자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

인간은 스스로에 호모 사피엔스라는 종명을 붙였다. 슬기로운 사람이라는 뜻인데, 크고 뛰어난 뇌에 대한 자부심이 느껴지는 단어다. 다른 모든 지구상 고등 생명체를 넘어서는 인간 특유의 정교한 인지 능력은 인간을 다른 동물과 차별화하는 결정적인 요소다. 하지만 과학자들은 이미 한 세기 전부터 단순한 뇌를 지닌 초파리나 심지어 뇌가 없는 해파리마저도 놀라운 수준의 학습과 기억 능력을 갖추고 있다는 사실에 주목해 왔다. 최근 샌프란시스코 캘리포니아 대학교(UCSF)의 월리스 마셜 교수는 뇌는 물론 신경세포도 없는 단세포 생물도 탁월한 기억력과 학습 능력이 있다는 사실을 밝혀냈다. 연구의 주인공은 ‘스텐터(Stentor)’라고 불리는 단세포 섬모충류다. 스텐터는 트럼펫 모양의 단세포 생물로 주로 민물에 서식한다. 단세포 생물치고는 꽤 거대한 크기인 2mm까지 성장할 수 있어 육안으로도 관찰할 수 있다. 그리고 놀라운 재생 능력과 복잡한 행동 양식을 보여 세포 연구의 모델로 많이 사용된 생물이기도 하다. 연구팀은 스텐터가 외부 자극에 어떻게 적응하고 기억을 저장하는지 규명하기 위해, 페트리 접시에 담긴 스텐터를 1분에 한 번씩 물리적으로 흔드는 장치를 이용해 실험을 진행했다. 반복적인 충격이 가해지자 스텐터는 점차 꼬리를 집어넣는 방어 행동을 멈추었는데, 이는 자극이 해롭지 않다고 판단하여 반응을 줄이는 ‘습관화(habituation)’라는 학습 현상이 나타났음을 의미한다. 그런데 연구팀의 발견 중 가장 놀라운 점은 학습 능력 자체가 아니라 이 학습 과정이 기존의 상식을 뒤집는 방식으로 진행된다는 점이다. 통상적으로 동물의 뇌세포가 학습할 때는 새로운 단백질을 생성하여 정보를 저장한다고 알려져 있다. 그러나 연구팀이 단백질 합성을 저해하는 약물을 투여했음에도 불구하고, 스텐터는 오히려 외부 방해 요소를 무시하는 법을 더 빠르게 학습했다. 이는 스텐터가 새로운 단백질을 만드는 대신, 이미 세포 내에 존재하는 기존 단백질을 변형시키는 메커니즘을 통해 기억을 저장한다는 사실을 시사한다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 후속 연구를 진행했다. 연구팀은 전기 충격을 이용한 외부 자극이 가해지면 스텐터 세포 내로 칼슘 이온이 유입되며, 이는 ‘CaMKII’라는 효소를 활성화시킨다는 점을 확인했다. 활성화된 효소는 특정 단백질에 화학적 표지(인산화)를 추가하여 단백질의 성질을 변화시키는데, 이 과정이 반복됨에 따라 스텐터는 자극에 대한 반응성을 점차 줄여나갔다. 따라서 학습 내용을 저장하기 위해 새로운 단백질을 만들지 않아도 됐던 것이다. 단세포 생물이 이렇게 영리해진 이유는 생존에 유리하기 때문이다. 환경에 맞춰 에너지를 효율적으로 관리하고, 무해한 자극에는 무감각하게 대응하며 진짜 위험에만 집중하면 생존 확률을 높일 수 있다. 더욱 흥미로운 것은 이렇게 학습된 정보가 세포 분열을 통해 딸세포로 전달된다는 점이다. 생존에 유리한 경험이 유전적 수준에서 후손에게 계승되는 셈이다. 슬기로운 사람이라고 자부하는 인간도 흉내 낼 수 없는 단세포 생물만의 독특한 장점이다. 마지막으로 비록 스텐터와 인간의 구조는 판이하게 다르지만, 이번 연구는 두 존재 사이의 놀라운 분자적 유사성을 보여준다. 인간의 뉴런 역시 CaMKII를 사용하여 수용체의 민감도를 조절하는 방식을 취하고 있기 때문이다. 이는 학습이라는 고등 인지 기능이 뇌의 진화 훨씬 이전부터 존재해 온 근원적인 분자 시스템과 연관되어 있을 가능성을 시사한다. 뇌가 없는 단세포 생물조차 생존을 위해 어떻게든 학습의 방법을 찾아내는 자연의 경이로운 능력은, 복잡한 뇌를 가진 우리에게도 생명 본연의 가치와 끊임없는 탐구의 중요성을 다시금 일깨워 준다.

남미의 열대우림에 서식하는 독화살개구리는 화려한 색상만큼이나 치명적인 독성으로 잘 알려져 있다. 독화살이라는 이름은 모양 때문이 아니라 원주민들이 이들의 피부에서 추출한 독을 화살촉에 발라 사냥에 사용했다는 데서 유래했다. 이들은 자연계에서 가장 강력한 생물학적 무기를 보유한 맹독성 양서류다. 하지만 이들의 강력한 독은 어느 날 갑자기 하늘에서 떨어진 재능이 아니다. 로마가 하루아침에 만들어지지 않았던 것처럼 독화살개구리의 독도 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 진화해 매우 정교하고 강력한 무기가 됐다. 사실 독화살개구리과(Dendrobatidae)에 속하는 여러 종은 스스로 독을 합성하지 못한다. 대신 야생에서 섭취하는 개미, 진드기, 지네, 딱정벌레 등 특정 절지동물이 포함하고 있는 ‘알칼로이드(Alkaloid)’ 독소를 체내에 축적한다. 먹잇감이 자신을 보호하기 위해 만든 방어 물질을 오히려 자신의 무기로 역이용하는 셈이다. 이들은 섭취한 독소를 체내에서 안전하게 분리해 피부로 배출하며, 때로는 독성을 강화하기 위해 화학적 변형 과정을 거치기도 한다. 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스를 비롯해 브라질 상파울루 대학교, 일본 오사카 공립 대학교 등 국제 공동 연구팀은 이러한 독성 축적 메커니즘이 어떻게 진화했는지 분석한 연구 결과를 ‘왕립 학회보 B: 생물과학(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences)’에 발표했다. 연구팀은 독성 알칼로이드 축적 과정이 특정 시점에 갑자기 나타난 것이 아니라, 조상 대대로 점진적인 단계를 거쳐 발달해 왔다는 가설을 세우고 이를 증명하기 위한 실험을 설계했다. 연구팀은 진화적 거리가 다른 세 부류의 개구리를 비교 대상으로 선정했다. 우선 독화살개구리와 계통학적으로 거리가 멀어 독을 축적하지 않는 것으로 알려진 청개구리과(Hylidae)의 나무개구리(Dryophytes cinereus), 독화살개구리의 자매 그룹이지만 독성이 약한 아로모바티대과(Aromobatidae)의 한 종(Allobates femoralis), 그리고 강력한 독성을 지닌 전형적인 독화살개구리들을 실험군으로 구성했다. 연구팀은 이들에게 서로 다른 농도의 알칼로이드 용액을 투여하거나, 독성 알칼로이드를 도포한 초파리를 먹이로 제공하며 피부 및 주요 장기에 축적되는 독소의 양을 정밀 측정했다. 실험 결과, 독이 없는 일반 청개구리조차 아주 미량의 알칼로이드를 저장할 수 있는 기초적인 잠재력을 지니고 있음이 확인됐다. 중간 정도의 독성을 가진 종은 그보다 많은 양을, 전문적인 독화살개구리는 압도적으로 많은 양의 독소를 안전하게 저장했다. 이는 독소 저장 능력이 진화의 과정 속에서 서서히 강화된 연속적인 형질임을 시사한다. 사실 절지동물의 독을 흡수해 자신의 방어 무기로 삼기 위해서는 고도의 진화적 장벽을 넘어야 한다. 먹이의 독에 자신이 중독되지 않도록 신경계나 수용체에 내성이 생겨야 하며, 소화기관에서 흡수된 독소를 파괴하지 않고 피부까지 운반하는 특수한 수송 단백질 체계가 필요하다. 또한 체내 대사 과정에서 독소가 분해되어 사라지지 않도록 유지하는 능력도 필수적이다. 연구팀은 이러한 복잡한 생화학적 시스템이 단계별로 구축됐으며, 그 과정에서 독성 곤충을 먹어도 생존할 수 있는 개체들이 선택적으로 살아남아 오늘날의 독화살개구리로 진화했다고 설명했다. 사실 자연계의 독이야말로 하루아침이 아니라 수백만 년 동안의 세월 동안 시행착오를 반복해 나가면서 건설된 진화의 걸작인 셈이다.

독일 막스 플랑크 화학 생태학 연구소 진화 신경 곤충학 연구부, 사회 행동 연구그룹, 막스 플랑크 차세대 곤충 화학 생태학 연구센터, 중국 선전 농업 유전학 연구소 공동 연구팀은 대기오염 물질이 증가하면 개미 같은 사회적 동물 군집의 의사소통에 문제를 일으켜 공격성을 높인다고 4일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 2월 3일 자에 실렸다. 앞선 연구들에서는 오존이 곤충의 성(性)페로몬에 존재하는 탄소 이중 결합을 분해해 구애 신호를 차단한다는 사실을 밝혀냈다. 오존에 노출된 수컷 초파리가 암컷과 다른 수컷을 구별하지 못하거나 종(種)간 교미 장벽을 없애버려 생식 능력이 없는 잡종 후손을 낳는 것도 관찰했다. 이에 연구팀은 사회성 높은 곤충에게 대기오염물질인 오존이 어떤 영향을 미치는지 밝혀내기 위해 6종의 개미를 100ppb 농도의 오존에 20분 동안 노출한 다음 둥지로 돌려보내고 행동을 관찰했다. ppb는 10억분의 1로, 1ppb는 전체 10억 개 중 특정 입자가 1개 포함됐다는 것을 의미한다. 100ppb는 더운 여름철 대기 오염이 심할 때 종종 측정되는 오존 수치다. 그 결과, 6종 중 5종의 개미 집단에서는 오존에 노출됐다가 집으로 돌아온 개미들을 위협하거나 공격하는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 개미는 종 특유의 탄화수소 혼합물을 생성해 동료를 인식하는데, 증가한 오존은 이 혼합물을 분해해 같은 종의 개미들이 서로를 인식하지 못하게 한다. 그러나 ‘클론 공격 개미’로 불리는 우세라에아 비로이(Ooceraea biroi) 종의 개미는 오존에 노출된 다음에도 동료에게 공격성을 보이지 않았다. 비로이 종은 여왕개미 없이 암컷인 일개미만 있고 스스로 알을 낳아 번식하는 무성생식을 하며, 다른 개미들과는 달리 공격성도 낮은 특성 때문이기도 한 것으로 설명됐다. 연구를 이끈 마르쿠스 크나덴 막스 플랑크 화학 생태학 연구소 수석 연구원은 “오존에 오염된 성체 개미들이 있는 군집은 오존에 노출되지 않은 군집보다 유충 폐사도 많은 것이 관찰됐다”고 말했다. 크나덴 수석 연구원은 “이번 연구 결과는 개미가 생태계에서 해충 방제 같은 중요한 역할을 하는데, 대기 오염 물질 때문에 개미 군집에 문제가 발생하면 전체 생태계에 악영향을 미칠 수 있다”고 덧붙였다.

캠핑을 가거나 시골 민박집에 머물 때면 어김없이 “꺅” 하는 비명을 한번쯤 듣게 된다. 알 수 없는 벌레를 발견하고 내지르는 소리다. 몇 년 전부터 여름만 되면 ‘러브버그’로 불리는 붉은등우단털파리가 도심 지역을 중심으로 기승을 부린다. 러브버그처럼 지금까지 볼 수 없었던 곤충들이 급증하면 해충인지 익충인지를 두고 논란이 벌어지기도 한다. 해충이든 익충이든 간에 곤충을 그저 징그러우면서 맞닥뜨리고 싶지 않은 부정적 대상으로 생각하는 사람들이 적지 않다. 그렇지만 곤충은 인간이 지구상에 등장하기 훨씬 전부터 존재했고, 그 어떤 존재보다 치열하게 살아남아 세상을 지배한 중요한 동물이다. 인류가 지구상에 등장한 것은 약 350만년 전이지만 곤충은 약 3억년 전부터 존재했다. 까마득한 ‘선배’인 셈이다. 또 전 세계 포유류는 6500여종에 불과하지만 곤충은 현재까지 보고된 종만 가장 보수적으로 잡더라도 100만종에 이른다. 발견되지 않은 것까지 포함한다면 최대 22억종에 이를 것이라는 추정도 있다. 곤충이 0.127㎜부터 55㎝까지 크기와 생김새가 제각각일 정도로 다양하게 진화해 살아남을 수 있었던 이유는 가장 단순하면서도 완벽한 신체 구조를 생존에 유리한 방향으로 이용할 줄 알았기 때문이다. 그래서 과학자들은 곤충의 생태와 모습을 근거로 다양한 응용 연구를 진행한다. 책에서도 곤충의 다양한 생활사를 통해 농업부터 인공지능까지 인류의 삶을 획기적으로 바꿀 가능성을 보여 준다. 노랑초파리는 우주 공간에서 인간을 대체하는 중요한 실험 대상이 됐고, 딱정벌레는 사막처럼 척박한 환경에서 살아가는 방법을 보여 주며, 바퀴벌레는 온갖 동물의 생리학에 대한 놀라운 사실을 밝혀 내는 중요한 모델이 된다. 자기 몸의 수십배를 뛰어오르는 벼룩의 점프 실력은 마이크로 로봇 연구에 도움을 주고, 혐오의 대명사인 똥파리는 범죄 사건 수사에 중요한 단서를 던져 줌으로써 현대 법곤충학을 탄생시켰다. 세계 최고 과학박물관인 영국 런던 자연사박물관의 수석 큐레이터를 맡고 있는 저자 에리카 맥앨리스터 박사가 그동안 숨겨 왔던 90여장의 진귀한 사진 자료까지 공개해 읽는 재미를 한층 더한다. 책을 다 읽고 나면 (쉽지는 않겠지만) 음식물 쓰레기를 버리기 위해 쓰레기통을 열었을 때 튀어나오는 초파리나 검정파리 같은 벌레들을 보는 시선이 약간이라도 바뀌지 않을까 싶다.

세포 많아도 암 발병률 낮은 고래손상된 DNA 신속 복구 능력 주목인간보다 돌연변이 발생 수 적어“노화 연구 중요한 방향 제시될 것” 지구상에서 수명이 긴 동물들은 주로 해양생물들이다. 수명이 가장 긴 동물은 ‘유리해면’으로 수명이 무려 1만년에 이른다. 대양백합조개의 수명은 500년이 넘는다. 척추동물 중에서는 그린란드 상어의 수명이 272~512년으로 가장 길고, 포유류 중에서 가장 오래 사는 것은 북극고래로 최소 200년의 수명을 갖고 있다. 과학자들은 동물들의 장수 비결을 통해 인간의 오랜 꿈인 ‘무병장수’를 이루기 위한 다양한 연구를 진행 중이다. 이런 상황에서 미국, 프랑스, 영국 공동 연구팀은 북극고래의 놀라울 정도로 긴 수명이 DNA 돌연변이를 빠르게 복구하는 능력 덕분이라고 밝혔다. 이 연구에는 미국 로체스터대, 알래스카 노스슬로프 야생동물보호국, 텍사스대 MD 앤더슨 암센터, 알베르트 아인슈타인 의대, 시애틀 시스템생물학연구소, 존스홉킨스대, 유타대, 필 테라퓨틱스사, 하버드대 의대, 브리검 여성병원, 애리조나주립대, 프랑스 액스 마르세유대, 영국 셰필드대 등 23개 대학과 연구기관의 과학자가 참여했다. 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 10월 30일 자에 실렸다. 긴수염고래과에 속하는 북극고래는 몸길이가 19~24m, 무게는 80~100t으로 현존하는 포유류 중 가장 크다. 덩치가 크다는 것은 세포 수가 엄청나게 많다는 것을 의미하며 수명이 길다는 것은 세포가 분열해 DNA 복제 오류, 즉 돌연변이가 발생할 시간도 길다는 것을 뜻한다. 많은 세포와 긴 수명이라는 북극고래의 특징은 상식적으로 생각했을 때 암 발생 확률을 높여야 하지만, 암 발병률이 인간을 포함한 다른 포유류보다 높지 않다. 이런 ‘장수와 크기의 역설’에는 특별한 세포, 분자, 유전자적 메커니즘에 그 비밀이 있을 것으로 과학자들은 보고 있다. 이에 연구팀은 자외선 같은 발암성 외부 자극이 주어졌을 때 북극고래 세포가 암세포로 변이할 가능성을 분석했다. 그 결과 북극고래 세포는 인간 섬유아세포보다 적은 수의 돌연변이만으로도 악성화해 암으로 변이되는 것으로 나타났다. 인간 섬유아세포는 피부·뼈·심장 등 결합조직의 구조와 기능을 유지하는 데 핵심적 역할을 하는 세포다. 그렇지만 연구팀은 인간 세포보다 북극고래 세포에서 돌연변이 자체가 훨씬 적게 발생한다는 것을 확인했다. 북극고래 세포가 DNA 손상에는 취약하지만, 손상된 DNA를 곧바로 복구하는 능력도 뛰어나다는 사실을 보여 주는 것이라고 연구팀은 설명했다. 연구팀이 북극고래 세포의 DNA 복구 과정을 분석한 결과 이 중 가닥 절단 복구 속도와 품질이 사람의 세포보다 우수하다는 점을 확인했다. 또 연구팀은 북극고래에서 DNA 복구와 연관된 단백질을 찾아냈다. 이 단백질을 사람 세포에 과발현시켰더니 사람 세포의 DNA 복구 능력이 향상됐고, 초파리에 적용한 결과 수명이 늘어난 것을 관찰했다. 연구를 이끈 얀 페이흐 알베르트 아인슈타인 의대 교수(유전학)는 “이번 연구는 향상된 DNA 복구 메커니즘이 북극고래의 놀라운 장수 비결이라는 점을 강력하게 시사한다”며 “동물의 수명과 암 저항성의 비밀을 풀 열쇠가 DNA 관리 능력에 있는 만큼 노화 연구에 중요한 방향을 제시하게 될 것”이라고 말했다.

눈에 이물감을 호소하던 여성의 눈꺼풀 안에서 기생충 4마리가 발견됐다. 지난 8일(현지시간) 영국 더 선 등 외신은 ‘BMC 안과학(BMC Ophthalmology)’에 보고된 한 중국 여성 A(41)씨의 사례를 소개했다. 이에 따르면 베이징에 거주하는 A씨는 오른쪽 눈에 무언가 들어간 듯한 느낌이 지속돼 병원을 찾았다. 첫 진료에서 의사는 각막 표면이 손상된 것을 발견했지만 이물질은 찾아내지 못했다. 의사는 자극 완화를 위한 점안액과 감염 예방을 위한 항생제 점안액을 처방했다. 그럼에도 증상은 나아지지 않았고, 안구 충혈과 가려움증까지 나타났다. 이에 A씨는 한 달 뒤 다시 병원을 찾았다. 재검사 결과 윗눈꺼풀 안쪽 조직이 붉게 부어있었고 돌기들이 관찰됐다. 의료진은 안검 수축기(eyelid retractor)라는 기구로 눈꺼풀을 뒤집어 더 자세히 살펴봤다. 그 결과, 실처럼 생긴 흰 벌레 네 마리가 기어 다니는 것을 발견했다. 국소 마취제로 부위를 마취한 뒤 핀셋으로 벌레를 제거했고, 해당 기생충은 실험실로 보내져 분석됐다. 현미경 검사와 유전자 분석에 따라 기생충은 ‘텔라지아 칼리파에다(Thelazia callipaeda)’라는 동양안충(oriental eye worm)으로 확인됐다. 이 기생충은 사람과 동물의 눈에 감염을 일으키는 ‘텔라지아증(thelaziasis)’의 원인이다. 남은 기생충이 없는 것을 확인한 뒤, 의사는 환자의 눈을 세척하고 2차 세균 감염 예방을 위해 항생제 연고를 처방했다. 1주일 후 환자의 증상은 크게 호전됐으며, 이후 두 달 동안 재발은 없었다. 텔라지아증은 사람에게 감염되는 경우는 드물고 동물에서 더 흔히 나타난다. 주로 중간 숙주 역할을 하는 초파리과 곤충에 의해 전파된다. 이 파리들은 감염된 동물의 눈물 속 유충을 먹고 체내에서 3기 유충으로 발달시킨 뒤 다시 다른 동물이나 사람의 눈에 내려놓으며 감염을 일으킨다. 증상은 가벼운 이물감부터 심한 경우 가려움, 통증, 출혈, 결막 및 안검의 염증, 각막 궤양, 시력 변화까지 다양하게 나타난다. 사람의 텔라지아증은 아시아에서 가장 많이 보고됐으며, 특히 중국은 1917년 첫 보고 이후 2018년까지 650건 이상의 사례가 확인됐다. 주로 농촌이나 가축과 접촉 가능성이 높은 지역에서 발생하지만, A씨 사례의 감염 경로는 명확히 밝혀지지 않았다. A씨는 “도시에 있는 사무직 근로자였고 초파리에 노출된 적은 없는 것 같다”면서 “최근 눈에 감염이 생긴 반려묘를 키우고 있다”고 보고했다. 의료진은 해당 고양이에 의한 감염을 의심했지만 A씨가 고양이에 대한 검사를 거부해 실시되지 않았다.

밤에 커피를 마시면 충동성이 높아진다는 연구 결과가 나왔다. 지난 6일(현지시간) 뉴스위크 등 외신에 따르면 미국 텍사스대학교 연구진은 밤에 카페인을 섭취하면 충동성이 증가하고 무모한 행동으로 이어질 수 있다는 내용의 논문을 국제 학술지 ‘아이사이언스’에 발표했다. 연구진은 “카페인은 전 세계에서 가장 널리 소비되는 향정신성 물질로, 미국 성인의 약 85%가 정기적으로 카페인을 섭취한다”며 “카페인의 인기가 높은 만큼, 행동 조절에 영향을 미치는 다른 요인이 있는지 알아보고 싶었다”고 밝혔다. 이를 위해 연구진은 밤에 섭취한 카페인이 초파리의 억제력과 충동성에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 카페인 복용량, 야간·주간 섭취량, 수면 부족 등 다양한 조건에서 초파리의 먹이에 카페인을 첨가한 뒤 강한 기류 등 불쾌한 자극에 노출됐을 때 초파리의 움직임을 억제하는 능력 등을 관찰했다. 연구진은 이번 연구에 사용된 초파리종인 ‘노랑초파리’가 인간과 유전·신경적 유사성을 가지고 있어서 복잡한 행동을 연구하는데 좋은 모델이라고 설명했다. 연구팀은 밤에 카페인을 섭취한 초파리는 움직임을 억제하는 능력이 부족해 무모하게 비행하는 등 충동적인 행동을 보였다고 밝혔다. 연구팀에 따르면 낮에 카페인을 섭취한 초파리는 무모한 비행을 하지 않았다. 연구진은 “일반적인 상황에서 초파리는 강한 기류에 노출되면 움직임을 멈춘다”며 “야간에 카페인을 섭취한 파리는 움직임을 억제하는 능력이 떨어졌으며, 불쾌한 조건 속에서도 무모한 비행 같은 충동적인 행동을 보이는 것을 발견했다”고 설명했다. 연구팀은 이번 연구 결과가 밤에 카페인을 섭취할 가능성이 더 높은 의료 종사자나 군인 등 야간 근무자에게 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 경고했다.

여름 휴가지로 유명한 싱가포르나 태국, 베트남 등 동남아 지역은 고온다습한 아열대 기후대에 속한다. 최근 낮 기온이 37도에 육박하며, 체감 기온은 그보다 더 높고 밤에도 25도 이하로 기온이 떨어지지 않는 열대야가 계속되고 있어, 아열대 지역을 방불케 한다. 이 때문에 멀리 여행 가지 않고도 동남아 날씨를 느낄 수 있다는 우스갯소리까지 나오고 있다. 무더위에 온몸이 녹아내리는 느낌에, 밤에는 잠을 제대로 이룰 수 없는 상황이 이어지면 생체 시계에 문제가 생기는 것 아닐까 하는 생각이 들기도 한다. 그렇지만, 생체 시계는 24시간 주기로 고장 없이 잘 작동한다. 어떤 원리일까. 일본 이화학연구소(RIKEN) 초학제 이론 및 수리과학 연구센터(iTHEMS), 교토대 유카와 이론물리학 연구소, 카브리 우주 물리·수학 연구소 공동 연구팀은 물리학과 수학을 이용해 생체 시계가 급격한 기온 변화에도 불구하고 일정하게 24시간 주기를 유지하는 이유를 찾아냈다고 30일 밝혔다. 이 연구의 제1 저자인 신조 기보 박사는 현재 국내 대표적인 수리 생물학자 김재경 카이스트 교수가 이끄는 기초과학연구원(IBS) 의·생명 수학그룹에서 연구하고 있다. 이 연구 결과는 수리 생물학 분야 국제 학술지 ‘플로스 계산 생물학’(PLOS Computational Biology) 7월 22일 자에 실렸다. 많은 화학 반응은 온도가 올라가면 속도가 빨라지는 것을 보면, 여름철 야외의 폭염과 에어컨이 작동하는 실내 공간을 오가는 상황처럼 연중 기온 변화 속에서 인체가 어떻게 24시간 주기를 유지하는지는 수수께끼로 남아있다. 생체 시계는 단백질 생성을 코딩하는 mRNA의 주기적 패턴에 의해 작동하며, 이는 특정 유전자가 규칙적으로 켜지고 꺼지는 것을 반복함으로써 발생한다. 진자의 움직임을 수학적으로 시간 변화에 따른 사인파(부드럽게 오르내리는 반복적 패턴)로 표현할 수 있는 것처럼, mRNA 생성과 감소 리듬도 마찬가지로 설명될 수 있다. 이에 연구팀은 mRNA 수준에서 규칙적인 상승과 하강을 설명하기 위해 물리학을 활용해 mRNA 변화 동역학을 모형화했다. 이에 따르면, 더 높은 온도에서 mRNA 수준은 더 빨리 상승하고 천천히 감소하지만, 한 주기의 지속 시간은 일정하다는 것을 보여주고, 고온에서는 비대칭적이고 왜곡된 파형으로 표현됐다. 연구팀은 높은 기온에서 유전자 활동 리듬의 형태가 미묘하게 변하는 ‘파형 왜곡’ 현상을 통해 생체 주기의 안정성이 유지된다고 설명했다. 연구팀은 이 모델이 실제 생물체에서 작동하는지 확인하기 위해 초파리와 생쥐로 실험했다. 그 결과, 더 높은 기온에서 동물들의 생체 주기는 예측된 파형 왜곡이 발견됐다. 이런 파형 왜곡이 생체 시계의 온도 보상에서 핵심이고, 각 주기에서 mRNA 수준 감소가 느려지는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 구로사와 겐 박사는 “이번 연구 결과는 파형 왜곡이 생체 시계가 기온 변화에도 불구하고 정확하게 동기화된 상태를 유지하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다”며 “생체 시계 유전자의 파형 왜곡 정도는 수면 장애, 시차 적응, 노화가 우리 내부 생체 시계에 미치는 영향을 더 잘 이해할 수 있게 하는 바이오 마커”라고 설명했다.

생활용품점 다이소에서 한여름에 겨울용 상품이 매출 순위권에 올라 눈길을 끈다. 29일 현재 다이소의 온라인 쇼핑몰 다이소몰에서 ‘풍지판 4P 화이트’ 상품은 인테리어·원예 카테고리 주간 판매 1위에 올라 있다. 가격은 1000원이다. 해당 상품은 겨울철 창문 틈새로 들어오는 외풍을 막는 용도로 제작됐지만 여름철 의외의 쓰임으로 주목받고 있다. 고온다습한 날씨에 날벌레가 기승을 부리면서 벌레의 창틈 유입을 막으려는 소비자가 늘어난 것이다. 이 상품의 소비자 최신 후기 페이지에는 “매번 품절이어서 못 샀는데 드디어 샀다” “여름 벌레들 집으로 못 들어오게 하려고 샀다” 등 반응이 이어졌다. 이와 함께 ‘투인원(2 in 1) 초파리트랩 세트’도 집으로 들어온 벌레를 쉽게 잡으려는 이들 덕에 다이소몰 전체 상품 중 주간 판매량 6위에 올라 있다. 본격적인 더위가 시작되며 ‘여름철 불청객’ 벌레가 기승을 부리기 시작했다. 지난달 수도권을 중심으로 일명 ‘러브버그’로 불리는 붉은등우단털파리가 들끓으면서 시민 불편이 커지기도 했다. 한편 여름벌레의 대명사인 모기가 35도를 웃도는 폭염 탓에 자취를 감춘 게 아니냐는 이야기도 있지만, 일각에서는 다음 달 하순 더위가 한풀 꺾이면 ‘가을 모기’의 활동이 잦아질 것이라는 경고가 나왔다. 벌레는 대체로 창틈이나 배수구 등을 통해 집 안으로 들어온다. 이를 막기 위해서는 방충망 손상 여부를 점검하고 문풍지 등으로 창틈을 틀어막아야 한다. 욕실이나 아파트 베란다에 있는 배수구는 전용 덮개를 사용하면 벌레 차단에 효과적이다. 이외에도 음식물은 반드시 밀봉하여 보관하고, 쓰레기통은 항상 밀폐 상태를 유지해 벌레가 꼬이지 않도록 하는 것이 좋다.

적게 먹는 것은 여러 가지 건강상 장점이 있다. 평상시 먹는 것보다 적게 먹으면 체내 염증 반응이 줄어들고, 살이 찐 사람은 체중 조절에도 도움이 된다. 실제로 세계보건기구(WHO)는 매일 500㎉ 덜 먹으면 일주일에 체중을 0.5㎏ 정도 뺄 수 있고, 6개월 동안 지속하면 처음 체중의 10%까지 줄일 수 있다고 조언한다. 실제로 전 세계 장수 마을에 사는 사람들은 대부분 소식을 한다. 칼로리 섭취를 장기간 줄이면 많은 동물의 수명이 연장되는 것이 확인되기도 했다. 그런데, 적게 먹는 것이 어떻게 노화를 늦춰주는지 명확히 밝혀지지 않았다. 이런 상황에서 중국 푸젠 샤먼대 생명과학부, 동물연구 실험실, 약학부, 의학·생명과학부, 창저우 리피드올 테크놀로지, 베이징대 부속 제3병원, 다롄 화학물리학 연구소, 베이징대 기초의과학부, 베이징 유전학·발달생물학 연구소 공동 연구팀과 푸젠 샤먼대, 다롄 화학물리학 연구소, 미국 텍사스대 사우스웨스턴 메디컬센터 공동 연구팀은 장내미생물에 의해 만들어지는 ‘리토콜산’이라고 불리는 분자가 지방의 소화를 돕고 칼로리 제한에 도움을 주는 분자라는 것을 발견했다고 27일 밝혔다. 리토콜산이 선충과 초파리의 수명을 연장하고, 늙은 생쥐를 다시 원기 왕성하게 할 수 있다는 것이다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 12월 18일 자에 각각 두 편의 논문으로 실렸다. 칼로리 제한은 선충류, 파리, 생쥐, 일부 영장류를 포함한 다양한 동물의 수명을 연장할 수 있다는 사실이 여러 연구에서 밝혀졌다. AMPK라는 단백질은 칼로리 제한으로 켜지고, 칼로리 제한에 영향을 도움을 주는 것으로 나타났다. 문제는 칼로리 섭취량을 절반 이상 줄인다면 지속적인 허기와 근육량 감소, 체온 조절의 어려움, 감염 위험 증가가 나타난다. 연구팀은 생쥐에게 칼로리를 제한할 때 수치가 증가한 200개 이상의 화합물을 자세히 분석해, AMPK를 활성화할 수 있는 화합물을 찾았다. 그 중 특히 눈에 띄는 것은 담즙 내 발견뇌는 화학 물질 중 하나인 리토콜산이었다. 이에 연구팀은 선충류, 초파리, 생쥐에게 리토콜산을 먹였다. 그 결과, 리토콜산을 섭취한 초파리와 선충은 그렇지 않은 개체들보다 훨씬 더 오래 살았다. 리토콜산이 생쥐의 수명에 영향을 미치는지는 명확하게 드러나지 않았지만, 리토콜산을 먹은 생쥐는 악력, 근육 구성, 기타 다양한 측면에서 더 젊다는 것이 확인됐다. 연구팀은 리토콜산 수용체 역할을 하는 TULP3라는 또 다른 단백질을 발견했다. 연구를 이끈 솅카이 린 샤먼대 교수는 “일본 장수 마을에 사는 100세 이상 노인들의 혈액에서 고농도의 리토콜산이 발견됐다”라며 “담즙의 리토콜산과 유사 화합물이 칼로리 제한에 도움을 준다는 사실을 바탕으로 체중 조절에 도움을 주는 신약을 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.

올해 과학 기술계에서 가장 큰 관심을 받았던 뉴스는 ‘우주항공청 개청’으로 꼽혔다. 한국과학기술단체총연합회(과총)는 이를 포함해 이학, 공학, 농수산, 보건의료, 종합(융합) 5개 학술분과와 과학기술정책을 포함한 총 6개 분야에서 각각 2024년을 대표하는 과학기술 10대 뉴스를 19일 발표했다. 이번에 발표한 분야별 10대 뉴스, 총 60대 뉴스는 분야별 전문가로 구성된 선정위원회에서 선정했다. 과학기술인들의 시각에서 선정된 이번 10대 뉴스는 과학기술·산업·경제 발전 기여도, 과학기술 생태계 혁신 기여도, 과학기술 대중화 기여도를 기준으로 골랐다. 과총은 분야별 10대 뉴스 중 대표 뉴스도 1건씩 선정했다. 이학 분야에서는 곤충에도 산소를 전달하는 혈액 세포가 있다는 사실을 발견한 한양대 심지원 교수팀의 ‘초파리 산소전달 기전 규명’, 공학 분야에서는 방대한 데이터를 더 빨리 처리할 수 있는 삼성전자의 차세대 저장 장치 ‘7세대 QLC V낸드 탑재 UFS 개발’, 농수산 분야에서는 농작물 개량의 핵심인 감수분열 과정에서 분자적 메커니즘을 처음 밝혀낸 최규하 포스텍 생명과학과 교수팀의 연구가, 보건의료 분야는 치사율이 50%에 이르는 패혈증 검사를 3일에서 13시간으로 줄인 서울대병원 박완범, 김택수, 김인호 교수와 서울대 권성훈 교수 공동 연구팀의 ‘초고속 항균제 감수성 검사’ 기술 개발이 선정됐다. 종합 분야에서는 한국과학기술정보연구원(KISTI)과 포스텍 환경공학부 국종성 교수 공동 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 이용해 탄소중립을 달성하더라도 그동안 축적된 이산화탄소와 심해 열 때문에 기후 변화는 계속 이어질 것이라는 연구 결과가 꼽혔다. 정책 분야의 대표적 뉴스는 지난 5월 개청한 우주항공청이 선정됐다. 위원회는 “우주항공청 개청은 한국이 우주 산업 분야에서 본격적으로 국제 경쟁력을 확보하고자 하는 의지를 반영해 과학 기술계와 산업 전반에 영향을 미칠 것”이라고 진단했다. 과총은 “2024년을 대표하는 과학기술 뉴스는 과학기술계의 도전과 혁신을 보여주는 지표로 주력 분야별 뉴스 선정을 통해 국내 연구자들의 성과를 조명하고, 과학기술이 한국의 미래를 여는 핵심 동력을 보여주고자 했다”라고 밝혔다.

최근 안방극장에 이색 전문직이 대거 등장해 눈길을 끌고 있다. 새로운 직업이 등장하면 신선한 소재로 호기심을 자극하고 에피소드가 풍부해진다는 장점이 있다. 과거에는 대중이 선망하는 직업이 드라마에 등장했다면 최근에는 드라마 속 직업이 더 전문화되고 세분화되는 경향을 보이고 있다. 현재 방영 중인 tvN 월화드라마 ‘가석방 심사관 이한신’은 가석방 심사관이라는 직업을 그린 최초의 드라마다. 가석방 심사관은 가석방 여부를 결정하는 인물로 재소자들의 최종 심판관이다. 가석방은 재소자들이 형기 만료 전에 유일하게 교도소 밖으로 나올 수 있는 방법이기 때문에 가석방 여부를 결정하는 심사관의 역할이 절대적으로 중요하다. 극 중 가석방 심사관이 된 변호사 이한신(고수)은 자신만의 방법으로 가석방 제도를 악용하려는 양심 불량 재소자들에게 맞선다. 이한신은 횡령, 배임 혐의로 교도소에 가서도 호화롭게 사는 재벌 회장이나 투자 사기로 형을 살게 된 경제사범의 가석방 출소를 막는다. 지난 9월 공개된 넷플릭스 영화 ‘무도실무관’은 성폭력과 스토킹 등으로 전자발찌를 찬 출소자를 24시간 감시하는 무도실무관의 활약을 그려 호평받았다. 법무부 소속 보호관찰소에서 일하는 무도실무관은 무도 3단 이상의 자격을 갖춰야 하며 보호관찰관과 함께 출소자의 이동 경로를 분석하고 현장 순찰도 같이 한다. 무도실무관 이정도 역을 맡았던 김우빈은 “시나리오를 처음 받았을 때만 해도 무도실무관에 대해 몰랐다”면서 “영화를 통해 일상 속 영웅인 무도실무관이라는 직업이 널리 알려진 것 같아 기분이 좋다”고 말했다. 윤석열 대통령이 추석 연휴에 이 영화를 보고 참모진에게 추천했으며 지난달 국회 법제사법위원회의 법무부 국정감사에는 현직 무도실무관이 참고인으로 출석해 열악한 근무 환경에 대한 어려움을 호소하기도 했다. ENA 드라마 ‘취하는 로맨스’는 주류업계를 배경으로 하고 있는데 주인공 윤민주(이종원)의 극 중 직업은 브루마스터다. 맥주 양조 과정 전반을 관리하는 브루마스터는 새로운 레시피를 개발하고 원료를 선택하며 맥주의 품질과 맛을 책임지는 역할을 한다. 지난 22일 첫 방송을 시작한 MBC 드라마 ‘지금 거신 전화는’의 여주인공 홍희주(채수빈)는 수어 통역사라는 직업을 갖고 있다. 주로 뉴스에서 수어를 통역하는 희주는 남편인 대통령실 대변인 백사언(유연석)과 수어와 필담으로 대화를 나눈다. 국내 최초로 우주정거장을 배경으로 한 tvN ‘별들에게 물어봐’에도 이색 직업들이 등장한다. 내년 1월 방영 예정인 이 작품에서는 공효진이 최고의 우주과학자로 등장하고 오정세가 우주정거장에서 10년째 근무 중인 초파리 연구 과학자 김강수로 변신한다. 김강수는 세계적 금융기업 오너 일가의 둘째로 여유만만한 인생을 살다가 돌연 우주로 진출해 위험한 일탈을 즐기는 인물이다. 드라마 속 직업이 다양해지면서 아예 전문직 종사자들이 드라마 집필에 나서는 경우도 적지 않다. SBS 드라마 ‘굿파트너’의 경우 이혼 전문 변호사가 집필을 맡아 이혼 과정을 현실감 있게 그렸고 JTBC ‘미스 함무라비’와 tvN ‘악마판사’는 판사 출신 문유석 작가가 대본을 맡아 화제를 모았다. 박상혁 CJ ENM 채널사업부장은 “과거에는 대중이 좋아할 만한 직업군이 자주 등장했지만 최근 들어 극 중 리얼리티가 중요해지면서 드라마에 등장하는 직업이 다양해지고 있다”며 “다양한 전문직이 등장하면 에피소드가 풍부해지고 구체적인 정보를 줄 수 있다는 점에서 시청자도 선호하는 편”이라고 말했다.

반쪽짜리서 완전한 지도 작성 성공 “다른 종 뇌 구조·작동 원리에도 적용” 세계적인 뇌신경과학자 세바스찬 승 미국 프린스턴대 컴퓨터과학과·신경과학연구소 교수가 초파리의 정밀한 뇌신경 지도를 그려 내 화제가 되고 있다. 인공지능(AI) 분야 석학이기도 한 승 교수는 2018년 삼성전자 최고 연구과학자로 영입된 뒤 2020년부터 2023년까지 삼성전자 통합 연구조직인 삼성리서치 소장으로 재직하다 올해 초 다시 프린스턴대로 복귀했다. 미국, 영국, 이스라엘, 필리핀, 스위스, 독일, 한국, 푸에르토리코, 호주, 포르투갈, 대만, 프랑스 12개국 53개 연구기관과 대학이 참여한 국제 공동 연구팀은 승 교수의 주도하에 초파리의 뇌와 신경 구조를 정밀하게 분석해 일종의 ‘뇌·신경 배선도’를 그리는 데 성공했다. 연구팀은 이번 연구로 초파리의 뉴런 약 14만개와 5000만개 이상의 신경 연결 구조를 밝혀냈다. 이번 연구에 참여한 연구기관은 미국 프린스턴대, 아이와이어(Eyewire), 앨런뇌과학연구소, 웹 디자인·개발 기업인 야이크스 LLC, 매사추세츠공과대(MIT), 하버드대 의대, 하워드휴스의학연구소, 버몬트대 의대, 영국 케임브리지 MRC분자생물학연구소, 케임브리지대, 옥스퍼드대, 이스라엘 하이파대와 플라이와이어(FlyWire) 연구 컨소시엄이다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 10월 3일자에 9편의 논문으로 실렸다. 뇌 기능은 뇌 신경세포(뉴런)와 이들을 잇는 시냅스의 연결에 좌우된다. 뉴런과 시냅스가 동물 개체의 다양하고 정교한 행동을 가능하게 만든다는 말이다. 많은 과학자가 뉴런·시냅스 연결 지도를 작성하려고 하는 이유는 뇌가 어떻게 작동하는지에 대한 이해를 높일 수 있기 때문이다. 초파리는 생명과학 분야에서 일반적으로 사용되는 동물 모델로, 생애 주기가 짧고 번식력이 뛰어날 뿐만 아니라 다른 동물보다 유전체가 간단해 오랫동안 실험 모델로 사용됐다. 특정 유전자를 수정하거나 제거하는 등 유전자를 조작하기도 쉽다. 초파리는 비행, 항법, 사회적 상호작용 등 다양하고 복잡한 행동을 보이지만 인간의 뇌보다 뉴런이 약 100만 배 적어 신경 회로 지도를 만드는 데 이상적인 동물로 꼽힌다. 지금까지 초파리에 대한 부분적 지도는 작성됐지만 전체 뇌에 대한 완전한 지도는 없었다. 이전까지 가장 큰 초파리 뇌 연결망은 뉴런 약 2만개와 1400만개의 시냅스로 연결된 반쪽짜리였는데 이번 플라이와이어 연구 컨소시엄이 만든 새로운 지도는 7배 많은 13만 9255개의 뉴런, 4배 많은 5450만개의 시냅스를 찾아 지도로 만들었다. 또 연구팀은 뉴런의 분류, 세포 유형, 기능을 정밀하게 구분해 8400개 이상의 세포 유형을 식별했고, 그중 4581개는 새로운 유형이라는 사실을 밝혀냈다. 다른 논문들에서는 특정 뉴런 간의 연결성이 움직임과 같은 행동들을 어떻게 조정하는지 밝혀냈다. 승 교수는 “초파리 뇌 신경망을 분석하는 데 사용된 이번 연구 방법은 다른 동물 종(種)의 뇌 신경망을 매핑하는 데도 도움이 될 것”이라고 말했다.

최근 ‘러브버그(붉은등우단털파리)’ 대량 발생으로 서울시민들의 불편이 크게 늘었을 뿐만 아니라, 대다수 시민들이 해충으로 인식하고 있으며 대량 발생 시 위생 해충(바퀴벌레, 모기, 파리·초파리, 개미, 나방, 벌, 쥐 등)과 유사하거나 더 많은 스트레스를 받고 있는 것으로 조사 결과 밝혀졌다. 윤영희 의원이 서울시에 제출받은 자료에 따르면, 최근 3년간 서울시 러브버그 관련 민원이 폭증해 올해 역시 8121건으로 전년 대비 약 45% 증가한 것으로 나타났다. 또한 조사기관 엠브레인이 온라인 설문조사를 통해 서울시민 1000명을 대상으로 실시한 러브버그, 팅커벨(동양하루살이), 빈대 등 유행성 도시해충 인식조사에서 시민 86%가 러브버그를 해충으로 인지하고 있으며, 전체의 52%는 위생해충과 유사한 정도의 스트레스를 받고 있을 뿐만 아니라 42%의 시민은 대량 발생 시 위생해충 보다 더 많은 스트레스를 받고 있는 것으로 드러났다.이같은 결과는 지난 21일 서울연구원에서 진행된 ‘도시해충 대유행, 건강도시 서울을 위한 방향’ 정책 포럼에서 발표된 것으로, 러브버그에 대한 정보를 인지하고 있는 시민이 27%에 불과하며, 서울시가 유행성 도시해충 방제 노력 정도에 대해 64% 시민들이 부정적으로 평가하고 있음도 밝혀졌다. 이에 서울시는 지난 18일 각 자치구에 물리적·친환경적 방제와 민원 현황에 대한 관리 철저, 대처요령 및 인식개선 홍보 강화 등을 요청하고, 빈대 예방 및 방제 지원사업 대상으로 러브버그 등을 확대해 방제 예산으로 1000만원씩 총 2억 5000만원을 교부하는 등 적극 대응에 나선 것으로 확인됐다. 하지만, 윤 의원은 “현재 서울시의 대응은 뚜렷한 계획이나 지침이 정해져 있지 않아 자치구별로 편차가 발생할 수 있으며, 분명히 한계가 있을 것”이라 지적하며 “반드시 친환경적·물리적 방제 방식을 사용한 체계적인 관리계획과 방제지침이 수립되어야 할 것”이라고 강조했다. 또한 윤 의원은 “러브버그와 같은 유행성 도시해충 대발생은 시민의 정신적 안녕에 큰 영향을 끼치고, 온난화로 인한 도시 열섬 현상 등 기후 변화와 맞물려 있는 만큼 서울시의 새로운 도전과제로서 유행성 도시해충에 대한 다각적 연구가 필요하다”고 당부했다. 한편, 윤 의원은 “현재 관리대상 해충 범위가 질병매개곤충(모기, 파리, 바퀴벌레 등), 쥐, 위생해충 등에 한정되어 행정적인 사각지대가 존재”하고 있음을 지적하며 “러브버그와 팅커벨 같은 대량 발생으로 시민에게 불쾌감과 스트레스를 유발하는 곤충과 빈대 등 일상생활에 불편 유발 가능성이 있는 곤충 등을 포함할 수 있도록 법률과 조례가 정비되어야 한다”고 강조했다.

‘단짠단짠’이라는 말이 있는 것처럼 달콤하고, 짭짤한 맛은 입맛을 당기게 한다. 그렇지만, 단맛에 지나치게 빠지면 당뇨에 걸리기 쉽고, 짠맛을 즐기다 보면 대사질환에 시달릴 수 있게 된다. 그런데도, 이런 맛에 빠지는 이유는 뭘까. 카이스트 생명과학과 연구팀은 짠맛을 내는 미량영양소인 나트륨의 양을 인체가 어떻게 감지하는지와 섭취 욕구를 조절하는 새로운 메커니즘을 규명했다고 2일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’에 실렸다. 나트륨은 수분 균형과 혈압 조절, 근육 수축, 신경세포 활동에 필수적인 핵심 미량영양소다. 짠맛 역시 단맛처럼 지나치게 섭취하면 중독 현상이 나타날 수 있다. 연구팀은 초파리로 나트륨 결핍 상태에 따른 소금 선호도 변화를 실험했다. 그 결과, 소금 섭취 욕구가 단순히 미각 감지 기능에 의존하는 것이 아니라 체내 나트륨 수준에 따른 장내 신경세포의 반응에 영향을 받는다는 점을 확인했다. 특히, 나트륨에 대한 선호도가 소금에 대한 미각 유전자를 제거한 ‘Ir76b’ 돌연변이 파리도 나트륨 결핍 상황이 되면 소금을 먹으려 하는 것으로 나타났다. 이를 근거로 스크리닝 기술을 통해 나트륨을 직접 인지하는 초파리의 장내 신경 세포를 발견했다. 이 장내 신경세포가 나트륨 부족에 따라 반응 정도를 다르게 함으로써 소금 섭취 욕구를 조절하는 역할을 한다는 점을 밝혀냈다. 장의 감지 메커니즘은 소금 결핍으로 활성화되는 것이며, 더군다나 염분 섭취 욕구는 모든 생물에 존재하는 만큼 곤충뿐만 아니라 포유류 같은 척추동물에서도 유사한 메커니즘이 존재할 수 있다는 사실도 확인했다. 연구를 이끈 서성배 교수는 “단순히 짠맛이라는 감각과는 독립적으로 장 신경세포가 염분 섭취를 결정한다는 것을 확인했다는 데 이번 연구의 의미가 크다”라면서 “이번 연구를 바탕으로 소금 섭취에 대한 욕구 조절을 통해 소금 과다 섭취로 인해 생기는 고혈압 같은 질환을 치료할 수 있는 새로운 방법을 찾을 수 있을 것”이라고 말했다.

인간 행동이 유전자의 영향을 받는지, 환경에 더 좌우되는지는 철학, 심리학, 생물학 등 다양한 분야에서 중요한 연구 주제였습니다. 공부를 잘하는 데 지능지수처럼 유전적 영향이 큰지, 노력과 환경의 영향을 더 많이 받는지에 대한 논쟁과 결을 같이합니다. 유전 결정론은 인간 행동이 유전자와 유전적 요소에 의해 결정된다는 관점입니다. DNA에 내장된 정보가 성격, 지능, 성향, 질병에 대한 취약성까지 결정한다는 것이지요. 반면 환경 결정론은 한 개인이 자라면서 겪는 사회적, 문화적, 경제적 요건이 인간 행동에 더 큰 영향을 미친다는 것입니다. 과거와 달리 요즘은 행동을 유발하는 데 유전적 요인과 환경적 영향이 복잡하게 상호작용한다는 연구 결과들이 속속 발표되고 있습니다. 최근에는 뇌에서 행동을 조절하는 유전자 또한 상황에 따라 반응하는 조절 네트워크 내에서 작동한다는 사실이 밝혀지기도 했습니다. 미국 일리노이대 어바나샴페인 캠퍼스의 게놈 생물학 연구소, 곤충학과, 작물과학과, 럿거스대 사회학과 공동 연구팀도 인간 행동의 원인을 좀더 정확히 알기 위해서는 환경적 영향 분석을 유전자 연구에 통합하는 방법 개발이 필요하다는 진단을 내놨습니다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 2월 28일자에 실렸습니다. 게놈 분석 기술의 발전은 행동은 물론 유전자 발현까지도 유전과 환경 모두에서 영향을 받는다는 점을 잘 보여 주고 있습니다. 사실 무수히 많은 형질이 어떤 유전자와 관련돼 있는지 실험적으로 규명하는 것은 쉽지 않습니다. 그나마 최근에는 전장 유전체 연관분석(GWAS) 기술 덕분에 생물체 형질과 관련 있는 유전자 위치를 유전체 전반에 걸쳐 확인하고 탐지할 수 있습니다. 그렇지만 환경 변수를 통제하기가 어려운 인간은 GWAS만으로 유전과 환경의 상호 관계를 쉽게 밝혀 낼 수 없습니다. 이에 연구팀은 초파리의 공격성에 관한 연구를 통해 유전자·환경 상호작용의 복잡한 본질을 폭넓게 이해하기 위해 환경 데이터를 통합한 확장 GWAS 구축이 필요하다고 제안했습니다. 또 동물 연구에서 얻은 통찰력을 인간 연구에 더 적극적으로 적용해야 한다고도 지적했습니다. 동물 실험은 유전자와 환경이 어떤 방식으로 뇌 유전자 조절 네트워크를 구축하고 그에 따른 행동을 유발하는지 보여 줄 수 있다는 말입니다. 인간 행동과 관련한 유전자·환경 상호작용의 복잡성과 그 이면을 이해하기 위해서는 자연과학자인 생물학자와 인문·사회과학의 다학제 간 협력이 중요하다고 연구팀은 밝혔습니다. 행동에 대한 유전적 영향과 환경적 영향을 연결하는 분자 메커니즘을 밝혀 내기 위해서는 뇌 오가노이드(인공 장기)와 새로운 형태의 뇌 영상 기술도 필요하다고 강조했습니다. 진 로빈슨 일리노이대 어바나샴페인 교수(곤충 사회행동학)는 “행동의 원인 연구는 건강과 질병에 있어 유전과 환경의 관계를 더 잘 이해하는 데 도움이 된다”며 “우생학이나 인종 차별 같은 유전학의 결정론적 사고와 관련된 위험도 줄일 수 있는 만큼 좀더 정밀한 연구법이 필요하다”고 말했습니다.

빈대에 피를 바치면서 연구에 매진해 온 김주현(37) 서울대 의대 열대의학교실 교수를 미국 월스트리트저널(WSJ)이 27일(현지시간) 소개했다. ‘흡혈 곤충의 대모가 국가의 빈대 퇴치 작전을 짜다’라는 제목이 달린 이 기사는 수십 년 만에 최악의 빈대 확산이 시작된 한국에서 주목받은 그의 연구와 향후 계획을 상세히 다루고 있다. 김 교수는 2020년 논문에서 국내 빈대들이 피레스로이드계 살충제에 저항성을 지니고 있음을 밝혀 냈다. 최근에는 이 빈대를 퇴치할 수 있는 성분 두 가지를 확인해 미국 위생곤충학회지에 발표했다. 현재는 환경부 의뢰로 국내 빈대 퇴치에 가장 효과적인 살충제를 찾기 위한 연구를 하고 있다. 이를 두고 WSJ는 “그의 부모님은 처음엔 딸의 직업을 걱정했는데 이제 딸은 국가적 영웅이 됐다”고도 표현했다. 박사과정 지도교수인 이시혁 서울대 응용생물화학부 교수는 WSJ에 대학원 제자들에게 머릿니 연구를 해 보겠느냐고 묻자 김 교수 혼자 손을 들었던 기억을 떠올리며 “흡혈 곤충의 대모가 될 운명이었던 것 같다”고 말했다. 박사후 연구과정을 지도한 존 마셜 클라크 미국 애머스트 매사추세츠대 교수가 그를 ‘빈대 공주’라고 불렀던 일화도 전했다. WSJ는 곤충으로 가득한 김 교수의 연구실 모습도 소개했다. 진드기, 초파리, 머릿니 등 곤충 인형들이 널려 있고 커피 머그잔에는 모기 그림과 함께 ‘조용하지만 치명적’이라는 문구가 적혀 있었다. 또 벽에 걸린 티셔츠에는 곤충 그림과 함께 “만약 당신이 숨쉬고 있다면 우리는 당신을 찾아낼 것”이라는 글귀가 새겨져 있었다.

대만에서도 빈대가 발견되면서 대만인들이 우려하는 모습이다. 21일 대만 언론들에 따르면 타이베이시 용산사 근처 호텔 객실 침대에서 초파리만한 빈대가 발견됐다. 이를 발견한 대만인 투숙객은 빈대를 촬영한 사진을 페이스북에 올렸다. 해당 호텔에서 지난 18, 19일에 걸쳐 이틀 밤을 묵었다는 투숙객은 첫날 침대에서 작은 벌레를 발견했다. 그는 처음에 작은 바퀴벌레인 줄 알고 잡아 휴지통에 버렸다. 시간이 늦어 카운터 서비스가 끝난 바람에 이를 호텔 측에 알릴 수 없었다. 다음날 밤 그는 침대 위에 놓인 베개에서 작은 벌레가 나온 것을 발견했다. 자세히 벌레를 살펴본 그는 바퀴벌레가 아닌 빈대 같다는 생각을 하게 되면서 이를 인터넷으로 확인했다. 그는 전날 잡은 빈대와 함께 투명 봉투에 담아서 호텔 측에 건넸다. 호텔 측은 사과한 것으로 전해졌다. 업주는 TVBS에 두 마리의 빈대 크기가 빈대만하지 않은 초파리만했다며 즉시 객실을 소독했다고 밝혔다. 타이베이시 관광통신국은 해당 업주에게 당장 방을 소독할 것을 명령하자 업주는 소독을 마쳤다고 밝혔다. 그러면서 호텔로 인력을 직접 파견해 조사하겠다고 했다. 이 호텔에서는 과거에도 빈대가 발견됐다고 신문은 전했다. 해당 호텔 구글 리뷰에는 빈대를 봤다는 후기들을 비롯해 1년 전 및 4년 전에 남겨진 후기에는 투숙 후 몸이 붉은 발진이 일어났다는 내용이 있다. 해당 호텔 별점은 3.6이다. 대만 둥썬신문은 영국, 프랑스 등에 이어 아시아까지 퍼진 빈대가 이제는 대만 호텔에도 있는 것으로 의심된다며 빈대의 출현으로 인해 사람들은 당황스러워하고, 호텔 업계는 더욱 공포에 떨게 되었다고 전했다.