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선인장은 왜 잎 대신 가시가 있을까? 선인장의 가시는 원래 잎이었다. 사막처럼 비가 거의 없는 곳에서 넓은 잎은 물을 밖으로 내보내는 창구가 되어 식물을 말려 죽인다. 잎의 표면에는 공기를 드나들게 하는 작은 구멍이 수없이 있고 그 구멍으로 물이 증발하는데, 선인장은 잎을 가시로 바꿔 이 표면을 거의 없애 버렸다. 가시에는 구멍이 없고 면적도 작아서 물이 빠져나갈 길이 막힌다. 잎이 없으면 광합성은 어디서 할까. 선인장은 줄기가 두껍고 초록색인데 그 줄기 표면이 잎의 역할을 대신한다. 줄기 속은 물을 저장하는 조직으로 가득 차 있어 비가 한 번 오면 뿌리로 빨아들인 물을 몇 달 동안 품고, 큰 선인장은 몸무게의 90%가 물이다. 줄기에 세로로 주름이 잡혀 있는 것도 물을 많이 머금으면 늘어나고 마르면 줄어들도록 만든 구조다. 가시는 물을 아.. 더보기
비버는 왜 댐을 만들까? 비버는 사람 다음으로 자기 환경을 크게 바꾸는 동물로 꼽힌다. 나무를 쓰러뜨려 개울을 막고 그 뒤에 연못을 만드는데, 캐나다에서 발견된 가장 큰 비버 댐은 길이가 850m로 위성 사진에서도 보인다. 비버가 이렇게 힘들여 댐을 짓는 이유는 집을 짓기 위한 조건이 물속에 있기 때문이다. 비버는 땅 위에서 느리고 둔하다. 늑대와 곰, 스라소니 같은 포식자에게 쉽게 잡히는데 물속에서는 빠르고 15분까지 잠수할 수 있다. 그래서 비버는 집의 입구를 물속에 둔다. 나뭇가지와 진흙으로 연못 가운데에 둥근 집을 짓고 출입구를 수면 아래로 내면 포식자가 들어올 수 없다. 문제는 얕은 개울에서는 입구를 물에 잠기게 할 만큼 수심이 나오지 않는다는 것이다. 댐은 집 입구를 잠기게 할 깊은 물을 만드는 공사다. 깊은 물은 겨.. 더보기
나무늘보는 왜 그렇게 느릴까? 나무늘보가 그토록 느린 이유는 게을러서가 아니라 먹는 것이 나뭇잎뿐이라 쓸 수 있는 에너지가 거의 없기 때문이다. 나뭇잎은 영양분이 적고 소화가 느려 나무늘보는 하루에 잎 몇 줌으로 살아가는데, 그 양으로는 빨리 움직일 힘이 나오지 않는다. 그래서 신진대사를 포유류 중 가장 낮은 수준으로 떨어뜨리고 몸을 최대한 덜 움직이는 쪽으로 진화했다. 1분에 4m, 하루에 40m를 움직이고 땅에서는 그보다 더 느리다. 소화에도 시간이 오래 걸린다. 나무늘보의 위는 여러 칸으로 나뉘어 세균이 잎을 발효시키는 구조인데 잎 한 끼를 소화하는 데 한 달 가까이 걸리고, 위 속 내용물이 몸무게의 3분의 1을 차지한다. 체온도 30도 안팎으로 포유류치고 낮아 햇볕이 드는 가지로 옮겨 다니며 몸을 데운다. 근육량은 비슷한 크기.. 더보기
돌고래는 어떻게 잠을 잘까? 돌고래는 뇌의 절반씩 번갈아 재우는 방식으로 잠을 잔다. 사람처럼 양쪽 뇌가 한꺼번에 잠들면 숨을 쉬러 수면으로 올라오는 것을 잊어 익사하기 때문에, 왼쪽 뇌가 자는 동안 오른쪽 뇌가 깨어 호흡과 헤엄을 맡고 몇 시간 뒤 역할을 바꾼다. 이런 잠을 반구 수면이라고 부르는데, 돌고래는 하루에 양쪽 뇌를 합쳐 8시간 정도 자면서도 한 번도 완전히 의식을 잃지 않는다. 돌고래의 호흡이 사람과 다른 점이 이 잠의 이유다. 사람은 잠들어도 뇌간이 자동으로 숨을 쉬게 하지만, 돌고래는 숨을 쉴 때마다 의식적으로 머리 위 분수공을 열어야 한다. 물속에서 아무 때나 숨구멍이 열리면 물이 들어가므로 자동 호흡 대신 의식 호흡으로 진화한 것이다. 그래서 완전히 잠들 수 없고, 마취를 하면 호흡이 멈춰 죽기 때문에 수족관에.. 더보기
금성은 왜 수성보다 더 뜨거울까? 태양에 가장 가까운 행성은 수성이지만 태양계에서 가장 뜨거운 행성은 두 번째인 금성이다. 금성 표면은 낮이든 밤이든 465도로 납이 녹을 만큼 뜨겁고, 수성은 낮에 430도까지 오르지만 밤에는 영하 180도로 떨어진다. 금성이 더 뜨거운 것은 두꺼운 이산화탄소 대기가 열을 가두는 온실효과 때문이다. 수성은 대기가 거의 없다. 햇빛이 땅을 달구어도 그 열을 붙잡아 둘 공기가 없어 밤이 되면 열이 우주로 그대로 빠져나간다. 반면 금성은 지구보다 90배 짙은 대기가 행성을 덮고 있고 그 96퍼센트가 이산화탄소다. 햇빛은 들어오지만 땅이 내놓는 적외선 열은 이산화탄소에 막혀 나가지 못하니 열이 계속 쌓여 행성 전체가 찜통이 된다. 금성은 두꺼운 황산 구름이 햇빛의 4분의 3을 반사해 버려 실제로 땅까지 닿는 햇.. 더보기
낙하산은 왜 천천히 떨어질까? 비행기에서 뛰어내린 사람이 낙하산을 펴면 돌멩이처럼 떨어지다가 갑자기 깃털처럼 천천히 내려온다. 낙하산이 느리게 떨어지는 것은 넓게 펼쳐진 천이 아래 공기를 밀어내며 큰 공기 저항을 만들고, 그 저항이 몸무게를 당기는 중력과 같아지는 순간부터 더는 빨라지지 않고 일정한 속도로 내려오기 때문이다. 중력이 줄어드는 것이 아니라 공기가 떠받치는 힘이 커지는 것이다. 떨어지는 물체는 공기를 밀어내야 하고 공기는 그만큼 물체를 되민다. 이 공기 저항은 물체가 빠를수록, 그리고 공기에 닿는 면적이 넓을수록 커진다. 사람이 그냥 떨어지면 몸의 면적이 작아 시속 200킬로미터까지 빨라져야 저항이 중력과 같아지는데, 낙하산을 펴면 면적이 수십 배로 늘어 시속 20킬로미터 안팎에서 균형이 맞는다. 그 뒤로는 그 속도로 내.. 더보기
카멜레온은 왜 몸 색을 바꿀까? 카멜레온은 주변 색에 맞춰 몸을 숨기는 동물로 알려져 있지만, 실제로 색을 바꾸는 가장 큰 이유는 숨기 위해서가 아니라 기분과 체온을 표현하기 위해서다. 카멜레온이 색을 바꾸는 것은 피부 속 색소 세포와 빛을 반사하는 결정층을 늘였다 줄였다 하며 반사되는 빛의 색을 바꾸기 때문이고, 그 신호로 짝을 부르거나 상대를 위협하거나 햇볕을 더 받거나 덜 받는다. 카멜레온 피부는 여러 층으로 되어 있다. 바깥층에는 노랑과 빨강 색소를 가진 세포가 있고 그 아래에 작은 결정이 규칙적으로 늘어선 층이 있다. 이 결정층은 빛을 받으면 결정 간격에 따라 특정 색만 반사하는데, 피부가 느슨할 때는 간격이 좁아 파란빛을 반사해 위의 노란 색소와 섞여 초록으로 보이고, 피부를 팽팽하게 당기면 간격이 넓어져 노랑과 빨강, 주황.. 더보기
같은 찻잎인데 녹차와 홍차는 왜 색이 다를까? 녹차는 연둣빛이고 홍차는 붉은 갈색인데 둘 다 같은 차나무 잎으로 만든다. 색과 맛이 전혀 다른 것은 잎을 딴 뒤 산화를 얼마나 시키느냐의 차이다. 녹차는 따자마자 열을 가해 산화를 멈추고, 홍차는 잎을 비벼 상처를 낸 뒤 몇 시간 동안 공기와 반응시켜 성분이 붉게 변할 때까지 둔다. 사과를 깎아 두면 갈색이 되는 것과 같은 반응을 일부러 쓰느냐 막느냐의 문제다. 찻잎에는 카테킨이라는 떫은 성분과 그것을 산소와 반응시키는 효소가 함께 들어 있다. 잎을 따면 세포가 상하면서 둘이 만나기 시작하는데, 녹차는 이것을 막으려고 바로 뜨거운 솥에 덖거나 증기로 찐다. 열이 효소를 죽여 반응이 멈추니 잎은 초록을 지키고 카테킨도 그대로 남아 풋풋하고 떫은 맛이 난다. 홍차는 반대로 잎을 시들린 뒤 손이나 기계로 비.. 더보기

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