드는 차이

두 물체의 질량 중 하나가 클수록 그 사이의 인력은 커집니다. 지구의 질량은 약 5.97 × 10²⁴ kg으로 엄청나게 크기 때문에, 지구와 다른 물체 사이에서 이 힘은 매우 강력합니다. 지구가 꼼짝 않아도 물체는 지구 중심 방향, 즉 아래로 끌어당겨집니다. 이는 우리가 지구에 발을 딛고 서 있을 수 있는 이유이기도 합니다.

흥미롭게도, 엄밀히 말하면 사과가 지구로 떨어질 때 지구도 사과 쪽으로 미세하게 움직입니다. 다만 그 움직임이 너무 작아서(약 10⁻²⁵ 미터) 측정이 불가능할 뿐입니다. 이는 작용-반작용의 법칙과도 연결되는 개념입니다.

달과 지구의 인력 비교: 중력의 차이가 만드는 놀라운 변화

달은 지구보다 질량이 약 81분의 1이고 반지름이 약 3.7배 작기 때문에, 같은 물체라도 달에서의 중력은 지구의 약 6분의 1에 불과합니다. 이는 우리가 지구에서 10kg짜리 물건을 들어 올리는 것과 같은 힘으로 달에서는 약 1.6kg짜리 물건을 들어 올리는 것과 같다는 뜻입니다.

지구에서 1미터를 뛰는 힘으로 달에서 점프를 하면 약 6미터까지 올라갈 수 있으며, 이는 2층 건물 높이와 비슷합니다. 1969년 아폴로 11호의 우주비행사들이 달 표면에서 캥거루처럼 뛰어다니는 모습을 보인 것도 바로 이 때문입니다. 그들은 '캥거루 걸음'이라는 특별한 보행법을 개발했는데, 이는 달의 낮은 중력 환경에서 가장 효율적인 이동 방법이었습니다.

중력의 변화와 지구의 미래

지구 표면의 바닷물은 달의 인력 때문에 조석 현상이 일어나며, 이 과정에서 바닷물과 지구 사이에 마찰이 생겨 지구의 자전 속도는 100년마다 약 0.0016초씩 느려지고 있습니다. 또한 지진이 일어났을 때 자전 속력이 갑자기 불연속적으로 변하는 일도 있으며, 지구 내부의 질량 분포 변화, 해류의 변화, 기압 배치의 변화에 의해서도 자전 속력이 변합니다.

결론: 중력이 만드는 우리의 세계

중력은 우리 생활에 필수적인 자연의 법칙입니다. 이 보이지 않는 힘은 지구상의 모든 물체를 끌어당기며, 우리의 일상생활뿐만 아니라 우주의 작동 원리를 이해하는 데에도 중요한 역할을 합니다. 중력이 없다면 우리는 지구 표면에서 튕겨 나갈 것이고, 대기는 우주로 흩어질 것이며, 바다는 증발해 버릴 것입니다. 중력의 원리를 통해 우리는 자연 현상을 이해하고, 우주에 대한 지식을 넓히며, 인공위성을 띄우고 우주 탐사를 할 수 있게 되었습니다. 중력은 단순한 물리 법칙이 아니라 우리 존재의 근간이 되는 힘입니다.

4. 달리는 전철 안에서 점프하면 어떻게 될까? 관성의 마법

전철이나 비행기처럼 빠르게 움직이는 곳에서 점프하면 어떤 일이 벌어질까요? 많은 사람들이 뒤로 밀려날 것이라고 생각하지만, 실제로는 그렇지 않습니다. 관성의 법칙을 통해 이러한 의문에 답하고, 움직임과 속도가 우리의 인식에 어떤 영향을 미치는지 탐구해 보겠습니다.

지구의 놀라운 움직임과 관성

지구는 적도에서 약 시속 1,670km라는 놀라운 속도로 자전합니다. 우리나라가 위치한 위도 37도 지역에서는 시속 약 1,337km, 초속으로는 371m의 속도로 움직이고 있습니다. 이는 KTX 열차의 최고속도인 305km/h보다 약 5.5배 빠른 속도입니다.

그런데 우리는 이 엄청난 속도를 전혀 느끼지 못합니다. 왜일까요? 우리가 지구와 함께 같은 속도로 움직이고 있기 때문입니다. 점프를 해도 우리는 원래의 장소로 떨어집니다. 만약 지구의 자전을 느낄 수 있다면, 우리는 초속 수백 미터의 강풍 속에서 살아야 할 것입니다!

관성의 법칙: 움직임의 일관성을 설명하는 원리

관성의 법칙은 물체가 그 운동 상태를 유지하려는 경향이 있다고 설명합니다. 이 법칙은 갈릴레오 갈릴레이가 처음 제안하고 아이작 뉴턴이 정립한 물리학의 기본 법칙입니다. 정지한 물체는 계속 정지하려 하고, 움직이는 물체는 계속 같은 속도로 움직이려 합니다. 외부의 힘이 작용하지 않는 한 말이죠.

이 법칙에 따라, 우리가 달리는 전철 안에서 점프하면, 점프한 사람은 전철이 진행하는 방향과 속도를 유지합니다. 그 결과, 전철 안에서 점프해도 처음 서 있던 장소에 정확히 착지하게 됩니다. 이는 마치 우리가 전철과 '한 몸'이 되어 움직이는 것과 같습니다.

달리는 전철 안에서의 점프: 상대성의 원리 체험하기

전철이 일정한 속도로 움직이고 있을 때, 전철 안의 모든 것은 그 속도를 함께 유지하고 있습니다. 시속 100km로 달리는 KTX 안에서 커피를 마실 수 있는 것도, 화장실을 갈 수 있는 것도 모두 이 때문입니다. 전철이 움직이는 동안에도 우리의 몸은 전철과 동일한 속도로 움직이므로, 전철 안에서는 마치 정지해 있는 것처럼 느껴집니다.

하지만 전철이 갑자기 정지하거나 가속할 때는 다릅니다. 급정거할 때 앞으로 쏠리거나, 급출발할 때 뒤로 밀리는 것을 경험해 보셨을 겁니다. 이것이 바로 관성의 법칙이 우리 몸에 작용하는 모습입니다. 우리 몸은 원래의 운동 상태를 유지하려 하는데, 전철은 갑자기 속도를 바꾸기 때문입니다.

일상생활 속 관성의 법칙

관성의 법칙은 우리 일상 곳곳에서 발견됩니다. 자동차 안전벨트는 급정거 시 관성으로 앞으로 튕겨나가려는 우리 몸을 잡아주는 안전장치입니다. 테이블보를 빠르게 당기면 그 위의 물건들이 제자리에 남는 마술 같은 현상도 관성 때문입니다. 빨래를 털 때 먼지가 떨어지는 것, 망치 자루를 바닥에 내리치면 헐거운 망치 머리가 단단히 고정되는 것도 모두 관성의 원리를 활용한 것입니다.

지구 자전이 멈춘다면? 관성이 만드는 대재앙

만일 지구가 순간적으로 자전을 멈춘다면, 지표면 위의 모든 것은 관성으로 인해 적도 기준 시속 1,680km의 속도로 동쪽으로 내팽겨쳐지며 산산조각 날 것입니다. 이는 음속보다 빠른 속도로, 모든 건물과 생명체가 즉시 파괴될 것입니다. 또한 대기가 멈추는 속도는 땅이 멈추는 속도보다 훨씬 느리기 때문에 시속 1000km가 넘는 강풍이 지표면의 모든 것들을 쓸어버릴 것입니다.

결론: 관성이 지배하는 우리의 세계

관성의 법칙은 달리는 전철 안에서 점프하는 것과 같은 일상생활 속 많은 현상을 설명해 줍니다. 이 법칙은 물체가 움직이는 방식과 우리가 그 움직임을 인지하는 방법에 대한 중요한 통찰을 제공합니다. 관성의 원리를 이해함으로써, 우리는 자연의 법칙과 우리 주변 세계의 작동 원리에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. 다음번 전철이나 버스를 탈 때, 관성의 법칙이 어떻게 작용하는지 느껴보세요. 우리는 매 순간 물리학의 법칙 속에서 살아가고 있답니다!

5. 사람의 몸은 왜 물에 뜰까? 부력의 과학적 원리

물에 들어가면 우리의 몸은 왜 가벼워질까요? 수영장에서 친구를 들어올리기가 육지에서보다 훨씬 쉬운 이유는 무엇일까요? 이 궁금증을 풀기 위해, 부력의 개념과 아르키메데스의 원리를 자세히 살펴보겠습니다.

부력의 개념: 물이 우리를 밀어올리는 힘

액체 속에 있는 물체는 부력의 영향을 받아 뜹니다. 부력은 액체 속에 있는 물체가 주변의 압력 차이에 의해 위로 뜨려는 힘을 말합니다. 이는 우리가 욕조나 수영장에 들어갔을 때 몸이 가볍게 느껴지는 이유입니다.

부력은 물체의 위와 아래에서 유체의 압력차에 의해 나타나는 현상입니다. 물의 깊이가 깊을수록 압력이 증가하므로, 물 속 물체의 아래쪽이 위쪽보다 더 큰 압력을 받게 됩니다. 이 압력 차이가 물체를 위로 밀어올리는 부력을 만들어냅니다. 부력은 물체가 액체에 잠길수록 커지며, 물체가 액체에 완전히 잠기면 최대가 됩니다.

아르키메데스의 원리: 2,200년 전의 위대한 발견

아르키메데스의 원리에 따르면, 액체나 기체 속의 물체는 그 물체가 밀어낸 유체의 무게와 같은 크기의 부력을 받습니다. 전설에 따르면, 시라쿠사의 왕 히에론 2세가 아르키메데스에게 왕관이 순금인지 확인해 달라고 부탁했습니다. 아르키메데스는 목욕탕에 들어갔을 때 물이 넘치는 것을 보고 "유레카!(찾았다!)"라고 외치며 뛰쳐나갔다고 합니다.

예를 들어, 1세제곱미터 크기의 물체가 물속에 있다면, 그 물체가 받는 부력은 1세제곱미터의 물 무게(약 1,000kg)와 같습니다. 이 원리는 수학적으로 F = ρVg로 표현되는데, 여기서 ρ는 유체의 밀도, V는 물체가 유체에 잠긴 부피, g는 중력가속도입니다.

인체와 부력: 우리가 물에 뜨는 이유

인간의 몸은 대부분 물로 이루어져 있어(약 60-70%) 물과 비슷한 밀도를 가집니다. 일반적으로 숨을 들이마신 상태에서 인체의 평균 밀도는 약 0.985g/cm³로 물(1.0g/cm³)보다 약간 낮습니다. 이것이 우리가 물에 뜨는 기본적인 이유입니다.

그러나 개인차가 있습니다. 체지방률이 높은 사람은 더 잘 뜨고(지방의 밀도는 약 0.9g/cm³), 근육량이 많은 사람은 상대적으로 덜 뜹니다(근육의 밀도는 약 1.06g/cm³). 또한 폐에 공기를 가득 채우면 전체적인 몸의 부피가 늘어나 밀도가 낮아져 더 잘 뜨게 됩니다.

바닷물과 담수에서의 부력 차이

바닷물은 담수보다 무거워서, 같은 부피의 액체를 밀어 올리는 경우 바닷물에서의 부력이 더 큽니다. 일반 바닷물의 염분 농도는 약 3.5%로, 밀도가 약 1.025g/cm³입니다. 이는 바닷물의 염분이 액체의 밀도를 높이기 때문입니다. 따라서 바닷물에서 사람이나 물체는 담수보다 더 쉽게 뜹니다.

가장 큰 부력을 경험할 수 있는 장소는 사해로, 염분 함량이 무려 34%에 달합니다. 사해의 밀도는 약 1.25g/cm³로 일반적인 바닷물보다 최소 20% 이상 무겁습니다. 사해에서는 물에 빠져 죽을 일이 없을 정도로 부력이 강해, 수영을 못하는 사람도 물 위에 둥둥 떠다닐 수 있습니다. 심지어 물 위에 누워 신문을 읽는 것도 가능합니다!

부력의 실생활 응용

부력의 원리는 우리 생활 곳곳에서 활용됩니다. 거대한 철로 만든 배가 물에 뜨는 것도 배의 내부 공간 때문에 전체 밀도가 물보다 낮아지기 때문입니다. 잠수함은 밸러스트 탱크에 물을 채우거나 빼서 부력을 조절하여 잠수와 부상을 합니다. 구명조끼는 가벼운 발포 물질로 만들어져 착용자의 전체 밀도를 낮춰 물에 뜨게 합니다.

열기구도 부력의 원리를 이용합니다. 뜨거운 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 위로 떠오르는 부력을 받습니다. 수중 고고학자들은 침몰한 유물을 인양할 때 에어백을 이용해 부력을 증가시킵니다.

결론: 부력이 만드는 물 속 세계

부력은 우리가 물속에서 경험하는 놀라운 현상을 설명해 줍니다. 아르키메데스가 2,200여 년 전에 발견한 이 원리는 과학사에 중대한 기여를 했으며, 오늘날에도 우리가 물과 상호 작용하는 방식을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 물에서의 부력은 수영, 선박의 항해, 잠수함의 운행, 심지어 물속에서의 생물들의 생존에 이르기까지 다양한 상황에서 중요한 요소입니다. 다음번 수영장이나 바다에 갈 때, 여러분의 몸을 위로 밀어올리는 부력의 힘을 느껴보세요. 그것은 자연이 선물한 놀라운 물리 현상입니다!

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출처 - 과학잡학사전 통조림