5월의 작은 선인장

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같은 일을 하는 유전자는 한 세포에 두 개가 존재하게 됩니다. 부계에서 물려받은 유전자와 모계에서 물려받은 유전자를 각각 하나씩 갖고 태어나는 것입니다.

갖고 있는 두 개의 유전자가 발현하는데는 여러가지 규칙이 있는데....
가장 일반적인 규칙이 우성과 열성에 의해 발현되는 순서가 결정되는 것입니다. 우성 유전자와 열성유전자가 한 세포에 존재하면 무조건 우성유전자가 발현됩니다. 그 세포가 살아가는데에 사용되는 유전암호는 전적으로 우성 유전자의 것만 사용하는 것이죠.

물론 대등한 발현순서가 있는 유전자들이 존재하기도 합니다. 그 대표적인 예가 사람들의 혈액형을 결정하는 유전자 A와 B입니다. 혈액형을 결정하는 유전자는 모두 3가지 종류로 O형 유전자는 열성유전자이고, A형과 B형은 같은 순위의 우성유전자입니다. 그래서 A와 B를 동시에 갖는 사람의 경우 A와 B가 모두 발현되어 AB형의 혈액형을 갖게 됩니다.

반면에 같은 발현순서를 갖고 있는데도 같이 발현할 수 없는 유전자도 있습니다.
이런 유전자들은 대체적으로 수정될 때 어느 하나의 유전자를 따르게 결정되어 있다고 합니다. 이렇게 한 쪽만 따라야할 경우에는 대부분의 경우는 어머니의 유전자를 더 많이 따른다고 합니다.

어머니에게서 받은 것과 아버지에게서 받은 유전자중 한 가지는 아무런 이유도 없이 단지 어머니에게서 받았다는 이유만으로, 또는 아버지에게서 받았다는 이유만으로 발현되지 않고 잠재되어 있게 된다는 것이지요. 이때 대개는 어머니에게서 받은 유전자가 세포 내에서 풀려 활동을 하게 됩니다.^[각주:1]

그러나 문제는 같은 발현순서를 갖는 이런 경우 한 쪽이 완전히 잠들지 않아서 생물체의 구석구석이 다른 유전자의 영향을 받는 경우가 있다는 것입니다.

그 대표적인 예가 동물에서 나타나는 아이오드의 경우인데, 양쪽 눈의 홍채색이 달라지는 경우를 말합니다. 이는 홍채색을 결정하는 두 유전자가 같은 순수혈통(호모)에서는 당연히 나타나지 않고, 잡종(헤테로)의 형태에서만 나타나는 경우입니다. 사람의 경우에도 당연히 아이오드가 존재합니다.
식물의 경우에는 위의 사진에서 보이는 것과 같이 꽃의 색이 틀려지는 등의 경우를 들 수 있습니다. 꽃잎의 세포들은 최초의 한 세포에서 출발하여 형성되므로 한 색으로 피는 꽃이 생기는데, 한 생장점에 여러가지 색을 피우는 세포가 섞여있을 경우 여러가지 색의 꽃이 한 줄기에서 피기도 합니다.

분꽃의 꽃색의 경우는 좀 더 복잡한 체계를 따른다고 알려져 있습니다. 바로 중간유전이라는 것입니다. 예를 들어 흰색 분꽃과 붉은색 분꽃을 교배시키면 자손은 모두 분홍색의 꽃을 피웁니다. 이는 흰색을 내는 유전자와 붉은 색을 내는 유전자가 동시에 발현됐기 때문으로 사람의 혈액형에서 A형과 B형이 합쳐저 AB형을 나타내는 것과 같습니다. (위에서 이미 이야기했었죠?)
이 분홍색 꽃끼리 교배시키면 그 자손들은 1:2:1의 비율로 붉은색, 분홍색, 흰색 꽃이 피는 씨앗이 얻어집니다. 이는 엄격한 멘델의 유전법칙을 따른다고 할 수 있습니다만 혼합형이 원래 없단 형질을 발현한다는 것이 틀리다고 할 수 있습니다.

분꽃의 경우 좀 더 재미있는 유전현상도 있는데, 체세포 유전이라는 것입니다. 분꽃을 보면 가끔 몸체에 흰색을 부분부분 띄는 분꽃이 있다고 합니다. 저도 본적이 없습니다. 물론 흰색을 띄는 것은 세포에 엽록체가 없기 때문으로, 선인장에 금이 드는 것과 같은 원리입니다.
분꽃이 이 흰색이 있을 경우에 그 개체에서 채취한 씨앗은 세가지 경향을 보인다고 합니다. 일부는 보통 분꽃이 되는 것이고, 일부는 어미와 같이  부분부분 흰색을 띄는 개체이고, 또 일부는 몸 전체가 아예 흰색만 띈다고 합니다. 물론 전체가 흰색만 띄는 분꽃은 광합성을 할 수 없으므로 발아한 뒤 얼마 안 가서 죽어버립니다. 이러한 현상은 분꽃의 생식세포가 어떤 상태의 세포로부터 분화되어 나왔느냐에 의해서 결정된다고 합니다. 생식세포로부터 형성된 배아의 세포들은 다수개의 모세포로부터 형성되는데, 이 다수개의 세포에서 일부 세포가 엽록체가 없는 세포로부터 형성되느냐에 따라 나타나는 현상입니다.


선인장에서 나타나는 금의 경우도 비슷합니다.
한 세포 내에 엽록체가 한 개도 없다면 그 세포가 분열하여 생기는 세포는 모두 엽록체가 없습니다. 따라서 그런 세포가 생장점에 존재한다면 계속해서 엽록체가 없는 세포가 생기는 것이므로... 금이 한번 들기 시작하면 웬만해서는 없어지지 않는 것입니다. (물론 없어질 수도 있습니다.) 또한 초록식물이 성장하다가 갑자기 금이 든다거나 금이 든 가지가 생기는 것도 같은 현상으로 볼 수 있습니다. 생장점의 세포가 분열할 때 우연히 엽록체가 한 쪽 세포로만 몰려 포함되는 현상이 일어날 수 있습니다.^[각주:2]

그 이외에 미토콘드리아나 리보솜같은 세포 내 소기관의 유전에 관여하는 RNA 유전이 따로 존재합니다. 이 유전은 이론상 100% 모계유전을 합니다.^[각주:3] 제가 생각하기에는 학습을 하는 능력 등은 이 RNA유전에 많이 의존하는 것 같습니다.

또 한 가지 유형의 유전은 조부계 유전이 있어서 조부모에게서 있던 형질이 부모에서 나타나지 않았다가 손자들에게 나타나는 현상입니다. 일반적으로 대머리 유전이 이에 해당한다지만 이 글에서는 이에 대해서는 생략하도록 하겠습니다.

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[과학향기]

비만은 아빠 탓인가 엄마 탓인가?

영화 ‘가타카’를 보면 신생아가 태어나자마자 의사가 유전자 분석기에 태아의 피를 한 방울 떨어뜨려 검사하는 장면이 나온다. 컴퓨터는 즉시 태아의 DNA를 분석해 그의 인생을 예측한다. “이 아이는 키는 최대 175cm까지 자랄 것이고 30세에 당뇨병에 걸릴 확률이 70%며, 심장병의 위험이 있습니다….”

영화만큼은 아니지만 DNA 검사는 이미 질병을 조사하기 위해 쓰이고 있다. 그럼 검사에 쓰인 DNA는 어디서 왔을까. 세포의 핵 속이라고 생각하는 사람이 많겠지만 DNA는 세포의 핵 뿐 아니라 미토콘드리아라는 세포 소기관에도 존재한다. 따라서 DNA 검사를 하려면 미토콘드리아의 DNA까지 검사해야 한다. 사람의 DNA 중 1%밖에 차지하지 않는 미토콘드리아의 DNA가 우리 몸에 어떤 영향을 미칠 수 있을까?

우선 미토콘드리아에 대해 살펴보자. 기억력이 좋은 사람이라면 중학교^[각주:1] 생물시간에 미토콘드리아에 대해서 배운 기억이 날 것이다. 세포 안에는 여러 소기관이 존재하는데 그 중 에너지 생성을 담당하는 역할을 하는 것이 바로 미토콘드리아다. 포도당과 산소를 사용해서 생체가 쓰는 에너지인 ATP를 만들어 낸다.

미토콘드리아가 없으면 세포는 포도당 1분자에서 기껏해야 2분자의 ATP밖에 못 만들지만 미토콘드리아가 있으면 포도당 1분자로 38분자의 ATP를 만들 수 있다. 에너지 효율로 따지면 약 40%나 된다. 인간이 최첨단 기술로 만든 엔진이 20%^[각주:2]에 불과한 효율을 보인다는 점을 생각하면 미토콘드리아는 가히 ‘고효율 생체발전소’라 할 수 있다.

때문에 에너지를 많이 만들어야 하는 세포일수록 미토콘드리아가 많다. 우리 몸을 움직이게 하는 근육 세포, 생체 독소를 정화하는 기능을 하는 간 세포, 소화액을 만들어 내는 상피세포에 많이 존재한다.

또 같은 세포라도 미토콘드리아는 에너지를 많이 필요로 하는 부위에 모여 있다. 난자를 찾아 움직이는 정자에는 꼬리를 움직이는 부위에 미토콘드리아가 집중 분포한다. 세포 내에서 물질을 수송하는 부위, 예를 들어 소화액을 분비하는 세포막 가까운 곳에 주로 분포한다. 결론적으로 미토콘드리아는 에너지가 많이 필요한 곳 가까이 있으면서 끊임없이 에너지를 만들어 공급하는 역할을 담당한다.

그럼 미토콘드리아 DNA는 우리 몸에 어떤 영향을 미칠까? 에너지를 만드는 기관인 만큼 미토콘드리아는 에너지대사와 관련이 깊은 질병인 당뇨, 비만과 관련이 깊다. 이와 관련해 최근 미토콘드리아의 DNA 유형에 따라 당뇨나 비만에 걸릴 가능성이 달라진다는 주장이 설득력을 얻고 있다.

우선 미토콘드리아의 DNA가 N9a형인 사람은 당뇨, 비만에 걸릴 확률이 낮다. 서울대 의대 이홍규 교수팀은 한국인 당뇨병 환자 732명과 일본인 당뇨병 환자 1289명의 혈액을 조사해서 미토콘드리아 DNA를 분석했다. 그 결과 정상인 중에 N9a형을 가진 비율은 5.3%였으나 당뇨병 환자 중에 N9a형을 가진 비율은 3%에 불과했다. 이 교수는 “N9a형 DNA를 가진 사람이 없는 사람보다 당뇨병에 걸릴 위험이 거의 절반에 불과하다”고 분석했다.

이는 N9a형 DNA를 가진 미토콘드리아가 에너지 생산을 더 활발히 하기 때문이다. 이 미토콘드리아는 세포가 바로 필요하지 않은 영양분까지 모두 태워 에너지를 만든다. 영양분이 저장되지 못하기 때문에 비만이 될 확률도 낮고, 비만으로 인한 당뇨병 위험도 줄어든다. N9a형 DNA의 미토콘드리아를 가진 사람은 추위에도 잘 견딘다고 한다.

이 교수 연구팀은 체질량지수(BMI)가 높은 사람일수록 미토콘드리아의 에너지 생성 효율이 떨어진다는 연구결과도 내놨다. 우선 혈액의 미토콘드리아를 제거한 세포에 실험 대상자의 세포(혈소판)를 융합한 ‘사이브리드’라는 세포를 만들었다. 조사 결과 체질량지수가 높은 사람의 사이브리드의 에너지 소모능력이 체질량지수가 낮은 사람의 사이브리드보다 떨어지는 것으로 나타났다. 즉 미토콘드리아 기능이 저하될수록 비만의 원인이 된다는 뜻이다.

재미있는 건 미토콘드리아의 DNA는 오직 어머니로부터 유전된다는 사실이다. 정자와 난자가 만나 수정이 이뤄질 때 정자는 핵만 난자와 결합한다. 결국 수정란에 존재하는 미토콘드리아는 오직 난자에 있던 것 뿐이다. 자식은 아버지와 어머니를 반씩 닮지만 미토콘드리아의 DNA만큼 어머니를 더 닮는다고 할 수 있다. 미토콘드리아와 비만의 관계가 더 밝혀지면 비만과 당뇨의 탓을 어머니에게 돌리는 사람이 늘어날지도 모르겠다.^[각주:3] (글 : 목정민 과학칼럼니스트)

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◈ 침팬지가 인간이랑 같다고?

침팬지가 고릴라, 우랑우탄 등 여타의 유인원보다는 인간에 더 연관되어 있다며 침팬지를 호모 속에 인간과 함께 분류하자는 의견이 제기되고 있다. 인간과 침팬지, 고릴라 그리고 오랑우탄의 DNA를 비교하여 유전학적인 연구를 한 결과 진화과정에서 침팬지와 인간은 다른 유인원과 분리되어 있으며 놀라운 유사성을 갖고 있는 것으로 나타났다는 것.
미국 애틀랜타의 조지아 공대 연구팀에 따르면 인간과 침팬지는 공통조상으로부터 오래 전에 분리되었음에도 불구하고 유전코드가 유사하게 진화했으며 그 차이는 3%에 불과하다. 또 그 분화속도는 고릴라나 오랑우탄보다 훨씬 느렸다. 이와 관련 연구팀의 일원인 나빈 엘랑고는 "우리는 침팬지의 세대 간 시간이 다른 유인원보다 훨씬 인간에 가깝다는 것을 발견했다"고 말했다.

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뭐랄까....
DNA의 적용으로 인한 분화와 변화는....
나비효과와 같은 현상일 것 같다.
하나가 바뀌면 엄청난 영향이 일어나게 되는....

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[19금] 여성의 오르가즘과 DNA의 영향에서 두분께서 댓글 달아주셔서 그에 답글을 적습니다.

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열대우림의 어떤 강에는 이상한 물고기가 살고 있다고 합니다. 연구원들이 처음 이 물고기를 접했을 때는 이상할 것이 없었습니다.
또 이 물고기가 사는 곳에는 새가 살고 있는데, 나무가지 위에 앉아있다가 물 속에서 이 물고기를 발견하면 다이빙해서 잡아먹는다고 합니다.

연구자들이 연구하는 동안 이 물고기들 사이에 조그만 변화가 나타났는데 일부 물고기들이 물 위에 떠있는 나뭇잎 밑바닥에 붙어서 헤엄쳐 다니기 시작했다는 것입니다.
이것 자체는 특이할 것이 없지만 이 물고기들은 나뭇잎 밑에 거꾸로 붙어서 앞 지느러미로 나뭇잎을 잡고서 나뭇잎과 같이 헤엄쳐 다니는데, 때로는 나뭇잎이 물줄기를 거슬러올라가기도 한답니다.
이렇게 나뭇잎 밑에 붙어 다니는 물고기는 새에게 발견되는 일이 줄어들어 생존에 유리했고, 변화가 일어나기 시작한지 몇 년만에 그냥 다니는 물고기들은 멸종했고, 나뭇잎 밑에 붙어 다니는 물고기들만 살아남았다고 합니다.
여기서 그냥 다니던 물고기들이 나뭇잎 밑에 붙어다니는 것을 배운 것인지, 아니면 새에게 무도 잡혀 죽은 것인지는 모르겠습니다만.... 확실한 것은 물고기가 당장 유전자의 변화 없이 생성된 물고기 문화 (이것도 일종의 밈 이지요.)가 물고기들 사이에서 자연선택의 유리한 결과를 보여줬다는 것입니다.

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사람 - 여성에게서 오르가즘을 느끼는 얼개는 수십만 년 전부터 있어왔고, 그보다도 더 훨씬 이전.... 사람이 아닌 동물의 수준에 있었을 때에도 분명 오르가즘에 대한 얼개는 있어왔을 것입니다. (앞 글에서 오르가즘을 쉽게 느낄 수 있는 사람과 오르가즘을 평생 느끼지 못하는 사람이 유전적인 차이가 있다고 말씀드렸었는데 이러한 양쪽 모두의 사람이 차별없이 현재까지 동등하게 진화해 온 것은 지금까지는 오르가즘이 진화의 중요 선택요소가 아니었기 때문이었을 것입니다.)
그럼에도 오르가즘이 앞으로 사람의 진화에 중요한 요소로 작용하리라는 것은 앞서 물고기의 예에서와 마찬가지로 밈이 앞으로 진화의 중요 방향을 설정했다고 보기 때문입니다.

밈으로 인해서 발생한 문화는 진화에 영향을 미치지 못한다? 그래서 내가 착각을 하고 있는 것이다?

오르가즘의 진화에 대한 영향이 얼마나 크게 나타날 지는 잘 모르겠지만, 분명한 것은 유전적 소인의 각성으로 인해서 앞으로는 오르가즘이라는 DNA를 바탕으로 하는 밈이 진화의 한 요인으로 작용하게 될 것이라는 것입니다.

착각은 그래서 intherye님과 세라비님께서 하시고 계신다고 보는 것이구요.
만약 그렇지 않다면 위의 예의 물고기의 밈의 진화, 각 문화권의 다른 밈의 진화를 설명할 때에 문제점이 많이 노출될 것이라고 생각합니다.

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과학에세이

바람의 힘, 유전의 힘, 진화의 힘

최후 수정일 : 2005.09.19

우리 생명체에겐 어떠한 의식이 있습니다.
그 의식은 단세포 미생물부터 식물, 동물에 이르기까지 모든 생명체가 갖고 있는 것입니다.
그 의식이 물론 복잡한 생물일수록 강하고, 복잡하게 나타나기 마련입니다.
당장 저 자신만 하더라도....
'배우자는 이러이러한 특징이 있는 사람이면 좋겠어', '그때 이랬으면 어땠을까?', '국회의원은 누굴 뽑아야 하나?', '이건 이렇게 만들면 좋을거야!' 등등 수 많은 생각을 하면서 지금 생활하고 있습니다.

사람이나 동물이나 의식적 행동에 의해서 생존하고, 번식을 합니다. 그리고 그쪽으로 진화를 하죠.
참 희한한 것이 (간혹 그렇지 않은 경우도 있지만... 그건 정말 소수에 불과하고, 많은 경우에...) 의식적으로 그 의식을 표현하는 것, 혹은 무의식적으로 표현하는 것들에 대해서 그 의식의 방향 쪽으로 진화해 간다는 것입니다.

예를 들자면.... 정확한 통계는 잊었지만 사람들의 배꼽은 원래 둥근 배꼽이 가장 많았었답니다. 가로배꼽과 세로배꼽은 비슷한 비율이라서 대략 20% 정도이고, 나머지 사람들은 모두 둥근 배꼽이었다는 것이죠. 이러한 것은 옛 고화를 봐도 알 수 있습니다. 옛 명화들을 보면 모두 둥근 배꼽의 여인을 그리지 세로배꼽을 그리지는 않았다는 것입니다. 그런데 1950년대 즈음에 세로배꼽을 미적으로 우수하다고 생각하는 사조가 발생한 다음에 세로배꼽이 가로배꼽보다 빈도수가 증가하고 있다는 것입니다. 현재로는 가로배꼽은 거의 찾아볼 수 없게 되었고, 세로배꼽이 거의 40% 정도를 차지하게 됐다고 합니다. 참 신기한 일이 아닐 수 없습니다. 이때 세로배꼽과 둥근 배꼽은 배에 살이 쪘느냐 안 쪘느냐에 따라서 나타난다고 생각하는 분들이 계실 것 같은데 (사실 이런 이야기를 저도 처음에 들었었습니다.) 해부학적으로 가로배꼽과 세로배꼽은 차이가 있어서 뚱뚱해도 세로배꼽은 세로배꼽이라는 것입니다.

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옛 사람들에게 미적 기준은 풍부한 몸매(?)에 후한 점수를 줬다고 합니다. 원시시대 벽화에서부터 천년 전 정도의 중국, 우리나라 뿐 아니라 서양의 그림들이 풍부한 여인의 모습을 남긴 것을 보면 알 수 있습니다. 이는 같은 환경에서 다산의 상징으로써 풍부한 여인의 모습을 선호했다는 것입니다. 하지만 현대에서는 동서양을 막론하고 모두 날씬한 여인들의 모습을 미적 기준으로 삼고 있습니다. 그 결과는 어떠한가요???
식생활이 훨씬 나아지고, 절제를 모르는 아주 일부의 사회가 아니라면 전체적으로 날씬한 사람들이 증가하고 있습니다. 물론 다이어트 등의 영향으로 전반적으로 날씬해지는 추세라고 할 수도 있지만, 몸매는 의지만으로 관리하기가 힘든 것이 사실 아닙니까?

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이런 경향은 사람들 뿐 아니라 동식물들에게서도 항상 나타나고 있습니다.
그 예는 많이 들 수도 있는데, 이 글에선 동물들과 식물들에 대한 예까지 드는 것은 별로 추천해 드릴만한 것이 아니라고 생각되어 생략하도록 하겠습니다.
(사실 동식물에 대한 예들은 최근 들어 많이 파괴되고 있습니다. 그 이유는 사람들의 지나친 간섭(?) 때문이죠. ^^;)

그런데, 사실 진화론에서 말하는 진화란 것은 몇 백 만년에 걸쳐서 긴 시간동안 이뤄지는 것이라는데 문제가 있습니다.
단지 수세기~수십 년 동안 전반적으로 변화하는 이러한 실제 현상들과 비교해보면....
그동안 과학자들이 이야기하고 있던 진화의 속도는 더디기만 합니다.
사람의 형질 발현은 유전자들에 의해서 합니다. 그런데 그런 유전자들의 변화 없이 형질들이 계속 개체들이 원하는 쪽으로 변화한다는 데 있는 것이죠. 이 말은 틀린 말일 것입니다. 어쨌든, 개체의 변화는 그 개체를 구성하는 유전자의 변화 없이는 불가능하기 때문이죠.
그렇다면 어찌된 것일까요??? 어떻게 그렇게 짧은 시간동안에 유전자가 변화한 것일까요??

용불용설이나 자연선택설 등의 진화에 대한 기존의 과학적 주장들은 모두 긴 시간을 필요로 하는 학설들입니다. 그리고 그 과정에서 돌연변이에 의해서 진화한다는 것이지요. 하지만 돌연변이에 의해서라면 현재 관찰되고 있는 생물들의 진화속도가 무척이나.... 너무나 무척이나 빠릅니다.
이에 따라서 저는 진화론의 또 다른 어떠한 혁명이 이어야 한다고 생각합니다만....

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제 생각은 이렇습니다.
그 개체의 전부는 아니더라도..... 그 개체의 번식에 관련된 생식기관에 한해서 만이라도..
그 개체의 희망이 DNA에 전달되는 어떠한 방법이 있다고 생각됩니다.
그 방법이 어떤 것인지는 잘 모르겠지만....
그 개체의 희망이 DNA에 전달되지 않는다면.... 우리, 혹은 지구상의 어떤 생명체들도 진화를 이렇게 빨리 하지는 못하리란 것이 저의 생각입니다.
(생물학적 관점에서 인간의 진화가 끝난 것은 100만 년 이전이라고 합니다만 현재에도 계속 변화하고 있습니다.)

진화의 속도는 미생물때에는 매우 미미하다가 성이 생긴 다세포생물 시기부터 갑자기 빨라졌습니다. 그리고 그러한 진화는 현재의 고등동식물에게서 더더욱 빨라지고 있습니다. 이러한 진화 속도의 변화는 의식의 복잡도가 바람이 되어서 자신의 DNA에 영향을 미쳤다고 생각하게끔 하는 중요한 한 요인입니다.

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어떻습니까????
지금부터 모든 생물들을 대상으로 의식이 DNA를 변화시키는 메커니즘을 밝히기 위해 애쓰는 것이 재미있을 거란 생각을 하지 않으십니까????

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[과학에세이]

우리에겐 항상 남자는 늑대, 여자는 여우라는 생각이 따라다닌다.

간혹 그렇지 않은 사람들이 있기는 하지만, 대부분의 사람들은 이 기본적인 생각에 충실하다. 그리고 그렇지 못한 사람들을 우리는 비정상적이라고 이야기하곤 한다.

이 글에서는 왜 남자는 늑대, 여자는 여우가 되어야 하는지에 대해서 나름대로의 이야기를 하려고 한다.

우리 몸은 세포로 구성되어 있고, 그 세포의 내부에는 수많은 세포 소기관으로 가득 차 있다. 그 중 가장 중요한 것은 유전을 관장하는 세포핵 속의 DNA이다.

우리의 DNA는 우리가 살아남는 최대한의 조건을 갖도록 설계되어 있으�