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[퓨처 Eyes(95)] 최고 정밀도 인간 게놈 지도 공개⋯'정크 DNA'·구조 변이 비밀 풀었다
- 인간 게놈 프로젝트가 완성된 지 22년 만에 인류 역사상 가장 방대하고 정밀한 인간 유전 변이 목록이 나왔다. 전 세계 1,084명의 유전체를 긴 DNA 조각으로 정밀하게 연결하고 비교한 이번 연구는 그간 베일에 싸여 있던 '구조 변이'의 실체를 대거 밝혔다. 구조 변이란 DNA 설계도에서 글자 하나가 바뀌는 작은 오류가 아니라, 문단 전체가 통째로 빠지거나 다른 곳에 복사되는 것처럼 유전 정보의 큰 덩어리가 변하는 현상이다. 또한 쓸모없다고 여겨졌던 '정크 DNA'와 스스로 복제해 이동하는 '점핑 유전자'의 새로운 기능을 확인했다. 과학계는 이번 성과가 난치성 질환 진단의 새로운 문을 열고 정밀 의료의 미래를 앞당길 획기적인 전환점이 되리라 기대를 모으고 있다. 코네티컷 대학교의 바버라 멜로니 분자세포생물학 교수는 "기념비적인 논문"이라며 "오랫동안 접근이 어려웠던 진단 사례들을 해결할 문을 열었다"고 평가했다. 국제 공동 연구팀은 지난 23일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 두 편의 논문을 내고 이 같은 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 최신 장문 염기서열 분석 기술을 써서 5개 대륙 26개 인구 집단을 대표하는 1,019명과, 이와는 별개로 5개 대륙 28개 인구 집단에서 확보한 65명의 게놈을 고해상도로 분석했다. 이는 2003년 인간 게놈 프로젝트 초안 발표, 2022년 최초의 '틈 없는(gapless)' 인간 게놈 완성, 2023년 '판게놈(pangenome)' 발표에 이은 또 하나의 중요한 이정표다. 판게놈은 한 사람의 유전 정보가 아닌, 여러 인종과 집단의 유전 정보를 합쳐 인류 전체의 다양성을 보여주는 일종의 '종합 게놈 지도'다. 이번 연구는 여기서 한발 더 나아가 인간 게놈 데이터에서 기존에 빠져 있던 92%를 채우며 유전체 지도의 완성도를 크게 높였다. 네이처에 이번 주 게재된 두 편의 논문은 유럽계 중심의 기존 유전체 분석을 넘어, 보다 다양한 인류 집단의 유전적 다양성을 조명하는 중요한 진전을 이뤘다. 첫 번째 논문에서 국제 공동연구팀은 다섯 대륙 26개 인구 집단을 대표하는 1,019명의 유전체를 분석했다. 연구진은 각 염기서열이 수만 개의 염기쌍으로 이루어진 '롱 리드(long read)' 데이터를 활용해 정밀도를 높였다. DNA는 이중나선 구조로, 염기쌍 하나는 그 사다리의 가로막대 하나에 해당한다. "기존의 100개 염기쌍 안팎의 짧은 읽기로는 서로 유사하게 생긴 유전체 영역들을 정확히 구분하기 어렵다"고 이번 연구에 참여한 바르셀로나 유전체조절연구소(CGR)의 박사과정 연구원 헤수스 에밀리아노 소텔로-폰세카는 설명했다. "반복서열이 많은 유전체에서는 이런 문제가 특히 심각하지만, 2만 염기쌍 수준의 장기 읽기를 사용하면 각 염기서열을 유전체 상의 고유한 위치에 정확히 할당할 수 있다"고 그는 전했다. 이번 연구에서 밝혀진 새로운 유전체 변이의 절반 이상은 이러한 반복 영역에서 발견됐다. 특히 그중 많은 수가 '점핑 유전자(jumping genes)'로 알려진 전이인자(transposon)에서 유래한 것으로 분석됐다. 전이인자는 유전체 내 여러 위치로 '이동'하면서 자신의 염기서열을 복사·붙여넣는 기능을 갖고 있다. 이들이 어디에 착지하느냐에 따라 유전체를 불안정하게 만들거나, 유해한 돌연변이를 유발해 암 등 질환을 일으킬 수 있다. 공동저자인 CGR의 독립 연구원 베르나르도 로드리게스-마르틴은 라이브 사이언스와 이메일 인터뷰에서 "이번 연구는 일부 전이인자가 조절 서열을 '탈취'해 자신들의 활성을 증폭시킬 수 있음을 보여준다"고 밝히며, "이는 이들의 돌연변이 유발 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다"고 설명했다. 특히 이번 연구에서는 일부 점핑 유전자가 특정 조절 분자인 '비암호화 장기 RNA(long noncoding RNA)'와 결합함으로써, 보통보다 훨씬 많은 복제본을 만들어내는 메커니즘도 포착됐다. 유럽분자생물학연구소(EMBL) 코르벨 연구실 출신의 로드리게스-마르틴 박사는 "이처럼 점핑 유전자가 조절 분자와 ‘동승’하는 방식은 매우 이례적인 생물학적 전략"이라며 "우리에게도 놀라운 발견이었다"고 밝혔다. 정밀도 높인 '원투 펀치' 분석 기술 이번 연구의 핵심 성과는 유전 정보의 큰 덩어리가 변하는 '구조 변이'에 대한 이해를 크게 넓힌 데 있다. 특히 과거 '정크 DNA'로 불리며 별다른 기능이 없다고 알려졌던 반복 서열에서 유전체 변이의 절반 이상이 발견돼, 그 생물학적 중요성을 새롭게 조명했다. 이러한 성과는 옥스퍼드 나노포어(Oxford Nanopore)와 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences)의 기술을 조합한 덕분이다. 옥스퍼드 나노포어의 기술은 DNA의 매우 긴 조각을 한 번에 읽어 전체적인 뼈대를 잡는 데 쓰였고, 퍼시픽 바이오사이언스의 기술은 각 글자(염기)를 아주 정확하게 읽어내 정밀도를 높이는 데 활용됐다. 코네티컷 대학교 보건센터의 크리스틴 벡 수석 저자 겸 유전학자는 이 '원투 펀치' 전략 덕분에 과거의 기술 장벽을 넘어 빠져 있던 게놈 영역을 밝힐 수 있었다고 설명했다. 연구팀은 각 개인의 염기서열을 부모에게서 함께 물려받는 유전자 묶음인 '하플로타입(haplotypes, 일배체형)'으로 나눈 뒤, 이를 기준 게놈과 비교해 질병을 유발할 수 있는 구조 변이를 찾아냈다. 암·당뇨병 등 질병 핵심 유전자 첫 해독 연구팀은 당뇨병, 척수성 근위축증 같은 질병과 연관된 가장 복잡한 유전 영역 일부를 완벽하게 해독했다. 대표적인 예로 면역 반응의 핵심인 '주조직적합성복합체(MHC)' 영역이 있다. MHC는 우리 몸의 세포가 '나'인지 아니면 외부에서 침입한 '적'인지를 구별하는 신분증 역할을 하는 중요한 부분이다. 이 영역의 유전 정보는 암, 제2형 당뇨병, 바이러스 감수성의 개인차와 관련이 깊다. 또한, 척수성 근위축증 치료제 표적인 SMN1 및 SMN2 유전자의 서열과, 녹말 음식 소화를 돕는 아밀라아제 유전자 묶음도 완전히 해독했다. 세포 분열의 중심 역할을 하는 '동원체(centromere)'의 숨겨진 특징도 드러났다. 동원체는 세포가 분열할 때 염색체가 양쪽으로 정확하게 나뉘도록 밧줄(방추사)을 거는 고리 같은 역할을 한다. 이 고리를 이루는 '알파 위성 배열'이 개인에 따라 그 길이가 최대 30배까지 차이 날 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 벡 박사는 이런 동원체 변이가 다운 증후군, 에드워즈 증후군, 파타우 증후군과 같은 삼염색체성 질환, 즉 특정 염색체를 3개 갖는 염색체 이상을 일으킬 수 있다고 설명했다. '단일 염기' 넘어 '구조 변이'로…정밀 의료의 새 길 이번 연구 결과는 정밀 의료에 중대한 영향을 미친다. 서던캘리포니아 의과대학의 찰스턴 치앙 의학 집단 유전학자는 "이번 연구는 개인의 질병 위험도를 더 명확히 정의하는 데 근본 구실을 한다"고 말했다. 그는 과거 유전병 진단 연구가 대부분 DNA 글자 하나만 바뀌는 작은 변이(단일 염기 다형성, SNP)를 찾는 데 집중해, 이번 연구에서 다룬 '문단' 단위의 큰 변화(구조 변이)를 지나쳐왔다고 지적하며, 이번 연구가 이를 보완할 초석을 마련했다고 평가했다. "유전 다양성 보고는 아프리카"…편중된 연구에 경종 연구의 또 다른 뜻은 샘플의 다양성에 있다. 이번 연구에서 아프리카계 혈통 샘플에 가장 많은 구조적 다양성이 나타났는데, 이는 인류 유전적 다양성의 가장 깊은 원천이 아프리카에 있다는 기존 이론을 뒷받침한다. 멜로니 교수는 전통적으로 유럽계에 치우쳤던 기준 게놈을 생각할 때 이 발견이 꼭 필요하다고 덧붙였다. 물론 치앙 박사는 표본 크기가 여전히 적다는 점을 지적하며, 전 세계 인구 전체를 대표하려면 더 많은 분석이 필요하다고 말했다. 그럼에도 그는 "우리 분야가 유전 변이 데이터 생성 쪽에서 나아가고 있는 명백한 방향"이라며 "오랫동안 논의해 온 생각들이 하나씩 실현되고 있다"고 기대를 나타냈다.
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[퓨처 Eyes(95)] 최고 정밀도 인간 게놈 지도 공개⋯'정크 DNA'·구조 변이 비밀 풀었다
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[기후의 역습(156)] 남극 최대 빙하 균열 가속⋯'스웨이츠 붕괴' 현실화되나
- 세계에서 가장 넓은 빙하로 꼽히는 남극 대륙의 '스웨이츠(Thwaites) 빙하'가 붕괴 임계점에 근접하며 지구 해수면 상승 우려가 다시 고조되고 있다. 미국 펜실베이니아주립대 등 국제 공동연구팀은 NASA 위성 자료를 기반으로 빙붕의 균열을 정밀 추적한 결과, 스웨이츠 빙하의 동쪽 빙붕에서 급속한 균열 확산이 진행 중이며, 빙하의 구조적 안정성이 무너지고 있다고 경고했다고 어스닷컴이 보도했다. 스웨이츠 빙하는 길이 120km(약 80마일)에 달하며, 서남극 해안에서 바다를 향해 거대한 빙붕을 형성하고 있다. 이 빙붕은 해수면에 떠 있지만 육지에 고정되어 있으며, 일종의 '방어벽' 역할을 하며 빙하 전체의 붕괴를 막고 있다. 그러나 이 빙붕이 무너지면 후방의 거대한 빙하가 바다로 유입되며, 전 지구적으로 해수면을 수 미터 상승시킬 수 있다는 것이 과학계의 분석이다. 이번 연구는 2018년부터 2024년까지 NASA의 고정밀 위성 ICESat-2가 수집한 데이터를 기반으로 진행됐다. 연구진은 새로운 알고리즘을 적용해 수직 방향의 빙붕 균열을 고해상도로 시각화하고, 균열의 깊이·위치·형태 등을 3차원으로 분석하는 모델을 개발했다. 논문 공동저자인 슈지에 왕(Sujie Wang) 펜실베이니아주립대 교수는 "빙붕의 균열은 단순한 이론 모델로 설명하기엔 복잡도가 높으며, 실제 관측 데이터에 기반한 분석이 절실하다"고 밝혔다. 연구진은 기존 이론이 놓쳤던 미세한 균열의 형성과 진화를 추적함으로써, 붕괴 징후를 조기에 포착할 수 있는 '사전 경보 시스템' 구축에 진전을 이뤘다고 설명했다. 연구 결과, 스웨이츠 빙붕 동쪽 구간에서 균열이 더 빠르게 진행 중인 반면, 서쪽 구간은 상대적으로 안정적인 것으로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 겨울철 이상 고온, 해빙 감소, 해류 변화 등이 영향을 미쳤을 가능성을 제기했지만, 정확한 원인 분석은 향후 추가 연구가 필요하다고 덧붙였다. 균열이 확산되면 얼음의 흐름이 빨라지고, 그로 인해 더 많은 균열이 발생하는 '피드백 루프'가 형성된다. 연구진은 이러한 자기 강화적 불안정성 메커니즘이 빙붕 붕괴를 가속화할 수 있다고 우려했다. 공동저자인 리처드 앨리(Richard Alley) 교수는 "한 번 무너진 빙붕이 다시 자라나는 사례는 없었다"며 "이번 연구는 붕괴 시점을 더 정밀하게 예측할 수 있는 기반을 제공했다"고 말했다. 이번 연구는 2002년 붕괴된 라르센B 빙붕의 사례에서 영감을 받아 진행된 후속 프로젝트다. 당시 라르센B 빙붕은 수년간 누적된 온난화 영향 끝에 단 5주 만에 3200㎢ 규모가 완전히 붕괴됐다. 당시에는 예측 모델이 붕괴 전조를 포착하지 못했지만, 이번 연구는 그러한 한계를 극복하기 위한 새로운 관측 기반 분석법을 제시했다. 연구팀은 또한 향후 남극 전체 빙붕에 대한 분석을 확장하고 있다. 논문 공동저자이자 박사과정 연구원인 황 정루이(Zhengrui Huang)는 위성 자료를 기반으로 40개 이상의 남극 빙붕에서 균열 위치·깊이·형태를 3D로 수집한 데이터베이스를 구축했다. 이 자료는 향후 극지방 빙붕 역학을 연구하는 전 세계 연구자들에게 핵심 관측 자원으로 활용될 예정이다. 황 연구원은 "이번 데이터셋은 남극 빙붕 붕괴 예측을 위한 관측 기반 모델의 정교화에 중요한 역할을 할 것"이라며 "향후 기후 변화에 따른 남극 빙하의 반응을 과학적으로 규명하는 데 기여하길 바란다"고 말했다. 연구진은 향후 계절 기후 변화, 하천 유입, 관광 활동, 해류 모델링 등을 연계해 빙붕 균열의 전개 과정을 정밀 분석할 계획이다. 이번 연구 결과는 국제 지구환경학술지(International Journal of Remote Sensing)에 게재됐다.
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[기후의 역습(156)] 남극 최대 빙하 균열 가속⋯'스웨이츠 붕괴' 현실화되나
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
- 미국 미네소타대학교 연구진이 스마트폰, 노트북, 데이터센터 등 전자기기의 에너지 효율과 정보 처리 속도를 크게 향상시킬 수 있는 신소재 합금 'Ni₄W'를 개발했다. 과학 전문 매체 사이테크데일리에 따르면 이번에 개ㅈ발된 Ni₄W는 니켈(Ni)과 텅스텐(W)으로 구성된 비정질 저대칭 구조의 합금으로, 기존 메모리 장치에서 자성 전환에 요구되던 외부 자기장을 사용하지 않고도 자성 상태를 바꿀 수 있는 '필드프리(field-free) 스위칭'이 가능한 것이 특징이다. 이 기술은 전자기기의 전력 소모를 획기적으로 줄이고, 차세대 스핀트로닉스 기반 메모리 개발에 활용될 수 있다. 해당 연구 결과는 과학저널 '첨단 소재(Advanced Materials)' 5월호에 게재됐으며, 관련 기술에 대한 특허도 출원 완료된 상태다. 연구를 주도한 미네소타대학교 전기전자컴퓨터공학과의 지앤핑 왕(Jian-Ping Wang) 교수는 "Ni₄W는 데이터 기록에 필요한 전력을 낮춰, 전체 전자기기의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다"며 "스마트폰부터 초대형 데이터센터까지 적용 범위가 광범위하다"고 설명했다. 특히 이 합금은 복수 방향의 스핀 전류를 생성할 수 있어 기존 자성 소재에 비해 높은 수준의 스핀-궤도 토크(Spin-Orbit Torque, SOT) 효율을 구현할 수 있다. 이는 고속 동작과 저전력 소모를 동시에 요구하는 차세대 논리 소자와 메모리 기술의 핵심으로 꼽힌다. 왕 교수 연구팀의 박사과정 연구원인 양이페이(Yifei Yang)는 "Ni₄W는 단독으로 또는 텅스텐과의 적층 구조에서 높은 다방향 SOT 효율을 보여주었으며, 이는 고속 스핀트로닉스 소자 개발에 매우 유리한 조건"이라고 덧붙였다. 해당 연구는 이론적 예측과 실험적 관측을 통해 신뢰성을 확보했다. 이 연구에 공동 제1저자로 참여한 이승준(Seungjun Lee) 박사는 "계산 결과가 실험과 일치해 Ni₄W의 물리적 특성과 가능성을 확증했다"고 말했다. Ni₄W는 희귀 금속이 아닌 범용적인 원소로 구성돼 있어 상용 반도체 제조 공정에 쉽게 적용 가능하다는 장점도 있다. 고비용·고난이도 공정이 필요한 기존 자성 소재와 비교해 가격 경쟁력과 지속 가능성 면에서도 우위를 점할 수 있다는 평가다. 이번 연구는 미국 국가표준기술연구소(NIST)가 후원하고, 반도체연구공사(SRC)의 nCORE 프로그램 산하 첨단 스핀 기반 정보 기술 센터(SMART)가 주도한 국제 공동연구 프로젝트의 일환으로 수행됐다. 미네소타대학교 전자공학부, 화학공학·재료과학과, 나노센터 등이 참여했으며, 국내외 20여 명의 학제 간 연구진이 협업했다. 향후 연구진은 이 합금을 나노스케일 디바이스 수준으로 집적하고, 실제 동작 환경에서의 신뢰성과 내구성을 검증할 계획이다. 전문가들은 Ni₄W 기반 기술이 상용화에 성공할 경우, 기존 전자기기와 메모리 반도체 기술의 패러다임을 근본적으로 바꿀 가능성이 있다고 보고 있다. 이번 연구성과는 차세대 IT 인프라의 전력 효율성과 지속 가능성을 동시에 향상시키는 기반 기술로 주목받고 있다. Ni₄W가 향후 스핀트로닉스 메모리 상용화의 전환점을 마련할 수 있을지 귀추가 주목된다.
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[신소재 신기술(188)] 니켈-텅스텐 신합금 'Ni₄W', 차세대 전자기기 성능 대폭 개선 기대
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[정책] 정부, AI 휴머노이드·에너지 하베스팅 등 융합연구에 216억 투입
- 정부가 인공지능(AI) 휴머노이드 경량화와 에너지 하베스팅 등 미래 융합기술 개발을 위해 총 216억원을 지원한다. 과학기술정보통신부는 17일 '미래개척융합과학기술개발' 사업의 신규 과제 6개를 선정했다고 밝혔다. 선정된 과제는 4개 경쟁형 파이오니어 과제와 2개 국제공동연구 과제다. 한국과학기술연구원(KIST)과 동국대는 소량 데이터로 손 조작이 가능한 AI 기술을, 가천대와 성균관대는 전원 없이 기기를 구동하는 에너지 기술을 개발한다. 국제공동연구에는 KIST와 UNIST가 각각 미국 대학과 협력해 AI 구동 효율화 및 수소 생산 기술을 개발한다. [미니해설] AI 휴머노이드부터 무전원 수소 생산까지…정부, 미래 융합기술에 216억 지원 정부가 인공지능(AI) 휴머노이드 경량화, 에너지 하베스팅, 수소 생산 등 차세대 융합기술 분야에 총 216억 원을 투입한다. 이번 지원은 이종 분야 간 융합 연구를 통해 신기술 창출과 미래 산업 패러다임 전환을 꾀하는 ‘미래개척융합과학기술개발’ 사업의 일환이다. 과학기술정보통신부는 17일, 올해 해당 사업에서 신규 선정된 6개 과제를 발표했다. 이 가운데 4개는 '미래유망융합기술파이오니어' 과제로, 경쟁형 방식으로 2년간 1단계 연구를 진행한 뒤 우수 과제 1개에 한해 3년간 추가 연구를 지원하는 구조다. 나머지 2개는 해외 연구기관과 협력해 최대 5년간 수행되는 '글로벌융합연구' 과제로 선정됐다. AI 휴머노이드, 적은 데이터로 정교한 손동작 실현 미래유망융합기술파이오니어 분야에서는 인공지능 기반 로봇기술의 한계를 뛰어넘는 시도가 이어진다. 한국과학기술연구원(KIST)의 양성욱 책임연구원 팀과 동국대학교 임수철 교수 팀은 기존 모방학습 대비 10% 이하의 데이터만으로도 자유롭게 손 조작이 가능한 AI 휴머노이드 기술을 개발한다. 이는 복잡한 데이터를 대량으로 학습시켜야 했던 기존 방식과 비교해 학습 비용과 시간 면에서 혁신적인 전환이 기대된다. 전원 없이 작동하는 소형기기…에너지 하베스팅 기술 개발 경쟁 가천대학교 김대건 교수팀과 성균관대학교 백정민 교수팀은 배터리나 외부 전원 없이도 다양한 에너지원을 활용해 소형 기기를 구동할 수 있는 에너지 하베스팅 기술을 연구한다. 이는 센서, 헬스케어 기기, 사물인터넷(IoT) 장비 등에서 독립적인 전원 공급이 가능해지는 기반 기술로 주목받고 있다. 미국과 손잡은 글로벌 융합연구…AI 장기 구동·수소 생산 도전 글로벌 공동연구 분야에서는 두 가지 혁신 기술이 선정됐다. KIST 이이수 책임연구원 팀은 미국 텍사스대학교와 함께 AI 휴머노이드의 장기 구동을 목표로, 인간의 감각과 운동 원리를 모사한 에너지 효율화 기술을 개발한다. 이 기술은 AI 로봇의 지속적이고 안정적인 운용에 핵심적인 역할을 할 전망이다. 또한 울산과학기술원(UNIST) 장지욱 교수팀은 미국 스탠퍼드대학교와 협력해 외부 전력이나 태양광 없이 자체 촉매 반응만으로 물에서 수소를 생산하는 기술 개발에 착수한다. 이는 탄소 배출이 없는 청정 수소 생산 방식으로, 미래 수소경제의 핵심 기술로 평가된다. 과기정통부 관계자는 "이번 사업은 단순한 기술 개발을 넘어, 이종 분야 간 창의적 융합을 통해 새로운 시장을 창출하고 세계 기술 경쟁력을 선도하는 데 목적이 있다"며 "기초연구와 응용기술의 가교 역할을 수행할 수 있도록 지원을 아끼지 않겠다"고 밝혔다. 한편, '미래개척융합과학기술개발' 사업은 2021년 시작된 국가 전략형 융합 연구 프로그램으로, 유망 분야를 선제적으로 발굴하고 과감한 투자로 민간 기술 혁신을 촉진해 왔다. 이번 과제는 오는 하반기부터 본격적인 연구에 착수할 예정이다.
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[정책] 정부, AI 휴머노이드·에너지 하베스팅 등 융합연구에 216억 투입
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[기후의 역습(152)] "빙하 녹으면 화산 폭발 급증"⋯지구 온난화 '숨은 재앙' 드러나
- 지구온난화로 인한 빙하 해빙이 장기적으로 화산 분화 가능성을 높일 수 있다는 연구 결과가 발표됐다고 인사이드 클라이밋 뉴스가 7일(현지시간) 보도했다. 특히 남극과 같은 고위도 지역에서 해빙이 화산 활동을 촉진하고, 이로 인한 분화가 다시 기후에 영향을 주는 '피드백 루프'가 발생할 수도 있다는 우려가 제기됐다. 미국 위스콘신대학교 브래드 싱어(Brad Singer) 교수 연구팀은 칠레 안데스 산맥에 위치한 여섯 개 화산에서 수집한 암석의 지화학 분석을 통해, 마지막 빙하기 이후 빙하가 사라지며 화산 활동이 증가한 사실을 규명했다. 이 연구는 미국 국립과학재단(NSF) 지원으로 진행됐으며, 7일 체코 프라하에서 열린 과학 학술회의에서 공개됐다. 싱어 교수는 "두꺼운 빙하가 화산의 '뚜껑' 역할을 하다가, 얼음이 녹으면서 갑작스럽게 내부 압력이 해소돼 분화가 발생할 수 있다"며, "빙하가 사라지자마자 분출 빈도뿐 아니라 용암의 화학 조성에도 뚜렷한 변화가 관측됐다"고 밝혔다. 그는 이를 "콜라 병이나 샴페인 병의 뚜껑을 열었을 때와 비슷한 현상"이라고 설명했다. 빙하기 절정기인 약 1만4000년~2만 년 전, 빙하 아래에 갇힌 마그마는 실리카가 풍부한 결정 구조를 형성하며 기체를 가두었고, 이는 폭발적 분화를 유발하는 요인이 됐다고 연구진은 분석했다. 당시의 화산재는 수 킬로미터 상공까지 분출돼 성층권에 도달했을 가능성도 있는 것으로 추정된다. 특히 연구진은 남극 서부 빙상 아래 존재하는 100개 이상의 화산에도 주목했다. 해당 지역은 이미 해수 온난화로 인해 하부에서 떠받치는 빙붕이 녹고 있으며, 지각에 균열이 있는 화산 지대가 존재할 가능성이 크다고 지적했다. 싱어 교수는 "이런 지역에서 빙하가 급격히 사라질 경우, 화산 활동이 빠르게 증가할 수 있다"며 "화산이 빙하 아래에서 분출하면 하부에서 빙하를 녹이며 해수면 상승을 가속화할 수 있다"고 경고했다. 공동연구자인 파블로 모레노 야에거(Pablo Moreno-Yaeger)는 "얼음은 마치 뚜껑처럼 작용해 화산 내부의 마그마 조성을 바꾸고, 빙하가 사라지면 더 폭발적인 분화로 이어질 수 있다"고 덧붙였다. 실제로 아이슬란드에서는 1970년대부터 빙하와 화산의 상관관계에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 2016~2017년에는 카틀라(Katla) 화산에서 하루 최대 2만 4000톤의 이산화탄소가 분출된 것으로 측정됐다. 이는 아이슬란드 전체 화산 이산화탄소 배출량 추정치를 웃도는 수치다. 또한 해빙으로 인해 방출되는 대규모 담수의 중량은 지각에 수압을 가중시켜 지진 활동까지 유발할 수 있다는 연구도 나왔다. 2024년 발표된 논문에 따르면, 댐 수위가 높을 때 지진 발생 가능성이 증가하듯, 해수면 상승도 지진을 유발할 수 있는 요소다. 영국 옥스퍼드대학교의 화산학자 데이비드 파일(David Pyle)은 이번 연구에 대해 "기후 변화에 따른 빙하 질량 변화와 화산 활동 사이의 연계를 뒷받침하는 중요한 증거"라고 평가했다. 한편, 안데스 화산들의 경우 빙하 해빙 이후 수천 년의 시차를 두고 화산 활동이 증가한 것으로 나타나, 이런 변화가 즉각적이지는 않다는 점도 강조됐다. 싱어 교수는 "화산 폭발 시점은 예측하기 어렵지만, 해빙이 이어질수록 더 많은 화산이 깨어날 가능성은 분명하다"며 "화산 분출이 다시 얼음을 녹이고, 그로 인해 해수면이 상승하는 '부정적 피드백 루프'가 현실이 될 수 있다"고 경고했다.
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[기후의 역습(152)] "빙하 녹으면 화산 폭발 급증"⋯지구 온난화 '숨은 재앙' 드러나
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지중해 최심부 칼립소 해연, '플라스틱 무덤'으로⋯"깨끗한 바닥은 단 한 평도 없다"
- 한때 인간의 오염으로부터 멀리 떨어져 있다고 여겨졌던 지중해 최심부 '칼립소 해연(Calypso Deep)'이 대규모 쓰레기 더미로 뒤덮인 것으로 확인됐다. 이는 바닷속 가장 깊은 구역조차 인류 활동의 영향을 피할 수 없다는 충격적인 현실을 보여준다. 지중해 이오니아해에 위치한 칼립소 해연은 수심 5,100m(16,770피트)에 이르는 세계에서 가장 깊은 해구 중 하나다. 이곳은 지난 수십 년간 오염으로부터 상대적으로 자유로운 공간으로 여겨졌으나, 올해 초 과학자들이 현장 조사 결과 비닐봉지, 유리 파편, 찌그러진 캔 등 다양한 생활 쓰레기가 바닥을 덮고 있는 사실을 발표하면서 그 인식이 무너졌다. 6일(현지시간) 어스닷컴에 따르면 조사에 참여한 국제 공동 연구팀은 유인 잠수정 '리미팅 팩터(Limiting Factor)'를 이용해 해저를 약 43분간 탐사했다. 탐사 결과 해저 일대는 제곱마일당 수천 개에 달하는 플라스틱 쓰레기로 덮여 있었으며, 단 650m(2,130피트) 구간만으로도 해연 바닥이 인간의 폐기물로 광범위하게 오염됐음을 확인할 수 있었다. 주로 발견된 물질은 유연한 플라스틱이었으며, 유리·금속·종이류도 함께 관찰됐다. 플라스틱 쓰레기, 생태계 교란 우려 이 지역은 그리스 펠로폰네소스 반도에서 약 60km 떨어진 헬레닉 트렌치(Hellenic Trench) 내부에 위치해 있으며, 지질적으로 단층과 지진이 자주 발생하는 급경사 지역이다. 이처럼 폐쇄적 지형은 쓰레기가 해류에 의해 쉽게 외부로 유출되지 않고 해저에 머무르게 하는 원인으로 작용하고 있다. 미켈 카날스(Miquel Canals) 스페인 바르셀로나대학교 해양지질학 교수는 "이 지역에 도달한 쓰레기는 육상과 해상 모두에서 유입됐을 수 있으며, 해류를 따라 장거리 이동했거나 직접 투기된 것으로 보인다"고 설명했다. 해안에서 흘러나온 플라스틱은 표류하다가 해류 소용돌이와 해저 지형의 영향으로 천천히 가라앉는다. 부유 상태였던 폐기물은 해조류나 미생물이 표면에 붙으면서 점차 무게가 증가하고, 결국 해저에 침전돼 장기적으로 퇴적층에 고착된다. 칼립소 해연을 비롯한 지중해 해저에 쓰레기가 축적되는 현상은 해양 생태계에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 특히 심해 생물 군집은 회복력이 낮고 생태계 교란에 매우 취약하기 때문에, 이러한 오염은 생물다양성과 어장 자원, 해양 탄소순환 등에도 장기적인 악영향을 미칠 수 있다. "지중해, 더 이상 안전지대 아니다" 지중해는 폐쇄된 해역으로, 유럽·북아프리카·중동에 둘러싸인 고밀도 인구 지역이다. 동시에 세계에서 해상 교통량과 어업 활동이 가장 밀집된 해역 중 하나다. 이에 따라 폐기물 유입 경로가 다양하고 유입 속도도 빠르다. 연구진은 과거에도 선박에서 쓰레기를 직접 투기한 흔적을 발견했다고 밝혔다. "다양한 쓰레기가 쌓여 있는 더미 뒤로 길게 이어진 흔적이 선박의 투기 후 흔적으로 보인다"며 고의적인 불법 폐기 가능성을 제기했다. 이 같은 해저 쓰레기 문제는 수면 위에서 보이지 않는다는 이유로 정책적 우선순위에서 밀려왔다. 그러나 연구진은 “심해의 오염은 해양 생태계뿐만 아니라 기후 피드백과 지질적 안정성에도 영향을 줄 수 있다”며, 사회 전반의 대응이 시급하다고 경고했다. "보이지 않는다고 잊지 말라…플라스틱은 사라지지 않는다" 이번 조사 결과는 국제사회가 추진 중인 UN 글로벌 플라스틱 협약(Global Plastics Treaty)의 필요성을 다시금 부각시킨다. 연구진은 “플라스틱은 바다에 버려지는 순간 끝이 아니라, 해류를 따라 이동하고 분해되며 결국 지구 최심부까지 도달한다는 사실을 직시해야 한다”고 강조했다. 실제로 지중해는 지난 2021년에도 메시나 해협 일대에서 세계에서 가장 많은 해저 쓰레기가 발견된 바 있다. 이는 지중해가 지구에서 해양 오염에 가장 취약한 해역 중 하나임을 보여주는 사례다. 칼립소 해연 조사 프로젝트에는 바르셀로나대학교의 미켈 카날스 교수, 유럽연합 공동연구센터(JRC)의 게오르크 한케(Georg Hanke), 프랑스 해양개발연구소(IFREMER)의 프랑수아 갈가니(François Galgani), 칼라단 오셔닉(Caladan Oceanic)의 빅터 베스코보(Victor Vescovo) 등이 참여했다. 연구진은 보고서 말미에서 "이제는 과학자, 언론인, 인플루언서 등 모든 목소리를 가진 이들이 함께 나서야 할 때다. 바닷속은 보이지 않지만, 그 피해는 결코 작지 않다"고 강조했다. 이번 연구는 학술지 해양 오염 블레틴(Marine Pollution Bulletin)에 게재됐다.
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- ESGC
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지중해 최심부 칼립소 해연, '플라스틱 무덤'으로⋯"깨끗한 바닥은 단 한 평도 없다"
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
- 태양계 외곽과 심우주 탐사를 위한 '핵분열 기반 전기추진(nuclear electric propulsion)' 기술이 우주항행의 새로운 전기를 예고하고 있다. 1950년대 처음 개념이 제안된 이 기술은 최근 화성 너머로 탐사영역을 확장하려는 인류의 흐름과 맞물려 다시금 주목받고 있다고 과학전문 매체 인터레스팅엔지니어링이 3일(현지시간) 보도했다. 인도 방갈로르에 본사를 둔 두 민간 우주기업 최고경영자들은 '제56회 달·행성과학 콘퍼런스(LPSC 2025)'에서 핵열 전기추진 기술의 가능성과 한계를 다룬 공동연구를 발표했다. 연구팀은 화학추진과 태양광 기반 시스템이 장기 심우주 탐사에는 한계가 있다고 지적하며, 핵분열 기반 전기추진 기술이 이러한 제약을 돌파할 열쇠가 될 수 있다고 강조했다. 인도 민간 우주항공 기업 액셀러론 에어로스페이스(Acceleron Aerospace) 말라야 쿠마르 비스왈 최고경영자(CEO)과 그라하 스페이스(Grahaa Space) 라메시 쿠마르(CEO)는 "핵분열 추진은 높은 에너지 밀도와 태양광에 의존하지 않는 자립적 전력공급이 가능해, 수십 년간 안정적인 탐사 운용이 가능하다"고 밝혔다. 이들은 기존 추진체 대비 핵분열 추진의 주요 장점으로 △ 추진력과 생명 유지 장치 구동을 위한 안정적 전력 제공 △ 탐사 시간 단축 △ 대형 탑재체 수송 가능성 등을 꼽았다. 미 항공우주국(나사·NASA)에 따르면 핵 추진은 화학 로켓보다 추진제 효율이 더 높다. 화성으로의 유인 및 화물 임무와 태양계 외곽으로의 과학 임무에 활용될 수 있는 잠재적 기술로, 많은 경우 더 빠르고 강력한 임무를 수행할 수 있다. 핵추진 시스템은 특히 태양빛이 닿지 않는 그림자 지형이나 태양계 외곽과 같은 저광량 환경에서도 운용이 가능하다는 점에서 활용성이 높다. 이번 연구는 핵추진의 장점 외에도 방사선 차폐, 시스템 중량, 안전성 확보 등 기술적 난제도 조명했다. 비스왈은 미국 과학 매체와의 인터뷰에서 "NASA의 '킬로파워(Kilopower)' 프로젝트와 같은 연구는 핵분열 기술의 실현 가능성을 뒷받침하는 긍정적 신호"라고 평가했다. 특히 이 기술이 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 물론, 태양계 너머 카이퍼벨트까지의 접근을 가능케 할 것이라는 분석도 내놓았다. 그러나 현실적인 과제는 여전히 남아 있다. 바로 '예산'이다. 핵추진 로켓은 1950년대에도 제안된 바 있으나, 당시 NASA의 로켓용 핵추진 엔진 NERVA(너바) 프로그램은 1973년 예산 삭감과 스페이스 셔틀 집중정책으로 폐기됐다. 기술적 가능성에도 불구하고 투자 수익이 단기간에 나타나지 않는다는 점이 지속적인 자금 확보의 걸림돌로 작용하고 있다. NERVA(너바, Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) 프로그램은 1955년부터 1973년까지 미국이 추진한 핵열추진 로켓 개발 프로젝트로, NASA와 미국 원자력위원회(AEC)가 공동으로 주도했다. 이 프로그램은 기존 화학로켓보다 높은 추진 효율을 제공하여, 심우주 탐사와 유인 화성 탐사 임무를 위한 핵심 기술로 여겨졌다. NERVA는 액체 수소를 추진제로 사용하며, 고온의 핵분열 반응로에서 수소를 가열하여 노즐을 통해 분사함으로써 추진력을 얻는 방식이다. 이러한 핵열추진 방식은 기존 화학로켓보다 약 23배 높은 비추력(약 800~900초)을 제공하여, 더 무거운 탑재물을 더 먼 거리로 운반할 수 있는 잠재력을 지녔다. 1973년, NERVA 프로그램은 여러 요인으로 인해 종료됐다. 우선, 아폴로 프로그램 이후 우주 탐사에 대한 정치적·사회적 관심이 감소하면서, 유인 화성 탐사와 같은 장기 계획에 대한 지원이 줄어들었다. 또한, 환경 및 안전에 대한 우려, 예산 삭감, 무인 탐사선의 발전 등도 프로그램 종료에 영향을 미쳤다. 2023년, NASA 우주비행사 출신이자 민간 우주기업 '애드 아스트라(Ad Astra)'를 설립한 프랭클린 창 디아즈는 "핵 전기추진 엔진(VASIMR)을 우주에서 시험 운용하기 위한 기술은 이미 준비됐지만, 상용화를 위한 수백만 달러 규모의 자금 확보가 관건"이라고 말한 바 있다. 비용과 시간, 기술적 장벽을 넘어설 수 있다면 핵추진 기술은 단순한 대안이 아닌 '심우주 탐사의 새로운 시대'를 여는 열쇠가 될 수 있다. 우주 기술이 지닌 상징성과 전략적 가치가 커지는 지금, 이 고전적이지만 혁신적인 접근법이 재조명받고 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
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[우주의 속삭임(119)] 태양 코로나의 미세 구조 첫 포착⋯지상관측 기술 한계 넘었다
- 태양의 가장 바깥층인 코로나의 미세 구조가 지상 관측 사상 최초로 고해상도로 포착됐다. 미국 국립태양관측소(NSO)와 뉴저지공과대(NJIT) 공동연구진은 최근 고차 적응광학(adaptive optics, AO) 기술을 이용해 태양 코로나의 섬세한 구조를 촬영하는 데 성공했다고 밝혔다고 사이언스 얼럿, 라이브 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 캘리포니아의 지상 망원경이 태양의 코로나 비(태양 표면에서부터 태양 대기의 가장 바깥쪽 부분인 코로나까지 뻗어 있는 플라스마 흐름과 거대한 아치)를 놀랍도록 새로운 세부 묘사로 포착한 것. 지구 대기로 인한 흐릿함을 제거하기 위해 새로운 기술을 활용한 타임랩스 영상에서 촬영한 이미지 중에는 코로나 비(태양 표면에서부터 태양 대기의 가장 바깥쪽 부분인 코로나까지 뻗어 있는 플라스마 흐름과 거대한 아치)가 있는데, 이는 식어가는 플라스마가 응축되어 자기장 선을 따라 태양 표면으로 다시 떨어질 때 발생하는 현상이다. 관측된 다른 특징들로는 홍염(태양물리학자들이 아치와 고리 모양을 묘사할 때 사용하는 용어)과 미세하게 구조화된 플라스마 기류가 있다. 이 이미지들은 망원경이 포착한 수소 알파선을 인공적으로 채색하여 분홍색으로 표현했다. 코로나는 태양의 광구(photosphere) 바로 위에 위치한 고온 플라스마층으로, 온도가 수백만 켈빈에 달해 태양 표면보다 더 뜨겁다. 이 '코로나 가열 문제(coronal heating problem)'는 태양물리학 최대 난제로 꼽혀 왔다. 코로나는 또한 자기장에 의해 형성되며, 태양 플레어 및 코로나 질량 방출(CME)의 근원이기도 하다. 이러한 CME는 지구 자기장과 충돌해 오로라나 지자기 폭풍을 유발한다. 문제는 코로나의 밝기가 태양 표면보다 훨씬 어둡다는 점이다. 통상적으로 코로나는 개기일식이나 우주기반 코로나그래프를 통해서만 관측이 가능했다. 그러나 연구진은 이번에 1.6m급 구드 태양망원경(Goode Solar Telescope)에 적응광학 시스템을 접목해, 지상에서도 코로나의 미세 구조를 명확히 포착할 수 있게 됐다. 이 망원경에는 지구 상층 대기의 난류를 보정하기 위해 레이저를 사용하는 코나(Cona)라는 새로운 기술이 탑재되어 있다. 이번 성과는 학술지 '네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)'에 '고차 적응광학을 이용한 태양 코로나 미세 구조 관측(Observations of fine coronal structures with high-order solar adaptive optics)'이라는 제목으로 발표됐다. 이 연구의 공동 저자이자 뉴저지 공과대학의 연구 교수인 바실 유리신은 성명을 통해 "이것은 이런 종류의 관찰 중 가장 자세한 것이며, 이전에 관찰되지 않았던 특징을 보여주고 있으며, 그것이 무엇인지는 아직 명확하지 않다"고 밝혔다. 연구팀은 기존 광구용 적응광학 기술을 한층 발전시켜 코로나 관측에 맞게 최적화한 시스템을 구현했다. 적응광학은 대기의 난류로 인해 일그러진 파면(wavefront)을 실시간으로 보정해 고해상도 이미지를 구현하는 기술로, 컴퓨터 제어 변형 거울 등이 핵심 장비다. 이번 시스템은 해당 망원경의 회절 한계인 약 63km 해상도를 달성했다. 이는 종전보다 해상도가 10배 개선된 수치다. NSO의 적응광학 과학자인 디르크 슈미트(Dirk Schmidt)는 "대기 난류로 흐려졌던 태양의 이미지를 보정함으로써, 이제껏 한 번도 본 적 없는 태양을 들여다볼 수 있게 됐다"며 "이번 기술은 게임 체인저가 될 것"이라고 말했다. 공동 저자인 필립 구드(NJIT)는 "이 기술은 하와이 인우에 태양망원경 등 전 세계 관측소로 확산될 것"이라며, 향후 지상기반 태양관측의 패러다임을 바꿀 것으로 내다봤다. 이번 연구로 확인된 코로나의 세밀한 구조는 그동안 예측이나 모델링으로만 존재하던 플라스마 흐름, 태양비(rain), 자기 루프 등의 동역학을 실측 데이터로 분석할 수 있는 기반을 제공한다. 예를 들어, 고온의 코로나에서 냉각된 플라스마 물질이 중력에 의해 표면으로 낙하하는 현상인 '코로나 비'는 폭이 20km에 불과한 미세한 가닥들로 구성돼 있으며, 자기력선을 따라 곡선 경로를 그리며 이동하는 것이 이번에 확인됐다. 태양의 활동은 우주환경에 직접적 영향을 미치기 때문에 코로나의 정밀 관측은 단순한 천문학적 의미를 넘어, 인공위성 통신, 항공, 전력망 등의 안정성과 직결된다. 특히 코로나의 열원이 무엇이며, 어떻게 거대한 플레어가 방출되는지에 대한 이해는 향후 우주기상 예보의 정밀도를 좌우할 것으로 전망된다. NSO의 기술책임자인 토마스 림멜레는 "이번 적응광학 시스템은 지난 수십 년간 공백으로 남아 있던 기술적 한계를 극복한 결정적 진전"이라며 "지금이야말로 코로나 물리학의 새로운 시대가 시작되는 순간"이라고 평가했다. 연구진은 향후 이 시스템을 하와이에 있는 세계 최대 태양망원경(4m)인 다니엘 K. 이노우에 태양망원경에도 적용해 더욱 정밀한 코로나 연구를 이어갈 계획이다.
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[우주의 속삭임(119)] 태양 코로나의 미세 구조 첫 포착⋯지상관측 기술 한계 넘었다
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[ESGC] "흙 속까지 플라스틱 오염"⋯지렁이·달팽이 체내서 미세플라스틱 첫 확인
- 지렁이와 딱정벌레 등 육상 생태계 역시 플라스틱 오염에서 자유롭지 않은 것으로 드러났다. 영국 서식스대와 엑서터대 공동연구진은 정원, 초지, 농경지 등 51개 지점에서 2000마리 이상의 무척추동물과 토양샘플을 수집했다. 그 중에서 580여 개의 무척추동물 표본을 분석한 결과, 지렁이·민달팽이·달팽이·딱정벌레 등 토양 속 생물들에서 미세플라스틱이 검출됐다고 밝혔다. 과학전문매체 더 컨버세이션에 따르면 연구진은 전체적으로 무척추동물 표본의 12%%에서 플라스틱 조각이 확인됐으며, 지렁이의 경우 29%라는 가장 높은 오염률을 보였다고 밝혔다. 이어 달팽이와 민달팽이에서 각각 24%의 오염률이 기록됐다. 한 딱정벌레의 경우, 몸길이의 4분의 1에 해당하는 나일론 조각이 내부에서 발견되기도 했다. 이번 연구는 미세플라스틱이 더 이상 해양 생태계의 문제에 그치지 않고, 육상 생물군에도 광범위하게 확산되고 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 연구팀은 "플라스틱이 토양에서 분해되며 배출하는 화학물질은 생물 다양성에 치명적인 위협이 될 수 있다"며 "이로 인해 성장 저해, 장기 손상, 생식력 감소 등 심각한 생리적 피해가 초래된다는 기존 연구 결과도 있다"고 덧붙였다. 이번 조사에서는 폴리에스터가 가장 많이 검출된 플라스틱 유형이었다. 이는 주로 의류에서 떨어져 나와 하수 슬러지를 통해 토양에 축적되는 것으로 추정된다. 그 외에도 일회용 포장재, 농업 자재(예: 플리스, 멀치 필름, 온실 필름, 사일리지 포장재), 심지어 페인트에도 흔히 사용되는 플라스틱이 발견됐다. 연구팀은 "189개의 고슴도치 샘플 중 19%에서 플라스틱이 검출됐다"며 "한 샘플에서만 분홍색과 투명한 폴리에스터 섬유 12개가 발견되어 충격을 받았다"고 토로했다.. 식물 잔해를 섭취하는 초식성 생물과 분해자들이 가장 높은 수준의 플라스틱 오염을 보였지만, 무당벌레 등 육식성 생물에서도 플라스틱이 확인됐다. 이는 플라스틱이 먹이사슬을 따라 상위 생물로 전달되고 있음을 의미한다. 무척추동물은 생태계에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어 지렁이는 토양에 공기를 공급하고 영양소 순환을 돕습니다. 따라서 지렁이가 플라스틱을 섭취하면 이를 먹이로 삼는 동물, 그들이 사는 토양, 심지어 우리가 재배하는 식량에도 영향을 미친다. 실제로 플라스틱으로 오염된 토양에서 자란 식물은 미세 플라스틱을 세포 내로 흡수하는 것으로 나타났다 . 이는 식물의 성장을 저해하고, 식물이 보유할 수 있는 수분을 제한하며, 궁극적으로 우리에게 필요한 식량을 생산하는 능력을 저하시킬 수 있다. 서식스대 환경생물학자 피오나 매튜스 교수는 "현재 미세플라스틱 오염은 육상 생태계의 모든 먹이망에서 확인되고 있으며, 단순한 쓰레기뿐 아니라 의류, 페인트 등 다양한 경로를 통해 퍼지고 있다"며 "플라스틱이 생태계에 어떤 방식으로 피해를 주는지를 조속히 파악하고, 유입량을 줄이기 위한 긴급한 조치가 필요하다"고 강조했다. 연구를 이끈 서식스대 에밀리 스리프트 박사과정 연구원은 "플라스틱 오염이 이처럼 광범위할 줄은 예상치 못했다"며 우려를 나타냈다. 이번 연구 결과는 최근 국제학술지 '환경 독성학 및 화학(Environmental Toxicology and Chemistry)'에 게재됐다.
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[ESGC] "흙 속까지 플라스틱 오염"⋯지렁이·달팽이 체내서 미세플라스틱 첫 확인
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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
- 중국의 우주정거장 텐궁(Tiangong, 天宮)에서 지구상에서 존재하지 않았던 새로운 미생물 균주가 발견됐다. 중국 선저우(神舟) 우주생명공학연구소와 베이징우주비행체시스템공학연구소 공동연구팀은 최근 국제 학술지 국제 계통진화 미생물학 저널(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)에 발표한 논문을 통해 새로운 균주 '니알리아 톈궁엔시스(Niallia tiangongensis)'를 공식 보고했다. 중국 우주 생명과학 연구진은 이 미생물이 우주 환경에 특화된 적응 능력을 갖춘 것으로 분석했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 아울러 향후 우주 의학·농업·자원재활용 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대하고 있다. 이 미생물은 2023년 5월, 선저우 15호 우주비행사들이 톈궁 우주정거장에 체류 중이던 시기에 채집된 것이다. 이 균주는 기존 지구상의 니알리아(Niallia) 속 박테리아에서 변형된 새로운 형태로, 텐궁에 체류중이던 선저우 15호 승무원이 우주정거장 내부 모듈 표면에서 채취했다. 니알리아 톈궁엔시스는 기존 지구 박테리아의 유전적 변형체로, 극한 우주 환경에서 생존할 수 있도록 진화한 특성을 지녔다. 연구에 따르면 이 박테리아는 산화 스트레스에 대한 저항성이 높고, 방사선으로 인한 손상을 복구하는 능력이 향상돼 있는 것으로 나타났다. 중국 유인우주국(CMSA)은 이번 발견이 '우주정거장 서식 구역 마이크로바이옴 프로그램(CHAMP)'의 일환으로 수행된 미생물 모니터링 활동의 성과라고 밝혔다. 해당 프로그램은 장기 우주체류 중 미생물 군집의 변화를 추적·분석하고 있다. 선저우 15호 승무원들은 정거장 체류 기간 중 모듈 표면을 멸균 포로 닦아 미생물을 채취했고, 이를 지구로 회수해 냉동 보관 후 유전체 분석 및 대사 특성 평가를 진행한 결과 새로운 균주임을 확인했다. 특히 연구팀은 이 신종 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀 우주 내 폐기물을 자원으로 전환할 수 있는 생물학적 기술 기반이 될 수 있다고 분석했다. 과학자들은 이번 연구가 두 가지 측면에서 중요한 의미를 가진다고 분석했다. 첫째, 우주 환경에서 미생물이 생존하는 방식에 대한 이해는 향후 우주선 내 미생물 통제 전략을 설계하는 데 중요한 과학적 토대를 제공할 수 있다. 둘째, 해당 미생물이 특정 유기 화합물을 분해하는 능력을 지녀, 향후 우주 및 지구 환경에서 폐기물 처리와 자원 재활용 기술 개발에 응용 가능성이 열려 있다. 중국 우주 당국은 "톈궁 우주정거장은 향후 미생물 생존, 유전학, 대사 작용에 대한 방대한 데이터를 축적할 것이며, 이는 지구상의 농업과 산업에도 기여할 수 있는 혁신적 응용으로 이어질 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 미생물학뿐 아니라 우주공학, 자원 순환기술, 바이오메디컬 분야에까지 확장 가능한 다학제적 의미를 지닌 성과로 평가받고 있다.
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[우주의 속삭임(116)] 중국 톈궁 우주정거장에서 신종 미생물 발견⋯우주 생명과학 연구 새 장 연다
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[ESGC] 지구 지각 속 '청정 수소' 17만 년치 잠자다⋯전 세계에 숨은 에너지 금맥
- 지구 지각 속에 존재하는 천연 수소가 인류에게 최대 17만 년간 사용할 수 있는 청정 에너지를 제공할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 18일(현지시간) 과학기술 전문매체 사이테크 데일리에 따르면 영국 옥스퍼드대, 더럼대, 캐나다 토론토대 등 국제 공동연구진은 수소가 지하에 자연적으로 생성·축적되는 조건을 규명하고, 이를 산업적으로 탐사할 수 있는 전략을 제시했다. 이번 연구는 세계적 학술지 네이처 리뷰스 지구 및 환경(Nature Reviews Earth & Environment)에 5월 13일자로 발표됐다. 연구진은 "지구의 대륙 지각은 수백만 년에 걸쳐 수소를 생성하고 있으며, 이 중 상당량이 특정 암석층에 축적돼 아직 사용되지 않은 채 존재한다"고 밝혔다. 특히 이번 연구는 수소가 포획되는 암석 유형, 온도, 유체, 지질학적 역사 등을 바탕으로 '탐사 레시피'를 체계화해 업계가 천연 수소를 산업적으로 추출할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 주목된다. 수소는 비료와 정유, 철강 등 산업 전반에서 이미 1350억 달러 규모로 활용되고 있으며, 향후 청정 에너지 전환의 핵심 축으로 시장 규모가 2050년까지 1조 달러에 이를 것으로 전망된다. 하지만 현재 생산되는 대부분의 수소는 화석연료에서 나오며, 이 과정에서 전 세계 탄소배출의 2.4%를 유발하고 있다. 이에 따라 태양광·풍력 기반 수전해나 탄소포집 기술이 대안으로 떠오르고 있지만, 아직 경제성이 부족하다는 한계가 있다. 반면, 천연 수소는 탄소 배출 없이 지구 내부에서 자연 생성되며, 기존 석유·가스 시추 기술을 응용할 수 있어 상업화 가능성이 높다는 평가다. 연구 공동저자인 더럼대 존 글루야스 교수는 "헬륨 탐사 경험에서 얻은 지질학적 탐사 원칙을 수소에도 적용할 수 있다"고 강조했다. 또 토론토대 바버라 셔우드 롤러 교수는 "지하 미생물이 수소를 소비할 수 있어, 미생물이 없는 환경을 탐색 대상으로 삼아야 한다"고 지적했다. 옥스퍼드대 지구과학과 크리스 볼런타인 교수는 "수소 탐사는 정확한 지질 조건의 조합이 필요한데, 이는 마치 수플레 요리와 같다"며, "이 레시피가 상업적으로 반복 가능할 경우, 저탄소 청정수소의 새로운 전환점이 될 수 있다"고 말했다. 연구진은 이번 발견을 바탕으로 천연 수소 탐사 전문 기업 '스노우폭스 디스커버리(Snowfox Discovery Ltd.)'를 설립해 본격적인 상용화에 나설 계획이다. ◇ 참고 문헌: '대륙 지각의 천연 수소 자원 축적' 작성자 크리스 발렌타인(Chris J. Ballentine), 루타 카롤리테, 안란 쳉, 바바라 셔우드 랄라, 존 글루야스, 마이클 데일리, 2025년 5월 13일, Nature Reviews 지구 및 환경. DOI: 10.1038/s43017-025-00670-1
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[ESGC] 지구 지각 속 '청정 수소' 17만 년치 잠자다⋯전 세계에 숨은 에너지 금맥
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
- 미국항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 태양계 최대 행성인 목성의 오로라에서 기존과는 다른 새로운 특징을 포착했다. 이번 관측은 목성 자기권과 대기 상층부의 상호작용을 보다 정밀하게 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다. NASA는 13일(현지시간) 웹 우주망원경이 2023년 12월 25일 관측한 목성 북극 오로라에 대한 연구 결과를 발표했다. 연구는 영국 레스터대학의 조너선 니콜스(Jonathan Nichols) 박사가 이끄는 국제 공동연구진이 수행했으며, 주요 내용은 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다. 목성의 오로라는 지구의 북극광·남극광처럼 태양에서 방출된 고에너지 입자들이 자기장을 따라 대기 상층에 유입돼 형성된다. 그러나 목성에서는 이와 더불어 위성 '이오(Io)'에서 방출된 화산 분출물도 중요한 기여 요인으로 작용한다. 이오의 강력한 화산 활동으로 방출된 입자들은 목성 주변의 자기장에 포획돼 초고속으로 가속되며, 대기와 충돌해 강력한 오로라를 만들어낸다. 특히 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)를 활용한 이번 관측에서는 오로라 내에서 생성된 삼수소양이온(H₃⁺)의 방출선이 이전보다 훨씬 불규칙하게 변화한다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 이는 목성 상층 대기의 열적 구조와 방출 메커니즘에 대한 기존 가설을 재검토할 필요성을 시사한다. 니콜스 박사는 "오로라가 15분 간격으로 천천히 희미해졌다 다시 밝아질 것이라 예상했지만, 실제로는 전 영역이 초 단위로 변화하며 '튀고 터지는 듯한' 역동적인 모습을 보였다"고 밝혔다. 그는 "이번 자료는 말 그대로 크리스마스 선물 같은 발견"이라고 덧붙였다. 연구진은 또한 웹 망원경과 동시에 허블 우주망원경의 자외선 센서를 활용해 목성 오로라를 관측했지만, 웹에서 관측된 가장 밝은 빛이 허블에는 나타나지 않는 이상 현상을 발견했다. 니콜스 박사는 "두 망원경의 데이터를 종합해도 기존 이론으로 설명이 되지 않는다"며 "매우 저에너지 입자가 대량으로 대기에 유입됐을 가능성이 있으나, 이는 현재의 물리학적 예측을 넘어서는 것"이라고 설명했다. 이 같은 관측 결과는 향후 목성의 자기권 구조뿐 아니라 외계행성 오로라 연구에도 새로운 방향을 제시할 것으로 보인다. 연구진은 향후 NASA의 주노(Juno) 탐사선의 데이터와 추가적인 웹 망원경 관측을 결합해 분석을 이어갈 계획이다. 한편 제임스 웹 우주망원경은 NASA, 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 공동으로 개발한 세계 최고 성능의 적외선 천문관측 장비로, 우주의 기원과 행성 시스템의 진화를 밝히기 위한 핵심 도구로 활용되고 있다.
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
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[신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발
- 단순한 얼굴 사진 한 장으로 실제 생물학적 나이를 예측하는 인공지능(AI) 알고리즘이 개발됐다. 기존 의료진의 직관적 '눈대중' 판단에 과학적 정밀성을 더할 수 있다는 평가가 나온다. 영국 의학학술지 란셋 디지털 헬스(The Lancet Digital Health)에 따르면, 하버드대 부속 병원인 매사추세츠 브리검 헬스(Mass Brigham Health)의 연구진은 사람의 얼굴 사진을 분석해 생물학적 연령을 산출하는 딥러닝 모델 '페이스에이지(FaceAge)'를 공개했다. 이 알고리즘은 6만 명이 넘는 건강한 고령자의 얼굴 데이터를 학습한 뒤, 방사선 치료 직전 촬영된 암 환자 6000여 명의 사진으로 검증을 거쳤다. 연구 결과, 암 환자의 생물학적 나이는 평균적으로 실제 나이보다 4.79세 더 많은 것으로 나타났다. 이 수치는 기존 연령, 성별, 암 유형과 관계없이 환자의 예후를 유의미하게 예측하는 데 도움을 줬다. 연구진은 이를 바탕으로 향후 고강도 치료의 적절성과 생존 가능성 평가 등에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다. 매사추세츠 브리검 헬스의 종양학자이자 공동 수석 저자인 레이먼드 막(Raymond Mak) 연구책임자는 "페이스에이지는 환자의 생물학적 나이를 정량화해 암 치료의 방향을 설정하는 데 도움이 될 수 있다"며 "예를 들어 75세지만 생물학적 나이가 65세인 건강한 노인은 고강도 방사선 치료가 가능하지만, 60세이면서 생물학적 나이가 70세인 허약한 환자에게는 위험할 수 있다"고 설명했다. 페이스에이지는 기존 안면 노화 인식과 달리 백발이나 탈모보다 얼굴 근육의 미세한 변화 등을 더 중요한 요소로 반영한다. 연구진은 또한, 여덟 명의 의사에게 말기 암 환자의 사진만을 보고 6개월 내 사망 가능성을 예측하게 한 실험에서, 페이스에이지 데이터를 함께 제공했을 때 예측 정확도가 눈에 띄게 향상됐다고 밝혔다. 다만 알고리즘이 조명, 화장, 성형 수술 등 외부 변수에 영향을 받을 수 있는 만큼, 연구진은 향후 약 2만 명 규모의 후속 학습을 통해 정확도를 높일 계획이다. 인종적 편향 여부에 대한 초기 점검에서는 유의미한 편향은 발견되지 않았다고 설명했다. 이 기술이 일반에 공개될 경우 생명보험사나 고용주 등에서 악용될 우려도 제기된다. 공동연구자 후고 에어츠(Hugo Aerts)는 "이 기술이 오로지 환자의 이익을 위해 사용되도록 윤리적 가이드라인 마련이 중요하다"고 강조했다. 연구진은 현재 일반 대중이 셀카를 업로드하고 생물학적 나이를 확인할 수 있는 공개 포털도 개발 중이다. 다만 상업적 의료 활용은 추가 검증 이후로 미뤄질 전망이다.
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[신소재 신기술(174)] '셀카' 한 장으로 건강 상태 가늠⋯AI 알고리즘 '페이스에이지' 개발
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
- 남극 얼음속에 묻힌 입자 망원경이 우리 우주의 가장 수수께끼 같은 입자인 '중성미자(neutrino)'에 대한 새로운 단서를 포착했다. 미국 UCLA와 일본 오사카대, 도쿄대 카블리 우주물리수학연구소(Kavli IPMU) 등 국제 공동 연구진은 오징어 은하로도 불리는 '은하 NGC 1068'에서 유래한 고에너지 중성미자 신호를 분석해 기존 이론과는 다른 생성 경로를 제안했다고 UCLA 매거진이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 중성미자는 전기적으로 중성이며, 물질과 거의 상호 작용하지 않아 '유령입자'로 불린다. 이러한 특성 탓에 우주의 기원을 밝히는 열쇠로 주목받고 있지만, 감지 자체가 극도로 어렵다. 이에 따라 연구진은 남극 빙하 1㎦ 깊숙이 5160개의 센서를 설치한 아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory)를 활용해 이 입자를 추적해왔다. UCLA의 물리 및 천문학 교수이자 카블리 IPMU의 선임 연구원인 알렉산더 쿠센코(Alexander Kusenko)는 "우리는 빛을 사용하여 별을 보는 망원경을 가지고 있지만 이러한 천체 물리학 시스템 중 상당수는 중성미자를 방출한다"고 말했다. 남극 입자 망원경에 대해 쿠센코 교수는 "중성미자를 보려면 다른 유형의 망원경이 필요하며, 이것이 바로 남극에 있는 망원경이다"라고 설명했다. NGC 1068에서 이번에 감지된 중성미자는 놀랍도록 강한 신호를 보였지만, 통상 함께 나타나야할 고에너지 감마선의 발산은 에상보다 훨씬 약했다. 일반적으로 활동성 은하핵(AGN)에서는 양성자와 광자의 충돌로 중성미자와 감마선이 동시에 생성되는데, NGC 1068에서는 이러한 상관관계가 깨진 것이다. 연구진은 새로운 논문에서 이 현상의 원인을 중성자 붕괴로 설명했다. 해당 은하 중심에서 방출된 제트가 자외선 광자와 충돌하며 헬륨 원자핵이 분해되고, 이 과정에서 방출된 중성자가 붕괴하며 중성미자를 생성한다는 것이다. 이때 발생하는 전자도 감마선을 만들지만, 그 세기는 매우 약해 관측 결과와 부합한다. 논문 제1저자인 야스다 고이치로 UCLA 박사과정 연구원은 "수소는 양성자 하나로 이뤄져 광자와 충돌하면 강한 감마선과 중성미자를 동시에 만든다. 반면, 헬륨에는 중성자가 있어 감마선 없이도 중성미자를 생성할 수 있다"며 NGC 1068에서 관측되는 중성미자의 기원은 헬륨일 가능성이 가장 높다고 밝혔다. 이 새로운 이론은 NGC 1068뿐 아니라 우주 곳곳에 존재하는 유사한 은하에도 적용될 수 있어, 향후 관측 자료를 통해 검증이 가능하다. 특히 이러한 은하들에서 감마선이 약하다는 이유로 간과됐던 중성미자 신호들이 실제로는 존재했을 가능성을 제기한다. 연구에 참여한 이노우에 요시유키 오사카대 교수는 "이 모델은 기존 코로나(corona, 은하 코로나는 주로 X선이나 자외선 파장에서 탐지되며 수백만~수천만도의 온도를 가진 플라즈마로 구성됨)이론을 넘어선 새로운 시각을 제시한다"며 "향후 다양한 은하에서의 중성미자 검출이 이 가설을 검증할 것"이라고 말했다. 한편, 중성미자 천문학은 아직 초기 단계에 머물러 있으나, 이번 연구는 은하 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀 주변의 극한 환경을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다. 공동저자인 쿠센코 UCLA 교수는 "과학에 대한 투자는 당장은 눈에 띄지 않더라도 수십 년 후 인류 삶을 바꿀 큰 변화를 이끌 수 있다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 세계적인 물리학 저널 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐으며, 공개된 논문은 arXiv에서도 확인할 수 있다. 미국 에너지부, 세계 최초 국제 연구센터 이니셔티브(WPI), 일본 과학진흥협회에서 이번 연구를 지원했다. ◇ 참고 문헌: Koichiro Yasuda 외, '활성 은하핵 NGC 1068 제트의 베타 붕괴에서 발생하는 중성미자와 감마선', Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.151005 . arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.05247
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
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[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"
- 쌀알만 한 생쥐 뇌 조직의 정밀 해부를 통해 신경세포 8만4000개와 5억 개의 시냅스, 5.4㎞에 달하는 신경망이 드러났다. 9년에 걸쳐 진행된 국제 공동 연구가 포유류 뇌를 가장 정밀하게 해부한 커넥톰을 완성 한 것이다. 인공지능(AI) 기술과 인간의 손길이 결합된 이번 프로젝트는 뇌과학의 디지털 전환을 본격화하는 전환점이 될 전망이다. 미국 프린스턴대학교, 스탠퍼드대학교, 텍사스 베일러 의과대학, 시애틀 앨런 뇌과학연구소 등 22개 연구기관 소속 150명 이상이 참여한 국제 공동연구팀은 생쥐 뇌의 1㎣도 채 되지 않는 부위에서 8만4000개의 신경세포와 5억 개 이상의 시냅스 연결, 5.4㎞ 길이의 신경망 구조를 밝혀냈다. 이는 현재까지 포유류 뇌를 대상으로 한 가장 정밀하고 방대한 커넥톰(connectome·신경연결지도)으로 기록됐다. 연구팀은 뇌 지도를 만들면서 수만 개의 개별적인 나무 모양의 뉴런을 디지털 방식으로 풀어내고, 각 뉴런의 고유한 가지 시스템을 추적한 다음, 이를 하나하나 재구성해 광대한 회로 네트워크를 만들었다. 이를 커넥톰이라고 부른다. 프린스턴 대학교는 이번 연구는 9년간 진행됐으며 22개 기관의 150명 이상의 연구자들이 이 프로젝트에 참여했다고 밝혔다. 이번 연구는 미국 베일러 의과대학에서 시작됐다. 과학자들은 특수 현미경을 사용해 생쥐가 러닝머신 위에서 10초 동안 베이스점프, 루지 등 다양한 익스트림 스포츠, 애니메이션, 영화 매트릭스, 매드맥스: 분노의 도로 등의 비디오 영상을 보는 동안 쥐의 시각 피질 1㎣(세제곱밀리미터) 부분의 뇌 활동을 기록하는 방식으로 진행됐다. 이후 앨런 연구소 연구팀은 생쥐 뇌를 2만8000개 층으로 절단하고, 인공지능(AI) 분석과 인간의 수작업 검수를 결합해 신경세포 간 연결망을 일일이 추적해 재구성했다. 연구팀이 진행한 코티컬 네트워크(Cortical Networks)의 머신 인텔리전스인 MICrONS 프로젝트는 지금까지 포유류 뇌의 가장 자세한 배선도를 구축했으며, 이 배선도는 온라인에서 무료로 이용할 수 있다. 이번 연구를 총괄한 데이비드 마코위츠 박사는 "인간 게놈 프로젝트에 비유되는 신경과학의 분수령"이라고 평가했다. 이어 프린스턴 대학교의 또 다른 연구팀은 인공지능과 머신러닝을 사용하여 세포와 연결망을 3D 입체로 재구성했다. 뇌 활동 기록과 함께, 이 입체에는 5억 2300만 개의 시냅스(20만 개의 세포를 연결하는 연결점)와 4km 길이의 축삭(다른 세포로 뻗어 나가는 가지)이 포함되어 있다. 스탠퍼드대학교 신경과학자 안드레아스 톨리아스 교수는 "이 연구는 구조와 기능을 동시에 기록한 최초의 사례"라며 "우리가 세계를 인식하고 감정을 느끼고 결정을 내리는 뇌의 생물학적 구조를 데이터로 포착한 것"이라고 강조했다. 연구팀은 이를 통해 단순한 신경 배치도뿐 아니라, 각 신경세포 간 상호작용과 정보 전달 방식까지 시각화해냈다. 과거 곤충의 뇌를 대상으로 한 연결지도는 존재했지만, 이번처럼 포유류 뇌의 고도 복잡성을 구현한 사례는 처음이다. 프린스턴대 신경과학자 세바스찬 승 교수는 "이번 연구를 통해 구현한 커넥톰(connectome)은 뇌과학의 디지털 전환을 여는 출발점"이라며 "이 기술은 신경 연결의 이상 패턴을 식별하고, 치매 등 뇌 질환의 원인을 규명하는 데 획기적인 전기를 마련할 것"이라고 말했다. 이 연구는 뇌의 새로운 특성, 유형, 조직 및 기능 원리, 세포 분류의 새로운 방식을 밝혀냈다. 특히 뇌 안의 새로운 억제 원리를 발견한 것은 이번 연구의 가장 큰 성과로 평가된다. 과학자들은 이전에 신경 활동을 억제하는 억제 세포를 다른 세포의 활동을 약화시키는 단순한 힘으로 생각했다. 반면 연구팀은 훨씬 더 정교한 수준의 의사소통을 발견했다. 억제 세포는 무작위로 행동하는 것이 아니라, 어떤 흥분 세포를 표적으로 삼을지 매우 선택적으로 결정하여 네트워크 전체에 걸친 조정 및 협력 시스템을 구축한다. 어떤 억제 세포는 함께 작용하여 여러 흥분 세포를 억제하는 반면, 어떤 억제 세포는 특정 유형의 세포만을 표적으로 삼아 더욱 정밀하게 작용한다. 뇌의 형태와 기능을 이해하고, 뉴런 간의 세부적인 연결을 전례 없는 규모로 분석할 수 있는 능력은 뇌와 지능 연구에 새로운 가능성을 열어준다. 또한 알츠하이머병, 파킨슨병, 자폐증, 조현병과 같이 신경 전달 장애를 수반하는 질환에도 영향을 미칠 수 있다. 공개된 이번 데이터는 인공지능 연구는 물론, 뇌 질환 조기 진단, 치료법 개발 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히 인간의 뇌가 정보 처리 속도나 효율성 측면에서 현존하는 어떤 AI보다도 앞선 이유를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 앨런 연구소 부연구원인 누노 다 코스타 박사는 "고장 난 라디오가 있는데 회로도를 가지고 있다면 수리하기가 더 수월할 것"이라고 이번 연구의 성과를 비유했다. 그는 "우리는 이 모래알(뇌 세포)에 대한 일종의 구글 지도 또는 청사진을 제시하고 있다. 앞으로 이를 활용하여 건강한 쥐의 뇌 배선과 질병 모델의 뇌 배선을 비교할 수 있을 것이라고 강조했다. 이 연구 결과는 과학저널 '네이처(Nature)'에 일련의 논문으로 발표됐다.
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[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"
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[신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거⋯부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발
- 미국 과학자들이 빛을 이용해 공격적인 유방암 세포만 선택적으로 파괴하는 신개념 치료법을 개발했다. 피부나 정상 장기에는 거의 영향을 주지 않아 기존 광역학 치료보다 부작용이 크게 줄어든 점이 특징이다. 미시간주립대학교(MSU)와 캘리포니아대학교 리버사이드(UC 리버사이드) 공동연구팀은 최근 암세포에 선택적으로 흡수되고, 빛에 반응해 세포를 파괴하는 '사이아닌-카보레인 염(cyanine-carborane salt)' 계열의 차세대 광역학 치료제 후보를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 사이아닌 카보레인 염은 빛에 반응하고 암세포에 선택적으로 흡수되는 새로운 화합물이다. 연구 결과는 독일 화학회 국제학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 게재됐다. 이번 연구는 생화학자 소피아 런트(Sophia Lunt) 교수와 화학공학자 리처드 런트(Richard Lunt) 교수 부부 연구진이 주도했으며, UC 리버사이드의 화학자 빈센트 라발로(Vincent Lavallo) 교수와 협력해 진행됐다. 이들이 개발한 신소재는 기존 광역학 치료(PDT, photodynamic therapy)의 한계를 극복한 것이 핵심이다. PDT는 암세포 내에 축적된 광민감성 물질을 빛으로 활성화해 암세포를 파괴하는 방식이다. 그러나 기존 승인된 치료물질은 체내에 오래 남아 일상생활에 불편을 주며, 햇빛 노출 시 피부 화상을 유발하는 부작용도 있었다. 연구진은 이 같은 문제를 해결하기 위해, 근적외선에 반응하면서도 암세포에만 선택적으로 흡수되는 사이아닌-카보레인 염을 설계했다. 근적외선은 눈에는 보이지 않지만 인체 조직을 깊이 통과할 수 있어, 피부나 장기 깊숙한 암세포까지 타격이 가능하다. MSU 박사후연구원 힐리아나 메데이로스(Hyllana Medeiros)는 "전통적 광역학 치료를 받은 환자는 치료 후 수개월간 햇빛을 피해야 하는 부담이 있었지만, 새 물질은 부작용이 대폭 줄어들어 환자의 삶의 질 향상에 기여할 수 있다"고 설명했다. 광역학 치료(PDT)는 광민감제(빛에 반응하는 약물)를 주입하고, 특정 파장 빛을 쬐어 암세포만 선택적으로 파괴하는 치료 방식이다. 실제 이번 연구에서 해당 물질을 적용한 생쥐의 전이성 유방암 종양은 효과적으로 제거됐으며, 정상 세포에는 거의 영향을 주지 않았다. 이 같은 정밀 타격성 덕분에 '스마트 폭탄(smart bomb)'이라는 별칭도 붙었다. 연구 제1저자인 아미르 로샨자데(Amir Roshanzadeh) 박사과정생은 "이번 기술은 전이성 유방암뿐 아니라 향후 다양한 암종에도 확장 가능성이 있다"며 "정밀 약물전달 플랫폼으로의 발전도 기대된다"고 말했다. 리처드 런트 교수는 "이 같은 성과는 암생물학, 화학, 소재공학 등 서로 다른 분야의 과학자들이 협업할 때 가능하다"며 "학제간 융합연구가 미래 의학 혁신의 열쇠"라고 강조했다.
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[신소재 신기술(167)] 빛으로 유방암만 골라 제거⋯부작용 줄인 '스마트 폭탄' 美서 개발
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
- 국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 홀극(magnetic monopole, 자기 단극)'을 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 홀극은 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '바일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 바일 페르미온은 1929년 헤르만 바일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
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[우주의 속삭임(101)] 지구 궤도가 빙하 촉발⋯다음 빙하기 1만1천년 후 도래
- 지구의 궤도가 빙하기 주기와 연관성이 있으며 다음 빙하기는 1만1000년 후에 도래한다는 연구 결과가 발표됐다. 미국 캘리포니아 대학교(UC) 산타바바라 캠퍼스와 영국 카디프 대학을 포함한 국제연구팀은 지구 궤도의 미세한 변화가 수천 년에 걸쳐 지구 기후에 변화를 일으킨다는 새로운 해석을 바탕으로 이러한 예측을 제시했다고 과학전문 웹사이트 PHYS가 전했다. 해당 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 연구팀은 지난 100만 년 동안의 기후 변화 기록을 분석해 북반구 육지 빙상 크기 변화와 심해 온도 변화를 지구 궤도의 형태, 자전축의 기울기와 같은 작은 주기적 변화와 일치시켰다. 이를 통해 빙하기와 간빙기 사이의 기후 변화 시기에 대한 예측 가능한 패턴을 발견했다. 연구 공동 저자인 UC 산타바바라 지구과학과 로레인 리시키에 교수는 "지난 100만 년 동안 지구 기후가 빙하기와 현재와 같은 온화한 간빙기 사이를 오가는 시기에 대한 예측 가능한 패턴을 발견했다"며 "지구 궤도 변화의 한 유형은 빙하기의 종말론을, 다른 유형은 빙하기의 복귀를 야기했다"고 설명했다. 영국 카디프대학의 스티븐 바커 교수는 "기후 기록에서 다양한 궤도 매개변수의 명확한 흔적을 발견하게 되어 놀랐다"며, "이러한 패턴이 이전에는 발견되지 않았다는 것이 믿기 어려울 정도"라고 덧붙였다. 연구팀은 인간의 온실가스 배출이 없는 자연적인 패턴을 기준으로 현재 안정적인 안빙기 중간에 있으며, 다음 빙하기는 약 1만년 후에 시작될 것으로 예측했다. 팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 향후 1만년~2만년 동안 지구 자연 기후의 기준선을 구축하고, 기후 모델 시뮬레이션과 결합하여 인간이 만든 기후 변화의 절대적인 영향력을 정량화할 계획이다. 바커 교수는 "이제 우리는 이러한 긴 시간 척도에서 기후가 대체로 예측하능하다는 것을 알게 되었으므로 과거 변화를 활용하여 미래에 발생할 수 있는 일을 알려줄 수 있다"며 "이는 온실 가스 배출에 대한 현재의 결정을 더 잘 알리는 데 필수적이며, 미래 기후 변화를 결정할 것"이라고 강조했다. 연구 결과는 스티븐 바커 외 연구진의 논문 "플라이스토세 10만 년 빙하기 주기에서 세차운동, 기울기, 이심률의 뚜렷한 역할(Distinct roles for precession, obliquity and eccentricity in Pleistocene 100kyr glacial cycles)'을 통해 확인할 수 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(101)] 지구 궤도가 빙하 촉발⋯다음 빙하기 1만1천년 후 도래
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
- 이탈리아와 중국 과학자들이 최근 진행한 암흑물질 실험에서 중성미자 구름을 처음으로 포착해 학계의 이목을 집중시키고 있다. 우주에서 가장 풍부한 입자인 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 아원자 입자로, 물질과 거의 상호 작용하지 않는 특징을 지닌다. 또한 감지 되지 않고 모든 물체를 통과하는 기이한 특성 때문에 '유령 입자'로 불리기도 한다. 참고로 원자를 구성하는 입자 중에서 가장 가벼운 전자조차도 중성미자보다 600만배 더 무겁다. 양성자는 전자보다 약 1836배 더 무겁고, 중성자는 전자보다 약 1839배 더 무겁다. 최근 이탈리아와 중국에서 각각 독립적으로 운영되는 암흑물질 검출 실험인 제논(XENON)과 판다X(PandaX) 연구팀이 암흑물질 주변에서 중성미자 구름을 처음으로 포착했다고 발표했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 제논 실험에 참가한 페이 가이오는 "이것은 암흑 물질 실험을 통해 천체물리적 중성미자를 측정한 최초의 사례"라고 말했다. 중성미자-핵 탄성 산란 통해 검출 중성미자는 일반적으로 중성미자-핵 탄성 산란(CEvNS) 과정을 통해 검출된다. 이는 중성미자가 양성자나 전자와 상호 작용하는 것이 아니라 원자핵 전체와 상호 작용하는 과정이다. 연구를 진행하는 동안 연구진은 2년 동안의 실험 데이터를 검토했다. XENON과 PandaX 연구팀은 액체 제논 검출기를 사용하여 암흑물질 입자 또는 중성미자가 제논 원자와 상호 작용하는 방식을 연구하는 과정에서 태양 핵에서 발생하는 붕소-8의 방사성 베타 붕괴에서 나오는 CEvNS 신호를 확인했다. XENON 연구팀은 11개의 CEvNS 신호를, PandaX 연구팀은 75개의 신호를 보고했으며, 두 실험 모두 통계적 신뢰도는 2.64 시그마(PandaX)와 2.73 시그마(XENON)로 유사했다. 듀크 대학교의 물리학 교수인 케이트 숄버그는 "저를 포함한 대부분의 사람들이 이 공동연구가 중성미자 안개를 측정했다고 확신한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 암흑물질 주변에 밀집된 중성미자 구름의 존재를 시사하며, 이는 암흑물질 탐색에 새로운 과제를 제기한다. 중성미자는 검출이 어렵기 때문에 우주에 풍부하게 존재하는 중성미자는 암흑물질 검출 시 배경 잡음을 생성하여 암흑물질 신호를 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 전문가 "중성미자 구름 위협 과장되었을 가능성…추가 연구 필요" 그러나 멜버른 대학교의 암흑물질 입자 물리학 전문가인 엘리사베타 바르베리오는 "중성미자 구름으로 인한 '존재적 위협'은 과장되었을 가능성이 있다"며 "이러한 배경 잡음이 암흑물질 연구의 진전을 막기 전에 해야 할 일이 많다"고 밝혔다. 그는 이번 실험에는 참가하지 않았다. 이번 연구 결과는 암흑물질과 중성미자 사이의 상호 작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 암흑물질 탐색 연구에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이 연구는 미국 물리학회에서 발행하는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
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대만 TSMC, 유럽에 복수 파운드리 반도체공장 추가 건설 계획
- 세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산) 업체인 대만의 TSMC가 유럽에서 추가적인 반도체공장들을 건설할 계획이다. 블룸버그통신은 14일(현지시간) 우청원(吳誠文) 대만 국가과학기술위원회(NSTC) 주임위원(장관)은 최근 블룸버그TV와의 인터뷰에서 "TSMC가 독일 드레스덴에 유럽 첫 생산시설을 착공한 데 이어 몇 개의 팹 건립도 계획하고 있다"고 밝혔다. TSMC가 유럽에서 추가로 공장 건설에 나설 수 있음을 시사한 것이다. 엔비디아·애플·AMD 등 미국 기업뿐 아니라 유럽에서도 TSMC 칩을 원하는 수요가 계속 늘어날 것이라는 판단에 따라 탄력적으로 사업 확장을 구상하는 것으로 분석된다. 그동안 대만에서 대부분 반도체를 생산해 온 TSMC는 최근 대만과 중국의 지정학적 긴장에 대비하는 한편 각국의 반도체 산업 지원 정책에 발맞춰 미국과 일본, 독일 등 해외 기지 건설에 적극 나서고 있다. 지난 8월엔 독일 드레스덴에 유럽 내 첫 칩 제조공장 착공에 나서 업계 관심이 집중됐다. 이 생산시설은 100억유로(약 14조8400억원) 규모로 이 중 절반은 독일 정부 보조금으로 충당한다. 공장 가동은 2027년 말로 예정돼 있다. 우 주임위원은 "현재 TSMC의 주요 고객사는 엔비디아·AMD 등 미국 칩 설계업체가 많지만 AI 시장이 더 커지면 유럽 기업들의 주문도 몰려들 가능성이 높다"며 "드레스덴 생산시설을 확장하든, 유럽 내 다른 지역에 새로운 시설을 건립하든 현지 수요 대응 전략이 필요할 것"이라고 말했다. TSMC의 해외 공장은 독일과 인접한 체코로 투자가 확대되는 계기가 될 것으로 보인다. 우 주임위원은 "대만 정부는 TSMC가 드레스덴과 가까운 체코에 투자할 수 있도록 지원하는 방안을 검토하고 있다"며 "대만과 체코에서 반도체 관련 공동연구와 개발 프로그램 촉진을 위한 방안도 모색하고 있다"고 설명했다. 우 주임은 11월 미국 대선의 결과에 관계없이 대만 반도체 각사에 미국 사업확대를 요구하는 압력이 지속될 것이라는 예상했다. TSMC는 지금까지 미국 애리조나주에 공장 3곳을 건설하기 위해 650억 달러(약 88조1200억 원)의 투자를 약속했다. 우 주임위원은 “단기적으로는 대만기업으로서 미국진출은 비용이 더 들기 때문에 악영향을 받을지도 모른다. 하지만 장기적으로는 회사파워를 키우기 위해 대만기업으로서 좋은 일일 것”이라고 언급했다 체코는 중국과 공식 외교 관계를 맺고 있지만 대만과 무역 및 비공식적 관계를 더 긴밀히 유지하고 있다고 블룸버그는 봤다. 우 주임위원을 비롯해 여러 대만 고위 관리들이 지난해 체코를 방문했으며 차이잉원 전 대만 총통도 유럽 순방의 첫 번째 방문지로 체코를 선택했다. 블룸버그는 또 유럽에선 독일 블랙반도체, 네덜란드 악셀레라AI 등 엔비디아의 뒤를 잇는 차세대 칩 설계업체들이 속속 등장하고 있다는 점에 주목했다. 유럽 현지에도 인피니언테크놀로지(독일), NXP(네덜란드), ST마이크로(스위스) 등 칩 제조업체들이 있지만 이들은 대부분 자동차 부문 기술에 집중하고 있어 AI 칩 생산에 특화된 TSMC를 찾는 고객사들이 더 늘어날 것이라는 풀이다. 한편 TSMC의 올 3분기 매출액은 7597억대만달러(약 32조원)로 블룸버그가 집계한 시장 전망 평균치인 7480억대만달러(약 31조5200억원)보다 100억대만달러 이상 많았다. 이는 전년 동기 대비 39% 증가한 것으로 매출의 절반 이상이 AI와 관련 있는 고성능 컴퓨팅에서 나왔다.
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대만 TSMC, 유럽에 복수 파운드리 반도체공장 추가 건설 계획
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