■ 교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	칫솔 살균기			실험 원리	세균의 번식, 환경, 자외선의 기능
실험 시간	40분	실험 분야	물리, 생물, 생활과학	실험 방법	개별실험 + 개별결과물
세트구성물	칫솔 살균기 도안, 장식용 스티커, 자외선LED, 양면테이프, 저항(150Ω), 스위치, 전지, 은박테이프, 압착걸이, 3P커넥터, 커넥터용 전선
교사준비물				학생준비물	칫솔(가능하면), 가위
실험 결과	학생 1인당 칫솔 살균기를 1개씩 가지고 갑니다.
실험팁	TIP 1. 회로 연결시 전지를 작은 지퍼에 넣는 과정은 불필요한 접촉을 막기 위함입니다. TIP 2. 연속적으로 작동하면 3일 정도 켤 수 있습니다. 매번 자외선 살균시간을 5~10분 정도로 지켜주세요.

햇빛 속 자외선은 어떤 기능이 있을까요?

자외선은 살균, 소독작용을 합니다. 세균 및 미생물을 사멸시킬 수 있습니다.

1. 세균이 번식하기 좋은 환경은 어떤 환경일까요?

온도와 습도가 높은 여름철 날씨는 세균이 번식하기 좋습니다.

2. 세균이 좋아하는 환경을 고려한다면, 건강한 칫솔 관리법은 어떤 것일까요?

칫솔 사용 후 바람이 잘 통하는 선선한 곳에 바로 말려줍니다. 햇빛에 놓거나, 자외선 소독을 하는 방법도 있습니다.

세균

세균(細菌) 또는 박테리아(라틴어: bacteria 단수형: bacterium[*])는 생물의 주요 분류군이다. 세포소기관을 가지지 않은 대부분의 원핵생물이 여기에 속한다. 원핵생물 중에서 고세균이 세균과 다른 계를 이루고 있다는 것이 최근에 밝혀졌다. 이를 엄밀하게 구분하기 위해 진정세균(眞正細菌, eubacteria)이라는 말을 쓰기도 한다. 세포벽은 펩티도글리칸 구조이며 세포벽의 형태에 따라 그람 양성세균과 그람 음성세균으로 구분한다. 박테리아라는 이름은, 우측 사진에 있는 바실러스 박테리아의 모양을 보면 쉽게 이해할 수 있듯, '작은 막대기'라는 뜻의 고대 그리스어 박테리온(그리스어: baktērion)에 비롯되었다. 박테리아는 현미경을 발명한 네덜란드의 안톤 판 레이우엔훅(대한민국에서는 '레벤후크'라는 이름으로 더 널리 알려져 있다)이 1676년에 처음으로 관찰한 것으로 알려져 있다.

특성

현재의 세균류는 지구상에 최초로 번성한 생물군이 살아남은 것이라고 할 수 있는데, 약 30억 년 전 것으로 보이는 세균류의 화석은 이 사실을 더욱 확실히 해 준다. 한편, 세균류는 처음 지구에 출현한 후 몇 억 년 동안 환경 변화에 적응하면서 생화학적 진화를 계속하였다. 오늘날 세균류가 다양한 작용을 하는 것은 이러한 생화학적 진화 결과라고 할 수 있다. 세균의 세포벽은 탄수화물과 아미노산으로 이루어진 매우 얇은 막이다. 세포핵은 없지만 핵 부위라고 부르는 부분에 핵물질이 들어 있는 것도 있다. 이 부분은 보통 생물의 세포핵과 구조적인 차이를 보이므로 '핵양체'라고 한다. 특히, 대장균 등에서는 DNA 사슬이 둥근 고리로 존재하는데, 이것은 하나의 염색체에 해당되며, 여기에는 일반 염색체에서 볼 수 있는 히스톤과 같은 단백질이 없다.

세균의 몸은 단세포이며 길이는 1μ(1/1000㎜) 정도, 넓이는 이것의 1/2~1/7의 길쭉한 것 또는 둥근 모양의 것이 있다. 크기가 작을 뿐만 아니라 세포 구조도 원시적이어서, 보통 생물체 세포에서 볼 수 있는 막으로 둘러싸인 핵·미토콘드리아·골지체, 그 밖의 색소체나 액포 등은 존재하지 않는다. 그러나 생장이 빠르고 생화학적인 역할이 다양하며, 환경에도 잘 적응할 수 있다. 세균류는 지구상의 어느 곳에서든지 부생·기생·공생 또는 독립 생활을 하며 살아가고 있다. 이 중 다른 생물체나 그 생산물에 의지하여 생활하는 경우에는 복잡한 유기물 분해에 의해서 생활에 필요한 에너지를 얻는데, 즉 분해자로서 자연 생태계를 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

한편, 기생하는 것에는 동식물체에 병을 일으키는 종류도 있다. 자연계에 무균 상태의 동식물은 없다고 추측되며, 세균류는 동식물의 생활과 진화에 밀접한 관계를 가져왔다고 여겨진다.

번식

세균의 몸은 일정한 크기로 자라면 둘로 분열되어 각각 독립적으로 성장하게 된다. 이 때 구균은 1 또는 2, 3 평면에서 분열이 일어나 특징적인 단세포 집단을 만드는 데 비해 길쭉한 간균이나 나선균에서는 긴축과 직각인 면이 분열한다. 이와 같이 세균류의 생활사는 일반적으로 간단하며 분열에 의한 무성 생식이지만, 대장균이나 그 밖의 소수의 것은 유성 생식 접합을 하기도 한다. 또한, 무성 생식에도 변화가 있어서 내생 포자를 만드는 것이 있는가 하면, 몸의 일부에서 싹이 나오는 것도 있다.

세균은 환경이 적절하면 매우 빠르게 번식한다. 대부분 이분법으로 번식하며 1~3시간마다 한 번씩 분열하지만 일부는 최적조건에서 20분 만에 한 번씩 분열하는 것도 있다. 그러나 세균은 개체수가 늘어남에 따라 결국 영양분을 모두 소모하고 대사 노폐물로 스스로를 중독시키며, 다른 생물에게 잡아먹히기 때문에 무한정 늘어나지는 않는다. 또한 자연상태에서의 다른 생물과 경쟁해야하고 많은 종류의 미생물이 세균의 번식을 억제하는 항생물질을 생산하기 때문에 개체수가 증가할수록 생장속도는 점차 더뎌진다.

어떤 세균은 필수 영양물질이 고갈되면 내생포자(endospore)를 형성하기도 한다. 내생포자는 원래의 세포에 들어있던 염색체가 복제되면서 단단한 벽으로 둘러싸여 형성된다. 내생포자가 형성될 때 수분은 거의 제거되고 물질대사는 중단된다. 세포의 나머지 부분은 분해되어 내생포자만 남겨진다. 대부분의 내생포자는 아주 견고해서 끓는 물에서도 생존할 수 있다. 내생포자를 제거하기 위해 실험실에서는 압력을 높여 121℃까지 온도를 올릴 수 있는 고압멸균기를 사용한다. 이보다는 덜 적대적인 환경에서 내생포자는 수백 년 이상 휴면 상태로 살아남을 수 있다. 이러다가 환경 조건이 좋아지면 다시 물을 흡수해서 물질대사를 시작할 수 있다.

자외선

[ ultraviolet rays ]

전자파의 일부로써 파장 100~380nm(1nm＝10－9m)의 전자파를 말하며(그림), 그 파장에 따라 자외선 A(315~380nm) 자외선 B(280~315nm) 자외선 C(100~280nm)에 나눌 수 있다. 특히 자외선 C는 극단자외선, ozone 발생선과 살균선으로 나눌 수 있다. 세균 곰팡이와 효모 등의 미생물에 대하여 살균효과가 있는 자외선 파장은 250~260nm이고, 그 중에서도 253.7nm 파장이 가장 살균효과가 크다. 태양광선에는 자외선이 많이 포함되어 있고 이 자외선에는 세균이나 곰팡이, 효모 등을 사멸시키는 효력이 있는 것이 알려지고 있다.