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'뇌 청소'로 알츠하이머병 예방 가능할까?
- 일본 후생노동성이 지난 9월 하순, 알츠하이머병 진행을 완화시킨다는 신약의 제조 판매를 승인, 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 프레지던트 일본어판에서 소개된 오차노미즈 대학의 마오우치 히로시 박사의 뇌신경과학 연구에 따르면, 젊은 사람들은 알츠하이머병에 걸릴 확률이 상대적으로 낮은 것으로 나타났다. 이는 뇌의 '청소 시스템'과 관련이 있는 것으로 보인다. 뇌는 활동하면서 노폐물을 생성한다. 그 중 베타 아밀로이드나 타우와 같은 단백질은 뇌에서 노폐물로 분류되며, 이러한 단백질의 축적이 알츠하이머병과 관련이 있다. 이 단백질이 뇌에서 비정상적으로 축적되면 뇌의 손상을 일으키고, 기억력이나 공간 인지 능력에 문제를 일으킬 수 있다. 뇌를 '청소'하는 데 중요한 역할을 하는 것은 뇌척수액으로, 이 액체는 뇌 속을 순환하며 타우 등의 노폐물을 제거한다. 뇌 연구를 통해 뇌의 노폐물 제거가 알츠하이머병 예방에 중요한 역할을 할 수 있음이 제시되고 있다. '뇌 청소' 수면과 체내 시계가 관건 최근 연구에서 뇌의 '청소' 작업이 깊은 수면 중에 이루어지며, 체내 시계와 밀접한 연관이 있다는 사실이 밝혀졌다. 2016년 미국 MIT의 연구에 따르면, 초당 40회 점멸하는 빛을 노출시킴으로써 뇌의 노폐물 제거가 촉진되었고, 알츠하이머병 실험용 쥐에서 인지 기능의 개선이 확인됐다. 이후 연구에서도 빛 외에도 소리 자극이 뇌 '청소'에 효과적이라는 결과가 나왔다. 뇌파, 특히 감마파의 활용이 주목받고 있다. 감마파는 인지 기능과 관련이 있으며, 알츠하이머병 환자에서는 감마파가 감소하는 경향을 보이고 있다. 초당 40번의 빛이나 소리 자극을 통해 뇌파의 활동을 조절하면, 인지 기능의 개선이 이루어질 수 있을 것으로 보인다. 이러한 방법은 비교적 간단하게 적용될 수 있어 인간에 대한 치료법으로의 가능성이 열려 있으나, 분명한 효과를 확인하기에는 더 많은 연구가 필요하다. 2023년에 발표된 연구에서는 해당 방법이 알츠하이머병의 개선에 큰 효과를 보이지 않았다고도 하여, 이 주제는 뇌 과학 분야에서 활발히 논의되고 있는 이슈 중 하나다. 수면과 운동도 뇌 건강에 중요 미국 보스턴 대학의 연구에 따르면, 깜빡이는 빛 외에도 시각 자극만으로도 뇌의 노폐물을 제거할 수 있다고 한다. 연구에서는 체크무늬 패턴을 16초 동안 보여준 뒤 16초 동안은 어두워지는 패턴을 1시간 동안 반복했고, 이로 인해 뇌척수액의 유입이 증가했다. 이러한 결과는 반복적인 시각 자극이 뇌 혈류를 증가시켜, 뇌의 노폐물을 제거하는 데 도움이 된 것으로 보인다. 또한, 뇌의 건강과 노폐물 제거에는 수면 뿐만 아니라 운동도 큰 영향을 미친다. 운동을 통해 뇌 내의 혈류가 활발해지고, 뇌 속 물의 흐름이 개선되어 뇌의 기능이 향상될 수 있다. 최근 미국 샌디에이고 대학의 연구팀은 동공 팽창을 통해 알츠하이머병의 조기 진단이 가능하다는 연구 결과를 발표했다. 연구에 따르면, 증상 발현 이전에도 동공 움직임을 통해 알츠하이머 병의 유전적 위험성을 파악할 수 있다. 이는 알츠하이머 환자의 뇌 변화가 동공의 운동에 직접적인 영향을 주기 때문이다. 이런 연구를 바탕으로 알츠하이머병 예방과 뇌 건강 향상에 도움이 될 실질적인 방법들이 개발되기를 기대한다.
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- 생활경제
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'뇌 청소'로 알츠하이머병 예방 가능할까?
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美 9월 소비자물가 3.7% 증가…8월 상승폭과 일치
- 미국 9월 소비자물가지수(CPI)가 전년 동월 대비 3.7% 상승했다고 미 노동부가 12일(현지시간) 밝혔다. 야후 파이낸스는 에너지 가격 상승이 전월보다 온화되고 중고차 가격이 계속 하락하면서 9월 인플레이션이 완화됐다고 전했다. 지난 8월 소비자물가 상승률(3.7%)과 같은 수치를 나타냈지만, 미국 월스트리트저널(WSJ)이 집계한 전문가 예상치(3.6%)를 웃돌았다. 전월 대비로는 0.4% 상승해 지난달(0.6%) 대비 상승 폭을 줄였다. 다만, 전월 대비 상승률 역시 전문가 예상치(0.3%)를 상회했다. 변동성이 큰 에너지·식품을 제외한 근원 CPI는 전년 동월 대비 4.1% 올라 둔화세를 지속해 시장에 안도감을 줬다. 전월 대비로는 0.3% 올라 경제학자의 예상치를 충족했다. 물가의 기조적 흐름을 보여주는 근원 CPI 상승률은 연방준비제도(Fed·연준)이 통화정책 방향을 결정지을 때 눈여겨보는 지표 중 하나다. 주거비가 전년 동기 대비 7.2%, 전월 대비 0.6% 올라 상승 흐름을 지속한 게 소비자물가 상승률에 하방 경직성을 부여했다. 소비자물가지수 구성항목 중 가중치가 가장 큰 주거비는 41개월 연속 상승세를 지속하며 9월 물가 상승에 지속적으로 영향을 미쳤다. 에너지 가격은 전월 대비 1.5% 상승했다. 8월 에너지 가격은 5.6% 뛰었다. 특히 휘발유 가격이 8월 10.6% 증가에 이어 9월에도 2.1% 상승했다. 9월 식품지수는 지난해보다 3.7% 상승했고, 8~9월 식품가격은 0.4% 올랐다. CPI 데이터 공개 이후 시카고상품거래소(CME)그룹의 데이터에 따르면 연준이 다음달 금리를 동결할 확률이 약 90%에 달했다. 앞서 연준 위원들은 지난 9월 통화정책회의 의사록에서 "물가상승률이 목표치인 2% 수준에서 지속해 유지될 수 있다고 위원회가 확신할 때까지 상당 기간 긴축적인 수준에서 통화정책을 유지해야 한다"에 일치된 견해를 보였다. 다만, 연내 추가 금리 인상 여부에는 엇갈린 견해를 보인 것으로 알려졌다. 미국 주식은 데이터 공개 이후 초기 거래에서 대부분 약세를 보였다. 국채 수익률은 2bp 미만 상승해 약 4.6%에 거래됐다. 12일(미 동부시간) 뉴욕증권거래소(NYSE)에서 다우존스30산업평균지수는 전일 대비 173.73포인트(0.51%) 하락한 3만3631.14로 장을 마감했다. 스탠더드앤드푸어스(S&P)500지수는 전일대비 27.34포인트(0.62%) 밀린 4349.61로, 나스닥지수는 전일비 85.46포인트(0.63%) 떨어진 1만3574.22로 거래를 마쳤다.
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- 경제
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美 9월 소비자물가 3.7% 증가…8월 상승폭과 일치
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운동했는데 잘 먹지 않으면 어떻게 되나?
- 한국에서는 지난 9월 말부터 10월 9일까지 장장 6일 동안의 긴 추석 연휴와 한글날이 낀 3일간의 연휴가 모두 끝났다. 명절 연휴 기간 동안 참았던 식욕이 폭발한 사람들은 이제 유산소 운동으로 지방을 몽땅 태워버리겠다고 거듭 다짐하고 있다. 지방을 태우기 위해서는 운동을 더 오래 하거나 강도를 높이는 것보다 운동 후 어떤 음식을 섭취하는 게 내 몸에 도움이 되는 가를 고려해야 한다. 미국 CNN에서는 '올바른 영양을 섭취해야만 한다'는 건강·과학 전문 프리랜서 작가 조세린 솔리스-모레이라(Jocelyn Solis-Moreira)의 기고를 다뤘다. '마른 지방'의 위험 '마른 지방(Skinny fat)'은 날씬해 보이지만 체지방 비율이 높은 사람을 일컬을 때 사용되는 비공식 용어다. 노스캐롤라이나주 하이포인트 대학교의 운동 생리학자이자 건강과 인간 수행학과 부교수인 콜린 캐리커(Colin Carriker) 박사는 "내장 지방은 눈에 보이는 지방의 바깥층보다 위험하다"며 "설탕, 소금, 탄수화물이 많이 함유된 가공식품을 섭취해 내장 지방이 축적되면 비만인과 동일한 위험을 초래할 수 있다"고 경고했다. 예를 들어, 몸 전체에 순환하는 내장 지방의 양이 많으면 동맥이 경화되고 좁아지는 질병, 즉 죽상동맥경화증을 유발할 수 있다. 이렇게 되면 혈액이 신체의 나머지 조직으로 흐르는 것을 막고 심장마비와 뇌졸중의 위험을 증가시킨다. 또한, 건강한 식생활을 소홀히 하면 조기 사망 위험률도 높아진다. 나쁜 식단 극복이 어려운 이유 체중 감량을 원한다면, 섭취하는 칼로리보다 더 많은 칼로리를 소비해 칼로리 부족을 만드는 것이 핵심이다. 캐리커 박사는 "다만, 고칼로리 지방 식품을 정기적으로 먹는다는 것은 도전적인 과제가 될 수 있다"며 "칼로리를 과다 섭취하게 되면 훨씬 많은 양의 운동을 해야한다"고 말했다. 이를 해결하기 위해서는 운동에 더 많은 시간을 투자하거나 더 격렬한 운동을 해야 한다. 그러나 영양과 식영양학 아카데미의 그레이스 데로차(Grace Derocha) 대변인은 "이 계획은 연료가 부족한 상태에서는 제대로 작동할 수 없는데, 과자나 당도가 높은 음료에는 '빈 칼로리'가 가득하기 때문이다"고 지적했다. '빈 칼로리(empty calorie)'는 열량은 높지만 비타민과 무기질, 단백질 등 필수 영양소를 거의 함유하지 않은 것을 말한다. 설탕이나, 포화 지방, 즉석식품, 주류 등이 대표적인 빈 칼로리 식품이다. 탄산음료, 사탕 등 가공 식품에는 영양분이 거의 또는 전혀 없다. 포만감을 줄 비타민, 단백질, 섬유질이 부족하기 때문에 계속 배가 고프면 운동을 생각하기가 힘들다. 영양과 식영양학 아카데미의 캐롤라인 수지(Caroline Susie) 대변인은 "지방이 많은 음식이 처음에는 일시적으로 에너지를 공급할 수 있지만 장시간 또는 고강도 운동을 유지하기에는 충분하지 않아서 더 빨리 피로감을 느끼기 쉽다. 무엇보다도 소모되지 않은 빈 칼로리는 모두 지방으로 저장될 것"이라고 말했다. 근력 운동을 하는 사람들은 유산소 운동을 할 때보다 더 많은 칼로리를 소모하는 경향이 있다. 데로차는 "품질이 낮은 음식에서 영양분을 섭취하면 근육량을 늘리고 힘든 운동에서 완전히 회복하는 것이 더 어려워진다"며 "근육량을 늘리려면 닭고기, 연어 등 단백질 함량이 높은 음식을 식단에 포함시키는 것이 가장 좋다"고 설명했다. 특정 식품 금기보다 밸런스가 중요 건강하다는 것이 즐겨 먹던 모든 음식을 포기해야 한다는 의미는 아니다. 사람들은 특정 음식을 금기시하는 경향이 있으며 설탕이나 탄수화물을 섭취할 수 없다고 느끼는 것은 음식과 해로운 관계를 만들 수 있다. 수지는 "관점을 바꿔라"라고 조언했다. 그녀는 음식을 단순한 칼로리가 아니라 우리 몸에 제공할 수 있는 일종의 에너지로 생각하라고 말했다. 오늘 충분한 섬유질을 섭취했다면 단백질, 오메가-3 또는 건강한 탄수화물을 어디에 추가하는지 생각해야 한다는 것. 수지는 "음식은 좋은 것 또는 나쁜 것이 아닌, 단지 연료일 뿐"이라며 "특정 음식을 금지하는 시각 대신 자신을 더 건강하게 하는 에너지를 공급하는 게 더 건강한 방법"이라고 강조했다.
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운동했는데 잘 먹지 않으면 어떻게 되나?
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와인 산업 위기⋯Y세대·Z세대 와인 소비 축소
- 3년 전 전 세계를 휩쓴 신종 코로나 바이러스 감염증(코로나19)으로 사회적 거리두기가 시행되면서 음주 문화에 큰 변화가 찾아왔다. 바로 '혼술족'의 증가였다. 한국의 경우, 와인 소비는 코로나 이전보다 무려 2배 이상 증가했다. 그런데 엔데믹 시대를 맞이하면서 전 세계 와인 소비량이 크게 감소한 것으로 나타났다. 그 이유는 무엇일까 금융 경제 매체 포브스(Forbes) 재팬은 최근 세계적인 와인 소비 감소에 대한 몇 가지 이유를 제시해 관심을 끌었다. 먼저 전 세계에 충분한 양의 와인이 과잉 공급되고 있다. 포브스 재팬에 따르면, 호주산 와인은 2억5600만 상자, 약 2년분 이상의 재고를 안고 있다. 프랑스는 지난 6월 프랑스는 약 3.6억 리터(8000만 갤런)의 와인을 폐기하기 위해 약 1억7200만 달러(한화 2321억1400만원)를 지출했다. 과거, 많은 양조장들이 폐기 와인을 보조금 획득의 방법으로 활용했다. 그러나 이런 행위는 전 세계 주요 와인 제조업체들에게 포도와 와인의 가격을 급락시키는 악영향을 주었다. 와인 과잉 공급 문제 와인 생산국의 증가도 와인 과잉의 주요 원인 중 하나다. 프랑스, 이탈리아, 스페인, 독일을 넘어서 루마니아, 크로아티아, 헝가리, 조지아 및 남미, 호주, 뉴질랜드에서의 와인 생산이 활발해졌다. 미국에서도 전통적인 와인 생산 주인 캘리포니아주, 오리건주, 워싱턴주 외에도 텍사스주, 버지니아주, 뉴멕시코주에서도 와인 생산이 시작되었다. 놀랍게도, 온도를 조절하는 스테인리스 스틸 탱크나 유전자 변형과 같은 혁신적인 생산 기술 덕분에 10년 전만 해도 생각할 수 없던 지역에서도 고품질의 와인을 생산하게 되었다. 기후 변화와 온난화는 일부 지역의 테로와르(포도 재배 지의 특성)를 위협하는 반면, 영국과 같은 서늘한 지역에서는 와인 시장에 적극적으로 참여하고 있다. 또한, 러시아와 중국이 새로운 와인 시장으로 큰 가능성을 보였으나 실상은 다르다. 중국은 경제의 불황과 저출산 문제로 와인에 대한 수요가 줄어들고 있고, 러시아는 우크라이나 침공 문제로 인한 제재로 수출이 중단된 상태이다. 결과적으로 가장 큰 변화의 원인은 Y세대와 Z세대의 와인 소비량이 1980~90년대의 와인 열풍 때보다 크게 감소했다는 것이다. 포브스 재팬에 따르면 "1920년대 프랑스인의 와인 소비량은 1인당 평균 136리터에 달했으나, 최근에는 평균 40리터로 줄었다. 또한, 이탈리아인은 1인당 연간 평균 56병을 마시는데, 이는 주당 대략 1병"이라며 "소비자들은 수량보다는 더 좋은 품질의 와인을 선호한다"는 업계의 의견을 전했다. 보르도의 프르미에 크뤼, 부르고뉴의 그랑 크뤼, 캘리포니아의 칼트 와인 같은 고급 와인들은 앞으로도 그 생산량의 대부분을 판매할 것으로 예상되나, 전체적인 소비량은 많지 않다. Z세대 와인 소비 감소 주류 시장 조사 전문 기업인 인터내셔널 와인 앤 스피리츠 리서치(IWSR)의 보고에 따르면, 미국에서는 2021년 신종 코로나 바이러스로 인한 소비 침체가 최악의 상황을 맞이했다. 그러나 2022년에는 와인을 선호하는 인구가 400만명이 증가했다. 그럼에도 불구하고, 와인의 전체 소비량은 2% 감소한 것으로 나타났으며, 이러한 감소폭은 특히 Z세대에서 가장 크게 나타났다. 2015년에는 Z세대 중 40%가 한 달에 최소한 한 번은 와인을 즐겼지만, 2021년에는 이 비율이 25%로 줄어들었다. 와인 애호가들에게는 다양한 선택지와 저렴한 가격은 반가운 소식이지만, 수요와 공급의 불균형에 더해 기후 변화도 와인 산업에 부정적인 영향을 주고 있다는 지적이다. 와인의 건강 효과에 대한 주장은 일관된 지지를 받지 못했고, 나파밸리 고속도로변 같이 관광객들이 많이 찾는 지역에서의 음주운전 단속 강화 역시 와인 소비에 영향을 줬다. 현재 시장에는 지난 수십 년 동안 축적된 양질의 와인이 넘쳐나고 있다. 이런 상황은 와인 업계에게는 큰 고비지만, 와인 애호가에게는 예상치 못한 행운으로 다가온다. 한편, 한국의 와인 시장도 줄어드는 추세를 보이고 있다. 관세청 통계에 따르면, 2023년 상반기 와인 수입량은 3만1309톤으로, 지난해 동기 대비 약 10% 감소했다. 2021년 상반기의 4만371톤과 비교하면 감소 폭이 더 커진 것을 확인할 수 있다. 이러한 와인 소비 감소의 원인 중 하나로, 개인 취향에 맞춰 다양한 술을 혼합하여 즐기는 '믹솔로지' 문화의 확산이 영향을 미쳤다는 분석도 있다.
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와인 산업 위기⋯Y세대·Z세대 와인 소비 축소
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브리지스톤, '인공 근육'으로 로봇 팔다리 구현
- 타이어 전문 기업 '브리지스톤'이 인공 근육 신기술을 선보였다. 오랜 기간의 고무 소재 연구 끝에, 로봇 움직임을 위한 '인공 근육' 개발에 성공한 것. 일본 매체 뉴스위치(Newswitch)의 최근 보도에 따르면, 브리지스톤은 좌우로 구부러지는 특성을 가진 인공 근육을 제작에 성공했다. 새롭게 공개된 인공 근육은 특별한 구조로 디자인됐다. 판 스프링에 두 개의 튜브를 장착하면 튜브가 팽창될 때 해당 튜브의 측면 방향으로 구부러진다. 이러한 구조 덕분에 한 개의 튜브만으로도 킬로그램 단위의 큰 힘을 발휘할 수 있다. 특히, 이 인공 근육을 로봇의 손가락 부분에 적용하면 로봇이 손을 열거나 닫는 동작을 수행하는 것이 가능하다는 것이 브리지스톤 측의 설명이다. 이 회사는 인공 근육을 '소프트 로보틱스 벤처스'라는 자체 벤처를 통해 상용화할 방안을 모색하고 있다. 로봇 기술의 새로운 변화를 주도하고 있는 '로봇 근육'이 맥키벤 형태의 설계를 중심으로 주목을 받고 있다. 이 혁신적인 설계는 고강도 섬유로 짜여진 슬리브 안에 고무 튜브를 삽입하여 부풀리는 방식이다. 튜브의 팽창을 통해 인공 근육은 수축하는 힘을 발휘하며, 내부의 판 스프링과 조화롭게 작동하여 근육이 신축적으로 구부러진다. 흥미롭게도 판 스프링 양측에 튜브를 배치하면, 부풀리는 방향으로 인공 근육이 구부러질 수 있다. 과거 기술에서는 로봇 손가락이 닫는 방향으로만 움직였지만, 이번에 개발된 인공 근육은 양쪽으로 구부러져 손가락을 열거나 닫는 동작이 가능하다. 심지어 이를 로봇의 다리에 적용하면, 앞으로 밀거나 뒤로 당기는 동작도 가능하게 된다. 또한 이 인공 근육의 특징 중 하나는 공압 구동 방식을 채택해 가볍고, 킬로그램 단위의 힘을 발휘할 수 있다는 점이다. 복잡한 기어 구조가 없어 파손 위험이 줄어들며, 물이나 모래 같은 환경에도 높은 저항성을 보인다. 간결한 구조 덕분에 상당히 긴 길이의 인공 근육 제작도 가능하다. 현재는 신축성 있는 미터 단위의 큰 근육을 연구 중이다. 브리지스톤 관계자는 "부드러운 신체와 움직임을 제어하는 기술, 소프트 로보틱스에 큰 가능성을 보고 있다"며, "정확한 손의 위치나 형태에 구애받지 않아도, 인공 근육이 자동으로 형태를 조절해 불규칙한 대상도 쉽게 잡을 수 있다"고 설명했다. 한편, 이보다 앞서 2022년 12월, 미국의 MIT에서는 '맥키벤 엑추에이터'라는 공압장치를 모방한 로봇 인공호흡기를 선보였다. 이는 횡경막 기능 장애를 앓고 있는 환자들에게 새로운 희망의 빛을 선사했다. 게다가 강력한 골격과 부드러운 외부 코팅을 통해 단순한 파지만으로도 대상을 식별하는 놀라운 핸드 기술도 선보였다. 국내 기업 클론로보틱스도 이 분야에서 뒤쳐지지 않는다. 인공 근육과 밸브의 조화로움을 통해 사람의 손처럼 유연한 움직임을 구현한 '로봇 핸드'를 구현했다. 또한, 생추어리AI는 휴머노이드 로봇에 특화된 핸드를 탑재, 지퍼백 안에 공을 넣는 정교한 동작을 완벽히 구현하는 기술력을 과시했다. 로봇 과학 전문가들은 '로봇 핸드 기술'을 로보틱스 발전의 핵심으로 꼽고 있어, 이 분야에 대한 기업과 정부, 연구 기관의 지속적인 관심과 투자가 절실하게 요구된다.
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브리지스톤, '인공 근육'으로 로봇 팔다리 구현
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
- 지구의 자전축 기울기가 약 80cm(약 31.5인치)나 또 어긋난 것으로 밝혀졌다. 최근에 '지구의 기울기'가 다시 화제가 되고 있는 가운데, 과학자들의 조사에 따르면 지구의 기울기 변동이 가속화되어 31.5인치(약 80 센치)나 변경된 것으로 확인됐다. 이 데이터는 2023년 6월 지구과학 저널 「지구물리학 연구 레터(Geophysical Research Letters)」에 게재된 연구에 따른 것으로, '지하수의 과도한 채취'가 지구 기울기의 주요 원인으로 보고됐다. 또한 이 연구에서는 "지구의 기울기 변화와 전 세계적인 해수면 상승(약 0.24인치 또는 약 6mm) 간에 연관성이 있다"고 지적했다 지구 자전축의 변화가 세계 해수면에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 지하수 채취가 왜 자전축의 기울기에 영향을 주는지, 그리고 자전축의 기울기가 31.5인치로 커진 것이 실제로 얼마나 큰 문제인지에 대해 정리했다. 먼저 자전축의 기울기는 지구에 어떤 영향을 미칠까. 자전축의 기울기는 지구를 특징짓는 특징 중 하나다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 계절이 발생하는 지역이 있으며, 북극과 남극에서는 궁극적으로 극야(위도 66.55도 이상인 극지방에서 겨울철에 해가 뜨지 않고 밤만 계속되는 기간)와 극주야(?)/백야(해가 지지 않아 밤에 어두워지지 않는 현상)가 존재한다. 이 현상을 놀이기구를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다. 자전축이 공전 궤도에 수직이라면, '틸트 어 휠(Tilt-a-Whirl)' 놀이기구처럼 어느 북반구나 남반구에서도 일년 내내 일정한 일조 시간을 가지며, 태양의 궤도 위치가 항상 같아 시간의 흐름에 따른 변화가 없을 것이다. 이와 같은 상황은 북극점과 남극점에서도 동일한 상황이 지속될 것이다. 하지만, 지구는 기울어져 있기 때문에 '틸트 어 휠' 내부에 있는 것처럼 중심(태양)이나 수평선에 가까워질 때도 있고 멀어질 때도 있다. 우리가 평소에 단단하다고 느끼는 지구의 안정성은 실제로는 그렇지 않다. 지구의 지각은 주로 단단한 암석으로 구성되어 있으며, 대부분의 지역에서는 약 40킬로미터(약 25마일)의 깊이에 이른다. 1 평방피트(약 930㎠) 크기의 지표면 아래 40킬로미터 깊이의 지각 부분은 부피로 따지면 대략 1만1000톤으로 추정된다. 이것은 2012년 티레니아 해에서 전복된 호화 여객선 코스타 콘코르디아(약 11만4000톤)의 무게와 거의 비슷하며, 이 배를 원래의 상태로 세울 수 있는 무게와 동일하다. 그러나 태양계 내에서 밀도가 가장 높은 행성인 지구에서도 40킬로미터 두께의 지각은 지구 지름의 0.33% 정도에 불과하며, 1만1000톤은 지구의 총 질량인 5.972 ×10²⁴kg에 비하면 미미하다. 지구를 M&M 초콜릿 한 알로 비유하면, 얇은 설탕 코팅 부분이 지각에 해당한다. 그렇다면 과도한 지하수 채취는 어떤 문제를 야기할까. 지각 위에는 바다가 있고, 지각 바로 아래에는 광대한 지하 담수층이 있다. 그 아래에는 유동성 있는 암석을 포함한 맨틀이 있으며, 외피 아래의 외부 핵은 액체이다. 현재 지구의 내부 핵은 고체라는 주장이 유력하다. 최근 발표된 지하수 관련 논문에서는 특정 현상에 대한 조사가 진행되고 있다. "지하수를 얻기 위해 지하 또는 지각 내에 저장된 물을 얻으려고 구멍을 뚫으면 갑자기 지구 외부의 일부 무게가 크게 가벼워지며, 지구 전체의 균형 유지에 매우 간단한 형태로 영향을 미치게 된다"는 설명이다. 볼링 공이나 회전하는 스피너 외부에만 구멍을 뚫는다면 어떤 변화가 일어나는지 상상해보자. 볼링공은 여전히 회전은 가능하겠지만, 원래의 회전과는 달리 불규칙한 방식으로 회전할 것이다. 게다가 지구에는 대량의 물과 용해된 금속이 있으므로, 이러한 물질들이 새로운 회전 방향에 영향을 받아 추가적인 회전 특성을 나타낼 수도 있다. 지구의 기울기는 '자전축 기울기'라고도 하며, 약 4만 1000년마다 22.1도에서 24.5도 사이로 변동한다. 지구의 위도 1도당 거리는 대략 111.11킬로미터(약 69마일)이기 때문에, 80cm의 변화는 사실상 크게 중요하지 않다고 볼 수 있다. 이 논문은 지구의 기울기에 영향을 미치는 특정 요인에 집중하고 있다. 중요한 것은 이 변화가 자연적인 변동이 아닌 인간의 활동에 의한 결과라는 점이다. 인류는 약 4만 1000년 전부터 존재했지만, 그 당시 인간은 지하수를 채취하기 위해 지각을 깊게 파지 않았다. 반면, 정화된 물을 위한 우물의 역사를 살펴보면, 약 9000년 전 신석기 시대의 시리아 텔 사비 아비아드(Tell Seker al-Aheimar) 유적에서 발견된 것이 가장 오래된 것으로 기록되어 있다. 과도한 지하수 채취 문제는? 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 지표면 아래의 수층은 세계의 강과 호수의 수백 배 이상의 물량을 포함하고 있다. 여기서수층은 지하수를 저장하는 암석과 퇴적층을 의미한다. 이 지하수는 지구의 다양한 지역(사막 포함)에서 볼 수 있지만, 접근이 어렵거나 정화 처리가 필요한 경우가 많다. 지하수는 지표면 근처에 위치하며, 단지 몇 시간 정도만 축적되었을 수도 있고, 지하의 매우 깊은 곳에서 몇 천 년 동안 존재했을 수도 있다. 미국 과학·공학·의학 아카데미와 애리조나 주립 대학교의 '과학과 기술의 이슈(Issues in Science and Technology)' 간행물에 따르면, 호수와 강의 담수 부족 때문에 인간은 지하수를 채취하기 시작했다. 이러한 지하수는 음용, 관개, 그리고 광물 채굴 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 그렇지만 지하수의 과도한 채취는 자연 환경과 습지에 큰 피해를 준다. 이는 땅이 건조해지는 것뿐만 아니라 토양의 붕괴, 야생동물과 물고기, 나무에 대한 부정적 영향, 그리고 일부 종의 멸종 위험을 가져온다. 더욱이, 최근의 연구에서는 지하수 채취가 지구의 기울기에도 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 지구 기울기가 변한 다른 요인 지구는 완벽한 균형을 가진 공이나 볼링 공처럼 완벽하게 균형 잡힌 상태를 유지할 필요가 없다. 사실, 과학자들은 '테이아(Theia)'라는 천체가 원시 지구와의 충돌로 인해 지구가 기울게 되어 자전하게 되었다는 가설을 제기하고 있다. 이 충돌에 의해 원시 지구에서 분리된 부분이 달이 되었다고 추측하고 있다. 당시 충돌로 인해 원시 지구의 한 쪽에는 커다란 스위스 치즈 같은 크레이터가 생겨나, 그 결과 회전 축이 변화했다고 본다. 그 이후로 지구의 자전축이 다시 원래대로 돌아온 적은 없다. 지구와 같은 행성은 자전으로 인해 시간이 지남에 따라 점차적으로 거의 완벽한 구형에 가까운 형태로 변화한다. 이 개념은 '정적압력 균형'이라고 불린다. 사실, 거의 완벽한 구형에 가까운 형태는 행성이나 천체의 기본적인 특성 중 하나이다. 이를 고려하면 '테이아'라는 천체의 충돌 이전의 울퉁불퉁한 지구는 자전 활동이 회복되기 전까지 '행성'으로 간주되지 않았을 수도 있다. 지구의 자전축 기울기는 지구의 구 형태를 유지하는 데 영향을 미치지 않는다고 여겨진다. 지구의 정적압력 균형은 이러한 기울기와 상관없이 각 행성의 자전 현상에 의해 결정되기 때문이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2018년 "20세기에 지구의 기울기 변화를 초래한 3가지 주요 원인을 확인했다"고 보고했다. 나사에서 파악한 원인은 '그린란드의 얼음 해빙', 빙하의 이동 또는 해빙으로 인해 얼음의 무게가 사라져 지각이 서서히 상승하는 '빙하성 반동', 그리고 '맨틀 대류'이다. 맨틀 대류는 지각 아래에 있는 유동성 있는 암석 성분이 가열되어 상층으로 이동하고 표면 근처에서 냉각되어 밀어내는 운동이다. 온도가 다른 암석의 밀도가 서로 다르기 때문에 중심을 뒤흔드는 것. 한편, 과학자들은 지구의 기울기가 많은 다른 요인에 의해 변동된다는 사실을 알고 있지만, 이러한 요인을 동시에 연구하는 단계는 아직 확립되지 않았다고 말했다. 2020년 논문에서 과학자들은 "지구는 내부에서부터 외부로 이르기까지 다양한 시간 스케일에서 연속적인 변화가 진행 중이기 때문에 이러한 동적 매개변수는 모두 안정된 값을 갖지 않으며 시간이 지남에 따라 변화한다"고 지적했다. 또한 "이러한 변동은 상대적으로 작기 때문에 최근까지 관측하기 어려웠다"면서 "앞으로 몇 년 안에 지구의 기울기 변화가 특정 요인에 의해 크게 변할 것이라는 뉴스를 자주 접할 가능성은 낮을 것으로 생각된다"고 밝혔다.
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
- 일본의 대표 리튬이온 배터리 제조사인 '파나소닉 홀딩스(HD)'가 전기 없이 수소를 생성하는 기술 연구에 본격적으로 착수했다. 이와 함께, 한국도 탄소배출을 하지 않고 수소를 만드는 '수전해' 기술 개발에 힘을 쏟고 있다. 일본 산업 전문 매체 '뉴스위치(Newswith)'에 따르면, 파나소닉 HD는 '메조결정(mesocrystal)'이라는 특별한 규칙적인 결정 구조를 가진 금속 산화물을 활용하면, 태양광만으로 광촉매의 원리로 물을 분해, 수소를 생산할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이로써 앞으로 수소 에너지 활용 시, 전기를 사용하는 문제를 극복할 수 있을 것이라는 전망이 나왔다. 메조결정(mesocrystal)은 아주 작은 단위결정들이 결합해 큰 구조를 형성하는 특징을 가진다. 직경이 수백 나노미터(나노는 1/10억)에서 수 마이크로미터(마이크로는 1/1백만) 크기이며, 규칙적이고 조밀한 방식으로 축적된다. 표면적이 증가하기 때문에 특성이 향상되고 광촉매 작용의 효율을 기대할 수 있다는 장점이 있다. 파나소닉 HD는 "소자 표면에 금속 산화물의 메조결정질 용액으로 코팅된 기판을 부착해 빛을 통한 광촉매 반응으로 수분을 분해하는 기술을 개발했다"고 밝혔다. 그러면서 "현재 초소형 실험 장비에서는 이 기술의 기본 작동 원리가 확인됐다"고 덧붙였다. 파나소닉은 2030년까지 이 기술의 프로토타입을 완성하는 것을 목표로, 메조 결정 구조를 더욱 정밀하게 제어하고 장치의 크기를 확장하는 연구에 주력할 계획이다. 또한, 태양광과 물을 분리해 얻은 수소로부터 추가 에너지를 얻기 위해 태양 전지판과 함께 사용하는 등의 응용 방법을 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 한편, 한국은 탄소배출을 최소화한 수소생산 기술, 즉 '녹색 수소' 생산에 집중하고 있다. 이를 위한 핵심 기술로는 신재생에너지와 수전해가 대표적이다. 수전해 기술은 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 과정이다. 이 중, 두산퓨얼셀은 양성자 교환막 기반의 고분자 전해질막(PEM) 수전해 시스템을 2023년 하반기에 상용화할 방침이다. 세계 1위의 선박평형수 전기분해 처리장치 제조사 테크로스는 알카라인 방식의 수전해 시스템 개방 중인 것으로 알려졌다. 이밖에도 SK E&S는 미국의 수소 전문 기업 플러그파워와 손잡고 수전해 분야로의 진출을 준비하고 있다.
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파나소닉 HD, 전기 없이 '수소 생성기' 연구 착수
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장수효과 입증된 '스페르미딘' 대체 뭐길래
- 건강한 삶을 추구하는 인간의 노력이 계속되는 가운데, '슈퍼 푸드'가 최근 건강 트렌드의 중심에 섰다. 지난 몇 년 동안, 학자들은 구기자 열매, 퀴노아, 밀순 등을 주요 슈퍼 푸드로 지목했지만, 이들의 실제 효능이 모두 입증된 것은 아니다. 그러나 통곡류와 빵, 사과 등에 함유된 '스페르미딘'의 경우는 이야기가 다르다. 주로 정액에서 발견되는 이 화합물은 폴리아민 중 하나로 알려져 있으며, 노화한 쥐를 이용한 실험에서 학습 능력의 향상과 수명 연장과의 관련성이 확인되었다. 폴리아민은 단백질과 핵산 합성이 활발한 조직에서 많이 발견되며, 종양 지표로도 사용된다. 독일 일간지 VNP의 보도에 따르면, 인스브루크 대학의 연구에서 '스페르미딘'이 풍부한 식단을 섭취한 참가자들의 사망률이 낮았음이 확인됐다. 이 대학의 연구팀은 20년 이상 800명 이상의 참가자를 대상으로 실험하여 인체 세포의 노화 과정과 관련된 연구 결과를 밝혀냈다. 폴리아민은 세포가 스스로 정화하며 젊어지는 '자가포식'을 촉진하는 물질이다. 그러나 나이가 들면서 이 과정의 효율성이 감소하고, 세포 내에 침전물이 축적되어 치매, 당뇨병, 종양 등의 질병을 유발할 수 있다. 하지만 '스페르미딘'은 자가포식 과정에 긍정적으로 작용한다. 스페르미딘을 음식을 통해 충분히 섭취하면, 세포는 이를 인지하게 되고 자가정화 과정이 재개되어 질병 유발 침전물로부터 세포를 보호하며 노화를 지연시킨다. '스페르미딘'의 인지 능력 개선에 대한 긍정적인 효과는 처음으로 늙은 쥐의 실험에서 확인됐다. 스페르미딘을 함유한 음식과 물을 섭취한 쥐들은 다른 쥐들에 비해 기억력 테스트에서 뛰어난 성과를 보였다. 이러한 결과는 파리와 사람에서도 동일하게 나타났다. 폴리아민의 전체적인 효과는 추가적인 연구가 필요하겠지만, VNP에 따르면 '스페르미딘'의 긍정적인 효과는 명백해 보인다. 스페르미딘은 밀 배아, 건조 대두, 호박씨에서 특히 농도가 높게 측정되었으며, 버섯과 완두콩에도 풍부하게 함유돼 있다.
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장수효과 입증된 '스페르미딘' 대체 뭐길래
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