[국립과천과학관 ㅡ 자연사관] 09

박물관 기념관 등

[국립과천과학관 ㅡ 자연사관] 09

드무2 2025. 4. 20. 18:19

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[국립과천과학관 ㅡ 자연사관] 09

생명의 장

The Place of Life

이곳은 다양한 생태계와 환경에 맞춰 적응하며 살아가는 생물의 모습을 관찰할 수 있는 공간입니다.

생물 종은 얼마나 다양할까요?

포겟쥐 털색의 진화

Evolution of pocket mice fur color

서식지 변화에 따른 진화

작은 동물들은 포식자의 눈에 띄지 않도록 주변 환경과 비슷한 색과 무늬를 갖는 것이 유리합니다. 주변 환경이 갑자기 변하면 여기에 적응하는 새로운 진화가 일어납니다. 바로 이런 겉모습의 빠른 진화가 미국 남서부 사막지대에 서식하는 포켓쥐에서 일어났습니다.

포켓쥐

(학명 : Chaetodipus intermedius)

미 애리조나 주에서 실제로 채집된 밝은 색과 짙은 색의 포켓쥐를 두 서식지에 놓아본 사진 (Nachman et al 2003)

포켓쥐는 어떻게 진화했을까 ?

1. 포켓쥐는 밝은 색의 모래 및 암석이 많은 미 남서부 사막에 널리 분포하고 있습니다. 여기에 서식하는 포켓쥐들은 밝은 색의 털을 가집니다.

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2. 약 1백만 년 전 화산 폭발로 용암이 흘러내려 일부 사막 지대가 검은 암석과 모래로 뒤덮이자 밝은 색 털을 가진 포켓쥐는 포식자에게 쉽게 포착되었습니다.

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3. 포켓쥐의 털 색깔을 결정하는 유전자 (HCIR)의 돌연변이로 짙은 털색의 쥐가 등장하였고, 이러한 쥐는 포식자 눈에 띄지 않아 생존에 유리하였습니다.

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4. 이 돌연변이 유전자는 자연 선택에 의해 그 빈도가 증가하여 결국 검은 용암지대에 서식하는 대부분의 포켓쥐는 짙은 털 색깔을 지니게 된 것으로 보입니다.

옥수수의 기원, 테오신테

The origin of maize from a weed, teosinte

인간에 의한 급격한 진화

우리가 경작하여 먹는 대부분의 식물은 야생 조상 식물이 약 1만 년 전에 시작된 인간의 인위적 선택 교배의 과정에서 빠르게 진화하여 현재의 작물이 되었습니다. 그렇다면, 옥수수는 어떤 조상 식물에게서 진화 것일까요?

1930년대 조지 비들 (George Beadle)은 멕시코에서 발견된 잡초 테오신테 (teosinte)가 옥수수의 조상이라고 주장하였습니다. 테오신테와 옥수수는 그 구조와 모양이 너무나 다르지만, 자유롭게 교배가 가능하며 같은 수의 염색체를 가지는 것 (즉, 두 식물이 같은 종이라는 것)을 밝혔습니다. 그 후 현대 유전학은 tb1 이라는 유전자 돌연변이가 테오신테에서 옥수수로 급격한 구조 변화를 일으킨다는 것을 밝혔습니다.

(Doebley, J. 2006)

테오신테

하나의 중심 줄기에 다수의 긴 곁가지가 나옴

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단일 유전자 (tb1)의 돌연변이에 의한 식물 기본 구조의 변화

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옥수수

곁가지가 없어지고 그 위치에 암꽃 (열매)이 맺힘

바이러스의 진화

Evolution of virus

생활 속의 진화

외부 바이러스가 인간 (숙주)의 몸에 침입한 후 많은 수로 증식하면 병에 걸리게 됩니다. 그러나 인간 면역계가 바이러스 구조 (항원)를 인식하고 항체를 만들거나, 백신을 투여 받아 면역력을 획득하면 바이러스는 증식하지 못합니다. 그런데 바이러스에 돌연변이가 일어나 구조가 바뀌면 면역계의 감시를 피하게 되어 증식과 전파 능력이 올라갑니다. 이런 과정이 반복되면 어떤 진화적 사건이 일어날까요 ?

계절성 인플루엔자 (A/H1N1, A/H3N2, B)의 항원구조가 약 2 ~ 3년에 한 번씩 급변하기 때문에 그때마다 세계보건기구 (WHO)는 새로운 백신을 지정하여 접종할 것을 권고하는 것입니다. 인플루엔자 바이러스를 분석하면 실시간으로 일어나는 진화 과정을 추적할 수 있습니다.

계절성 인플루엔자 (A/H3N2) 항원의 구조를 2차원 공간에 표시한 것으로, 그 구조가 2 ~ 3년에 한 번씩 급변하는 것을 확인할 수 있는 그림 ㅡ 항원구조가 비슷하면 가볍게 위치 (Du et al., 2012)

H3N2 바이러스 집단에서 염기서열의 돌연변이 빈도가 시간에 따라 증가하여 100 %에 도달하는 과정이 반복적으로 일어나고 있음을 보여주는 그림 (Kim, K. and Kim, Y. 2015)

최초 생명체의 형태

The form of initial life

모든 생명체는 세포로 이루어져 있습니다. 세포는 살아있을 수 있는 가장 단순한 형태의 단위입니다.

생명이 세포를 만들고 유지하기 이해서는 특별한 조건이 필요합니다. 어떤 조건들이 있을까요 ?

생명체란 무엇인가 ?

우리는 어떤 것을 생물이라고 부를까요 ?

생물은 세포로 이루어진 몸을 가지며, 물질대사를 통해 살아갑니다. 발생과 생장을 통해

개체를 이루고, 자극에 대해 반응하며, 주위 환경에 대해 체내 항상성을 유지합니다.

또한 유전물질을 자손에게 전달하며, 환경에 적응합니다.

진화적 관점으로 생물의 특성에 대해 생각해 보세요.

깊은 바닷속 생명 기원의 가능성

Possibilities of the origin of life from the deep sea

깊은 바닷속에는 해저 지각에서 뜨거운 물과 기체가 차가운 바닷물로 뿜어져 나오는 열수분출공이 있습니다. 열수분출공은 1977년 해저 2500 m 에서 처음 발견되었고, 화학적으로 복잡하고 반응성이 높은 환경 조건을 갖고 있어 생명 기원의 장소로 추정하고 있는 장소 중 하나입니다. 실제로 열수분출공 주변에는 다양한 생물들이 살고 있기도 합니다. 열수분출공이 있는 지역의 어떤 환경적 특징들이 생명의 기원과 관계가 있을까요?

해저 열수 시스템과 열수 광상의 분포지도 (2010년 기준)

약 300개의 고온 열수분출공과 165개의 해저열수광상 생성 확인

열수분출공 구조도

열수 심해 새우류 Alvinocarididae

심해 고둥류 Alviniconcha sp.

심해 홍합류 Bathymodiolus sp.

심해 조개류 Calyptogena sp.

갯지렁이류 Alvinella sp.

심해 말미잘류 Actinostolidae

심해 만각류 Neolepas sp.

Deep Sea

Hydrothermal Vent

열수분출공

실제로 열수의 흐름이 있는 곳에서는 세균들이 활발하게 활동하면서 화학적 불균형을 최대한 활용하고 있었습니다.

놀랍게도 열수분출공 주변에는 관벌레, 이매패류, 심해홍합류, 심해말미잘류, 새우, 게 등의 다양한 생물 군집이 형성되어 있습니다.

심해의 열수분출공 주변 생태계는 육상 생태계와 달리 어떤 먹이 피라미드를 형성하게 될까요?

지층 속에서 찾은 생명의 흔적

A trace of life found in a stratum

이수아 지층에서 발견된 암석

그린란드 서부의 이수아 지역에서 생명의 흔적이 발견되었습니다. 38억 년 전 이 지역의 지층에서 발견된 암석을 직접 관찰해 보세요. 이 암석으로 원시 지구에 대해 무엇을 알아낼 수 있을까요?

어떻게 알 수 있었을까?

탄소는 핵의 양성자 수는 6개로 같지만 중성자 수가 다른 3개의 동위원소를 12C, 13C, 14C의 혼합물로 존재합니다. 생명체의 생명활동으로 체내에 들어온 탄소동위원소의 비율은 대기의 조성과 같습니다. 그 중 암석에 보존된 안정한 형태의 13C / 14C의 비율을 조사하면 그 암석이 생물체 기원인자를 판단할 수 있습니다.

지층에는 형성될 당시의 환경과 생물을 알 수 있는 단서가 담겨 있습니다. 그린란드의 이수아 지역에서 발견된 38억 년 전의 암석에는 현재까지 발견된 것 중에서 가장 오래된 생명 활동의 흔적이 담겨 있습니다.

이수아 지층에서 발견된 탄소 결정

지층에서 발견된 탄소가 언제 형성된 것인지 확인하기 위해 지층의 구조와 특성을 분석해 보았습니다. 그 결과 이 탄소는 이수아층이 퇴적될 당시부터 존재했던 13C라는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 과학자들은 이 지층 속의 흔적이 38억년 전에 바다에서 번성했던 초기 생명체의 것이라고 결론지을 수 있었습니다.

이수아 지층에서 발견된 탄소 (Rosing, 1999)

그린란드 서부 이수아 지층의 퇴적암에는 생물에서 기원한 탄소가 들어 있었습니다. 이 탄소는 2 ~ 5㎛의 작은 방울 안에 있었으며, 13C 동위원소를 약 -19%의 비율로 가지고 있었습니다. 이 비율은 발견된 탄소가 유기체인 생물로부터 유래한 것을 의미합니다.

원시 대기 생명 기원의 가능성

밀러 ㅡ 유리 실험

Miller ㅡ Urey experiment

1953년 미국의 과학자 밀러 (Stanley L. Miller, 1930 ~ 2007)와 유리 (Harold C. Urey, 1893 ~ 1981)는 당시 원시 지구 대기 환경을 재현하여 생명의 기원을 밝히고자 하였습니다. 플라스크와 유리관을 이용한 장치를 설계하고 일주일 동안 전기 방전을 해 본 결과 아미노산을 비롯한 유기물들이 검출되었습니다.

이 연구는 이후 당시 환경에 대해 밝혀진 새로운 정보들에 의해 지적 받기도 하였지만, 자연 상태에서 생명을 이루는 유기물들이 만들어질 가능성을 처음으로 제시했다는 데에 큰 의의가 있습니다.

아스파트 산

Aspartic Acid

약어 : Asp. D

화학식 : C4H7NO4

분자량 : 133.10

글리신

Glycine

약어 : Gly. G.

화학식 : CH2(NH2)COOH

분자량 : 75.1

글루탐산

Glutamic Acid

약어 : Glu. E.

화학식 : C5H9NO4

분자량 : 147.13

알라닌

Alanine

약어 : Ala. A.

화학식 : C3H7NO2

분자량 : 89.1

밀러 ㅡ 유리 실험 Miller ㅡ Urey experiment

① 물이 끓어 수증기가 된다. (원시 바다의 환경 조성)

② 물, 메탄, 암모니아, 수소가 채워져 있다. (원시 대기 환경 조성)

③ 실험이 3일 정도 지나면 적갈색의 시커먼 유기물이 생긴다.

④ 실험이 3일 정도 지나면 적갈색의 시커먼 유기물이 생긴다.

⑤ 유기물을 분석하면 아미노산이 검출된다.

탐구의 장

이곳은 여러 가지 실험과 관찰을 통해

생물의 진화과정과 생명의 신비를 탐구하는 공간입니다.

진화에는 어떤 비밀이 담겨 있을까요?

현미경과 세포

Microscopes and cells

현미경은 인간의 눈으로 관찰할 수 없는 미세한 생물을 확대하여 보여주는 기구입니다.

로버트 훅 (Robert Hooke, 1635 ~ 1703)은 1665년 자신이 만든 현미경으로 죽은 코르크를 관찰한 후 작은방처럼 나뉜 것을 보고 '셀 (Cell)' 세포라고 불렀습니다.

1800년대 이후, 식물뿐만 아니라 동물도 세포로 이루어져 있다는 주장과 함께, 세포가 생명의 중심이라는 걸 알게 되면서 발생학, 유전학, 진화론 등 생물학이 급속도로 발전하는 계기가 되었습니다.

로버트 훅의 현미경

Robert Hooke's (1635 ~ 1703) microscope

마이크로피아 (Michrophia)

로버트 훅이 출간한 '마이크로피아' 에 수록된 현미경 관찰 그림.

현미경은 어떻게 사용할까요?

How do you use a microscope?

1. 접안렌즈를 들여다보면서 조리개를 이용하여 빛의 양을 적절하게 맞춥니다.

2. 프레파라트를 재물대 위에 올려 놓고, 클립으로 고정시킵니다.

3. 저배율에서 관찰을 시작합니다.

4. 조동나사를 돌려 선명하게 보이는 곳에서 멈춥니다.

5. 미동나사를 돌리면서 자세한 초점을 맞춥니다.

6. 초점이 알맞게 맞으면 대물렌즈를 돌려 저배율에서 고배율로 맞춥니다.

7. 배율이 올라갈 때마다 미동나사를 이용해서 정확한 초점을 맞추며 관찰합니다.

광합성 생물과 지구환경의 변화

Photosynthetic organisms and the change of the earth's environment

지구 최초의 생명체는 어떤 모습이었을까?

최초 생명체의 흔적을 관찰해보고, 이 생명체가 지구에 어떤 영향을 주었을지 생각해 보세요.

어떤 화석일까요?

약 35억 년 전 지구에 처음 등장한 생명체는 바다에서 광합성을 했을 것입니다. 오늘날 그 흔적은 스트로마톨라이트의 형태로 발견됩니다. 태양이 떠있는 낮동안에는 빛을 받기 위해 몸을 빛 방향으로 길게 뻗고, 밤에는 몸을 바닥으로 눕히는 생활을 반복하는 과정에서 주변의 퇴적물 입자가 점액질과 엉겨 붙어 퇴적층을 이룬 것으로 보입니다. 아래에 놓인 화석에서 검은색 층을 이루고 있는 스트로마톨라이트를 찾아보세요.

스트로마톨라이트

Stromatolite

시대 : 시생대 (Achean) 약 34억 9천만 년 전

학명 : Stromatolite

발견장소 : 호주 서부 (Dresser Formation)

최초 원핵생물의 흔적

Traces of the first prokaryote

짐금까지 발견된 화석 중 가장 오래된 것은 스트로마톨라이트입니다.

스트로마톨라이트는 광합성 원핵생물의 점액층과 퇴적물이 엉겨 암석층 사이에 쌓여서

형성된 것으로, 당시 원핵생물은 현재 시아노박테리아와 유사한 것으로 알려졌습니다.

스트로마톨라이트의 무늬를 보면서 이야기해 보고, 시아노박테리아가 산소를 발생하는 모습을 관찰해 보세요.

진핵생물 검정말

Eukaryote : Hydrilla verticillata

검정말은 저수지나 연못 등에서 광합성을 하며 살아가는 진핵생물입니다.

현미경으로 검정말을 관찰하고, 세포 안에 들어있는 엽록체를 찾아보세요.

원핵세포와 진핵세포의 차이점

원핵세포는 유전물질을 비롯한 세포 내 물질들을 모두 원형질에 별도의 막 구분없이 가지고 있지만, 진핵세포는 각각의 막으로 둘러싸인 세포소기관을 가지고 있습니다. 진핵세포의 소기관과 원핵세포의 구조를 비교해 보세요.

검정말

진핵생물인 나는 핵막을 가지고 있어서 세포질과 핵을 구분할 수 있어요.

또한 세포질에는 여러 가지 세포내 소기관도 가지고 있답니다.

진핵생물화석

Fossil Eukaryotic Organism

시대 : 시생대 (Achean) 약 21억 년 전

학명 : Grypania spiralis

발견장소 : 미국 미시건주 (Negaunee Iron ㅡ Formation)

원시 진행생물의 흔적

Traces of primitive eukaryotes

최초의 진핵생물이 지구에 처음 나타난 것은 언제일까?

우리는 화석에 담겨진 원시 진핵생물의 흔적으로 그 시기와 모습을 생각해 볼 수 있습니다.

약 21억 년 전의 화석을 관찰해 보고, 어떤 모습이었을지 생각해 보세요.

세포 군체를 이루는 볼복스

Volvox : forming cell colonies

다세포생물은 군체를 이루어 살아가는 단세포생물들로부터 진화했을

것이라고 생각됩니다. 군체 내의 각 세포들은 다른 기능을 하도록 분화되고,

협동하여 마치 하나의 커다란 개체인 것처럼 생활하기도 합니다.

볼복스 군체의 모양과 움직임을 관찰해 보세요.

볼복스

다세포생물인 나는 여러 개의 세포를 가지고 있어요.

세포는 각자의 핵을 가진답니다.

결합조직

결합조직은 세포, 장기, 기관 등을 결합, 보호, 충진하는 역할을 하고, 뼈 근육, 인대, 혈액 등 종류가 매우 다양합니다.

초기 후생동물 화석

Fossil Early Metazoan

시대 : 중기원생대 (Mosoproterozoic) 약 14억 년

학명 : Horodyskia williamsi

발견장소 : 호주 서부 (Backdoor Formation)

다세포 진핵생물의 등장

Appearance of multicellular eukaryotes

지금까지 발견된 가장 오래된 다세포 진핵생물의 화석에는 이전의 단세포생물

화석과는 달리 여러 개의 세포로 이루어진 생물체의 모습이 담겨 있습니다.

화석을 관찰해보고, 이 생물의 생김새를 생각해 보세요.

산소를 방출하는 최초의 원핵생물

The first procaryote emitting oxygen

시아노박테리아는 광합성을 한 최초의 원핵생물로 알려져 있습니다.

산소 방출로 대기 중의 산소 농도가 높아지고, 유해한 자외선을 차단할 수 있는 오존층이 형성되었습니다.

산소를 이용하거나 생산하는 생물들에게 어떤 진화적 변화가 일어나게 되었을까요?

시아노박테리아는 어떻게 생겼을까요? 엽록소는 어디에 있나요.

지구환경의 변화

광합성을 하는 시아노박테리아의 등장으로 지구환경에는 큰 변화가 나타나게 되었어요.

생물의 기본 단위, 세포

The Fundamental Unit of Life, Cell

세포는 생물의 몸을 이루고 있는 구조적 · 기능적 기본 단위입니다.

DNA는 세포의 핵에 긴 실 모양의 염색사 형태로 흩어져 있다가 세포분열이 시작되면 막대 모양의 염색체 형태로 응축된 후 DNA가 풀어지면서 복제가 일어납니다.

[DNA의 응축]

DNA는 8개 히스톤단백질 복합체를 두 번 감아 뉴클레오솜 형태로 패키지 과정을 거쳐 응축됩니다.

[염기의 상보결합]

DNA를 구성하는 염기는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 4종류입니다.

아데닌은 티민과 구아닌은 시토신과만 결합합니다.

두 개의 고리를 가진 아데닌과 구아닌은 퓨린이고, 한 개의 고리를 가진 시토신과 티민은 피리미딘입니다.

아데닌은 티민하고만 두 개의 수소결합을 형성할 수 있고 구아닌은 시토신하고만 세 개의 수소결합을 형설할 수 있습니다.

JEKIM WISDERLAND

일러스트레이터 "제킴" 국립과천과학관 자연사관 특별전

UNDER THE SEE "COLORFUL SEA WORLD"

모든 생명체들은 그 존재자체로 아름답고 완벽하지만 점점 생태계는 파괴되면 사라져 가고 있다. 그래서 나는 사라져 가는 생명체들을 나만의 방식으로 그려가기로 했다. 그리고 그들이 살아가는 곳을 "위즈머랜드" 라는 이름의 그림 세상으로 만들어가고 있다. 이번 전시의 주제인 바다는 파랑으로만 가득할 것 같지만 푸름 속에 수많은 빛깔을 품고 있다. 어두운 바다 속 깊은 곳을 들여다 보면 그 안에 다양한 바다 생물들이 자신만의 색감과 아름다움을 뽐내며 어우러져 살아간다. 나는 이번에도 그 바다 속 세상을 간접적으로 만나고 또 상상해보며 새로운 바다 세상을 그려 나갔다. 그림을 통해 사람들이 좀 더 따뜻하고 풍성한 바다 속 세상을 상상하고 만날 수 있길 바라며..

작가 소개 ARTIST JEKIM

제킴 (JEKIM) / ILLUSTRATOR & CHARACTER ARTIST

홈페이지 wisderland.com 인스타그램 @jekim.wisderland

그림을 통해 세상에 즐거운 영향을 전하고 싶은 작가 제킴입니다. 홍익대학교 애니메이션학과를 졸업했습니다. 프리랜서로 활동하며 일러스트, 캐릭터, 패턴 등 다양한 의뢰작업과 콜라보레이션을 진행하며 아트상품 브랜드 "제킴 위즈더랜드" 를 운영중입니다.

작업방향

작가는 아름다운 색과 구성의 조화를 중요시하며 자연의 다채로운 모양에서 영감을 받아 그것을 단순화시켜 표현하고 캐릭터로 재해석한다. 그리고 그 요소들은 잘 어우러져 한 편의 동화같은 그림으로 완성되고 다채로운 색감을 보는 사람들로 하여금 다양한 상상과 행복한 시각적 자극을 느낄 수 있게 한다. 작품을 통해 사람들이 주변에 늘 존재하는 평범하지만 아른다운 것들을 발견하고 "행복" "즐거움" "따뜻함" 과 같은 긍적적인 에너지를 전달하고자 한다.

ARTIST

작가 소개

제킴 (JEKIM)

ILLUSTRATOR & CHARACTER ARTIST

인스타그램 @jekim.artist

홈페이지 wisderland.com

그림을 총해 세상에 즐거운 영향을 전하고 싶은 작가 제킴입니다.

홍익대학교 애니메이션과를 졸업했습니다. 프리랜서로 활동하며 일러스트, 캐릭터, 패턴 등의 다양한 의뢰작업과 콜라보레이션을 진행하며 아트상품 브랜드 "제킴 위즈더랜드" 를 운영 중입니다.

JEKIM WISDERLAND

일러스트레이터 "제킴" 국립과천과학관 자연사관 특별전

모든 생태계는 그 존재 자체로 아름답고 완벽하지만 점점 생태계는 파괴되며 사라져 가고 있다. 그래서 나는 사라져 가는 생명체들을 나만의 방식으로 그려가기로 했다. 그리고 그들이 살아가는 곳을 "위즈더랜드" 라는 이름의 그림 세상으로 만들어가고 있다. 이번 전시의 주제인 바다는 파랑으로만 가득할 것 같지만 푸름 속에 수많은 빛깔을 품고 있다. 어두운 바다 속 깊은 곳을 들여다보면 그 안에 다양한 바다생물들이 자신만의 색깔과 아름다움을 뽐내며 어우러져 살아간다. 나는 이번에도 그 바다 속 세상을 간접적으로 만나고 또 상상해 보며 새로운 바다 세상을 그려 나갔다. 그림을 통해 사람들이 좀더 따뜻하고 풍성한 바다 속 세상을 상상하고 만날 수 있길 바라며..

수생 동물

Aquatic Animals

수생 동물은 물 속에서 생활하는 모든 동물로 바다에서 진화하여 수중을 떠난 적이 없는 동물뿐만 아니라 육지로 올라왔다가 다시 수중 생활을 하게 된 동물도 포함됩니다.

어류, 연체류, 극피류 등이 잇으며 서식 환경에 따라 민물이나 바다, 또는 그 사이에서 자라는 세 무리로 구분하기도 합니다.

한반도에는 4천여 개의 크고 작은 하천이 흐르고, 위치에 따라 특징이 다른 동 · 서 · 남해의 바다가 있습니다. 해안선이 단순하고 지형의 경사가 급한 동해, 수심이 낮고 조수간만의 차가 큰 서해 등 여러 바다 환경 덕분에 다양한 수생 동물이 나타났으며, 한반도 해양에는 9,000여 종의 생물이 분포하는 것으로 알려져 있습니다.