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닮은 듯, 닮지 않은 그리고 새로운!

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Academic year: 2022

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닮은 듯, 닮지 않은 그리고 새로운!

1. 주제 개요

본 중등 STEAM 프로그램은 현대 생명 과학의 핵심 주제인 유전학을 기반으로 하며, 유전학 연구의 대표적 모델 동물인 초파리를 소재로 하고 있다. 따라서 학생들은 프로그램을 통해 현대 생명과학의 흐 름을 실제적인 측면에서 이해하고, 과학자적 참 탐구 과정을 경험할 수 있을 것이다.

과학의 발전은 다른 학문 분야와의 융합을 통하여 이루어져 왔다. 과학적 개념의 발견과 발전 과정에 서 여러 가지 도구와 기술이 활용 되었고, 과학적 성과는 다른 여러 분야의 발전을 이끌었다. 이러한 과학의 속성을 반영하여 본 STEAM프로그램에서는 공학, 기술, 수학 등과 같은 여러 학문과의 융합을 통한 생명 과학의 발달과정을 내용구성에 반영하였다. 한편, 보다 경쟁력을 갖추고, 창의적인 사고를 발 달시키기 위해서는 예술분야(Art)의 통합도 중요하다. 본 프로그램에서 예술은 크게 과학적 사실이나 원 리를 타당하게 혹은 아름답게 표현하는 역할인 모델링으로서의 미술활동과 과학적 지식과 견해를 다른 사람들에게 설득력 있게 전달하는 과학적 의사소통으로 도구로서의 언어활동으로 제시하였다.

프로그램의 단계는 크게 상황제시, 창의적 설계, 감성적 체험으로 구분하였다. 이러한 단계 요소는 프 로그램 전체를 아울러 나타나 있지만 하나의 주제 속에서도 골고루 반영되어있다.

S/T/E/A/M 요소가 융합되어있는 본 프로그램을 통해 학생들은 과학지식이 밝혀져 있지 않은 시대로 돌아가 과학지식의 탄생과 발전과정을 경험하고, 창의적이고 논리적으로 나름의 탐구적 사고를 하는 기 회를 갖게 된다. 또한 이렇게 형성된 과학지식을 토대로 현대의 생명과학에 이해 및 적용하는 과정을 거치며, 뿐만 아니라 주변에서 쉽게 볼 수 있는 사례를 들어 과학 기술이 인간의 삶과 생태계에 미치는 영향을 여러 측면에서 분석해보았다. 이를 통해 예비과학자로서, 나아가 세계시민으로서 가져야 할 책임 에 대해 생각해 볼 수 있도록 하였다. 총 12차시로 구성된 본 프로그램을 통해 학생들은 주변의 대해 흥미와 호기심을 갖고 탐구하며 즐겁게 과학을 배우고 과학적으로 사고하며 판단하는 활동을 통해 창 의적 문제해결력을 신장할 수 있을 것이다.

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2. 학습 목표 ○ 내용 목표

1) 사람의 유전 현상을 염색체 수준에서 설명할 수 있다.

2) 히스토그램, 상대빈도, 경우의 수, 확률의 개념을 이용하여 유전 현상을 설명할 수 있다.

3) 현미경의 원리를 이해할 수 있다.

4) 과학적 탐구 과정을 이해할 수 있다.

5) 실생활에 사용되고 있는 과학 기술을 이해할 수 있다.

○ 과정 목표

1) 탐구 활동을 통해서 현미경을 제작하고, 작은 물체를 관찰할 수 있다.

2) 스마트 기기를 활용하여 정보를 수집 할 수 있다.

3) 여러 모형을 제작하고, 이를 활용하여 학습한 내용을 정리할 수 있다.

4) 과학자들이 하는 일을 경험하고 과학과 관련된 진로에 흥미를 가질 수 있다.

5) 실생활에 이용되고 있는 과학 기술에 대한 가치 판단을 할 수 있다.

3. STEAM 과목 요소

○ (과학)

‣ 생식, 유전 ­ 염색체, 세포분열, 유전자, 형질

‣ 빛과 파동 ­ 렌즈, 굴절, 상의 확대

○ (기술)

‣ 생명 기술과 미래 기술 ­ 전기영동, 친자확인, 유전 공학, 육종

‣ 빛과 파동 ­ 현미경 만들기

○ (미술, 국어, 역사)

‣ 캐리커처, 비판적 글쓰기, 과학사, 동영상제작, 생명 윤리, 육종 생물 만들기, 판결문 쓰기, 만화

○ (수학)

‣ 확률과 통계 ­ 히스토그램, 확률, 경우의 수

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4. STEAM 단계 요소

STEAM 단계요소 관련 차시 내용

2차시

6차시 솔로몬 왕의 지혜 만화를 통한 “친 엄마 찾기”

3차시 5차시 9차시 11-12차시

현미경 만들기 ­ 설계 및 디자인 솔로몬 왕의 지혜 “과학적 판결하기”

감수분열 영화제 ­ 영화 기획 나의 육종 계획서 1차시

3차시 4차시 5차시 8차시 11-12차시

미래의 내 아이의 모습은? - “캐리커처” “운명의 주사위”

현미경 만들기 ­ 제작 및 작은 물체 관찰하기 감수분열 영화제 ­ 영화 제작

육종 생물 전시회

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1. 닮은 듯, 닮지 않은, 닮아 보이는 너!

1] 부모님을 닮은 나! 나를 닮은 아이들?

‘아빠 어디가?’ ‘슈퍼맨이 돌아왔다!’와 같은 프로그램을 보면 아빠 엄마를 꼭 닮은 귀여운 아들/딸들의 모습을 볼 수가 있어요.

1) 여러분은 부모님의 어떤 모습을 닮았나요? 부모님 말고 우리 가족 중에 나와 닮 은 사람이 있나요? 나의 어떤 점과 닮았는지 써 봅시다.

나와 닮은 가족 닮은 점

2) 여러분의 미래의 아이들은 어떤 모습일까요? 그 아이들이 여러분의 모습 중 닮 았으면 하는 것, 닮지 않았으면 하는 것에 대해 이야기해봅시다.

나와 닮았으면 하는 것

닮지 않았으면 하는 것

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2] 미래에 내 아이는 어떤 모습일까?

1) 미래의 내 배우자를 설정하고, 나와 내 배우자 사이에서 태어날 아이의 모습을 상상해서 표현해봅시다.

[내 모습 붙이기] [미래의 배우자 붙이기]

[내 아이의 모습 상상해보기]

[자기 아이의 모습 소개하기]

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2. 솔로몬 왕의 지혜

1] 솔로몬 왕의 지혜

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1) 솔로몬은 누가 엄마라고 판결을 내렸을까요? 솔로몬이 그런 판결을 내린 이유는 무엇인가요?

2) 솔로몬의 판결이 무조건 옳다고 생각하나요? 만화를 다시 한 번 보고 진짜 엄마를 찾기 위한 증거를 찾아봅시다.

3) 옛날 사람들은 진짜 부모를 어떻게 찾았을까요? 다음 자료를 읽어보고 이야기 를 나누어봅시다.

… 부모가 세상을 떠난 후에 부모와 자식 관계가 진짜인지 아닌지 판단하기 위해서는, 자식의 몸을 찔러 한 두 방울의 피를 내어 부모의 해골 위에 떨어뜨린다. 친자식인 경우는 핏방울이 뼈 속으로 스며들고 그렇지 않은 경우는 스며들지 아니한다. …

… 형제가 어려서 이별하여 떠난 후 나중에 서로 알아보려고 하지만 진위(眞僞)를 판단하기 어려운 경우에는, 각각 피를 내어 한 그릇 안에 떨어뜨린다. 진실이라면 하나로 합쳐지고, 아 니라면 합쳐지지 아니한다. …

<증수무언록 언해 3권>

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2] 아이는 부모를 닮는다. 왜 그럴까?

“DNA, 염색체, 유전자...” 지금 우리에게는 익숙한 과학적 사실들이 밝혀지기 전으로 되돌 아가봅시다. 그 시대의 사람들도 궁금했을 것입니다. 아이는 부모를 닮는다.

왜 그럴까? 부모와 자식을 닮게 하는 것은 무엇일까? ①그것은 어디에 있을까? ②그 물질 은 어떻게 부모에서 아이로 전달될까?

그 시대 사람들은 어떻게 생각했을까요? 상상력을 발휘하여 노트를 완성해 봅시다.

나는 부모와 자식이 닮게 하는 물질이 ( )에

있다고 생각한다. 그리고 그 물질은 (

) 통해 후손에게 전달

될 것이다.

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[읽기 자료] 시대를 초월한 세 사람의 가상 대화입니다. ‘왜 닮았을까?’ 에 대한 다양한 가설 을 읽어보고. 그 중 하나를 골라 나의 의견과 비교하여 반박하거나 보충하여 봅시다.

나는 가 주장한

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3 . 작은 세상 들여다보기

1] 우리 몸의 작은 세포를 관찰하려면!

1) QR코드로 제시된 동영상을 살펴봅시다. 우리 몸의 작은 세포를 관찰하기 위해 서는 어떠한 기술이 필요할까요?

2) 여러분들 앞에는 다양한 렌즈들이 놓여 있습니다. 이 렌즈들과 다양한 재료 들을 이용하여 작은 세포를 관찰할 수 있는 현미경을 만들어봅시다.

[STEP 1 렌즈 선택하기] 여러분들 앞에 놓인 오목렌즈와 볼록렌즈를 살펴봅시다. 여러분들은 렌즈를 이용해 서 작은 물체를 관찰할 수 있는 “장치”를 만들 것입니다. 앞에 놓인 렌즈를 통해 물체를 관찰하기도, 또 여 러 렌즈를 조합해보기도 하면서 최종적으로 사용할 렌즈를 선택해봅시다.

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[STEP 2 설계도 그리기] 나만의 현미경을 만들기 위한 설계도를 그려봅시다.

[STEP 3 작은 글씨 관찰하기]

내가 만든 현미경으로 다음 글자를 읽어봅시다.

우리 열심히 공부하자 이정도면 잘 만든 것 같아. 이것도 볼 수 있니?

[STEP 4 다양한 물체 관찰하기]

내가 만든 현미경으로 주변의 물체들도 관찰해 봅시다.

[정리하기] 친구의 현미경과 나의 현미경도 비교하여 봅시다. 상이 크게 보이는 현미경은 어느 것인가 요? 여러 가지 현미경을 살펴보고, 현미경의 원리에 대해 생각하여 봅시다.

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[읽기 자료] 현미경의 역사

“백문이불여일견(⽩⽂以不如⼀⾒), 보는 것이 믿는 것이다.”

생물학 연구의 발전은 현미경 발전의 역사와 같이 하며, 앞으로도 함께 발전해 나아갈 것이 다. 이는 위의 속담처럼 직접 관찰하는 것이 생물학적 명제를 증명하는 가장 확실한 방법이기 때문이다.

그럼, 현미경의 역사에 대해 알아볼까?

영국의 자연 철학자, 로버트 훅은 현미경을 최초로 제작하여 ‘현 미경의 아버지’로 불린다. 훅은 자신이 만든 현미경으로, 얇게 자 른 코르크 조각을 관찰하여 벌집 모양의 구조를 발견, 이를 세포 (cell)라고 불렀다. 또한 현미경을 이용한 관찰 기록인 ‘마이크로그 라피아(MICROGRAPHIA)’를 출간하기도 하였는데, 이는 훅보다 7 년 늦게 태어났고 정규 교육을 받지 못했던 레벤후크가 미생물학 자로 입문하는 데 큰 영향을 주었다. 미지의 영역인 미생물의 세 계를 열었던 레벤후크의 현미경은

단안렌즈 현미경이었는데, 배율을 증가시키려면 렌즈의 초점 거리를 줄여야 하고, 초점 거리를 줄이면 렌즈의 직경이 너무 작아진다는 딜레마를 가지고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 17세기에 복합 현미경 시스 템이 개발되었다. 복합 현미경에서 표본 가까이에 있는 렌즈 를 대물렌즈, 눈 가까이에 있는 렌즈를 접안렌즈라고 부른다.

복합 현미경은 과학 발전에 지 대한 공헌을 하였는데, 이를 이 용하여 루이스 파스퇴르는 효모 균을 발견하였고, 로베르트 코흐 는 결핵균과 콜레라균을 발견하

였다. 오늘날 사용되고 있는 현미경에는 크게 광학 현미경과 전 자 현미경이 있다. 광학 현미경은 가시광선을 이용하며, 전자 현 미경은 전자선을 이용하여 사물을 확대한다. 특히 전자 현미경을 통해 수많은 세포 소기관과 미세 구조를 자세히 관찰할 수 있게 되었고, 전자 현미경의 발명은 세포 연구의 획기적인 전환점이 되었다.

로버트 훅과 그의 현미경

레벤후크와 현미경

복합현미경

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4. 세포 속에서는 무슨 일이?

1] 작은 것을 관찰해봅시다.

1) 여러 가지 생물의 생식세포를 관찰해봅시다.

[동물의 생식세포 관찰] [식물의 생식세포 관찰]

[세포 안에서 무엇을 발견할 수 있나요?]

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2) 서로 다른 단계의 감수분열 사진을 살펴본 후, 사진 속 염색체의 움직임을 통해 서 감수분열 과정의 순서를 예측해봅시다. 그렇게 예측한 이유도 적어봅시다.

[세포 카드 순서대로 배열해보기]

[위와 같이 배열한 이유는 무엇입니까?]

3) 카메라로 촬영한 생식세포 사진을 살펴보고, 감수분열 단계별 빈도를 히스토그 램으로 나타내 봅시다.

[히스토그램으로 바꿔보기 ­ 분열기와 비분열기로 나누어봅시다.]

[히스토그램 결과가 어떤 의미를 가지고 있을까요?]

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5. 감수분열 영화제

1) 감수분열에서 나타나는 염색체의 움직임을 영화로 표현해봅시다.

무엇을 하나요?

▸감수분열을 통해 유전자가 자식에게 전달되는 과정을 영화로 표현하여 봅시다.

어떻게 하나요?

1. 우리 팀 영화에서 사용할 재료와 방법을 다같이 의논합니다.

(그림그리기, 만화처럼 표현하기, 스냅무비로 표현하기, 사람이 직접 표현하기 등)

2. 아래와 같이 팀을 나누어 영화제작 준비를 합니다.

- 시나리오팀 : 필요한 장면을 나누고, 각 장면에 필요한 대본이나 설명을 씁니다.

- 소품팀 : 촬영에 필요한 소품을 만듭니다. (부모의 염색체, 특수효과 등) - 촬영팀 : 어떤 프로그램을 사용하여 촬영할지 결정하고, 영상을 촬영합니다.

※ 각 팀에게 살짝 알려주는 영화 제작 팁!

- 시나리오팀 : 솔로몬 왕이 판결을 내릴 때 힌트가 될 수 있도록 대사를 써 보면 어떨까요?

영화제목도 멋지게 지어보세요.

- 소품팀 : 모루, 양말, 끈, 고무줄 등 주변에서 볼 수 있는 재료를 사용하는 것에서부터 다양한 특수효과 를 낼 수 있는 방법도 생각해보세요.

- 영상촬영팀 : stop motioin, easy toon, snap movie 등의 어플을 이용하면 여러 효과를 낼 수 있습 니다. 배경음악을 사용해도 좋겠죠?

- 우리 팀 영화의 특성 상 필요하다면, 팀을 더 만들 어도 됩니다.

전체 회의 팀 별 회의

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2) 지금까지 학습한 내용을 바탕으로 다음 만화의 마지막 컷을 채워 봅시다.

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6-7. 다를 수도 있지요!

1] 솔로몬 왕의 지혜 ­ 엄마의 항변

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2] (첫번째 교배) 아기 초파리는 어떤 모습일까?

1) 매력적인 갈색 눈의 엄마 초파리와 정열의 붉은 눈 야생형 아빠 초파리 사 이에서 태어난 아기 초파리는 어떤 모습일까요? 그렇게 생각한 이유는 무엇인 가요?

1] 어떤 모습일까?

2] 그렇게 생각한 이유는 무엇인가요?

2) 아기 초파리를 관찰해봅시다. 어떤 모습을 하고 있는지 여러분의 예상과 비교하여 써 봅시다.

1] 어떤 모습인가?

2] 여러분의 예상과는 어떤 차이점과 공통점이 있나요?

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3] (두번째 교배) 손자 초파리는 어떤 모습일까?

1) 아기 초파리들을 자가 교배하였을 때, 새롭게 태어날 손자 초파리들은 어떤 모습일까요? 그렇게 생각한 이유는 무엇인가요?

1] 어떤 모습일까?

2] 그렇게 생각한 이유는 무엇인가요?

2) 아기 초파리의 자가 교배 결과 태어난 손자 초파리를 관찰해봅시다. 어떤 모 습을 하고 있나요? 여러분의 예상과 일치하나요?

1] 어떤 모습인가?

[왜 이런 결과가 나왔을까요?]

1) 빨간 눈과 빨간 눈 사이에서 갈색 눈 초파리가 나온 이유 2) 갈색 눈보다 빨간 눈 초파리가 더 많은 이유

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3) 초파리네 가계도를 초파리 그림으로 나타내 봅시다.

1) 이 시기에는 어떤 일이 일어날까요?

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[참고자료]

초파리 생활사

1. 초파리 배양 및 생활사

초파리는 25℃에서 잘 자라며 10일이면 수정란에서 성체로 된다. 배지(초파리의 당 공급원)는 상업적으 로 구매하거나 직접 만들어서 사용할 수 있으며, 배지 위에 알갱이로 된 효모(초파리의 단백질 공급원) 를 넣든지 혹은 물에 녹여 스프레이로 약간 뿌려준 후 사용한다. 많은 수의 초파리를 얻고자 할 때는 쥬스병과 같은 큰 병을 이용하여 초파리를 대량으로 배양할 수 있다.

학교 현장에서 초파리를 구입하여(생물나라) 배양할 때는 배지를 10-15일에 한 번씩 교체해주면, 지속 적으로 초파리를 배양할 수 있다. 저온 인큐베이터를 이용하여 온도를 유지해주는 것이 좋지만 여건이 어려울 경우 큰 스티로폼 박스를 이용하여 어느 정도의 온도 변화를 막을 수 있다.

초파리는 알→유충→번데기→성체의 네 단계를 거치는 완전 변태를 하며, 유충은 1령, 2령, 3령의 세 단계로 나뉜다. 초파리는 21℃에서 약 8일 동안 알과 유충의 상태로 있다가 번데기로 되며, 6일 후에는 성체가 된다. 25℃에서는 생장 속도가 빨라 약 10일이면 성체로 되는데, 성체는 평균적으로 약 40~50 일 동안 산다.

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2. 야생형 초파리 관찰

① 초파리의 일반적 구조

성체는 크게 머리, 가슴, 배로 구성된다. 머리에는 안테나, 눈 등이 있으며, 가슴 체절에는 세 쌍의 다 리와 한 쌍의 날개, 날개가 퇴화된 흔적기관으로 비행 시 평행을 잡아주는 역할을 담당하는 평행곤이 있 다. 배는 8개의 체절로 이루어져 있으며 항문과 생식기관이 존재한다.

② 초파리 암컷과 수컷 구별하기

초파리의 암컷과 수컷은 주로 세 가지 정도의 기준을 토대로 구분한다.

1) 수컷의 뚜렷한 특징은 배 체절의 등 쪽 면의 끝부분(5.6번째 체절) 전 표면이 검은 색깔을 띠고 있 는 반면, 암컷은 각 체절의 끝부분에만 검은 줄이 나타난

다. 그러나 바로 태어난 수컷의 경우 등 면의 색깔이 매 우 엷으므로 이 시기에 등 면의 색깔을 이용하는 것은 바람직하지 않다.

2) 수컷은 배의 복부 끝에 뚜렷한 생식기관을 가지고 있기 때문에 암컷과 쉽게 구별할 수 있다. 또한 수컷의 복부 끝은 둥글게 생겼으며, 암컷의 복부 끝은 뾰족하게 생겼다.

3) 수컷은 첫 번째 다리의 마지막 관절에 약 10개의 굵 은 털들이 모여 있는 성즐(sex comb)이 있어 검게 보인 다. 이 성즐은 교미 시 수컷이 암컷을 단단히 붙잡을 수

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3. 초파리 마취하기

지금까지의 학교에서 주로 이용되고 있었던 초파리 마취법은 에테르를 이용하는 것이었고, 초파리 연구 실에서는 이산화탄소를 사용하였다. 그러나 에테르는 냄새가 강하고, 몸에 좋지 않기 때문에 흄 후드 내 에서 작업을 하는 것이 올바른 사용법이고, 이산화탄소는 지속적으로 이산화탄소를 공급해서 기절상태를 유지시켜야 한다는 점에서 모두 학교 현장에 적용하기가 어려웠다. 그런데 최근 저온 충격을 통한 초파 리 마취법에 대한 연구가 진행되었고, 이 방법의 효과성이 입증됨에 따라 학교 현장에서 쉽게 진행할 수 있는 저온 충격 초파리 마취법을 소개하고자 한다.

‣ 저온 충격을 통한 초파리 마취

초파리 성체는 기온이 0 ℃로 떨어지면 운동 능력을 상실하고 먹이 활동을 못하면서 저온 혼수(chill coma) 상태에 빠져든다. 이러한 초파리의 특성을 이용하여 초파리를 냉장실(4 ℃)에 30분~1시간, 냉동 실(-20 ℃)에 10분~15분 동안 넣어 저온 충격을 가한 뒤, 혼수상태에서 깨어나는데 걸리는 시간을 살펴 보았다.

연구 결과 냉장실보다는 냉동실이 마취의 지속 효과가 더 큰 것을 볼 수 있었다. 하지만 35분가량 냉동실 에서 저온 충격을 준 경우 30분 이내 에 초파리들이 깨어나지 못하였고 이 는 죽은 것으로 판단된다. 학교 현장 에서 사용할 때 저온 충격을 통해 초 파리를 죽여서 사용하는 것이 실험수 업을 운영하는데 효과적일 수 있지만, 살아있는 동물의 생동감을 학생들에 게 보여주기에는 어려움이 있다.

이에 대한 보완책으로 일단 저온 충격을 통해서 마취를 시킨 후, 얼음판을 활용하 는 방법이 있다. 주변에서 쉽게 구할 수 있는 작은 플라스틱 반찬통이나 접시, 쟁 반 등에 물을 넣어 얼린 후 비닐로 싼 흰 종이나 코팅 처리한 흰 종이를 얼음판 위 에 놓고 초파리를 관찰하면, 저온충격 상 태를 유지하면서 장시간 동안 실험할 수 있다. 흰 종이 대신에 표면이 실리콘으로

처리된 주방용 종이호일을 사용해도 되며, 물이 어는 동안 부피 팽창으로 인해 얼음판 표면이 매끄럽지 못한 경우에는 용기를 비닐로 싼 후에 뒤집어서 사용할 수 있다. 또는 얼음판 대신에 두꺼운 철판을 미 리 냉각시켜서 사용하는 것도 가능하다.

냉장 시간

상온에서 일정 시간 경과 후 움직이는 개체 수

30초 1분 2분 3분 4분 5분 30분

5분 20 20 20 20 20 20 20

10분 17 20 20 20 20 20 20

15분 7 18 20 20 20 20 20

20분 7 10 12 20 20 20 20

25분 3 10 10 14 17 18 20

30분 5 8 10 10 12 13 20

1시간 5 5 5 7 7 9 20

2시간 4 7 9 9 10 10 20

냉장실(4℃)을 이용한 저온충격 결과

냉동 시간

상온에서 일정 시간 경과 후 움직이는 개체 수

30초 1분 2분 3분 30분

5분 5 7 12 15 20

10분 5 10 14 18 20

15분 1 2 7 15 20

20분 1 1 8 9 16

25분 0 0 2 10 12

30분 0 2 6 6 7

35분 0 0 0 0 0

40분 0 0 0 0 0

냉동실(-20℃)을 이용한 저온충격 결과

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[참고자료]

돌연변이 초파리와 유전기호

1. 돌연변이 초파리

모건이 유전자가 염색체 위에 존재한다는 사실을 밝히는데 기여한 흰 눈 돌연변이 이외에도 초파리의 세계에서는 눈으로 관찰할 수 있는 다양한 돌연변이가 존재한다.

① 눈 색, 눈 모양 돌연변이

② 등 털 돌연변이

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③ 몸 색, 날개 돌연변이

2. 참고문헌

일부 돌연변이 사진은 Flybase와 Kaufman Lab에서 촬영한 자료이며, http://flybase.org에서 다운로 드 할 수 있음.

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8. 유전자는 형질을 결정한다.

1] 이 모든 것은 필연적 우연

<운명의 주사위를 던져라 - Mendelian Dice>

내 얼굴은 둥글둥글하고, 코는 길쭉하며, 눈꼬리는 살짝 올라가 있고…

지금의 내 모습은 유전물질을 통해서 엄마와 아빠에게 반반씩 물려받았지요.

그런데 지금의 내 모습은 과연 어떻게 결정된 것일까요?

앞으로 낳게 될 내 아이의 모습은 또 어떻게 결정되는 것일까요?

이것은 우연일까요? 아니면 필연일까요?

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<형질 대조표>

우성 열성 우성 열성

M 자형 머리 보통 머리

곱슬머리 생머리

둥근 얼굴 긴 얼굴

사각 턱 브이라인 턱

긴 눈썹 짧은 눈썹 쌍꺼풀 외꺼풀

일자 눈 사선 눈 큰 눈 얇은 눈

좁은 코 넓은 코

큰 콧구멍 작은 콧구멍

분리형 귓불 부착형 귓불 긴 귀 짧은 귀

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1) 두 종류의 사면체 주사위를 만듭니다.

- 우성 주사위(분홍색) : 우성 형질 세 칸, 열성 형질 한 칸 - 우열 주사위(빨간색) : 우성 형질 두 칸, 열성 형질 두 칸

2) 형질대조표를 보며 배우자의 얼굴과 내 얼굴을 살펴봅시다.

① 두 사람의 표현형을 살펴보고, 우성인지 열성인지 확인하며 다음 표를 채워 봅시다.

배우자

운명의 주사위를

던져라!

자식

표현형 표현형 표현형

머리

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

얼굴

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

(우,열) (우,열) (우,열)

② 운명의 주사위를 굴려 내 아이의 모습에 표시해 봅시다.

▸ 나와 내 배우자가 가지고 있는 형질이 모두 우성이라면 우성 주사위를 던집니다.

▸ 한 명은 우성이고 한명이 열성이라면 우열 주사위를 던집니다.

(32)

3) 나와 배우자 ________사이 아이의 모습은

4) 모든 것은 필연적 우연의 의미가 무엇일까요?

5) 같은 부모에게서 태어난 형제자매의 얼굴, 심지어 쌍둥이의 얼굴도 각각 다른 이유에 대해 생각해봅시다.

(33)

2] 세 과학자의 이야기

기자 : 안녕하세요. 유전학 산책입니다. 오늘은 멘델, 서튼, 모건 세 분의 과학자님들을 모시고, 유전 이론, 염색체설, 유전자설의 대통합이 어떻게 이루어졌는지 들어보도록 하겠습니다. 안녕하세요. 멘 델 선생님. 먼저 선생님 연구에 대해서 설명 좀 부탁드립니다.

멘델 : 나는 수도원에서 완두콩을 기르며, 콩의 형질을 관찰하였네. 콩들을 잘 살펴보면 노란콩과 초록콩, 쭈글 쭈글한 콩과 매끈한 콩, 키가 큰 완두와 작은 완두처럼 둘 중 하나의 형태로 나타나는 것을 발견할 수 있었지.

우리의 몸의 형질도 이처럼 이분법적으로 결정되고, 따 라서 이를 결정하는 ‘유전물질’이 우리 몸에 한 쌍씩 있 을 것이라고 생각했지.

기자 : 그런데 노란콩과 초록콩의 유전물질이 한 개체 속에 함께 있다면 어떻게 되는 것 인가요? 초록과 노란 색이 섞여 있는 완두콩은 본 적이 없는데요.

멘델 : 그렇지! 그래서 나는 두 유전물질 중 우월한 것이 있지 않을까 생각했었네. 우월한 물질이 둘 중 하나의 형질이 나타나게 하는 것이지. 실험 결과 난 노란 콩이 초록 콩보다 우월하다는 결론 을 얻었다네.

멘델이 관찰한 완두콩의 유전

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기자 : 그렇다면 그 ‘유전물질’은 어디서 전해오는 것일까요? 실제로 관찰은 하셨나요?

멘델 : 아주 쉽게 상상할 수 있지 않은가? 바로 부모에게서 하나씩 물려받으면 되겠지! 하지만 난 그것이 무엇인지 내 눈으로 직접 확인할 수 없었다네. 내가 살던 시대에는 현미경이 없었거든…

서튼 : 제가 살던 시기는 현미경이 개발되었고, 염색법이 발달하면서 세포 안을 들여다 볼 수 있었 습니다. 기술의 발전은 우리가 상상하기만 했던 것들, 상상조차 하지 못하던 것들을 눈앞에 펼쳐놔 주었지요. 저는 세포 속에 애벌레처럼 염색되어 있는 “염색체”에 관심을 가졌습니다. 그리고 세포 속의 염색체가 쌍을 이루어 결합되었다가 곧 분리되는 것을 관찰하였지요. 멘델 선생님이 볼 수 없 었던 그 실체가 바로 이것이 아닐까요?

모건 : 저는 멘델 선생님의 이론을 받아들일 수 없었습니다. 왜냐하면 사실에 기반하지 않은 상상은 의미가 없다고 생각했었기 때문이죠. 또 실제로 많은 부분들은 이분법적인 형질보다 훨씬 복잡하게 구성되어있기도 했었고요. 이분법적인 형태로 나타나지도 않았습니다. 그래서 저는 서튼 선생님께서 말씀하신 염색체설도 믿지 못하였고, 성염 색체가 발견되었음에도 불구하고 저는 이 모든 것을 믿지 못하겠다는 제 주장을 굽 힐 수 없었습니다. 왜냐하면 저는 오직 실 험에 의해서 발견된 증거만을 추구하였기 때문이지요. 그래서 저는 실험에 실험을 거 듭하였고, 그러던 어느 날 제가 연구하고 있는 ‘파리방’에서 저는 기적과 같은 돌연 변이를 발견하게 되었습니다. 그것은 바로 흰 눈 초파리였지요.

기자 : 부모가 모두 정상 초파리, 그러니까 붉은 눈 초파리인데 갑자기 흰 눈 초파리가 나왔다는 말씀이신가요?

모건 : 네, 그렇습니다. 저는 사실 이 돌연변이가 진화 현상을 설명해줄 것이라 생각했습니다. 더프 리스라는 선생님은 돌연변이에 의해서 진화가 이루어졌다고 말씀하셨고, 저는 그것을 증명하고 싶 었지요. 하지만 눈 색의 변화는 진화가 이루어졌다고 할 수 있을만큼 큰 변화는 아니었습니다.

기자 : 아 그럼 새로운 돌연변이의 발견의 기쁨보다는 실망이 크셨겠어요.

서튼이 관찰한 염색체

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모건 : 네, 처음에는 실망스러웠지만 그래도 저는 이 흰 눈 초파리를 이용해 실험을 진행해야겠다고 생각했습니다. 그래서 일단 흰 눈 초파리를 빨간 눈 초파리와 교배해 보았지요. 그 결과 빨간 눈 초파리와 함께 흰 눈 초파리가 나타나는 것을 발견할 수 있었습니다. 그런데, 중요한 것은 여기서 나타난 흰 눈 초파리가 모두 수컷이라는 사실이지요. 그렇다면, 흰 눈 초파리의 형질을 결정하는 것 은, 아버지에게서 아들로만 전달

이 되는 것, 즉 성염색체 위에 있겠다는 생각을 할 수 있었습 니다.

기자 : 잠깐만요. 모건선생님께 서는 형질을 부모에게서 하나씩 물려받는다는 멘델선생님의 주 장에 반대하셨던 것 아닌가요?

모건 : 그랬습니다. 그러나 과학 적 근거가 있다면 당연히 저의 주장을 바꾸는 것이 맞지요. 그 때부터 저는 돌연변이를 이용하 여 유전연구를 계속하였고, 줄에 매달린 구슬처럼 유전자도 염색 체 위에 놓여있다는 사실을 발 견해냈습니다. 이러한 연구를 바

탕으로 저는 노벨 생리의학상을 수상하였습니다. 하하하.

멘델 : 그것 보게나. 결국 나의 생각이 맞지 않았나. 내가 살아있을 때는 아무도 나의 연구에 관심 을 갖지 않았지. 그렇지만 나중에라도 내 논문이 다시 세상에서 빛을 낼 수 있어서 참 기쁘다네.

서튼 : 흠… 현미경을 통해 염색체를 관찰하고, 세포분열 시 염색체의 행동이 멘델선생님이 가정하 셨던 유전요소의 행동과 일치한다는 가설을 제기한 ‘위대한’ 과학자가 있었기 때문에 오늘의 유전학 이 있을 수 있다는 점도 꼭 짚고 넘어가고 싶네요.

기자 : 오늘 세 분과의 인터뷰를 통해 막연히 가정만 해왔던 유전의 실체, 유전자가 염색체 위에 있음이 밝혀지고, 또한 유전자가 어떻게 한 세대에서 다음 세대로 전해지는지를 밝힌 유전학 연구 의 역사를 잘 알 수 있었습니다. 감사합니다.

모건의 초파리 교배 결과

(36)

1) 유전학 연구의 역사에서 ‘부모의 형질은 어떻게 다음세대에 전달될까?’에 대한 물음에 답하기 위해 다음의 과학자들이 밝혀낸 것들에 대해 써 봅시다.

→ →

멘델 서튼 모건

2) 과학의 발전과 기술의 발달의 관계에 대해 이야기 해 봅시다.

3) 모건에게 배워야 할 과학자의 자세는 어떤 것일까요? 과학자가 가져야 할 태도 에 대해 더 이야기 해 봅시다.

4) 위 세 사람의 인터뷰를 바탕으로 과학지식이 어떤 과정을 거쳐 형성되고 발전 하는지 생각해봅시다.

(37)

3] 유전자는 형질을 결정한다.

2030년.

새롭게 태어나는 모든 아기들은 출생신고와 함께 “유전 정보”를 등록한다.

비단 아기뿐만이 아니다. 모든 사람들은 주민등록증 대신 유전자 카드를 들고 다닌다.

병원을 갈 때, 회사에 출근을 할 때, 헬스 장에 운동을 하러 갈 때도 이 유전자 카드 는 유용하게 쓰인다. 나의 유전정보를 기반 으로 맞춤형 치료, 나에게 적합한 업무, 적 절한 운동을 권해주는 시스템들이 구축되어 있기 때문이다.

사람의 모든 현재와 미래는 “예측 가능한”

상황이 되어간다.

1) “Morphthing.com”은 나와 가상의 배우자의 사진을 올리면, 얼굴을 인식하고 합 성하여 미래의 아이의 모습을 보여주는 프로그램을 기반으로 한 웹페이지입니다.

2030년, 이 웹페이지는 어떤 정보를 바탕으로 나와 배우자 사이에서 태어날 수 있는 아이의 모습을 예측해서 보여줄까요?

2) 사람은 23쌍의 염색체를 가집니다. “수학적”으로 접근하였을 때 나와 내 배우자 로부터 태어날 수 있는 유전 정보가 서로 다른 아이의 경우의 수는 총 얼마일까 요? 내 아이가 어떤 모습으로 태어날지 예측할 수 있을까요?

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[참고자료]

왼손잡이도 유전될까? -행동유전

김동인의 소설 《발가락이 닮았다》 에는 누구나 고개를 끄덕인다. 자식이 부모의 발가락을 닮는 것은 너무나 당연하다고 생각하기 때문이다. 그런데 이효석의 《메밀꽃 필 무렵 》의 마지막 장면에 동이의 왼 손에 채찍이 들려 있었다는 대목에 이르러서는 의견이 분분하다. 문학 평론가들까지 나서서 왼손잡이가 유전하느냐 아니냐를 놓고 글들을 써댄다. 행동이 유전한다는 점에는 동의하지 않는 사람들이 퍽 있다는 얘기다.

행동의 유전에 관한 본격적인 연구는 찰스 다윈으로 거슬러 올라간다. 다윈은 1872 년 《인간과 동물 의 감정 표현The Expression of the Emotions in Man and Animals> 을 출간하며 행동의 진화학적 연구에 이론적 체계를 제공한다. 고 후 1950 년대에 이르면 콘라트 로렌츠,니코 틴버겐, 카를 폰 프리슈 등 유럽 행태학자들의 연구로 동물행동학은 드디어 당당한 자연과학의 한 분야로 자리를 잡는다. 이들은 모두행동이 유전한다는 명확한 물적 증거는 확보되지 않은 상태지만, 그에 전혀 개의치 않고 행동의 진 화에 대해 연구했다. 그 공로로 이들은 1974년 공동으로 노벨 생리의학상을 받았다.

행동이 과연 유전하는 문제가 아직 명확하게 밝혀지지 않은 상태에서 시작한 연구는 시작부터 난항일 수 밖에 없었다. 하지만 아주 간단한 논리만 적용해도 이는 너무나 쉽게 이해될 수 있다. 유전자는 단백 질을 합성하는 정보를 담고 있는 화학물질이다. 단백질은 생물체의 몸을 만든다. 행동이란 바로 단백질 이 만들어낸 구조와 기능의 결과에 지나지 않는다. 따라서 발가락이 닮는 것을 인정한다면 그 닮은 발가 락 때문에 나타나는 행동 역시 비록 단계를 더 거칠 뿐 엄연히 유전자의 결과물임을 받아들여야 한다.

유전자가 단백질을 만드는 과정에는 거의 변이가 없다. 고러나 똑같은 단백질을 사용한다고 해서 완벽 하게 똑같은 구조가 나오는 것은 아니다. 단백질에서 형태 또는 구조가 만들어지는 과정에는 약간의 변 이가 존재한다. 그리고 그다음 단계, 즉 몸의 구조가 행동을 만들어내는 과정에는 변이가 좀 더 커질 뿐 이다. 왼손잡이가 반드시 왼손잡이를 낳는 것은 아니지만 왼손잡이 집안에서 왼손잡이가 태어날 확률이 그렇지 않은 집안보다 훨씬 높다는 것이다.

참고문헌

최재천. 내 생명의 설계도 DNA(과학동아스페셜). 과학동아북스

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9. 현대판 솔로몬 왕

1] DNA 분석을 통한 친자확인과 과학수사

사람은 부모님께 각각 23개씩 물려받은 46개의 염색체를 가지고 있습니다. 염색체는 유 전물질인 DNA로 구성되어 있지요. 오늘날 우리는 인간게놈프로젝트를 통해서 사람의 DNA 염기서열에 대한 정보를 알 수 있게 되었고, 수많은 연구와 눈부신 기술의 발달을 통해서 이제는 모든 사람의 염기서열을 적은 돈, 짧은 시간 안에 분석할 수 있는 세상에 근접하고 있습니다.

사람마다 염기서열의 99.9%가 일치하는데, 이 0.01%의 차이는 염기서열의 비교를 통해서 사람과 사람을 구분해 주는 열쇠가 됩니다. 범죄현장에서 발견한 범인의 혈흔을 분석하는 것도, 친자확인을 위해 머리카락을 분석하는 것도 이 0.01% 속에 숨겨진 개인의 유전정보 를 분석하기 위한 것이지요. DNA 분석을 통해 친자 확인하는 과정을 살펴봅시다.

(40)

2] 솔로몬 왕의 판결

지금까지 배운 내용을 토대로 “오늘날의 솔로몬 왕”이 되어 현명하고 과학적인 판결 을 내려 봅시다.

1) 멘델과 모건의 시대의 솔로몬 왕, 오늘날의 솔로몬 왕이 판결을 위해 확인해야 할 것들을 이야기해봅시다.

[멘델과 모건의 시대]

[오늘날의 솔로몬왕]

2) 선생님께서 보여주시는 과학적 근거를 토대로 판결문을 써 봅시다.

[과학적 근거를 여기에 그려봅시다]

(41)
(42)

10. 너 변했어!

1] 완전히 다른 우리는…….

1) 위 사진들의 공통점은 무엇인가요?

2) 유전자가 갑자기 변하여 전에 없던 특징이 나타나는 것을 ( ) 라고 한다.

3) 한 개체에서 갑자기 변하여 나타난 형질은 다음 세대에서 어떻게 나타날까 요? 자신의 생각을 이야기 해 봅시다.

돌연변이라면,

(43)

2] 초파리 세상의 돌연변이

1) 초파리 세상에도 다양한 돌연변이들이 존재합니다. A~D의 여러 가지 돌연변 이 초파리들을 관찰하고 야생형 초파리와 다른 점을 찾아봅시다.

야생형

초파리 A 초파리 B 초파리 C 초파리 D

2) 위에서 관찰한 초파리 중 두 종을 선택하여 계속 자가 교배하면 어떤 초파리 가 나타날지 상상하여 그림으로 나타내어봅시다.

(제시된 모든 초파리는 열성 순종으로 가정한다.)

선택한 초파리 : ( ) + ( )

(44)

3) 상상을 현실로! 새로운 초파리를 관찰해 봅시다. 야생형 초파리와 비교하여 어 떤 형질이 다른가요?

초파리 A 초파리 B 초파리 C

4) 현봉이는 초파리A의 형질(갈색 눈)과 초파리B의 형질(흔적날개)을 모두 가진 갈색눈+흔적날개 초파리를 만들고 싶었습니다. 그래서 순종인 초파리 A, B를 교 배하여 F1 초파리를 얻었습니다.

① F1초파리의 유전자형과 표현형을 써 봅시다.

부모세대의 유전자형 F1세대의 유전자형

aaBB AAbb

부모세대의 표현형 F1세대의 표현형

갈색눈 흔적날개

② F1초파리를 자가교배하여 F2를 얻었을 때, 갈색 눈+흔적 날개 초파리가 나올 확률을 구해봅시다.

과정)

답)

(45)

11-12 나도 과학자

1] 해돌이네 수박 밭

해돌이는 커다란 수박 밭을 가지고 있다. 매 년 정성껏 수박을 기른다. 그런데 올 해는 해돌 이네 수박 밭에 아주 신기한 일이 일어났다. 수박 밭 한 쪽에서 유난히 크게 자란 수박을 발 견한 것이다. 혹시 다른 종자가 섞인 것이 아닐까 하고 다른 수박들을 살펴보았지만 같은 모 종에서 난 다른 수박들은 여느 수박과 다를 것이 없었다.

1) 해돌이가 수확한 커다란 수박의 씨앗을 다시 심었을 때, 과연 큰 수박이 나올 까요? 아니면 보통의 수박이 나올까요?

2) 해돌이가 계속해서 커다란 수박을 얻으려면 어떻게 하면 될까요? 또, 이 수박 을 이용해서 크기가 크면서도 맛있는 수박, 크기가 크면서도 병충해에 강한 수박 을 얻는 방법을 생각해 봅시다.

3) 육종이란 무엇일까요?

(46)

2] 육종의 발달

사람들은 육종을 이용하여 다양한 형질의 생물체를 생산하였고, 이러한 생물체들은 인간의 삶을 향상시키는데 많은 도움을 주었습니다.

1) 다음 사례들을 통해 육종이 사람들의 삶에 어떤 영향을 미쳤는지 알아봅시다.

난쟁이 봄밀

[내용 요약]

백호의 눈물

http://comics.nate.com/webtoon/detail.php?btno=487 40&bsno=286257&category=1

[내용 요약]

바나나 암

[내용 요약]

(47)

2) 여러 육종 사례 중 한 가지를 골라 PMI 기법으로 분석해봅시다.

★ PMI 기법이란?

Plus, Minus, Interesting의 머리글자를 딴 말로 하나의 아이디어를 다각적 측면에서 분석하고 평가하여 보다 더 새롭고 개선된 아이디어를 찾는 기법입니다. Plus에서는 이 주제가 가지고 있는 긍정적 측면이나 강점에 대해, Minus에서는 부정적 측면이나 한계점에 대해 생각해봅니다. Interesting에서는 이 주제에서 흥미로운 점이나, 개선할 수 있는 방향, 다른 곳에 적용할 수 있는 방안을 생각해봅니다.

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3] 나도 과학자

1) 나의 동식물 육종 계획서를 작성하여 봅시다.

나의 육종 계획서

연구원 : ( )

목적 (필요성) 대상개체 연구기간

방법

예상되는 결과

2) 모둠원의 육종 계획서를 함께 검토해 봅시다. 우리 모둠에서 가장 좋은 계획서를 뽑아 전체에 발표해 봅시다.

★ 멀티 보팅(Multi-voting)이란?

(49)

4] 육종생물전시회

무엇을 하나요?

▸생활을 편리하게 하는 육종생물을 만들어 전시회에 출품하여봅시다.

어떻게 하나요?

▸제작

1. 우리 모둠에서 만들 육종생물을 정합니다.

우리 모둠의 베스트 계획서에 여러 친구들의 좋은 아이디어를 추가하거나 보완하 여 만들면 좋습니다.

2. 육종생물을 표현할 방법을 설계, 디자인합니다.

3. 여러 가지 재료를 사용하여 생물을 만들어봅시다.

4. 우리 모둠 개체의 특징에 대해 설명하는 안내판을 만듭니다.

5. 교실에 전시회장을 꾸미고 작품을 배치합니다.

▸감상

작품을 감상하며 상호 평가지를 작성하여 봅시다.

<상호평가지> 1모둠 2모둠 3모둠 4모둠 5모둠 6모둠

인간의 생활을 개선시키는데 도움이

되는 생물인가?

☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆

표현재료와 용구를 적절히 사용하였는가?

☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆

작품의 표현이 아름답게 잘

되었는가?

☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆

작품 안내문에 육종 방법, 특징, 장점이

잘 나타났는가?

☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆

총평 ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆ ☆☆☆

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[참고자료]

난쟁이 봄밀 ‘소노라’

1970년 노벨 평화상은 밀밭에서 땀을 흘리고 있던 한 과학자에게 주어졌다. 미국의 과학자인 볼로그 (Borlaug,N.E.: 1014~2009)가 그 주인공이다. 어떻게 해서 농학자이며 식물병리학자인 그가 노벨 평화상 을 받게 되었을까?

1944년 빈곤에 시달리던 멕시코로 건너간 볼로그는 전 세계에 있는 수천 종의 밀을 이용하여 수확량 이 많은 밀 종자를 만드는 연구를 하였다. 10여 년의 교배실험 끝에 마침내 낱알이 더 많이 달려 수확량 이 많고 병충해에도 강한 ‘소노라’를 개발하는데 성공한다. 소노라의 보급으로 밀 수입국이던 멕시코는 1963년부터 밀 수출국이 되었으며, 파키스탄과 인도로 전해진 소노라로 인해 1965년에서 1970년 사이 이 지역 밀 생산량이 두 배 이상 증가하였다.

볼로그가 만들어 낸 이 작은 밀알은 10억 명 이상의 사람들을 굶주림으로부터 자유롭게 했고, 이러한 성 공은 ‘녹색혁명’으로 널리 알려진다. 세계 평화에 이바지한 공로로 볼로그는 노벨 과학상이 아닌 노벨 평 화상을 받게 된다. 노벨상 수락 연설에서 그는 “식량은 이 세상에 태어난 모든 사람들의 도덕적 권리”라 고 말했고, 그의 과학기술은 배고프지 않을 사람들의 기본 권리를 실현해 주었다.

자료 출처

위키피디아 미래앤컬쳐 고등학교 과학 교과서

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[참고자료]

바나나가 멸종위기에 처했다고?

세계인이 사랑하는 바나나가 멸종위기에 처했다.

전 세계적으로 널리 소비되고 있는 과일 바나나. 우리나라에서는 연매출 1위의 과일이기도 하고, 아프 리카를 비롯한 여러 나라에서 주요 식량으로 소비되고 있다. 그런데 바나나에 치명적인 곰팡이 병이 전 세계로 확산되고 있고, 이대로라면 바나나가 지구상에서 사라질 수도 있다고 미국 경제 전문채널 CNBC 이 보도하며 화제가 되었다(현지시각 2014.4.21.)

바나나 전염병, 파나마병이란?

바나나 전염병이라 불리는 ‘파나마 병’은 곰팡이 균이 뿌리에 침투해 뿌리가 썩고, 잎이 갈색으로 변하 면서 말라죽는 병이다. 1903년 파나마에서 처음으로 발견돼 파나마 병으로 이름 붙여진 치명적인 전염병 이나 현재까지 백신이나 농약 등 치료법이 없다.

이전에도 파나마 병으로 인해 바나나가 멸종 되다시피한 사례가 있다. 현재 우리가 먹고 있는 바나나의 95%이상은 캐번디시라는 품 종이다. 그러나 1950년대까지만 해도 자메이 카가 원산지인 그로미셸(Gros Michel)이라는 품종이 대량생산되고 있었다. 그로미셸은 껍 질이 단단해 운반이 쉬웠고, 맛은 캐번디시 품종보다 훨씬 달고 맛있었다.

파나마 병이 발생하면서 그로미셸 바나나의 생산성은 급격히 떨어졌고, 이를 대체할만한 새로운 품종의 바나나가 필요했다. 그래서 그로미셸의 대체종으로 선택된 것이 그보다 맛은 떨어지지만 파나마 병에 강한 캐번디시 이다.

변종 파나마 병 바이러스의 발생! 캐번디시 바나나가 위험하다!

그런데 변종 파나마 병 바이러스인 TR4(Tropical Race 4)가 이번에는 캐번디시 품종을 감염시키기 시 작했고 전 세계로 확산되고 있다. 1980년대 대만에서 발견돼 동남아시아 일대를 휩쓸기 시작한 TR4는 당시 대만 바나나의 70%가량을 초토화시켰고 인도네시아에서는 5000만㎡의 바나나 재배지를 포기해야만 했다. 현재 이 질병은 동남아시아, 호주, 인도를 거쳐 바나나 생산의 핵심지인 중남미에 까지 도달했다고 한다. 농부들은 바나나를 비닐포장지로 감싸고 해충제를 뿌리는 등의 조치를 취하지만 실제로는 근본적

우리가 ‘바나나’하면 떠올리는 캐번디시 바나나. 전 세계 소 비되는 바나나의 95%이상을 차지한다.

(52)

이제 어쩌면 캐번디시보다 더 맛없는 바나나를 선택해야할 지도 모를 일이다.

바나나의 멸종위기, 인간 때문이다?

전문가들은 바나나의 멸종위기를 초래한 원인은 인간의 욕심 때문이라고 말한다. 상품성 있는 품종을 대 량생산하는 것이 다국적 기업들에게는 유지비용측면과 생산비용측면에서 유리하기 때문이다. 현재 식용 되고 있는 바나나는 유성생식을 하지 못한다. 우리가 먹는 바나나는 씨가 없거나 씨가 효력이 없는 형태 로 품종이 개량된 바나나이기 때문에 가지를 잘라 심는 꺾꽂이 방식으로만 번식이 가능하다. 즉 캐번디 시 바나나는 유전적 다양성이 없는 단 하나의 바나나 나무에서 잘라 심은 ‘복제품’인 셈이다. 유전적으로 동일한 이 개체만 재배될 경우, 전염병이 돌면 모두 다 말라죽게 된다는 것이다.

바나나 전염병, 대책은 없을까?

그로미셸 대신 캐번디시가 선택됐던 것처럼 TR4바이러스에 내성이 있는 새로운 품종의 바나나를 개발하 는 것도 하나의 방법이다. 그러나 새로운 품종을 선택해 한 종만 대량생산을 한다면 지금과 같은 악순환 의 고리는 끊을 수 없게 된다.

백신개발도 간절히 필요하다. 백신이 없다면 이미 진행 중인 바이러스의 확산을 막지 못해 캐번디시 품 종의 멸종을 막지 못할 것이다.

그러나 아무리 유전조건이 우수하 고 강한 식품일지라도 동일 유전자 를 가진 복제품만 존재한다면 하나 의 전염병에 모두 사라질 수 있다.

이를 해결하기 위한 방법은 번식력 이 거의 없어진 캐번디시 바나나를 다른 종과 장기간에 걸쳐 교배시켜 자연스런 잡종품종을 다량 만드는 것이다. 시간과 노력이 필요하겠지 만 바나나 품종의 다양성을 확보하 는 것이 미래를 위한 선택이 될 것 이다.

자료 출처

LG 사이언스랜드 캐번디시 외에도 다양한 맛과 특징을 가진 품종의 바나나가 있다.

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[참고자료]

육종과 유전자변형기술(GMO)

1. 육종과 유전자변형기술(GMO)은 어떤 점이 다른가?

육종방식은 자연적으로 교배가 가능한 종(種)이나 속(屬)에 속하는 식물들을 인위적으로 교배시킴으로 써 보다 우수한 형질을 가진 작물을 개발하는 것이다. 우수한 개체나 집단을 선발하여 세대를 넘기는 분리육종에서부터 인공교배를 통해 잡종2세대와 그 이후인 분리세대에서 다양한 선발을 하는 교배육종, 인위적으로 방사선이나 화학물질을 처리하여 다양한 유전자변이의 돌연변이체를 유기하는 육종방법인 돌연변이 육종 등 다양한 육종방식이 현재 활용되고 있다.

이에 반하여 유전자변형작물은 자연적으로는 교배가 불가능한 생물종의 유용유전자를 발굴하고 이 유 전자를 유전자변형기술을 통해 도입시켜 개발한다. 사막에서 잘 자라는 식물에서 건조한 기후에 견딜 수 있는 유전자를 발굴하고 이를 다른 작물에 도입하여 건조한 기후에서도 잘 자랄 수 있도록 만든다거나 특정 화학성분에 내성을 가진 유전자를 작물에 도입하여 제초제에 견딜 수 있는 작물을 개발하는 것이 유전자변형기술을 활용한 작물개발의 예라고 할 수 있다.

2. 육종과 유전자변형기술(GMO)은 공존할 수 없을까?

유전자변형기술과 기존의 육종은 모두 장단점을 가지고 있다. 유전자변형기술은 기존 육종에 비하여 더 많은 비용과 기술을 필요로 하기 때문에 쉽게 진입하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 그러나 기존의 육종방법으로는 불가능 했던 다른 식물의 유용유전자를 이용하거나 나아가 동물이나 미생물의 유용유전 자를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 육종의 경우에는 많은 시간과 노력이 소모되고, 원하는 형질을 얻 기 위해 수많은 반복재배 과정이 필요하고 어떤 경우에는 그 형질을 얻지 못 할 수도 있다는 단점과 같 은 종이나 근연종에 유용한 형질이 없는 경우에는 개발이 어렵다는 단점이 있다. 그러나 육종방식으로 개발된 작물의 경우에는 유전자변형생물체처럼 그 안전성을 평가하는 시간과 비용이 들지 않고 소비자 의 인식도 나쁘지 않기 때문에 쉽게 상업화 된다는 장점을 가지고 있다.

기존의 육종방법으로도 원하는 형질의 작물을 얻을 수 있다면 비용과 노력이 많이 소요되는 유전자변 형기술을 활용하기 보다는 육종을 통해 개발하는 것이 상업화에도 유리하다. 다만 원하는 형질을 유전자 전이가 가능한 같은 종의 작물이나 근연종에서 얻을 수 없을 때에는 유전자변형기술을 활용하는 것이 유리 할 것이다.

유전자변형작물 개발과정에서 유용 유전자를 발굴하거나 개발된 유전자변형작물을 상업화하기 위한 여 러 가지 과정에는 기존 육종방법들이 많이 동원되고 있다. 즉 유전자변형작물을 개발하고 상업화하기 위 해서는 육종방법도 꼭 필요하다고 하니 두 기술을 서로의 부족한 부분을 채우며 공존한다고 보아야 할 것 이다.

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참조

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