※ 별첨2 : 논술형으로 판정받은 문제

■ 수학 논술형 문제(2문항)

▶ 숙명여대 2-2

계 열 문 항

<가> S씨는 10여 년 전 몸에 이상을 느껴 병원을 찾아갔다. 당시 의사는 증상을 듣고 암이 의심된다며 새로 개발된 암 진단검사를 제안하였다. 이 검사의 경우 암에 걸렸을 때 양성반응이 나올 가능성은 [eqn: 90%]이고 정상일 때(암에 걸리지 않았을 때) 양성반응이 나올 가능성은 [eqn: 10%]라고 한다. 검사 결과, 양성으로 판정되었고 이에 S씨는 충격을 받았지만, 의사는 “S씨 연령의 여성이 암에 걸릴 가능성은 [eqn: 1%]이고 검사 정확도가 [eqn: 90%]이므로 설령 검사에서 양성으로 나왔더라도 진짜 암에 걸렸을 확률은 [eqn: 8%] 정도밖에 안 되니 너무 걱정하지 말고 추가 정밀검사를 해봅시다.”라고 했다. 여러 검사를 한 결과 다행히 암이 아닌 것으로 판정됐다.

S씨의 사례에서 중요한 것은 ‘양성반응이 나왔을 때 암일 확률’이며, 이 확률은 ‘[eqn: P(암|양성)]’으로 표시한다. 양성반응이 나올 확률을 [eqn: P(양성)], 암일 확률을 [eqn: P(암)]이라 할 때,

[eqn: P(암 | 양성) = {P(암 cap 양성)} over P(양성)]

이 된다. 여기에서 [eqn: P(암 SMALLINTER 양성)]은 암이면서 양성반응이 나올 확률이다. 위의 식을 이용하면,

[eqn: P(양성)P(암|양성) = P(암 cap 양성) = P(양성 cap 암) = P(암)P(양성|암)]

인 것을 알 수 있으며, 이는 아래의 식으로 변형될 수 있다.

[eqn: P(암|양성) = {P(암)P(양성|암)} over {P(양성)}]

여기서 [eqn: P(양성|암)]은 ‘암일 때 양성반응이 나올 확률’로 검사의 정확도인 [eqn: 90%]이다. 결국 S씨가 검사결과에 충격을 받은 건 [eqn: P(양성|암)]과 [eqn: P(암|양성)]을 동일시했기 때문이다. 한편 [eqn: P(암)]은 암일 확률이므로 [eqn: 0.01]이다. 암이면서 양성반응이 나올 수 있고, 정상이면서 양성반응이 나올 수 있으므로, 양성반응이 나올 확률은 [eqn: 10.8%], 즉 [eqn: 0.108]이 된다. 따라서

[eqn: P(암|양성)= {0.01 TIMES 0.9} over {0.108} SIMEQ 0.083]

이다. 즉 검사에서 양성반응이 나왔을 때 암일 확률은 약 [eqn: 8.3%]가 된다.

<나> 우리는 다양한 문제 상황에서 여러 결정을 하면서 삶을 영위한다. 이때 이러한 결정은 합리적일수록 바람직한 결과에 도달할 가능성이 크다. 그렇다면 합리적인 결정의 기준이란 무엇인가? 그 기준은 결정을 내려야 할 때의 일반적인 맥락이 어떠하냐에 따라 다르다. 첫째, 조건에 따른 각 행위의 결과에 대해 확률에 관한 정보를 알고 있는 맥락이 가능한데, 이러한 맥락에서의 결정을 ‘위험 하의 결정’이라고 부른다. 이 맥락에서는 우리의 지식은 불완전하거나 부분적이다. 둘째, 각 행위가 어떤 결과를 가져올지 정확히 알 수 있는 맥락이 가능한데, 이러한 결정을 ‘확실성 하의 결정’이라고 부른다. 이 맥락에서는 우리의 지식은 객관적인 확실성을 가진다. 셋째, 각 행위의 가능한 결과에 대해 확률에 관한 정보가 없는 맥락에서의 결정을 ‘불확실성 하의 결정’이라고 부른다.

합리적인 결정을 하기 위해서는 그 결정이 이루어지는 맥락이나 상황이 어떤 것인지를 먼저 판단해야 한다. 어떤 행위를 했을 때 그 결과는 행위자에게 바람직할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 이러한 바람직함의 정도를 효용이라고 부른다. 또한 행위의 기대 효용(기댓값)은 각각의 가능한 결과가 가지는 확률에 그것의 효용을 곱하여 더한 값이다. 일반적으로 위험 하의 결정에서는 “기대 효용을 최대화하는 행위를 선택하라.”는 규칙을 따를 때 합리적이다. 반면에 확실성 하에서의 결정에서는 관련 행위 결과의 확률이 [eqn: 1]이기 때문에, “가장 효용이 높은 행위를 선택하라.”는 규칙을 따를 때 합리적이다. 불확실성 하에서의 결정에서는 상황에 따라 합리적 결정의 방법은 다양할 수 있다.

<다> 인류는 지구와 유사한 환경을 가진 ‘V 행성’으로 이주하는 대형 프로젝트를 구상하고 있다. 최초로 선발된 이주희망자 20명은 다음 <조건>을 인지하고 이 프로젝트에 지원하였다. 이 프로젝트의 최종 목적은 이주희망자들을 가능한 한 많이 V 행성에 정착시키는 것이다.

	<조 건>
이주희망자들은 일단 V 행성으로 이주하면 지구로 돌아올 수 없다. 이주를 위한 우주왕복선은 한 대이고, 1회 운항에 최대 20명의 이주희망자(우주비행사 제외)와 [eqn: rm50`m^2] 크기의 거주공간 구축에 필요한 자재를 동시에 실어 나를 수 있다(단, 자재만 운송할 수도 있다). 우주왕복선은 V 행성까지 왕복 1년의 시간이 걸리며, 최대 4회까지 운항 가능하다. 이주희망자들은 동일한 생존 능력을 지니고 있다. V 행성에서는 생존을 위해 1인당 최소 [eqn: rm10`m^2]의 거주공간이 필요하다. 각각의 운항 시 이주희망자들의 정착 성공확률은 [eqn: 90%]이다. * 위에 제시한 조건 이외의 것은 고려하지 않는다.

2-2.  <나>에서 설명하고 있는 세 가지 의사결정 방법을 바탕으로 <가>를 참고하여 <다>에서 이주희망자 20명이 모두 성공적으로 정착할 수 있는 가능성이 가장 큰 이주 계획을 합리적으로 결정하는 방법을 논술하시오. (700±70자)

▶ 홍익대 2-(마)

앞에서 살펴 본 강제진동은 지진이나 바람과 같은 외부힘에 의해 건물이 진동하는 경우에도 적용된다. 실제 건물에도 탄성이 존재하므로 진동의 특성을 질량 [eqn: m`]과 용수철 상수 [eqn: k`]로 나타낼 수 있다. 특정한 진동수를 가지고 좌우로 진동하는 지진력은 건물에 좌우 진동을 유발하는데 만약 공진이 발생하는 경우에는 작은 지진력에도 건물이 붕괴될 수 있다.

(마) 특정한 진동수의 지진에 대해 공진이 발생하는 건물이 있을 때, 건물의 공진을 감소시키기 위한 방안을 간단히 제시하여라.

■ 물리 논술형 문제(4문항)

▶ 고려대 A - (d), (e)

(가)

물체가 충돌할 경우 일반적으로 비탄성충돌로 인해 에너지를 잃어버린다. 그림 1에서 질량이 [eqn: m]인 물체 [eqn: A`]가 수평방향으로 초기 속력 [eqn: v _{0}]로 오른쪽으로 움직이다가 정지하고 있는 질량이 [eqn: 2m]인 물체 [eqn: B``]와 탄성충돌을 한다. 물체 [eqn: B``]는 탄성충돌을 한 후 중력에 의해 아래쪽으로 힘을 받아 두 벽을 번갈아 부딪치며 아래쪽으로 움직이고 벽과 차례로 [eqn: P _{1} ,`P _{2} ,`P _{3} ,` CDOTS] 지점들에서 충돌을 한다. 벽과 충돌할 때마다 물체 [eqn: B`]의 수평방향의 속력은 [eqn: alpha]배가 되고([eqn: 0< alpha LEQ 1]) 충돌로 인한 수직방향의 속력 변화는 없다고 하자. 중력가속도는 [eqn: g], 두 벽간의 거리는 [eqn: LITER]이고, 물체의 크기와 공기저항 및 마찰은 무시한다.

그림 1.

(나)

도체 내부의 자유전자는 열에너지에 의해 매우 빠르게 움직이지만 원자와 반복적으로 충돌하면서 운동 에너지의 일부를 잃게 되고 무질서한 충돌로 인해 전체적인 전류는 0이 된다. 외부에서 전압을 걸어주면 자유전자는 힘을 받아 한쪽 방향으로 가속되지만 무질서한 충돌이 병행되면서 자유전자의 평균 속도의 크기는 매우 작아져 1 mm를 이동하는데 수 초나 걸린다.

(d) 제시문 (나)에서 전류가 흐르는 도체 내부의 자유전자 이동과 제시문 (가)에 기술된 물체 [eqn: B``]의 운동에는 유사점과 차이점이 있다. 이에 대하여 논술하시오.

(e) 자유전자의 평균 속도의 크기가 매우 작음에도 불구하고 스위치를 올리면 전등이 즉시 켜지는 이유는 무엇인가?

▶ 동국대 – 4

【가】 디지털 카메라는 사람의 시신경계와 같이, 빛을 받아들인 다음 그 초점이 맞추어진 영상을 기록하여 형상화할 수 있는 장치이다. 이때 영상이 맺히는 망막과 같은 역할을 하고 이를 기억하는 장치가 바로 전하 결합 소자(CCD)이다. 전하 결합 소자는 디지털 입력 기기들에서 빛의 세기 신호를 전기적인 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 것으로, 수많은 미세한 광전 변환 소자들의 격자로 구성되어 있으며, 각각의 소자들은 그 영상을 각자 분담하여 상(像)을 만들어 내는데 이러한 소자들을 픽셀(pixel)이라고 한다.

-『고등학교 과학』

【나】 디지털 카메라에서의 영상은 일반적으로 정사각형 모양을 한 픽셀들이 특정 밝기 값을 가지고 직사각형 형태의 영상 격자 내부에 배치되어 있는 구조로 표현된다. 이때 각 픽셀의 값은 각 픽셀이 위치한 정사각형 영역 내 밝기 값들의 평균값이고, 표시의 선명도를 뜻하는 해상도는 (가로방향 픽셀 수)×(세로방향 픽셀 수)로 나타낸다. 또한 이러한 격자구조로 인해 픽셀의 수가 유한해지므로, 해상도가 충분하지 못할 경우 선 등이 우둘투둘하게 계단처럼 보이게 되는 에일리어싱(aliasing) 현상이 나타난다.

【다】 인공위성은 궤도에 따라 정지위성과 이동위성으로 나눌 수 있다. 정지 위성은 지상에서 보았을 때 정지한 것처럼 보이는 위성이며, 이동 위성은 운동하는 것처럼 보이는 위성이다.

-『고등학교 물리』

【라】 디지털 카메라에 사용되는 렌즈는 수차를 제거하기 위하여 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등을 여러 개 조합한 렌즈계로 구성되어 있다. 렌즈계는 <그림1>에서와 같이 하나의 볼록 렌즈로 작용하여 전하 결합 소자(CCD)에 도립된 실상을 맺게 한다.

-『고등학교 물리』

<그림 1> 이동되는 디지털 카메라에서의 렌즈 모델

【마】 초고해상도(super resolution) 영상을 만드는 기본적인 아이디어는 다음과 같다. 먼저 다음의 가정들 하에서 동일한 물체가 포함된 여러 장의 N×N 해상도의 입력영상들을 측정한다. 그 뒤 영상 간 변위를 계산해 <그림2>와 같이 하나의 kN×kN (k는 자연수) 초고해상도 가상격자에 등록(registration)시켜 정합한다. 마지막으로 초고해상도 가상격자의 각 픽셀위치 주변에 등록된 데이터들의 밝기 값들을 이용하여, 픽셀 값이 없는 초고해상도 영상의 픽셀들을 좀 더 정확히 예측해내는 것이다.

가정1 : 입력영상들을 측정하는 동안 하드웨어로 인한 영상왜곡 및 잡음은 측정시간에 무관하게 항상 존재하지 않는다.

가정2 : 입력영상들을 여러 번 측정하는 동안 카메라의 측정위치, 갑작스런 날씨변화 등으로 인해 관측 대상물체로부터 전달되는 빛의 세기가 바뀌는 경우는 없다.

가정3 : 입력영상들을 여러 번 측정하는 동안 관측 대상물체는 가만히 정지해 있다.

가정4 : 입력영상 간의 가로방향 변위 값 또는 세로방향 변위 값(즉 입력영상들 내 동일 물체 상(像) 간의 가로방향과 세로방향 위치차이)이 입력영상 픽셀너비의 정수배가 아닌 입력영상이 하나 이상 존재한다.

가정5 : 입력영상들의 각 측정시점에서 카메라 위치는 모두 정확히 알려져 있다.

<그림 2> 초고해상도 영상 예측과정

[문제4] 지구의 모습을 디지털 카메라로 인공위성에서 여러 번 촬영한 뒤, 이를 해상도가 개선된, 한 장의 초고해상도 영상으로 바꾸어보고자 한다. 제시문 【마】의 가정4가 만족되지 않는 경우와 가정5가 만족되지 않는 경우 어떤 문제점이 발생되는지를 각각 설명하시오. 또한 제시문 【마】의 방법을 적용하고자 할 때, 같은 높이에 떠있는 정지위성과 이동위성 중 어떤 인공위성이 더 적합한지를 제시문 【마】의 가정들과 제시문 【가】~【라】를 이용하여 설명하시오.

<10∼16줄 (300∼480자)> [30점]

▶ 연세대 – [2-1]

[2-1] 수소 원자에서 전자를 떼어 내어 수소 양이온을 만들기 위해 쬐어주어야 하는 자외선의 진동수에 대해서 논하고, 전기장을 사용하여 운동에너지가 2×106 eV가 되도록 수소 이온을 가속하는 방법을 제안하시오. [8점]

■ 화학 논술형 문제(3문항)

▶ 연세대 – [2-2], [2-4], [2-5]

[2-2] 메테인 하이드레이트에서 메테인 가스를 얻을 수 있는 방법과 그 이유를 4가지 이상 제안하고, 메테인 하이드레이트로부터 메테인 가스를 얻을 때 발생되는 문제점을 기술하시오. [8점]

[2-4] 가스 하이드레이트의 응용 분야 중의 하나로 해수 담수화와 관련된 연구가 진행되고 있다. 그림 4에서 제시된 상평형을 이용하여 12 °C의 해수를 담수화하기 위한 가장 효율적인 조건과 담수화 과정을 설명하시오. 제안한 조건에서 담수화가 가장 효과적으로 이루어질 수 있는 이유를 제시문 (다)를 참고하여 설명하시오. (단, 담수화 과정에서 온도는 일정하다고 가정하자.) [8점]

[2-5] 물질이 용해되는 과정은 분자 간의 상호작용으로 해석할 수 있다. 즉, 용질분자 간의 인력과 용매분자 간의 인력의 합에 비해 용매분자와 용질분자 간의 인력이 클 경우, 그 물질은 더 잘 용해될 수 있다. 메테인 가스의 경우 물에 대한 용해도는 매우 낮지만, 메테인 가스와 물을 혼합한 상태에서 일정 이상의 압력을 가했을 때 자발적으로 메테인 하이드레이트를 생성하게 된다. 이러한 과정을 엔탈피(DH)와 엔트로피(DS) 및 자유에너지(DG)의 변화와 연관시켜 설명하시오. 그리고 바닷물에서 메테인 하이드레이트를 만들기 위해서는 동일한 압력에서 순수한 물을 이용할 때보다 더 낮은 온도가 필요한 이유에 대해서 설명하시오. (단, DG = DH - T⋅DS) [8점]

■ 생명과학 논술형 문제(8문항)

▶ 경희대 자연계2 - Ⅱ-3-(2)

[마]

물은 극성을 갖는 분자이기 때문에 극성의 분자나 이온들은 물에 녹아서 잘 섞이지만, 무극성의 분자들은 물에 녹지 않아 섞이지 못하고 분리되어 자기들끼리 뭉친다. 극성 또는 이온화 부위와 무극성 부위를 동시에 가지고 있는 양쪽성 분자들은 극성 물질과 무극성 물질의 경계에 존재하여 양쪽의 성질을 모두 만족시킬 수가 있다(양쪽성 분자의 예: 계면활성제인 비누).

이러한 현상은 세포막의 구조에서도 관찰된다. 세포막은 주성분인 인지질(글리세롤에 무극성인 지방산 꼬리 부분과 극성인 인산 머리 부분이 결합된 양쪽성 분자)의 무극성 꼬리 부분들은 서로 마주 보도록 배치되어 있고 극성 머리 부분들은 세포의 안과 밖을 향하도록 배치되어 있는 이중 인지질층의 구조를 가진다. 세포막의 이러한 구조는 내부와 외부의 수용액들을 분리시키는 경계를 이루게 한다.

한편, 세포막에는 생명현상이 일어나는 내부 공간과 외부 환경 사이의 물질 수송을 담당하는 여러 종류의 수송 및 채널 단백질들이 존재하고 있다. 특히, 대부분의 세포막에 존재하는 나트륨-칼륨 ATPase 펌프는 ATP의 화학결합 에너지를 사용하여 나트륨 이온을 퍼내고 칼륨 이온을 퍼 넣어 전기화학적 구배 즉 분극을 만듦으로서 막전위를 생성 및 유지시키고 있다(예: 신경세포나 근육세포). 자극은 막전위의 변화를 유도하고 그 변화에 의하여 일정한 형태의 활동 전위가 발생하면, 자극 정보는 신경전달 과정을 거쳐서 빠르고 정확하게 중추 신경에 전달된다. 자극의 종류에는 분자, 화합물, 이온, 전압, 빛, 열, 소리, 기계적 힘 등이 있다. 감각 세포의 세포막에는 이러한 자극을 감지하는 다양한 채널 또는 수용체 단백질이 존재하고 있어, 자극에 의하여 수용체 단백질의 구조가 변하게 되면 막전위의 변화가 유도된다.

[바]

아미노산은 기본적으로 탄소 원자에 아미노기, 카복시기, 수소 원자, 곁사슬이 결합되어 있는 유기 분자이다. 서로 다른 곁사슬을 가진 아미노산들이 펩타이드 결합에 의하여 다양한 배열로 중합되면 거대 분자인 단백질이 생성된다. 단백질은 분자 내의 펩타이드 및 곁사슬의 물리-화학적 성질(크기, 모양, 극성 또는 무극성 등)에 따라 수용액 또는 세포막에서 독특한 구조를 가지게 된다.

(2) 펩타이드 사이의 수소 결합, 곁사슬의 극성도, 세포막 통과, 그리고 단백질 복합체 형성 등에 유의하면서 세포막 내에서의 막단백질의 구조 및 배치 상태를 논술하시오.

▶ 고려대 오후 - (b), (e)

(가)

우리 장내에 살고 있는 대장균을 포함하여 세균들의 세포벽에는 매우 다양한 형태의 탄수화물 분자사슬들이 존재한다. 이 분자들은 세균의 구조와 기능에 필수적인 반면, 백혈구의 일종으로 항체생산을 담당하는 B림프구가 인식하는 주요한 항원으로 작용하기도 한다.

(나)

병원체에 대한 방어는 비특이적 면역과 특이적 면역으로 구분된다. 특이적 면역은 다시 1차 면역반응과 2차 면역반응으로 구분되는데, 1차 면역반응은 이전에 감염된 적이 없는 항원에 노출되었을 때의 반응으로 며칠의 잠복기를 거쳐 소량의 항체가 생산된다. 이 기간 동안 항체를 만드는 B림프구는 분화/증식하여 일부는 항체를 생산하는 형질세포가 되고 일부는 기억세포가 된다. 2차 면역반응은 재차 침입한 항원을 인식했을 때의 반응으로 기억세포가 빠르게 형질세포로 분화/증식하여 대량의 항체를 생산한다(그림 1).

그림 1.

(다)

항원-항체 반응의 좋은 예가 ABO 혈액형 사이의 적혈구 응집반응이다. 적혈구 표면의 항원을 응집원, 이를 인식하는 항체를 응집소라고 부른다. 혈액형 분류 방법 중 수혈 시 중요한 것은 ABO 혈액형과 Rh 혈액형이다. ABO 혈액형과 Rh 혈액형은 모두 단일인자 유전이며 서로에 대해서는 독립적이다.

(라)

ABO 혈액형은 적혈구 세포막에 존재하는 탄수화물 분자사슬인 응집원의 모양에 따라 결정된다. ABO 응집원을 결정하는 유전자는 A, B, O 세 가지 대립 형질을 가지는 복대립 유전자이며 A와 B는 상호 간에 공우성이고 O에 대해서는 우성이다.

A형은 적혈구 표면에 응집원 A를 가지며 혈액 중에 항B 항체를 가진다. B형은 응집원 B를 가지며 항A 항체를 가진다. O형은 응집원 A, B 모두가 없으며 항A와 항B 항체를 가진다. AB형은 응집원 A, B 모두를 가지지만 항A, 항B 항체는 없다.

(b) 특이적 면역반응의 일종인 항체반응이 나타나기 위해서는 항원에 먼저 노출되어야 한다. 그러나 수혈, 장기이식, 임신 등의 경험이 한 번도 없는 사람이라도 자신과는 다른 ABO 혈액형의 응집원에 반응하는 항체를 갖는다. 그 이유를 제시문 (가)와 (라)에 근거하여 설명하시오.

(d) A형인 사람에게 항B 항체를 수혈 직전 먼저 정맥주사하고 B형 혈액을 수혈하기로 결정하였다. 이 방법이 수혈을 가능하게 하는데 도움이 될 수 있는가?

(e) 문제 (d)의 답에서 그렇게 판단한 이유를 설명하시오.

▶ 동국대 - 3

【가】 최근 식품업계에 ‘모디슈머’를 대상으로 한 마케팅 열기가 뜨겁다. ‘수정하다(modify)’와 ‘소비자(consumer)’를 합성한 모디슈머(modisumer)는 기존 조리법을 따르지 않고 자신이 재창조한 방법으로 제품을 즐기는 소비자를 말한다. 처음에는 전 국민이 자신만의 레시피(조리법) 하나씩은 가지고 있다는 라면에서 시작되었다. 대표적인 것이 ‘짜파구리’다. 짜파게티와 너구리를 섞어 끓이는 짜파구리 레시피는 2009년 한 대학생의 블로그를 통해 퍼지기 시작했다. 올 2월 중순 한 방송에 소개되면서 폭발적 인기를 끌었다. 너구리 매출이 전년 대비 58%, 짜파게티 매출은 20% 증가했을 정도다. 두 제품을 만드는 회사 관계자는 “생각지도 못했던 모디슈머의 레시피가 유행하면서 매출이 동반상승했다.”며 “앞으로 짜파구리 마케팅을 강화할 계획”이라고 말했다. 요즘 모디슈머의 활약은 라면을 뛰어넘어 음료, 시리얼 등으로까지 확대되고 있다. 또한 모디슈머의 아이디어는 기업의 제품 개발에도 큰 역할을 하고 있다.

- 중앙일보, 2013년 5월 14일자

【나】 오늘날 생명과학의 발달은 생명공학 기술의 발전으로 이어지고 있다. 생명공학 기술은 생명과학의 원리를 농학, 약학, 의학 등 다양한 분야에 응용하여 작물과 가축의 품종 개량, 치료법 개발, 새로운 식품과 의약품 개발 등 인류의 생활을 윤택하게 하는 데 큰 역할을 하고 있다. 생명공학 기술은 유전, 번식, 성장, 물질대사 등의 생물학 지식을 이용하여 우리에게 유용한 물질을 생산하고 활용하는 기술로서 여기에는 유전자 재조합, 중합효소 연쇄 반응을 비롯한 많은 기술이 있다. 이 중 유전자 재조합은 생명공학 분야에서 핵심이 되는 기술로, 서로 다른 계통의 두 DNA를 잘라 연결하는 기술이다. 이와 같은 유전자 복합화 기술로써 인간에게 유익한 많은 유용한 물질을 대량 생산할 수 있는 것이다. 오늘날 생명공학 기술은 인류가 직면한 식량 문제의 해결, 인간의 수명 연장 및 복지 증진 등의 인류의 편익성과 실용성을 도모하는 수단으로 기대를 모으고 있다. 그러나 생명공학 기술 발달로 인해 야기된 문제도 해결해야 할 필요가 있다. 돌리의 복제 이후 식량 문제 해결과 의학적 실용성을 위해 복제 연구가 활발히 이루어지고 있으나 사람의 유전자를 도입한 돼지를 증식시켜 장기를 얻는 경우 수인성 질환에 대한 위험성이 존재한다. 동물 복제의 경우에는 그 특성상 인간에게도 적용이 가능하므로 인간 복제가 가능하며, 그에 따른 여러 가지 윤리적인 문제도 발생할 수 있다. 이식할 장기를 생산하는 경우 잠재적 생명체인 배아를 조작해 장기를 만드는 수단으로 사용할 수 있다. 인간이 될 수 있는 난자와 같은 세포를 조작해 새로운 인간을 만들 수 있다는 사실은 인간이란 생명의 존엄성을 약화시킬 수 있다. 유전자 조작 생물(GMO)의 경우 인체나 가축에 대한 안전성이 확인되지 않았으며, 장기간 재배하는 경우 유전자 전이에 의한 슈퍼 잡초가 생기는 등의 생태계 교란이 일어날 가능성이 있다는 우려의 소리가 있다. 또 단일 품종의 GMO를 재배할 경우 생물의 다양성이 파괴될 수 있다.

-『고등학교 생명과학』

【다】 바이오 산업은 생명공학 기술을 기본으로 생명체의 기능과 정보를 활용하여 인류의 건강 증진뿐만 아니라 질병의 예방, 진단, 치료에 유용한 물질과 서비스 등 다양한 부가가치를 생산하는 산업을 말한다. 의약, 화학, 전자, 에너지, 농업, 식품 등 다양한 산업 부문에서 생명공학 기술의 접목을 통해 새로운 산업들이 만들어지고 있다. 즉, 생물체의 기능과 정보를 재조합하여 다양한 산업 분야에 영향을 미치고 있는 것이다. 화학 물질을 다른 형태로 변화시킬 수 있는 미생물의 기능은 환경 분야에도 이용될 수 있다. 많은 세균이 노폐물을 황산구리나 황산납 같은 재생 가능한 화합물로 변환시킬 수 있고, 유해 환경으로부터 구리, 납, 니켈 같은 중금속을 제거할 수 있다. 새롭게 만들어진 유전자 변형 미생물은 산업에서 필요로 하는 화학 물질을 생산하는 데 이용되기도 하고, 다양한 독성 물질을 분해하는 능력을 지닌 미생물은 생물 정화 능력 발휘하기도 한다. 이러한 기능적 특성을 복합화 하여 다양한 분야로의 적용이 가능한 것이다.

-『고등학교 생명과학』

【라】 녹색 화학(green chemistry)은 자연과 환경 그리고 화학이 함께 성장하는 지속 가능한 화학으로, 인간의 건강이나 환경에 해로운 원료, 제품, 부산물, 용액, 시약 등의 사용과 발생을 줄이려는 화학 기술이다. 화학 기술이 인류 문명 발전에 크게 기여해 왔지만 동시에 환경 오염과 기후 변화의 원인을 제공해 왔으므로, 이를 해결할 새로운 화학의 필요성이 대두된 것이다. 인간 활동에 필요한 것은 물질과 에너지이다. 이 물질과 에너지를 자연에서 얻을 수도 있지만, 화학 기술을 이용하여 얻을 수도 있다. 그러나 화학 기술을 사용하면 오염 물질이 생길 수도 있다. 따라서 녹색 화학이 필요한 이유는 화학 기술을 사용하여 환경 오염, 해로운 물질의 배출과 이동, 자원의 고갈을 최소화하기 위해 제품의 설계와 공정 과정 및 생산 방법을 개선하기 위한 것이다. 1998년 11월에 OECD는 녹색 화학에 관한 12가지 원리를 제정하였으며, 그 내용을 요소 별로 간략히 살펴보면, (1) 폐기물 발생 예방, (2) 최종 생성물은 모든 원료가 사용되도록 합성방법 설계, (3) 저유해성 화학 합성방법 개발, (4) 독성 최소화 안전 제품 개발, (5) 무독성 용매 및 보조제 사용, (6) 에너지 효율 공정 설계, (7) 재생가능 원료 사용, (8) 합성 유도체 최소화, (9) 촉매 사용, (10) 분해 가능 화학물질 사용, (11) 오염 방지의 실시간 분석, (12) 사고 예방을 위한 안전 화학 등이다.

-『고등학교 화학』

[문제3] 제시문 【가】에 나타난 사회 현상과 제시문 【나】와 【다】의 기술 개발 양상의 공통된 특징을 설명하고, 그로 인해 나타나고 있는 생명공학 기술의 문제점들을 최소화하기 위한 생명공학 기술 개발의 발전 방향을 제시문 【라】의 내용을 바탕으로 서술하시오.

<13～16줄 (390～480자)> [30점]

▶ 성균관대 - [생명과학Ⅰ-ⅲ]

<제시문1>

세포 외부의 조직이나 혈액에 존재하는 항원에 대해 우리 몸에서 항체를 생산하는 반응을 체액성 면역이라 하고, 활성화된 세포 독성 T 림프구가 병원체에 감염된 세포를 파괴함으로써 이루어지는 면역을 세포성 면역이라 한다. 항원이 B 림프구의 표면 항체에 특이적으로 결합하면 B 림프구는 형질 세포나 기억 세포로 성숙한다. 형질 세포는 항체를 분비하지만 수명이 짧다. 기억 세포는 항원을 기억하고 있다가 동일한 항원이 체내에 다시 침입하면 빠르게 항원을 제거한다.

<제시문2>

아래 그림은 A 항원을 주사한 후 2주 동안 혈청 내 A 항원에 대한 항체 농도를 측정하여 그래프로 나타내었다.

<제시문3>

바이러스는 핵산(DNA 또는 RNA)과 단백질로 구성되어 있으며, 독립적으로 물질대사를 수행하지 못하고 살아있는 숙주 세포 내에서만 증식이 가능하다. B형 간염 바이러스 입자(particle)는 원형의 DNA가 내부 단백질(HBcAg)에 둘러싸여 있으며, 바이러스 입자의 외부는 표면 단백질(HBsAg)로 이루어져 있다.

[생명과학Ⅰ-ⅲ] <제시문2>에 설명한 실험에서 최초에 A 항원을 주사하고 1주차에 A 항원에 대한 항체를 생산하는 B 림프구를 분리하였다. 2주차에는 A-C 융합 단백질을 주사하고 3주차에 동일한 방법으로 A 항원에 대한 항체를 생산하는 B 림프구를 분리하였다. 1주차에 분리한 B 림프구와 3주차에 분리한 B 림프구에서 A 항원에 대한 항체 생산 능력과 C 항원에 대한 항체 생산 능력을 각각 설명하시오.

▶ 연세대 - [2-1], [2-2], [2-5]

[2-1] 제시문 (가)에서 밑줄 친 ㉠의 주장을 논증하시오. [8점]

[2-2] 제시문 (나)의 밑줄 친 ㉡에서 말하는 물질의 전체 복제 과정을 구체적으로 설명하고, 이것의 생물학적 중요성을 제시문 (다), (라)의 내용에 근거하여 설명하시오. [8점]

[2-5] 이 콩을 대상으로 계속 연구를 하던 중 ‘유전자 A’의 기능이 상실된 식물은 제대로 자라지 못하고 잎이나 가지 등을 잘 만들지 못한다는 사실을 발견하였다. 이에 반해, ‘유전자 B’의 기능이 상실된 식물은 잎의 모양에는 이상을 보이지만 생장은 거의 정상이었다. 흥미롭게도 유전자 A와 B의 기능이 모두 상실된 식물은, 유전자 B의 기능만 상실된 식물과 매우 유사하게 생장하였다. 제시문 (다)를 참고하여, 유전자 A와 유전자 B가 어떤 관계를 가지고 식물의 생장을 조절하는지 추론하시오. [8점]