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2024-11-22 (금)

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미세 플라스틱, 뇌에서도 발견

미세 플라스틱이 인간의 장기와 생쥐의 뇌에서도 검출됐다. 최근 실시된 두 개의 새로운 연구에서 미세 플라스틱이 인간의 장기와 심지어 생쥐의 뇌에까지 도달할 수 있다는 사실이 밝혀졌다고 폭스뉴스가 17일(현지시간) 보도했다. 지난 4월 10일 '환경 건강 관점(Environmental Health Perspectives)'에 발표된 연구 중 하나는 건강한 쥐에게 4~8주 동안 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microspheres)를 먹이는 실험이었다. 이후 과학자들은 쥐의 다양한 장기가 미세플라스틱에 오염된 것을 발견했다. 연구 결과 마이크로스피어를 섭취한 쥐의 경우 뇌, 간, 신장 등 멀리 떨어진 조직에서 폴리스티렌 마이크로스피어가 검출됐다. 논문에는 아울러 "또한 대장, 간, 뇌에서 발생한 대사적 차이에 대해 보고했는데, 이는 마이크로스피어 노출의 농도와 유형에 따라 다른 반응을 보였다"고 적었다. 미세 플라스틱 먹은 쥐, 담석 형성 가속화 지난 4월 5일 '위험 물질(Hazardous Materials)' 저널에 발표된 또 다른 연구에서는 인간과 쥐를 대상으로 실험했다. 연구팀은 50세 미만 환자의 담석(담낭에 있는 담즙이 굳어져 생긴 돌)에서 독성 물질이 훨씬 더 많이 검출된다는 사실을 발견했다. 미세 플라스틱을 먹인 후 실험에 참여한 쥐는 담석이 더 빠른 속도로 형성됐다. 논문은 "우리 연구는 인간 담석에 미세 플라스틱이 존재한다는 사실을 밝혀냈으며, 미세 플라스틱이 큰 콜레스테롤-미세 플라스틱 이종 응집체를 형성하고 장내 미생물을 변화시켜 담석증을 악화시킬 수 있다는 가능성을 보여주었다"라고 설명했다. 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 현재 조사 중이며, 특히 대부분의 미국인이 평생 동안 미세 플라스틱에 노출되어 왔기 때문에 광범위한 우려를 불러일으키고 있다는 것. 자넷 네셰이왓 박사는 폭스 뉴스 디지털과의 인터뷰에서 미세 플라스틱은 "어디에나 존재한다"고 말했다. 네셰이왓 박사는 "우리는 무의식적으로 전례 없는 수준으로 미세 플라스틱을 섭취하고 흡입하고 있다"며 "특히 높은 수준의 미세 플라스틱은 신체에 염증을 일으킨다"라고 설명했다. 그녀는 "미세 플라스틱과 같은 이물질은 체내에 축적되어 정상적인 세포 기능을 방해하고 장기 손상을 증가시킬 수 있는 자극과 염증을 유발할 수 있다"고 덧붙였다. 네셰이왓은 미세 플라스틱이 어느 장기에 도달하느냐에 따라 유해한 영향이 뚜렷하게 나타난다고 말했다. 그러면서 미세 플라스틱 섭취를 줄이려면 플라스틱 제품 대신 유리 제품을 사용하고 미세 플라스틱 오염이 적은 식품을 선택할 것을 권장했다. 그녀는 "미세 플라스틱은 스트레스와 염증을 유발하고 간 기능을 손상시켜 간에 영향을 미칠 수 있다"면서 "뇌에서는 신경 염증을 일으키고 뇌 신호를 방해한다"라고 말했다. "비만·운동 부족이 건강에 더 해로워" 반면, 의학 기고가인 마크 시겔 박사는 폭스 뉴스에 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 아직 알려지지 않았다고 말했다. 시겔 박사는 "이를 추적할 필요가 있지만, 세포 내 미세 플라스틱이 건강에 좋지 않은 결과를 초래한다는 직접적인 증거는 아직 없다"라면서 "더 많이 축적되면 잘못된 것으로 판명될 수 있으며, 화학물질 유출이나 오염된 물 또는 폐기물이 제대로 보관되지 않은 지역에서 발생하는 암 위험은 분명히 우려하고 있다"고 덧붙였다. 그는 "동시에 가장 큰 건강 위험은 좌식 생활, 비만, 치료되지 않은 고혈압, 수면 부족, 운동 부족에서 비롯된다"고 강조했다. 워싱턴 포스트는 다른 연구 결과를 인용해 미세 플라스틱이 암과 알츠하이머병 위험을 증가시키고 출산 문제를 유발할 수 있다고 보도했다. 또한 이러한 영향은 나이가 들면서 더욱 악화될 수도 있다는 전언이다. 또 다른 연구에 따르면 미세 플라스틱은 심장마비와 뇌졸중 발병에도 연관되어 있다고 한다. 미세 플라스틱과 더 작은 나노 플라스틱은 플라스틱으로 만든 물병이나 식품 용기 등이 시간이 지남에 따라 분해될 때 생성된다. 일반적인 미세 플라스틱 크기는 평균 177 x 117 ㎛(마이크로미터)이다. 1마이크로미터는 0.001밀리미터이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 미세 플라스틱은 일반적으로 크기가 5mm 이하인 불용성 고체 고분자 입자를 말한다. 1㎛(마이크로미터) 이하의 입자는 일반적으로 미세 플라스틱이 아닌 '나노 플라스틱'으로 불린다. 매년 강과 바다로 800만톤의 플라스틱 폐기물이 유입되고 있다고 폭스 뉴스는 전했다. 미세 플라스틱의 양을 줄이는 가장 좋은 방법은 플라스틱 소비를 줄이는 것이다. 예를 들어 영국과 프랑스에서는 대부분의 패스트푸드와 테이크아웃 음식점에서 플라스틱 식기류의 사용을 금지했다. 인도는 2022년에 일회용 플라스틱 사용을 금지했다. 또한 일회용 수저나 플라스틱 빨대 등을 거절하면 쓰레기를 줄일 수 있다. 재활용품은 제대로 분류해서 버리고 업사이클링 제품을 사용하는 것도 플라스틱 오염을 줄일 수 있는 방법이다.
- IT/바이오
2024-04-20
[먹을까? 말까?(5)] 정크푸드 다이어트, 청소년기 뇌에 치명적인 영향⋯장기적인 손상 초래

미국 서던 캘리포니아 대학교(USC) 연구원들은 청소년기의 정크푸드(고지방 설탕) 식단은 나중에 식습관 개선에도 불구하고 지속적인 기억 장애를 유발할 수 있다는 점을 발견했다. 정크푸드는 열량은 높고 영양가는 낮은 식품을 말한다. 대표적인 정크푸드로는 패스트푸드(햄버거, 치킨, 피자 등)와 인스턴트식품(라면, 컵라면, 과자 등) 탄산음료(콜라, 사이다, 에너지 드링크) 등이 있다. 고지방, 단 음식을 먹은 쥐를 대상으로 한 USC의 새로운 연구에 따르면 십대의 정크푸드로 가득 찬 식단이 오랫동안 뇌의 기억력을 방해할 수 있다는 가능성이 제기됐다고 USC 투데이, 사이테크데일리, 뉴아틀라스 등 다수 외신이 조명했다. 이번 연구는 장과 뇌 사이에 중요한 연관성이 있음을 시사한다. USC 도른사이프 문과대학의 생물과학 교수인 스콧 카노스키는 "이 논문뿐만 아니라 최근의 다른 연구에서도 알 수 있듯이, 쥐들이 정크푸드를 먹고 자란 경우 이러한 기억력 장애가 사라지지 않는다는 것을 알 수 있다"며 "이러한 효과는 안타깝게도 성인이 되어서도 지속된다"고 설명했다. 이 연구는 '뇌, 행동 및 면역(Brain, Behavior, and Immunity)' 저널 5월호에 게재됐다. 카노스키 박사와 수석 저자이자 박사후 연구원인 애나 헤이즈는 이전 연구에서 잘못된 식습관과 알츠하이머병 사이의 연관성이 밝혀졌다는 점을 고려했다. 알츠하이머병을 앓고 있는 사람들은 기억력과 학습, 주의력, 각성, 불수의적 근육 운동과 같은 기능에 필수적인 아세틸콜린이라는 신경전달물질의 뇌 수치가 낮은 경향이 있다. 연구팀은 특히 뇌가 한창 발달하는 청소년기에, 지방과 설탕이 많은 서구식 식단을 섭취하는 것이 젊은이들에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지를 주목했다. 연구팀은 정크푸드 식단이 쥐의 아세틸콜린 수치에 미치는 영향을 추적하고 기억력 테스트를 통해 식단과 기억력 사이의 중요한 관계에 대해 면밀히 관찰했다. 연구팀은 기억력을 테스트하기 위해 지방과 설탕이 많은 식단을 섭취한 쥐 그룹과 통제그룹인 대조군 쥐의 아세틸콜린 수치를 추적했다. 연구팀은 사후에 쥐의 뇌를 검사해 아세틸콜린 수치에 장애가 있는지 확인했다. 기억력 테스트는 쥐에게 다양한 위치에서 새로운 물체를 탐색하게 하는 것이 포함됐다. 연구팀은 첫 번째 실험을 마친 뒤 며칠 후, 새로운 물체 하나를 추가한 것을 제외하고는 거의 동일한 환경에 쥐를 다시 투입했다. 정크푸드를 먹은 쥐들은 이전에 어떤 물체를 어디서 보았는지 기억하지 못하는 징후를 보인 반면, 대조군의 쥐들은 익숙해 하는 모습을 보였다. 논문의 수석 저자인 헤이즈는 "아세틸콜린 신호는 과거의 사건을 기억할 수 있는 인간의 '에피소드 기억'과 유사하게 쥐가 사건을 인코딩하고 기억하는 데 도움이 되는 메커니즘"이라며 "지방과 설탕이 많이 든 음식을 먹고 자란 동물에게는 이러한 신호가 일어나지 않는 것 같다"라고 설명했다. 카노스키 박사는 청소년기는 뇌 발달에 중요한 변화가 일어나는 매우 민감한 시기라고 강조했다. 그는 "카산드라나 운명론자처럼 들리지 않게 이 말을 어떻게 해야 할지 모르겠다"며 "하지만 안타깝게도 성인이 되면 더 쉽게 되돌릴 수 있는 것들도 어린 시절에 일어나면 되돌릴 수 없는 경우가 있다"고 말했다. 카노스키 연구팀은 또 다른 연구에서 정크푸드 식단으로 자란 쥐의 기억력 손상이 아세틸콜린 방출을 유도하는 약물로 회복될 수 있는지 여부를 조사했다고 말했다. 연구팀은 PNU-282987과 카르비콜이라는 두 가지 약물을 사용했으며, 알츠하이머병으로 손상된 기억을 관장하는 뇌 영역 해마에 직접 투여한 결과 쥐의 기억력이 회복되는 것을 확인했다. 카노스키 박사는 그러나 특별한 의학적 개입 없이도 청소년기의 정크푸드 식단으로 인한 기억력 문제를 어떻게 되돌릴 수 있는지 알기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말했다. 이 연구는 미국 국립 당뇨병 및 소화기 및 신장 질환 연구소 보조금 DK123423(SEK, AAF), 미국 국립 당뇨병 및 소화기 및 신장 질환 연구소 보조금 DK104897(SEK), 박사 후 과정 Ruth L.. Kirschstein 국립 연구 서비스 상 국립 노화 연구소 F32AG077932(AMRH), 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십(LT 및 KSS에 별도 수여), 퀘벡 연구 기금 박사 후 펠로우십 315201(LDS) 및 다양성 증진을 위한 알츠하이머 협회 연구 펠로우십 AARFD-22-972811(LDS)에서 지원했다.
- 생활경제
2024-04-19
[신소재 신기술(32)] 획기적인 '종이 기반' 배터리 개발⋯"식물에서 영감 얻어"

일본에서 희귀 금속이 필요 없는 종이 기반의 물로 활성화되는 배터리가 개발됐다. 일본 도호쿠대학(東北大學)의 재료연구소(AIMR) 연구진은 GPS 센서나 맥박 산소 측정기 센서에 사용할 수 있는 종이 기반의 고성능 마그네슘-공기(Mg-air) 배터리를 개발했다고 오일 프라이스가 14일(현지시간) 보도했다. 이변 연구는 종이의 재활용성과 가벼운 특성을 활용해 보다 환경 친화적인 에너지원으로 발전할 수 있는 가능성을 제시했다. 연구 보고서 논문 '희귀 금속이 없는 고성능 물 활성화 종이 배터리: 웨어러블 센싱 장치를 위한 일회용 에너지원'은 'RSC 인터페이스 응용(RSC Applied Interfaces)' 저널에 게재됐다. 종이는 지난 2000년 동안 인류 문명의 필수품이었다. 종이는 일반적으로 중국 후한 시대 105년 경에 채륜이 발명했다고 알려져 있다. 하지만 최근 중국에서 기원전 2세기 경으로 거슬러 올라가는 종이가 발견되기도 해 종이의 정확한 기원은 알 수가 없다. 글 쓰기를 통해 그동안 인류 역사를 기록해온 종이가 이제는 배터리에 활용돼 친환경적인 미래를 여는 중요한 역할을 하게 됐다. 가볍고 얇은 종이 기반 디바이스는 금속이나 플라스틱 소재에 대한 의존도를 낮추는 동시에 폐기하기도 더 쉽다. 이 연구의 교신 저자인 히로시 야부(Hiroshi Yabu) 교수는 "우리는 식물의 호흡 메커니즘에서 이 장치에 대한 영감을 얻었다"고 말했다. 야부 교수는 "광합성은 배터리의 충전 및 방전 과정과 유사하다. 식물이 태양 에너지를 이용해 땅의 물에서 설탕을, 공기에서 이산화탄소를 합성하는 것처럼, 우리 배터리는 마그네슘을 기질로 활용해 산소와 물에서 전력을 생성한다"고 설명했다. 연구팀은 배터리를 제작하기 위해 마그네슘 호일을 종이에 접착하고 음극 촉매와 가스 확산층을 종이 반대편에 직접 추가했다. 종이 배터리는 1.8V(볼트)의 개방 회로 전압, 100mA/cm²의 1.0V 전류 밀도, 103mA/cm²의 최대 출력을 달성했다. 야부 교수는 " 이 배터리는 인상적인 성능 결과를 보여줬을 뿐 아니라 독성 물질을 사용하지 않고 엄격한 평가를 통과한 탄소 음극과 안료 전기 촉매를 사용해서 작동한다"라고 덧붙였다. 연구팀은 맥박 산소 측정기 센서와 GPS 센서에서 이 배터리를 테스트해 웨어러블 디바이스에 대한 다용도성을 입증했다.
- 포커스온
2024-04-16
[신소재 신기술(31)] 나트륨 전고체 배터리 혁신으로 전기자동차 주행거리 2배 향상 가능

일본 과학자들이 현재 전기자동차(EV)의 주행 거리를 두 배 이상 늘릴 수 있는 차세대 충전 배터리로의 전환을 가속화할 수 있는 새로운 프로세스를 발견했다. 인디펜던스는 오사카 메트로폴리탄 대학 연구팀이 수행한 이 연구는 스마트폰부터 전기 자동차까지 모든 것에 사용되는 기존 리튬 이온 배터리에서 더 저렴하고 안전한 고체 나트륨 배터리로의 전환을 촉진하는 데 도움이 될 수 있다고 지난 12일(현지시간) 보도했다. 연구원들은 현재 사용되고 있는 리튬 이온 배터리보다 여러 가지 장점이 있는 고체 상태 나트륨 배터리에 주목했다. 고체 상태 나트륨 배터리 개발의 핵심적인 과제는 양산 제조였다. 이번에 개발된 새로운 공정은 배터리 성능에 중요한 역할을 하는 고체 전해질의 대량 합성에 초점을 맞추고 있다. 전고체 나트륨 배터리는 리튬 이온 배터리보다 훨씬 더 풍부한 재료로 만들어졌지만 지금까지 대량 생산이 어려웠다. 일본 오사카 메트로폴리탄 대학 연구팀은 전도성이 높은 전해질의 대량 합성을 통해 이러한 장애물을 극복할 수 있다고 주장했다. 연구팀은 학교 공식 홈페이지를 통해 "대량 합성으로 이어질 수 있는 공정을 통해 세계에서 가장 높은 나트륨 이온 전도성을 지닌 고체 황화물 전해질과 높은 성형성을 지닌 유리 전해질을 생산한다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 오사카 메트로폴리탄 대학의 아츠시 사쿠다 교수는 "새로 개발된 공정은 고체 전해질과 전극 활성 물질을 포함한 거의 모든 나트륨 함유 황화물 물질 생산에 유용하다"고 말했다. 사쿠다 교수는 "이 공정은 또한 기존 방식에 비해 더 높은 성능을 발휘하는 소재를 쉽게 얻을 수 있어 향후 전고체 나트륨 배터리용 소재 개발의 주류 공정이 될 것으로 기대한다"고 말했다. 고체 황화물 전해질은 상업적 사용에 필요한 것보다 약 10배 높은 세계 최고 수준의 나트륨 이온 전도성을 제공한다. 리튬 이온 배터리에 사용되는 액체 전해질과 달리, 고체 전해질은 배터리를 떨어뜨리거나 잘못된 방식으로 충전할 때도 화재의 위험이 없다. 이러한 획기적인 기술은 전기차 산업에서 뛰어난 성능, 비용 절감, 지속 가능성 개선을 통해 가장 유망한 기술로 입증될 잠재력을 가지고 있다. 또한 이 기술은 전기차 배터리의 충전 용량을 대폭 개선해 주행거리 불안감을 해소할 수 있다. 일본 자동차 제조업체인 도요타는 전고체 배터리를 사용하면 현재 시판 중인 전기 자동차의 2배가 넘는 거리인 1200km의 주행거리를 제공할 수 있다고 주장했다. 이 새로운 배터리의 충전 시간은 10분 정도로 짧을 수 있다. 이번 연구는 '전고체 나트륨 배터리용 황화물 고체 전해질 합성을 위한 반응성 폴리설파이드 플럭스 Na2Sx 활용'이라는 제목의 논문으로 과학 저널 '에너지 저장 재료(Energy Storage Materials)'와 '무기 화학(Inorganic Chemistry)'에 게재됐다. 전문가들은 "그러나 전고체 상태 나트륨 배터리가 상용화되기 전에 추가적인 연구 개발이 필요하다"고 지적했다. 한편, PR뉴스와이어는 15일(현지시간) 보고서 "배터리 종류(나트륨-황, 나트륨-염), 기술 유형(수용액 및 비수용액), 최종 사용 분야(에너지 저장, 자동차, 산업), 지역(아시아 태평양, 유럽, 북아메리카)별 나트륨 이온 전지 시장 - 2028년까지 전망"을 인용해 전 세계 나트륨 이온 전지 시장은 2023년 5억 달러에서 2028년 12억 달러까지 연평균 성장률(CAGR)이 21.5%에 달할 것으로 예상된다고 전했다. 이 매체는 리튬 이온 배터리 대비 경제성으로 인해 나트륨 이온 배터리 시장 성장이 확대될 것으로 예상된다고 덧붙였다. 이는 풍력 및 태양열과 같은 재생 에너지의 변동성을 해결하기 위한 대규모 에너지 저장 장치에 적합하다는 것. 또한 나트륨 이온 배터리는 일반적인 원소인 나트륨을 사용하기 때문에 지속 가능성이 높은 옵션으로 자리 잡고 있으며, 전 세계적인 환경 영향 저감 노력과 맞물려 시장이 성장할 것으로 전망했다. 그러면서 이 시장의 주요 업체로는 중국의 리튬 배터리 제조기업인 닝보 산산(Ningbo Shanshan Co.)과 장시 정투 신에너지 기술(Jiangxi Zhengtuo New Energy Technology), 일본의 레소낙 홀딩스(Resonac Holdings Co.)와 미쓰비시 화학, 한국의 포스코 퓨처엠(POSCO FUTURE M), 독일의 SGL 카본 등이 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-04-15
미세 플라스틱, 인간 소변서도 발견⋯자궁내막증과 연관 시사

플라스틱이 인체에 미치는 다양한 연구가 진행되는 가운데. 인간의 소변에서 매우 강한 독성을 지닌 미세 플라스틱이 검출됐다. 과학 전문매체 더 쿨다운은 과학자들이 건강한 참가자와 자궁 내막 조직이 자궁 밖에서 자라는 만성 질환인 자궁내막증 환자의 소변 샘플에서 모든 종류의 미세한 입자(미세 플라스틱입자)를 검출했다고 지난 10일(현지시간) 보도했다. 이 연구는 4월 1일 '생태독성학 및 환경 안전 저널(Ecotoxicology and Environmental Safety)'에 게재됐다. 연궈 결과 두 집단 간의 미세 플라스틱 수치는 큰 차이가 없었지만, 검출된 미세 플라스틱의 종류는 달랐다. 건강한 사람의 경우 폴리에틸렌(27%)이 주를 이루었고, 자궁내막증 환자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 59%)이 가장 많았다. 또한 건강한 사람의 검체에서는 폴리스티렌(16%), 레진(12%), 폴리프로필렌(12%) 등이 검출됐다. 연구에 따르면 폴리에틸렌은 자궁내막증 참가자의 샘플에서 발견된 미세 플라스틱의 16%를 차지했다. 자궁내막증 환자의 금속 카테터에서 두 번째 샘플 세트를 채취한 결과, 미세 플라스틱의 크기는 약 32 마이크로미터에서 22 마이크로미터로 다른 검체보다 상당히 작았다. 일반적인 미세 플라스틱 크기는 평균 177 x 117 마이크로미터이다. 1마이크로미터는 0.001밀리미터이다. 연구팀은 "미세 플라스틱은 모든 환경에서 발견되며 인체 음식 사슬에도 존재하고 최근 여러 인체 조직에서 검출됐다"고 밝혔다. 자궁내막증은 알려진 원인이 없으며, 과학자들은 미세 플라스틱 수치가 질병과 관련이 있는지, 염증을 유발하거나 화학 물질을 체내로 침출시키는지 여부를 조사했다. 연구팀은 "미세 플라스틱이 신체 내 이동 경로와 이러한 입자의 크기가 신장 사구체 여과 시스템을 통과하기에는 너무 큰 것으로 보이지만 어떻게 이 기관을 통과하거나 우회했는지, 그리고 이러한 미세 플라스틱 존재로 인한 잠재적인 생물학적 영향에 대한 중요한 새로운 질문을 제기한다"라고 밝혔다. 연구팀은 "이는 미세플라스틱의 체내 이동과 신장 사구체 여과 시스템을 통과하거나 우회하는 방법, 그리고 이러한 장기를 통과하기에는 너무 커 보이는 크기로 인해 잠재적인 생물학적 영향과 관련하여 중요한 새로운 의문을 제기한다"고 말했다. 또한 연구팀은 미세 플라스틱이 인체 내에서 어떻게 이동하는지 살펴본 결과, 미세 플라스틱의 크기와 모양도 문제라고 말했다. 또한 오염 물질이 "이론적으로는 신장의 작은 모세혈관을 따라 방광에 도달하기에는 너무 크다"고 지적했다. 이 논문은 미세 플라스틱이 인간에게 미치는 영향은 알려지지 않았지만 "폴리머 특성 분석과 절차적 공백을 설명하는 인간 소변의 미세 플라스틱 오염에 대한 최초의 증거"를 제공했다고 밝혔다. 연구팀은 "그러나 높은 수준의 미세 플라스틱과 염증성 질환, 특히 장 질환 간의 관련성이 나타나고 있다"고 말했다. 또한 "이전 세포 기반 노출 실험에서 불규칙한 모양의 미세 플라스틱이 특히 독성이 강한 것으로 나타났다"면서 "'염증 및 산화 스트레스 유형의 영향'이 자궁 내막증 환자에게도 유사하게 영향을 미칠 수 있다"고 지적했다. 미세 플라스틱과 더 작은 나노 플라스틱은 플라스틱으로 만든 물병이나 식품 용기 등이 시간이 지남에 따라 분해될 때 생성된다. 미세 플라스틱의 양을 줄이는 가장 좋은 방법은 플라스틱 소비를 줄이는 것이다. 예를 들어 영국과 프랑스에서는 대부분의 패스트푸드와 테이크아웃 음식점에서 플라스틱 식기류의 사용을 금지했다. 인도는 2022년에 일회용 플라스틱 사용을 금지했다. 워싱턴 포스트는 다른 연구 결과를 인용하여 미세 플라스틱이 암과 알츠하이머병 위험을 증가시키고 출산 문제를 유발할 수 있다고 보도했다. 또한 이러한 영향은 나이가 들면서 더욱 악화될 수도 있다. 또다른 연구에 따르면 미세 플라스틱은 심장마비와 뇌졸중 발병에도 연관되어 있다. 세계자연보호연맹(IUCN)에 따르면 매년 약 4억톤 이상의 플라스틱이 생산되고 있다. 프랑스 파리의 에펠탑 무게는 약 1만톤이다. 매년 에[펩탑 4만 개 이상에 해당되는 플라스틱이 생산되고 있는 셈이다. 그러나 전 세계적으로 재활용되는 플라스틱은 약 9%에 불과하다. 매일 더 많은 플라스틱이 생산되고 있기 때문에 기업이 플라스틱에 대한 의존도를 낮추는 것이 중요하다. 소비자는 유리나 스테인리스 재질로 된 재사용 가능한 물병을 구입하고 플라스틱을 사용하지 않는 브랜드를 지지하는 등의 노력을 기울일 수 있다. 또한 기술 개발로 식수에서 미세 플라스틱을 제거할 수 있다. '예방이 치료보다 낫다'는 말이 있다. 플라스틱을 줄이기 위한 이러한 작은 실천이 모여 더 안전하고 깨끗한 미래를 만들 수 있다.
- 생활경제
2024-04-12
[신소재 신기술(30)] 190% 양자 효율 달성! 태양 전지 혁신 이끌 새로운 양자 물질 개발

미국 펜실베이니아주 리하이 대학교의 연구진은 태양전지 패널의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지닌 소재를 개발했다. 해당 물질을 태양 전지의 활성층으로 사용한 프로토타입은 평균 80%의 광전 흡수율, 높은 광여기 전하체 생성 속도, 최대 190%에 달하는 외부 양자 효율 (EQE)을 나타냈다고 과학 기술 전문 매체 테크익스플로어가 11일(현지시간) 전했다. 이는 실리콘 기반 물질의 이론적 쇼클리 퀴서(Shockley-Queisser) 효율 한계를 훨씬 뛰어넘는 수치이며, 태양전지용 양자 물질 분야를 새로운 차원으로 끌어올린 것이다. 쇼클리 퀴서 한계는 태양전지의 최대 효율을 결정하는 이론적 모델이다. 이 이론은 19661년에 물리학자 윌리엄 쇼클리에 의해 개발됐다. 이 한계는 단일 띠 구조를 가진 반도체 재료를 사용하는 태양전지의 최대 전력 변환효율을 설명하고 있다. 쇼클리 퀴서 한계는 이상적인 조건하에서 단일 접합 실리콘 태양전지의 최대 효율을 33%로 예측한다. 연구 논문을 저술한 치네두 에쿠마(Chinedu Ekuma) 리하이 대학교 물리학 교수는 "이 연구는 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 이해와 개발에서 중요한 도약을 의미하며, 가까운 미래에 태양 에너지 효율과 접근성을 재정의할 수 있는 혁신적인 접근 방식을 강조한다"라고 말했다. 에쿠마 교수와 리하이 박사과정 학생 스리하리 카스투아르가 함께 작성한 이번 연구 논문은 '사이언스 어드밴스' 저널에 발표됐다. 이 소재의 효율성은 주로 소재의 전자 구조 내에 태양 에너지 변환에 이상적인 방식으로 배치된 특정 에너지 레벨인 '중간 대역 상태'에 기인한다. 이러한 상태는 최적의 서브밴드 갭(물질이 태양광을 효율적으로 흡수하고 전하 캐리어를 생성할 수 있는 에너지 범위) 내에서 약 0.78 및 1.26전자볼트의 에너지 레벨을 갖는다. 또한 이 물질은 전자기 스펙트럼의 적외선 및 가시광선 영역에서 높은 흡수율을 보여 특히 우수한 성능을 발휘한다. 기존 태양 전지에서 최대 EQE는 100%이며, 이는 흡수된 태양광 한 개당 전자 하나를 생성 및 수집하는 것을 의미한다. 하지만 최근 몇 년 동안 개발된 일부 첨단 물질과 구성은 고에너지 광자로부터 둘 이상의 전자를 생성 및 수집할 수 있는 능력을 보여주었으며, 이는 100%를 초과하는 EQE를 나타낸다. 이러한 다중 엑시톤 생성(MEG) 물질은 아직 상용화되지 않았지만 태양 에너지 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리하이대학교에서 개발한 물질의 경우, 중간대 상태는 반사 및 열 생성을 포함하여 기존 태양 전지에서 손실되는 광자 에너지를 포집할 수 있다. 연구팀은 층을 이룬 2차원 물질 사이의 원자적으로 작은 틈인 '반 데르 발스 갭(van der Waals gap)'을 활용하여 새로운 물질을 개발했다. 반 데르 발스 갭은 분자나 이온을 가둘 수 있다. 재료 과학자들은 일반적으로 다른 원소를 삽입하거나 '인터칼레이트(intercalate)'하여 재료 특성을 조정하는 데 이 틈새를 사용한다. 리하이대학교 연구팀은 새로운 물질을 개발하기 위해 게르마늄 셀레나이드(GeSe)와 주석 황화물(SnS)로 구성된 2차원 물질 층 사이에 0가 구리 원자를 삽입했다. 컴퓨터 응집 물질 물리학 전문가인 에쿠마 교수는 이 시스템의 광범위한 컴퓨터 모델링을 통해 이론적 가능성을 입증한 후 개념 증명으로 프로토타입을 개발했다. 그는 "빠른 반응과 향상된 효율은 첨단 태양광 응용 분야에 사용할 수 있는 양자 물질로서 Cu-인터칼레이티드 GeSe/SnS의 잠재력을 강력하게 보여주며, 태양 에너지 변환의 효율을 개선할 수 있는 길을 제시한다"라면서 "이는 전 세계 에너지 수요를 해결하는 데 중요한 역할을 할 차세대 고효율 태양전지 개발의 유망한 후보 물질이다"라고 말했다. 새로 설계된 양자 물질을 현재의 태양 에너지 시스템에 통합하려면 더 많은 연구와 개발이 필요하지만, 과학자들은 오랜 시간 동안 원자, 이온, 분자를 물질에 정밀하게 삽입하는 방법을 터득해 왔다. 이에 에쿠마 교수는 이러한 물질을 만드는 데 사용되는 실험 기술은 이미 고도로 발전했다고 지적했다.
- 포커스온
2024-04-12
임신 중 타이레놀 복용, "자폐증이나 지적 장애와 관련 없어"

타이레놀은 해열진통제로 널리 복용되는 유명 브랜드다. 타이레놀의 주요 성분은 아세트아미노펜이다. 이 약물은 효과가 뚜렷하지만, 이로 인한 부작용에 대한 논란도 많다. 임신 중 타이레놀의 활성 성분인 아세트아미노펜을 복용해도 괜찮을까? 최신 연구에 따르면 임신 중 아세트아미노펜 복용은 어린이의 자폐증, ADHD(주의력 결핍 과잉행동장애) 또는 지적 장애 위험 증가와는 관련이 없다는 결과가 나왔다고 CNN이 보도했다. 이 연구는 JAMA(The Journal of the American Medical Association) 저널 최신호에 발표됐다. 새로운 연구는 임신 중 아세트아미노펜 사용이 자폐증, ADHD 및 지적 장애의 위험을 증가시킨다는 최근 연구 논문 및 주장을 반박한 것으로 의미가 크다는 평가다. 이 연구는 스웨덴 카롤린스카 연구소(Karolinska Institute)와 드렉셀 대학교(Drexel University)가 수행한 것으로, 1995~2019년 사이 스웨덴에서 태어난 약 250만 명의 어린이의 출생 전 및 의료 기록을 분석한 것이다. 임신 중 아세트아미노펜을 복용한 상황에서 태어난 어린이와 노출되지 않은 어린이를 비교한 통계 분석 결과, 노출된 그룹에서 자폐증, ADHD 및 지적 장애의 위험이 ‘약간’ 증가한 것으로 나타났다. 그러나 친부모가 동일한 형제자매 분석에서는 임신 중 아세트아미노펜 사용이 관련된 자폐증, ADHD 또는 지적 장애의 위험을 증가시키는 증거는 나타나지 않았다. 연구는 형제자매가 유전적, 환경적 요인을 공유하기 때문에 임상시험에서 잘 못된 결과를 도출할 가능성이 있는 혼란스러운 변수 중 일부가 제거된다고 밝혔다. 듀크대학교 소아과 에릭 브레너 박사는 친부모가 동일한 형제 대조군은 같은 공간에서 성장할 가능성이 높으며, 비슷한 식습관을 갖고 유사한 환경에서 생활하므로, 연구 과정에서 환경 요인을 더 잘 제어할 수 있다고 밝힌다. 브레너는 특히 이번 연구가 분석 대상 참가자 수가 많다는 점, 형제자매 분석을 같이 수행했다는 점 등을 강점으로 꼽았다. 브레너는 이 연구가 아세트아미노펜 사용과 자폐증 및 ADHD를 포함한 신경발달 장애 사이의 연관성을 발견하지 못한 ‘매우 잘 설계된 연구’라고 평가하고, “모든 약물은 항상 산부인과 의사와 상담해 신중하게 사용해야 하지만, 아세트아미노펜은 안전한 것으로 보인다”고 말했다. 미국 식품의약국(FDA)과 유럽 의약청(EMA: European Medicines Agency)은 아세트아미노펜이 임신 중에 위험을 거의 주지 않는다고 보지만, 국제 과학자 및 의사 그룹은 지난 2021년 예방 조치를 촉구하며, 임신한 사람들은 아세트아미노펜을 사용하지 않는 것이 좋다고 권고한 바 있다. 임신 중 아세트아미노펜 사용이 ADHD 및 기타 신경발달 장애의 위험 증가와 관련이 있다는 수많은 의학적 연구가 논문에 명시되어 있다는 것이다. 이는 종래와 상반된 주장으로 의학계에 혼란과 논란을 불러 일으켰다. 이로 인해 잘못된 결과 도출도 종종 발생했다. 예컨대, 유전성이 강한 신경발달 장애가 있는 부모는 임신 중에 아세트아미노펜과 같은 진통제를 사용할 가능성이 더 높고, 이런 관계로 인해 임신 중에 아세트아미노펜에 노출된 어린이는 신경발달 장애가 발생할 가능성이 더 높은 것처럼 보일 수 있지만, 실제로 위험 증가는 유전적 요인으로 인한 것으로 보고 있다. 또한 형제자매 분석 연구에서는 아스피린, 기타 NSAID (비스테로이드성 항염증제) 및 아편유사제와 같은 다른 진통제가 신경발달 장애의 위험 증가와 관련이 없다는 사실도 발견했다. 각각의 진통제는 선천적 결함과 관련이 있었다. 이번 연구에서 아스피린 사용은 오히려 신경발달 장애의 위험을 줄이는 것과 관련이 있었다. 다만 이 결과는 초기 연구이며, 더 많은 분석이 필요하다는 지적이다. 브레너는 현재 임신 중 일상적 아스피린 사용은 권장되지 않는다며, 산모들은 산부인과 의사와 아스피린 사용에 관해 논의하는 것이 바람직하다고 말했다. FDA는 아스피린과 이부프로펜을 포함한 NSAI(비스테로이드성 항염증제)를 임신 3기에는 사용하지 말 것을 권장하고 있다. 이러한 약물은 태아의 혈관을 조기에 닫을 우려가 있기 때문이다. 연구에 참여하지 않은 UCLA 얄다 아프샤르 산부인과 교수는 임신 중 처방약과 일반의약품의 사용 또는 중단에 대해 의료 전문가와 상담할 것을 권고하며, 이 연구는 건강을 최적화하기 위해 아세트아미노펜을 복용해야 하는 임산부에게 도움이 될 것이라고 부연했다.
- IT/바이오
2024-04-12
[신소재 신기술(28)] 바이러스 잡는 나노 스파이크 실리콘, 96% 제거 효율!

표면에 접촉하는 바이러스를 96%까지 제거할 수 있는 나노 코팅된 실리콘 신소재가 개발됐다. 호주 로열 멜버른 공과대학교(RMIT) 연구팀은 바이러스 제거가 탁월한 나노 스파이크로 코팅된 새로운 실리콘 소재를 개발했으며, 이 소재는 표면에 닿은 바이러스 입자의 최대 96%를 제거하는 성능을 보였다고 과학 전문 매체 사이언스얼럿이 최근 보도했다. 이 나노 스파이크 실리콘 소재는 병원, 연구실, 멸균 환경이 필수적인 모든 장소에서 활용 가능성이 높다. 연구팀에 따르면 나노 스파이크는 바이러스 입자와 접촉 시 물리적으로 파괴하거나 바이러스의 복제 기능을 저해한다. 연구 결과 6시간 만에 표면상의 거의 모든 바이러스 활성이 저지됐다. 연구팀은 "96% 바이러스 제거율은 표면 접촉을 통해 전염되는 다양한 병원체로부터 사람을 보호하는데 충분하다"고 말했다. 연구를 주도한 RMIT 분자생물학자인 나탈리 보그 박사는 "이 바이러스 제거용 신소재 표면은 육안으로는 평평한 검은 거울처럼 보이지만 실제로는 바이러스를 죽이도록 특별히 설계된 미세한 스파이크로 구성되어 있다. 사람들이 만지는 장치와 표면에 이 소재를 적용하면 바이러스 확산을 방지하고 소독제 사용을 줄일 수 있다"고 설명했다. 자연에서 영감 받은 나노 스파이크 소재 이번 연구는 자연에서 영감을 받았다. 잠자리와 매미 등 곤충의 날개에는 박테리아와 곰팡이를 파괴하는 나노 스케일 스파이크가 있다. 하지만 바이러스는 훨씬 더 작기 때문에 나노 스파이크 실리콘 소재 또한 바이러스처럼 미세해야 한다. 연구팀은 이온 빔 기술을 사용해 실리콘 웨이퍼 일부를 제거해 높이 290nm((나노 미터), 끝 너비 2nm(인체 머리카락보다 3만 배 가늘음)의 스파이크 표면을 만들었다. 이후 연구팀은 기관지염, 폐렴, 크루프 등 질병을 유발하는 네 가지 유형의 인간 파라인플루엔자 바이러스(hPIV-3)를 사용해 이 소재의 항균 효능을 실제 및 이론적으로 검증했다. hPIV-3는 인간 파라인플루엔자 바이러스 중 가장 독성이 강하다. 연구팀은 발표된 논문에서 "특히 우리의 연구는 항바이러스 표면의 설계와 최적화에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 그 효과를 극대화 하는데 있어 날카로운 나노 피처의 중요한 역할에 중점을 둔다"고 설명했다. 현재 연구는 실험실 단계이지만 이 표면 소재를 확장 적용할 수 있다면 의료 환경에서 획기적인 변화를 가져올 수 있다. hPIV는 급성 호흡기 질환의 3분의 1을 차지하며 특히 어린이는 감염 위험이 높다. 병원은 면역력이 약한 환자가 밀집해 있는 특수 환경으로 인해 방치될 경우 바이러스가 빠르게 확산될 수 있다. 연구팀은 앞으로 다양한 소재 구성 및 다른 바이러스 유형을 대상으로 실험을 진행할 계획이다. RMIT 응용물리학자인 샘슨 마흐 박사는 "실험실이나 의료 시설과 같은 위험한 생물학적 물질에 노출 위험이 있는 고위험 환경에 이 최첨단 기술을 도입한다면 감염병 봉쇄 조치를 크게 강화할 수 있다"고 말했다. 이 연구 결과는 'ACS 나노' 저널에 게재됐다.
- 포커스온
2024-04-08
[신소재 신기술(22)] 유럽 최장 하이퍼루프 센터 개장

유럽에서 가장 긴 하이퍼루프 터널이 네덜란드에서 개통됐다. '하이퍼루프(Hyperloop)'는 진공 튜브 안에서 고속 이동하는 차량을 이용한 미래형 교통 시스템이다. 마치 SF 영화에서 나온 것처럼 빠르고 효율적인 이동을 가능하게 하는 것으로 기대된다. 26일(현지시간) 테크 익스플로어에 따르면 네덜란드에서 개장한 유럽 하이퍼루프 센터(European Hyperloop Center)는 하이퍼루프 기술 시험을 위한 터널로 길이 420m(미터)에 달한다. 하이퍼루프 차량은 이론적으로 저압 상태의 진공 튜브 안에서 이동한다. 이를 통해 공기 저항을 최소화해 매우 빠른 속도를 낼 수 있다. 또한 자기부상 기술을 사용해 마찰 없이 튜브 안을 이동하며, 차량 추진 방식은 전자기력, 팬, 압축 공기 등 다양한 방법이 있다. 네덜란드 북부 빈담(Veendam) 근처의 지금은 사용되지 않는 철도 센터에는 폭 약 2.5m의 상호 연결된 34개의 파이프로 구성된 길이 420m(1380피트)의 매끈한 Y자형 하이퍼루프 용 흰색 터널이 있다. 이 센터는 세계 최초로 고속 주행로 변경 시험을 위한 분기선로를 갖추고 있다. 유럽 하이퍼 루프 센터는 공기 저항을 줄이기 위해 터널 내 공기를 거의 모두 배출하고 자석을 사용해 최대 시속 1000km에 도달할 수 있는 속도로 캡슐을 추진한다. 네덜란드에 본사를 둔 하르트 하이퍼루프(Hardt Hyperloop)는 앞으로 몇 주 안에 초기 차량 테스트를 실시할 계획이다. 최초의 유인 운행은 2030년까지 가능할 것으로 예상된다. 하이퍼루프는 처음에는 공항과 도시 연결 등 5km 정도의 짧은 노선에서 운영될 계획이다. 센터 디렉터인 사샤 라메(Sascha Lamme)는 2050년까지 유럽 전역을 연결하는 1만km의 하이퍼루프 터널 네트워크가 세워질 것으로 예측했다. 그는 하이퍼루프 운항에 대해 "비행기와 비슷하지만 번거로움이 전혀 없다"면서 "우리는 확장성이 매우 뛰어난 것을 만들었다. 매우 빠르게 이동할 수 있다. 암스테르담 역에 탑승해 2시간 안에 바르셀로나와 같은 도시로 이동하는 것이 실제로 가능할 것"이라고 말했다. 하지만 과학자들은 하이퍼루프 기술 완성까지는 시간이 오래 걸리고 실제 승객 실험까지는 더 많은 시간이 필요하다고 전망했다. 지지자들에 따르면 하이퍼루프 기술은 환경 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 지상 또는 지하에 쉽게 설치할 수 있어 기존 교통망보다 낮은 인프라 설치 면적을 요구한다. 그러나 일부 전문가들은 실용성에 의문을 제기하며, 고속 캡슐 이동 시 승객이 느끼는 승차감에 대해 우려했다. 비평가들은 좁은 터널을 통해 음속에 가까운 속도로 발사되는 하이퍼루프의 승객 이동의 경험에 대해 의문을 제기했다. 반면, 개발자들은 가속도는 고속열차와 크게 다르지 않을 것이며, 쾌적한 승차감을 제공할 것이라고 말했다. 또한 하이퍼루프가 오염이나 소음을 발생시키지 않으며 도시와 시골 환경 모두에서 배경과 조화를 이룬다고 주장한다. 하르트 하이퍼루프의 기술 및 엔지니어링 이사인 마리누스 반 데르 메이(Marinus Van der Meijs)는 "교통 수단으로서 하이퍼루프의 에너지 소비는 다른 것보다 훨씬 낮다"고 말했다. 한편, 기술 억만장자인 일론 머스크 스페이스X와 테슬라의 최고경영자(CEO)는 2013년 샌프란시스코와 로스앤젤레스를 연결하는 '다섯번째 교통수단(fifth mode of transport)'을 제안하는 논문을 통해 하이퍼루프를 대중에게 알렸다. 머스크는 하이퍼루프 튜브를 이용하면 LA와 샌프란시스코를 단 30분 만에 연결할 수 있다고 말했다. 이는 자동차를 타고 도로를 주행하면 최장 6시간, 비행기로 최대 1시간 걸리는 것에 비해 엄청난 시간 절약이다. 이후 세계 각국에서는 하이퍼루프 아이디어에 착안해 치열한 연구 경쟁을 펼치고 있다. 영국 사업가 리처드 브랜슨(Richard Branson)은 2020년 네바다 사막에 두 명의 승객을 500미터 떨어진 곳으로 보냈다. 그러나 이후 하이퍼루프 원(Hyperloop One)으로 바뀐 그의 버진 하이퍼루프(Virgin Hyperloop) 회사는 지난해 말 문을 닫았다. 중국은 시속 700km에 달하는 속도에 도달할 수 있는 더 긴 터널 시설을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 하이퍼루프는 시속 1200km 이상의 속도를 낼 수 있으며 서울에서 부산까지 16분 만에 갈 수 있는 것으로 추정된다. 전 세계 여러 도시에서 미래형 교통 시스템 연구 프로젝트에 수백만 달러를 투자했지만 미래 교통 시장을 바꿀 잠재력이 있는 하이퍼루프 사업은 아직 본격적으로 시작되지 않았다.
- 포커스온
2024-03-28
[신소재 신기술(18)] 재충전 가능한 콘크리트 배터리 개발

스웨덴에서 시멘트를 재충전 가능한 배터리로 전환하는 데 성공했다. 과학 기술 전문 매체 쿨다운(TCD)과 ZME 사이언스는 21일(현지시간) 스웨덴 찰머스 공과대학교(Chalmers University of Technology) 과학자들은 전기 전도성 섬유를 시멘트 기반 혼합물에 통합하는 방법을 발견했다며 이같이 보도했다. 찰머스 공과대학교의 연구원들은 세계에서 가장 흔한 건축 자재인 시멘트를 배터리로 전환하는 방법을 개발하고 있다. 이 혁신을 통해 콘크리트 슬래브를 배터리로 바꿀 수 있다. 이 개념은 가정과 건물에 전력을 공급하는 방식을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 시멘트 생산으로 인한 전 세계 대기 오염의 약 9%를 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다. 21일 ZME사이언스에 따르면 콘크리트 산업은 대기 중으로 배출되는 탄소의 최대 9%를 차지하는 거대한 탄소 배출원이다. 공해는 치매와 뇌졸중 위험 증가와 관련이 있기 때문에 시멘트 충전 배터리는 더 깨끗한 공기와 더 건강한 정신과 신체를 의미할 수 있다. 이 프로젝트에 참여한 연구원 엠마 장(Emma Zhang) 박사는 "우리는 이 기술을 통해 향후 다층 건물의 전체 구간을 기능성 콘크리트로 만들 수 있을 것이라는 비전을 가지고 있다"고 찰머스의 논문 요약에서 밝혔다. 연구팀은 전통적인 표준 시멘트 제조법에 '소량'의 전기 전도성 탄소 섬유를 추가했다. 이를 통해 콘크리트 혼합물에 전도성과 강도를 더했다. 연구팀은 또한 철과 니켈을 각각 양극과 음극으로 사용하는 '금속 코팅 탄소 섬유 메쉬'도 추가했다. 과학자들이 콘크리트 배터리를 만들려고 시도한 것은 이번이 처음은 아니다. 그러나 이 새로운 방법은 에너지 밀도 측면에서 엄청난 발전을 이뤘다. 질량 대비 콘크리트가 저장할 수 있는 에너지의 양은 기존 배터리만큼 많지는 않지만, 찰머스 보고서에 따르면 다른 콘크리트 배터리 개념보다 최대 10배 더 우수하다. 장 박사는 "우리가 개발한 재충전 가능한 이 특별한 아이디어는 이전에 한 번도 탐구된 적이 없다. 이제 우리는 실험실 규모의 개념 증명을 갖게 됐다"고 밝혔다. 이어 "예를 들어 태양 전지 패널과 결합하여 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서가 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 6번의 충전-방전 주기를 통해 발명품을 실행하여 콘크리트 배터리 혼합물을 완성했다. 이번 연구 결과는 '빌딩스(Buildings)' 저널에 실렸다. 시멘트 배터리는 실험실에서 테스트되었으며 작동했다. 하지만 에너지 밀도는 그다지 높지 않다. 현재는 평방미터당 7Wh(와트시), 리터당 0.8와트시에 불과하다. 이에 비해 스마트폰과 전기차에 전력을 공급하는 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 무려 250Wh/L~700Wh/L에 달한다. 상업용 배터리보다 시멘트 베터리 밀도가 훨씬 낮지만 콘크리트 건물은 거대하기 때문에 가치가 있다. 이론적으로 새 건물의 대형 콘크리트에 상당한 양의 콘크리트 배터리를저장할 수 있다. 구상되는 시멘트 배터리 애플리케이션은 LED 전원 공급부터 원격 위치의 4G 연결 제공, 심지어 콘크리트 인프라를 부식으로부터 보호하는 것까지 다양하다. 장 박사는 "예를 들어 태양전지 패널과 결합해 전기를 공급하고 콘크리트 배터리로 작동하는 센서는 균열이나 부식을 감지할 수 있는 고속도로나 교량의 모니터링 시스템을 위한 에너지원이 될 수도 있다"고 말했다. 연구팀은 요약문에서 시멘트 배터리의 실험적 조합이 상용화되기 전에 더 많은 테스트가 필요하다는 점을 인정했다. 연구팀의 루핑 탕(Luping Tang) 교수는 "우리는 이 개념이 미래의 건축 자재가 재생 에너지원과 같은 추가 기능을 갖도록 하는 데 크게 기여할 것이라고 확신한다"고 말했다. 한편, 미국 내 전문가들은 에너지 저장 솔루션을 개발하기 위해 자체적인 콘크리트 제조법을 연구하고 있다. 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 시멘트, 물, 카본 블랙이라는 물질을 사용해 슈퍼커패시터(또다른 배터리로 전기 에너지를 저정하는 장치)를 만들어 집의 기초를 배터리로 전환하고 있다. 슈퍼커패시티는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 게면에서의 이온 이동이나 표면 화학 반응을 통해서 작동한다. 불과 몇 초 내의 빠른 충전과 방전이 가능하며 수십만 번의 충전과 방전 사이클을 견딜수 있는 긴 수명과 안정성 등이 특징이다. 하지망 아직 배터리만큼 높은 에너지밀도를 가지고 있지 않아 모든 뷴야에 대체할 수 없다. 이러한 발명은 미래를 위한 여러가지 잠재력을 가지고 있다. 그러나 최대 100년까지 지속될 수 있는 콘크리트 구조물의 수명에 맞춰 배터리의 수명을 연장하고 효과적인 재할용 방법을 개발해야 하는 과제를 안고 있다.
- 포커스온
2024-03-22
행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착

천문학자들이 행성을 잡아 먹는 행성의 증거를 발견했다. 쌍둥이별 12개 중 1개는 행성을 삼킨 행성일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 기술 전문매체 스페이스닷컴과 과학 기술 웹사이트 사이키(Phys.org) 등 다수 외신은 20일(현지시간) 국제 연구팀 아스트로3D(ASTRO 3D)의 천문학자들은 적어도 12개의 별 중 1개에서 행성을 잡아 먹는 증거를 발견했다고 보도했다. 이번 연구 결과는 이날 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 이전 연구에서는 적색 거성 등 별의 마지막 단계에서 행성 삼킴 현상이 확인됐다. 또 다른 증거는 별이 때때로 행성을 삼킬 수 있음을 시사했지만, 얼마나 자주 발생할 수 있는지에 대해서는 확실하지 않았다. 국제 연구팀은 행성 삼킴에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 동시에 태어난 동일한 구성을 가진 쌍둥이 별을 연구했다. 쌍둥이 별은 동일한 가스와 먼지로 이루어진 모성 구름에서 태어났기 때문에 사실상 동일한 구성을 가져야 한다. 그러나 연구 결과 약 8%가 성분이 다르게 나타났다. 이처럼 소위 '공동 출생' 별 사이의 주요 화학적 차이는 한 별이 다른 별을 삼켰다는 신호일 수 있다. 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 위성을 사용해 91개의 쌍둥이 별을 식별했다. 이 별들은 백만 천문 단위(AU) 미만으로 서로 상대적으로 가깝게 위치하며 공동 출생일 가능성이 높다. 천문 단위인 AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로, 약 9300만 마일(1억 5000만 킬로미터)에 해당한다. 분자가 가열되면 분자는 그 분자가 구성하는 원소에 해당하는 고유한 빛 파장 스펙트럼을 방출한다. 따라서 먼 별에서 오는 빛을 분석하는 과학자들은 별 분자가 매우 높은 온도에 노출되면 별의 원소 구성을 추론할 수 있다. 아스트로 3D 연구진이 이끄는 연구팀은 쌍둥이별(쌍성) 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼키고 있기 때문에 차이가 발생한다는 사실을 발견했다. 과학자들은 칠레에 있는 유럽남방천문대의 초대형 망원경, 칠레에 있는 6.5m 마젤란 망원경, 미국 하와이에 있는 10m 켁(Keck) 망원경을 사용해 이 공동 출생 별에서 나오는 빛을 분석했다. 연구팀은 이 쌍성 중 약 8%, 즉 12쌍 중 1쌍에서 행성을 삼킨 흔적을 보이는 별이 있다는 것을 발견했다. 이는 쌍둥이 별과 비교했을 때 화학적 구성이 달랐다는 뜻이다. 호주의 모내시 대학교 아스트로 3D 연구원이자 논문의 수석 저자인 팬 리우 박사는 "우리는 함께 여행하는 쌍둥이 별을 관찰했다. 그들은 동일한 분자 구름에서 태어났기 때문에 동일해야 한다"라고 설명했다. 리우 박사는 "매우 정밀한 분석 덕분에 쌍둥이별 간의 화학적 차이를 확인할 수 있었다. 이는 별 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼켜 그 구성이 바뀌었다는 매우 강력한 증거를 제공한다"고 말했다. 행성 삼킴 현상은 연구팀이 조사한 91쌍의 쌍성 중 약 8%에서 나타났다. 이 연구가 설득력있는 이유는 별이 적색거성과 같은 마지막 단계의 별이 아니라 주계열성이라고 불리는 생애 전성기에 있었다는 것이다. 리우 박사는 "이것은 별이 매우 거대한 공이 될 때 후기 단계의 별이 주변 행성을 삼킬 수 있다는 이전 연구와는 다르다"고 말했다. 이 발견은 행성계의 장기 진화 연구에 광범위한 영향을 미친다. 공동 저자이자 호주국립대학교(ANU)의 ASTRO 3D 연구원인 유안 센 팅 부교수는 "천문학자들은 이런 종류의 사건은 불가능하다고 여겼다. 그러나 우리 연구의 관측을 통해 그 발생 빈도는 높지 않지만 실제로 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것은 행성 진화 이론가들이 연구할 수 있는 새로운 창을 열었다"고 말했다. 이 연구는 가이아 천체망원경 위성으로 확인된 모든 밝은 항성의 전체 샘플을 분광학적으로 관측하는 대규모 협력 프로젝트인 C3PO(Complete Census of Co-moving Pairs of Objects) 프로그램의 일부로, 팬 리우, 유안 센 팅, 데이비드 용 부교수(ANU의 ASTRO 3D 소속)가 공동으로 이끌고 있다. ASTRO 3D 책임자인 엠마 라이언-웨버 교수는 "이번에 발표된 연구 결과는 ASTRO 3D의 핵심 연구 주제인 우주의 화학적 진화에 대한 큰 그림에 기여한다. 특히 화학 원소의 분포와 별에 의해 소비되는 것을 포함한 그 이후의 여정을 밝혀준다"고 말했다. 호주 스윈번 공과대학교, 아일랜드 코크 대학교, 카네기 천문대, 오하이오 주립대학교, 미국 다트머스 대학교, 헝가리의 콘콜리 천문대, 막스 플랑크 천문학 연구소의 과학자들이 이 연구에 참여했다. 별들이 행성을 삼키고 있는지, 아니면 항성계가 탄생하면서 남겨진 행성의 구성 요소를 삼키고 있는 것인지는 여전히 불확실하다. 연구팀은 두 가지 모두가 해당될 가능성이 있다고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-21
[퓨처 Eyes(28)] 챗GPT와 제미나이도 무너뜨리는 AI 웜 모리스 II 등장

생성 인공지능(AI) 시스템을 악용하여 악성코드를 확산시키고 데이터를 탈취할 수 있는 새로운 형태의 AI웜(멀웨어·malware, 악성 소프트웨어의 줄임말) 개발이 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 이는 생성 AI 활용의 취약점을 보여주며, 빠르게 발전하는 AI 분야에서 보안 위험에 대한 중요성을 강조한다. 뉴욕주 이타카에 위치한 코넬 테크(Cornel Tech) 대학 연구팀은 '모리스 II'라는 AI웜을 개발해 생성 AI 시스템 악용 시나리오를 제시했다. 스스로 확산되는 AI 기반 멀웨어를 개발한 연구원들은 "이 기술이 이전에는 불가능했던 새로운 종류의 사이버 공격을 수행하거나 수행할 수 있는 능력을 갖게 되었다는 것을 의미한다"고 우려했다. 아직 동료 검사 과정을 거치지 않았지만, 이 연구는 생성 AI가 악성코드 개발에 활용될 수 있다는 심각한 우려를 낳고 있다. 이메일 가상 비서 대상 테스트 와이어드, 퓨처리즘 등 다수 외신에 따르면 연구팀은 제어된 환경에서 실험을 진행해 오픈AI의 챗GPT 최신버전인 GPT-4, 구글의 제미나이 프로, 그리고 라바(LLaVA)라는 오픈소스 대형 언어 모델을 사용하는 이메일 가상 비서를 공격 대상으로 삼았다. 코넬대 연구팀은 '적대적 자기 복제 프롬프트(adversarial self-replicating prompt)'라는 기술을 사용해 악의적인 프롬프트를 주입했다. 인터레스팅엔지니어링에 따르면, 모리스 II는 악성 프롬프트(prompts)를 주입하여 생성 AI 모델을 조작하고, 이를 통해 스팸 메시지 전송, 허위 정보 유포, 개인 정보 탈취 등의 악의적인 활동을 수행할 수 있다. 와이어드의 보도에 따르면 이 웜은 AI 기반 이메일 비서를 공격해 이메일에서 개인 정보와 관련된 민감한 데이터를 얻고 다른 시스템을 감염시키는 스팸 메시지를 발송할 수 있다. 이 논문의 공동 저자인 코넬 테크 연구원 벤 나시는 와이어드에 "AI웜의 출현은 기본적으로 이전에는 볼 수 없었던 새로운 종류의 사이버 공격을 수행할 수 있는 능력을 갖게 되었다는 것을 의미한다"고 말했다. 연구팀은 생성 AI 활용 방식에 따라 두 가지 유형의 취약점을 제시했다. 첫 번째는 생성 AI 서비스 결과에 의존하는 프로그램이다. 이러한 프로그램은 악성 소프트웨어에 의해 조작되거나 악용될 수 있다. 두 번째는 RAG(Recurrent Aggregation of Generative Models, 생성 모델의 반복적 집합) 기술을 사용하여 AI 쿼리를 향상시키는 프로그램이다. 이러한 프로그램은 특히 RAG 기반 생성 AI 웜 공격에 취약하다. 이 연구는 생성 AI 시스템의 보안 취약점을 식별하고 새로운 종류의 멀웨어 공격 가능성을 제시한다. 이를 통해 향후 생성 AI 개발 시 보안을 강화하는 데 기여할 수 있다. 아직까지 실제 환경에서 생성 AI 웜 멀웨어가 발견된 사례는 없다. 심각한 사생활 침해 우려 연구팀은 논문에서 "생성 AI 웜이 '가까운 미래'에 실제 환경에 확산될 경우 '심각하고 불가피한 악영향'을 초래할 수 있다"고 지적했다. 이는 기업들이 생성 AI 가상 비서를 서비스에 도입하기 전에 사이버 보안 위험에 대한 철저한 사전 검토가 필수임을 시사한다. 나시는 와이어드 인터뷰에서 "이름, 전화번호, 신용카드 번호, 주민등록번호 등 기밀 정보가 포함될 수 있다"고 밝혔다. 즉, 이러한 AI 비서는 방대한 양의 개인 데이터에 접근할 수 있으며, 이는 사용자의 사생활 침해로 이어질 수 있다. 연구팀은 새롭게 구축된 메시지 전송 시스템을 활용하여 전송된 이메일 데이터베이스를 효과적으로 '오염'시키고, 이메일 수신인의 가상 비서 AI가 이메일에서 사용자의 이름, 전화 번호, 신용카드 번호, 사회 보장 번호 등 민감한 정보를 탈취하도록 유도했다. 더욱 심각한 문제는 이 과정을 통해 AI 웜이 새로운 컴퓨터로 전파될 수 있다는 점이다. 연구팀은 심지어 이미지에 악성 프롬프트를 삽입해 AI가 다른 이메일 클라이언트를 감염시키도록 유도하는 데 성공했다. 나시는 "사용자의 민감한 데이터가 포함된 응답은 새 클라이언트(고객)로 전송된 이메일에 회신하여 저장될 때 새로운 호스트를 감염시킨다"고 설명했다. 그는 "자체 복제 프롬프트를 이미지에 인코딩하면 스팸, 악용 자료 또는 광고 이미지를 최초 이메일 후 새로운 클라이언트에게 추가로 전달할 수 있다"고 덧붙였다. 연구 결과는 오픈AI와 구글에 전달됐다. 오픈AI 대변인은 와이어드와의 인터뷰에서 "시스템의 탄력성 향상을 위해 노력하고 있다"고 밝혔다. 나시와 동료들은 논문에서 "AI 웜이 향후 몇 년 안에 확산될 수 있으며 심각하고 예상치 못한 결과를 초래할 것"이라고 주장했다. 이는 기업들이 사이버 보안 위험을 사전에 예방하지 않은 채 생성 AI 비서를 깊숙히 통합하려는 움직임에 대한 경고다. AI 웜 피해 규모 예측 AI 웜은 아직 등장하지 않아 정확한 피해 규모를 예측하기는 어렵다. 그러나 기존 웜과 달리 다양한 공격 방식을 사용할 수 있어 피해 범위가 더욱 크고, 예측하기가 더 힘들 수 있다. 또한 AI 웜 공격을 감지하고 차단하는 보안 시스템은 빠르게 발전하고 있지만 아직 완벽하지 않아 공격을 막는 데 어려움을 겪을 수 있다. 연구팀의 지적처럼 AI 웜은 스스로 복제 및 배포 기능을 갖추고 있어 빠르게 확산될 수 있다. 이는 기업, 정부기관, 개인 사용자 등 다양한 시스템에 심각한 피해를 입힐 수 있다. 또한 AI 웜은 네트워크를 공격해 서비스 중단을 유발할 가능성도 존재한다. 유명한 인공지능 선구자인 무스타파 술레이만(구글 소유 딥마인드 연구소 공동 창립자, 현 마이크로소프트 소비자 AI 사업 부문 총괄 책임자)은 과거 AI 기술이 "상상할 수 없는 규모의 재앙"이 될 수 있다고 경고했다. 20일 뉴욕포스트에 따르면 술레이만은 2023년에 출간된 저서 『다가오는 물결(The Coming Wave)』에서 AI, 합성생물학 및 기타 급성장하는 기술을 통해 "다양한 악의적 행위자들이 상상할 수 없는 규모의 혼란과 불안정, 심지어 재앙을 일으킬 수 있다"고 주장했다. 잘못된 정보의 확산을 촉진하고 경제적 격변을 일으킬 수 있는 AI의 잠재력도 그가 우려하는 부분 중 하나다. 술래이만은 지난해 FT와의 인터뷰에서 AI가 사무직 일자리를 뒤흔들고 고용 시장에서 "심각한 수의 패자를 양산할 수 있다"고 경고했다. 동시에 지난해 가을 월스트리트 저널의 책 리뷰에 따르면, 술레이만은 AI를 제대로 활용하면 "인류의 새로운 여명을 열고 사업을 운영하고 질병을 치료하며 전쟁을 치르는 데 도움이 될 수 있다"며 AI의 잠재적 이점에 대해 낙관적인 전망을 내놓기도 했다. 코넬 테크 연구팀이 제안한 AI 웜 시나리오는 초기 단계에 있는 AI 사업 분야에 양날의 검으로 작용할 수 있음을 시사하고 있다.
- 포커스온
2024-03-21
"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년

우주에는 암흑물질이 존재하지 않으며 우주 나이도 270억년이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 전문 매체 퓨처리즘은 18일(현지시간) 캐나다 오타와 대학교 물리학 교수 라젠드라 굽타(Rajendra Gupta)는 우주의 나이가 기존 가설보다 두 배 더 많을 수 있으며, 암흑물질의 존재가 반드시 필요하지 않다고 주장해 학계에 논란을 불러일으키고 있다고 전했다. 이번 연구 논문은 '천체물리학 저널(Astrophysical Journal)'에 게재됐다. 굽타 교수는 지난해 우주의 나이가 일반적으로 알려진 나이보다 두 배나 더 많은 267억년이라고 주장해 화제를 모았다. 최근 논문에서 굽타 교수는 자신의 이론을 바탕으로 암흑물질의 필요성에 대해 이의를 제기했다. 암흑물질은 전자기장과 상호 작용하지 않지만 중력을 미칠 수 있는 물질로, 우주 전체 질량의 26%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 암흑물질은 직접 관측이 불가능하다는 점이 수 십년 동안 천체물리학자들을 괴롭혀 온 수수께끼였다. 굽타는 성명에서 "이번 연구 결과는 우주의 나이가 267억 년이라는 이전 연구를 통해 우주의 존재에 암흑 물질이 필요하지 않다는 것을 발견할 수 있었다는 것을 확인시켜 주었다"고 말했다. 그러나 굽타 교수의 이론은 전문가들의 기존 합의와 정면으로 충돌하는 논란의 여지가 많은 추정이다. '우주 팽창 가속 현상'은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 암흑물질은 은하계의 대부분 질량을 구성하며 은하 구조 형성에 영향을 미치는 반면, 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 주도하는 역할을 한다. 어스닷컴은 지난 17일 "현재 우리가 이해하는 우주의 구조는 '정상 물질', '암흑 에너지', '암흑 물질'이라는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 하지만 이번 새로운 연구는 이 기존 모델을 뒤집고 있다"고 전했다. 우주론에서 사용되는 용어인 암흑물질은 빛이나 전자기장과 상호 작용하지 않고 중력 효과를 통해서만 식별할 수 있는 파악하기 어려운 물질을 말한다. 암흑물질은 신비로운 성질에도 불구하고 은하, 별, 행성의 움직임을 설명하는 데 있어 기본적인 요소로 작용해 왔다. 많은 과학자들은 암흑물질이 가시 물질, 방사선, 우주의 대규모 구조에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론하고 있다. 암흑물질 이론의 기초 암흑물질 이론은 관측된 천체의 질량과 중력 효과를 기반으로 계산된 질량 사이의 차이에서 출발했다. 1930년대, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky)가 코마 은하단에서 관측되지 않는 '누락된 질량'을 눈에 보이지 않는 물질로 설명할 수 있다고 처음으로 제안했다. 과학자들은 암흑물질을 간접적으로 탐지하는 몇 가지 혁신적인 방법을 개발했다. 지하 입자 탐지기나 우주 망원경으로 수행되는 실험은 암흑물질의 상호작용이나 소멸의 부산물을 관찰하는 것을 목표로 한다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 대형 강입자충돌기(LHC)도 고에너지 입자 충돌에서 암흑물질 입자의 흔적을 찾고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 암흑물질은 아직 직접 검출되지 않았으며, 현대 물리학에서 가장 중요한 난제 중 하나다. 이처럼 암흑물질을 이해하려는 탐구는 천체 물리학 및 입자 물리학의 발전을 계속 견인하고 있다. 향후 관측과 실험을 통해 암흑 물질의 본질이 밝혀져 우주의 미스터리를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. '변동 겹합 상수'와 '빛의 피로' 가설 통합 하지만 굽타 교수는 이와 다른 관점을 제시했다. 굽타 교수의 혁신적인 접근 방식은 두 가지 이론적 모델, 즉 변동 결합 상수(CCC)와 '빛의 피로(tired light·TL)'가설을 결합해 CCC+TL 모델로 일컫는 이론을 통합했다. 이 모델은 우주의 시간에 따라 자연의 힘이 감소하고 빛은 먼 거리에서 에너지를 잃는다는 개념을 탐구한다. 이 이론은 엄격한 테스트를 거쳐 은하 분포와 초기 우주의 빛의 진화 등 다양한 천문학적 관측 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌다. 굽타 교수는 자신의 수정된 모델을 뒷받침하기 위해 1920년대 후반 물리학자 프리츠 즈비키가 제안한 '빛의 피로(tired light·TL)' 가설을 차용했다. 빛의 피로 가설은 먼 천체에서 오는 빛이 에너지 손실로 인해 적색광이 되는 현상을 설명한다. 굽타 교수는 이 가설과 기존의 우주 상수와는 달리 시간에 따라 자연 상수가 감소한다고 주장하는 새로운 "변화 공액 상수(covarying coupling constant)" 개념을 결합해 암흑 물질을 모델에서 제외시킬 수 있다고 말했다. 우주 팽창 가속 현상은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 그는 "표준 우주론에서 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 야기하지만 저의 이론에서는 이는 암흑 에너지가 아니라 팽창하면서 약해지는 자연 상수 때문이다"라고 설명했다. 굽타 교수는 "암흑 물질의 존재를 의심하는 논문은 몇몇 있지만, 제 연구는 제가 아는 한 처음으로 암흑 물질의 우주론적 존재를 부정하면서도 오랜 기간 검증되어온 중요한 우주 관측 결과와 일치하는 것이다"라고 덧붙였다. 이번 발견은 암흑 물질이 우주의 약 27%를 차지하고 일반 물질은 5% 미만, 나머지는 암흑 에너지라는 기존의 이해에 도전하면서 동시에 우주의 나이와 팽창에 대한 기존 관점을 재정의하고 있다.
- 포커스온
2024-03-19
털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공

과학자들이 코끼리 피부 세포로 줄기세포 배양에 성공해 털매머드 부활에 한 발 더 가까이 다가가고 있다. 미국 텍사스 주 댈러스에 있는 멸종 방지 기업이자 DNA 편집 회사인 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 6일(현지시간) 털복숭이 매머드 형질을 가진 코끼리를 유전적으로 복원시키기 위해 아시아 코끼리 세포로 줄기세포 배양에 성공했다고 밝혔다. 콜로설은 자사 웹사이트에서 내한성 코끼리를 만들 것이라고 밝히면서 이 동물은 털매머드의 모든 핵심 생물학적 특성을 갖게 될 것이라고 설명했다. 또한 이 회사는 매머드와 유사한 코끼리가 코끼리 내피 친화성헤르페스 바이러스로 인한 매우 치명적인 질병에 저항성을 갖도록 만들 계획이다. 네이처에 따르면 콜로설은 코끼리 세포의 유전자(게놈)을 편집해 매머드와 비슷하게 만들었다. 하지만 살아 있는 매머드 같은 코끼리를 만들려면 편집된 게놈을 포함하는 배아를 생성해야 한다. 이론적으로 이를 수행하는 한 가지 방법은 유전자 편집된 코끼리 세포를 소위 유도만능줄기세포(iPS)로 전환한 다음 이를 난자와 정자 세포로 전환하는 것이다. 뉴사이언티스트에 따르면 유도만능줄기세포는 난자와 정자를 포함한 신체의 모든 세포로 분화할 수 있다. 배아에서 자연적으로 발생하지만 특정 단백질을 추가하여 성체 세포에서 만들 수도 있으므로 '유도'라고 한다. 많은 동물 종에서 유도만능세포가 만들어졌지만 지금까지 코끼리 세포를 유도만능세포로 만드는 데 성공한 사례는 없었다. 유전자 편집 18년 전, 연구자들은 쥐의 피부 세포를 배아 세포처럼 작동하도록 재프로그래밍할 수 있음을 보여줬다. 이러한 유도만능줄기세포는 동물의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다. 이 세포는 멸종된 털매머드(맘무투스 프리미제니우스·Mammuthus primigenius)의 가장 가까운 친척인 아시아 코끼리(엘레푸스 막시무스·Elephus maximus)를 복원하려는 콜로설의 계획에 핵심으로, 털과 지방 및 기타 매머드의 특성을 갖도록 유전적으로 편집됐다. 콜로설은 아시아 코끼리 세포를 유전자 변형해 핵심 단백질을 영구적으로 생산하도록 했다. 그럼에도 불구하고 세포를 유도만능줄기세로로 전환하는데 두 달이 걸렸다고 한다. 콜로설의 생물과학 책임자인 에리오나 히솔리는 "우리는 이 과정을 더 효율적이고 빠르게 만들고 싶었다"고 말했다. 핵심 단백질을 코딩하는 DNA는 쉽게 제거할 수 있다고 그녀는 덧붙였다. 매사추세츠주 보스턴에 위치한 하버드 의과대학의 유전학자이자 이 연구 논문의 공동 저자인 콜로설의 공동 설립자 조지 처치는 "우리는 세계 기록으로 가장 어려운 iPS 세포 수립에 도전하고 있다고 생각한다"고 말했다. 하지만 연구팀은 코끼리 줄기세포를 확립하는 데에도 어려움을 겪고 있다. 멸종 위기 종에 대한 줄기세포 연구의 권위자인 캘리포니아 주 라호야에 있는 스크립스 연구소의 줄기세포 생물학자인 장 로랑(Jeanne Loring) 박사는 "코끼리는 매우 어려운 과제"라고 말했다. 멸종 동물 복원 프로젝트 2011년 잔 로링과 동료들은 멸종 위기 동물에서 최초로 북방 흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)와 드릴 원숭이(만드릴루스 류코패우스)로부터 iPS 세포를 만들었다. 이후 눈표범(Panthera uncia), 수마트라 오랑우탄(Pongo abelii), 일본뇌조(Lagopus muta japonica) 등 멸종 위기종에서 배아 유사 줄기세포가 만들어졌지만 수많은 팀이 코끼리 iPS 세포 수립 시도에 실패했다. 콜로설의 생물과학 책임자 에리오나 히솔리가 이끄는 연구팀은 처음에 다른 대부분의 iPS 세포주를 만드는 데 사용되는 매뉴얼에 따라 아시아 코끼리 새끼로부터 세포를 재프로그래밍하려고 시도하면서 동일한 문제에 부딪혔다. 이 방법은 2006년 일본 교토 대학의 줄기 세포 과학자인 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)가 확인한 네 가지 주요 재프로그래밍 인자를 과잉 생산하도록 세포에 지시하는 것이다. 이 방법이 실패하자 히솔리 박사팀은 다른 연구원들이 사람과 쥐 세포를 재프로그래밍하는 데 사용했던 화학 칵테일을 코끼리 세포에 처리했다. 대부분의 경우 이 처리로 인해 코끼리 세포가 죽거나 분열을 멈추거나 아무런 반응도 보이지 않았다. 하지만 일부 실험에서는 세포가 줄기세포와 유사한 둥근 모양을 띠게 됐다. 히솔리 박사 팀은 이 세포에 네 가지 '야마나카' 인자를 첨가한 다음 성공의 핵심 요소였던 또 다른 단계를 밟았다. 바로 암 억제 유전자인 TP53의 발현을 억제하는 것이다. 유도만능줄기세포 배양 연구팀은 코끼리로부터 네 개의 iPS 세포 라인을 만들었다. 이 세포들은 다른 유기체의 iPS 세포와 비슷하게 보였고, 비슷하게 행동했다. 즉, 척추동물의 모든 조직을 구성하는 세 가지 '배엽'을 형성하는 세포를 만들 수 있었다. 하지만 콜로설이 최초의 유전자 조작 아시아 코끼리를 만드는 계획은 iPS 세포를 필요로 하지 않는 복제 기술을 포함한다. 처치 박사는 새로운 세포 라인은 아시아 코끼리에 매머드 특징을 부여하는 데 필요한 유전적 변화를 식별하고 연구하는 데 유용할 것이라고 말했다. 그는 "우리는 아기 코끼리에게 넣기 전에 미리 테스트하고 싶다"고 말했다. 코끼리 iPS 세포는 수정되어 모발이나 혈액과 같은 관련 조직으로 변형될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 확대하기 위해서는 생식 생물학 분야에서 수많은 기술 도약이 필요하다. 그 중 한 가지 방법은 유전자 조직 iPS 세포를 수정된 정자와 암컷 생식 세포로 변형시켜 배아를 만드는 것이다. 쥐 실험에서는 이 방법이 성공했다. 또한 iPS 세포를 직접 실행 가능한 '합성' 배아로 변환하는 것도 가능했다. 콜로설은 자사의 첫 번째 메머드가 2028년에 태어날 것이라고 주장했다. 히솔리는 연구원들이 코끼리 세포에 단지 50~100개의 유전자 편집을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 실현하능하다고 말했다. 코끼리의 임신 기간은 2년이기 때문에 배아는 2026년 말께 생성되어 자궁에 이식되어야 2028년에 매머드 탄생이 가능하다. 처치 박사는 배아 배양을 위해 일부는 iPS 세포에서 유래한 인공 자궁을 사용할 것으로 예상했다. 그는 "우리는 멸종 위기 종의 자연적인 번식을 방해하고 싶지 않기 때문에 체외 임신을 확대하려고 노력하고 있다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-03-08
제임스 웹 망원경, 빅뱅 7억 년 후 '죽은 은하' 발견…우주 초기 진화 모델에 도전

천문학자들이 제임스웹 우주 망원경(JWST)을 이용해 현재까지 관측된 가장 오래된 '죽은 은하'를 발견했다.
- IT/바이오
2024-03-08
미세 플라스틱, 심장마비·뇌졸중·사망 위험까지 높인다?

미세 플라스틱이 우리 몸에 미치는 해악을 보여주는 새로운 연구 결과가 나왔다. 심장에 미세 플라스틱이 있는 사람은 심장마비와 뇌졸중, 사망 위험이 더 높다는 사실이 밝혀졌다. 6일(현지시간) 패스트컴퍼니에 따르면 이탈리아 연구진은 동맥 막힘을 유발하는 경동맥 플라크 절제 수술을 받는 257명 환자의 플라크 샘플을 채취해서 분석한 결과, 이같은 사실을 발견했다. 미세 플라스틱은 크기가 5mm 미만인 플라스틱 조각을 의미한다. 경동맥 플라크는 경동맥에 축적되는 지방 물질이다. 경동맥은 뇌로 가는 혈관이며 플라크가 축적되면 혈관이 좁아지고 뇌로 가는 혈류가 감소할 수 있다. 이는 뇌졸중과 심장마비, 기타 심각한 건강 문제로 이어질 수 있다. 연구 결과, 거의 60%의 환자 시료에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 검출됐다. 심지어 다른 특정 종류의 미세 플라스틱도 발견됐다. 과학자들은 미세 플라스틱이 인체에 침투할 수 있다는 사실을 오랫동안 알고 있었다. 하지만 지금까지는 이 작은 플라스틱 입자가 인체 건강에 어떤 영향을 미치는지는 알지 못했다. 이 연구에 따르면 심장에 미세 플라스틱이 있는 사람은 심장마비, 뇌졸중, 사망 위험이 더 높았다. 폴리에틸렌 58% 발견 특히, 세계에서 가장 많이 사용되는 플라스틱 종류인 폴리에틸렌은 58%의 시료에서 발견됐다. 폴리염화비닐 또는 PVC는 약 12%에서 발견됐다. 또한 플라크에 미세 플라스틱이 포함된 환자 그룹에서 염증 마커 수치가 더 높았으며, 이는 미세 플라스틱이 염증을 촉진한다는 기존 연구 결과와 일치했다. 연구팀은 이러한 충격적인 결과 외에도 환자의 건강 상태 추이를 관찰했다. 3년 후 추적 조사 결과, 플라크 샘플에 미세 플라스틱이 검출된 환자는 다른 환자 그룹에 비해 심근경색, 뇌졸중, 사망 위험이 두 배나 높다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 '뉴 잉글랜드 의학 저널(New England Journal of Medicine)'에 게재됐다. 이 연구에 참여하지 않은 보스턴 칼리지의 역학자이자 생물학 교수인 필립 랜드리건 박사는 "이것은 매우 중요한 연구 결과다. 오랫동안 미세 플라스틱이 우리 몸속에 존재한다는 사실은 알려졌지만 어떤 역할을 하는지 알지 못했다"라고 말했다. 이번 연구 결과는 더 많은 의문을 제기했다. 왜 일부 환자만 플라크에 미세 플라스틱이 축적됐을까. 미세 플라스틱은 인체에 어떻게 유입된 것일까. 특정 집단이 다른 집단보다 더 취약할까. 심장과 순환계 외에도 폐, 비장, 태반 등 미세 플라스틱이 검출된 장기에 어떤 영향을 미칠까? 등등이다. 랜드리건 박사는 "(미세 플라스틱이) 심장에 유입될 수 있다면 뇌나 신경계에도 들어갈 수 있지 않을까?"라면서 "치매 또는 기타 만성 신경 질환에 미치는 영향은 어떨까?"라고 반문했다. 미세 플라스틱이 심장 질환 발병 위험을 증가시키는 원인에 대해서는 아직 명확하지 않다. 이번 연구 결과는 인과 관계를 입증하지 못하고 단지 연관성만을 시사한다. 연구진은 대신 잠정적인 가설을 제시했다. 논문 공동 저자이며 나폴리 이탈리아 대학교 내과 및 노인학 교수인 주세페 파올리소 박사는 "플라크 자체의 취약성이 문제의 핵심이라고 생각한다. 미세 플라스틱과 나노 플라스틱을 포함하는 플라크는 염증 수치가 더 높아 손상되기 쉽고, 깨지면 혈류로 유입될 수 있다고 추측한다"라고 설명했다. 랜드리건 박사는 이번 연구 결과를 바탕으로 의료 전문가들이 미세 플라스틱 노출을 심혈관 질환 위험 인자로 고려해야 한다고 제안했다. 일상 생활에서 플라스틱이 범람하는 상황에서 노출을 제한하는 것은 쉽지 않다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 랜드리건은 뉴잉글랜드 의학 저널에 실린 연구 논평에서 "플라스틱의 저렴한 비용과 편리함이 기만적이며 실제로는 큰 해를 가리고 있다는 사실을 인식해야 한다"며 "우리는 환자들이 플라스틱, 특히 불필요한 일회용품 사용을 줄이도록 장려해야 한다"고 적었다. 그는 의료 전문가들과 의료기관들이 유엔 글로벌 플라스틱 협약을 지지하고 전 세계적으로 플라스틱 생산의 상한선 설정을 촉구하는 데 동참할 것을 요청했다. 그는 또한 플라스틱 증가의 주된 책임을 화석 연료 회사들에게 돌렸다. 랜드리건은 "화석 연료 사용이 감소하고 있는 추세를 화석 연료 회사들도 인식하고 있으며, 이들이 보유한 방대한 석유와 가스를 어떻게 활용할지 고민하고 있다. 그 해결책으로 플라스틱 생산으로 방향을 전환하고 있다"고 지적했다. 이 새로운 연구는 우리 몸이 플라스틱으로 오염된 환경에서 어떤 영향을 받고 있는지 더 깊이 이해하려는 시도의 일환이다. 랜드리건은 "이 연구 결과를 다른 심장 질환 연구팀들도 재현하려 시도할 것이며, 이 논문이 향후 더 많은 연구의 발판이 될 것이라고 기대한다"고 말했다. 한편, AMI 컨설팅의 새로운 보고서에 따르면 기계 플라스틱 재활용 생산량은 2022년 전 세계적으로 5400만톤을 넘어섰다. 2030년까지는 약 5500만톤에 이를 것으로 예상된다. 이 회사의 '기계식 플라스틱 재활용-글로벌 시장'보고서에 따르면 2022년에 3600만톤 이상의 재활용품이 생산됐다. 보고서는 전세계 범용 플라스틱 재활용률은 2030년까지 16.5%에 불과할 것으로 예상했다. 보고서에 따르면 지역적으로 유럽과 동북아시아가 플라스틱 재활용 분야의 선두를 달리는 반면 아프리카, 인도, 기타 지역에서는 플라스틱 사용이 증가하는 양상을 보였다.
- 생활경제
2024-03-07
[신소재 신기술(9)] 땅콩 껍질로 리튬 이온 배터리 생산 기술 개발

중국 과학자들이 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 생산하는 새로운 기술을 개발했다. 이 연구는 폐기물 활용과 리튬 이온 배터리 성능 개선이라는 두 가지 문제를 동시에 해결했다. 과학기술 전문 매체 더 쿨다운은 지난 5일(현지시간) 중국 과학기술대학교 연구팀이 땅콩 껍질에서 추출한 산화철을 이용하여 리튬 이온 배터리 음극을 제조하는 새로운 방법을 개발했다고 전했다. 연구 결과 땅콩 껍질 기반 음극은 높은 전기 용량과 우수한 사이클 안정성을 보였다. 게다가 떵콩 껍질 기반은 기존 흑연 기반 음극보다 저렴하고 친환경적이다. 이 연구 결과는 지난해 11월 14일 에너지 저장 기술과 시스템에 관한 연구를 다루는 국제 학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 게재됐다. 리튬 이온 배터리는 양극과 음극(각각 양전극과 음전극) 사이에서 리튬 이온을 이동시켜 작동한다. 현재 대부분의 리튬 이온 배터리 음극은 흑연, 규소, 또는 이 둘의 복합체와 같은 탄소 기반 물질로 제조된다. 그러나 리튬 이온 배터리 연구에 종사하는 과학자들은 이러한 기존 소재보다 더 우수한 물질을 개발할 수 있다고 기대해 왔다. 땅콩 껍질 기반 음극, 높은 전기 용량 지녀 또 다른 학술지 '응용 표면 과학 언드밴스(Applied Surface Science Advances)' 저널에 게재된 「리튬 이온 전지용 음극 재료: 리뷰」라는 제목의 연구 논문에서 연구팀은 "흑연 음극은 용량이 적고 안전상의 문제가 있다는 것이 잘 알려져 있다"고 지적했다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 "다음 세대 리튬 이온 전지용 새로운 음극 재료로서 많은 고성능 음극 재료들이 연구되고 있다"고 덧붙였다. 이같은 상황에서 최근 개발된 음극 재료 중 하나가 바로 땅콩 껍질을 활용한 것이다. 연구팀은 땅콩 껍질이 저렴하다는 점에서 재료로 매력적이라고 설명했다. 연구 논문에서 저자들은 "싸고 반복 성능을 개선하는 데 적합한 열분해 공정을 위한 탄소 원천으로 저렴한 원료를 찾기 위해 노력했다"고 밝혔다. 폐기되는 유기물질인 땅콩 껍질을 활용하여 리튬 이온 배터리를 제조하는 것은 두 가지 문제를 동시에 해결하는 훌륭한 방법이다. 이는 배터리의 효율, 안전성 및 비용을 개선하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 식품 폐기물 문제 해결에도 기여한다. 땅콩 껍질을 이용해 배터리를 만들면 쓰레기 매립지에 폐기되어 지구 온난화 가스를 배출하는 대신 유용한 자원으로 활용될 수 있다. 연구팀은 또한 대나무, 흰목이버섯의 일종인 트레멜라(tremella), 뽕잎, 목재, 녹차 등에서 추출한 탄소 함유 물질 등을 사용해 동일한 실험을 진행했다. 감귤 껍질로 리튬 배터리 재활용 비슷한 맥락에서 또 다른 연구팀은 최근 감귤류 껍질을 이용해 리튬 배터리를 재활용하는 방법을 개발했다. 싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University·NTU) 과학자들은 감귤 껍질을 활용해 리튬 배터리를 재활용하는 기술을 개발했다. 새로운 방법은 과일 껍질을 이용해 사용한 배터리에서 귀금속을 추출한 다음 새 배터리에 재사용할 수 있었다. 이는 리튬 배터리를 재활용하는 가장 환경 친화적인 방법일 수도 있다. 이 연구팀의 일원인 마다비 스리니바산(Madhavi Srinivasan) 교수는 "현재 산업적으로 전자 폐기물을 재활용하는 과정은 에너지 집약적이며, 유해한 오염 물질과 액체 폐기물을 배출하므로 전자 폐기물의 양이 증가함에 따라 친환경적인 재활용 방법이 시급히 필요하다. 우리 팀은 생분해성 물질로 재활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했다"며 "이러한 발견은 우리의 기존 작업을 기반으로 한다"고 설명했다. NTU 팀은 극한의 온도를 요구하지 않고 오렌지 껍질과 감귤류에서 발견되는 약한 유기산인 구연산만을 사용하여 산업 재활용 공정과 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
- 포커스온
2024-03-07
[신소재 신기술(8)]치즈 부산물로 폐전자제품에서 금 캐내기…획기적인 친환경 기술 개발

스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 연구팀은 치즈 제조공정 부산물로 폐전자제품에서 금을 추출하는 획기적인 친환경 기술을 개발했다. 지난 4일(현지시간) 과학 기술 전문매체 퓨처리즘에 따르면 스위스 연구팀은 식품 산업 부산물을 기반으로 하는 지속 가능한 방법으로 전자 쓰레기에서 귀금속을 추출하는 새로운 방법을 고안했다. 이 방법은 경제적으로도 매우 효과적이다. 연구팀은 단 1달러의 투자로 50달러 가치의 금을 생산할 수 있다고 추산했다. 특히 주목할 만한 점은 이 과정이 매우 친환경적이라는 것이다. 연구팀은 치즈 제조 과정에서 생성되는 단백질이 풍부한 부산물로 만들어진 단백질 섬유 스폰지가 폐전자제품에서 금을 추출하는 데 유용하게 사용될 수 있다는 사실을 발견했다. 공동 저자이자 ETH 취리히의 라파엘레 메진가(Raffaele Mezzenga) 교수는 성명에서 "제가 가장 좋아하는 사실은 식품 산업 부산물을 사용해서 전자 쓰레기에서 금을 얻었다는 것"이라면서 "이보다 더 지속 가능한 것은 없다"고 말했다. 연구팀은 저널 '어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표된 새로운 논문에서 20개의 오래된 컴퓨터 마더보드(motherboard, CPU와 주기억장치 및 주변 장치 접속을 위한 소켓을 탑재한 기판으로 메인보드라고도 함)에서 450mg(밀리그램)의 22캐럿(91.67%의 순금) 금 덩어리를 회수할 수 있었다고 밝혔다. 이를 위해 연구팀은 산성 조건과 고온에서 유청 단백질을 변성시켜 단백질 나노섬유 슬러리(slurry)를 만들었다. 그런 다음 이 젤을 건조시켜 스폰지를 제작했다. 20개의 마더보드의 금속 부품을 용해하고 용액에서 이온화한 후 스폰지를 용액에 넣어 금 이온을 끌어당겼다. 연구팀은 스펀지를 가열하여 수집된 이온을 조각낸 다음 작은 금덩어리로 녹여냈다. 이 450밀리그램 덩어리는 91% 금과 9% 구리로 구성됐다. 이 금은 현재 온스당 가격으로는 약 33달러에 해당한다. 연구팀에 따르면, 이 기술의 에너지 비용이 회수 가능한 금의 가치에 비해 매우 낮은, 50분의 1에 불과하다고 한다. 공정을 대규모로 확장할 경우 상당한 경제적 이익을 가져올 수 있다. 현재 연구진은 변형 가능한 스펀지를 제작하기 위해 다른 단백질이 풍부한 부산물도 탐색중이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전자 폐기물은 전 세계에서 가장 빠르게 증가하는 고형 폐기물 중 하나로, 매년 수백만 대의 전자 기기가 폐기되고 있다. 이러한 폐기물은 적절히 처리되지 않을 경우 환경은 물론 인간 건강에도 해로울 수 있다. ETH 취리히 대학 연구팀의 활용 사례처럼 전자 폐기물 재활용을 촉진하는 것은 환경 보호와 자원 회수 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
- 포커스온
2024-03-06
인간 꼬리 사라진 이유, DNA 돌연변이 밝혀졌다!

과학자들이 인간의 꼬리 손실과 일종의 선천적 결함 사이의 잠재적인 유전적 연관성을 발견했다. 지난 2월 28일 '네이처(Nature)' 저널에 발표된 새로운 연구에서 미국 뉴욕대 연구팀은 우리 조상들의 꼬리를 잃게 만든 독특한 DNA 돌연변이를 확인했다. 이 돌연변이는 꼬리 달린 동물의 꼬리 길이에 관여하는 것으로 알려진 TBXT 유전자에 위치한다. 새로운 연구 결과에 따르면 인간과 유인원의 조상은 약 2500만 년 전에 발생한 유전적 돌연변이로 인해 꼬리를 잃었을 가능성이 있다. 이 돌연변이는 TBXT 유전자 내에 발생했으며, 이 유전자는 꼬리 달린 동물의 꼬리 길이에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 과학전문 매체 라이브사이언스에 따르면 연구팀은 꼬리뼈 부상을 당한 후 꼬리의 기원에 관심을 갖게 된 연구 책임 저자인 보 샤(Bo Xia) 박사가 이끄는 연구팀이 TBXT 유전자를 조사했다. 연구팀은 꼬리 없는 원숭이와 꼬리 있는 유인원을 비교하여 유전자 차이를 분석했다. 또한 쥐에게 인간과 유사한 돌연변이를 유도하여 꼬리 상실 현상과의 연관성을 실험적으로 검증했다. 이번 발견은 뉴욕대학교 대학원생이었으며 현재 브로드 연구소의 수석 연구원으로 재직 중인 제1 연구 저자 보 샤가 꼬리뼈를 다친 후 이 구조의 기원에 관심을 갖게 되면서 시작됐다. 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone Health)의 응용 생물정보학 연구소의 과학 책임자이자 이 연구의 선임 저자 이타이 야나이는 "보 샤는 적어도 수천 명의 사람들이 이전에 보았을 법한 것을 보았다. 하지만 그는 다른 것을 보았기 때문에 정말 천재다"라고 말했다. 꼬리의 유전학 인간과 많은 영장류 사이의 가장 분명한 차이점 중 하나는 꼬리가 없다는 것이다. 꼬리가 사라진 것은 약 2500만년 전이다. 침팬지와 우리의 공통 조상을 비교하자면 약 600만년 전이다. 우리는 꼬리를 가진 이 조상의 진화적 흔적으로 미골(꼬리뼈)을 아직도 갖고 있다. 꼬리 손실은 우리 유인원 조상에게서 더 직립한 등의 진화와 동시에 발생했으며, 결과적으로 몸을 지탱하기 위해 네 다리 중 두 개만 사용하는 경향이 있었다. 이러한 진화적 변화가 왜 결합되어 있는지 추측할 수는 있지만, 꼬리 손실이 어떻게 진화했는지(왜가 아니라) 근본적인 유전적 변화가 무엇인지에 대한 문제는 다루지 않았다. 최근 연구에서는 흥미로운 유전 메커니즘을 확인했다. 많은 유전자가 결합하여 포유류의 꼬리 발달을 가능하게 한다. 연구팀은 꼬리가 없는 영장류의 꼬리 결정 유전자인 TBXT에 '점핑 유전자'(jumping gene, 게놈의 새로운 영역으로 이동할 수 있는 DNA 서열)가 하나 더 있다는 사실을 확인했다. 점핑 유전자와 '암흑 물질' 연구팀은 또한 동일한 영장류가 TBXT 유전자 내에 내장된 DNA에서 약간 떨어진 곳에 더 오래되었지만 유사한 점핑 유전자를 가지고 있음을 확인했다. 3일(현지시간) 과학, 기술, 의학 분야의 뉴스를 다루는 영어 웹사이트 Phys.org에 따르면 우리 DNA의 훨씬 더 많은 부분이 단백질을 지정하는 서열(유전자의 고전적 기능)보다 그러한 점핑 유전자의 잔해이므로 점핑 유전자를 얻는 것은 특별한 것이 아니다. 수백만 년에 걸쳐 DNA의 변화는 동물의 진화를 가능하게 한다. 일부 변화는 DNA의 뒤틀린 사다리에서 단 하나의 사다리만 포함하지만 다른 변화는 더 복잡하다. 라이브 사이언스에 따르면 소위 알루 요소(Alu elements)라고 하는 반복적인 DNA 서열은 DNA의 분자 사촌인 RNA 비트를 생성하여 다시 DNA로 변환한 다음 게놈에 무작위로 삽입할 수 있다. 이러한 '전치 가능한 요소' 또는 점핑 유전자는 삽입 시 유전자의 기능을 방해하거나 강화할 수 있다. 이러한 특정 유형의 점핑 유전자는 영장류에만 존재하며 수백만 년 동안 유전적 다양성을 주도해 왔다. 연구팀은 유인원에는 존재하지만 원숭이에는 없는 두 개의 알루 요소를 TBXT 유전자에서 발견했다. 이 요소는 단백질을 코딩하는 유전자 부분인 엑손(exon)이 아니라 인트론(intron)에 있다. 인트론은 엑손 옆에 있는 DNA 서열로, 과거에는 아무런 기능이 없는 것으로 여겨져 게놈의 '암흑 물질'로 불려왔다. 인트론은 RNA 분자가 단백질로 전환되기 전에 서열에서 제거되거나 '스플라이스(spliced)'된다. 그러나 이 경우 세포가 TBXT 유전자를 사용하여 RNA를 생성할 때, Alu 서열의 반복적인 특성으로 인해 서로 결합하게 된다. 이 복잡한 구조는 여전히 더 큰 RNA 분자에서 잘려나가지만 전체 엑손을 가져가므로 결과 단백질의 최종 코드와 구조가 변경된다. NYU 랭곤 헬스 시스템 유전학 연구소의 소장이자 이 연구의 선임 저자인 제프 보케(Jef Boeke)는 "우리는 꼬리 길이나 형태와 관련된 다른 유전자에 대한 다른 많은 분석을 수행했다. 물론 차이점은 있지만, 이것은 마치 번개와도 같았다"라고 말했다. 보케는 라이브사이언스에 "그리고 그것은 모든 유인원에서 100% 보존되고 모든 원숭이에서 100% 없는 비코딩 DNA[인트론]였다"고 말했다. 연구팀은 인간 세포에서 동일한 알루 서열이 TBXT 유전자에 나타나고 동일한 엑손이 제거되는 것을 확인했다. 또한 관련 RNA 분자를 다양한 방식으로 절단하여 동일한 유전자에서 여러 단백질을 생성 할 수 있음을 발견했다. 연구팀은 이에 비해 생쥐는 한 가지 버전의 단백질만 만들기 때문에 두 가지 버전이 모두 있으면 꼬리가 형성되는 것을 방지하는 것으로 보인다고 지적했다. 동일한 유전자에서 서로 다른 단백질을 만드는 이러한 방식을 '대체 스플라이싱(alternative splicing)'이라고 하며, 이는 인간의 생리가 매우 복잡한 이유 중 하나다. 그러나 알루 요소가 대체 스플라이싱을 유발하는 것으로 밝혀진 것은 이번이 처음이다. 연구에 참여하지 않은 로스앤젤레스 캘리포니아 대학교의 생태 및 진화 생물학, 인간 유전학 교수인 커크 로뮐러(Kirk Lohmueller)는 "이와 같은 돌연변이는 종종 진화에서 제한적인 결과를 초래하는 것으로 여겨져 왔다. 이번 연구에서 저자들은 이러한 돌연변이가 우리 종에 지대한 영향을 미쳤다는 것을 보여준다"라고 말했다. 이족 보행과 선천적 결함 연구팀은 동일한 점핑 유전자를 쥐에 삽입하는 실험을 통해 쥐가 꼬리를 잃는다는 사실을 발견했다. 특히 진화 생물학자들은 꼬리가 없어진 덕분에 인간이 이족보행을 할 수 있었다는 가설을 세우고 있다. 야나이는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리는 어떻게 이런 일이 일어났는지에 대한 그럴듯한 시나리오를 구성한 유일한 논문이다"라고 말했다. 그는 "우리는 이제 두 발로 걷고 있다. 그리고 우리는 큰 두뇌와 기술을 진화시켰다"라고 말했다. 야나이는 "이 모든 것은 유전자의 인트론으로 뛰어든 이기적인 요소에서 비롯된 것이다. 정말 놀랍다"라고 덧붙였다. 하지만 연구팀은 또 다른 이상한 점을 발견했다. 이 부분을 제외한 TBXT 유전자의 형태만 가진 쥐를 만들면 인간의 척추 이분증(척추와 척수가 자궁에서 제대로 발달하지 못해 척추에 틈이 생기는 질환)과 매우 유사한 질환이 발생할 수 있다. 이전에는 인간 TBXT의 돌연변이가 이 질환과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 다른 생쥐는 척추와 척수에 또다른 결함이 있었다. 특히 연구진은 꼬리를 잃은 생쥐에서 척수와 뇌를 생성하는 배아 구조인 신경관에 영향을 미치는 선천성 결함인 척추 이분증 유병률이 더 높다는 사실을 발견했다. 미국 질병통제예방센터에 따르면 이 질환은 출생아 1000명 중 약 1명에 영향을 미친다. 연구진은 꼬리가 없는 것이 큰 이점이므로 척추 이분증의 발병률이 증가하더라도 그만한 가치가 있다고 제안했다. 이는 많은 유전 및 발달 질환의 경우와 마찬가지로, 균형상 우리에게 도움이 되는 일부 돌연변이의 부산물일 수 있다. 예를 들어, 최근 연구에 따르면 폐렴과 싸우는 데 도움이 되는 유전적 변이가 크론병에 걸리기 쉽다는 사실이 밝혀졌다. 보케는 "TBXT 결핍은 일종의 의도하지 않은 결과일 수 있지만, 신경관에 구멍이 남는다는 의미에서 완전한 신경 폐쇄를 얻지 못할 가능성이 더 높다"라고 말했다. 이타이 야나이는 "아무도 우리의 호기심에 따라 같은 돌연변이를 넣어 쥐의 꼬리를 잃게 만들 것이라고는 생각하지 못했는데... 그 쥐에게도 신경관 결함이 있는 것을 확인했다"라고 덧붙였다. 이러한 유형의 대체 스플라이싱의 발견은 향후 게놈 분석 분야 전체에 영향을 미칠 것으로 보인다. 보케는 이러한 영향력 있는 알루 요소에 대해 "앞으로 더 많이 발견될 것이라고 생각한다"고 말했다. 그는 아마도 우리 형질의 진화적 변화의 근본 원인이 되는 대체 스플라이스 단백질이 존재할 것이라고 덧붙였다.
- 생활경제
2024-03-04
NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성

과학자들은 미 우주항공국(NASA·나사)의 이중 소행성 방향 전환 시험(DART)의 목표 소행성이 충돌로 인해 모양이 바뀌었을 수 있다는 사실을 발견했다. 과학 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 27일(현지시간) 소행성 디모포스(Dimorphos)와 충돌한 NASA의 DART 임무 결과, 충돌의 여파에 대한 새로운 조사에 따르면 이원 소행성계의 작은 구성 요소인 이 소행성은 느슨한 '잔해 더미' 구성을 보이는 것으로 나타났다고 전했다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 디모포스는 지구 근처 소행성 디디모스(Didymus)를 공전하는 작고 불규칙한 모양의 위성이다. NASA에 따르면 DART는 운동 충돌을 통해 우주에서 소행성의 움직임을 변화시켜 소행성 편향의 한 가지 방법을 조사하고 입증하는 최초의 임무였다. DART는 2023년 9월 26일 더 큰 우주 암석인 디디모스 궤도를 도는 소행성 디모포스와 충돌했다. 이 우주 공격의 목적은 운동 충돌이 소행성의 궤도를 더 큰 물체 주위로 바꿀 수 있는지 확인하고, 언젠가 지구와의 충돌 경로에 소행성이 떨어질 경우 이 방법을 사용하여 우주 암석을 회피할 수 있는지 검증하는 것이었다. 충돌 6개월 후, NASA는 디모포스가 더 큰 소행성 궤도를 도는 데 걸리는 시간이 33분 단축되는 등 임무가 성공적이었다고 확인했다. 충돌 후 디모포스가 디디모스 주위를 도는 데 걸리는 시간은 약 11시간 23분이 걸fuT다. 그리고 이제 새로운 연구에 따르면 이 충돌이 디모르포스의 모양에도 큰 영향을 미쳤을 수 있다. 스위스의 베른 대학교 과학자 사비나 라두칸이 이끄는 연구팀은 최첨단 컴퓨터 모델링을 사용하여 디모포스가 느슨한 잔해 더미 소행성이라는 것을 처음으로 확인했다. 이는 또한 이 소행성이 더 큰 소행성인 디디모스에서 분출된 물질로 형성되었을 수 있다는 것을 의미한다. 충돌 관측과 가장 근접하게 일치하는 시뮬레이션 결과, 디모포스는 응집력이 약하고 표면에 큰 바위가 없는 것으로 나타났다. 이 내용은 ‘네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)’ 저널에 게재됐다. 논문에는 이 소행성의 구성과 다가오는 우주 암석으로부터 지구를 방어할 수 있는지 여부에 대한 세부 정보가 포함되어 있다. 라두칸 박사는 "DART가 디모포스에 도착하기 전에는 무엇을 기대해야 할지 몰랐다. 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 디모포스는 제대로 관측되지 않았다. 따라서 우리는 본질적으로 디모포스 크기의 큰 바위와 같은 모 놀리 식 물체부터 응집력이 없는 잔해 더미 또는 그 사이의 모든 것을 만날 수 있었다"며 "따라서 충격 결과는 대부분의 사람들에게 놀라움으로 다가왔지만 예상된 시나리오 중 하나였다"고 말했다. 그는 "디모포스는 소행성 류구, 베누와는 구성이 매우 다르지만 충돌에 대한 반응은 매우 비슷해 보여 놀랐다"고 밝혔다. 이어 "이 모든 소행성에서 분화구는 저중력, 저응집성 체제에서 발생하며, 분화구는 발사체보다 몇 배 더 커진다고 설명했다. 또한 연구팀의 계산에 따르면, DART 충돌은 단순히 충돌 분화구를 만든 것이 아니라 디모포스를 완전히 재구성한 것으로 보인다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, DART 충돌로 인해 디모포스 질량의 0.5%에서 1%가 분출된 반면, 질량의 8%는 재분배되어 소행성이 크게 재형성되고 표면이 다시 형성된 것으로 나타났다. 라두칸은 이러한 연구 결과는 작은 소행성의 구조적 무결성과 충돌에 대한 반응이 내부 구성과 구성 물질의 분포에 크게 영향을 받는다는 것을 시사한다고 덧붙였다. 연구팀의 연구 결과는 과학자들이 디모포스와 디디모스 소행성계를 더 잘 이해하고 태양계 내 다른 쌍성 소행성의 역학을 해부하는 데 도움이 될 수 있다. 라두칸은 "이번 연구에서 밝혀진 디모포스의 물질적 특성과 구조는 작은 달이 디디모스에서 회전 질량을 흘려보내고 재축적하여 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견은 우리 태양계에서 유사한 이원계의 유병률과 특성에 대한 단서를 제공하여 형성 역사와 진화에 대한 더 넓은 이해에 기여한다"고 덧붙였다. 소행성 임무는 극도로 어려운 작업이다. 행성이나 달에 비해 상대적으로 작은 크기는 우주선 착륙과 샘플 채취에 필요한 충분한 중력이 없는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 NASA는 최근 소행성 임무에 적극적으로 나서고 있다. 일본 우주국(JAXA)의 하야부사-2(Hayabusa-2) 임무는 2018년 소행성 류구(Ryugu)에 도달했고, 같은 해 NASA의 오시리스-렉스(Osiris-Rex) 임무는 소행성 베누(Bennu)와 만났다. 하야부사 임무는 표면에 접근하여 작은 발사체를 발사해 표면 잔해를 수집했다. 그러나 DART 임무는 기존 임무와는 차별화된다. 소행성 물질 샘플을 지구로 가져오는 것이 아니라, 고속으로 우주 암석에 충돌하여 파괴하는 것이 목표였다. 소행성과의 고속 충돌은 놀라운 수준의 정밀도를 요구한다. DART의 목표였던 디모포스는 실제로 두 개의 소행성이 서로를 도는 이중 소행성 시스템의 일부였다. 이 시스템은 '쌍성(binary)'이라고 불리며, 더 큰 디디무스와 달 역할을 하는 디모포스로 구성된다. 디디무스는 지름 약 780m(2560피트)의 아폴로 소행성으로 분류되는 근지구천체다. 이는 서울 롯데월드타워 높이의 약 2.5배 정도에 해당한다. 2022년 9월 26일, NASA의 DART 임무는 디디무스에 충돌하여 궤도를 변경하려는 시도를 성공적으로 수행했다. 디모포스에 대한 시뮬레이션은 DART의 충돌로 인해 소행성에서 매우 큰 분화구를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 실제로는 소행성의 모양이 변경되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여준다. 이 시뮬레이션은 약 50억kg의 소행성과 질량 580kg의 충돌이었다. 쉽게 말하면, 개미가 버스 두 대를 치는 것과 같다. 게다가 우주선은 초당 약 6km를 이동하고 있다. 소행성 디모포스의 관찰을 바탕으로 한 시뮬레이션 결과, 소행성은 이제 디디무스 주위를 이전보다 33분 느리게 공전하는 것으로 나타났다. 궤도는 11시간 55분에서 11시간 22분으로 늘어났다. 디모포스 핵의 운동량 변화도 직접적인 충격에서 예상되는 것보다 더 높아 처음에는 불가능해 보일 수 있다. 그러나 소행성은 중력에 의해 서로 결합된 느슨한 잔해로 구성되어 매우 약하게 구성되어 있다. 그 충격으로 인해 디모포스에서 많은 물질이 날아갔다. 이 물질은 이제 충격의 반대 방향으로 이동하고 있다. 이것은 반동처럼 작용해 소행성의 속도를 늦춘다. 과학자들은 디모포스에서 떨어져 나온 반사율이 높은 모든 물질을 관찰함으로써 소행성에서 손실된 물질의 양을 추정할 수 있다. 그 결과는 약 2000만kg으로, 이는 연료를 가득 채운 아폴로 시대의 새턴 V 로켓 6개에 해당한다. 모든 매개변수(질량, 속도, 각도 및 손실된 재료의 양)를 함께 결합하고 영향을 시뮬레이션함으로써 연구원들은 답에 대해 상당히 확신을 가질 수 있었다. 디모포스에서 나오는 물질의 입자 크기뿐만 아니라 소행성의 응집력이 제한되어 있고 표면이 작은 충격에 의해 지속적으로 변경되거나 모양이 변경되어야 한다는 점에 대해서도 확신을 갖고 있다. 최근 지구에 발생한 중요한 영향으로는 2013년 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk) 상공에서 떨어진 유성우가 있다. 더 먼 기록으로는 1908년 시베리아 외딴 지역 상공의 악명 높은 퉁구스카(Tunguska) 충돌이 있다. 이는 6600만년 전 지구를 강타했을 때 공룡을 멸종시킨 10km 물체와 같이 대량 멸종을 일으킬 수 있는 종류의 사건은 아니지만, 첼랴빈스크와 퉁구스카는 가능성이 매우 높은 충돌이었다. 러시아 영토에 떨어진 거대한 운석 충돌인 첼랴빈스크와 퉁구스카 두 사건 모두 엄청난 규모의 에너지를 방출하며 광범위한 피해를 입혔다. 한편, DART 임무의 비용은 3억2400만 달러(약 4325억원)로 우주 임무로서는 낮은 수준이다. 개발 단계가 완료되면 지구 쪽으로 향하는 소행성의 방향을 바꾸는 유사한 임무를 더 저렴하게 발사할 수 있다. 가장 큰 변수는 경고 시간이다. DART가 디모포스에 충돌했을 때 관찰된 30분 궤도 변화는 소행성이 지구에 매우 가까울 경우 큰 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, 태양계 외부와 같은 먼 곳에서 물체 경로를 예측하고 작은 변화를 줄 수 있다면 소행성의 경로를 지구로부터 충분히 멀어지게 할 수 있다. 미래에는 소행성 임무가 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. 이는 과학적 관심뿐만 아니라 소행성에서 물질을 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 민간 기업의 채굴 관심도를 높일 수 있기 때문이다.
- 산업
2024-02-29

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