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[신소재 신기술(215)] 문어처럼 변신하는 신소재 등장⋯색·질감 동시에 바꾼다
- 미국 스탠퍼드대 연구진이 문어처럼 색과 표면 질감을 빠르게 바꾸는 신소재를 개발했다. 이 소재는 물을 흡수하면 수초 만에 표면이 부풀어 오르며 미세한 요철과 색상 패턴을 만들어내는 것이 특징으로, 위장 기술과 로보틱스, 웨어러블 디스플레이, 나노 바이오공학 등 다양한 분야로의 응용 가능성이 제시된다. 7일(현지시간) 스탠퍼드리포트에 따르면, 스탠퍼드대학교 공대 연구팀은 전자빔 리소그래피와 수분 흡수 시 팽창하는 고분자 필름을 결합해, 사람 머리카락보다 미세한 해상도의 질감과 색상 패턴을 구현하는 데 성공했다. 필름은 건조 상태에서는 평평하지만 물이 닿는 즉시 설계된 형태로 솟아오르며, 용매를 사용하면 다시 원래 상태로 되돌릴 수 있어 가역성이 뛰어나다. 해당 내용은 같은날 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 논문 제1저자인 시다르트 도시는 "문어와 갑오징어는 미크론 수준에서 몸의 형태를 바꾸며 시각·촉각적 인상을 동시에 조절한다"며 "이번 기술은 소재의 지형(topography)과 그에 따른 시각적 특성을 같은 해상도에서 동적으로 제어할 수 있게 했다"고 설명했다. 공동 교신저자인 니컬러스 멜로시 교수는 "이처럼 부드럽고 팽윤 가능한 소재를 나노스케일에서 정밀 패터닝할 수 있는 시스템은 전례가 없다"며 폭넓은 응용 가능성을 강조했다. 연구팀은 전자빔 조사로 고분자 필름의 흡수도를 국부적으로 조절해, 물을 흡수할 때 영역별로 서로 다른 높이와 질감이 나타나도록 설계했다. 이 과정은 우연한 관찰에서 출발했다. 기존 실험에서 전자현미경으로 관찰한 필름이 이후 다른 색으로 변하는 현상을 확인했고, 이를 계기로 전자빔을 '형태 제어 도구'로 활용할 수 있음을 발견했다고 설명했다. 응용 시연도 다양하다. 연구진은 요세미티 국립공원의 엘 캐피탄 암벽을 나노스케일로 복제해, 물을 더하면 암벽 형상이 표면 위로 떠오르는 모습을 구현했다. 또 빛의 산란을 조절하는 미세 질감을 설계해 광택에서 무광까지 다양한 표면 마감을 만들었으며, 얇은 금속층을 결합해 파브리–페로 공진 구조를 구성함으로써 팽윤 정도에 따라 색상이 바뀌는 효과도 입증했다. 여러 필름을 적층한 장치에서는 색과 질감을 동시에 독립 제어하는 것도 가능했다. 연구진은 향후 컴퓨터 비전과 신경망을 결합해, 주변 배경을 인식하고 팽윤 정도를 자동으로 조절하는 '실시간 위장' 시스템으로 발전시키겠다는 계획이다. 이 밖에도 미세 질감 변화를 활용한 마찰 제어, 소형 로봇의 주행·부착 성능 향상, 세포 반응을 조절하는 바이오공학 응용, 예술 전시 등으로의 확장이 기대된다. 멜로시 교수는 "연성 소재의 물성을 미크론 단위로 정밀 제어하는 길이 열렸다"며 "시각적 표현을 넘어 기능적 표면을 설계하는 새로운 가능성이 본격적으로 펼쳐질 것"이라고 전망했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(215)] 문어처럼 변신하는 신소재 등장⋯색·질감 동시에 바꾼다
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[우주의 속삭임(170)] 빅뱅 직후 우주에서 '초고온' 은하단 발견⋯우주 진화 이론에 도전장
- 우주가 처음 만들어진 빅뱅 이후 불과 14억 년밖에 지나지 않은 아주 초기 우주에서, 과학자들의 예상을 크게 벗어난 '초고온 은하단'이 발견됐다. 기존 이론으로는 이렇게 이른 시기에 이처럼 뜨거운 은하단 구조가 만들어지기 어렵기 때문에, 우주가 어떻게 진화했는지 다시 생각해봐야 한다는 지적이 나온다. 6일(현지시간) 과학 전문 매체 사이언스얼럿에 따르면, 문제가 된 은하단의 이름은 SPT2349-56이다. 이 은하단은 2010년 남극에 설치된 특수 망원경 관측을 통해 처음 발견됐다. 이후 2018년 연구에서 이 은하단 안에 30개가 넘는 은하가 모여 있으며, 매우 빠른 속도로 별을 만들어내고 있다는 사실이 밝혀졌다. 별이 만들어지는 속도는 우리 은하의 약 1,000배에 달한다. 최근 국제 공동연구진은 칠레 사막에 있는 초고성능 전파망원경 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 배열(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array·ALMA)을 이용해 이 은하단 주변을 더 자세히 관측했다. 연구진은 우주 전체에 고르게 퍼져 있는 아주 오래된 빛인 우주 마이크로파 배경( cosmic microwave background, CMB 또는 CMBR)을 분석했다. 이 빛은 빅뱅 이후 남은 흔적으로, 우주의 나이를 연구하는 데 중요한 단서가 된다. 연구진이 주목한 것은 '순야예프–젤도비치((Sunyaev–Zeldovich, SZ) 신호'라는 현상이다. 이는 은하단 안의 매우 뜨거운 가스가 CMB에 남기는 아주 작은 흔적이다. 쉽게 말해, 은하단이 우주 배경빛에 살짝 그림자를 남긴 것과 같다. CMB는 매우 고르고 일정하기 때문에, 이런 흔적이 보인다는 것은 은하단 안의 가스가 예상보다 훨씬 뜨겁다는 뜻이다. 비유하자면, CMB는 우주 전체에 깔린 옅은 안개이고, 은하단은 그 안개 속에 놓인 뜨거운 용광로와 같다. SZ 신호는 용광로 위를 지나간 안개가 살짝 색이 변한 흔적이라고 볼 수 있다. 분석 결과는 놀라웠다. 은하단 안의 가스 온도가 1000만 켈빈(K·1000만 도)를 넘는 것으로 나타났기 때문이다. 이는 같은 크기의 오늘날 은하단과 비교해도 매우 높은 수치이며, 과학자들이 예측했던 온도의 최소 5배에 해당한다. 중력만으로 이런 온도에 도달하려면 수십억 년이 걸려야 한다. 연구를 이끈 캐나다 브리티시컬럼비아대 박사과정 다즈 저우(Dazhi Zhou) 연구원은 "이렇게 초기 우주에서 이렇게 뜨거운 은하단을 보게 될 줄은 몰랐다"며 "처음에는 신호가 너무 강해 실제가 아닐 수도 있다고 생각했지만, 여러 차례 확인 끝에 사실임을 확인했다"고 말했다. 연구진은 이 뜨거운 환경의 원인으로 초대질량 블랙홀에 주목했다. 은하단 안에 최소 3개의 매우 큰 블랙홀이 있고, 이 블랙홀에서 뿜어져 나오는 강력한 에너지 줄기(제트)가 주변 가스를 뜨겁게 만들었을 가능성이 있다는 것이다. 공동연구자인 캐나다 달하우지대학교의 스콧 채프먼(Scott Chapman) 교수는 "우주가 아주 젊었을 때부터 블랙홀이 주변 환경에 큰 영향을 주고 있었음을 보여준다"고 설명했다. 이번 발견은 은하단이 만들어지고 성장하는 과정을 설명하는 기존 이론이 아직 완전하지 않다는 점을 보여준다. 단순히 중력과 별 생성만이 아니라, 블랙홀과 뜨거운 가스까지 함께 고려해야 한다는 것이다. 연구진은 "별이 많이 만들어지는 현상, 블랙홀의 활동, 뜨거운 가스가 서로 어떻게 영향을 주며 오늘날의 거대한 은하단이 만들어졌는지 밝히는 것이 앞으로의 목표"라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 과학 학술지 네이처(Nature)에 실렸다.
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[우주의 속삭임(170)] 빅뱅 직후 우주에서 '초고온' 은하단 발견⋯우주 진화 이론에 도전장
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[퓨처 Eyes(116)] 생명의 설계도는 '책'이 아닌 '입체 퍼즐'이었다⋯인간 게놈 '4D 지도' 완성
- 인간의 몸을 구성하는 세포의 핵 속에는 생명의 모든 정보를 담은 설계도, DNA가 들어있다. 인류는 지난 2003년 '인간 게놈 프로젝트'를 통해 이 설계도의 글자(염기서열)를 모두 읽어내는 데 성공했다. 그러나 과학자들에게는 여전히 풀리지 않는 난제가 있었다. 설계도의 글자는 다 읽었지만, 정작 이 설계도가 좁은 세포 핵 안에서 '어떻게 접혀 있는지', 그 입체적인 형태를 몰랐던 것이다. 마치 가구 조립 설명서의 글자는 읽었으나, 조립된 가구의 완성된 입체 모습은 모르는 것과 같았다. 2025년, 마침내 그 수수께끼가 풀렸다. 노스웨스턴대학교 펑 위에(Feng Yue) 교수가 주도하는 국제 공동 연구팀 '4D 뉴클레옴 프로젝트(4D Nucleome Project)'가 인간 유전자의 3차원 입체 지도를 완성해 국제학술지 '네이처(Nature)' 최신호에 발표했다. 이것은 단순한 지도가 아니다. 시간이 흐름에 따라 역동적으로 변하는 '4D 영상 지도'다. 2m 실을 테니스공에 넣는 '압축의 미학' 우리 몸속 세포 하나에 들어있는 DNA를 일자로 펼치면 그 길이는 약 2m에 달한다. 반면 세포의 핵은 지름이 머리카락 굵기의 수백 분의 일에 불과할 정도로 작다. 2m짜리 긴 끈을 이 좁은 공간에 넣기 위해서는 고도의 '포장 기술'이 필요하다. DNA는 무질서하게 구겨진 것이 아니라, 히스톤 단백질을 감고 코헤신(cohesin) 단백질을 이용해 특정한 규칙에 따라 실타래처럼 감기고, 고리를 만들며 차곡차곡 접혀 있다. 우리가 교과서에서 흔히 보는 막대 모양의 'X자 염색체'는 세포가 분열할 때 이동을 위해 일시적으로 꽉 뭉쳐진 상태일 뿐이다. 평소 세포 속 DNA는 거대한 도서관의 책장처럼, 혹은 아주 복잡하지만 질서 정연한 오리가미(종이접기)처럼 존재한다. 연구팀은 이번에 인간 배아 줄기세포와 포피 섬유아세포를 정밀 분석해, DNA가 꼬이고 접히는 핵심 지점이 14만 곳이 넘는다는 사실을 밝혀냈다. 14만 개의 'DNA 루프'…유전자의 스위치 역할 이번 연구의 핵심 성과는 14만 개에 달하는 '염색질 루프(Chromatin Loops)'의 발견이다. 루프란 끈을 동그랗게 말아 만든 고리를 의미한다. 그렇다면 DNA는 왜 하필 고리 모양으로 접혀 있을까? 이를 이해하기 위해선 '전등 스위치'의 원리를 떠올리면 쉽다. 방의 전등(유전자)을 켜려면 벽에 있는 스위치(조절 부위)를 눌러야 한다. 전등과 스위치는 멀리 떨어져 있지만 벽 속의 전선으로 연결돼 있다. DNA도 마찬가지다. 유전자를 작동시키는 조절 부위는 유전자 본체와 물리적으로 멀리 떨어져 있는 경우가 많다. 이때 DNA가 고리(루프) 모양으로 접히면, 멀리 있던 조절 부위와 유전자가 물리적으로 딱 맞닿게 된다. 즉, "DNA가 접히는 순간 유전자의 스위치가 켜진다"는 것이다. 연구팀은 줄기세포에서 14만 1365개, 섬유아세포에서 14만 6140개의 루프를 확인했다. 이 루프들이 정확한 모양으로 접혀야만 필요한 유전자가 제때 활성화되어 세포가 정상 기능을 수행한다. 반대로 루프가 잘못 접히면 스위치가 고장 난 것처럼 유전자가 작동하지 않거나, 켜지지 말아야 할 유전자가 켜지면서 암이나 각종 유전 질환이 발생하게 된다. AI 닥터, 게놈의 3차원 모양을 예측하다 이번 연구가 독자들의 주목을 끄는 또 다른 이유는 인공지능(AI) 기술의 결합이다. 연구팀은 방대한 실험 데이터를 바탕으로 '딥러닝 모델'을 훈련시켰다. 이를 통해 복잡한 실험 과정 없이도 환자의 DNA 염기서열(글자 정보)만 입력하면, AI가 "이 사람의 DNA는 3차원 공간에서 이런 모양으로 접힐 것"이라고 예측하는 기술을 확보했다. 이 기술의 의학적 가치는 막대하다. 많은 질병이 유전자 글자 자체의 오타(돌연변이)뿐만 아니라, 유전자가 위치한 '공간적 구조의 문제'에서 기인하기 때문이다. 펑 위에 교수는 "질병과 연관된 유전자 변이의 대다수는 단백질을 만들지 않는 '비부호화 영역(Non-coding regions)'에 위치한다"고 지적했다. 과거에는 '정크 DNA'(쓰레기 DNA) 취급을 받았던 이 영역들이 사실은 DNA를 어떻게 접을지 결정하는 중요한 '접기 안내선' 역할을 수행하고 있었음이 드러난 것이다. '구조'를 고쳐 병을 낫게 한다 이번 '3차원 게놈 지도'의 완성은 의학계에 세 가지 중요한 시사점을 던진다. 첫째, 생물학적 관점이 1차원에서 3차원으로 확장됐다. 유전자가 단순히 '있다/없다'를 넘어, '어디에 위치하고 누구와 접촉하는지'가 중요해졌다. 둘째, 원인 불명이었던 질병의 매커니즘이 규명됐다. 백혈병이나 뇌종양 같은 암세포는 DNA 구조가 정상 세포와 달리 엉망으로 꼬여 있다는 사실이 확인됐다. 마지막으로 신약 개발의 패러다임이 바뀐다. 기존 약물이 특정 단백질을 공격하는 방식이었다면, 미래의 치료제는 꼬인 DNA를 풀어주거나 올바르게 접히도록 유도하는 '구조 교정' 방식이 될 전망이다. 펑 교수는 이를 "후생유전학적 억제제(epigenetic inhibitors)"를 이용한 치료라고 설명하며, 암과 발달 장애 치료의 새로운 돌파구가 될 것으로 내다봤다. 2025년, 인류는 생명이라는 거대한 건축물의 설계도를 평면도가 아닌, 살아 움직이는 3D 입체도로 손에 넣게 됐다.
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[퓨처 Eyes(116)] 생명의 설계도는 '책'이 아닌 '입체 퍼즐'이었다⋯인간 게놈 '4D 지도' 완성
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[신소재 신기술(213)] 플라스틱병, 진통제로 되살아나다⋯미생물 공정의 도전
- 플라스틱 폐기물을 일상 의약품으로 전환하는 새로운 생물공정 기술이 제시됐다. 영국 연구진이 플라스틱병의 주원료를 미생물을 이용해 일반 진통제로 널리 쓰이는 파라세타몰(아세트아미노펜)로 전환하는 데 성공하면서, 화석연료 의존적인 의약품 생산 구조에 변화를 가져올 가능성이 제기되고 있다. 21일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 영국 에든버러대 스티븐 월리스 교수 연구팀은 플라스틱병에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 분해해 얻은 화합물을 대장균(E. coli)에 공급한 뒤, 이를 파라세타몰로 전환하는 데 성공했다고 밝혔다. 실험실 조건에서의 전환 수율은 약 92%에 달했다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 파라세타몰은 세계보건기구(WHO)가 지정한 필수의약품으로, 전 세계에서 가장 널리 사용되는 진통제 중 하나다. 현재 산업용 파라세타몰의 대부분은 석유화학 공정을 통해 생산되며, 핵심 원료 역시 원유에서 추출된다. 연구진은 이러한 기존 구조를 벗어나 폐플라스틱을 원료로 활용할 수 있음을 실험적으로 입증했다. 연구팀은 먼저 폐PET를 미세 조각으로 분쇄한 뒤, 비교적 온화한 화학 반응을 통해 미생물이 흡수할 수 있는 수용성 분자로 전환했다. 이후 특정 대사 경로가 결핍된 대장균을 유전적으로 설계해, 해당 플라스틱 유래 분자를 영양원으로 삼지 않으면 생존할 수 없도록 했다. 이 과정에서 세포 내부의 인산염을 이용한 비효소적 화학 반응이 핵심 역할을 했다. 특히 이번 연구의 주목할 만한 점은 '로센 전위(Lossen rearrangement)'로 알려진 화학 반응이 효소가 아닌 살아 있는 세포 내부에서 자연스럽게 진행됐다는 점이다. 이 반응을 통해 생성된 파라아미노벤조산(PABA)은 미생물이 엽산과 DNA를 합성하는 데 필수적인 물질이다. 연구진은 여기에 토양 미생물과 곰팡이에서 유래한 유전자를 추가 도입해, PABA가 최종적으로 파라세타몰로 전환되도록 경로를 확장했다. 최적의 실험 조건에서는 플라스틱 기반 분자에서 파라세타몰로 전환되는 전 과정이 하루 이내에 완료됐다. 이는 기존 플라스틱 재활용이 저부가가치 소재로의 '다운사이클링'이나 단순 소각에 머물러 왔던 것과 대비된다. 연구진은 이 기술이 상용화될 경우 플라스틱 폐기물을 의약품 원료로 재활용함으로써 화석연료 의존도를 낮추고 탄소 배출을 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 보고 있다. 다만 실제 산업 적용을 위해서는 대규모 발효 공정에서의 안정성, 경제성, 생애주기 평가(LCA) 등을 면밀히 검증해야 한다는 점도 분명히 했다. 수천 톤 규모의 배양 시스템으로 확장할 경우 온도·산소 공급·불순물 관리 등 공정 제어가 핵심 과제가 될 전망이다. 또한 미생물 기반으로 생산된 파라세타몰이 기존 석유화학 공정 제품과 동일한 순도와 안전성을 충족하는지에 대한 규제 당국의 검증도 필요하다. 연구진은 이번 실험에 사용된 대장균이 폐쇄된 실험 환경에서만 운용되는 안전한 균주이며, 외부 환경에 방출될 가능성은 없다고 설명했다. 또 해당 경로에서 생성되는 파라세타몰은 화학적으로 기존 제품과 동일해, 임상적 평가 기준 역시 같다는 점을 강조했다. 이번 연구는 폐기물로 인식돼 온 플라스틱을 필수 의약품의 원료로 재정의할 수 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 연구진은 "화학과 생물학을 분리된 영역이 아닌 통합된 도구로 활용할 때, 폐기물 문제와 의약품 공급이라는 두 과제를 동시에 해결할 실마리를 찾을 수 있다"고 밝혔다.
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[신소재 신기술(213)] 플라스틱병, 진통제로 되살아나다⋯미생물 공정의 도전
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[기후의 역습(188)] 미국 CO₂ 배출 '초정밀 지도' 공개⋯연방 통계 공백 속 과학의 역주행
- 미국에서 지구 온난화의 원인으로 주목되는 CO₂ 배출 지역에 대한 초정밀 지도가 공개됐다. 미국 북애리조나대 정보·컴퓨팅·사이버시스템학부(SICCS)의 케빈 거니 교수 연구팀은 미국 내 화석연료 연소로 발생하는 모든 CO₂ 배출원을 고해상도로 집계한 데이터베이스 '벌컨(Vulcan)'의 네 번째 버전을 발표했다고 기즈모도가 보도했다. 기후변화 대응의 출발점은 정확한 측정이다. 측정할 수 없는 것은 관리할 수 없다는 점에서, 미국의 이산화탄소(CO₂) 배출량을 추적하는 과학적 노력은 정책 변화 속에서도 핵심적 의미를 지닌다. 해당 내용은 지난 17일(현지시간) 학술지 '네이처 사이언티픽 데이터(Nature Scientific Data)'에 게재됐다. 이번 자료에는 2022년을 기준으로 한 미국 내 화석연료 CO₂ 배출 집중 지역 지도가 포함됐다. 거니 교수는 "미국 납세자들은 이 데이터에 접근할 권리가 있다"며 "미 환경보호청(EPA)의 온실가스 보고 프로그램을 종료하려는 규정 개정이 추진되는 상황에서, 이러한 독립적 데이터의 중요성은 그 어느 때보다 커졌다"고 밝혔다. 벌컨 프로젝트는 지난 20여 년간 다수의 정부 기관 지원을 받아 진행돼 왔으며, 북미 탄소 예산의 정량화, 배출원과 흡수원의 식별, 초고해상도 화석연료 CO₂ 관측을 위한 과학적·기술적 수요 충족을 목표로 한다. 연구진이 공개한 지도에 따르면, 2022년 미국 내 배출량 상위 지역은 동부 연안과 텍사스주 댈러스 등 인구 밀집 지역과 대도시권에 집중돼 있으며, 전반적으로 인구가 많은 미국 동부 지역의 배출 강도가 서부보다 현저히 높았다. 다만 이 지도는 벌컨 데이터의 일부를 시각화한 개요 수준에 불과하다. 공동저자인 파울록 다스 연구원은 "벌컨의 실제 데이터는 수 테라바이트에 달하며, 고성능 컴퓨팅 환경이 필요하다"며 "도시 블록 단위, 도로 구간, 개별 공장과 발전소 수준까지 CO₂ 배출을 포착하는 전례 없는 해상도를 갖췄다"고 설명했다. 이 같은 연구는 연방 차원의 배출 보고 체계가 약화될 가능성 속에서 대안적 역할을 할 수 있다는 점에서도 주목된다. EPA는 지난해 9월, 연간 CO₂ 환산 기준 2만5000t 이상을 배출하는 시설에 대해 의무 보고를 요구해온 '온실가스 보고 프로그램(GHGRP)'을 종료하는 방안을 제안했다. EPA는 이를 통해 기업의 규제 비용을 최대 24억 달러 절감하면서도 청정대기법상 의무는 이행할 수 있다고 주장하고 있다. GHGRP는 약 1만3000개 시설을 대상으로 하며, 미국 전체 온실가스 배출량의 85~90%를 포괄하는 핵심 제도다. 이 제안은 여야를 가리지 않고 일정 수준의 반발을 불러왔으나, 실제 폐지 여부는 여전히 불투명하다. 만약 연방 정부 차원의 배출 추적에 중대한 공백이 생길 경우, 벌컨과 같은 학술 기반 데이터가 이를 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 거니 교수는 "과학 연구 예산 삭감과 연방 데이터 보고에 대한 위협 속에서도, 기후변화와 환경의 질을 이해하는 데 필수적인 데이터를 계속 생산하고 공개할 것"이라며 연구 지속 의지를 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(188)] 미국 CO₂ 배출 '초정밀 지도' 공개⋯연방 통계 공백 속 과학의 역주행
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[우주의 속삭임(161)] 소행성 베누 시료서 생명 핵심 성분 검출⋯NASA, 태양계 기원 새 단서 확보
- 미국 항공우주국(나사·NASA)은 2일(현지시간) 소행성 베누(Bennu)에서 채취한 시료 분석을 통해 생명 기원의 핵심 단서가 될 수 있는 당류와 미지의 유기 고분자 물질, 그리고 초신성 기원의 성간 먼지가 대량으로 포함돼 있다는 사실을 새롭게 확인했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)와 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)에 3편의 논문으로 동시에 공개됐다. NASA의 소행성 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 지구로 전달한 베누 시료에서는 생명체에 필수적인 당 성분인 리보스(ribose)와 포도당(glucose)이 검출됐다. 일본 도호쿠대 후루카와 요시히로 교수 연구진은 5탄당 리보스와 함께, 외계 물질에서 처음으로 6탄당 포도당이 발견됐다고 밝혔다. 이들 당류는 생명 존재 자체를 의미하지는 않지만, DNA와 RNA, 단백질 형성의 기본 요소가 태양계 전반에 광범위하게 존재했음을 시사하는 결정적 증거로 평가된다. 리보스는 RNA의 핵심 구성 성분으로, 정보 전달과 생화학 반응을 담당하는 분자의 골격을 이룬다. 앞서 DNA와 RNA를 구성하는 5종의 핵염기와 인산염이 이미 베누 시료에서 확인된 가운데, 이번 리보스 검출로 RNA를 형성하는 모든 기본 요소가 베누에 존재했다는 사실이 입증됐다. 연구진은 베누 시료에서 디옥시리보스가 발견되지 않은 점에 주목하며, 초기 태양계 환경에서는 DNA보다 RNA가 생명 기원의 핵심 분자로 작용했을 가능성이 크다는 'RNA 월드(RNA World)' 가설을 뒷받침한다고 설명했다. 또 베누 시료에서는 생명체의 주요 에너지원으로 사용되는 포도당도 확인됐다. 이는 현재의 생명체 에너지 대사에 필수적인 물질이 생명 탄생 이전의 태양계 환경에도 이미 존재했음을 의미한다. 두 번째 논문에서는 베누 시료에서 지금까지 한 번도 보고된 적 없는 '껌(gum)'과 유사한 고분자 유기물질이 발견됐다는 사실이 공개됐다. 미국 NASA 에임스연구센터의 스콧 샌퍼드 박사와 UC버클리의 잭 게인스포스 박사가 주도한 이 연구에 따르면, 해당 물질은 질소와 산소가 풍부한 고분자 구조를 지닌 유기물로, 초기 태양계에서 베누의 모천체가 가열되는 과정에서 형성된 것으로 추정된다. 이 물질은 한때 부드럽고 유연했으나 현재는 굳어진 상태로, 얼음과 광물 입자 표면에 층층이 침착돼 있었다. 연구진은 이 유기물이 생명 발생에 필요한 화학 반응의 전구 물질 역할을 했을 가능성에 주목하고 있다. 샌퍼드 박사는 "이 물질은 태양계 형성 초기, 극히 이른 시점에 일어난 물질 변화의 흔적으로 보인다"며 "말 그대로 '시작의 시작'에 해당하는 사건을 보여준다"고 설명했다. 전자현미경과 X선 분광 분석 결과, 이 물질은 지구의 폴리우레탄과 유사한 화학 구조를 일부 지닌 것으로 나타났다. 다만 일정한 규칙성을 갖는 인공 고분자와 달리, 베누의 유기물은 불규칙적이고 복합적인 결합 구조를 띠는 것으로 확인됐다. 연구진은 이를 '우주 플라스틱(space plastic)'에 비견하며, 향후 추가 분석을 통해 보다 정밀한 화학적 기원을 규명할 계획이다. 세 번째 논문에서는 베누 시료에서 태양계 형성 이전 별에서 생성된 '성간 입자(presolar grains)'가 다량 포함돼 있다는 점이 새롭게 밝혀졌다. NASA 존슨우주센터의 응우옌 앤 박사 연구팀은 베누 시료에서 초신성 폭발로 만들어진 먼지의 비율이 기존에 분석된 어떤 우주 암석보다 최대 6배 이상 높다고 보고했다. 이는 베누의 모천체가 초신성 잔해가 특히 풍부한 원시 원반 영역에서 형성됐음을 시사한다. 동시에 베누의 모천체는 과거 물에 의한 광범위한 변질 작용을 겪었음에도 불구하고, 일부 영역에서는 초기 상태가 거의 보존된 성간 물질과 유기물이 함께 남아 있었던 것으로 확인됐다. 응우옌 박사는 "수용성 변질에 쉽게 파괴되는 성간 규산염과 유기물이 동시에 보존됐다는 점은 매우 이례적"이라며 "베누의 시료가 태양계 형성 당시 물질의 다양성을 고스란히 보여준다"고 강조했다. 이번 연구는 태양계 초기 물질 순환, 생명 기원 물질의 우주적 분포, 그리고 생명 탄생의 조건을 입체적으로 재구성할 수 있는 결정적 단서를 제공했다는 평가를 받는다. NASA는 베누 시료 분석이 향후 다른 천체 탐사와 외계 생명 탐색 연구의 과학적 기준점이 될 것으로 기대하고 있다. 오시리스-렉스 임무는 NASA 고다드우주비행센터가 총괄 관리했으며, 애리조나대가 과학을 주도했다. 우주선 제작과 운용은 록히드마틴이 맡았고, 항법은 고다드와 키네틱스 에어로스페이스가 담당했다. 시료 보관·분석은 NASA 존슨우주센터에서 이뤄지고 있으며, 캐나다우주국(CSA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 등 국제 협력도 함께 진행되고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(161)] 소행성 베누 시료서 생명 핵심 성분 검출⋯NASA, 태양계 기원 새 단서 확보
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[신소재 신기술(208)] AI, 박테리아 유전체 학습으로 '완전히 새로운 단백질' 창조
- 인공지능(AI)이 박테리아 유전체 데이터를 학습해 지금껏 알려지지 않은 새로운 단백질을 만들어내는 데 성공했다. 미국 스탠퍼드대 연구팀은 박테리아 유전자 배열이 특정 기능을 중심으로 군집한다는 점에 착안해 '에보(Evo)'라는 새로운 AI 게놈 언어모델을 개발했다. 연구 결과는 국제학술지 네이처(Nature) 최신호(2025년 11월 20일자)에 실렸다. 연구팀은 박테리아 유전체 수백만 건을 학습시켜, 염기서열의 규칙성과 유전자 간 상관관계를 인식하도록 했다. 에보는 대형 언어모델(LLM)처럼 특정 염기서열을 입력받으면 그다음 염기를 예측하고, 그 결과를 기반으로 새로운 유전자 조합을 생성한다. 팀은 기존 단백질의 일부분을 입력하자 에보가 나머지 서열을 80~85% 정확도로 완성하는 능력을 확인했다. 더 나아가 완전히 새로운 유전자를 생성하도록 훈련하자, 실험 결과 생성된 단백질 중 일부가 실제 생물학적 기능을 수행했다. 예를 들어 연구팀은 박테리아 독소 유전자를 입력한 뒤 이에 대응하는 항독소 유전자를 생성하도록 에보를 훈련시켰다. 테스트 결과, 생성된 항독소 중 절반이 실제 독성을 완화했고, 두 종류는 박테리아의 생장을 완전히 회복시켰다. 이들 항독소는 기존 단백질과 25% 미만의 유사도를 보여 '자연계에 존재하지 않는 단백질'로 평가됐다. 또한 연구진은 CRISPR 시스템을 억제하는 단백질 생성 실험에서도 17%가 실제 기능을 수행했으며, 일부 단백질은 기존 구조 예측 소프트웨어가 해석하지 못할 정도로 새로운 형태를 보였다. 스탠퍼드대 연구팀은 "Evo는 단백질의 3차원 구조를 고려하지 않고도 유전자 수준에서 기능적 단백질을 만들어낼 수 있음을 보여줬다"며 "이는 진화가 작동하는 핵심 단계인 '핵산 수준'에서 단백질 생성을 재현한 사례"라고 설명했다. 이번 연구는 AI가 단백질 설계뿐 아니라 유전자 진화 과정을 이해하고, 생물학적 창조력을 확장할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 주목받는다. 다만 연구진은 "포유류처럼 복잡한 유전체에는 적용이 쉽지 않다"며 "현재 단계에서는 박테리아 수준의 단순한 유전자 구조에서만 실험적으로 검증됐다"고 밝혔다. 이번 성과는 AI가 단백질 구조 예측(알파폴드) 단계에서 나아가, 생명체의 새로운 진화 가능성을 탐색하는 '유전체 기반 단백질 생성 시대'를 열었다는 평가를 받고 있다.
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[신소재 신기술(208)] AI, 박테리아 유전체 학습으로 '완전히 새로운 단백질' 창조
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[기후의 역습(182)]美 해안 유해시설 5,500곳, 해수면 상승으로 홍수 위험
- 기후 변화로 인한 해수면 상승이 향후 수십 년 내 미국 내 수천 곳의 유해 산업시설에 심각한 홍수 위험을 초래할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 20일(현지시간) abc뉴스에 따르면 미국 캘리포니아대 로스앤젤레스(UCLA) 연구진은 이날 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재한 논문에서, 온실가스 배출이 높은 시나리오를 적용할 경우 2100년까지 미국 전역의 5500곳 이상 유해시설이 '100년에 한 번' 규모의 홍수에 노출될 위험이 있다고 밝혔다. 이들 시설은 하·폐수 처리장, 석유·가스 정제소, 유독 폐기물 처리장, 방위산업 관련 부지 등으로 구성돼 있다. 연구진은 "이 가운데 3800곳은 2050년 이전에도 침수될 가능성이 있다"고 경고했다. 조사 대상은 미국 23개 연안 주와 푸에르토리코의 약 5만 개 산업·오염 시설이었다. 가장 위험이 높은 주로는 플로리다, 뉴저지, 캘리포니아, 루이지애나, 뉴욕, 매사추세츠, 텍사스 등 7개 주가 꼽혔다. 전체 위험 시설의 약 80%가 이들 지역에 집중돼 있다. 연구를 이끈 라라 커싱 UCLA 교수는 "허리케인 카트리나(2005), 하비(2017)처럼 대형 폭풍으로 산업시설이 침수돼 독성 화학물질이 유출된 사례가 이미 있었다"며 "기후 변화로 이런 사건이 더 자주 발생할 가능성이 크다"고 지적했다. 특히 저지대 해안에 밀집한 석유 정제 및 저장시설은 원유 유출뿐 아니라 화학물질 확산 위험이 높아, 공공보건과 인근 지역사회에 심각한 피해를 줄 수 있다는 것이다. 연구팀은 또 사회적 취약계층일수록 홍수 위험 지역 근처에 거주하는 비율이 높다고 분석했다. 저소득층, 유색인종, 차량 접근성이 낮은 지역일수록 유해 시설 인근에 집중돼 있어, 해수면 상승이 불평등을 심화시킬 수 있다고 지적했다. 미국 연방정부의 '제5차 국가기후평가'에 따르면, 2050년까지 미 해안의 평균 해수면은 8~12인치(약 20~30cm), 멕시코만 서부 지역은 최대 16인치(약 40cm)까지 상승할 전망이다. 커싱 교수는 "과거 배출로 인한 해수면 상승의 상당 부분은 이미 되돌릴 수 없지만, 온실가스 감축과 대비책 마련을 통해 최악의 결과는 피할 수 있다"며 "기존 오염 부지의 정화 계획과 토지 이용 정책, 재난 대응 체계를 강화해야 한다"고 강조했다. 공동 연구자인 레이철 모렐로-프로시 UC버클리 교수는 "기후 변화에 대한 회복력을 높이기 위해 취약 지역 사회가 필수 정보와 자원에 접근할 수 있도록 정책적 지원이 절실하다"고 말했다. 연구팀은 지구 온난화 배출량을 줄이면 세기말까지 위험에 처한 지역이 약 300곳 줄어들 것이라고 밝혔다. https://abcnews.go.com/US/thousands-toxic-sites-us-risk-flooding-coming-decades/story?id=127635958
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[기후의 역습(182)]美 해안 유해시설 5,500곳, 해수면 상승으로 홍수 위험
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[퓨처 Eyes(111)] "잠은 '추락'이다"⋯뇌, 스위치 꺼지듯 4.5분전 '급강하'
- 우리는 흔히 '잠에 빠진다(fall asleep)'고 말한다. 이 표현은 단순한 비유를 넘어, 뇌 과학적 진실에 가장 가까운 묘사로 밝혀졌다. 인간의 뇌는 서서히 잠드는 것이 아니라, 특정 '결정적 순간(Tipping Point)'을 기점으로 마치 스위치가 꺼지듯 급격하게 수면 상태로 전환되는 것으로 나타났다. 더 나아가, 이 '마스터 스위치'가 내려간 뒤에도 뇌 전체가 동시에 잠드는 것이 아니라, 고차원적 인지 영역이 먼저 잠들고 감각 영역은 한동안 활성 상태를 유지하는 '순차적 종료' 과정이 일어난다는 사실도 규명됐다. 수면의 '시기(When)'와 '방식(How)'이라는 거대한 퍼즐을 동시에 풀어낸 두 편의 핵심 연구가 국제 학술지 '네이처 뉴로사이언스'와 '네이처 커뮤니케이션스'에 연이어 발표되며, 수면 과학의 기존 패러다임을 뒤흔들고 있다. 100°C에서 물이 끓듯…英 ICL "수면은 점진 아닌 '분기점'" 가장 먼저 수면의 '시기'에 대한 통념을 깬 것은 영국 임페리얼 칼리지 런던(ICL)과 서리 대학 공동 연구팀이다. 연구팀은 1000명이 넘는 자원자의 뇌 스캔 데이터를 분석, 잠들기 약 4.5분 전에 뇌 전기 활동이 급격하게 변하는 '티핑 포인트'를 발견했다. 연구를 이끈 니르 그로스만 ICL 신경과학자는 "수면은 점진적 과정이 아니라, 실시간 예측이 가능한 '분기(bifurcation)'라는 사실을 발견했다"고 밝혔다. '분기'는 수학 용어로, 점진적인 변화가 쌓이다가 특정 지점에서 완전히 다른 상태로 급격히 변하는 현상을 뜻한다. 마치 99°C까지 서서히 온도가 오르던 물이 100°C에서 격렬하게 끓기 시작하는 것과 같다. 지금까지 수면 과학계가 조명 스위치를 서서히 줄이는 '디머(dimmer)' 방식으로 수면을 이해했다면, ICL의 연구는 수면이 '온/오프 스위치'에 가깝다는 것을 증명한 셈이다. 연구팀은 뇌전도(EEG)가 포착한 47개의 뇌 활동 특징을 수학적 공간으로 변환하는 모델을 개발했다. 이 모델로 '수면 거리(sleep distance)', 즉 뇌가 수면에 얼마나 가까워졌는지를 추적했다. 그 궤적은 "마치 공이 가파른 경사면을 굴러 절벽으로 떨어지는" 모습과 정확히 일치했다. 이 모델의 예측 정확도는 놀라운 수준이다. 단 하룻밤의 뇌 활동 기록만으로 향후 수면 시간을 95% 정확도로 예측했으며, '추락'의 순간인 티핑 포인트 오차는 평균 49초에 불과했다. 그로스만 박사는 "매 순간 잠들기까지 얼마나 남았는지 전례 없는 정밀도로 파악할 수 있게 됐다"고 강조했다. 30년 통념 깬 '49초 예측'…졸음운전 경고 현실화 ICL의 발견이 중요한 이유는 수십 년간 수면 연구의 기반이었던 고전적 모델의 한계를 극복했기 때문이다. 1990년대 초 일본 연구자들이 제시한 9단계 EEG 패턴 모델은, 잠드는 과정을 순차적 전환으로 설명했지만 사람마다 편차가 크고 측정이 어려워 실제 불면증 치료나 응용 기술 개발에 큰 도움을 주지 못했다. 하지만 '49초 예측' 모델은 즉각적인 활용이 가능하다. 가장 기대되는 분야는 '졸음운전 방지'다. 운전자의 뇌가 위험한 '티핑 포인트'에 근접하기 수십 초 전에 강력한 경고를 보내는 시스템 개발이 현실화될 수 있다. 또한 불면증이나 주간 졸음증 환자의 상태를 정밀 진단하고, 수술실에서의 마취 모니터링 정밀도를 높이는 데도 결정적 역할을 할 전망이다. 美 하버드 "뇌는 '순차 소등'…인지 영역 먼저 잠든다" ICL이 '언제' 잠드는지의 비밀을 풀었다면, 미국 하버드 의대 및 매스 제너럴 브리검(MGB) 병원 연구팀은 '어떻게' 잠드는지의 청사진을 제시했다. 뇌는 '일괄 소등'되지 않았다. 연구팀은 EEG-PET-fMRI라는 최신 영상 기법을 총동원해, 뇌의 신경 활동, 혈류, 그리고 에너지원인 포도당 대사를 동시에 추적했다. 그 결과, '티핑 포인트'를 지나 잠에 빠져들 때 뇌 영역별로 뚜렷한 시간차가 발생했다. 뇌를 하나의 거대한 '사무실 빌딩'에 비유할 수 있다. 먼저, 고차원적 사고와 기억을 담당하는 '기본 모드 네트워크(DMN)', 즉 '임원실'과 '기획실'의 불(포도당 대사)이 먼저 꺼졌다. 이 영역은 수면 중 강력하게 억제됐다. 하지만 감각과 운동을 담당하는 영역, 즉 '중앙 보안실'이나 '전력 공급실'은 달랐다. 이 영역들은 대사적으로 활발한 상태를 유지하며 오히려 더 강한 혈류 변동을 보였다. 뇌의 대부분이 휴식에 들어간 뒤에도, 외부 자극을 감지하는 최소한의 '경계 근무'는 계속되는 셈이다. 알람 소리 듣는 이유…'보안실'은 켜져 있었다 이러한 '순차 소등' 메커니즘은 우리가 깊은 잠에 빠진 것처럼 보여도, 화재경보기 소리나 아이의 울음소리 같은 중요한 자극에 반응해 깨어날 수 있는 이유를 명확히 설명한다. '보안실'의 전원이 켜져 있기 때문이다. 연구를 이끈 징위안 첸 교수는 "다른 뇌 영역이 다른 시간에 잠든다는 것이 핵심"이라며 "감각 영역이 활성을 유지하는 패턴이 뇌의 보호 기능을 수행할 수 있다"고 설명했다. 두 연구를 종합하면, 인간의 수면은 뇌 전체의 단순한 '셧다운(일시 정지)'이 아니다. ICL이 발견한 '마스터 스위치(티핑 포인트)'가 내려가면, 하버드팀이 밝혀낸 '설계도'에 따라 인지 영역(임원실)의 전원이 먼저 차단되고, 감각 영역(보안실)은 최소한의 경계를 유지하는 고도로 정교한 '단계적 프로세스'다. 물론 이번 연구들은 실험실 환경(소음, 부분적 수면 부족)이라는 한계가 있지만, 건강한 수면의 '청사진'을 제공했다는 평가를 받는다. 연구팀은 향후 수면 중 뇌 노폐물 제거 과정과 알츠하이머병의 연관성 등 신경 질환 환자에게서 이 '청사진'이 어떻게 망가지는지 규명하는 후속 연구를 진행할 계획이다.
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[퓨처 Eyes(111)] "잠은 '추락'이다"⋯뇌, 스위치 꺼지듯 4.5분전 '급강하'
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[우주의 속삭임(155)] 화성 뒤덮은 '검은 줄무늬'의 정체⋯50년 만에 밝혀지다
- 화성 곳곳의 사면을 가로지르는 수백만 개의 검은 줄무늬(slope streaks)에 대한 새로운 해석이 제시되면서 1970년대 이후 이어져온 미스터리가 풀리고 있다. 13일(현지시간) 라이브사이언스, 스페이스닷컴에 따르면 스위스 베른대학의 행성과학자 발렌틴 비켈(Valentin Bickel) 연구팀은 대다수의 신규 줄무늬가 계절풍이 먼지층을 불안정하게 만들면서 발생한 사면 붕괴라고 제시했다. 미국 항공우주국(나사NASA)의 화성정찰궤도선(MRO) 자료를 정밀 분석한 결과, 그동안 과학계가 가정해온 '물 기반 붕괴' 가설은 사실과 거리가 있는 것으로 나타났다. 1970년대 처음 발견된 화성의 검은 줄무늬는 오랫동안 '얼음이 녹아 발생한 사면 붕괴의 흔적'으로 여겨졌다. 하지만 지난 5월에 발표된 한 연구에서는 이들이 물과 무관한 '건조한 붕괴(dry landslides)'에 의해 형성된다는 사실을 확인했다. 비켈 교수 연구팀은 2006~2024년 사이 촬영된 9만 장의 화성궤도 이미지에서 약 210만 개의 줄무늬 이미지를 분석해, 건조한 붕괴의 배경으로 계절적 바람과 먼지의 이동을 지목했다. 이번 논문은 지난 6일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 비켈은 지난 5월 발표된 연구의 공동 저자이기도 하다. 대표적 사례로 꼽히는 아폴리나리스 몬스(Apollinaris Mons) 지역의 '바코드형' 줄무늬는 인근 소행성 충돌로 형성된 것으로 추정돼 운석 충돌 가설이 주목받기도 했으나, 이번 분석은 이러한 충돌 사례가 극히 예외적이라는 점을 분명히 했다. 유럽우주국(ESA) 우주선은 2023년 크리스마스 무렵 거대한 사화산인 아폴리나리스 몬스의 바코드 형 무늬를 포착했다. 그는 "운석 충돌이나 화성 지진(marsquake)이 줄무늬 생성의 원인이 되는 경우는 0.1% 미만"이라며 "전체적인 규모에서는 거의 영향이 없다"고 설명했다. 연구진은 개선된 딥러닝 알고리즘을 사용하여 화성 표면의 변화를 모니터링하도록 설계된 MRO의 컨텍스트 카메라( CTX )가 촬영한 이미지 아카이브 전체를 분석했다. 연구는 화성 줄무늬가 5개 권역(아마조니스, 올림푸스 몬스 아우레올, 타르시스, 아라비아, 엘리시움)에 집중돼 있으며, 이 지역에서는 특정 계절에 바람이 '먼지 이동 임계값(dust mobilization threshold)'을 넘을 만큼 강해진다고 지적한다. 이 시기에 붕괴가 잇따라 발생하며 새로운 줄무늬가 만들어진다는 것이다. 비켈은 "이는 화성에서 고속 바람이 먼지를 휘몰아 '먼지 악마(dust devil)'를 일으키는 과정과 유사하다"고 설명했다. 줄무늬 생성 메커니즘이 오랫동안 파악되지 않았던 이유도 드러났다. 연구에 따르면, 줄무늬가 만들어지기 가장 적절한 환경은 일출·일몰 직전의 어스름 시간대로, 실제 관측이 사실상 어려웠기 때문이다. 연간 생성 속도에 대한 추정도 나왔다. 현재 화성 표면에는 약 160만 개의 줄무늬가 존재하는 것으로 알려져 있으며, 기존 줄무늬 1개당 매년 0.05개가 새로 생겨 연간 약 8만 개가 추가되는 것으로 분석됐다. 줄무늬는 수십 년 동안 유지되는 것으로 보이지만, 관측 자료가 충분치 않아 정확한 수명은 명확히 밝혀지지 않았다. 줄무늬가 화성 표면의 0.1% 미만을 덮고 있음에도 과학자들이 주목하는 이유가 있다. 연구는 줄무늬가 화성 대기 먼지 공급의 최대 단일 기여 요인일 가능성을 제기했다. 이는 향후 화성 탐사와 더 나아가 인간 거주 가능성 평가에서도 중요한 변수로 떠오를 전망이다. 유럽우주국(ESA) 엑소마스(ExoMars) 탐사선 프로젝트 과학자 콜린 윌슨은 "이번 연구는 현재 화성에서 일어나는 동적 변화를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다"며 "장기적이고 연속적인 전 행성 규모 관측이 앞으로의 화성 탐사의 핵심 목표가 될 것"이라고 말했다.
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[우주의 속삭임(155)] 화성 뒤덮은 '검은 줄무늬'의 정체⋯50년 만에 밝혀지다
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[퓨처 Eyes(110)] 탄화규소(SiC) 양자 센서, '다이아몬드' 한계 넘어 생체 내부 측정 길 열어
- 인류는 오랫동안 '평균'의 세계에 의지해 왔다. 거대한 원자들의 집단적 움직임을 측정하는 고전 물리학의 눈으로는, 숲 전체의 웅성거림은 들을 수 있어도 나뭇잎 하나하나의 속삭임을 포착할 수는 없었다. 하지만 이제 과학은 원자 하나, 전자 하나의 미시 세계를 직접 들여다보는 새로운 눈을 갖게 됐다. 바로 '양자 기술'이다. 양자 기술은 크게 세 갈래로 나뉜다. 상상을 초월하는 연산 능력의 '양자 컴퓨팅', 도청 불가능한 통신을 구현하는 '양자 통신', 그리고 감각의 한계를 뛰어넘는 '양자 센싱'이다. 이 중 가장 먼저 우리 곁에 다가와 상용화의 문을 두드리고 있는 분야가 바로 양자 센싱이다. 기술 성숙도(TRL)가 6~7단계에 이르러, 이미 시장 진입을 눈앞에 두고 있다. 뇌 질환 조기 진단…상용화 임박한 '꿈의 센서' 양자 센싱이란 '양자 얽힘'이나 '중첩'처럼 원자 크기에서만 나타나는 미묘하고 섬세한 현상을 이용해 세상을 측정하는 기술이다. 기존 센서가 수백만 명의 군중이 내는 함성(고전 물리)을 측정했다면, 양자 센서는 그 군중 속 단 한 사람의 목소리(양자)를 정확히 골라 듣는 것과 같다. 이 '단 하나의 목소리'를 들을 수 있게 되면서 열리는 가능성은 경이롭다. 인공위성(GPS) 없이도 완벽하게 위치를 파악하는 내비게이션, 전파 방해나 교란이 불가능한 군사 유도 시스템, 그리고 쓰나미나 화산 활동을 미리 감지하는 정밀한 지각 변동 모니터링이 가능해진다. 특히 의학계의 기대는 폭발적이다. 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 뇌 질환은 극도로 미약한 신경 자기장 신호의 변화로 시작된다. 양자 센서는 이 변화를 분자 단위에서 감지하여 질병의 조기 진단을 가능하게 할 수 있다. 현재 이 분야의 선두주자는 '다이아몬드 NV 센터'라 불리는 센서다. 인공 다이아몬드 격자 구조의 미세한 결함을 이용하는 이 센서는 복잡한 냉각 장치 없이 상온에서 작동한다는 강력한 이점을 가졌다. 보쉬, Qnami 등 유수의 기업들이 이 기술의 상용화에 뛰어들었다. '다이아몬드'의 아킬레스건, 생명체엔 '독'이 된 녹색광 하지만 이 강력한 '다이아몬드 센서'에게도 치명적인 아킬레스건이 있었다. 바로 살아있는 생명체, 즉 '생체 내(in vivo)' 환경에 적용하기 어렵다는 점이다. 최근 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 게재된 한 논문은 이 문제를 정면으로 파고들었다. 연구진은 "다이아몬드 NV 센터는 녹색광(532nm)으로만 효율적으로 작동될 수 있는데, 물과 유기 분자는 이 녹색광을 매우 효율적으로 흡수해버린다"고 지적했다. 이는 마치 잠자는 아기(세포)의 상태를 관찰하기 위해 눈앞에 환한 건설용 탐조등(녹색광)을 비추는 것과 같다. 탐조등 불빛 때문에 아기가 깨어나고(가열) 관찰 자체가 불가능해지는(형광 간섭) 것이다. 연구진은 "이러한 고유한 특성은 회피할 수 없으며, 따라서 대체 솔루션을 찾기 위한 긴급한 탐색이 필요했다"고 연구의 배경을 밝혔다. 연구진은 '탄화규소(SiC)'에서 그 해답을 찾았다. SiC는 이미 반도체 웨이퍼 기술로 널리 쓰이는 생체 친화적 소재다. 결정적으로 SiC 내부의 '이중공극'이라는 결함은 다이아몬드와 달리 '근적외선' 영역에서 작동한다. 이 근적외선은 인체 조직이나 물에 거의 흡수되지 않고 통과하는, 이른바 '제2의 생물학적 창(second biological window)'으로 불리는 황금 대역이다. 아기에게 아무런 방해를 주지 않는 정교한 '야간 투시경'을 찾은 셈이다. 해답은 '탄화규소', 알켄 코팅으로 '산화' 문제 해결 하지만 SiC에도 난관은 있었다. SiC 표면은 공기 중에 노출되면 쉽게 산화(녹)되어 'a-SiO2'라는 막을 형성한다. 문제는 이 과정이 무작위적(stochastic)으로 일어나 센서의 정밀도를 망가뜨리는 수많은 불순물(탄소 클러스터)을 만든다는 점이다. 연구진은 "이러한 (결함) 중심의 확률론적 특성은 양자 응용에 부적합하다"고 분석했다. 이는 마치 완벽하게 조율된 오케스트라의 연주(양자 신호) 도중, 무작위로 불협화음(산화막 결함)이 끼어드는 것과 같았다. 초정밀 양자 센서를 작동시키기엔 치명적인 환경이었다. 여기서 연구진의 독창적인 통찰력이 빛을 발한다. 이들은 산화라는 '급진적으로 다른 표면 처리' 방식을 고안했다. 바로 '알켄(alkene)'이라는 유기 분자 사슬로 SiC 표면을 정밀하게 코팅하는 것이다. 이는 단순히 바닥을 청소하는 수준을 넘어, 물과 오염물질이 애초에 스며들 수 없는 '초박막 특수 방수 코팅'을 표면에 정밀하게 시공한 셈이다. 그 결과는 놀라웠다. 연구팀은 "알켄으로 종결된 SiC 표면이 이중공극 스핀 양자 센서에 이상적인 환경을 제공한다"는 사실을 발견했다. 이 알켄 코팅은 물 분자를 밀어내는 소수성 보호막 역할을 하여 센서의 안정성을 극대화했다. 연구진은 Gd-DO3A라는 단일 분자를 감지하는 실험을 통해, 이 새로운 SiC 센서가 기존 산화막 처리 방식 대비 "예측된 우월성을 입증한다"고 강조했다. 민감도는 다이아몬드 센서에 필적하면서도, 생체 적용이라는 핵심 난제를 해결한 것이다. 100억 달러 시장 선점 경쟁…AI와 결합하는 양자 센싱 이 기초 과학의 성과는 산업계의 거대한 흐름과 맞물려 있다. 디지타임스에 따르면, 글로벌 양자 센서 시장은 2030년 약 14억 2000만 달러(약 2조 947억원)에 이를 전망이며, 맥킨지는 2035년까지 최대 100억 달러(약 14조 7420억 원) 규모로 성장할 것으로 예측했다. 구글의 모태에서 분사한 샌드박스AQ(SandboxAQ)는 이미 1조 원에 가까운 투자를 유치하며 의료 및 내비게이션용 양자 센싱 향상에 AI를 접목하고 있다. 미 국방부 역시 연간 9억 달러에 가까운 예산을 이 분야에 쏟아붓고 있다. 이는 양자 센싱이 단순한 기술 경쟁을 넘어, 미래 산업과 국가 안보의 패권을 좌우할 '전략 기술'임을 방증한다. 이제 원자 하나하나의 속삭임을 듣는 시대가 열리고 있다. 이번 SiC 양자 센서의 개발은 '알츠하이머 정복'이나 '신약 개발'처럼 인류의 숙원이던 생명 현상의 비밀에 다가갈 가장 정교한 '현미경'을 손에 쥐었음을 의미한다. 상상에 머물던 나노 단위의 생체 탐험이 비로소 현실의 영역으로 들어오고 있다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(110)] 탄화규소(SiC) 양자 센서, '다이아몬드' 한계 넘어 생체 내부 측정 길 열어
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[기후의 역습(180)] 남극서 '역대 초고속' 빙하 붕괴 관측⋯헥토리아 빙하, 두 달 만에 8㎞ 후퇴
- 남극 동부 반도에 위치한 헥토리아 빙하(Hektoria Glacier)가 불과 두 달 만에 약 8km(5마일)나 후퇴한 것으로 확인됐다. 8일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 미국 연구진은 2022년 11월과 12월 사이 하루 평균 0.8km가량 뒤로 밀려나며, 남극 빙하 중 기록상 가장 빠른 붕괴가 일어났다고 밝혔다. 이번 연구는 미국 콜로라도대 환경과학협동연구소(CIRES)의 박사후 연구원 나오미 오크왓(Naomi Ochwat) 주도로 진행됐다. 그는 "2024년 초 헥토리아 상공을 비행하며 붕괴 지대를 직접 목격했을 때, 그 규모에 압도됐다"고 전했다. 연구진은 고해상도 위성 영상으로 이 빙하가 단 2일 만에 2.5km 이상 후퇴한 사실을 포착했다. 헥토리아의 급격한 붕괴는 빙하 아래의 평탄한 해저 지형에서 비롯됐다. 해수면 아래 완만한 해저 평원 위에 놓인 빙하는 두께가 얇아질 경우 쉽게 부력을 받아 뜨기 시작하며, 그 과정에서 대규모로 갈라져 나가는 '부력 유발 붕괴(buoyancy-driven calving)'가 발생한다. 연구팀은 붕괴 시점에 여섯 차례의 빙하 지진이 동반된 사실도 확인했다. 이는 거대한 빙괴가 전복될 때 발생하는 특유의 지진 신호로, 실제 해수면 상승에 기여하는 육상 빙하 손실임을 의미한다. 미 항공우주국(나사·NASA)에 따르면 남극의 그린 빙하와 헥토리아 빙하는 2002년 붕괴된 라르센 B 빙붕의 지류였다. 이 빙붕이 붕괴된 후에는 더 이상 그곳으로 흘러들어가는 빙하들을 지탱해주지 못하게 되었고, 그 이후로 빙하들의 높이는 급격히 떨어졌다. 위성 관측 결과, 헥토리아의 이동 속도는 붕괴 전보다 6배 이상 빨라졌고, 잔존 빙상에서는 연간 약 80m의 급격한 두께 감소가 측정됐다. 당시 해수 온도나 표면 융빙이 비정상적으로 높지 않았던 점을 감안하면, 빙하 전면을 지탱하던 계절성 해빙(季氷)이 사라지며 파랑과 빙괴의 압력이 직접 작용한 것이 원인으로 분석된다. 연구팀은 "헥토리아의 사례는 규모는 작지만 남극의 주요 빙하들이 가진 구조적 특성과 유사하다"며 "평탄한 해저 지형 위의 빙하에서는 유사한 조건이 재현될 경우 단기간에 대량의 빙하가 해수면 상승에 기여할 수 있다"고 경고했다. 이번 연구는 국제 학술지 '네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)'에 게재됐다. 해당 연구는 서남극 빙하처럼 빙하가 일정 임계점에 도달하면 예측보다 수십 년 빠르게 해수면 상승을 가속화할 수 있다는 점을 보여준다.
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[기후의 역습(180)] 남극서 '역대 초고속' 빙하 붕괴 관측⋯헥토리아 빙하, 두 달 만에 8㎞ 후퇴
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[기후의 역습(179)] 남극, 되돌릴 수 없는 변화 임박⋯"지구 해수면·생태계에 연쇄 충격"
- 지구 남극 대륙이 빙하, 해양, 생태계 전반에 걸쳐 되돌릴 수 없는 변화를 겪을 가능성이 커지고 있다는 연구 결과가 나왔다. 과학자들은 전 세계적으로 탄소 배출을 대폭 감축하지 않는다면 남극의 변화가 호주를 비롯한 전 지구적 기후 시스템에 심각한 파급을 초래할 것이라고 경고했다. 6일(현지시간) 사이언스데일리에 따르면 호주국립대(Australian National University·ANU)와 뉴사우스웨일스대(UNSW) 등 호주 주요 남극 연구기관 공동 연구진은 "남극 전역에서 대규모 변화가 동시에 진행 중이며, 이 과정들이 서로 긴밀히 연동돼 전 지구적 기후·해수면·생태계에 복합적 압력을 가하고 있다"고 밝혔다. 해당 내용은 국제학술지 네이처(Nature)에 발표됐다. 서남극 빙상, "붕괴 진행 중"…해수면 3m 상승 가능성 연구진은 특히 서남극 빙상(West Antarctic Ice Sheet·WAIS)을 "붕괴 위험이 가장 심각한 지역"으로 지목했다. 대기 중 이산화탄소 농도가 지금의 추세대로 상승할 경우, 서남극 빙상이 완전히 붕괴돼 전 세계 해수면이 최대 3미터 이상 높아질 수 있다고 경고했다. 호주 남극청(Australian Antarctic Division)의 수석 과학자이자 이번 연구의 주저자인 네릴리 에이브럼(Nerilie Abram) 박사는 "이미 남극의 빙하, 해양, 생태계 전반에서 급격한 변화가 감지되고 있으며, 지구 온도가 0.1도씩 높아질 때마다 상황은 더욱 악화될 것"이라고 말했다. 그는 "이러한 변화는 향후 세대에 걸쳐 돌이킬 수 없는 재앙적 결과를 낳을 것"이라고 덧붙였다. 해빙 급감·해양순환 약화…'피드백 루프' 가속화 에이브럼 박사는 "최근 남극 해빙의 급격한 감소는 또 다른 경고 신호"라며 "해빙이 사라지면 남극 주변 부유 빙붕(ice shelf)이 파도에 의해 더 쉽게 붕괴될 수 있다"고 설명했다. 해빙의 축소와 남빙양(Southern Ocean) 심층 해류 순환의 약화는 남극 해양 시스템이 예상보다 훨씬 높은 온도 변화에 취약하다는 사실을 시사한다. 해빙이 줄어들수록 태양열이 바다 표면에 더 많이 흡수돼 지역 온난화를 가속하는 '악순환'이 심화되고 있다. 호주 해안도시·기후에 직접적 타격 공동저자인 매슈 잉글랜드(Matthew England) UNSW 교수는 "남극의 급격한 변화는 호주에 직접적인 영향을 미칠 것"이라고 말했다. 그는 "해수면 상승으로 인한 해안 도시 피해, 해양 산소 감소로 인한 탄소 흡수 능력 저하, 남극 해빙 감소에 따른 지역 온난화 가속 등 복합적 충격이 불가피하다"고 분석했다. 잉글랜드 교수는 또 "남극 심층 해류 순환이 붕괴할 경우, 영양염이 표층으로 공급되지 않아 해양 생태계 전체가 붕괴될 위험이 있다"고 경고했다. 황제펭귄·크릴 등 남극 생태계 붕괴 조짐 해빙 감소는 남극 생태계에도 직접적인 위협으로 작용하고 있다. 잉글랜드 교수는 "황제펭귄 새끼들은 해빙 위에서 성장하는데, 최근 일찍 해빙이 깨지는 현상으로 인해 일부 개체군에서는 번식 실패가 연이어 발생하고 있다"고 말했다. 지난 10년 동안 일부 지역에서는 번식 실패가 여러 차례 반복되며 개체군 전체가 사라진 사례도 보고됐다. 연구진은 또 크릴(krill), 펭귄, 바다표범 등 남극 생태계 핵심종들의 개체수가 급감하고 있으며, 식물성 플랑크톤 역시 해양 온난화와 산성화로 피해를 입고 있다고 밝혔다. "1.5도 목표 지켜야"…온실가스 신속 감축만이 유일한 해법 에이브럼 박사는 "남극조약체계(Antarctic Treaty System)와 같은 국제 협력은 필수적이지만, 이미 진행 중인 기후변화의 영향을 막기에는 역부족"이라며 "온실가스 배출을 신속히 줄여 지구 온도 상승을 1.5도 이내로 억제하는 것이 유일한 해법"이라고 강조했다. 그는 "정부, 산업계, 지역사회 모두가 남극의 급속한 변화를 기후적응 계획에 반영해야 한다"며 "특히 호주와 같은 인접국은 이러한 변화를 국가 전략에 적극 포함해야 한다"고 촉구했다. 전 지구 과학 협력으로 남극 변화 추적 이번 연구는 호주 남극과학우수센터(ACEAS)를 중심으로, '남극 환경의 미래 확보(SAEF)', '호주 남극프로그램 파트너십(AAPP)', '호주 남극청(AAD)' 등 주요 기관이 참여했다. 또한 남아프리카공화국, 스위스, 프랑스, 독일, 영국 등 세계 각국의 남극 전문가들이 공동 참여했다. 이번 연구는 호주 정부의 장기 계획인 '남극과학 10년 전략(2025~2035)'의 일환으로, 지구 최남단 지역에서 벌어지고 있는 급속한 변화를 과학적으로 규명하고 대응 방안을 마련하기 위한 글로벌 협력의 중요한 이정표로 평가된다. 전문가들은 "남극의 변화는 더 이상 먼 미래의 경고가 아니라, 이미 현실이 되고 있다"며 "지구 기후체계의 최후 방어선이 무너질지 여부는 인류의 감축 의지에 달려 있다"고 경고했다.
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[기후의 역습(179)] 남극, 되돌릴 수 없는 변화 임박⋯"지구 해수면·생태계에 연쇄 충격"
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[우주의 속삭임(151)] 초거대 블랙홀, 10조개 태양빛에 해당하는 우주적 폭발
- 초거대 블랙홀이 거대한 별을 집어삼키며 지금까지 기록된 것 중 가장 강력한 우주 폭발을 일으켰다는 연구 결과가 나왔다. 미국 캘리포니아공과대학(Caltech) 천문학 연구진은 4일(현지시간) 학술지 네이처 애스트로노미(Nature Astronomy) 에 발표한 논문에서, 질량이 태양의 5억 배에 달하는 초대형 블랙홀이 태양보다 최소 30배 큰 별을 삼키며 태양 10조 개의 밝기에 해당하는 섬광(flaring)을 방출했다고 밝혔다. 블랙홀 플레어(black hole flare)로 불리는 이 폭발은 지금까지 관측된 블랙홀 섬광 가운데 가장 거대하고, 가장 먼 거리(약 100억 광년)에서 포착된 사례로 평가된다. 이 초거대 블랙홀은 지구에서 약 110억 광년 떨어진 먼 은하계에 존재하는 태양 질량의 약 3억 배에 달하는 블랙홀에 의해 생성됐다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로, 5.9조 마일(9.5조 km)이다. 태양 질량의 30~200배로 추정되는 이 별은 가스 흐름으로 변해 뜨겁게 달아오르며 빛나다가 사라졌다. 연구를 이끈 매슈 그레이엄 교수는 "이런 규모의 현상은 천만 분의 일 확률로 발생하는 매우 희귀한 사건"이라며 "폭발의 지속 시간과 에너지 규모를 고려할 때, 블랙홀 섬광이 가장 유력한 설명"이라고 말했다. 그레이엄 교수는 블랙홀이 근처의 별, 가스, 먼지, 기타 물질을 삼키는 것은 드문 일이 아니지만, 그렇게 거대한 플레어 현상은 극히 드물다고 말했다. 그는 이번 폭발의 최고조는 지금까지 관찰된 어떤 블랙홀 플레어보다 30배 더 밝았다고 덧붙였다. 해당 현상은 2018년 칼텍이 운영하는 팔로마 천문대에서 세 개의 지상 망원경이 수행한 광역 관측 프로젝트 중 처음 포착됐다. 당시에는 단순히 '특이하게 밝은 천체'로 분류됐으나, 2023년 재분석 과정에서 그 거리가 100억 광년 이상임이 확인되며 연구진을 놀라게 했다. 폭발은 7년 이상 지속되고 있으며 현재도 진행 중인 것으로 추정된다. 연구진은 별이 블랙홀의 중력장에 휘말려 궤도를 벗어나면서 파괴됐을 가능성이 크다고 분석했다. /플레어는 여전히 진행중이지만 밝기가 점차 약해지고 있으며, 전체 과정이 완료되는 데 약 11년이 걸릴 것으로 예상된다. 이번 발견은 블랙홀의 성장 과정과 은하 중심부의 동역학을 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 그레이엄 교수는 "예전에는 대부분의 은하 중심 블랙홀이 조용히 존재한다고 생각했지만, 이제 그 주변이 훨씬 역동적이며 복잡한 환경임이 드러나고 있다"고 설명했다. 연구진은 이번 폭발이 앞으로 수년간 지상 망원경으로 관측 가능할 것으로 보고, 에너지 방출 메커니즘과 잔류 물질의 거동을 지속적으로 추적할 계획이다.
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[우주의 속삭임(151)] 초거대 블랙홀, 10조개 태양빛에 해당하는 우주적 폭발
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[먹을까? 말까? (119)] "장 스스로 회복한다"⋯MIT, '시스테인'의 재생 비밀 밝혀내
- 장(腸)이 스스로를 치유할 수 있는 능력, 그 열쇠가 한 가지 아미노산에서 발견됐다. 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 연구진은 23일(현지시간) 발표한 연구에서, 단백질을 구성하는 아미노산 중 하나인 '시스테인(cysteine)'이 소장 조직의 재생 능력을 강화해 방사선이나 항암치료로 인한 손상 회복을 촉진한다고 밝혔다. 시스테인은 육류, 유제품, 콩류, 견과류 등 단백질이 풍부한 식품에 다량 함유된 필수 아미노산으로, 연구진은 "시스테인 보충제를 통해 장 손상을 줄일 수 있을 가능성"을 제시했다. 이번 연구는 오메르 일마즈(Omer Yilmaz) MIT 줄기세포이니셔티브(Stem Cell Initiative) 소장이 이끄는 팀이 수행했으며, 관련 논문은 국제학술지'네이처(Nature)'에 게재됐다. "장 스스로를 치유하는 아미노산" 연구진은 실험용 쥐를 대상으로 단일 아미노산이 장 줄기세포에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 20종의 아미노산 중 시스테인이 가장 강력하게 줄기세포와 전구세포(미성숙 세포)의 증식을 촉진하는 것으로 나타났다. 시스테인은 섭취 시 소장에서 코엔자임A(CoA)로 변환된다. 이 물질을 흡수한 CD8 T세포는 활발히 증식하며 IL-22라는 신호 분자를 분비하는데, IL-22는 장 점막 재생과 면역 조절에 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 즉, 시스테인이 면역세포를 자극해 손상된 장 조직의 재생을 유도하는 것이다. 이는 방사선 치료나 항암 화학요법으로 인한 장 손상을 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 MIT는 설명했다. 이 과정은 주로 소장 점막에서만 활성화되는 것으로 나타났다. 연구진은 "대부분의 단백질이 소장에서 흡수되기 때문에, 시스테인 농도가 가장 먼저 높아지는 곳도 소장"이라고 설명했다. 항암·방사선 치료 후 손상 회복에도 효과 연구팀은 방사선에 노출된 쥐에게 시스테인 풍부한 식단을 제공한 결과, 장 점막이 빠르게 재생되고 염증 반응이 완화되는 현상을 관찰했다. 추가로 항암제 '5-플루오로우라실(5-FU)'을 투여한 실험에서도 유사한 회복 효과가 나타났다. 이는 시스테인이 항암·방사선 치료 부작용을 완화할 수 있는 가능성을 보여주는 대목이다. 오메르 일마즈 교수는 "시스테인이 풍부한 식단이나 보충제를 통해 화학요법 또는 방사선으로 인한 장 손상을 완화할 수 있을 것"이라며 "인공 합성물이 아닌, 자연적인 식이성 화합물로 인체 치유 능력을 활용한다는 점이 의미 있다"고 강조했다. "단일 영양소가 장 재생을 촉진한 첫 사례" 이전에도 칼로리 제한이나 고지방 식단이 장 줄기세포 기능에 영향을 미친다는 연구는 있었다. 하지만 이번 연구는 하나의 특정 영양소가 장의 재생 능력을 직접 향상시킨 첫 사례로 평가받는다. 연구를 주도한 MIT의 박사후 연구원 팡타오 치(Fangtao Chi)는 "고시스테인 식단을 섭취하면 장 내에서 IL-22를 생성하는 T세포 집단이 눈에 띄게 증가했다"며 "이는 우리가 IL-22와 줄기세포 활성 간의 연관성을 다시 이해해야 함을 시사한다"고 말했다. 항산화제에서 '재생 촉진제'로 시스테인은 오랫동안 항산화제의 전구물질(예: 글루타티온)로 알려졌으나, 이번 연구는 그것이 단순한 산화 방지 역할을 넘어 조직 재생을 유도하는 생리학적 기능을 갖고 있음을 입증했다. 연구팀은 현재 시스테인이 피부나 모낭 재생에도 유사한 효과를 보이는지 검증 중이다. 향후 소장뿐 아니라 다른 조직의 회복·노화 방지 메커니즘에도 적용할 수 있는 가능성이 제기된다. 현재까지의 연구는 쥐 실험에 한정돼 있으며, 인체 적용을 위해서는 임상시험을 통한 안전성 검증이 필요하다. 그럼에도 이번 연구는 영양학·면역학·재생의학을 잇는 다학제적 접근의 성과로 주목받는다. MIT 통합암연구소의 에릭 포드 교수는 "이번 연구는 개별 영양소가 줄기세포 운명과 조직 건강에 미치는 구체적 기전을 밝힌 의미 있는 성과"라며 "향후 정밀영양학(Precision Nutrition)과 재생의학의 접목을 가속화할 것"이라고 평가했다. "식탁 위의 치유 과학" 시스테인은 육류, 유제품, 콩류, 견과류 등 단백질이 풍부한 식품에 다량 함유되어 있으며, 체내에서도 메티오닌(methionine)을 원료로 합성된다. 다만 체내 합성 시 장보다 간을 중심으로 분포하기 때문에, 식이를 통한 직접 섭취가 장 건강에 더 효과적일 수 있다고 연구진은 설명했다. 이번 연구는 "음식이 약이 될 수 있다(Food as Medicine)"는 개념을 과학적으로 뒷받침하는 사례로 평가된다. 식단 하나로 장의 재생 능력을 향상시키고, 나아가 치료 후 회복을 돕는 새로운 치료 접근법이 될 수 있다는 점에서 의학적 파급력이 크다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까? (119)] "장 스스로 회복한다"⋯MIT, '시스테인'의 재생 비밀 밝혀내
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구글 양자컴, 최강 슈퍼컴 1.3만배 성능 증명⋯양자칩 '윌로우' 공개 10개월만
- 구글이 양자(퀀텀) 컴퓨팅 분야에서 또 하나의 획기적인 이정표를 달성했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 구글은 22일(현지시간) 세계 최초로 '검증 가능한 양자 우위(Verifiable Quantum Advantage)'를 달성한 알고리즘을 구현했다고 밝혔다. '양자 우위'란 기존 컴퓨터가 현실적인 시간 안에 해결할 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 처리할 수 있는 능력을 의미한다. 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우(Willow)'를 이용해 구현한 알고리즘 '퀀텀 에코스(Quantum Echoes)'를 이날 세계적인 학술지 '네이처'에 게재했다. '윌로우'는 구글이 지난해 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어가 10셉틸리언(10의 24제곱)년, 즉 1조와 1경, 1해보다 큰 10자년 걸려야 풀 수 있는 문제를 단 5분 안에 풀었다며 발표한 양자 칩이다. 윌로우를 이용한 '퀀텀 에코스'는 세계 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 실행하는 최상의 고전 알고리즘보다 연산 속도가 1만3000배 빠르다고 구글은 설명했다. 특히 이는 슈퍼컴퓨터의 능력을 넘어서면서도 전 세계적으로 처음 '검증 가능한' 알고리즘이라고 강조했다. 이는 다른 양자 컴퓨터로도 동일한 결과를 반복적으로 재현하고 검증할 수 있음을 의미한다. 구글은 2019년 첫 '양자 우위'를 달성했다고 발표했다. 그러나 당시 이를 검증할 수 있는 방법이 없어 일각에서는 구글 발표에 의문이 제기되기도 했다. 그러나 구글은 '퀀텀 에코스' 알고리즘을 통해 '양자 우위'가 검증 가능하다고 밝혔다. 또 2019년 당시에는 0.1%의 데이터만 정확해도 성과로 인정받았지만, 이번 '검증 가능한 양자 우위'를 위해서는 오류 데이터가 0.1% 미만이어야 한다고 설명했다. 구글은 연구 신뢰도를 높이기 위해 10인년(연구자 10명이 1년 동안 집중적으로 테스트한 수준의 검증 과정)에 달하는 엄격한 테스트를 통해 '윌로우' 칩의 성능을 슈퍼컴퓨터와 비교 검증했으며, 알고리즘 최적화를 위해 총 1조 회에 달하는 측정을 진행했다고 밝혔다. 구글은 이번 알고리즘이 이론적 성과를 넘어 신약 개발이나 신소재 과학 등 실제 산업에 적용될 구체적인 가능성을 제시하며, 특히 자기공명영상장치(MRI)의 기술적 기반이기도 한 핵자기 공명(NMR) 기술을 '분자 눈금자'로 활용해 분자 구조를 더 정밀하게 측정하는 길이 열렸다고 설명했다. 이를 통해 신약이나 차세대 배터리 및 신소재의 분자 구조를 특성화하는 등 첨단 산업에 혁신을 가져옴으로써 이번 성과가 향후 신약 개발, 배터리 설계, 핵융합 에너지 등 기존 슈퍼컴퓨터가 풀지 못했던 난제를 해결하는 중요한 이정표가 될 것이라고 기대했다. 구글은 이를 토대로 5년 이내에 양자 컴퓨터로만 가능한 실제 응용 사례가 등장할 것으로 전망했다. 또 대규모 오류 수정 양자 컴퓨터로 기술을 확장해 나가면서 더욱 유용한 활용 사례들을 발굴해 나갈 것이라고 밝혔다. 현재 구글 연구진은 양자 하드웨어 로드맵의 세 번째 이정표로, 양자 컴퓨터의 오류를 줄이고 안정성을 높이는 핵심 기술인 '오래 지속되는 논리 큐비트' 개발에 집중하고 있다. 이번 구글 발표는 올해 노벨 물리학상 수상으로 이어진 초전도 큐비트 기술 연구에 뿌리를 두고 있다. 이 분야의 세계적 석학이자 구글 퀀텀 AI 수석 과학자 미셸 드보레는 윌로우 양자 칩을 포함한 구글의 통합적인 양자 컴퓨팅 접근법 개발에 핵심적인 역할을 수행해왔다.
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- IT/바이오
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구글 양자컴, 최강 슈퍼컴 1.3만배 성능 증명⋯양자칩 '윌로우' 공개 10개월만
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[기후의 역습(174)] 해수면 상승, 지난 4000년 중 가장 빠른 속도로 증가
- 기후 위기가 지구 전역을 강타한 가운데 지질학적 기록을 토대로 한 최신 연구 결과, 지구의 해수면이 지난 4000년 이래 가장 빠른 속도로 상승하고 있는 것으로 확인됐다. 미국 럿거스대학교(Rutgers University) 주도의 국제 공동연구팀은 "1900년 이후의 해수면 상승률이 과거 40세기 동안의 어느 시기보다 빠르다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처(Nature) 최신호에 게재됐다. 연구진은 고대 산호초와 맹그로브 숲 등에서 확보한 수천 개의 지질학적 데이터를 분석해, 약 1만2000년에 걸친 해수면 변화를 추적했다. 그 결과 1900년 이후 전 세계 평균 해수면은 연 1.5㎜씩 상승해, 지난 4000년 동안의 어떤 100년 단위 상승률보다 높았다. 연구를 이끈 린위청(Yucheng Lin) 호주연방과학산업연구기구(CSIRO) 연구원은 "1900년 이후의 해수면 상승 속도는 적어도 4000년 이래 가장 빠르다"고 지적했다. 함께 참여한 럿거스대 로버트 코프(Robert Kopp) 교수는 "지질학적 데이터를 통해 오늘날 해안 도시들이 직면한 위험을 정량적으로 이해할 수 있다"고 설명했다. 온난화와 빙하 해빙이 상승 가속화 연구진은 해수면 상승의 주된 원인을 기후변화에 따른 해수 열팽창과 빙하·빙상 해빙으로 꼽았다. 지구 온도가 상승하면서 바다가 열을 흡수해 부피가 커지고, 그린란드·남극의 빙상이 녹아 해수량이 늘고 있다는 것이다. 린 박사는 "지구가 더워질수록 바다는 팽창하고, 작은 빙하는 대륙 크기의 빙상보다 훨씬 빠르게 반응한다"며 "특히 최근 그린란드의 빙하 해빙 속도가 가속화되고 있다"고 말했다. 중국 해안도시, 침하와 해수면 상승의 '이중 위기' 연구는 특히 중국 해안 도시들이 세계에서 가장 높은 위험 수준에 노출돼 있다고 경고했다. 상하이·선전·홍콩 등 경제 중심지는 모두 두꺼운 연약 지반 위의 삼각주 지역에 형성돼 자연적으로 침하(沈下)가 일어나기 쉬운 구조다. 여기에 인간 활동이 상황을 악화시킨다. 린 박사는 "자연적 상승률 외에 지하수 과다 추출이 침하를 가속하고 있다"며 "상하이의 경우 20세기 동안 일부 지역이 1m 이상 내려앉았다"고 설명했다. 이는 현재의 전 지구적 해수면 상승 속도보다 수십 배 빠른 수준이다. 삼각주 지역은 평탄하고 비옥해 농업과 도시개발에 유리하지만, 그만큼 해수면 상승에 취약하다. 린 박사는 "단 몇 ㎝의 해수면 상승만으로도 홍수 위험이 급증한다"며 "이들 지역은 글로벌 제조·물류 허브이기 때문에 침수 피해는 세계 공급망에도 영향을 미칠 것"이라고 지적했다. 해수면 상승 대응과 희망의 조짐 연구진은 위기 속에서도 도시들이 이미 적응 조치를 취하고 있다는 점에서 희망적 신호를 발견했다고 평가했다. 상하이는 지하수 사용을 엄격히 규제하고 지하대수층에 담수를 재주입하는 방식으로 침하를 완화하고 있다. 또한 이번 연구는 각 도시의 취약 지역을 표시한 '침하 취약도 지도'를 제공해 정부와 도시계획 당국이 향후 해수면 상승에 대비할 수 있도록 했다. 연구에 참여한 아르투르 핀투(Artur Pinto) 포르투대학교 연구원은 "이번 결과는 중국뿐 아니라 전 세계 해안 도시에도 중요한 교훈을 제공한다"며 "뉴욕, 자카르타, 마닐라 등 저지대 도시는 모두 유사한 위험에 직면해 있다"고 말했다. 그는 "삼각주는 인류 문명이 발전해 온 터전이지만, 인간이 만든 침하와 지속적 해수면 상승이 결합하면 빠른 속도로 잠길 수 있다"고 경고했다. 이번 논문은 「현대 해수면 상승, 중국 남동부 4,000년 안정기 깨뜨려(Modern sea-level rise breaks 4,000-year stability in southeastern China)」라는 제목으로 네이처 10월 15일자에 실렸으며, 미 국립과학재단(NSF)과 미 항공우주국(NASA)의 지원을 받았다.
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- ESGC
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[기후의 역습(174)] 해수면 상승, 지난 4000년 중 가장 빠른 속도로 증가
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[기후의 역습(173)] 호주 열대우림, '탄소 흡수원'에서 배출원으로 전환⋯지구 탄소 순환 경고등
- 호주 열대우림이 인류의 '탄소 흡수원(carbon sink)'에서 '탄소 배출원(carbon source)'으로 전환된 것으로 나타났다고 과학 전문매체 뉴사이언티스트와 BBC가 보도했다. 기후 변화로 인한 고온·가뭄·사이클론 등 극한 기상현상이 숲의 탄소 흡수 기능을 마비시키고 있다는 연구 결과가 나온 것. 과학 학술지 '네이처(Nature)'에 실린 이번 연구는 서호주대와 웨스턴시드니대 연구진이 퀸즐랜드 북부의 열대우림 20곳에서 49년간 수집한 데이터를 분석한 결과다. 연구진은 이 기간 동안 기온 상승과 대기 건조, 가뭄의 장기화로 나무 고사율이 신생목 성장률을 초과하면서, 우림이 더 이상 대기 중 이산화탄소를 흡수하지 못하고 오히려 방출하고 있다고 밝혔다. 논문을 이끈 해나 칼(Hannah Carle) 박사는 "호주의 열대우림은 전 세계에서 처음으로 탄소 흡수원 기능을 상실한 사례"라며 "이는 지구 전체 탄소 저감 모델이 열대우림의 흡수 능력을 과대평가했을 가능성을 보여준다"고 지적했다. 연구에 따르면, 나무가 죽으면서 남긴 줄기와 가지(woody biomass)가 더 이상 탄소를 저장하지 못하고 이산화탄소를 배출하기 시작한 시점은 약 25년 전으로 추정된다. 폭풍우와 사이클론 발생 빈도와 강도 역시 증가해 숲의 재생력을 더욱 약화시킨 것으로 나타났다. 공동 저자인 패트릭 메이어(Patrick Meir) 교수는 AFP와의 인터뷰에서 "이번 결과는 매우 우려스럽다"며 "열대우림이 지닌 흡수 기능이 붕괴되면 전 세계 다른 산림 생태계도 비슷한 양상으로 반응할 가능성이 높다"고 경고했다. 지구의 '탄소 완충지대' 붕괴 조짐 이번 결과는 지구 생태계가 오랫동안 유지해온 탄소 순환 구조가 이미 균열을 보이고 있음을 시사한다. 전 세계 육상 생태계는 수십 년 동안 인류가 배출한 탄소의 3분의 1가량을 흡수하며 기후 변화를 완화하는 역할을 해왔다. 그러나 최근 연구들에 따르면 지구 온난화로 인한 생태적 충격이 이 균형을 빠르게 무너뜨리고 있다. 콜로라도주립대의 대기과학자 스콧 데닝(Scott Denning) 교수는 "1960년대까지만 해도 육상 생태계가 탄소를 흡수하는 '보너스 효과'가 있을 것이라고는 예상하지 못했다"며 "하지만 기후 변화가 가속화되면 이 완충 장치가 결국 포화 상태에 이르게 될 것"이라고 지적했다. 2023년과 2024년에는 전 세계 육상 탄소흡수 능력이 급격히 약화된 것으로 보고됐다. 연구진은 북극 툰드라에서 열대우림에 이르기까지 다양한 생태계를 대상으로 '지구의 마지막 탄소 흡수선'을 찾아내기 위한 집중 조사를 진행 중이다. "지구의 경고음… 더는 시간 많지 않다" 칼 박사는 "기후 위기가 심화될수록 산림이 탄소를 흡수하기보다 오히려 방출하게 되는 시점이 빨라지고 있다"며 "이는 인류가 설정한 탄소중립 목표의 근본적인 재검토가 필요함을 의미한다"고 강조했다. 호주는 2035년까지 2005년 대비 온실가스 배출량을 62% 감축하겠다고 선언했지만, 여전히 화석연료 의존도가 높다. 특히 정부가 대형 가스 프로젝트인 '우드사이드 노스웨스트 셸프(Woodside North West Shelf)' 사업의 40년 연장을 승인해 국제적 비판을 받고 있다. 호주기후위원회는 최근 보고서에서 "호주 평균기온 상승폭이 이미 산업화 이전 대비 1.5℃를 넘어섰으며, 더 이상 어떤 지역도 기후 재난의 연쇄적 위험에서 안전지대가 아니다"라고 경고했다. 세계 과학계는 호주 열대우림의 변화가 "탄소 순환의 경고등"이자, 지구 전체 산림 생태계의 전환점을 알리는 신호일 수 있다고 평가한다. 열대우림이 더 이상 지구의 '탄소 저장고' 역할을 하지 못할 경우, 기후변화의 가속화는 피할 수 없는 수순이 될 것이라는 경고가 잇따르고 있다.
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- ESGC
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[기후의 역습(173)] 호주 열대우림, '탄소 흡수원'에서 배출원으로 전환⋯지구 탄소 순환 경고등
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[신소재 신기술(198)] 실온에서도 얼어붙는 '아이스 XXI' 발견⋯韓 연구진 참여로 얼음의 비밀 한층 더 풀렸다
- 유럽의 대형 X선 레이저 실험에서 실온에서도 고체 상태로 존재하는 완전히 새로운 형태의 신종 얼음 ice XXI(아이스 21)이 발견됐다. 한국표준과학연구원(KRISS) 등 연구팀은 해당 얼음을 ice XXI(아이스 21)로 명명하고, 이 얼음이 4각형 결정 구조(tetragonal crystal) 로 구성되며 단위구조에 무려 152개의 물 분자가 반복되는 독특한 특성을 지닌다고 밝혔다. 연구진은 독일의 유럽 X선 자유전자레이저(European XFEL) 시설에서 다이아몬드 앤빌 셀(DAC) 을 활용해 물을 최대 약 2기가파스칼(gPa) 수준까지 빠르게 압축하고 이후 완만하게 감압하면서, 초당 백만 장 이상의 X선 이미지를 연속 촬영해 결정 구조 변화를 추적했다. 이 과정을 수백 차례 반복한 끝에 아이스 XXI의 존재가 확인됐다. 이 같은 발견은 얼음의 다양한 결정형이 아직 더 존재할 가능성을 시사하는 것으로, 특히 태양계의 얼음 위성이나 극저온 환경의 천체에서 아직 알려지지 않은 얼음 상이 존재할 가능성이 열렸다는 점에서 의미가 깊다. 해당 연구는 학술지 네이처 머티리얼스(Nature Materials)에 게재됐다. 실온 얼음의 발견이 남긴 과학적 함의 얼음이라 하면 흔히 얼음결정(ice I)을 떠올리지만, 물은 온도·압력 조건에 따라 현재까지 20여 개의 얼음 상이 알려져 있다. 이번 ice XXI의 발견은 그 경계선을 또 한 차례 확장한 성과다. 한국표준과학연구원 연구팀은 유럽 XFEL 시설을 활용해 물을 극한 압력 환경에 노출한 뒤 감압하는 방식으로 실험을 수행했다. 다이아몬드 앤빌 셀을 통해 물을 최대 약 2gPa(지구 대기압 대비 약 2만 배)까지 압축하고, 천천히 감압하는 과정을 반복하며 물의 결정 전이 경로를 정밀하게 관찰했다. 이 과정에서 ice XXI라는 과도 준안정(metastable) 구조가 확인된 것이다. 아이스 XXI(ice XXI)는 4각형 구조의 결정 격자를 갖고 있으며, 하나의 반복 단위(unit cell)에 152개의 물 분자가 포함된다. 이는 기존에 알려진 얼음 상들과는 다른 규모와 대칭성을 지니는 구조다. 또한 ice XXI는 일종의 과도 상(transition intermediate)으로 판단되며, 얼음 VI 상이 형성되는 경로 중 하나의 숨겨진 전이(intermediate pathway)로 존재하는 것으로 보인다. 한국표준과학연구원 물리학자 이근우 박사는 "유럽 XFEL의 독특한 X선 펄스를 활용해, 동적 다이아몬드 압착 셀을 통해 1000회 이상 급속히 압축 및 감압된 H₂O에서 다중 결정화 경로를 규명했다"고 밝혔다. 이 발견은 과학적으로 다음과 같은 의의를 지닌다. △ 얼음 상 구조 다양성 확대 지금까지 알려진 얼음 상보다 더 복잡한 구조가 존재할 수 있음을 보여준다. 특히 준안정 상태의 결정 구조가 존재할 수 있다는 점은 얼음 전이 과정을 이해하는 데 중요한 단서다. △ 천체·우주 환경과의 연계 얼음 위성이 존재하는 태양계 외곽 천체들-예를 들어 목성의 위성, 토성의 위성, 혹은 혜성의 얼음층-은 극저온·고압 환경이 존재할 수 있다. 이러한 환경에서는 ice XXI 같은 미지의 얼음 상이 자연적으로 형성될 가능성이 있다. 따라서 이번 발견은 천체 물리·우주 과학 분야에도 영향력을 미친다. △ 물-얼음 상전이 경로 연구의 진전 얼음이 형성되는 경로, 즉 물 분자들이 어떻게 배열을 바꾸며 고체 상태로 전이하는지가 결정 과학 및 응집물리학의 핵심 과제 중 하나다. 이번 실험은 압축과 감압을 매우 빠른 시간 단위로 반복하면서 그 미세한 경로를 X선으로 실시간 기록한 점에서 기술적으로 진보한 접근법이다. △ 신소재 및 극한 물질 연구의 가능성 복잡한 결정 구조를 갖는 얼음 상은 다른 물성(예: 열전도성, 비열, 강도 등)에서 특이한 특성을 보일 가능성이 있다. 이는 극한 환경 소재나 고압 물질 연구에 있어서도 새로운 응용 지평을 제공할 여지다. △ 이론·모델 정교화 압력 기존의 이론 모델이나 시뮬레이션은 일정한 온도·압력 범위에서 알려진 얼음 상 전환만을 고려해 왔다. ice XXI의 존재는 이론 모델을 더욱 확장하고, 미지 결정형을 예측할 수 있는 모델링에 대한 요구를 강화한다. 다만, 일상적인 냉동고나 가정 환경에서 ice XXI를 구현하는 것은 여전히 불가능하다. 매우 높은 압력과 빠른 압축·감압 과정을 요구하며, 안정화되지 않는 준안정 상태이기 때문이다. 이번 발견은 국제 공동 연구의 결과로, 향후 추가 실험을 통해 ice XXI의 안정 영역을 규명하고, 또 다른 미지의 얼음 상을 찾기 위한 촉매가 될 전망이다. 물과 얼음, 그리고 그 변이형에 내재한 복잡성과 아름다움이 다시 한번 과학계에 새로운 질문을 던지고 있다.
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- 생활경제
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[신소재 신기술(198)] 실온에서도 얼어붙는 '아이스 XXI' 발견⋯韓 연구진 참여로 얼음의 비밀 한층 더 풀렸다
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[퓨처 Eyes(105)] 막스 플랑크 연구소, 노화와 만성 염증의 연결고리 규명
- 독일 쾰른의 막스 플랑크 노화생물학 연구소 연구팀이 나이가 들면서 만성 염증이 늘어나는 핵심 분자 과정을 규명했다. 우리 몸의 세포 하나하나에서 에너지를 만드는 '에너지 공장' 역할을 하는 미토콘드리아가 복제 과정에서 오류를 일으킨 '결함 DNA'를 세포질로 방출해 염증 반응을 촉발하는 현상을 최초로 분자 수준에서 확인한 것이다. 특이하게도 미토콘드리아는 세포의 중심 설계도(핵 DNA)와는 다른, 자신만의 독자적인 DNA(mtDNA)를 가지고 있다. 이번 연구는 이 mtDNA 복제와 수선을 조절하는 핵심 효소 'MGME1'이 손상될 때, 선천 면역 신호체계를 맡은 'cGAS–STING–TBK1 경로'가 비정상으로 활성화해 조직 노화와 만성 염증을 재촉한다는 사실을 명확히 밝혔다. 이번 연구는 노년기 건강을 위협하는 여러 질병의 근본 원인을 이해하고 새로운 치료 전략을 모색하는 중요한 실마리를 제공할 전망이다. 해당 연구 결과는 '미토콘드리아 DNA로의 리보뉴클레오타이드 편입이 염증을 유발한다(Ribonucleotide incorporation into mitochondrial DNA drives inflammation)'는 제목으로 세계적인 과학 저널 '네이처(Nature)' 최신호에 실렸다. 세포 구성 요소의 미세한 균열, 노화의 시작 기대 수명이 늘면서 인류는 전례 없는 장수를 누리고 있지만, 이는 신체의 생물학적 구조가 더 오랜 시간 작동하며 각종 스트레스와 손상에 노출된다는 뜻이다. 특히 노년기에 접어들면 뚜렷한 원인 없이 이어지는 만성 염증이 건강을 위협하는 주된 요인이다. 과학계는 이 현상의 배후를 추적해 왔으며, 이번 발견은 그중 가장 유력한 원인으로 세포 소기관인 미토콘드리아를 지목했다. 세포가 정상 기능을 하려면 RNA와 DNA의 구성 요소인 리보뉴클레오타이드(rNTP)와 디옥시리보뉴클레오타이드(dNTP)의 정교한 균형이 필수다. DNA라는 집을 짓는 과정에 비유하면, dNTP는 설계도에 맞는 정확한 규격의 벽돌이고, rNTP는 모양은 비슷하지만 RNA를 만들 때 쓰는 다른 종류의 벽돌과 같다. 세포의 주 에너지원인 ATP나 신호 전달에 중요한 GTP 등이 바로 이 rNTP에 속하며, dNTP는 DNA 중합효소가 새로운 DNA 가닥을 만들거나 수선하는 데 쓰는 재료다. 과학계는 이 두 벽돌의 공급 불균형이 어떻게 mtDNA라는 집을 부실하게 만들고 노화에 영향을 미치는지에 대한 해답을 찾아왔다. '결함 DNA'의 탄생…미토콘드리아의 치명적 오류 미토콘드리아는 독립적으로 자신의 DNA(mtDNA)를 복제한다. 연구팀은 이 과정에서 생기는 문제가 만성 염증의 도화선이 된다는 가설을 세우고, 그 핵심 원인을 mtDNA 복제 과정에서 불필요한 DNA 조각을 제거하는 효소인 'MGME1'에서 찾았다. 이 효소는 DNA 복제 현장에서 잘못 사용된 부품이나 부스러기를 치우는 '품질 관리 감독관'과 같은 역할을 한다. 분석 결과, 이 감독관(MGME1)의 기능이 떨어지면 세포 내에 써야 할 벽돌(dNTP)은 부족해지고 엉뚱한 벽돌(rNTP)만 많아지는 불균형이 생겼다. 이러한 불균형은 MGME1 결핍뿐 아니라, 다른 미토콘드리아 효소인 YME1L의 손실이나 항암제 성분인 5-플루오로우라실 노출 같은 다른 스트레스 상황에서도 비슷하게 나타났다. 결국 미토콘드리아는 급한 대로 엉뚱한 벽돌(rNTP)을 가져다 mtDNA를 만들었고, 그 결과 구조가 불안정한 '부실공사 DNA'가 탄생했다. 미토콘드리아는 스스로를 보호하기 위해 이 '불완전한 복제본'을 집 밖, 즉 세포질로 내다 버렸다. 실제로 방사선 조사나 약물로 노화를 유도한 인간의 세포와 노화한 쥐의 여러 조직에서 젊은 조직보다 월등히 높은 rNTP/dNTP 비율이 나타났다. 면역계의 오작동, 단기 방어가 만성 공격으로 우리 몸은 세포질로 방출된 결함 mtDNA를 '침입자'로 인식한다. 그 결과, 마치 바이러스가 침입했을 때처럼 세포의 '비상경보 시스템' 역할을 하는 cGAS–STING–TBK1 경로를 강력하게 자극한다. 원래 미토콘드리아 안에 있어야 할 mtDNA 조각이 집 밖에 돌아다니자, 우리 몸의 면역계는 이를 바이러스의 침입으로 오해하고 경보를 울리기 시작하는 것이다. 이 경보 시스템은 본래 외부 감염에 맞서는 단기 방어 체계지만, 결함 mtDNA가 계속 밖으로 나오면서 경보가 멈추지 않으면 오히려 우리 몸을 공격하는 만성 염증으로 바뀐다. 이렇게 만성 염증 상태에 빠진 노화 세포는 주변 세포들에게까지 "위험하다"는 신호를 계속 보내는 분비 표현형(secretory phenotype)을 띤다. 이는 마치 한 집이 계속 비상벨을 울려 온 동네를 불안하게 만드는 것처럼, 주변 세포들까지 염증 상태로 만드는 현상이다. 이러한 만성 염증은 주요 장기의 기능을 떨어뜨리며, 특정 유형의 암, 알츠하이머병 같은 신경퇴행성 질환의 발생 위험을 높이는 핵심 동인으로 꼽힌다. 새로운 치료 전략의 부상…'미토콘드리아 쓰레기' 제어 이번 발견은 새로운 치료법의 가능성을 보여준다. 연구팀은 SAMHD1 효소를 억제하거나 디옥시리보뉴클레오사이드를 직접 보충해 세포 내 올바른 벽돌(dNTP) 재고를 인위적으로 높이면, mtDNA 부실공사가 줄고 염증 반응도 완화된다는 사실을 실험으로 증명했다. 아직 mtDNA에는 자체적인 벽돌 재고 관리 시스템이 밝혀지지 않았지만, 과학 기술로 이를 인위적으로 조절할 길이 열린 셈이다. mtDNA 내 '뉴클레오타이드 균형'을 조절하여 염증의 근원을 차단하는, 이른바 '미토콘드리아 쓰레기(Mitochondrial Trash)' 제어 기술이 건강 수명, 나아가 인간의 전체 수명 연장의 중요한 돌파구가 될 전망이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(105)] 막스 플랑크 연구소, 노화와 만성 염증의 연결고리 규명
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