자연과학 총론

자연과학(natural science)은 인간 이외의 사물을 연구하는 과학분야를 말한다. 대표적인 자연과학으로 물리학, 화학, 생물학, 지구과학이 있으며, 이중 물리학과 화학, 지구과학은 물리과학(물성과학)으로 합쳐 부르기도 한다. 자연과학은 사회과학, 심리학과 비교하여 과학적 엄밀함이 더 강하고, 연구하는 대상을 직접 관찰하기 수월하기 때문에 과학이 탄생한 이래 가장 먼저 발전해 왔다. 지금도 자연과학은 자연에 대한 탐구를 통해 자연의 본성에 대한 우리의 앎을 넓히고 있다.

 

성 관련 장애

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성 관련 장애는 성과 관련된 정신질환들을 말한다. 여기에는 성 불편증과 성기능 장애, 성도착 장애가 포함된다. 과거에는 동성애가 성 관련 장애로 분류되었으나, 심각한 고통 및 부적응이 나타나지 않아 현재는 제외되었다. 성 관련 장애의 일부는 이것이 병인지 논란이 있으며, 일부는 범죄와 관련되어 있다.

 

신경과학 

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신경과학은 떠오르는 21세기 과학중 하나이다. 신경과학의 발전은 의학, 심리학, 철학의 무궁한 발전을 가져왔다. 정신과 신체를 같이 이해하는 길 또한 신경과학에 있다. 지난 3000년간 인간정신을 탐구해온 건 철학자와 문학가, 종교인이였지만, 이제 신경과학자들이 더 많은 것을 밝혀내고 있다.

 

천문학

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우주는 이 세상에 존재하는 모든 것으로, 사전적 정의에 따르면 세상에 존재하는 모든 것이 곧 우주이다. 그러나 과학자들은 우주를 시공간과 그 안에 있는 모든 것으로 정의하여 상대적으로 우주를 협소하게 정의한다. 그리고 이러한 우주의 현상과 특징을 연구하고 이해하는 게 천문학자들이 하는 일이다.

 

 

빛 

빛(light, 전자기파)은 전자기장이 공간으로 방사되면서 생기는 파동으로, 물리학자 멕스웰의 방정식에서 유도된 후 헤르츠에 의해 실험으로 확인되었다. 일반인이 말하는 빛은 전자기파중에서도 인간의 눈으로 관찰가능한 가시광선만을 의미하지만, 물리학에서의 빛은 전자기파와 동의어이다. 빛도 파동이기 때문에 3가지 특성에 따라 분석할 수 있다. 즉 가시광선을 다른 전자기파와 분리해주는 파장(wavelength), 밝기를 결정하는 파동의 크기인 진폭(amplitude), 그리고 하나의 광파로 합쳐진 여러 파동으로 인해 나타나는 파동의 패턴을 이르는 순도(purity)를 통해 가시광선을 분석할 수 있다.^[각주:1] 주파수(진동수)는 초당 파동의 마루가 나타난 갯수를 말하는데, 주파수가 높을수록 파장이 짧고 그만큼 에너지가 크다.

 

주파수에 따라 빛은 가장 파장이 긴 전파에서 가장 파장이 짧은 감마선까지 분류할 수 있으며, 보통 파장의 크기에 따라 전파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선으로 분류한다. 그 순서와 파장의 크기는 아래와 같다.

 

전자기파 스펙트럼. 맨 위의 바는 해당 파장이 지구대기를 통과할 수 있는지 여부를 알려주며, 회색은 반투광을 뜻한다.

 

가시광선

가시광선(visible light)은 인간이 눈으로 볼 수 있는 스펙트럼 선상의 전자기파를 말한다. 대개 380nm-780nm 대의 파장을 가진 전자기파가 가시광선에 해당하며, 이보다 파장이 길면 적외선, 마이크로파, 전파가 있고, 파장이 더 짧은 건 자외선, X선, 감마선 등이 있다. 빛의 스펙트럼은 크게는 몇 킬로미터에서 작게는 몇 나노미터까지 다양해질 수 있지만 인간은 진화적인 이유로 좁은 대역의 파장을 가진 빛만 볼 수 있게 되었다. 가시광선 안에서도 파장의 크기에 따라 빛을 세분화하는데 목록은 다음과 같다.(단색광 기준)

 

• 400-450nm: 보라 
• 450-490nm: 파랑
• 500-575nm: 초록
• 575-590nm: 노랑
• 590-620nm: 주황
• 620-700nm: 빨강

 

 

유전학

유전학(genetics)은 유전자와 유전 현상을 연구하는 생물학이다. 유전은 이전에는 단순한 생물학의 주제 중 하나였지만, 20세기 후반부터 생물학의 중심이 되었다.^[각주:2] 거의 모든 생물학의 주제가 유전과 연관되어 있으며, 유전학과 분자생물학을 제외하면 생물학의 상당히 많은 부분이 사라져버린다. 인간은 2-3만개의 유전자를 가지고 있고, 유전학자들은 이러한 유전자가 서로 협동하고 활성화되는 방식을 연구하며 생물 현상을 이해하고자 노력하고 있다.

 

유전자

유전자(gene)는 생물학적 형질을 대를 이어 전달하는 유전 전달의 단위이다. 여기서 유전은 부모가 가지고 있는 고유한 특성이 자손에게 전해지는 것을 말한다. 보통 부모의 얼굴 특성중 일부가 자손에게도 나타나는 일을 많이 볼수 있는데, 이를 얼굴이 유전되었다고 표현한다. 유전자는 DNA 조직의 형태를 하고 있으며, 대부분의 정보를 DNA가 가지고 있다. DNA는 디옥시리보스 핵산(DeoxyriboNucleic Acid)의 줄임말인데, 인산, 5탄당(디옥시리보스), 그리고 염기가 결합된 뉴클레오타이드(뉴클레오티드)로 구성된다. 우리가 자주 보는 DNA의 2중나선은 뉴클레오티드가 무수히 연결된 폴리뉴클레오티드 두 가닥이, 염기를 통해 서로 수소결합으로 묶여 생긴 모양이다. 

 

염기는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민, 우라실 등 5개의 분자를 의미하는 말인데, DNA에는 우라실을 제외한 염기가 포함되어 있다. 저 염기는 아데민-티민이나 구아닌-시토신끼리 결합하는데, 배열된 순서가 해당 유전자가 전달하는 특성의 설계도 역할을 하며, 염기의 순서로 저장된 유전 정보가 여러 생물학적 과정을 거쳐 발현되면서 부모에게서 유전된 특성이 발현된다.

 

뉴클레오티드. 염기는 우라실을 제외한 어느 염기든 붙을 수 있다. 위쪽 뉴클레오티드의 디옥시리보스가 가진 3번 탄소(좌측 하단)가 아래쪽 뉴클레오티드의 인산과 결합하면서 폴리뉴클레오티드가 이어진다.

서로 결합된 염기. 양쪽 폴리뉴클레오티드가 가진 염기가 서로 수소결합하면서 DNA가 형성된다. 아데닌-티민 쌍은 2개, 구아닌-시토신 쌍은 3개의 수소결합을 이룬다.

유전자는 평소에는 세포핵 안에서 히스톤 단백질에 감겨있는 상태로 존재한다. 그러다가 세포가 분열할 때 염색체(chromosome)라는 더 큰 구조로 뭉친다. 염색체는 막대 모양의 유전자 중합체로, 인간은 46개로 이루어져 있다. 이러한 염색체는 기능에 따라 일반적인 유전자가 뭉쳐진 상염색체와, 성별을 결정하는 성염색체로 구분할 수 있다. 염색체는 2개씩 하나의 쌍을 이루는데, 성염색체의 경우 X와 Y라는 2가지 형태가 있다. 인간의 경우 X와 Y가 한 쌍을 이루면 남성이 되고, X와 X가 한 쌍을 이루면 여성이 된다.

 

염색체의 기본구조

 

유전자가 부모에게서 자손에게 넘어가는 과정에서도 오류가 있기 때문에 보통 유전자 200개 정도는 부모의 것과 다르다.(이를 돌연변이라 한다) 하지만 나머지 18000개의 유전자는 그렇지 않기 때문에 거의 모든 유전자는 자손과 공유된다. 동족 정도(degree of relatedness)는 특정 개체들이 서로 유전자를 공유할 확률을 말하는데, 엄마와 아빠에게서 유전자를 각각 물려받기 때문에 부모와의 동족 정도는 50%에 해당한다. 그리고 같은 계산으로 할아버지와 할머니는 25%, 사촌과는 12.5%를 공유한다.

 

일란성 쌍둥이(MonoZygotic twins, MZ, 일란성 쌍생아)는 약간 특이한데, 일란성 쌍둥이는 하나의 수정란에서 나왔기 때문에 동족 정도가 1이다.(다만 외부요인으로 인해 약간씩은 달라진다^[각주:3]) 반면 이란성(DiZygotic, DZ) 쌍둥이는 다른 자녀가 그렇듯 동족 정도가 서로 50%다. 이런 특성을 이용해서 어떤 특성이 유전되는지를 조사할 수 있는데, 해당 특성이 이란성 쌍둥이에 비해 일란성 쌍둥이에서 얼마나 더 자주 공유되는지를 조사하면 해당 특성의 유전율(heritability)을 알 수 있다. 이런 연구를 쌍둥이 연구(쌍생아 연구, 입양 연구)라 한다.

 

유전자가 발현되는 방식은 유전형과 표현형으로 나눌 수 있다. 유전형(genotype, 유전자형)은 유전자의 조직 형태를 말한다. 유전자는 각기 독특한 염기서열을 가지고 있고, 이것은 거의 대부분 부모에서 자녀에게로 동일하게 전달된다. 그러나 유전자가 발현되는 방식은 다른 변수에 의해 달라질 수 있다. 표현형(phenotype)은 유전자가 발현된 결과로, 생물이 보이는 생물학적 특성과 행동, 그 부산물 등이 표현형에 속한다. 가령 피부 유전자의 경우, 피부의 유전적 정보를 저장한 DNA가 유전형이고, 그 DNA가 발현되어서 생긴 피부가 표현형이다.^[각주:4]

 

 

태내기 발달^[각주:5]​

인간의 생명은 정자와 난자가 성공적으로 융합된 수정란에서 시작한다. 이 수정란은 접합체라고도 하는데, 접합체(zygate)는 정자와 난자 양자로부터의 염색체를 담고 있는 수정란이다. 존재의 처음 순간부터 접합체는 그것이 궁극적으로 되려는 사람과 공통점을 갖는데, 그것은 성별이다. 인간의 정자 세포와 난자 세포는 각각 23개의 염색체를 갖는데, 23번째 염색체는 X와 Y의 두가지가 있다. X 염색체를 갖는 정자도 있고, Y 염색체를 갖는 정자도 있다. 난자가 Y 염색체를 가진 정자에 의해 수정되면 접합체는 남성이 되고, 난자가 X 염색체를 가진 정자에 의해 수정되면 접합체는 여성이 된다.

 

수정 후 2주 동안은 접합기(germinal stage)라고 한다. 이 단계 동안 단일 세포인 접합체가 분열하기 시작하여, 2개 세포, 4개 세포, 8개 세포 등등으로 분열한다. 출생 시 접합체는 수조 개의 세포로 분열하고, 각 세포는 정확하게 정자로부터 23개 염색체 한 세트와 난자로부터 23개 염색체 한 세트를 담고 있다. 접합기 동안 접합체는 나팔관에서 이동해 내려와서 자궁벽에 착상한다. 이것은 힘든 여행이어서 모든 접합체의 약 절반이 실패하는데, 그 이유는 접합체가 결함이 있거나 혹은 자궁의 잘못된 부위에 착상하기 때문이다. 남성 접합체가 특히 이 여행을 완수하기 어려운데 그 이유는 아무도 모른다. 

 

접합체가 자궁벽에 착상할 때 발달의 새로운 단계가 시작된다. 배아기(embryonic stage)는 2주부터 약 8주까지 지속되는 기간이다. 이 단계 동안 접합체는 계속 세포분열하고 그 세포들은 분화하기 시작한다. 이 단계의 수정란을 배아라고 하는데, 그 길이는 2.5cm 정도밖에 안 되지만 이미 심장이 뛰고 팔과 다리와 같은 신체 부위를 갖는다. 남성배아는 이때부터 테스토스테론을 분비하여 남성의 생식기관을 발달시키며, 테스토스테론이 분비되지 않으면 여성의 생식기가 발달한다.

 

태아기(fetal stage)는 9주부터 출생할 때까지 지속되는 기간이다. 이때부터 배아를 태아라고 하는데, 골격과 근육을 가지고 있어서 움직일 수 있다. 태아기 동안 태아의 크기가 빠르게 증가한다. 태아는 피부 아래 지방층을 발달시키고, 태아의 소화기관과 호흡기관은 성숙한다. 최종적으로 뇌가 되는 세포들은 분화하여 축색과 수상돌기를 생성하고 미엘린을 형성(수초화, myelination)하기 시작한다. 수초화는 태아기 동안 시작되지만 여러 해 동안 끝나지 않는다. 예를 들어 피질의 수초화는 성인기까지 계속된다.

 

태아기 동안 뇌는 빠르고 복잡한 성장을 겪지만, 출생 시 뇌는 성인의 뇌 크기와는 거리가 멀다. 침팬지 신생아의 뇌는 어른 침팬지 뇌 크기의 60%에 가깝지만, 인간 신생아의 뇌는 성인 뇌 크기의 25%밖에 되지 않으므로 뇌 발달의 75%는 자궁 밖에서 이루어진다고 말할 수있다. 다른 영장류들은 그렇지 않은데 인간은 왜 그렇게 덜 발달한 뇌를 가지고 태어나는가? 거기에는 적어도 두 가지 이유가 있다. 첫째, 인간의 뇌는 단지 200만 년의 진화과정에서 크기가 거의 3배가 되었고, 더 큰 뇌는 그것을 수용할 더 큰 머리가 필요하다. 만일 신생아의 머리가 성인 머리의 크기에 가깝다면, 아기는 어머니의 산도를 통과할 수 없을것이다. 둘째, 인간 종의 가장 큰 재능 중 하나는 기후, 사회 구조 등등이 다른 광범위한 새로운 환경에 적응할 수 있는 능력이다. 인간은 환경의 요구에 맞거나 혹은 맞지 않을 수도 있는 완전히 발달된 뇌를 가지고 세상에 태어나는 것이 아니라, 그가 기능할 바로 그 환경 안에서 많이 발달하는 뇌를 가지고 태어난다. 우리의 덜 발달한 뇌가 우리가 태어난 특정한 사회적, 물리적 환경에 의해서 특별히 형성됨으로써 우리는 대단히 적응적이 될 수있다.

 

태내 환경

태내 환경은 인간의 발달과 성장에 아주 중요한 영향을 끼친다.^[각주:6] 여기서 태내 환경이란 자궁과 자궁 내의 양수, 태반, 그리고 이를 통해 출입하는 화학물질들과 신경신호들을 말한다. 생물학이 발달하면서 태내 환경의 중요성은 점점 강조되고 있고, 이제 학자들은 태내 환경이 아기의 유전자 발현과 초기 발달은 물론 성인기의 건강과 질병, 심리적 특성에도 영향을 끼친다는 대에 동의하고 있다. 인간의 특성 상당수는 유전자가 결정하지만, 그만큼 태내 환경도 중요한 영향을 끼치며 사실 태내 환경은 유전자 발현에도 영향을 끼친다.

 

연구에 따르면 산모가 임신중 영양실조인 경우 자녀는 신체적 문제^[각주:7]나 조현병,^[각주:8] 반사회적 성격장애를 가질 확률이 높다.^[각주:9] 또한 산모가 흡연을 하면 아기는 저체중이 되고^[각주:10] 아동기에 지각과 주의에서 문제가 생길 확률이 높다.^[각주:11] 이는 간접흡연도 마찬가지다.^[각주:12] 한편 아기들은 산모가 임신중에 먹었던 음식을 좋아하는 경향이 있으며,^[각주:13] 임신중에 산모가 아기에게 들려준 이야기를 친숙하게 여긴다.^[각주:14] 이는 아기가 이야기를 기억한다기 보다는 산모의 목소리를 기억하는 것이 원인으로 보이는데, 실제로 신생아들은 산모의 목소리에 더 잘 반응한다.^[각주:15]

 

어떤 물질은 아기에게 매우 치명적인데, 이런 물질을 테라토젠(teratogens, 기형발생물질)이라 한다. 대표적인 테라토젠이 술로, 산모가 술을 마시는 경우 태아알콜 증후군이 발생할 수 있다. 태아 알코올 증후군(Fetal Alcohol syndrome, FAS)은 산모가 임신중 다량의 알코올을 섭취하여 아동이 짧은 인중과 평평한 얼굴, 얇은 윗입술, 덜 발달한 턱, 낮은 지능을 가지는 경우를 말한다.^[각주:16] FAS는 아기의 뇌가 전반적으로 파괴되어 발생하는데, 이는 산모가 복용한 알코올때문이다. 알코올은 대표적인 억제성 신경전달물질로, 뉴런의 활동을 억제하고 시냅스 소멸을 유도한다. 일반적인 성인은 이를 통제할 충분한 신체적 능력(과 적당히 술을 마실 자제심)을 가지고 있지만, 그게 없는 아기들에게 알코올은 뇌 전반에서 시냅스 파괴를 일으켜 뇌손상을 유발한다. 이를 예방하려면 얼마나 술을 줄여야 하는지는 아직 논쟁중이다.^[각주:17]

 

 

확률론

확률(probability)은 주관적으로 결정되는 주관적 확률롸 객관적 확률로 나눌 수 있다. 주관적 확률은 직관적으로 사람이 판단하는 확률인데, '내일 한 50% 정도 비올듯.'이나 '너 못생겼을 확률 100%'등이 주관적 확률이다. 주관적 확률은 너무 주관적이고 객관적 성질은 없기 때문에 확률론에서는 다루지 않는다. 확률론에서 다루는 확률은 객관적 확률인데, 객관적 확률은 객관적으로 결정되는 확률을 말한다. 객관적 확률에는 고전적 확률과 장기적 상대도수 확률이 존재한다.

 

고전적 확률은 시행에서 나올 수 있는 결과와 분포가 모두 예측되는 상황에서의 확률이다. 가령 6연발 리볼버에 탄환 한 발을 장전했을 경우 탄이 발사될 확률은 6분의 1이다. 왜냐하면 리볼버가 6연발이라서 격발했을때 가능한 결과가 불발 5에 발사 1이기 때문이다. 이러한 상황은 가능한 결과가 연역적으로 도출되거나(앞에서처럼), 현상에 대해 충분한 정보가 모아져서 가능한 결과와 그 빈도를 충분히 예측할 수 있는 경우가 해당한다. 고전적 확률은 수학적으로 다음과 같이 표현된다.

P(A)=n(A)/n

P(A)=대상 사건의 고전적 확률

n=전체 가능한 결과들

 

장기적 상대도수 확률은 수많은 시행을 통해 데이터를 축적해가는 상황에서의 확률이다. 가령 우리가 긴꼬리원숭이의 새끼가 성인이 될 때까지의 생존율을 구한다고 하자. 우리는 긴꼬리원숭이에 대해 아는 것도 없고, 자연에 대해서도 잘 알지 못하기 때문에 사전에 확률을 예측할 수는 없다. 그대신 우리는 새끼들을 일일이 따라다니고 죽었는지 살았는지 알아보면서 개개의 생존여부를 통합하여 생존율을 구해야 한다. 이처럼 장기적 상대도수 확률은 사전확률을 예측하기 어려운 자연적 상황에서 사용된다. 장기적 상대도수 확률은 아래와 같이 표현된다.

n(A)=대상 사건의 일어난 횟수, n=전체 시행의 횟수

조건부확률

조건부확률은 어떤 환경 하에서 특정 사건이 나타날 확률로, 수학적으로 설명하면 사건 A가 나타났을때 사건 B가 나타날 확률을 말한다. 이는 A와 B가 공존하는 P(A∩B)를 P(A)로 나눠서 구할 수 있는데, 이를 P(BlA)라 표현한다. 수학적으로는 다음과 같이 표현된다.

이를 형태를 바꾸면 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

P(A∩B)=P(A)P(BlA)

 

만약 사건 A와 B가 서로 아무 상관이 없을 경우, 이를 사건 A와 B가 서로 독립적이라고 한다. 내가 과자를 먹을 확률과 당신이 MBA에 진학할 확률은 조금도 상관이 없을 것이다. 이처럼 서로 아무 상관이 없는 사건으로 서로 독립적이라고 표현하며, 이 경우 두 사건이 동시에 일어날 확률은 두 사건이 일어날 확률을 곱해서 얻을 수 있다. 서로 독립인 두 동전을 던지면, 둘 다 앞면이 나올 확률은 반x반 해서 25%가 될 것이다. 이를 아래와 같이 표현한다. 

P(A∩B)=P(A)P(B) 

두 사건이 독립이라면, 공식의 예측은 실제로 맞아 떨어질 것이다. 그러나 만약 두 사건이 서로 독립적이지 않고 연관되어 있다면, 둘은 같지 않을 것이다. 이를 통해 연구하는 두 사건이 서로 독립인지 알 수 있다. 한편 두 사건이 독립이면 아래와 같은 식도 가능하다.

 

증명은 아래 참조

 

베이즈확률(베이즈정리)

베이즈정리는 베이즈에 의해 고안된 통계기법으로, 지금까지 축적한 데이터를 토대로 어떤 사건이 일어날 확률을 구하기 위해 고안된 정리이다. 이를 수학적으로 표현하면, 데이터 축적을 통해 알고 있는 사전확률을 통해, 알려지지 않은 사건의 확률인 사후확률을 알아내기 위해 필요한 정리이다. 보통 과학자들은 지금까지 축적된 데이터를 바탕으로 아직 연구되지 않은(그러나 이전에 연구된 것과 관련된) 어떤 사건이 일어날 확률을 계산하기 위해 사용한다. 베이즈정리는 다음과 같다.

 

여기서 위에 금이 그어진 A는 A의 여집합(배반사건)

증명은 아래와 같다.

한편 여기서

 

정리의 의미를 알기 위해 예를 들어보자. 어떤 의학자들이 신종 질병에 대응하기 위해 해당 질병을 진단하기 위한 키트를 개발했다. 이를 검증하기 위해 임상실험이 실시되었는데, 신종 질병에 걸린 사람은 전체 피험자의 10%였다. 실험결과 감염자의 95%가 양성 반응을 보였고, 비감염자의 10%가 양성반응을 보였다. 이로써 우리는 감염되었을때, 혹은 감염되지 않았을때 키트가 제대로 작동할지에 대한 데이터를 얻었다. 그렇다면 반대로 생각해보면, 검사결과 양성이 나왔을때 피검자가 실제 신종 질병에 걸렸을 확률은 얼마일까?

 

여기서 표본집단을 모집단이라 가정할 경우, P(감염자)=0.1이고 P(비감염자)=0.9이다. 그리고 감염자가 검사에서 양성이 나올 확률은 P(양성l감염자)=0.95이고 반대로 P(양성l비감염자)=0.1이다. 이를 A=감염자, B=양성반응으로 하여 위의 공식에 대입하면 식은 다음과 같은 상태가 된다.

 

P(감염자l양성)=(0.95x0.1)÷(0.95x0.1+0.1x0.9)

 

이렇게 베이즈정리를 활용하면 임상적으로 파악되는 특성을 바탕으로 검사의 유효도를 평가할 수 있다. 한편 알고자 하는 확률에 서로 독립적인 여러 요소들이 영향을 끼치는 경우 확장된 베이즈 정리를 통해 사후확률을 구할 수 있는데, 하나의 사건 Ax가 일어날 확률에 대해서 확장된 베이즈 정리는 아래와 같다.

 

A=B로 인해 일어나는 서로 배반인 사건들

k=n(A)

 

확률변수

확률변수는 어떤 확률과 관련된 특정한 값을 갖는 변수이다. 가령 특정한 변수 x를 n개의 동전이 모두 앞면이 나올 확률로 정의하면, x는 확률변수이다. 변수의 값이 불연속적이면 이산확률변수, 연속적이면 연속확률변수라 하는데, 확률변수가 이산적인지 연속적인지에 따라서 확률변수의 분포도 달라질 수 있다. 확률변수가 가지는 값과 그 값이 나타날 확률을 도수분포표나 그래프로 나타낸 것을 확률분포라 하는데, 확률분포도 확률변수가 이산적인지 연속적인지에 따라 달라진다.

 

이산확률분포는 확률변수의 값이 유한하고 불연속적인 경우 나타나는 확률분포이다. 통계학을 배울때 가장 처음 접하게 되는 이항분포가 대표적인 이산확률분포이며, 이외에도 베르누이 분포와 초기하 분포, 푸아송 분포도 이산확률분포에 속한다. 반면 연속확률분포는 확률변수의 값이 무한하고 연속적인 경우인데, 정규분포가 대표적인 연속확률분포이다. 마찬가지로 정규분포로 전환이 가능한 카이제곱분포와 t분포, F분포도 전부 연속확률분포에 속하며, 이 분포들은 모두 통계적 가설검정에 필수적인 분포들이다.

 

확률분포의 각 값들은 확률변수를 나타내는데, 확률변수는 하나의 함수로 표현될 수 있다. 그럴 때 이산확률변수는 값이 불연속적인 확률질량함수(probability mass function, p.m.f)로, 연속확률변수는 값이 연속적인 확률밀도함수(probability density function, p.d.f)로 표현된다. 수학적으로 pmf는 P(x)로, pdf는 f(x)로 표현되는데, pdf는 전구간에서 적분하면 그 값은 1이 된다. 왜냐하면 모든 가능한 확률의 총합은 언제나 1이기 때문이다.(pmf는 불연속이기 때문에 적분불가능) pdf에서 확률은 일정구간을 적분한 값으로 표현할 수 있는데, 가령 x가 a와 b 사이의 값을 가질 확률은 아래와 같이 정의할 수 있다.

 

 

격리정책의 전염병 억제효과

2020년 코로나19 사태 때 많은 국가들은 사회적 거리두기 정책을 실시하였다. 이들 나라들은 대규모 국민들을 대상으로 코로나 검사를 실시하고, 확진자를 격리한 후, 확진자의 동선을 추적해서 확진자와 접촉한 사람들을 찾아 검사를 실시했다. 이러한 락다운(lockdown) 정책의 효과성에 대한 연구가 이뤄졌는데, 한 연구^[각주:18]에서 대규모 검사와 사회적 봉쇄는 실제로 코로나19로 인한 사망자의 수를 낮췄으며 특히 대규모 검사는 사회적 봉쇄와 결합될 때 사망자 수를 낮출 수 있었다.

 

그러나 다른 메타분석^[각주:19]에서 정부정책은 2-3%의 사망자만을 감소시킬 수 있었으며, 개별 락다운 정책을 분석한 경우에는 효과가 입증된 정책이 사망자의 10.7%를 감소시켰다고 보고했다. 저자는 이것이 전염병 억제에서 정부주도가 아닌 시민주도(자율적인 사회적 거리두기) 관행이 더 효과적임을 보여준다고 해석하였다. 한편 스페인독감을 대상으로 미국에서 실시했던 락다운 정책은 유의한 효과를 거두지 못했는데, 이는 마스크와 같이 효과적인 방역 장비의 부재로 인한 결과로 보인다.^[각주:20] 전반적으로 학자들은 적극적인 사회적 거리두기와 확진자 추적 및 격리가 전염병 억제에 효과적임에 동의하고 있다.^[각주:21]

 

 

군대개미

군대개미(마냥개미, 유랑개미)는 보통 개미들과 달리 한 둥지에서 지내는 것이 아니라 유랑 생활을 하는 개미로, 200종이 넘는 개체가 아메리카, 아프리카, 오스트레일리아, 아시아 등 열대와 아열대 지역 전반에 걸쳐 서식한다.^[각주:22] 매우 호전적이고 대규모로 사냥을 하는데, 덩치도 큰 데다 한번 휩쓸고 간 자리는 거의 아무것도 남지 않기에, 여타 개미들은 물론 일반적으로는 개미의 천적인 개미핥기조차 꺼린다. 일반인에게는 잘 알려진 종류로는 가시방패개미아과(Dorylinae)에 속한 남아메리카 아마존의 미국방랑개미속(Eciton)과 아프리카의 장님개미속(Dorylus)이 있다.

 

병정개미의 턱 힘이 세기 때문에 원주민들에겐 상처 봉합에 응용하는 전통요법이 있다. 병정개미를 잡아다 상처를 물게 한 뒤 머리만 남겨두고 몸은 떼버리면, 머리만 남은 개미는 상처를 계속 물고 있기 때문에 봉합하는 셈이 된다. 영화 아포칼립토에 나온 개미도 이 개미로 추정된다. 이 요법은 아마존과 아프리카 양쪽 모두에 존재한다. 2천여 년 전 고대 인도를 비롯한 여러 문명에서도 이러한 의료기록이 남아있고 지금도 장비가 없는 상황에서 상처 봉합에 가장 마지막으로 쓰이는 방법이기도 하다.

 

 

근육발달의 성차

남녀가 근력에 있어 어떻게 다른지는 많은 연구에서 다뤄졌다. 그 결론은 일관적인데, 악력 측정 결과^[각주:23]를 보면 남성이 여성보다 2배 이상 근력이 강하다. 심지어 여성 국가대표 운동선수들조차도 남성의 악력 중간값보다 최고 악력이 낮다. 다른 연구^[각주:24]에서는 차이가 더 적었고 측정 부위마다 달랐으나, 역시 운동선수를 포함해서 남성의 평균값이 항상 여성을 넘었다. 벤치프레스에서 일반 여성이 일반 남성의 46%밖에 이르지 못해 차이가 가장 컸고, 레그 프레스에서 여성 수영선수가 남성 수영선수의 73%에 달해 차이가 가장 작았다.(그리고 신기하게, 모든 항목에서 일반 남성이 남성 운동선수보다 근력이 같거나 높았다) 종합적으로 근력에서의 남녀차는  cohen's d=1.71이고, 부위 차이가 많다.^[각주:25] 

 

이러한 차이는 전반적으로 남성의 체급(body mass)가 크기 때문으로, 실제로 남성은 체급에서도 여성보다 압도적이다. 따라서 체급의 영향을 제거하면 남녀간 근력 차이는 약해지지만, 체지방률의 차이로 인해 여전히 차이는 남으며^[각주:26] 체지방률도 통제해야 차이가 사라진다.^[각주:27] 즉 남녀의 근력차이는 절대적인 근육량의 차이에 기인하며, 실제로 절대 근육량(FFW)이 개인 근력의 97%를 설명한다.^[각주:28] 이러한 근육량 차이는 선천적인 성호르몬 분비기제와 활동량 차이^[각주:29]가 원인으로 보이며, 이중 사춘기로 인한 성호르몬 분비 증가와 이로 인한 체급의 증가가 3-20%를 설명한다.^[각주:30]

 

여성의 상대적으로 낮은 근력은 건강상 문제를 초래할 수 있기 때문에, 의사들은 여성들에게 상체근육 운동을 할 것을 권장한다.# 지구력 훈련에서 여성의 지구력 지표 향상률이 남성보다 5%p 높았으며,^[각주:31] 저항 트레이닝(resistence training)의 경우 근육 증가율의 차이는 없고 오히려 상체근력에 있어서는 여성이 더 큰 효과를 보았다.^{[각주:32][각주:33]} 다만 절대적인 근육의 증가량은 남성이 더 높은데, 이는 기본적으로 남성이 가진 근육량이 많아 같은 증가율 하에서도 절대량이 더 늘어나기 때문이다.(100원의 1% 이자는 100만원의 1% 이자보다 작다) 전반적으로 트레이닝의 효과는 여성에게 더 크나(1.13>.84), 둘이 같이 운동을 한다면 차이는 잘 줄어들지 않는다.(d=1.28)^[각주:34]

 

트레이닝의 효과는 육체적 성과에서 고무적일 수 있다. 남아군을 대상으로 한 연구^[각주:35]에서 남군과 여군의 육체적 능력의 차이는 상당했으며, 성별이 육체적 성과의 91.5%를 설명했다. 이러한 차이는 군사훈련 이후에도 유지되었으나, 어떤 항목에서는 성별 차이가 약해졌다. 성별 차이는 훈련 이전에 12-50% 정도였으나, 훈련 이후에는 10-37% 수준으로 감소하였다. 종합체력지표(SANDF fitness test) 상에서 성별 육체적 성과의 차이는 훈련 이전에 23%였으나 훈련 이후 4.6%로 상당한 감소를 보였다.

 

필자는 운동 효과에서의 약한 여성 우세가 천장 효과에 의한 것이라고 주장한다.

 

 

르봐이예 분만

르봐이예 분만법은 프랑스의 의사 프레드릭 르봐이예(Frederick Leboyer)가 개발한 분만법이다. 르봐이예는 정신분석을 받던 도중 자신의 출생에 대한 기억을 회복했다고 주장했는데, 그 기억을 매우 끔찍한 것으로 묘사했다. 비록 그의 회복된 기억은 환상에 불과하지만 그는 자신의 환상을 토대로 현대의학이 아기를 무시하는 비인간적인 의료라고 비난하고 아기,산모를 중점적으로 보는 르봐이예 분만을 개발했다.# 이 분만법을 시술받는 산모들은 빛이 어둡고 조용한 공간에서 자연출산을 하며 태어난 아기는 곧바로 산모의 가슴에 올려지고 충분히 기다린 후 탯줄을 잘라낸다. 과학적 조사결과 르봐이예 분만이 기존의 분만에 비해 좋거나 나쁘진 않으며, 다만 르봐이예 분만을 시행한 산모는 출산 전에 육체적 활동성이 감소되었다.^[각주:36] 또한 Kim의 조사^[각주:37]에 따르면 르봐이예 분만을 관찰한 간호실습생은 출산을 더 긍정적으로 인식했다. 

 

 

세포핵의 구조

 

세포핵 모식도

세포핵을 열었을때 보게되는 첫번째 광경은 어지럽게 늘어져있는 DNA 덩어리다. 일반적인 세포핵 내부는 DNA들이 어지럽게 늘어져 복사를 반복하는 도가니다. 그러나 세포가 분열할때가 되면 이 도가니는 몇개의 조각으로 정렬된다. 이 조각을 염색체라 부르는데, 분열을 준비중인 세포를 염색할때 쉽게 염색되어 이런 이름이 붙었다. 인간은 총 46개의 염색체를 가지고 있으며 갯수는 동물마다 다르다. 염색체는 같은 내용을 담은 DNA의 쌍으로 되어있는데, 저 x자 모양은 사실 서로 다른 염색체가 좌우로 2개씩 붙은 것이다. 서로 쌍인 염색체는 보통 서로 대립되는 형질을 가지고 있으며, 둘중 하나의 유전자만 발현된다. 예를들어 46개 염색체 중 44개는 상염색체이고 2개는 생물의 성을 결정하는 성염색체인데, 성염색체 X염색체가 둘있으면 생물은 암컷이 되지만 성염색체 Y염색체가 X염색체와 붙어있으면 그 생물은 수컷이 된다.

 

염색체는 자세히 살펴보면 아주 강한 산성의 유기물 가닥이 말려있는 집합체다. 이 산성 가닥은 뉴클레오좀이라 부르는데, 공모양의 히스톤 단백질에 말려있는 DNA가 전화선 모양으로 꼬여있는 모습이다. DNA가 어떻게 히스톤에 말려있는지도 유전자 발현에 영향을 주기 때문에 최근에는 히스톤과 DNA의 관계도 주목받고 있다. 히스톤에 감겨있는 저 줄이 바로 우리가 아는 DNA로, DNA는 4개의 염기로 구성되어 있다. 4개의 염기는 특정 패턴으로 서로 결합되어 있고, 이 패턴이 해당 DNA가 담고 있는 정보이다.

 

 

시각 경로

빛은 넓은 전자기파의 극히 일부분에 지나지 않는다. 사람들은 전자파와 빛, 자외선, 방사선이 모두 다른 실체인줄 알지만 모두 같은 전자기파이다. 다만 그 파장에 따라 가지는 에너지가 다르고, 그 에너지에 의해 여러 다른 성질을 가진다. 몇 미터 대의 파장을 가진 전파에서 파장이 양자적 단위에서 노는 감마선까지 전자기파의 파장은 다양하지만 이 중 우리가 볼 수 있는 가시광선은 400-700nm의 파장을 가진다. 우리가 보는 가시광선은 태양에서 뿜어져온 빛의 반사이기 때문에 인공물을 제외하면 우리가 보는 빛은 모두 반사된 빛이다.

 

안구의 구조

우리 눈으로 들어온 빛은 제일 먼저 각막(cornea)에 도달한다. 각막은 80%가 고정된 덮개로, 우리 눈을 보호하고 우리가 보고자 하는 방향의 빛만 볼 수 있게 다른 방향에서 오는 빛을 막아준다. 각막을 통과한 빛은 동공(pupil)을 지나친다. 동공은 생체 조리개로, 우리 눈에 들어오는 빛의 양을 조절하는 역할을 하며 동공의 확장크기를 보고 사람의 심리를 대략 유추할 수 있다. 동공에서 조절된 빛은 수정체(lens,렌즈)를 통과하는데 수정체는 영단어 그대로 렌즈의 역할을 한다. 빛을 굴절시켜 상을 집중(accomodation)시킨다는 점은 카메라 렌즈와 수정체가 같지만 수정체는 카메라가 갖지 못한 장점도 가지고 있다. 수정체는 20%만 고정되어 있기 때문에 자신의 두께를 자유롭게 조절할 수 있다. 사람은 자기 의지에 따라 수정체에 붙은 ciliary muscle을 통해 수정체의 두께를 조절할 수 있고 실제로 각기 다른 거리의 물체를 볼때 수정체의 두께를 조절한다. 수정체를 조절해서 초점을 맞출수 있는 가장 작은 거리를 근점(near point)이라 하는데, 근점은 10세경의 10cm에서 출발하여 나이가 들면서 최대 4m까지 늘어난다.

 

수정체를 통과한 빛은 망막 안에 상을 맺는다. 그러면 망막의 수용기가 빛에 반응해 뇌에 정보를 전달한다.(시각심리학에서 이를 자세히 설명했다) 진화는 대부분 좋은 형질을 진화시키지만 이해하기 힘든 이상한 형질도 진화시키는데 우리 눈의 수용기 위치도 이에 해당한다. 카메라와 반대로 우리 눈의 수용기는 망막 앞쪽이 아니라 망막 뒤쪽에 있다. 카메라나, 심지어 다른 동물(문어)의 눈도 그렇지 않건만 우리 눈은 뉴런 뒤에 수용기가 위치한다. 뉴런이 수용기 뒤에 있으면 수용기가 받은 정보를 바로 뒤로 넘기면 되지만 뉴런이 수용기 앞에 있으면 정보를 뒤로 넘길수 없다.(수용기 뒤에는 벽밖에 없다) 결국 망막 어딘가에 구멍을 뚫고 그 구멍으로 뉴런을 안와신경과 연결해야 하는데 이 지점을 우리가 맹점(blind spot)이라 부른다. 맹점에는 뉴런만 존재하고 수용기는 존재하지 않아서, 맹점에 맺힌 물체는 볼 수 없다. 보통 다른 쪽 눈이 맹점을 보충해주고 맹점 자체가 시야 가장자리에 위치하여 맹점이 주는 영향은 미미하며, 때로는 뇌가 맹점으로 인해 비어있는 부분을 인공적으로 채워넣기도 한다.(이를 filling process라 한다)

 

다른 신체감각도 그렇듯이 시각도 좌우가 바뀐다. 쉽게 말하면 왼쪽 시야는 우뇌에, 오른쪽 시야는 좌뇌에 들어온다. 하지만 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 분리되는 건 아니다. 왼쪽 눈에서 보인 왼쪽 시야는 오른쪽 눈에서 보인 왼쪽 시야와 함께 왼쪽 시야로 통합된다. 구조적으로 보면 너무 왼쪽에 치우쳐져 왼눈에 다 안들어오는 왼쪽 시야를 오른눈이 일부 받아주기 때문에 시야 통합이 더 적응적이다. 한편 렌즈의 기능에 이상이 생기면 시력에도 문제가 생기는데, 렌즈의 기능이상으로 인해 상이 망막 앞에 맺히는 근시(myopia)가, 망막 뒤에 맺히면 원시(hyperopia)가 나타난다.^[각주:38]

 

 

역학연구

역학연구는 질병의 발병률과 유병률, 그리고 질병의 분포를 조사하고 데이터를 통해 질병을 연구하는 연구방법을 말한다. 주로 의학에서 사용되며, 코로나19가 유행하자 일반인들도 어느정도 친숙하게 되었다. 발병률은 특정기간 동안 연구하는 질병의 증가비율을 말하고, 유병률은 특정기간 동안의 전체 발병비율을 말하는데, 코로나19처럼 감염이 폭증하는 경우에는 발병률이 일시적으로 유병률을 뛰어넘을 수 있지만 일반적으로는 유병률이 발병률보다 높다.

 

많이 알려져있지 않지만 질병의 치료와 예방에는 역학연구도 중요하다. 왜냐하면 역학연구를 통해 질병의 감염경로와 위험집단을 식별할 수 있기 때문이다. 대규모 인구를 대상으로  역학연구를 진행하면 질병이 어떻게 전파되는지에 대한 그림을 그릴 수 있으며, 감염자 집단을 분석하는 과정에서 어떤 인구집단이 많은지를 보고 위험집단을 식별할 수 있다. 또한 위험집단은 대개 질병의 특성과 관련되어 있을 수 있기 때문에, 위험집단에 대한 분석이 질병을 이해하는데 도움이 되기도 한다.

 

역학연구를 진행하는데 있어서 어려운 점은 연구참여자가 솔직하지 않을 수 있다는 점이다. 정신질환의 경우 환자가 응답을 꺼리고 증세를 숨기는 경우가 많아 암수 환자가 많으며, 코로나19 대유행기에는 특정 종교적 신념(망상)을 고수하기 위해 몸을 숨기는 사례도 다수 발생하였다. 또한 연구참여자가 솔직하다고 하더라도 기억력의 한계로 인해 세부사항에 대해 제대로 답변하지 못하면 이것도 연구의 한계로 다가올 수 있다.

 

 

인간의 진화

인간과는 5-600만년전에 최초로 등장했다고 추정된다. 그 시기에 침팬지에서 분리된 인간은 다양한 속과 종으로 분화하며 진화하였는데, 180만년전 나타난 호모 에렉투스부터 전세계로 퍼져나가기 시작했다. 인간과에는 다양한 속과 종에 속하는 동물들이 있었지만, 최근 10만년 이내에 대부분이 멸종하고 호모 사피엔스만이 남았다. 현재 지구상에 존재하는 인간은 모두 호모 사피엔스 단 한 종이다.

 

인간은 600만년간 진화하면서 다른 유인원과 구분되는 특징을 발달시키게 되었다. 먼저 인간은 다른 유인원과 달리 상당히 발달된 직립보행(bipedalism)이 가능한데, 이는 400만년전의 오스트랄로피테쿠스에서부터 두드러지기 시작하였으며 나무 생활에 적응하면서 발달한 능력에 기인한다고 여겨진다.^[각주:39] 또한 인간은 다른 유인원과 비교해도 두뇌가 상당히 큰데, 두뇌가 커지면서 인간은 더 높은 지능과 복잡한 사고, 추론, 기억 및 계획 능력을 가질 수 있게 되었다.^[각주:40]

 

 

인종

인종(race)은 특정한 신체적 특성(대부분 피부색)을 공유하는 인구 집단을 의미하는 말이다. 사람의 어떠한 특성을 그 사람의 인종에서 원인을 찾으려는 상당히 많은 시도가 있지만, 과학적으로 인종은 거의 의미가 없는 개념이며^[각주:41] 특히 흑인/백인과 같은 피부색에 기초한 인종분류는 더욱 그러하다. 어떤 학자들^[각주:42]은 이를 아예 환상(illusion)이라고도 표현했다. 92년도 조사^[각주:43]에 따르면 생물학자의 67%만이 인종 개념을 인정했으며, 이는 체질인류학자(50%)와 큰 차이는 없었다.

 

 

자연선택^[각주:44]

자연선택은 다윈이 고안한 진화이론으로, 현재까지 자연선택은 학계의 정설이며 물리학의 탄탄한 이론들과 비슷한 정도로 지지를 받고 있다. 또한 작은 규모의 진화(소진화)는 실제로도 관찰되었다.^[각주:45] 현재 진화생물학 내의 논쟁은 모두 자연선택이 어떻게 일어나는가에 쟁점을 두고 있다. 자연선택의 개념은 변이, 유전, 선택, 이 3가지 키워드로 정리할 수 있으며, 그 메커니즘은 다음과 같다.

 

먼저 생물은 변이한다. 인간만 예로 들어도 개인마다 평균 260개 정도의 돌연변이를 가지고 있다. 많은 생물들은 유전자 복제과정에서 일어나는 약간의 실수로 돌연변이가 발생하며, 특히 유성생식은 다양한 유전자를 섞이게 해서 기존에 없던 유전자 조합을 수없이 만들어낸다. 이러한 변이들은 큰 날개, 강한 뼈, 높은 의지력 등 다양한 방식으로 나타나며 이중 많은 것들은 생존에 영향을 미친다.

 

이러한 변이들은 유전된다. 사고로 잘린 팔 같은 경우는 유전되지 않지만, 유전자 수준에서 일어난 변이는 그대로 유전자에 남아 자손 대대로 전해진다. 다윈이 자연선택을 고안한 시기에는 선천적인 특성들이 결혼한 배우자의 것과 혼합되어 유전되기 때문에 희석된다는 비판이 일부 있었지만, 후에 멘델의 실험을 통해 유전자에 의해 유전되는 특성들은 희석되어 유전되는 않는다는게 밝혀졌고, 20세기 초반 모건의 실험은 돌연변이된 유전자도 마찬가지임을 증명했다.

 

유전된 변이들은 선택을 거쳐 변화를 만들어낸다. 자연에는 수많은 생명이 있고, 그들이 가진 변이도 매우 많다. 그러나 그 중에서 생존과 번식(유전자의 전달)에 도움이 되는 변이는 많지 않다. 수많은 생명에 비해 자연계의 자원은 한정되어 있기 때문에 결국 생명들은 서로 경쟁하게 되고, 생존과 번식에 유리한 변이를 가진 생물이 생존하게 된다. 이런 과정을 거쳐 생존에 유리(selective advantage, 선택적 이점)한 변이들이 차곡차곡 쌓여가게 되고, 많은 시간이 지나면 변화가 종의 경계를 넘어서버려서 변화한 개체와 이전 종의 개체간의 번식이 불가능해진다.^[각주:46] 변화가 종을 넘지 못하는 경우 소진화, 종을 넘는 경우 대진화라 부르지만 집단유전학적으로 사실 둘 간의 질적인 차이는 없다.

 

일반적으로 대진화(종분화)는 개체 집단이 지리적으로 분할될 때 발생한다. 가령 갑자기 산사태가 일어나 숲이 두 구역으로 양분되는 경우 나뉘어진 숲에서 각자 다른 종이 탄생할 확률이 높다.^[각주:47] 그러나 굳이 지리적인 분할이 생기지 않아도 종분화는 일어날 수 있는데,^[각주:48] 가령 되새 중 한 부류가 자신과 신체적으로 유사한 되새와 짝짓기를 더 많이 하자 그 결과 종분화가 발생한 사례도 있다.^[각주:49]

 

 

짝짓기 전략의 다양성

기본적으로 수컷은 생식에 투자하는 자원이 암컷보다 적다. 그로인해 짝짓기에서 선택권은 보통 암컷에게 돌아가는 경우가 많다. 그러나 이미 알려져 있듯이, 진화적 전략은 환경에 따라 달라질 수 있으며, 심지어 같은 종도 환경에 따라 짝짓기 전략을 변화시킨다.^[각주:50] 실제로 암컷도 수컷 못지않게 많은 횟수의 성관계에서 얻는 이득이 있기 때문에^[각주:51] 이러한 경향은 더 심화된다.

 

이러한 사례의 대표적인 예는 선택하는 수컷의 존재이다. 많은 종에서 암컷을 선택하는 수컷이 발견된다.^[각주:52] 이들의 경우 정자를 생산하는데 많은 자원이 필요하거나, 구애를 위한 선물을 준비하는데 많은 비용이 들어가기 때문에, 생식에서 부담하는 비용이 암컷 못지않게 높다. 반대로 많은 암컷에서 선택하지 않는 행동이 나타나는데, 정말 많은 종의 암컷들이 무분별한 성관계를 통해 다수의 수컷과 성관계를 맺는다.^[각주:53] 예를 들어 누른도요의 경우, 수컷이 공동 구혼장에서 암컷에게 자신을 어필하는데 보통 이중 하나의 수컷만이 승리한다. 하지만 실제 암컷들의 새끼를 유전자 분석한 결과 47마리 암컷의 새끼들에서 59마리 수컷의 유전자가 발견되었다. 이는 암컷들이 불륜을 통해 다른 수컷과 꾸준히 성관계를 가졌다는 의미이다.

 

그러나 이러한 경향은 사실 영장류에게서 더 잘 나타난다.^[각주:54] 사실 진화심리학자들에 따르면 인간 여성도 비슷한 목적으로 단기적 성관계를 행한다고 한다.^[각주:55] 또한 암컷에서의 지위경쟁도 수컷에서와 마찬가지로 생식 성공에서의 차이를 가져오는 경우가 많은데,^[각주:56] 이는 단체생활을 하는 암컷에서 나타나며 학자들은 풍부한 자원이 이러한 경쟁을 일으킨다는 가설을 제시하고 있다.

 

 

청각 경로^[각주:57]​

 

귀의 구조

귀는 위치에 따라 크게 외이, 중이, 내이로 나뉜다. 외부에서 발생한 음파는 먼저 외이에 도달하는데, 외이는 귓바퀴와 귓구명, 고막(귀청)으로 구성된다. 소리는 먼저 귓바퀴에서 응집되어 귓구멍의 공기를 진동시키고, 이 공기들은 세포의 얇은 막으로 구성된 고막을 진동시킨다. 고막의 진동은 중이를 거쳐 내이로 전달되는데, 중이는 추골(망치뼈), 침골(모루뼈), 등골(등자뼈)로 되어있다. 이 뼈들은 본래 턱뼈의 일부였지만 진화과정에서 귓뼈(이소골)로 전환된 것으로, 몸에서 가장 작은 뼈이며 진동을 전달하는데 탁월하다. 이렇게 이소골을 통해 증폭된 진동은 내이의 달팽이관(cochlea)에 도달한다. 달팽이관은 액체가 채워진 구부러진 관 모양의 기관인데, 청신경과 전정기관(인체의 균형을 지각하는 기관)을 탑재하고 있다. 

 

청각경로의 모식도. 달팽이관이 특히 과장되어 그려졌다.

달팽이관을 구성하는 구부러진 관은 림프액 사이에 기저막이 위치하고 있다. 그리고 기저막에는 머리카락처럼 길며 잘 흔들리는 융모세포(hair cell)가 무수하게 달려있다. 달팽이관에 진동이 전달되면 액체가 흔들리면서 기저막을 자극하는데, 액체가 흔들리면 융모세포도 따라서 흔들린다. 각 융모세포에는 청신경이 내장되어 있기 때문에 이러한 진동은 신경자극으로 전환되어 청각지각을 가능케 한다. 달팽이관에서 융모세포가 자리한 깊이에 따라 반응하는 주파수가 다르다. 

 

 

카푸친 원숭이의 도구 사용

카푸친 원숭이(꼬리감기원숭이)는 신세계 원숭이의 일종으로 중남미에 서식한다. 이 원숭이가 유명한 이유는 이 원숭이도 도구를 사용하기 때문이다. 카푸친은 견과류를 깨기 위해 나뭇가지나 돌을 사용하기도 하고,^[각주:58] 묻힌 뿌리를 캐먹기 위해서도 돌을 사용한다.^[각주:59] 이는 카푸친 원숭이의 서식지를 조사한 학자들이 돌로 야자열매를 내려친 흔적을 숲 곳곳에서 발견하면서 알려졌다. 지리적으로 떨어져 있음에도 불구하고 카푸친 원숭이의 돌 사용법은 침팬지와 상당히 유사했다.

 

 

코로나에서 백신면역과 자연면역의 비교

코로나19 백신이 개발된 후, 많은 국가에서 코로나 백신 접종에 박차를 가했다. 그러면서 이전에 코로나를 앓은 사람들이 또다시 백신을 맞아야 하는지에 대한 논쟁이 발생했다. 학자들은 백신 접종자와 자연면역 획득자의 코로나 감염률과 치명률을 비교하는 여러 연구를 수행했는데, 한 연구^[각주:60]에 따르면 백신 완전 접종자는 자연면역 획득자나 1차 접종자에 비해 항체형성과 T세포 활동이 더 높았다. 반대로 다른 연구^[각주:61]에서는 백신 접종자가 자연면역 획득자보다 치명률이 더 높았다고 보고했다.

 

이 분야의 주요 연구조라는 gazit이 있다.

 

 

흡연의 효과

담배를 이루는 주요 물질은 니코틴이지만, 타르와 일산화탄소도 많이 있으며 이외에 공장 생산 과정에서 수많은 독성물질이 함입된다. 그리고 이 물질들은 신체에 다양한 경로로 작용한다. 니코틴은 흡연과 관련된 가장 중요한 물질로, 중독성이 강한 무색의 유성 알칼로이드 액체이다. 흡연을 통해 들어오면 폐포 깊숙히 들어가서 혈액으로 빠르게 흡수되며, 10초 이내로 뇌에 도달하고 심혈관과 신진대사, 호르몬체계,뇌에 다양한 영향을 끼친다. 특히 니코틴은 도파민을 분비시키며, 심리적 안정과 긴장 해소를 유발하여 진정 효과를 일으킨다. 니코틴 복용이 지속되면 나중에는 혈액에서 어느 정도의 니코틴 수준이 형성되는데, 이 수준을 충족하기 위해 지속적으로 흡연이 이뤄지며 흡연이 이뤄질수록 필요 니코틴 수준도 향상된다.

 

일산화탄소(CO)는 정확히 말하면 담배가 연소하면서 발생하는 기체로, 산소와 잘 결합한다. 이로 인해 혈액 속에 침투하면 헤모글로빈의 산소를 빼앗아서 산소결핍을 일으키고 신진대사를 망가트리는데, 이것이 과하면 우리는 그것을 일산화탄소 중독이라고 한다. 일산화탄소는 이외에 두통과 현기증, 오심, 구토, 호흡곤란과 이로 인한 가슴의 중압감, 빠른 심장박동, 눈의 아물거림을 유발한다. 

 

타르는 200여가지 이상의 화합물을 총체적으로 부르는 명칭이며 대표적인 발암물질이다. 특히 타르는 폐암과 관련되어 있는데, 담배 1개비당 2-3.3mg이 함유되어 있다. 이외에도 담배연기에는 최소 70종에 달하는 발암물질이 있으며, 이중 1급 발암물질은 11종에 달한다. 이러한 물질은 대부분 담배 생산공정에서 포함되며, 담배회사들은 이것을 신경쓰기는 커녕 TAB같은 과학사기나 저지르며 책임을 회피하고 있다. 이것은 필자가 한국의 담배 전매제를 열렬히 찬성하는 이유이다.

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