4학년 1학기 · 과학 · 4단원
곰팡이가 해충을 잡고, 세균이 금 간 벽을 메우고, 바닷속 작은 생물이 연료가 돼요. 눈에 보이지 않는 생물들이 우리 생활에서 하는 일을 모았어요.
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백강균에 감염된 곤충 (900배) · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
공기 중을 떠돌던 곰팡이 포자가 해충의 몸에 내려앉으면, 거기서부터 곰팡이가 자라기 시작해요.
화학 농약 대신에 생물이나 생물이 만든 물질을 이용해 농작물의 병충해를 막는 것을 생물 농약이라고 해요. 생물 농약은 살충제나 방충제로 쓰여요. 생물 농약으로 이용되는 균류 중에는 곰팡이인 백강균이 있어요.
백강균은 포자 상태로 공기 중에 떠돌다가 곤충의 몸에 자라면서 곤충의 몸속 액체와 몸을 이루는 조직을 먹어요. 그래서 백강균의 포자가 들어 있는 생물 농약을 농작물에 뿌리면 매미충, 진딧물 같은 해충을 없앨 수 있어요. 이렇게 해충이 농작물에 피해를 주는 것을 막아요. 또 화학 농약 대신 백강균으로 만든 생물 농약을 쓰면 농약 때문에 생기는 환경 오염 같은 피해도 줄일 수 있어요.
낱말방제 — 농작물을 병충해로부터 예방하거나 해충을 없애는 것.
클로렐라 · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
키우려고 땅을 쓸 필요도 없고, 태울 때 오염 물질도 거의 안 나와요.
원생생물인 미역, 다시마 같은 해조류나 클로렐라 같은 미세 조류에서 특정 성분을 뽑아내 생물 연료를 만들 수 있어요.
미세 조류는 자라는 속도가 빠르고 강이나 바다에서 살기 때문에 미세 조류를 키우기 위한 땅이 필요 없어요. 그리고 생물 연료는 석유 연료와 다르게 사용할 때 오염 물질이 거의 나오지 않는다는 장점이 있어요.
낱말미세 조류 — 엽록소가 있어 광합성을 하는, 크기가 매우 작은 조류. 식물성 플랑크톤이라고도 해요.
원생생물 짚신벌레 · 사진 Barfooz at the English Wikipedia. · CC BY-SA 3.0
우리나라 음식은 너무 짜고 물기가 많아서, 보통 미생물은 그 안에서 살지 못했어요.
바다에 사는 원생생물을 이용해 음식물 쓰레기를 처리하는 기술이 개발되고 있어요. 미생물로 음식물 쓰레기를 처리하는 기술은 예전에도 있었어요. 하지만 우리나라 음식은 소금기가 많고 물기가 많아요. 보통의 원생생물은 소금기 때문에 그 안에서 살지 못했어요. 그래서 큰 효과를 보기 어려웠지요.
바다에 사는 원생생물은 소금기와 물기가 많아도 잘 살아요. 그래서 과학자들은 이 원생생물로 음식물 쓰레기를 처리하고, 그 몸속에 있는 물질을 활용하는 방법을 연구하고 있어요.
사회평론 과학연구소, 『용선생의 시끌벅적 과학교실 23: 미생물』, 사회평론, 2021.
바이오가스를 만드는 소화조 시설 · 사진 Thzorro77 · CC BY-SA 4.0
옛날에는 똥으로 거름을 만들었어요. 지금은 세균의 도움을 받아 전기를 만들어요.
과거에는 농사를 지을 때 똥으로 거름을 만들어 사용했어요. 그때는 똥이 귀한 자원이었지만, 현대에는 깨끗이 치워야 하는 오물이 되었지요. 그래서 똥을 자원으로 활용하면 처리 비용뿐 아니라 처리할 때 쓰이는 전기나 가스 같은 에너지도 아낄 수 있어요.
똥으로 에너지를 얻으려면 세균의 도움이 필요해요. 똥에 세균을 섞으면 세균이 똥을 분해하면서 기체가 나오는데, 이 기체를 활용하면 에너지를 얻을 수 있어요. 이 에너지로 전기를 쓸 수 있고, 세균이 똥을 분해하면서 나오는 이산화 탄소로 원생생물을 기를 수도 있어요. 또 그 원생생물에서 생물 연료를 얻을 수 있는 등 여러 가지 이점이 있답니다.
곰팡이에서 페니실린을 발견한 플레밍 · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
곰팡이 주변에만 세균이 죽어 있었어요. 플레밍은 그 빈자리를 그냥 넘기지 않았어요.
세균학자 플레밍(Alexander Fleming, 1881~1955)은 1928년 영국 런던의 한 병원에서 상처를 감염시키는 포도상 구균이라는 세균을 배양하고 있었어요. 어느 날 실수로 배양균이 푸른곰팡이에 오염되었는데, 푸른곰팡이 주변에는 포도상 구균이 죽어 있는 것을 발견했어요.
플레밍은 이 점에 주목해 연구를 계속했어요. 그러다 푸른곰팡이에서 나오는 포도상 구균을 죽이는 물질을 발견해 페니실린이라고 이름을 붙였어요. 페니실린은 최초의 항생제로, 이후 세계 대전 중에 수많은 생명을 구하기도 했답니다.
낱말배양 — 미생물을 인공적으로 늘리는 것.
여러 가지 세균을 현미경으로 본 모습 · 사진 148LENIN · CC BY-SA 4.0
예전에는 소나 돼지의 몸에서 뽑아야 했던 약을, 이제는 세균이 만들어요.
세균은 번식하기 알맞은 조건이 되면 짧은 시간에 많은 수로 늘어나요. 이 특징을 생명 과학에 이용한 대표적인 예가 인슐린이에요. 인슐린은 사람의 췌장에서 분비되는 호르몬이지만, 당뇨병 환자에게는 생명을 유지하기 위해 꼭 필요한 약이에요.
처음에는 소나 돼지의 췌장에서 인슐린을 뽑아냈는데 값이 비싸고 부작용이 많았어요. 그러던 중에 사람의 인슐린 유전자를 세균에 넣어 인슐린을 한꺼번에 많이 만드는 연구가 성공했어요. 그 뒤로 당뇨병 환자들은 싼값으로 인슐린을 공급받을 수 있게 되었어요.
바이오 플라스틱 · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
이름은 하나지만 안을 들여다보면 두 종류로 나뉘어요.
환경을 오염하지 않는 재료로 만든 플라스틱을 바이오 플라스틱이라고 해요. 바이오 플라스틱은 크게 두 종류로 구분할 수 있어요.
첫 번째는 곰팡이, 세균 같은 미생물에 의해 완전히 분해되는 생분해성 플라스틱이고, 두 번째는 식물, 해조류 등을 이용해 만든 바이오매스 플라스틱이에요. 바이오매스 플라스틱 중에는 생분해성을 가지는 것도 있어요. 두 가지 모두 현재 환경 오염의 주원인인 플라스틱 쓰레기 문제를 해결할 수 있는 방법으로 주목받고 있어요.
스타이로폼을 먹는 갈색거저리 애벌레 · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
벌레가 대단한 게 아니었어요. 대단한 건 벌레 뱃속에 살던 세균이었어요.
스타이로폼이나 플라스틱을 먹는 벌레가 발견되었어요. 갈색거저리 애벌레는 스타이로폼이나 플라스틱을 먹고 몸 안에서 분해해 배설물을 내보내는 특징이 있어요.
이것이 가능한 이유는 놀랍게도 벌레의 뱃속에 플라스틱을 분해하는 세균이 있기 때문이었어요. 그래서 과학자들은 이 세균을 이용해 플라스틱을 분해하는 방법을 연구하고 있어요.
고초균(Bacillus subtilis) · 사진 Dr Graham Beards · CC BY-SA 4.0
빠르면 20분에 한 번씩 두 배가 돼요. 그게 이유의 전부예요.
몸이 하나의 세포로 이루어진 세균은 대부분 분열의 방법으로 늘어나요. 하나의 몸을 둘로 나누어 두 개의 개체가 되는 방법이에요.
세균은 먹이가 많고 살기에 알맞은 조건이 갖추어지면 빠르게 번식해요. 빠르면 20분, 늦어도 몇 시간 만에 한 번씩 분열해 두 배로 늘어날 수 있어요. 따라서 세균을 이용하면 똑같은 물질을 빠르게 만들어 낼 수 있다는 장점이 있어요.
사마키 다케오, 『머릿속에 쏙쏙! 미생물 노트』, 시그마북스, 2020.
바실러스 파스테우리 (48,000배) · 아이스크림미디어 『초등학교 과학 4-1』 자료
틈이 없을 때는 잠자코 있다가, 산소가 들어오는 순간 일을 시작해요.
벽에 금이 가거나 구멍이 생기면 생명 활동을 시작해 틈이나 구멍을 메우는 세균이 있어요. 콘크리트는 시멘트에 모래, 자갈, 물을 섞어 굳힌 것이에요. 매우 튼튼하고 단단하지만 시간이 지나면 틈이나 구멍이 생겨요.
그래서 콘크리트를 만들 때 바실러스 파스테우리라는 세균과 이 세균의 먹이가 되는 물질을 함께 섞어서 집을 지어요. 처음에는 콘크리트에 틈이 없어 산소가 들어오지 않기 때문에 세균은 생명 활동을 하지 않아요. 그러다 시간이 지나 콘크리트에 틈이 생기고 산소가 들어오면 세균이 활동을 시작하면서 탄산 칼슘을 만들어 내어 틈이 메워져요.
현미경 신문 · 4학년 1학기 과학 「다양한 생물과 우리 생활」
그림은 모두 이 신문을 위해 새로 그린 것이며, 실제 현미경 사진이 아니에요. 배율은 자료에 실린 사진의 배율을 그대로 적었어요.
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