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2024-11-24 (일)

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[기후의 역습(48)] 빙하에 보존된 고대 바이러스 게놈, 기후 변화 적응 방식 드러내

빙하 속에 보존된 바이러스가 지난 4만여 년 동안 지구의 기후 변화에 어떻게 적응했는지를 밝히는 연구가 발표돼 관심을 끈다고 더컨버세이션이 전했다. 전문가들은 인간이 초래한 기후 변화로 어떤 일이 벌어질지 예측하기 위해 지구 역사를 탐구하고 있다. 빙하는 그런 점에서 가장 유력한 연구 대상이다. 거대한 얼음은 자연의 냉동고 역할을 하며, 바이러스를 포함한 과거 기후와 생태계에 대한 자세한 기록을 보관하고 있기 때문이다. 미국 오하이오 주립대의 론니 탐슨, 버지니아 리치 교수 등 미생물학자와 고기후학자로 구성된 연구팀은 세계의 지붕으로 불리는 티베트 고원의 굴리야(Guliya) 빙하에서 채취한 얼음 코어(사진)에 보관된 바이러스와 환경 간의 상호 작용을 조사하고 있다. 굴리야 빙하의 바이러스는 수년 전 발견됐고, 전문가들은 이들과 환경의 관계를 탐구하고 있다. 연구팀은 고대 바이러스 군집의 유전체를 빙하에 보존된 특정 기후 조건과 연결함으로써, 이 바이러스가 지난 4만 1000년 동안 지구의 변화하는 기후에 어떻게 적응했는지에 대한 정보를 제공하고 있다고 밝혔다. 연구팀은 메타게놈(채취한 샘플에 존재하는 미생물의 총 유전적 내용을 포착하는 유전체 모음)을 사용해 굴리야 빙하 내의 9개의 서로 다른 시간대에서 바이러스 유전체를 재구성했다. 시간대는 3개의 주요 한냉-온난화 주기에 걸쳐 구성됐으며, 시간대별 바이러스 군집은 다른 기후 조건에 대응해 어떻게 변화했는지 분석할 수 있는 기회를 제공했다. 연구팀은 분석을 통해 1705개 바이러스 종에 해당하는 유전체를 복구, 알려진 빙하 보존 고대 바이러스를 50배 이상 확장했다. 연구팀이 이 방법을 통해 발견한 바이러스 종 가운데 25%만이 지금까지 글로벌 데이터 세트에서 포착된 약 1000개의 메타게놈에서 식별된 바이러스와 유사했다. 겹치는 바이러스 종의 대부분이 티베트 고원의 굴리야 빙하에서도 나왔다. 이는 일부 바이러스가 굴리야 빙하에서 유래되었음을 시사하지만, 상대적으로 데이터베이스에 빙하 바이러스가 부족하다는 것도 보여주는 결과다. 분석 결과 연구팀은 빙하 바이러스 군집이 추운 기후와 따뜻한 기후 기간 사이에 상당히 다르다는 사실을 발견했다. 빙하에서 가장 뚜렷한 바이러스 종 군집은 약 1만 1500년 전에 나타났으며, 이는 마지막 빙하기에서 홀로세로의 전환과 일치했다. 이는 추운 기간과 따뜻한 기간 동안의 독특한 기후 조건이 바이러스 군집의 구성에 큰 영향을 미쳤음을 시사한다. 연구팀은 이러한 영향이 다른 지역의 바이러스가 바람 패턴의 변화에 의해 날아와 빙하의 온도 변화 영향을 받았기 때문일 가능성이 높다고 보고 있다. 연구팀은 한 단계 더 나아가 바이러스가 숙주와 어떻게 상호 작용하는지도 확인했다. 이를 위해 컴퓨터 모델을 사용하여 바이러스 게놈을 발견된 다른 미생물 게놈과 비교했다. 그 결과 바이러스가 빙하에서 일반적으로 발견되는 박테리아 계통인 플라보박테리움을 지속적으로 감염시킨다는 것을 발견했다. 또한 굴리야 빙하의 바이러스는 숙주의 유전자 신진대사를 조작해야 한다는 사실도 알게 되었다. 바이러스 게놈 내에는 비타민, 아미노산, 탄수화물의 합성 및 분해를 포함한 대사와 관련된 50개의 보조 대사 유전자가 인코딩되어 있었다. 이러한 유전자 중 일부는 연구된 9개의 시간 간격 전체에 걸쳐 풍부했다. 이는 미생물 숙주가 빙하 표면의 혹독한 환경에 대처하고 바이러스의 적합성을 개선하는 데 도움이 된다는 것을 시사한다. 따라서 바이러스는 세포를 감염시키고 죽일 뿐만 아니라 감염 중에 숙주의 적합성을 변경해 빙하의 극한 환경에서 생존 능력에도 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 바이러스 형태의 생명체가 수만 년 동안 기후 변화에 어떻게 반응했는지에 대한 새로운 관점을 제공한다. 이 상호 작용을 이해하면 바이러스학과 기후 과학 모두에서 미래 연구를 위한 기회가 제공된다. 고대 바이러스가 과거 기후 변화에 어떻게 반응했는지 연구함으로써 학계는 바이러스가 지속적인 글로벌 기후 변화에 어떻게 적응하는지에 대한 귀중한 정보를 얻을 수 있다. 연구팀은 "빙하층의 미생물과 생태계에 대한 정보를 시간에 따라 포착함으로써 지구 기후의 역사와 생명체의 연관성을 풀어낼 수 있다. 특히 빙하 얼음이 빠르게 감소하고 있는 현 상황에서 매우 중요하다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-08-30
[퓨처 Eyes(48)]세계 최초, 전자의 움직임 포착하는 '아토현미경' 개발 - 과학계 새 지평 열다

미국 애리조나 대학교 연구팀이 세계 최초로 전자의 움직임을 포착하는 투과 전자 현미경, 일명 '아토현미경' 개발에 성공했다. 이 현미경은 찰나의 순간에도 지구를 수십 바퀴 돌 수 있는 전자의 움직임을 포착할 수 있을 정도로 강력하다. 전자는 아주 작은 입자로 원자를 구성하는 기본 요소 중 하나다. 전자는 음(-)의 전하를 띠고 있으며, 원자핵 주변을 빠르게 돌고 있다. 전자의 움직임은 전기, 빛, 화학 반응 등 다양한 현상의 근본적인 원인지 된다. 연구팀은 움직이는 전자의 정지 프레임 화면을 찍을 만큼 강력한 아토현미경 개발이 물리학, 화학, 생명공학, 재료 과학 등 다양한 분야에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대하고 있다. 연구를 주도한 모하메드 하산(Mohammed Hassan) 물리학 및 광학 과학 부교수는 "이 투과 전자 현미경은 최신 스마트폰에 탑재된 고성능 카메라와 같다"며 "이전에는 볼 수 없었던 전자의 움직임을 관찰하고, 이를 통해 과학계가 전자의 행동과 양자 물리학을 더 깊이 이해할 수 있기를 바란다"고 밝혔다. 전자 빔 투과로 상세 이미지 생성 투과 전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 사용하여 물체를 최대 수백만 배까지 확대하는 장비다. 기존 광학 현미경으로는 볼 수 없는 미세한 부분까지 관찰할 수 있어 과학 연구에 널리 활용되고 있다. 다시 말하면, 투과 전자 현미경은 가시광선을 사용하는 대신 전자 빔을 연구 중인 샘플에 통과시킨다. 전자와 샘플 사이의 상호작용은 렌즈로 포착되고 카메라 센서로 감지되어 샘플의 상세한 이미지를 생성한다. 이와 같은 원리를 사용하는 초고속 전자 현미경은 2000년대 처음 개발됐으며, 레이저를 사용해 펄스 전자 빔을 생성한다. 이 기술은 현미경의 시간적 해상도, 즉 시간에 따른 샘플의 변화를 측정하고 관찰할 수 있는 능력을 크게 향상시킨다. 이러한 초고속 현미경에서는 카메라의 셔터 속도에 따라 이미지 품질이 결정되는 대신 투과전자 현미경의 해상도는 전자 펅스의 지속 시간에 따라 결정된다. 펄스가 빠를수록 이미지가 더 선명해진다. 연구팀이 개발한 아토현미경은 펨토초(femtosecond, 1000조분의 1초)보다 훨씬 빠른 아토초(attosecond, 100경 분의 1초-팸토초보다 1000배 더 짧음) 단위로 전자 펄스를 생성한다. 이는 2023년 노벨 물리학상을 수상한 과학자들의 연구를 기반으로 한 것으로, 극자외선 방사선 펄스를 아토초 단위로 측정하는 기술을 응용했다. 아토현미경은 강력한 레이저를 두 개의 초단파 광 펄스로 변환하여 작동한다. 첫 번째 펄스는 샘플에 에너지를 공급하여 전자를 움직이게 하고, 두 번째 펄스는 아토초 단위로 전자 펄스를 생성하여 샘플을 탐색한다. 두 펄스의 정밀한 동기화를 통해 전자의 움직임을 원자 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 하산 교수는 "전자 현미경 내부의 시간 해상도 개선은 오랜 숙원이었다"며 "이제 '아토현미경'을 통해 처음으로 전자의 움직임을 볼 수 있게 되었다"고 말했다. 아토현미경 개발의 의미 아토현미경의 개발은 과학계에 새로운 지평을 여는 혁신적인 성과로 평가된다. 전자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 됨으로써, 과학자들은 다음과 같은 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있다. 1) 물질의 근본적인 특성 규명 아토현미경을 통해 물질 내 전자의 상호작용 및 에너지 전달 과정을 밝혀낼 수 있다. 이는 새로운 소재 개발, 에너지 효율 향상, 촉매 반응 개선 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 2) 생명 현상의 이해 증진 생체 분자 내 전자의 이동 및 화학 반응 과정을 관찰하여 생명 현상의 메커니즘을 밝히고, 질병 치료 및 신약 개발에 기여할 수 있다. 3) 양자 컴퓨팅 기술 발전 양자 컴퓨팅의 핵심 요소인 큐비트의 동작 원리를 이해하고, 양자 컴퓨터 개발에 필요한 기술적 난제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 이번 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-29
[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대

미국 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UC Irvine) 연구팀이 온도 변화에 따라 색이 변하는 1차원 나노 물질을 개발했다. 이 연구 결과는 나노 크기 물체의 온도를 측정할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 연구 결과는 학술지 '첨단 소재(Advanced Material)'에 게재됐다. 연구를 주도한 UC 어바인 막스 아르기야 화학 교수는 "이번 연구 결과를 통해 매우 작고 민감한 온도계를 만들 수 있게 됐다"며 "이는 우리 실험실에서 나온 가장 실용적이고 응용 가능성이 높은 연구 중 하나"라고 밝혔다. 아르기야 교수는 이 온도계를 '나노 크기의 무드 링'에 비유했다. 무드 링은 착용자의 체온에 따라 색이 변하는 장신구다. 하지만 이번에 개발된 나노 물질은 단순히 온도를 질적으로 측정하는 것을 넘어, 색 변화를 통해 나노 스케일에서 온도를 정량적으로 측정할 수 있다. 아르기야 교수는 "많은 생물학적 및 산업 공정이 미세한 온도 변화 추적에 의존하기 때문에 온도 측정은 매우 중요하다"며 "이제 세포 내부 온도까지 측정할 수 있는 온도계를 개발할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 연구팀의 박사후 연구원 드미트리 코르도바는 이 광학 온도계가 회로와 데이터 저장 장치를 포함한 마이크로 및 나노 전자 장치의 온도를 측정하고 효율성을 평가하는 데에도 잠재적으로 활용될 수 있다고 설명했다. 그는 "이미 산업 분야에서는 컴퓨터 부품 제조 시 광학 온도계를 사용하고 있지만, 이번에 개발된 새로운 물질은 "기존보다 최소 10배 이상 민감하다"고 강조했다. 이번 연구의 핵심적인 발견은 코르도바와 동료 연구원들이 실험실에서 나노미터 길이 규모에서 나선형 '슬링키'와 유사한 결정을 성장시키는 과정에서 이루어졌다. 연구팀은 처음에는 이 결정이 어떤 온도에서 분해되는지 확인하기 위해 열 스트레스를 가했다. 코르도바와 학부 연구원 레오 청은 그 과정에서 결정의 색이 온도에 따라 노란색에서 주황색으로 체계적으로 변화하는 것을 발견했다. 연구팀은 색이 나타내는 온도 범위를 정밀하게 측정했고, 옅은 노란색은 영하 190도, 붉은 주황색은 영상 200도 정도의 온도에 해당한다는 사실을 확인했다. 아르기야 교수는 "측정의 정확성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울였다"고 말했다. 연구팀은 나노 스케일의 물질 샘플을 얻기 위해 벌크 규모의 결정에 접착 테이프를 붙이고 떼어낸 후, 테이프에 붙은 나노 스케일 샘플을 투명 기판에 옮겼다. 아르기야는 "이 구조들을 떼어내 나노 스케일 온도계로 사용할 수 있으며, 다른 재료나 표면에 옮기거나 재구성하여 결합할 수 있다"고 설명했다. 그는 이번 발견이 나노미터 스케일에서 온도를 측정하는 새로운 종류의 물질을 발견하는 첫걸음이라고 말했다. 다음 단계로, 연구팀은 더 넓은 온도 범위를 측정할 수 있는 온도계를 개발하기 위해 다른 나노 스케일 물질을 테스트할 계획이다. 아르기야는 "이제 더 민감한 물질을 만들기 위해 재료 설계 규칙을 해킹하려고 노력하고 있다"며 "벌크 스케일에서 나노 스케일까지 광학 온도 측정을 위한 도구 상자를 열려고 한다"고 밝혔다.
- 포커스온
2024-08-19
인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다

과학자들이 고해상도 전자현미경을 사용해 인간 뇌조직을 이미지화해 나노 스케일의 3D 지도를 제작했다. 미국 하버드대학교와 구글 연구팀이 인간 뇌 1㎣(1입방밀리미터)의 세포 연결까지 보여주는 초고해상도 뇌지도를 제작했다고 하버드 매거진과 사이테크 데일리 등 다수 외신이 전했다. 이 지도는 뇌의 복잡성을 보여주고, 뇌 기능 이해를 위한 새로운 가능성을 제시한다. 미국 국립보건원(NIH)이 자금을 지원한 이 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 하버드 대학교의 제프 리히트만 박사와 구글 리서치의 비렌 자인 박사가 이끄는 연구팀은 전자 현미경(EM)을 사용해 입방밀리미터(1㎣) 크기의 인간 뇌 조직 조각을 고해상도로 이미지화했다. 이 뇌 조직은 뇌전증 수술의 일환으로 환자의 대뇌 피질에서 제거한 것이다. 하버드 매거진에 따르면 리피트만 박사의 연구팀은 10년 동안 대뇌 피질 1㎣를 분석해 인간 뇌의 연결에 대한 최초의 정밀 지도를 제작했다. 뇌 조직 분석 결과 매우 아름답고 목적을 알 수 없는 수 많은 복잡한 구조가 밝혀졌다. 신경 섬유가 다른 세포와 연결되는 경로에 정착하기 전에 마치 제자리에서 맴돌고 있는 것처럼 소용돌이 모양으로 성장하는 모습, 정반대 방향이 두 개의 수용체(수상 돌기)만을 가리키고 연결되지 않은 백질 기저층의 신경 섬유와 연결된 새로운 종류의 뉴런, 신경 섬유가 단일 세포에 50개 이상 연결되는 드문 사례인 다중 시냅스 연결 등이 그것이다. 이들의 관찰은 뇌가 어떻게 연결 되었는지에 대한 가정을 뒤집었다. 리히트만은 "많은 사람들이 과학이 문제를 해결하고, 답을 찾고, 치료할 수 있기를 기대하지만 이 경우에는 단순히 자연을 설명하는 것만으로도 뇌가 '우리가 생각하는 것보다 더 복잡하다'는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 먼저 조직을 다이아몬드 칼을 사용해 인간 머리카락의 1천분의 1보다 얇은 5000개 이상의 슬라이스 또는 섹션으로 자른 다음 각 섹션을 EM으로 이미지화했다. 그 결과 약 1.4페타바이트, 즉 1400테라바이트의 데이터가 생성됐다. 팀은 뇌 조직을 5000개 이상의 얇은 조각으로 나누어 각 조각을 전자현미경으로 촬영했다. 이렇게 얻은 1.4페타바이트(PB, 1400테라바이트)의 데이터를 기반으로 3차원 뇌지도를 만들었다. 뇌지도는 5만 7000개 이상의 세포와 약 1억 5000만 개의 시냅스(신경세포 연결 부위)를 포함하며, 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조 세부 정보를 제공한다. 바렌 제인이 이끄는 구굴의 연구팀은 각 슬라이스 내의 객체를 감지하고 일르 연결해 3차원 공간을 렌더링하는 새로운 신경망 기술을 개발했다. 리히트만은 '플러드 필링 신경망' 기술을 사용해 세포, 신경 섬유 및 혈관을 색칠했으며 "기본적으로 여러 섹션에 걸쳐 이러한 객체에 페인트를 붓는 격"이라고 설명했다. 가장 흔한 신경교세포는 신경교세포에 구조적인 지원과 전기적 절연을 제공하는 과립세포였다. 1㎣ 샘플에는 약 230mm의 혈관 세포도 포함되어 있었다. 특히, 연구팀은 재구성을 통해 뇌의 가장 깊은 층에 있는 삼각형 세포들이 서로 마주 보는 두 가지 방향으로 배열되어 있음을 발견했다. 이러한 배열의 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 뇌 기능 이해에 중요한 단서가 될 수 있다. 이번 연구 결과는 뇌 연결체학(뇌 세포 간 연결을 종합적으로 분석하는 학문)의 중요성을 보여주고, 뇌 기능 연구에 새로운 자원을 제공한다. 연구팀은 데이터셋과 분석 도구를 공개하여 다른 연구자들도 이를 활용할 수 있도록 했다. 미국 국립보건원(NIH) BRAIN Initiative 책임자인 존 응아이 박사는 "이번 연구는 신경과학자, 컴퓨터 과학자, 엔지니어 간의 협력이 뇌 기능 이해를 위한 완전한 지도 구축에 얼마나 중요한지를 보여준다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-08-16
생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평

스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 공학과 학생들이 세계 해양 연구 방식을 바꿀 수 있는 최첨단 로봇 시제품을 개발해 주목된다고 CNN 등 외신이 밝혔다. 로봇 물고기 형태의 자율주행 수중탐사기(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)를 개발한 것. 개발된 로봇 물고기 '이브(Eve)'는 몸체 내부에 펌프를 장착해 동력을 생성하고 이를 실리콘 꼬리로 전달, 꼬리를 좌우로 흔들며 이동한다. 취리히 호수에서의 실험 결과 이브는 차가운 물 속을 부드럽게 미끄러지듯 이동했다. 학생들이 이끄는 개발 그룹은 지난 2년 동안 로봇 물고기 개발에 주력했으며, 이브는 그 가운데 가장 최신 로봇이다. 개발팀의 데니스 바우만은 CNN에 "이브를 물고기처럼 보이게 한 것이 이번 개발의 특장점"이라며, "생체를 모방한 설계로 이브는 다른 물고기나 해양 생물이 놀라지 않도록 하면서 그들의 생태계 속에 들어갈 수 있다"고 설명했다. 물고기로 위장하는 방식 외에도 이브의 유용성은 많다. 이브에는 수중을 촬영하는 카메라는 물론 장애물을 피할 수 있는 소나(레이더를 이용한 수중 음파 탐지기)가 장착돼 있다. 이브에는 또 해저를 유영하면서 eDNA 환경에서 해저 생물체의 DNA를 수집하는 필터도 장착돼 있다. eDNA는 물, 토양, 대기 등 다양한 환경에서 생물의 유전자를 채취하거나 채취한 유전자를 분석하는 기술을 말한다. 채집된 eDNA 입자는 실험실로 보내져 수역에 어떤 생물 종이 살고 있는지 확인하는 작업을 진행하게 된다. 자연에 생존하는 모든 동물은 DNA를 배출하고, 그 DNA는 주변에 떠다니기 때문에 이를 채취해 분석할 수 있다. 개발팀은 이브가 해양학자들에게 바다 전반에 대한 자세한 모습을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 바다는 지구의 70% 이상을 덮고 있음에도 불구하고 해저의 대부분의 영역은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 이브를 비롯한 AUV 장치는 바다를 탐험하고 수중 생태계 탐사에 많이 사용된다. 예를 들어 캘리포니아에 설립된 스타트업 아쿠아AI(Aquaai)는 수로의 산소, 염도, pH 수치와 같은 정보를 수집할 수 있는 클라운피시(자리돔과의 흰동가리)와 유사하게 생긴 드론을 개발했다. 이 장치는 지난해 8300m라는 역대 가장 깊은 곳에서 물고기를 포착해 촬영했다. 한편 생물다양성을 관측하는 데 eDNA를 사용하는 것이 증가하고 있지만, 샘플 채취는 아직 초보 수준이다. 대부분은 여전히 컵에 물을 떠서 샘플을 수집하고 있다. 이브와 같은 진보된 도구는 해양 생물 서식지가 기후 변화, 과도한 어획 및 기타 인간 활동으로 인해 전례 없는 위협에 직면해 있는 요즘, 해양을 더 잘 보호하는 데 필수적일 수 있다. 바우만은 "생물학자를 위한 신뢰할 수 있는 도구를 만들고 싶다"면서 "첨단 기기를 이용한 해양 탐사호가 멸종 위기에 처한 어종을 보호할 수 있을 것"이라고 지적했다.
- IT/바이오
2024-08-13
[기후의 역습(40)] 그레이트 배리어 리프, 400년 만의 최악 폭염에 신음

호주 북동부에 위치한 세계 최대의 산호초 지대인 그레이트 배리어 리프(Great Barrier Reef)가 기후 변화로 인해 큰 위기에 처해 있음이 수세기 된 산호의 몸체에서 채취한 샘플을 연구한 결과 밝혀졌다고 BBC가 전했다. 연구를 주도한 호주 과학자 팀은 지난 10년 동안 그레이트 배리어 리프의 광대한 산호초 지대와 그 주변의 기온이 400년 만에 가장 높은 것으로 기록됐다고 말했다. 극심한 더위로 인해 지난 9년 동안만 해도 5건의 대량 산호 백화 사건이 발생했다고 한다. '네이처' 저널에 발표된 연구에 따르면 기후 변화로 인한 기온 상승이 이제 이 세계적인 자연의 경이로운 경관에 실존의 위협을 가하고 있다. 연구팀의 울런공 대학교 헬렌 맥그리거 교수는 "과학은 그레이트 배리어 리프가 심각한 위험에 처해 있음을 경고하고 있다. 우리는 과학의 지시에 따라야 한다"고 말했다. 새로운 위협의 증거는 산호 자체에서 나오고 있다. 수년에 걸쳐 해양 과학자들은 산호에서 채집한 샘플을 조사, 산호가 발달하면서 산호초 주변 환경이 어떻게 바뀌는 지에 대한 화학적 증거를 찾았다. 산호는 식물이 아닌 동물로서, 수세기 동안 살 수 있으며 자연 환경에 대한 화학적 지표를 남긴다. 연구팀은 수천 개의 산호 몸체에서 얻은 데이터를 재검토하고, 영국 해들리센터(Hadley Centre)에서 수집한 과거 해수 온도 기록과 대조하는 작업을 수행했다. 그 결과 지난 10년 동안 그레이트 배리어 리프 주변의 최근 10년의 기온은 지난 400년 중 가장 높았다. 울런공 대학교 수석 연구원인 벤자민 헨리 박사는 "그레이트 배리어 리프에서 최근 일어나고 있는 사태는 불행히도 산호초에 끔찍한 일이다. 지구 온난화를 제한해야만 이 산호초와 전 세계의 다른 산호초가 현재 상태에서 살아남을 수 있는 희망의 빛이 생긴다"라고 말했다. 산호는 특정한 온도의 범위 내에서 생존하고 성장할 수 있다. 그렇게 성장하는 산호는 다른 해양 생물에게 서식지를 제공한다. 산호는 조류와 공생 관계를 맺고 있는데, 조류는 산호 내부에 살면서 산호에 먹이를 제공하고 산호의 밝은 색을 내는 특수한 해양 식물이다. 산호의 백화는 해수 온도가 너무 높아지고 산호가 조류를 배출하면서 탈색해 흰색으로 변할 때 발생한다. 결국 다른 조류가 흰색 산호 표면에서 자라면서 갈색으로 변한다. 산호는 백화돼도 시간이 지나면서 회복할 수 있지만, 열이 내려가지 않으면 회복할 기회가 없어진다. 맥그리거 교수는 그러나 아직 상황이 파국적이지는 않다고 희망을 놓지 않았다. 그레이트 배리어 리프는 현재 유네스코 세계문화유산에 등록되어 있다. 과학자들은 이 연구가 유엔기구의 의식 전환에 기여해 산호초를 공식적인 멸종 위기 종으로 지정되는 계기가 되기를 희망했다. 맥그리거 교수는 "이는 세계에 문제의 심각성에 대한 거대한 신호를 보내고 있다. 우리는 이미 무엇을 해야 할지 알고 있다. 지구 온도 상승을 제한하기 위한 국제 협정에 따라 실질적인 행동을 지속적으로 해 나가야 한다"고 강조했다.
- 포커스온
2024-08-09
[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어

심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
- 포커스온
2024-08-08
[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가

그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
- 포커스온
2024-08-07
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다

달은 우주의 진공에 노출되어 있다. 그래도 달은 실제로 가스로 덮여 있다. 층이 얇고 미약하지만, 외기권이라고 불리는 일종의 대기로 간주될 만큼은 충분하다. 달이 어떻게 가스 대기권을 유지하는지는 수수께끼였다. 지구의 자기장은 대기에 제한적이지만 어느 정도 영향을 미친다. 그러나 달에는 그러한 자기장이 없다. 따라서 달의 외기권은 이미 오래 전 태양 활동으로 인해 없어졌어야 했다. 그런 점에서 달의 외기권에서 가스가 없어지는 만큼 끊임없이 보충되고 있다는 것은 분명하다. 이에 대한 연구가 계속돼 온 가운데, 이번에 메사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀이 달 대기권에서의 가스 보충의 비밀을 풀어냈다고 사이언스얼라트가 전했다. 연구 결과에 따르면, 먼지 입자보다 더 작은 미세 유성이 끊임없이 달 표면에 부딪히고, 이를 통해 달에서 먼지를 일으켜 증발시키며, 달 주변 공간으로 원자를 방출해 대기를 유지한다는 것이다. 연구팀원인 MIT의 지구화학자 니콜 니 박사는 "미세 운석의 달 충돌과 이로 인한 증발이 달 대기를 만드는 주요 과정이라는 확실한 답을 얻었다"고 말했다. 달의 나이는 대략 45억 년으로 추정되며, 그동안 달 표면은 운석의 지속적 충돌이 이어졌는데, 결국 얇은 대기가 달 전체에 걸쳐 작은 충돌로 인해 지속적으로 보충돼 결국 안정 상태에 도달했다는 것이다. 미세 운석의 달 충돌은 태양풍으로 운반된 하전 입자에 의한 것이다. 달의 대기는 매우 분산돼 있기 때문에 연구하기 어렵다. 아폴로 임무에서 남긴 달 탐지기가 달에서 다양한 원자 성분을 감지했기 때문에 대기권을 대략 파악하고는 있었지만, 천문학자들은 지금까지 그것이 정확히 어떻게 만들어지고 유지됐는지 알아내는 데 어려움을 겪었다. 연구팀은 달 외기권의 생성과 유지의 근원과 미세 운석의 역할 등을 구체적으로 규명하기 위해 새로운 분석을 수행했다. 팀은 2013~2014년 사이 7개월 동안 운영된 궤도선인 달 대기 및 먼지 환경 탐사선(LADEE: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer)의 데이터를 분석했다. 분석 결과 운석이 대량으로 충돌하는 동안에는 대기에 더 많은 원자가 존재했다. 즉, 미세 운석의 충격이 영향을 미쳤던 것이다. 동시에 일식과 같이 달이 태양의 영향에서 벗어날 때 대기 중 원자에도 변화가 발생했다. 이는 태양 역시 영향을 미친다는 것을 의미한다. 연구팀은 나아가 아폴로 프로그램 동안 수집한 실제 달 먼지 샘플도 조사했다. 그 결과 달에서 발견되는 것으로 알려진 칼륨과 루비듐이라는 두 가지 원소를 찾았는데, 이들 두 원소 모두 매우 쉽게 기화되어 증발하는 성질을 가지고 있다. 태양 입자나 미세 유성체가 달 표면에 부딪히면 루비듐과 칼륨은 증발한다. 다만 이들은 더 무겁기 때문에 빠르게 달 표면으로 떨어진다. 팀은 달 먼지를 미세한 가루로 분쇄하고 질량 분석기를 사용해 분석했다. 결과 두 가지 과정 모두 달 외기권을 생성하는 데 역할을 한다는 것을 발견했다. 다만 미세 유성체의 충돌 기여도가 태양풍에 비해 두 배 이상이었다. 충격 증발의 경우 대부분의 원자는 달 대기에 머무르지만, 태양풍에 의해 퍼지는 원자는 대부분 우주로 방출됐다. 연구를 통해 비로소 두 과정의 역할을 정량화할 수 있게 되었다는 평가다. 운석 충격 증발과 태양풍 이온의 달 대기권 유지에 대한 상대적 기여도는 약 70대 30 또는 그 이상이라고 말할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
- IT/바이오
2024-08-07
[기후의 역습(38)] 안데스산맥 빙하, 1만1천 년 만에 최소 면적 기록

선사시대에 얼음으로 뒤덮였던 남미 안데스산맥 빙하가 녹아 바위를 드러내고 있다. 이곳 열대 빙하는 1만 1700년 만에 가장 작은 크기로 줄어들어 기후 변화의 직격타를 맞고 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 보스턴 칼리지 연구팀이 조사한 것으로, 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다고 PHYS가 전했다. 보스턴 칼리지 연구팀이 안데스산맥의 4개 빙하에 인접한 암석 샘플을 분석한 결과 빙하 후퇴가 예상보다 심각했다. 지구과학자들은 과거에도 적도에 접한 열대 지방의 기온이 올라감에 따라 이 지역 빙하가 녹거나 후퇴할 것이라고 예측했는데, 이번 조사 결과에 따르면 빙하의 후퇴는 지금까지의 예측을 뛰어넘어 훨씬 빠르게 진행됐다. 연구팀을 이끈 제러미 샤쿤 박사는 "현재의 빙하 면적과 크기가 지난 1만 1000년 동안 과거 어느 때보다 작다는 강력한 증거가 있다"고 말했다. 그는 "최근 빙하 후퇴가 적설량 감소나 구름의 변화가 아닌 기온 상승 때문이라는 점을 감안할 때, 열대 지방은 이미 홀로세(신생대 제4기 마지막부터 현재까지 진행 중인 지질 시대) 범위를 벗어나 인류세(인간 활동이 지구환경에 영향을 미친 산업혁명 이후 현재)로 들어와 있다는 것을 발견했다"고 설명했다. 따라서 빙하는 이제 더 이상 홀로세 간빙기로 분류되지 않을 것으로 보인다. 홀로세 간빙기는 문명이 탄생하고, 물이 마을과 도시의 형성 및 농업과 상업 활동의 번성을 결정한 중요한 시대다. 그러나 빙하에 관한 한 종말을 향해 나아가고 있는 시대, 즉 인류세로 분류하는 것이 옳다는 게 보고서의 지적이다. 보고서는 전 세계 빙하의 대부분이 예상보다 훨씬 빠르게 녹아내리고 있으며, 기후학에서 예상하는 일정보다 적어도 수십 년 앞설 가능성이 있다고 시사한다. 샤쿤은 "안데스 빙하 감소는 빙하가 중요한 기준점을 넘어섰다는 지구상의 첫 번째 강력한 증거다. 이는 지구상 모든 곳의 빙하에 대한 '탄광의 카나리아(다가올 위험을 먼저 알려주는 존재)'다"라고 설명했다. 안데스산맥에서의 연구팀의 목표는 지난 1만 1000년 동안 열대 빙하가 어떻게 줄었는지를 확인하는 것이었다. 팀은 안데스산맥이 퍼져 있는 콜롬비아, 페루, 볼리비아에서 최근 빙하가 녹아 드러난 기반암의 성분을 측정했다. 베릴륨-10과 탄소-14라는 두 가지 희귀한 동위 원소가 우주에서 온 우주 방사선에 노출되면 기반암 표면에 축적된다. 빙하 밑에 있다가 최근 노출된 기반암에서 이들 동위 원소의 농도를 측정하면 과거에 기반암이 노출된 시간을 확인할 수 있다. 이를 통해 빙하가 오늘날과 비교해 어땠는지 또한 알 수 있다. 햇볕에 그을린 정도를 통해 사람이 햇볕에 얼마나 오래 노출되었는지 알 수 있는 것과 유사하다. 연구팀은 4개의 열대 빙하 앞에서 측정한 18개의 기반암 샘플에서 베릴륨-10이나 방사성 탄소-14를 거의 발견하지 못했다. 이는 이곳 빙하가 마지막 빙하기에 형성된 이후 우주 방사선에 노출된 적이 없다는 것을 말해준다. 다시 말해 이 지역은 최근까지 빙하에 덮여 드러나지 않았으며, 현재의 빙하는 전례없는 수준으로 녹고 있다는 방증이다. 한편, 20년 전 세계에서 가장 큰 열대 빙하인 페루 퀘르카야 빙하를 연구하던 과학자들은 빙하에 있던 식물의 잔해가 빙하가 녹으면서 같이 흘러내리는 것을 발견했다. 방사성 탄소 연대 측정 결과, 이 식물의 나이는 5000년으로 추정됐다. 이는 퀘르카야 빙하가 5000년 전에 훨씬 더 컸음을 의미한다. 그렇지 않았다면 식물은 이미 없어졌을 것이기 때문이다. 샤쿤은 퀘르카야에서의 발견은 현대의 빙하 후퇴 규모가 홀로세 변동의 한계를 넘어서고 있는지까지는 불분명하다고 말했다. 연구팀은 알래스카에서 티에라 델 푸에고에 이르기까지 아메리칸 코딜레라 산맥의 전체에 걸쳐 빙하에 동일한 기술을 적용해 탐사하고 있다. 팀은 작년에 북미에서의 샘플링 결과를 발표했으며 곧 남미 남부에서의 연구 결과도 발표할 계획이다. 결과물을 모두 모으면 현재의 빙하 후퇴에 대한 총체적인 판단을 내릴 수 있을 것이라는 기대다.
- 포커스온
2024-08-06
[우주의 속삭임(39)] 달, 지구 멸종 위기종의 '노아의 방주' 될까?

달이 지구에서 멸종 위기에 처한 생물의 생물학적 냉동 샘플을 보관하는 장소가 될 수 있을까. 수십억 년 동안 햇빛을 받지 못한 달의 극저온 암흑 지역이 멸종 위기종 샘플을 보관할 적당한 장소로 사용될 수 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 지구에는 최대 800만 종의 생물이 존재하며, 이 중 100만 종 이상이 멸종 위기에 처해 있을 것으로 추정된다. 그러나 더 우려되는 것은 이 추정치가 빙산의 일각일 수 있다는 점이다. 인간이 찾아내 공개되기도 전에 멸종되는 종이 많을 수도 있기 때문이다. 실제로 생물 도감에 올라 있는 종은 전체 종의 적은 비중이라는 주장도 많다. 스미소니언 국립 동물원 및 보존 생물학 연구소의 메리 하게돈 연구팀은 지구상 생물종의 멸종에 대비해 달에 멸종 위기 생물 샘플 저장소를 만드는 것이 가능한가를 탐구했다. 새로운 개념의 냉동 세포 저장소는 궁극적으로 섬유질 세포로 동물 피부 샘플을 냉동 보존해 섬유아세포라고 하는 세계의 멸종 위기종의 다른 조직이나 기관을 연결하는 것이다. 달 생물 저장소는 '냉동 보존'이라는 공정을 사용한다. 이는 본질적으로 세포 물질을 심층 동결하고 달의 영구적인 자연 환경을 이용해 생물학적 정지 상태를 유지하는 것이다. 연구팀은 "지상의 경우 수많은 인위적 요인으로 인해 많은 종과 생태계가 불안정하고, 환경 악화로 멸종 위협에 직면해 있다. 종의 위기는 자연 환경에서 회복될 수 있는 능력보다 더욱 빠른 속도로 진행되고 있다"고 우려했다. 연구팀은 위기에 처한 생물 종을 구할 수 없다면, 적어도 냉동 보존을 통해 일부 생물을 구할 수 있다고 주장했다. 또한 보관하는 샘플을 이용해 복제할 수도 있다고 했다. 팀은 "우리는 이미 지구상에서 생물학적 샘플을 냉동 보존할 수 있는 기술과 능력을 보유하고 있지만, 장기적인 보관은 어려운 것으로 판명됐다"고 말했다. 그 이유는 지구에는 냉동 보관하기에 충분한 자연적 장소가 없고, 따라서 샘플을 냉동 보관하기 위해 기술과 돈에 의존해야 하기 때문이다. 반면 달의 극지방에는 20억 년 이상 햇빛이 비치지 않는 분화구 바닥과 같은 영구적으로 그늘진 지역이 있다. 이 지역의 온도는 대개 섭씨 영하 196도 이하로 유지된다. 연구팀은 달의 이러한 낮은 온도를 활용해 장기 냉동보존 저장 시설을 건설하고 샘플을 수동 냉각할 것을 제안했다. 물론 이를 실현하는 데는 앞으로도 수십 년이 걸릴 것으로 예상된다. 프로젝트가 실행돼도 극복해야 할 물류적인 장애물이 적지 않다. 샘플은 우주로의 수송을 위해 적절하게 포장되어야 하며, 달의 높은 수준의 방사선으로부터 보호되어야 한다. 여기에 더해 국제 협력과 자금 조달 문제도 있다. 그래도 달은 생물 저장소로서 적절한 장소라는 지적이다. 연구팀은 이미 육식성 푸른 반점 물고기인 청별망둑(Asterropteryx semipunctata)으로 이 프로젝트를 진행하기 위한 연구를 시작했다. 이 연구 보고서는 '바이오사이언스(BioScience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-08-06
[신소재 신기술(88)] 플라스마 처리 목재에서 빛 흡수율 99% 이상 '슈퍼블랙' 신소재 탄생

캐나다 과학자들이 목재를 이용해 거의 모든 빛을 흡수하는 '슈퍼블랙' 신소재 개발에 성공했다. 브리티시컬럼비아 대학교(UBC) 필립 에반스 교수 염구팀은 목재의 방수성을 높이기 위해 고에너지 플라즈마를 처리하는 과정에서 우연히 슈퍼블랙 물질을 개발했다고 뉴아틀라스가 7월 31일(현지시간) 보도했다. '닉실론(Nxylon)'이라는 상표가 붙은 이 소재는 그리스 신화의 밤의 여신인 '닉스(Nyx)'와 그리스어로 나무를 뜻하는 '그쉴론(xylon)'에서 이름을 따왔다. 에반스 교수와 박사과정 학생 케니 정은 방수성을 높이기 위해 톱질한 린든나무 샘플의 표면을 플라즈마 처리했을 때 목재를 구성하는 다공성 세포의 잘린 끝부분의 구조가 바뀐 것을 발견했다. 신소재 '닉실론'은 빛을 1% 미만으로 반사하며, 일반 검은색 페인트(최소 2.5% 반사)보다 빛 반사율이 훨씬 낮다. 또한 린든나무 외의 여러 종류의 나무에서 0.5~1mm두께의 얇은 닉실론 시트를 생산할 수 있어서 횰용도가 높을 것으로 기대된다. 닉실론은 망원경, 태양광 전지, 보석, 시계 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히 고가의 흑단이나 장미목을 대체할 저렴하고 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 현재 닉실론은 반타블랙(Vantablack) 보다 빛을 조금 더 많이 반사하지만, 에반스는 닉실론 기술이 더 발전하면 상황이 바뀔 것이라고 말했다. 또한 반타블랙은 깨지기 쉽고 비용이 많이 드는 수직 방향의 탄소 나노튜브로 구성되어 있는 반면, 닉실론은 그렇지 않다. 2014년 대중에게 공개된 반타블랙은 빛을 99.965% 흡수하는 가장 검은 물질 중 하나다. 서레이 나노시스템(Surrey NanoSystem)이라는 영국 회사에서 상용화했으며, 탄소 나노튜브를 수직으로 배열해 빛이 물질에 갇히도록 만드는 원리로 작동한다. 에반스는 "닉실론은 재생 가능한 목재로 만들어지며, 참피나무 한 그루로 약 20만개의 시계 화면을 만들 수 있다"며 "우리는 표면을 덜 깨지게 만드는 방법을 찾아냈다. 닉실론 시트는 30분 만에 만들 수 있다. 상업적 생산을 위해 설계된 장치를 사용하면 공정 속도를 높일 수 있다고 확신한다"고 설명했다. 연구팀은 앞으로 닉실론의 빛 반사율을 더욱 낮추고 내구성을 강화할 연구를 이어갈 계획이다. 또한 스핀오프 회사인 닉실론 코퍼레이션 오브 캐나다를 통해 상용화를 추진할 예정이다. 이번 연구 결과는 최근 '어드밴스드 지속가능 시스템((Advanced Sustainable Systems)' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-01
[우주의 속삭임(37)] 화성 탐사선, 고대 생명체 흔적 발견

나사(NASA)의 퍼시비어런스(Perseverance) 로버(이동형 탐사선)이 화성의 암석에서 고대 생명체의 흔적을 발견했을 수 있다는 주장이 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 탐사팀은 흥분하고 있지만, 사실임을 확인하기 위해서는 추가 분석이 필요하기 때문에 여전히 조심스럽다는 지적이다. 탐사선은 화성이 지금보다 더 습했던 수십억 년 전 미생물 생명체에 의해 형성되었을 수 있는 화학적 특징과 구조를 보유한 화살촉 모양의 암석을 발견했다. 학자들이 ‘체야바 폭포(Cheyava Falls)’로 명명한 암석 내부에서 탐사선은 우리가 아는 생명체의 선구자 격인 유기 화합물을 검출했다. 암석의 길이를 따라 구비져 흐르는 황산칼슘 혈관은 생명체에 필수인 물을 암시하는 광물의 퇴적물이다. 탐사선은 또한 샘플에서 수십 밀리미터 크기의 반점도 발견했다. 그 반점들은 각각 검은색 고리로 둘러싸여 있고 표범 반점 모양을 닮았다. 이 고리들은 철과 인산염을 함유하고 있는데, 이는 미생물이 주도하는 화학 반응의 결과로 지구에서도 볼 수 있다. 호주 퀸즐랜드 공과대학의 천체생물학자이자 퍼시비어런스 팀의 일원인 데이비드 플래너리는 "지구에서 이런 종류의 암석은 종종 지하에 살고 있는 미생물의 화석 기록과 관련된 특징으로, 대단히 놀라운 발견이다"라고 말했다. 화성에서 이런 특징이 집약된 흔적이 발견된 것은 이번이 처음이라고 한다. 체야바 폭포는 네레트바 밸리스(Neretva Vallis)라는 이름의 고대 400m 폭의 강 계곡 가장자리에 위치해 있다. 네레트바 밸리스는 이 지역의 내벽을 따라 흐른다. 한 가지 시나리오는 유기 화합물을 함유한 진흙이 계곡에 버려져 나중에 체야바 폭포 바위로 굳어졌다가 탐사선 샘플로 채취됐을 가능성이다. 형성된 바위에 물이 두 번째 스며들면 발견된 물체의 황산칼슘 혈관과 검은 고리 반점 모양이 만들어졌을 것이다. 바위의 눈에 보이는 특징들이 화성에 고대 미생물이 화성에 살았다는 반박할 수 없는 증거는 아니다. 예를 들어, 관찰된 황산칼슘이 화산 활동 중에 사람이 살 수 없을 정도로 높은 온도에서 바위에 들어갔을 가능성이 있다. 그러한 비생물학적 화학 반응으로 인해 검은 고리 모양의 반점이 생겼을 수 있는지는 아직 알 수 없다. 캘리포니아 공과대학의 켄 팔리 박사는 "레이저와 X-레이로 채취한 바위를 투시하고 상상할 수 있는 거의 모든 각도에서 이미지를 촬영했다. 과학적으로 퍼시비어런스 탐사선은 더 이상 제공할 것이 없다"고 말했다. 과학자들은 이제 수십억 년 전 화성의 고대 강 계곡에서 실제로 무슨 일이 일어났는지 이해하기 위해 샘플을 지구로 가져와 상세히 조사한다는 계획이다. 그러나 샘플을 지구로 가져오는 비용이 110억 달러로 너무 과도해 난관에 봉착혔다. 샘플을 이동시킬 차량의 배치 및 샘플 적재, 적재된 샘플을 궤도로 발사하고 이를 다시 우주선이 회수해 지구로 보내지는 복잡한 과정이다. 나사는 산업 및 학계에서 제안한 더 간단한 대안을 평가하고, 7개 회사와 150만 달러 규모의 계약을 체결했다. 나사의 자체 연구 센터 3곳도 연구를 수행하고 있다.
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2024-07-30
과학자들 "태양의 영향, 지구 깊숙한 곳까지 미친다"

지금까지의 통설은 화산 폭발이나 지각판 충돌과 같은 지구 내부의 변화가 지구 표면 환경에 영향을 미친다는 것이었다. 약 6600만 년 전의 대량 멸종과 빙하기 등은 주로 이러한 지구 내부의 변형에 의해 주도되는 것이라는 판단이었다. 그런데 태양의 복사열이 지구의 깊은 내부까지 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연구 결과가 발표돼 주목된다고 PHYS, 신화통신 등이 전했다. 이는 중국과 루마니아 연구팀이 수행한 것으로, 보고서는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 이 연구는 중국과학원, 중국 지질대학교, 부쿠레슈티 대학교의 지질학 및 지구물리학 연구소(IGG) 연구원들이 수행했다. 연구팀에 따르면 태양 복사열은 위도에 따라 달라지며, 해양 생물의 분포에 영향을 미치는 해수면의 온도 구배를 생성한다. 물체 내부를 열전도 할 때, 평행한 양면의 온도가 일정하고 물체 내부가 일정할 경우 물체 내부의 온도 분포는 직선이 되는데, 이 직선을 온도 구배라고 한다. 탄소가 풍부한 유기체는 해양판을 통해 지구 내부로 운반된다. 이 과정은 아크 마그마의 산화환원 상태에 큰 영향을 미친다. 아크 마그마의 산화환원 상태는 화산 아크에서 형성된 마그마 내 환원(산소를 잃거나 전자를 얻는 것)과 산화(산소를 얻거나 전자를 잃는 것) 상태 사이의 균형을 의미한다. 연구팀은 전 세계 지질학자들이 수집한 지구와 바다 깊은 곳의 마그마 샘플을 포함, 수천 개의 마그마 샘플에서 얻은 데이터를 분석했다. 팀은 아크 마그마의 산화환원 상태를 결정하기 위해 감람석 광물과 암석 내의 작은 용융물 함유물을 조사했다. 연구에 따르면 저위도 지역의 마그마는 고위도 지역보다 산화가 덜한 것으로 나타났다. 해저 연구의 추가 증거에 따르면 저위도 지역에서 탄소 퇴적물이 더 많이 감소한 것으로 나타났다. 이 탄소는 황과 상호작용하여 황화물을 형성한 다음 맨틀로 운반되어 관찰된 산화환원 패턴에 영향을 미쳤다. 연구팀원인 IGG 연구원 완 보는 "예상치 못한 이 패턴은 태양 복사열의 영향을 받는 지구 표면 환경과 기후가 맨틀과 같은 지구 깊은 곳에 직접적이고도 중요한 영향을 미친다는 것을 시사한다"라고 말했다. 구리, 주석, 리튬과 같은 많은 금속 광석은 산화환원 조건에 민감하다. 글로벌로 산화환원 상태의 공간적 및 시간적 분포를 이해하는 것은 이러한 중요한 자원의 위치와 가용성을 예측하는 데 중요한 의미를 갖는다. IGG 연구원인 휴 팽양은 "관찰된 패턴은 자원을 탐색하고 다양한 위도에서 지하 환경에 미치는 영향을 이해하는 데 새로운 방향을 제시한다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-26
[우주의 속삭임(35)] 중국 달 탐사선, 달 샘플에서 물 발견

중국의 달 탐사선이 채취한 샘플에서 물 분자가 발견됐다고 중국 학자들이 주장했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 중국은 지난 2020년 달 탐사선 창어 5호 임무를 통해 가져온 달 토양 샘플에서 물 분자가 풍부한 미네랄을 발견했다고 밝혔다. 분석을 진행한 중국과학원(CAS) 물리학연구소가 달에서 채취해 지구로 가져온 광물(ULM-1) 결정체에서 풍부한 물과 암모니아 분자를 찾아냈다는 것이다. 과학원 학자들은 ULM-1 샘플이 물과 ‘MgCl3-6H2O’ 공식의 암모늄이 풍부한 광물이라고 주장했다. 분석에 따르면 광물의 분자식에는 최대 6개의 결정질 물이 포함되어 있으며, 물 분자는 질량 기준으로 ULM-1 샘플의 최대 41%를 차지한다. 광물의 구조와 구성은 현무암과 물이 풍부한 화산 가스 반응으로 형성된 광물인 노보그라블레노바이트 및 지구 증발 광물인 카르날라이트와 매우 유사하다고 한다. 암모늄의 존재는 달 가스 제거의 복잡한 역사를 나타내며 달에서의 거주를 위한 자원으로서의 가능성을 보이는 것이다. 학자들은 "이번 분석 결과는 물 분자가 달의 햇빛이 비치는 지역에서 수화된 염분으로 존재할 수 있으며, 이는 달 화산 가스에서 물과 암모니아 증기의 확산을 제약할 수 있음을 시사한다"고 덧붙였다. 1960년대 미국의 아폴로 우주선이 인간을 처음으로 달에 보냈을 때부터 학계는 달 표면에서 물의 흔적을 탐색해 왔다. 그러나 달 토양 샘플에 대한 초기 분석 결과는 실망스러웠다. 물이 전혀 없는 것으로 나타나 ‘마른 달’로 인식됐다. 달에 물이 있었는 지의 여부는 그 이후 고려 대상이 되지 않았다. 그러나 지난 2009년 인도우주연구기구(Indian Space Research Organization)의 찬드라얀 1호(Chandrayaan-1) 우주선이 달의 햇빛이 비치는 지역에서 산소와 수소 분자와 같은 수화된 광물의 흔적을 발견하면서 분위기는 바뀌었다. 2020년 나사(NASA)는 햇빛이 비치는 달 표면에서 물을 발견했다고 발표했다. 이 발견은 클라비우스 분화구에서 물 분자를 감지한 공중 성층권 천문대의 적외선 탐지 데이터를 분석한 결과였다. 클라비우스 분화구는 달 남반구의 가장 큰 분화구 중 하나로 지구에서 볼 수 있다. 또 하와이대학교 행성학자 슈아이 리 연구팀도 지난 2018년 달의 얼음 매장에 대한 결정적인 증거를 발견했다. 다만 리 박사는 우주 기관들이 달의 방대한 수자원을 활용하려면 몇 가지 장애물을 극복해야 한다고 설명했다. 리는 달에서의 물 존재의 중요성은 단순히 미래 달 거주에 사용될 수 있는 물의 존재를 확인하는 것 이상이라고 지적했다. 물은 달의 형성과 진화 과정을 알려줄 수 있는, 달 표면의 몇 안 되는 구성 요소 중 하나라고 말했다.
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2024-07-25
[우주의 속삭임(33)] 화성 탐사선, 노란색 유황 결정 발견…생명체 암시 신호?

나사(NASA)의 큐리오시티(Curiosity) 화성 탐사선이 화성 표면에서 유황 결정체를 발견해 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 유황 발견은 우연히 이루어졌다. 탐사선이 우연히 바위를 밟아 깨지면서 거기에서 지금까지 화성에서 발견되지 않았던 눈부신 노란색 유황 결정이 드러난 것이다. 이 유황 이미지는 캘리포니아 나사 제트추진연구소의 큐리오시티 프로젝트를 담당하고 있는 애쉬윈 바사바다 연구팀에게 전달되면서 대외에 알려졌다. 바사바다는 "화성에서 유황을 발견한 것은 사막에서 오아시스를 찾은 것과 같다"고 말했다. 큐리오시티는 2023년부터 황산염이 풍부한 지역을 다니며 화성을 탐사해 왔다. 이제 황산염은 더이상 화성의 신비가 아니다. 물이 증발하면서 형성된 이 염(소금)은 과거에도 발견됐지만, 황과 다른 물질이 혼합된 황 함유 광물 성분으로만 검출됐다. 이번에 발견된 것은 순수한 황 원소로, 이는 화성 탐사 최초다. 황 원소는 무취이며, 황이 형성되려면 특정한 조건이 필요하다. 이런 유황이 함유된 암석이 화성에서 드러난 것은 경이로운 일이라는 평가다. 생명체가 존재했을 가능성도 시사한다는 것이다. 황 및 황 함유 화합물은 다양한 생물학적 또는 비생물학적 과정을 통해 형성될 수 있다. 지구상에서 황의 형성은 때로 미생물이 대사할 때 황 화합물을 남기는 생물학적 활동을 의미한다. 그런 점에서 화성의 황은 화성이 과거 물과 상호작용했을 가능성이 있다는 단서를 제공한다. 물은 생명의 핵심 요소라는 점에서 특히 중요하다. 황 화합물은 또 화성의 열수 시스템 가능성, 화산 활동, 생명체가 존재할 수 있는 서식지인 고대 호수와 바다에 대한 정보도 보여준다. 이들은 심해 열수 분출구와 같은 극한 환경에서 일부 지구 미생물의 생존 메커니즘인 에너지를 생성하는 화학 반응에 관여한다. 화성에서의 유황 발견은 화성에 미생물이 생명을 지탱할 수 있었던 다양한 화학적 환경이 조성돼 있었을 가능성을 암시한다. 물론 유황만으로는 생명체의 존재를 확인할 수 없다. 그러나 황의 존재는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인과 같은 다른 생명 유지 요소와 함께 화성에 과거 생명체가 존재했다는 가능성을 높인다. 큐리오시티 탐사선은 지금까지 7년이 넘도록 화성의 샤프 산을 오르내리며 탐사를 진행해 왔다. 화성 하늘로 무려 5km나 솟아 있는 거대한 이 산은 화성의 역사를 그대로 담고 있으며, 산의 각 층은 화성 역사의 서로 다른 시대를 나타낸다. 탐사선의 미션은 각각의 층을 연구해 화성이 언제, 어디서 미생물의 생명을 유지하는 데 필요한 조건을 갖추고 있었는지 조사하는 것이다. 특히 관심을 끄는 곳은 샤프 산의 일부를 구불구불하게 이어서 휘감는 게디즈 계곡(Gediz Vallis) 수로(채널)다. 학자들은 이 수로가 액체 상태의 물과 기타 잔해의 흐름에 의해 형성돼 탐사선이 연구하기에 좋은 장소라고 지적한다. 이번에 황이 발견되면서 연구와 탐사가 급진전될 것으로 보인다. 큐리오시티 탐사선은 유황이 발견된 지대 근처 '매머드 호수'라는 별명을 가진 암석에 41번째 구멍을 뚫는 시추 작업에 착수했다. 동시에 분말화된 황 샘플을 조사해 그 구성을 확인하고 있다. 이를 통해 화성의 지질학 역사에 대한 더 많은 정보가 축적될 것이며, 화성에서의 생명체에 대한 탐구는 계속될 것이라는 지적이다.
- IT/바이오
2024-07-23
[신소재 신기술(82)] 휴대폰 기반 라만 분광기 시스템 개발…유해물질 즉시 판별

독버섯 등 유해 물질을 즉시 판별할 수 있는 휴대폰 크기의 라만 분광기가 개발됐다. 미국 텍사스 A&M 대학교 피터 렌체피스 박사 연구팀이 휴대폰 카메라와 레이저 기술을 결합한 휴대용 라만 분광기를 개발했다고 사이테크데일리가 보도했다. 연구팀이 개발한 휴대용 분광기는 휴대폰 카메라와 라만 분광기를 결합해 육안으로 볼 수 없는 약물과 화학 물질, 생체 분자 등을 식별하고 검출할 수 있다. 특히 실험실 분광기를 사용할 수 없는 외딴 지역에서 유해 화학 물질 등을 비침습적으로 식별할 수 있다. 또한 기존 분광기에 비해 비용이 저렴하고 신속한 분석이 가능하며, 원격으로 현장 분석에 활용될 수 있다. 등산 중 독버섯 구별, 병원균도 '척척' 이 장치는 렌즈, 다이오드 레이저, 회절 격자(빛을 분산시켜 분석하는 작고 얇은 사각형 표면)를 휴대폰 카메라와 통합하여 라만 스펙트럼을 기록하는 방식으로 작동한다. 스펙트럼의 피크는 물질의 화학적 조성과 분자 구조에 대한 상세한 정보를 제공한다. 등산 중 먹어도 안전한 열매나 독버섯과 식용 버섯을 구별하거나 병원에서 며칠씩 걸리던 병권균 검출을 신속하게 처리하는 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 간편한 작동 방식, 빠르고 정확한 분석 휴대용 분광ㄱ장치 사용 방법은 간단하다. 휴대폰 카메라를 투과 격자를 향하도록 배치하고 레이저를 물질 샘플에 쏘면 카메라가 스펙트럼을 기록한다. 이를 휴대폰 애플리케이션/데이터베이스와 연동하면 현장에서 신속하게 물질을 식별할 수 있다. 기존 기술로는 알수 없는 물질을 식별하는 과정에서 생체 물질 샘플링과 실험실 분석이 필요해 분석에 몇 시간 또는 며칠이 걸렸다. 또한 기존 라만 분광기 가격은 수천 달러에 달하는 고가지만, 이번에 개발된 휴대용 분광기는 훨씬 저렴하게 제작할 수 있다. 렌체피스 박사는 "이 작은 장치는 주머니에 넣고 다니면서 특정 시스템이나, 재료 또는 샘플의 구성을 알려줄 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 텍사스 A&M 대학교 공학 실험스테이션(TEES)의 자금 지원을 받았다.
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2024-07-23
[우주의 속삭임(29)] 달에서 지하동굴 발견, 미래 달 탐사 기지 기대

닐 암스트롱과 버즈 올드린이 55년 전 달에 착륙한 지점에서 멀지 않은 곳에서 동굴이 발견됐다. 이 동굴은 미래의 우주 비행사들이 거주할 수 있을 것으로 기대되며, 이런 동굴은 최소 수백 개에 달할 것으로 추정된다고 CBS뉴스 등이 보도했다. 이탈리아 천문학자팀은 최근 달에서 가장 깊은 곳으로 알려진 '고요한 바다(Sea of Tranquility)'에서 거대한 동굴의 증거가 나타났다고 보고했다. 이 동굴은 아폴로 11호의 착륙 지점에서 불과 400km 떨어진 곳에 위치해 있다. 동굴은 이미 발견된 200개 이상의 다른 구덩이와 마찬가지로, 용암 동굴이 붕괴되면서 만들어졌다. 연구팀은 나사(NASA)의 달 정찰 궤도선에 의한 레이더 측정을 분석하고 그 결과를 지구의 용암 동굴과 비교해 이를 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 천문학' 저널에 실렸다. 연구팀에 따르면, 레이더 정보는 동굴의 입구 부분만을 보여주고 있지만, 동굴은 폭이 적어도 40m, 길이도 최대 수십m에 이를 것으로 추정된다. 연구팀원인 트렌토 대학의 레오나르도 카레와 로렌조 브루존은 "달에 존재하는 동굴은 50년 넘게 수수께끼로 남아 있었지만 마침내 그 존재를 증명해 냈다"고 말했다. 연구 결과는 달에 수백 개의 구덩이와 수천 개의 용암 동굴이 있을 수 있음을 시사한다. 네이처는 이 동굴이 달 표면의 가혹한 환경으로부터 우주인에게 은신처를 제공하고 인간의 달 탐사를 장기적으로 지원할 수 있는 '유망한 달 탐사 기지 후보지'가 될 수 있다고 밝혔다. 그러나 기지를 건설하는 것은 더 많은 시간과 노력이 필요할 것이며, 동굴 벽을 보강하는 등 어려운 작업이 수반될 것이라는 지적이다. 영국 우주비행사 헬렌 샤먼은 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 "우주인이 20~30년 안에 달의 동굴에서 활동할 수 있겠지만 동굴이 깊어 리프트와 같은 장비가 필요할 것"이라고 말했다. 한편, 동굴 내부의 암석 및 다른 물질들은 오랜 세월 동안 유지되어 왔기 때문에 천문학계가 달이 어떻게 진화했는지, 특히 달의 화산 활동에 대해 이해할 수 있는 단초를 제공할 수 있을 곳으로 보인다. 학계는 지속적으로 달 관련 데이터 아카이브를 추가하고 있다. 중국의 창어 6호 달 탐사선은 몇 주 전 달의 표면에서 암석과 토양 샘플을 수집해 지구로 귀환했다. 중국은 이번에 입수한 샘플이 독특한 지리적 특징을 가진 달의 양면 사이의 차이점을 밝혀줄 것으로 기대하고 있다.
- IT/바이오
2024-07-17
[우주의 속삭임(27)] '어두운 혜성', 과거 지구에 물 공급 가능성 제기

지구 근처에서 혜성처럼 움직이며 물과 얼음을 포함할 수 있는 소행성인 '어두운(Dark) 혜성'은 대부분 화성과 목성 사이에서 왔으며 지구 근처에 있는 모든 물체의 최대 60%를 차지할 수 있다는 연구 결과가 나왔다고 스페이스닷컴이 전했다. 더불어 이들 어두운 혜성이 과거 지구에 물을 공급했을 가능성도 제기됐다. 어두운 혜성은 2023년 코넬 대학의 대릴 셀리그먼이 이끄는 연구팀이 6개를 식별하면서 처음으로 드러났다. 소행성은 태양의 중력에 따라 궤도를 돈다. 그러나 여섯 개의 어두운 혜성은 태양의 중력만으로는 설명할 수 없는 궤도를 나타낸다. 일반적으로 혜성은 가열될 때 얼음이 승화되어 추진력을 받아 속도를 높이며 가스를 방출해 궤도를 변경할 수 있다. 방출된 가스는 혜성을 안개와 같은 물질로 덮고 꼬리를 형성한다. 그러나 셀리그먼 팀이 발견한 6개의 어두운 혜성은 가스 방출로 인한 안개나 꼬리가 없다. 눈에 보이는 가스 방출이 없음에도 불구하고, 혜성의 얼음이 승화되는 방출은 있을 것으로 추정됐고, 이 때문에 어두운 혜성이라는 별명이 붙었다. 셀리그먼 교수가 포함된 미시간 대학의 아스터 테일러 교수 연구팀은 계속해서 컴퓨터 시뮬레이션에 동적 모델링 기술을 적용함으로써 어두운 혜성의 궤도를 추적, 이 혜성이 어디에서 왔는지를 알아냈다. 이 어두운 혜성이 지구 근처 궤도에 도달할 수 있음도 확인했다. 연구 결과는 이카루스 저널에 발표됐다. 연구 결과, 어두운 혜성은 거의 화성과 목성 사이의 소행성대에서 유래한 것으로 나타났다. 또한 이번 연구는 소행성대에 있는 어두운 혜성 표면 아래에 많은 얼음이 존재할 것이라고 예측했던 1980년대의 초기 이론을 증명했다. 나사의 다운(Dawn) 임무는 왜행성 세레스에서 얼음을 발견했고 소행성 베스타에서 얼음이 있을 것이라는 강한 증거를 발견했는데, 이들 둘 다 주요 소행성대다. 그러나 세레스와 베스타는 대부분의 소행성보다 훨씬 크며, 태양계 초기에 완전한 행성으로 성장하지 못한 원시행성의 잔해로 추정된다. 훨씬 더 작은 소행성에도 얼음이 존재하는지 여부는 확실하지 않았지만, 이번 어두운 혜성 연구에 따르면 실제로 얼음이 존재하는 것으로 나타났다. 활성 소행성(꼬리까지 달려 혜성처럼 움직이는 소행성대의 물체)과 어두운 혜성 사이의 연관성에 대해서는 여전히 논쟁이 있지만, 테일러 박사는 어두운 혜성 및 활성 소행성이 지구의 물 공급원이었을 가능성이 있다고 추정했다. 테일러는 "어두운 혜성이 지구에 물을 공급했는지를 확신할 수는 없지만, 지구의 물 공급에 대한 논쟁이 여전히 남아 있으며, 우리의 연구는 어두운 혜성이 태양계의 나머지 부분 어딘가에서 지구가 얼음을 얻는 또 다른 경로라는 것을 보여준다"고 말했다. 연구팀의 계산과 모델링에 따르면 지구 근처 물체의 최대 60%가 어두운 혜성일 수 있다. 나사의 오시리스 렉스(OSIRIS-REx) 탐사선이 최근 샘플을 채취했던 소행성 베누(Bennu)도 가스 방출 활동을 했음이 드러났으며, 이는 지구에서는 볼 수 없지만 미세한 가스를 방출하는 소행성이 흔할 수 있음을 암시한다. 지구 근처를 공전하는 물체의 수명은 중력에 의해 태양이나 목성 또는 행성으로 흩어지기까지 약 1000만 년 정도다. 따라서 지구 근처의 물체가 현재 숫자를 유지하려면 어두운 혜성이 소행성대에서 나오는 새로운 물체로 지속적으로 보충되어야 한다. 테일러는 "우리가 생각했던 것보다 소행성대에 더 많은 얼음이 있을 수 있다"고 말했다. 어두운 혜성은 '2003 RM'을 제외하고 일반적으로 크기가 수십m 정도에 불과하며 빠르게 회전하고 있다. 파악하지 못하는 상당히 적은 양의 가스 방출은 어두운 혜성의 빠른 회전과 작은 크기의 원인이다. 얼음 조각이 승화하기 시작하면 생성된 증기가 소행성 표면을 통해 폭발하며 가스 방출 기둥을 생성한다. 가스 방출에 의해 전달된 추진력은 소행성을 결국에는 부서질 만큼 빠르게 회전하도록 한다. 그 결과 생성된 파편도 가스를 배출하면서 회전하기 시작하고 점차 오늘날 우리가 볼 수 있는 작은 어두운 혜성의 크기로 작아진다고 연구팀은 밝혔다.
- IT/바이오
2024-07-16
[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다

스웨덴 예테보리 대학교 연구원들이 당 분석을 통해 암 발견 가능성을 획기적으로 높인 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 세포 내 당 분자 구조인 글리칸을 활용하는 이 AI 모델은 현재의 반수동 방식보다 빠르고 정확하게 암 관련 이상을 감지한다고 메디컬 익스프레스가 지난 1일(현지시간) 보도했다. 글리칸(Glycan)은 탄수화물의 일종으로 당 분자(단당류)들이 사슬처럼 연결되어 있는 중합체다. 글리칸은 다양한 생물학적 기능을 수행하는데, 특히 세포 표면에 존재하는 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 매우 중요하다. 글리칸은 질량 분석법으로 측정 가능하며, 암의 종류를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 암 세포는 다른 글리칸 패턴을 가지고 있기 때문에 글리칸 분석은 암 진단 및 치료에 활용될 수 있다. 그러나 질량 분석 데이터는 글리칸 조각으로부터 구조를 파악하기 위해 전문가의 세심한 분석이 필요하며, 샘플 당 수 시간에서 수 일이 소요될 수 있다. 샘플 분석 작업은 마치 수년간의 경험을 통해 습득된 탐정 작업과 유사하기 때문이다. 따라서 수많은 샘플을 분석해야 하는 암 진단 등 글리칸 분석 활용에 있어 이 과정은 종종 병목 현상을 초래했다. 이에 예테보리 대학 연구팀은 샘플 분석 작업을 자동화하는 AI 모델인 '캔디크런치(Candycrunch)'를 개발했다. 이 모델은 테스트당 불과 몇 초만에 분석 작업을 해결하는 것으로 확인됐다. 연구 결과는 '네이처 메소드(Nature Methods)' 저널에 게재됐다. AI 모델 캔디크런치는 50만 개 이상의 다양한 조각화 및 관련 당 분자 구조 예시 데이터베이스를 통해 훈련됐다. 예테보리 대학교의 다니엘 보야르(Daniel Bojar) 생물정보학 부교수는 "캔디크런치는 샘플 내 정확한 당 구조를 90% 정도 계산할 수 있다"고 밝혔다. 이는 곧 AI 모델이 DNA, RNA 또는 단백질과 같은 다른 생물학적 서열 분석과 동일한 수준의 정확도에 도달할 수 있음을 의미한다. 이 AI 모델은 빠르고 정확안 답변을 제공하기 때문에 암 진단과 예후를 위한 글리칸 기반 바이오마커 발견을 더욱 가속화할 수 있다. 보야르 교수는 "가장 큰 병목 현상을 자동화함으로써 글리칸 분석이 생물학 및 임상 연구에서 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다. AI 모델인 캔디크런치는 농도가 낮아 사람들이 분석할 때 놓치기 쉬운 구조도 식별할 수 있어 새로운 글리칸 기반 바이오마커 발견에 도움을 줄 수 있다는 평가다.
- 포커스온
2024-07-03