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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31
간헐적 단식, 심혈관 사망 위험 91%↑

8시간 간헐적 단식이 심혈관 사망 위험을 91%나 높일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 미국 심장협회가 18일(현지시간) 시카고에서 열린 '라이프스타일 및 심장대사 질환 과학 세션(EPI|Lifestyle Scientific Sessions) 2024'에서 처음 발표한 자료에 따르면 하루 8시간 미만으로 음식 섭취를 제한하는 사람들은 하루 12~16시간 동안 음식을 섭취하는 사람들에 비해 치명적인 심혈관 질환에 걸릴 위험이 91% 더 높은 것으로 나타났다. 중국 상하이교통대학교 의과대학 연구진이 수행한 이번 분석은 미국 전역의 성인 2만 명을 대상으로 한 미국 질병통제예방센터(CDC)의 데이터를 기반으로 했다. 이번 연구는 2003년부터 2019년까지 평균 8년, 최장 17년 동안 추적 관찰했다. 이 연구는 아직 동료 검토를 거쳤거나 학술지에 게재되지 않았다. 그러나 간헐적 단식이 심혈관 질환으로 인한 사망 위험에 미치는 장기적인 영향을 구체적으로 조사한 연구는 거의 없다. 연구 참가자들은 2003년부터 2018년까지 미국 국립 건강 및 영양 조사(NHANES)에 등록 당시 20세 이상이었으며, 등록 첫 해에 24시간 식이 회상 설문지를 두 번 완료한 참가자들의 데이터가 연구에 활용됐다. 참가자들의 성별 분포는 남성과 여성이 거의 동일한 비율(약 50%)을 차지했다. 인종별 구성은 비히스패닉 백인 성인(73.3%)이 가장 많았으며, 그 다음으로 히스패닉 성인(11%), 비히스패닉 흑인 성인(8%), 혼혈 성인 및 기타 비히스패닉 인종(6.9%) 순이었다. 연구진은 심장 질환 또는 암을 가진 사람들에게도 간헐적 단식의 위험은 더욱 두드러졌다고 지적했다. 분석에 따르면 기존 심혈관 질환이 있고 하루 8~10시간 미만으로 식사하는 사람들도 심장 질환이나 뇌졸중으로 인한 사망 위험이 66% 더 높았다. 아울러 시간제한 식사(간헐적 단식)는 전체 사망율 위험을 감소시키지 못했다. 암 환자의 경우 하루 16시간 이상 식사를 하는 것은 암으로 인한 사망 위험 감소와 관련이 있었다. 지난 10년 동안, 6~8시간 동안만 식사를 하고 나머지 16~18시간 동안 금식하는 간헐적 단식은 다이어트로 매우 인기가 높았다. 이 다이어트가 체중 감량, 암과 같은 질병의 위험 감소, 혈압 강하, 에너지 증진에 도움이 된다는 연구 결과가 발표되기도 했다. 연구의 수석 저자 빅터 웬즈 종 박사는 성명서에서 "하루 식사 시간을 8시간과 같이 단기간으로 제한하는 것은 최근 몇 년 동안 체중 감량과 심장 건강 개선을 위한 방법으로 인기를 얻고 있다"면서도 "그러나 모든 원인이나 심혈관 질환으로 인한 사망 위험을 포함해 시간 제한 식사의 장기적인 건강 영향은 알려져 있지 않다"고 말했다. 이어 종 박사는 "연구자들이 간헐적 단식 식단을 따르는 사람들이 심혈관 질환으로 인한 사망 위험이 더 높다는 사실에 놀랐다"고 전했다. 그는 "이러한 유형의 식단은 잠재적인 단기적 이점으로 인해 인기가 있었지만, 우리 연구는 하루 12~16시간의 일반적인 식사 시간 범위와 비교했을 때 식사 시간이 짧아도 더 오래 사는 것과 관련이 없다는 것을 분명히 보여준다"라고 지적했다. 그러면서 종 박사는 "이번 연구 결과를 통해 개인이 식단 선택에 있어 더욱 주의를 기울여야 하며, 이러한 선택은 개인의 건강 상태에 맞춰 '조정'되어야 한다"고 강조했다. 단, 이 연구는 관찰 연구이며 인과관계를 입증하지는 못한다. 또한 자가 보고 식사 정보에 의존한다는 한계가 있다. 참가자의 자가 보고 식단 정보에 의존하기 때문에 기억력이나 회상력에 따른 편향 가능성이 존재한다. 이는 일반적인 식습관을 정확하게 평가하지 못할 수 있다는 점을 의미한다. 또한, 일일 식사 시간과 사망 원인 외에 건강에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인들이 분석에 포함되지 않았다는 한계점이 있다. 연구진은 "8시간 제한 시간제 식사를 하는 사람들이 심혈관 질환으로 사망할 위험이 더 높다는 사실을 발견했다. 이러한 식단은 단기적인 이점이 있을 수 있지만, 우리 연구는 하루 12~16시간의 일반적인 식사 시간 범위와 비교해 짧은 식사 기간은 더 오래 사는 것과 관련이 없음을 명확하게 보여준다"고 말했다. 연구팀은 향후 연구에서는 시간 제한 식사 일정과 심혈관계 부작용 사이의 연관성을 뒷받침하는 생물학적 메커니즘과 이러한 결과가 다른 지역에 거주하는 사람들에게도 유사한지 여부를 조사할 계획이라고 밝혔다.
- 생활경제
2024-03-19
단식, 염증 예방 효과 입증

단식은 염증 감소에 도움이 될 수 있다는 연구결과가 발표됐다. 케임브리지의 과학자들은 단식이 많은 만성 질환의 근본 원인인 염증을 감소시키는 데 유용한 새로운 방법을 제시할 수 있다는 것을 발견했다. 이는 신체 면역 체계의 잠재적으로 해로운 부작용을 줄일 수 있는 가능성을 나타낸다. 미국 건강 의학 매체 메디컬익스프레스(MedicalXpress)는 단식이 아라키돈산이라고 알려진 혈액 내의 화학 물질 수치를 증가시키는 방식으로 염증을 억제한다는 연구 논문을 소개했다. 이 연구는 'NLRP3 인플라마솜의 아라키돈산 억제가 단식의 항염 효과를 설명하는 메커니즘'이라는 제목으로 국제 저명 학술지 '셀 리포트(Cell Reports)'에 실렸다. 연구원들은 아스피린과 같은 약물의 유익한 효과 일부를 설명하는 데 이 연구가 도움이 될 수도 있다고 지적했다. 과학자들은 오랫동안 고칼로리 서구식 식단이 비만, 제2형 당뇨병, 심장병 등 만성 염증과 관련된 질병의 위험을 증가시킬 수 있다는 사실을 인식해 왔다. 이러한 식단은 우리의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 염증은 우리 몸이 부상이나 감염에 대응하는 자연스러운 방식이다. 그러나 이 반응은 인플라마솜(염증 조절 복합체)을 포함한 여러 메커니즘을 통해 촉발될 수 있으며, 이는 세포 내에서 경보 역할을 하여 신체가 손상을 감지하고 염증을 유발하여 보호하도록 한다. 그러나 인플라마솜은 의도치 않게 염증을 유발할 수 있으며, 그 중 하나의 기능은 원하지 않는 세포를 제거하고 세포 내용물을 방출하여 염증을 유발하는 것이다. 케임브리지 대학교 의과대학의 클레어 브라이언트(Clare Bryant) 교수는 많은 인간 질병에서 만성 염증의 원인과 특히 인플라마솜의 역할에 대한 깊은 관심을 표했다. 브라이언트 교수는 "최근 몇 년 동안 드러난 바에 따르면, NLRP3 인플라마솜은 비만, 죽상동맥경화증, 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 다양한 주요 질병뿐만 아니라 서구 세계에서 노년층에게 흔한 여러 질병에서 매우 중요한 역할을 한다는 것이다"라고 말했다. 단식이 염증 감소에 도움을 줄 수 있다는 것은 알려져 있지만, 그 이유는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 이러한 질문에 답하기 위해, 브라이언트 교수의 연구팀은 케임브리지 대학교와 미국 국립 보건원과 함께 24시간 동안 단식한 후 500kcal의 식사를 한 사람과 단식하지 않고 500kcal의 식사를 한 21명의 참가자들의 혈액 샘플을 분석하는 연구를 진행했다. 연구팀은 칼로리 섭취를 제한할 때 아라키돈산(일종의 다불포화지방산)이라는 지질 수치가 상승한다는 것을 발견했다. 지질은 에너지 저장, 세포 간 정보 전달 등 우리 몸에서 중요한 기능을 수행하는 분자다. 참가자들이 식사를 재개하자 아라키돈산 수치가 감소하는 현상도 관찰했다. 이 연구진은 아라키돈산이 면역 세포의 NLRP3 인플라마좀 활동을 억제한다는 사실을 실험실에서의 연구를 통해 발견했다. 이러한 발견은 연구팀에게 큰 놀라움을 주었는데, 이전에는 아라키돈산이 염증을 감소시키는 것이 아니라 증가시킨다고 추정했기 때문이다. 하지만 단식은 모든 사람에게 적합한 것은 아니다. 특히 당뇨병 환자나 저혈당증 환자는 단식을 하지 않도록 주의해야 한다. 그러므로 단식을 시작 하기 전 의사와 상담하는 것이 중요하다. 한편, 간헐적 단식은 건강 유지에 도움을 줄 수 있다. 우리 몸은 주로 포도당을 주요 에너지 원으로 활용하지만, 음식 섭취가 없는 긴 시간 동안에는 지방 조직에 저장된 지방산을 에너지로 사용하기 시작한다. 이는 간헐적 단식이 몸을 지방 사용에 더 효율적인 상태로 전환시키는 주요 효과 중 하나다. 이 방법은 또한 인슐린 저항성 개선에도 효과적이다. 단식을 함으로써 인슐린 분비가 쉬어 혈당 조절에 필요한 인슐린의 양이 감소하므로, 공복 상태에서도 혈당 조절이 필요 없게 되고, 이는 인슐린 민감도를 향상시켜 인슐린 저항성을 개선할 수 있다고 알려져 있다. 단식 시 주의해야 할 사항도 있다. 의료 전문가들은 단식이 근육 손상을 초래할 수 있기 때문에, 충분한 단백질 섭취와 함께 근력 운동을 병행할 것을 권장하고 있다.
- 생활경제
2024-02-08
간헐적 단식, 제2형 당뇨병 완화 가능⋯운동과 비슷한 효과

간헐적 단식과 빠른 걸음걸이가 제2형 당뇨병의 증상 완화에 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 이러한 식이요법은 운동과 유사한 효과를 나타내며, 인슐린 민감도를 증진시켜 제2형 당뇨병 완화에 기여할 수 있다는 것이 주요 내용이다. 영국의 익스프레스는 마이크 한센(Mike Hansen) 박사가 제2형 당뇨병을 역전시킬 수 있는 가능성을 제시하는 식단으로 간헐적 단식을 추천했다고 보도했다. 건강에 해로운 식습관이 높은 인슐린 수치와 인슐린 저항성을 초래하는 주요 원인이며, 이는 제2형 당뇨병 발병으로 이어질 수 있는 문제임이 알려져 있다. 운동은 인슐린 민감도를 개선하여 당뇨병 관리에 필수적인 역할을 한다는 사실이 다수의 연구를 통해 확인됐다. 한센 박사는 간헐적 단식이 인슐린 민감성 향상에 있어 운동과 유사한 효과를 제공할 수 있다고 설명했다. 이 식습관에는 여러 방식이 존재하지만, 기본적으로는 매일이나 매주 정해진 기간 동안 음식 섭취를 자제하는 것이 핵심이다. 이 식이요법은 여러 접근 방식을 포함하고 있으며, 주된 원칙은 매일 또는 매주 정해진 시간 동안 음식 섭취를 하지 않는 것이다. 간헐적 단식의 인기 있는 방법 중 하나는 일주일 동안 5일은 평소대로 식사하고 2일은 단식하는 5:2 방식이다. 또 다른 방법으로는 매일 8시간 동안만 식사하고 나머지 시간은 단식하는 시간 제한 식사가 있다. 한센 박사는 자신의 유튜브 채널에서 간헐적 단식이 운동과 유사한 건강상의 이점을 제공한다고 말했다. 그는 "간헐적 단식과 운동은 모두 세포가 스스로를 복구하는 자가포식 과정을 촉진하며, 미토콘드리아의 보충을 유도하는 미토파지를 자극한다"고 설명했다. 더 나아가, "운동과 간헐적 단식을 병행할 경우, 세포는 미토콘드리아의 수와 크기를 증가시키는데, 이 둘은 각각의 이점을 제공할 뿐만 아니라 함께 시너지 효과를 낳는다"고 덧붙였다. 최근 임상 내분비학 및 대사 저널(The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism)에 게재된 연구에 따르면, 간헐적 단식이 제2형 당뇨병을 '완전히 뒤집을' 수 있는 가능성을 보여줬다. 이 연구에서는 38세에서 72세 사이의 제2형 당뇨병 환자 72명을 대상으로 하여, 참가자들을 두 그룹으로 분류했다. 하나의 그룹은 일반적인 관리를 받는 통제 그룹으로 설정되었고, 다른 하나는 간헐적 단식을 실시하는 실험 그룹이었다. 연구진은 이번 연구를 통해 간헐적 단식이 모든 당뇨병 약물의 사용을 중단한 상태에서도 당뇨병을 역전시킬 수 있는지를 검증하고자 했다. 이를 위해 당뇨병 완화가 이루어진 후 12개월 동안의 지속 가능성을 평가하기 위한 후속 조사도 진행됐다. 연구 결과, 간헐적 단식 그룹에서는 36명 중 17명이 당뇨병 완화를 경험한 반면, 대조군에서는 오직 1명만이 당뇨병 완화를 보고함으로써, 간헐적 단식이 제2형 당뇨병 관리에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사했다. 한센 박사에 따르면, 연구 참가자 중 항당뇨병 약물이나 인슐린을 복용하고 있던 거의 90%가 긴헐적 식단을 시행한 후 당뇨병 약물의 필요성이 줄어들었다고 말했다. 이 의료 전문가는 간헐적 단식이 인슐린 반응성을 개선하여 세포를 더 민감하게 만들고, 이를 통해 당뇨병 위험을 감소시키며, 일부 경우에는 제2형 당뇨병을 역전시케는 데 매우 효과적이라고 설명했다. 한센 박사는 "운동을 하지 못하거나 할 수 없는 사람들에게도 간헐적 단식은 포도당과 인슐린 수치를 정상 범위 내로 유지하고 이를 정상화하는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 그는 건강한 식단과 규칙적인 운동이 인슐린 민감성을 향상시키고 인슐린 수치를 감소시키는 것이 잘 알려져 있다며 “이제 우리는 간헐적 단식이 동일한 효과를 발휘할 수 있고 심지어 제2형 당뇨병을 역전시킬 수 있다는 증거를 얻었다”고 설명했다. 간헐적 단식뿐만 아니라 빠른 걸음걸이가 제2형 당뇨병 발병 위험을 감소시킨다는 연구 결과도 나왔다. 영국 스포츠 의학 저널(British Journal of Sports Medicine)에 실린 최신 연구에 따르면, 걷기 속도가 빨라질수록 제2형 당뇨병 발병 위험이 줄어드는 것으로 밝혀졌다. 이 연구에서 분석한 결과, '보통 속도로 걷기'를 하는 사람들이 '느리게 걷기'를 하는 사람들에 비해 제2형 당뇨병 발병 위험이 15% 낮았으며, '빠르게 걷기'는 24%, '매우 빠르게 걷기'는 최대 39%까지 발병 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 걷기 속도가 1km/h 증가할 때마다 당뇨병 위험이 9% 감소하는 것으로 분석됐다. 이는 걷기 속도가 빨라질수록 운동 강도가 증가해 당뇨병 위험 감소에 더욱 효과적일 수 있음을 시사한다.
- 생활경제
2024-02-02