세포분열에도 세포의 구조에 따라 다름을 증명하라

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원리를 이해하는 심층 해설

관찰에서 분류로 나아간다. A는 바깥의 윤곽이 안쪽으로 들어가고 최종적으로 연결부가 분리된다. B는 내부에 모인 막 주머니가 합쳐져 새 경계를 넓혀 간다. 이 두 관찰을 각각 동물의 분열구와 식물의 세포판 형성에 대응시킨다. “둥글면 동물, 네모면 식물”과 같은 외형 추측은 제시된 근거가 아니다.

세포벽은 막과 같은 구조가 아니다. 세포벽은 세포막 바깥에서 지지하는 구조이므로, 표면 전체가 크게 잘록해지는 데 제약을 준다. 식물은 내부에서 새로운 경계를 조립한다. 세포벽 때문에 식물 세포가 어떤 변형도 할 수 없다는 뜻은 아니다.

재료가 도착하는 것과 연결되는 것은 별개다. 막 주머니가 있어도 서로 합쳐지지 못하면 연속적인 세포판을 제대로 만들 수 없다. 이미 나뉜 두 딸핵은 남지만 하나의 세포 안에서 공간 구획이 완성되지 않을 수 있다. 제공되지 않은 정보만으로 핵이 다시 합쳐진다거나 세포가 반드시 죽는다고 예측할 수는 없다.

모범 답안

1-1. A는 동물 세포이다. 표면이 둘레에서 안쪽으로 들어가고, 마지막에 가늘게 연결된 부분이 분리되기 때문이다. B는 식물 세포이다. 막 주머니가 내부 중앙에 모이고, 이들이 합쳐 만든 새 경계가 바깥쪽으로 넓어지기 때문이다.

1-2. A는 단백질 고리의 힘으로 기존 표면을 좁혀 세포를 나눈다. B는 내부에 새 막과 벽을 만들며 경계를 확장한다. 식물의 세포벽은 표면이 크게 잘록해지는 데 제약을 주므로, 내부에서 새 경계를 형성하는 방식과 연결된다.

1-3. 막 주머니가 중앙에 도착하더라도 연속적인 경계가 형성되기 어렵다. 따라서 핵은 두 개로 나뉘어 있으나 세포질이 제대로 구획되지 않은 상태가 남을 것으로 예측한다.

채점 기준 · 30점

같은 의미를 과학적으로 타당하게 설명한 답안도 인정합니다. 핵심 근거가 일부만 제시된 경우 해당 항목에서 부분 점수를 부여합니다.

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원리를 이해하는 심층 해설

분모는 추적을 시작한 모세포 50개다. 완료된 모세포 한 개에서 딸세포 두 개가 나왔더라도 완료율의 분자를 두 배로 만들지 않는다. 동물 대조군은 46÷50×100=92%, D군은 22%이다. 식물 대조군은 90%, P군은 30%이다. 감소 폭은 각각 70%p와 60%p다.

두 단계의 완료 기준을 구분한다. 모두 두 딸핵이 형성된 상태에서 시작했는데도 세포질분열은 일부만 완료되었다. 따라서 핵이 두 개라는 사실만으로 세포질분열 완료를 판단할 수 없다. 이 결과가 두 과정 사이의 조절 관계가 전혀 없다는 뜻은 아니다.

관찰된 차이와 일반적 우열은 다르다. 이 실험 조건에서 D군의 감소 폭이 더 큰 것은 사실이다. 그러나 세포 종류도 처리도 다르고 농도·노출 시간·유입량 같은 비교 정보가 충분하지 않다. 따라서 D가 모든 세포에서 더 강하다고 일반화할 수 없다. 같은 세포 재료에서 두 처리를 여러 농도와 시간으로 비교하고 반복하면 해석이 나아진다. 같은 수치의 농도 하나만 맞추는 것으로 모든 약효 차이를 통제할 수 있는 것은 아니다.

모범 답안

2-1. 동물 대조군 92%, D 처리군 22%, 식물 대조군 90%, P 처리군 30%이다. 대조군 대비 감소는 D군 70%p, P군 60%p이다.

2-2. 틀린 주장이다. 처음부터 두 딸핵이 형성된 세포를 골랐는데도 D군 39개와 P군 35개는 두 핵이 한 세포 안에 남았다. 핵분열 완료와 세포질분열 완료는 구별해야 한다.

2-3. 이 조건에서 D군의 완료율 감소가 더 크다고는 말할 수 있지만 모든 세포에 더 강하다고 말할 수는 없다. 동물과 식물이라는 재료 차이와 농도·시간 등의 영향을 분리하지 못했기 때문이다. 같은 세포 종류에서 두 처리를 각각 적용하고 여러 농도와 시간에 걸쳐 생존율과 분열 완료율을 반복 비교해야 한다.

채점 기준 · 30점

같은 의미를 과학적으로 타당하게 설명한 답안도 인정합니다. 핵심 근거가 일부만 제시된 경우 해당 항목에서 부분 점수를 부여합니다.

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원리를 이해하는 심층 해설

“반드시”는 반례 하나로도 무너진다. 가는 벽이 없는 상태에서 동물형 표면 함입 대신 내부 경계 형성으로 분열했다. 제시된 기록이 정확하다는 조건에서 보편적 가설의 직접적인 반례이다. 한 사례가 가설을 반박할 수 있다는 것과 그 결과의 빈도를 추정할 수 있다는 것은 다르다. 재현성과 빈도 평가는 반복 관찰이 필요하다.

나와 다는 가설이 다루는 조건을 충족하지 못한다. 나는 실제 분열 때 벽이 있었으므로 벽 없는 상태의 분열 방식에 관한 직접 증거가 아니다. 다는 핵분열조차 시작하지 않았으므로 어떤 세포질분열 방식이 나타날지 판단할 수 없다. 살아 있다는 사실만으로 정상적인 분열 능력이 확인된 것은 아니다.

공정한 비교가 되도록 변인을 통제한다. 분열 능력이 확인된 같은 식물 재료를 사용하고, 벽 유지 모의 처리군과 벽 제거군을 비교한다. 벽 제거군은 다시 벽이 생긴 경우와 생기지 않은 경우를 구분한다. 적절한 주변 용액·온도·영양·관찰 시간을 맞추고, 벽 제거 조작의 손상도 확인한다. 핵과 표면만 보지 말고 내부 경계가 어디서 시작해 어떻게 넓어지는지를 시간에 따라 기록한다.

모양은 작용 원리의 일부 단서다. 표면이 잘록해지는 현상만으로 특정한 단백질 고리의 작용을 확정할 수 없다. 막 안쪽에 수축 장치가 만들어지는지, 그 장치의 기능을 방해하면 함입이 멈추는지, 회복시키면 다시 진행되는지를 확인하는 접근이 타당하다. 중학교 기반 답안에서는 전문 단백질 이름을 요구하지 않는다.

모범 답안

3-1. 가가 직접적인 반례이다. 분열이 끝날 때까지 벽이 없었는데도 내부에 새 경계를 만드는 방식으로 분열했기 때문이다. 나는 분열 전에 벽이 재생되어 벽 없는 상태를 검증하지 못했다. 다는 분열 자체를 시작하지 않아 분열 방식을 판정할 수 없다.

3-2. 같은 식물의 분열 가능한 세포를 벽 유지 모의 처리군과 벽 제거군으로 나눈다. 벽 제거군이 터지지 않는 적절한 용액을 사용하고, 가능한 범위에서 같은 용액·온도·영양 조건을 대조군에도 적용한다. 생존과 처리 손상을 확인하고, 벽 표시로 재생 여부를 계속 관찰한다. 핵분열 진입, 내부 경계의 형성과 확대, 표면의 변화, 세포질 구획 완료를 시간에 따라 기록한다. 여러 세포와 독립적인 배양에서 반복한다.

3-3. 형태만으로 같은 장치가 작용했다고 판단할 수 없다. 막 안쪽에 고리 모양의 수축 장치가 생기는지 관찰하고, 그 작용을 선택적으로 막았을 때 함입이 멈추는지 확인해야 한다. 단순한 압박이나 다른 막 변형의 가능성도 고려한다.

채점 기준 · 40점

같은 의미를 과학적으로 타당하게 설명한 답안도 인정합니다. 핵심 근거가 일부만 제시된 경우 해당 항목에서 부분 점수를 부여합니다.