화성이나 달에 오래 머무는 것은 우주인의 근육 건강에 이롭지 않다는 연구 결과가 나왔다. 

우주비행이 근육 위축(근육 감소)을 유발한다는 사실은 널리 알려져 있지만, 어느 정도의 중력이 확보돼야 근육 건강을 유지할 수 있는지에 대한 정량적 기준은 그동안 불분명했다. 국제우주정거장(ISS)에서 수행된 최신 동물 실험이 이 물음에 처음으로 구체적인 답을 제시하며 과학계의 주목을 받고 있다.

일본 연구팀을 포함한 국제 공동 연구진은 2026년 국제 학술지 《사이언스 어드밴시스(Science Advances)》에 발표한 논문에서, 생쥐를 다양한 중력 환경에 노출시킨 결과 지구 중력의 67%(0.67g) 이상이 확보돼야 근육 기능과 근섬유 구성이 유의미하게 보전된다는 사실을 밝혔다. 연구 책임자는 쓰지 료스케(Ryosuke Tsuji) 박사이며, 논문 제목은 '우주비행 중 0.33g는 근육 위축을 완화하고 0.67g는 근육 기능과 근섬유 유형 구성을 보존한다'이다.

ISS 원심분리 장치로 중력 재현

어스닷컴과 웹사이트 Phys.org 등 다수 외신에 따르면 연구진은 2023년 수컷 생쥐 24마리를 ISS에 보내 27~28일간 서로 다른 중력 환경에 노출시켰다. 이를 위해 '다중 인공중력 연구 시스템(MARS·Multiple Artificial-gravity Research System)'이라는 원심분리 장치가 장착된 특수 서식 환경을 활용했다. 실험군은 ▲미세중력(μG, 사실상 무중력) ▲지구 중력의 33%(0.33g) ▲지구 중력의 67%(0.67g) ▲ISS 내 지구 수준 모사 중력(1g) 등 네 그룹으로 나뉘었고, 지구 지상 대조군(GC)과 비교·분석됐다.

생쥐가 지구로 귀환한 직후 수 시간 내에 연구진은 근육량, 악력(grip strength), 근육 조직 검사(histology), 유전자 발현, 혈장 대사체 분석(plasma metabolomics) 등을 종합적으로 측정했다.

0.67g가 '마법의 숫자'

연구에서 가장 주목할 결과는 앞발 악력 측정에서 나왔다. 논문은 "체중 대비 표준화된 앞발 악력은 μG군과 0.33g군에서 비행 전과 비교해 유의미하게 감소했으나, 0.67g, 1g, 지상 대조군에서는 유의미한 변화가 관찰되지 않았다"고 밝혔다. 즉, 0.67g 이상의 중력 환경에서는 우주비행 중에도 앞발 근력이 유지됐다는 뜻이다.

중력 변화에 특히 민감한 것으로 알려진 종아리 근육(soleus muscle) 분석에서도 유사한 패턴이 나타났다. μG군과 0.33g군의 솔레우스근은 1g군 및 지상 대조군보다 유의미하게 위축됐지만, 0.67g군은 1g군 및 지상 대조군과 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다. 연구진은 이를 근거로 "0.67g면 근육 퇴화를 막기에 충분한 중력"이라고 결론지었다.

다만 0.33g 환경도 완전한 무중력에 비해서는 부분적 보호 효과가 있는 것으로 나타났다. 근섬유 단면적(CSA) 분석에서 μG군은 1g군·지상 대조군 대비 유의미하게 감소했지만, 0.33g군과 0.67g군은 소폭 감소에 그쳤다. 연구진은 "0.33g는 적어도 부분적으로 근육 위축을 완화하는 데 충분하다"고 평가했다.

혈액으로 근육 손실 예측…11개 바이오마커 발굴

이번 연구의 또 다른 성과는 중력 의존적 근육 변화를 예측할 수 있는 혈장 대사물질(바이오마커) 11종을 발굴한 것이다. 연구진은 혈장 대사체 프로파일링(plasma metabolomic profiling)을 통해 중력 수준에 따라 유의미하게 변동하는 대사물질 11종을 확인했다.

구체적으로 크레아틴, 젖산(lactate), 글리세롤(glycerol), 글루탐산(glutamate) 수치는 저중력 환경에서 증가한 반면, 글리신(glycine)과 베타인(betaine) 등 아미노산 관련 대사물질은 감소했다. 연구진은 "젖산과 글리세롤 수치 상승은 해당 활동(glycolytic activity) 강화와 지방 분해(lipolysis) 촉진을 의미하며, 이는 중력 변화에 따른 에너지 및 아미노산 대사의 재편성을 보여준다"고 설명했다

RNA 시퀀싱 분석에서도 μG군과 1g군 사이에서 다수의 유전자 발현 차이가 확인됐다. 일부는 단백질 합성 억제와 대사 과정 전환을 시사했고, 다른 일부는 근육 위축 경로 활성화 및 근섬유 유형 간 대사 특성 변화를 나타냈다. 전반적으로 0.67g에서는 보호 효과, 0.33g에서는 부분적 보호 효과가 유전자 수준에서도 확인됐다.

화성·달 장기 체류엔 '빨간불'

이번 결과는 미 항공우주국(나사·NASA)이 추진 중인 유인 화성 탐사 계획에 직접적인 시사점을 던진다. 화성의 중력은 지구의 약 38%(0.38g)로, 이번 연구에서 근육 기능 보전의 임계점으로 제시된 0.67g에 한참 못 미친다. 달의 중력은 더 낮은 약 17%(0.17g)에 불과해 장기 체류 시 근육 손실이 훨씬 심각할 수 있다.

물론 연구진은 인공중력 장치 사용이나 운동 프로그램이 이 한계를 극복하는 방법이 될 수 있다고 지적했다. 또한 이번 연구가 성체 수컷 생쥐 24마리만을 대상으로 한 소규모 단기 실험이라는 한계도 명확히 했다. 생쥐와 인간의 생리적 차이, 여성·고령자 등 다양한 집단에 대한 적용 가능성, 장기적 영향 등은 추가 연구가 필요하다.

연구진은 이번 바이오마커들이 인간 대상 검증 연구를 거친 뒤 우주비행사의 근육 건강 비침습적 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 나아가 근이영양증 등 지구상의 근육 질환 환자 모니터링에도 응용 가능성이 있다고 봤다.

NASA는 2030년대 유인 화성 탐사를 목표로 준비 중이며, 이번 연구 결과는 우주비행사 건강 보호를 위한 인공중력 기술 개발 및 대응 훈련 프로그램 설계에 중요한 기초 자료로 활용될 전망이다.

◇ 참고 문헌:  쓰지 료스케(Ryosuke Tsuji et al.), "우주 비행 중 쥐를 대상으로 한 연구에서 0.33g은 근육 위축을 완화하는 반면, 0.67g은 근육 기능과 근섬유 유형 구성을 유지하는 것으로 나타났다(0.33g mitigates muscle atrophy while 0.67g preserves muscle function and myofiber type composition in mice during spaceflight)", Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed2258