7급 및 기사시험 대비 생물학개론 핵심 요점 정리 1. 생명과학 서설

생물학의 범주
 Biology is the scientific study of life
- 생물의 구조와 기능을 과학적으로 연구하는 학문이다.
- Life is structured on a size scale ranging from the molecular to the global

 

 Biologists have identified
about 1.7 million species of
living organisms
- 동, 식물, 균류, 세균, 원생동물, 바이러스 등

 All organisms share a
common chemical language
for their genetic material,
DNA
- 대부분 DNA, 일부는 RNA

 Scientists have determined the
complete DNA sequences of
humans(2003), puffer fish,
mosquitoes, and rice
- 일부 생물에서 게놈 프로젝트 완료

 Amoebas, molds, trees, and
people are all made from similar
cells
- 대부분의 생물은 유사한 세포구조를
가짐

 

과학과 과학적 방법
 과학은 실제 문제들의 해결 또는 지식의 축적과 가능한 답을 시험해 보는
것을 포함하는 자연적인 현상의 이해를 발전시키는데 사용되는 일종의
과정이며, 이러한 과정을 과학적 방법이라 할 수 있다.
 과학적 방법은 질문에 대한 실제로 신뢰성이 있는지 확인하기 위해 수 없
이 많은 시험을 거친 가능한 해결법을 만들어 정보를 얻는 방법이다.

 

과학적 연구 과정
 The word science is derived from a Latin verb meaning “to know”
- 과학이란 어떠한 사실을 알아가는 방법이다.
 발견과학
- 자연적인 원인을 찾아 자연현상을 규명
- 볼 수 있고 측정할 수 있는 구조와 과정에 제한됨.
 가설과학
- 검증 가능한 가설을 세우고, 그 가설을
실험이나 관찰에 의하여 검증함으로써
이론을 세우는 것 .

 과학에서 기본 가정
- 자연계에서 관찰된 사건에는 특별한 이유가 있다.
- 자연에서의 사건에 대한 이유들은 확인할 수 있다.
- 자연계에서 어떤 일이 일어나는지를 묘사할 수 있는 보편적인 규칙 또는 패턴들
이 있다.
- 반복적으로 일어나는 사건은 일어날 때 마다 아마도 같은 이유를 가질 것이다.
- 한 사람에 의해 관찰된 것은 다른 사람들에 의해서도 관찰될 수 있다.
- 사건이 발생한 장소, 시간과는 상관없이 같은 자연계의 기본 규칙이 적용된다.
 원인과 영향의 상관관계는 이전 사건의 직접적인 결과로서 한 사건이 발생했을
때, 원인과 영향의 관계가 존재하는 것으로, 자연 속에서 같은 특정 상황이 발생
할 때 어떤 일이 일어날지 예측할 수 있다.

 

* 과학적 방법
 과학적 방법은 정렬되고 신중한 정보 검색을 포함하며, 이전 결과가 새로
운 정보에 의해 여전히 유지되고 있는지 보기 위한 검사와 재검사를 포함
하며 과학적 사고는 지속적인 재평가, 비판, 변경을 통해 새로운 발견으
로 만들어 진다.
- 신중한 관측
- 가설 작성과 검증
- 새로운 정보와 개념에 대한 개방
- 다른 이의 정말 조사에 기꺼이 자신의 의견을 제시할 수 있는 자세
 관찰 ; 사건을 기록하기 위한 연구자의 감각 또는 감각의 확장(장비)을 통
한 관찰
- 한 사건의 주의 깊고, 심사 숙고한 인식을 통한 관찰이 요구된다.

 의문과 탐구 ; 너무 광범위하거나 혹은 너무 복잡한 질문은 결과 도출이
불가능 할 수 있다. 따라서 객관적인 실험 결과를 통해 답을 얻을 수 있는
질문. 즉, 탐구를 통하여 도출 가능한 의문 설정이 중요하다.
- 어떤 질문을 할지 판단이 내려지면, 과학자들은 더 많은 정보를 얻기 위
해서 다른 출처를 탐색하여, 이미 답이 있거나 다른 사람이 얻은 결과들
을 통해 시간과 에너지, 비용 등을 줄일 수 있다.
 가설의 설정 ; 질문에 가능한 답을 제공하는 설명이나 검증될 수 있는 관
찰에 대한 설명이다.
- 논리적이며 현재 이용 가능한 관련된 정보로 설명되어야 한다.
- 질문 받는 문제에 관련하여 미래의 현상을 예측할 수 있어야 한다.
- 검증할 수 있어야 하며, 만약 몇 가지 경쟁되는 가설을 선택할 경우 최소
의 가정을 둔 가장 단순한 가설이어야 한다.

 

 가설 검증 ; 과학자는 가설이 증명되는지 아닌지를 위해 검증
- 가설이 반증되면, 기각하고 새로운 가설을 세우고, 가설이 반증되지 않으
면 증명되지 않더라도 가설의 타당성을 확신 가능
- 새로운 정보로부터 새로운 가설은 명백해지고 기존의 가설보다 현상을
잘 설명할 수 있음
- 과학자의 적절하지 못한 관찰로 가설의 오류를 파악하지 못할 수 있음
 가설 검증 형식
(1) 관련된 정보 수집 ; 이미 존재하는 관련 정보의 수집이 적정할 가설의
검증법이 될 수 있다.
(2) 부가적 관찰 ; 부가적 관찰이 가설 검증에 필요한 전부일 수 있다.

 

(3) 실험 고안 ; 가설검증의 위한 가장 일반적인 방법으로, 실험은 사건의
재현으로 과학자가 가설을 증명하거나 반증할 수 있도록 해준다.
- 제어실험; 과학자로 하여금 한 개의 변수만 존재하도록 하는 조건을 구
축하여 가설을 확인한다.
- 대조군은 조작되지 않은 것이며, 실험군은 조작되어 비교될 수 있다.
- 부가적인 변수가 실험 내로 도입되지 않게 해야하며 하나의 변수를 가
지고 있을 때, 실험이 여러 번 반복되어 진행되고 모든 실험의 결과가
동일한 경우에 과학적인 신빙성을 가질 수 있다.

 

 이론과 법칙의 발달
- 정보를 조직화하기 위해 일반화를 거치며, 일반화는 사실에 기초한다.
 귀납적 추론법; 관찰이 이루어지고 가설이 분석되고, 양식이 도출됨으로
일반적인 결론, 원리, 법칙 또는 이론이 유도된다. 다양한 특정사실의 연
구로부터 일반적인 원리로 발전되는 과정이다.
 연역적 추론법; 규칙, 원리 또는 이론이 자연계에서 추가적인 실험들을
예측하는데 있어 일반적인 원리를 이용하는 과정이다.
 이론; 어떤 현상이 생기는지를 설명하는 근본적인 개념에 대해 널리 받아
들여지고, 타당성이 있으며 일반적인 설명이다.
- 가설은 특정 질문에 가능한 설명을 제공하지만, 이론은 과학자들이 세상
을 어떻게 보고 그들의 가설을 어떻게 만들며 형태화하는지에 대한 폭넓
은 개념이다.

 

 과학적 법칙; 자연계에서 무슨 일이 일어나는지를 기술하는 통일되거나
불변의 사실이다.
- 법칙이 무슨 일이 발생하였는지를 기술하고 이론이 왜 그런 일이 발생했
는지를 기술하는 면에서 차이를 보이지만 법칙과 이론은 유사하다.
- 이론과 법칙은 반복적으로 검증되어 자연이 어떻게 움직이는지를 알려
줄 수 있다.

 

생물이 갖는 특성 5가지 (대사작용)
 대사작용이란 한 생물개체 내에서 일어나는 모든 화학반응과 연관된 에
너지의 변환과정이다.
 에너지는 운동이나 성장, 그리고 다른 많은 활동에 필수적이며, 이 에너
지는 복잡한 분자적 화학결합 속에 저장된다.
 대사과정은 영양물질의 흡수, 영양물질의 처리, 노폐물의 제거 등과 같은
세 가지 필수적인 단계로 구성된다.
 영양물질의 처리는 세포 내로 영양물을 흡수하여 화학적 반응계로 들어
가 새로운 부분을 제조하고, 치유하고 생식하며 필수적인 활동을 위한 에
너지 공급을 위해 처리된다.
 물질대사과정에서 필요 없는 노폐물 등을 배설 혹은 세포 표면으로부터
배출할 수 있다.

 

 생명은 연관되어 있다.
- 생물은 서로 그리고 궁극적으로 태양 또는 무기화합물로부터 에너지를 추
출한다. 분해자는 영양분을 무생물 환경으로 재순환시킨다.

생물이 갖는 특성 5가지 (증식작용)
 생물체의 크기가 증가하거나 생물집단의 개체수가 증가하는 활동이다.
 성장과 생식은 물질대사를 통해 확보된 영양분을 사용하여 개체 성장을
하거나 생식과정을 거쳐 번식할 수 있다.
 개체 성장이나 손상된 조직의 복구는 체세포 분열을 통해 이루어져 완성
될 수 있다.
 생식에 의한 번식은 크게 무성생식과 유성생식을 통해 이루어지며, 무성
생식은 단세포성 생물체와 일부 다세포성 생물체가 동일한 복사본(클론)
을 형성하여 개체수가 증가한다.
 유성생식은 2가지의 배우자 성세포가 수정을 통해 새로운 세포를 형성하
고 수정된 세포가 체세포 분열을 통해 하나의 개체를 형성할 수 있다.

 

생물이 갖는 특성 5가지 (반응 작용)
 생물체가 주위 환경의 변화에 반응하도록 하는 반응이다.
 자극 감응성은 외부의 자극에 반응을 일으키는 기전이 존재한다. 생리학
적 방아쇠 작용으로 외부 자극에 반응하는 생물들의 고유의 능력이다.
 개체적응은 자극에 대한 개체반응으로부터의 결과로서 자극민감성(감수
성)보다는 느리게 반응하는데 이는 개체가 적응하는 데는 성장과 다른 기
본적인 변화가 개체속에서 요구되기 때문이다.
 진화는 집단 속에서 표현되는 특성의 변화를 포함하고 있다. 세대를 지나
면서 생물집단의 유전적 구성이 아주 느리게 변화하기 때문에 진화는 종
이 장기적으로 환경변화에 적응할 수 있도록 해준다.

 

생물이 갖는 특성 5가지 (조절작용)
 내부항상성 유지는 생물이 적절한 순서를 조정하고 적절한 속도로 조절
함으로써 대사활동을 수행하도록 해주는 것이다.
 대사수준에서의 조정은 생물의 모든 화학 반응이 특정 경로를 통해 연결
되어 있어 효과적이고 순차적인 처리를 가능하게 할 수 있다. 대사과정을
조절하는 것이 효소라는 분자로서 생물의 화학적 반응의 속도를 제어할
수 있다.
 개체수준에서의 조정은 동물의 근육을 조정하여 정상적으로 움직이고,
화학물질을 분비하여 식물체의 성장과 개화, 결실을 조정할 수 있다.
 세포 혹은 생물체가 항상 일정한 상태를 유지하는 항상성을 가질 수 있도
록 조정할 수 있다.
- 혈액 속 용존산소 유지를 위해 혈액을 폐로 빨리 보내는 것.

 

생물이 갖는 특성 5가지 (특이한 구조체들)
 특이한 구성은 분자적, 세포적, 그리고 유기체 수준에서 보여진다.
 분자적 수준에서는 일부 바이러스를 제외한 모든 생물체는 유전물질로
서 DNA라는 핵산에 유전정보를 담고 있으며, DNA에 암호화된 단백질을
발현하여 생명체의 생명현상을 유지할 수 있다.
 세포는 모든 생명체의 기본적 단위로서 외부와 격리된 막과 몇 종류의 세
포 내 소기관을 가지며 특정 기능을 담당한다. 다세포성의 개체 외에도
단세포성 생물체도 많다.
 생명체는 단세포성, 다세포성 구분 없이 독립적으로 생명활동을 유지하
는 유기체로서 외부형태에 따라 쉽게 구분하기도 하지만 경우에 따라 쉽
게 구분하기 어려운 경우도 있다.

 

생물의 다양성
 다양성은 생물의 특징 중 하나
- 현재까지 알려진 생물 종은 약 170만종
- 지구 전체의 생물종은 약 5백만 종에서 3천만 종에 이를 것으로 추정
 종 분류: 기본 개념
- 생물의 복잡성 때문에 비슷한 종들을 그룹화
- 분류학: 과거에는 인식하기 쉽고, 진화결과인 형태를 기준으로 편의적·인
위적으로 분류하는 인위분류가 주류였으나 현재는 형태가 형성되는 순
서로서의 발생이 중요시되며, 여기에 생리·생태·생화학적 지식 및 유전
결과도 가미하여 자연적·계통적으로 분류하는 자연분류가 주류.

 

종 분류: 기본 개념
 분류 체계
계(kingdom) > 문(phylum) > 강(class) > 목(order) > 과(family) > 속(genus) >
종(species)
 분류의 기본 단위 : 종(species) – 동식물 과 미생물 종의 차이점은?
1) 동식물 ; 개체연구
2) 미생물 ; 세포의 집단 연구( 동식물과 달리 복잡, 순수분리의 중요성)
미생물의 종은 일정한 표현형을 나타내는 세포의 집단(Clone)
불명확한 경우(신종 포함) 표준 균주(type species)와 비교

 

생물의 세가지 영역
 The three domains of life are
- Bacteria (진정세균 영역)
- Archaea (고세균 영역)
- Eukarya (진핵생물 영역)

생명현상에 대한 화학적
수준의 이해
 생물학은 여러 수준에서 생명체의 연
구가 이루어진다.
- 생물연구는 원자단계에서부터 생태계
까지 다양한 관점에서 이루어진다.
 세포는 서로 협동하는 거대한 수의 화
학물질로 구성되어 있다.
 유전의 화학물질인 DNA도 원자에 의
해 구성되며 세포내에서 생명활동을
하는데 신호물질로도 원자가 요구된다.

생물다양성 내에서의 통일성
 생물은 다양성에도 불구하고 놀라운 통일성을 가지며 특히 낮은 단계의
생물체계에서 뚜렷이 나타난다.
- 원핵생물과 진핵생물에서 DNA가 공통된 유전 언어로 사용된다.
- 외에도 많은 생리적 메커니즘이 유사하게 존재한다.
 세포 이상의 수준에서는 진화라는 생물학적 과정을 통하여 생물의 통일
성과 다양성을 설명할 수 있다.

 

진화: 생물학의 통일된 주제
 The history of life is a saga of a restless
Earth billions of years old
- 하나의 공통 조상으로부터 진화를 통해 다양성
을 가진다고 봄.
- 모든 진핵생물의 섬모 구조의 유사성을 통해 알
수 있음.
- 진화는 지구상의 가장 초기생물로부터 현재의
다양한 생물에 이르기까지 변화해온 과정이며
모든 생물학을 통일시킬 수 있는 주제이다.

Charles Darwin의 종의 기원
 The evolutionary view of life came into focus in 1859 when
Charles Darwin published
- The Origin of Species
- 다윈 이전에는 성경의 창조론과 종 불변설에 대해 이의 제기.
 Darwin’s book developed two main points
- Descent with modification
(현재 존재하는 종은 조상 종들로부터 유래)
- Natural selection (자연선택)
이상 두 가지 내용에 의해 진화가 이루어 진다고
보았다.

 

 Natural selection is the
mechanism of evolution
- 다양한 유전형질을 가진 개체
군에서 특정 형질을 가진 개체
군이 제거되고 생존 개체들이
번식하다. 결국 증가된 특정형
질은 높은 생존과 번식률을 보
인다.
(포식자에 눈에 띄지 않음)