몇 분만 없어도 살 수 없지만, 우리가 평소에 고마움을 느끼지 못하는 귀중한 존재가 바로 산소다. 지구가 수많은 생물의 보금자리가 된 것도 사실 산소 덕분이다. 지금보다 산소 농도가 낮았던 초기 지구에는 세균이나 고세균밖에 없었지만, 덩치가 큰 진핵세포가 생겨나고 진핵세포가 모여 다세포 생물을 이룰 수 있게 된 건 큰 에너지를 공급할 수 있는 산소 덕분이기 때문이다. 과학자들은 지구 대기와 바다의 산소 농도가 크게 세 차례에 걸쳐 지금처럼 높아졌다는 점을 밝혀냈다. 처음 산소 농도가 의미 있게 상승한 것은 약 24억~20억 년 전의 대산소화 사건(GOE)이었다. 이 시기 단순한 세균에서 진핵생물이 등장한 주요 이유도 산소 덕분으로 생각된다. 이어진 10억 년간의 정체기인 ‘지루한 10억 년’을 지나 5억 4000만 년 전 신원생대 산소화 사건(NOE)을 통해 다시 산소 농도가 높아지는데, 이후 다세포 생물의 진화를 촉진한 사전 준비 작업으로 여겨진다. 이어 4억 5000만~2억 5000만 년 전 고생대 산소화 사건(POE)을 거쳐 현재의 산소 수준에 도달했는데, 덕분에 육지까지 복잡한 다세포 생물이 진출할 수 있었다. 하지만 과학자들은 왜 이렇게 여러 단계에 걸쳐 산소 농도가 상승했는지 설명하는 데 어려움을 겪었다. 광합성 생물의 등장으로 인한 산소 농도 증가와 이후 더 복잡한 식물의 등장, 화산 활동 등 여러 요인이 부분적으로 이 과정을 설명할 순 있지만, 모든 의문점을 해소하진 못했다. 중국 청두 공대 웨이 쉬와 동료 과학자들은 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재된 최신 연구를 통해, 지구 대기 산소량의 증가를 주도한 핵심 요인이 지각판의 섭입 방식 변화, 특히 ‘저온 섭입’(cold subduction)의 증가에 있다는 가설을 제시했다. 섭입은 차가운 해양 지각판이 지구 맨틀 속으로 가라앉는 지질학적 과정으로, 대륙의 이동이나 화산, 지진 활동을 설명하는 중요한 과정이다. 연구팀에 따르면 지질 시대 중 특정 시기에 이 저온 섭입이 활발해지면서 유기 탄소와 황철석(pyrite)이 맨틀 내부로 더 효율적으로 운반됐다. 탄소와 황철석은 산소와 쉽게 반응하는 ‘환원성 물질’로, 이들이 지표면에 남아 있으면 대기 중의 산소와 결합하여 소모된다. 다시 말해 이러한 물질들이 맨틀 깊숙이 가라앉음으로써 대기 중 산소를 흡수하는 역할이 감소했고, 결과적으로 대기 중 산소가 축적됐다는 것이다. 연구팀은 지난 40억 년간 전 세계에 분포된 암석의 변성 온도와 압력 비율(T/P 비율)을 분석하여 지각 섭입의 역사적 변화를 재구성했다. 그 결과, 저온 섭입의 특징적인 패턴이 세 차례의 산소 증가 시기들과 대체로 일치함을 발견했다. 연구팀의 COPSE 생지화학적 모델 역시 저온 섭입 가설의 타당성을 입증했다. 이 가설이 옳다면 우리가 숨 쉬는 산소는 뜻밖에도 과학 교과서에서 지진 및 화산 활동의 원인이라고 배우는 해양 지각의 섭입 덕분에 지금처럼 높아진 셈이다. 우리에게 엄청난 피해를 주지만 동시에 생명을 주기도 하는 지구 지질 활동의 놀라운 두 얼굴이 아닐 수 없다.

고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스는 지렁이를 ‘대지의 창자’라고 부르며 극찬했다. 지렁이 같은 환형동물은 지구 생태계의 모든 곳에 존재하며 자원 순환에 핵심적인 역할을 담당한다. 비록 거머리처럼 인간에게 환영받지 못하는 환형동물도 있긴 하나, 전체 생태계에서 환형동물의 중요성은 의심의 여지가 없다. 환형동물은 피부로 숨을 쉬며 몸속에 복잡한 혈관과 신경계가 발달해 있고, 근육을 수축시키며 꿈틀거리는 독특한 방식으로 움직이는데, 바다부터 민물, 땅속에 이르기까지 지구 곳곳에서 유기물을 분해하거나 다른 생물의 먹이가 되며 생태계의 건강을 유지하는 중요한 역할을 담당한다. 과학자들은 환형동물의 조상이 적어도 5억 년 전 고생대 캄브리아기에 등장했다고 보고 있다. 하지만 캄브리아기 초기 환형동물에 대해서는 알려진 내용이 별로 없다. 환형동물이 부드러운 몸을 지닌 탓에 잘 보존된 화석이 거의 없기 때문이다. 최근 중국과학원 난징 지질 고생물학 연구소(NIGPAS)를 중심으로 한 국제 공동 연구팀은 최근 세계적인 학술지 PNAS에 지금까지 발견된 것 중 가장 오래된 환형동물 신종 화석 2종을 발표해 이들의 기원에 대한 중요한 사실을 밝혀냈다. 이번에 발견된 ‘쿠안추안피버미스 브레비크루리스’(Kuanchuanpivermis brevicruris)와 ‘장자고이버미스 롱기크루리스’(Zhangjiagoivermis longicruris)’는 약 5억 3500만 년 전인 포르투니안기 지층에서 발굴되었으며, 이는 기존에 알려진 가장 오래된 환형동물 화석보다 약 1700만 년 더 오래된 것이다. 그동안 발견된 대부분의 초기 환형동물 화석은 납작하게 눌린 2차원 형태였으나, 연구팀은 중국 관촨푸 지층에서 인산염화 과정을 통해 내부 구조가 정교하게 보존된 3차원 ‘오르스텐’(Orsten)형 미세 화석을 찾아내는 데 성공했다. 불과 수 밀리미터(㎜) 크기에 불과한 이 화석들은 몸통 마디마다 쌍을 이룬 부속지가 선명하게 보존돼 있었으며, 특히 부속지 끝이 두 개의 엽(lobe)으로 갈라진 형태는 현대 갯지렁이류의 ‘측각’(parapodia) 구조와 놀라울 정도로 흡사했다. 이러한 발견은 환형동물의 조상이 원래 어떤 모습이었는지를 둘러싼 학계의 오랜 논쟁에 중요한 실마리를 제공한다. 그간 환형동물의 조상이 지렁이처럼 매끈한 형태였는지, 아니면 다리와 털이 많은 갯지렁이 형태였는지를 두고 의견이 갈렸으나, 이번 화석 증거는 환형동물이 진화 초기부터 이미 복잡한 다리와 털을 가진 ‘다모류’ 형태였음을 강력하게 시사하기 때문이다. 따라서 지렁이나 거머리처럼 몸 구조가 단순한 종류들이 원시적인 형태가 아니라, 육상이나 담수 환경에 적응하는 과정에서 부속기관을 퇴화시킨 ‘이차적 단순화’의 결과물일 가능성이 높아졌다. 한 가지 더 중요한 발견은 두 초기 환형동물이 서로 다른 환경에 적응했다는 점이다. 짧은 부속지를 가진 쿠안추안피버미스는 바다 밑바닥을 기어 다니는 저서 생활을 했던 것으로 보이는 반면, 상대적으로 긴 부속지를 가진 장자고이버미스는 현대의 부유성 갯지렁이와 유사한 구조를 갖추고 있어, 바닷속을 헤엄치며 생활한 가장 오래된 원양성 환형동물로 여겨진다. 이번 연구는 환형동물이 캄브리아기 대폭발 초기부터 이미 놀라운 생태적 다양성을 확보하고 있었으며, 이들의 진화 역사가 우리가 알던 것보다 훨씬 더 이전 시기로 거슬러 올라갈 수 있음을 보여준다. 태곳적부터 이들은 바다를 꿈틀거리며 생태계를 뒷받침해왔던 셈이다

감기를 일으키는 바이러스가 유방암 확산을 막을 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 폐 감염 경험이 암세포의 전이를 억제하는 면역 환경을 만든다는 사실이 확인됐다. 영국 데일리메일은 3일 임페리얼 칼리지 런던 연구진이 기침과 콧물 등 흔한 감기 증상을 일으키는 바이러스인 호흡기세포융합바이러스(RSV)의 새로운 효과를 발견했다고 보도했다. 폐는 유방암이 가장 흔히 전이되는 장기다. 4기 유방암 환자의 60%가 폐로 전이되며, 이 경우 5년 생존율은 30%에 불과하다. 연구진은 학술지 PNAS에 발표한 논문에서 RSV에 감염된 생쥐의 면역 체계, 특히 폐의 면역력이 강화됐다고 밝혔다. 프란시스 크릭 연구소의 암생물학자 일라리아 말란치 박사는 “RSV 감염을 경험한 생쥐에게 유방암 세포를 주입했더니 감염 경험이 없는 쥐보다 폐 종양이 훨씬 적게 생겼다”고 설명했다. 연구진은 이번 발견이 암 전이 메커니즘을 이해하는 중요한 돌파구가 될 수 있다고 평가했다. 다만 바이러스 자체를 치료제로 사용하지는 않을 것이라고 강조했다. 임페리얼 칼리지 국립심장폐연구소의 세실리아 요한슨 교수는 “폐가 전이성 암세포에 더 강하게 저항하도록 만들 수 있다면 고무적”이라며 “관찰된 효과를 모방하는 약물을 개발할 수 있기를 바란다”고 전했다. 요한슨 교수는 “이제 사람을 대상으로 한 연구가 중요하다”며 “실제로 같은 효과가 나타나는지, 이 지식을 어떻게 활용할 수 있는지 확인해야 한다”고 덧붙였다.

현재 인류는 호모 사피엔스 단일종이지만 과거에는 다양한 인간종이 존재했다. 특히 현생 인류의 사촌인 네안데르탈인은 호모 사피엔스보다 인지능력이 떨어져 멸종했다고 알려졌다. 그런데 인류학계의 이런 오랜 가설이 중대한 도전에 직면했다. 미국 인디애나대 인지과학 프로그램, 인류학과, 블루밍턴 석기시대 연구소, 컬럼비아대 인류학과, 중국 베이징대 자기공명영상 연구센터, 베이징 기술 연구소 공동 연구팀은 뇌 구조 비교 분석 결과 네안데르탈인과 초기 현생 인류 사이의 해부학적 차이가 현대인 개별 집단 간 차이보다 오히려 작다고 1일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 4월 28일 자에 실렸다. 지금까지는 네안데르탈인의 뇌가 현생 인류보다 크지만 형태가 다르다는 점을 들어 이들의 인지 능력이 떨어졌을 것이라고 추정했다. 그렇지만 실제로 네안데르탈인의 뇌 형태적 차이가 실제 인지적 차이를 반영하는지 여부가 과학적으로 분석된 적은 없다. 이에 연구팀은 미국 내 유럽계 후손 200명과 중국 한족 200명의 자기공명영상(MRI)을 정밀 분석했다. 연구팀은 이들의 뇌를 13개 영역으로 나눠 부피를 측정하고 이를 과거 보고된 네안데르탈인과 초기 현생 인류 간의 뇌 구조 차이 데이터를 대조했다. 연구 결과, 13개 뇌 영역 중 9개 영역에서 현대 인류 집단 간 절대적 부피 차이가 네안데르탈인과 초기 현대 인류 사이의 차이보다 더 크게 나타났다. 기존 연구들을 분석한 결과 현대 인류에게 있어 뇌 크기와 인지 능력 사이 상관관계는 매우 약한 것으로 확인됐다. 이는 우리가 흔히 진화적 차이라고 여겼던 네안데르탈인과 현생 인류 사이의 뇌 해부학적 특성이 실제로는 현대 인류 내에서도 흔히 발견되는 변이 수준에 불과하다는 것이다. 현생 인류가 네안데르탈인을 대체하게 된 이유가 이전에 알려진 것처럼 인지적 우월성 때문이 아니라면 네안데르탈인 멸종은 기후 변화, 감염병 같은 질병, 사회적 네트워크의 구조적 차이 등 다른 외부적 요인에서 찾아야 할 것이라고 연구팀은 지적했다. 연구를 이끈 토머스 쇠네만 인디애나대 교수는 “현대 인류 집단 사이에서 나타나는 뇌의 해부학적 차이가 인지적 우위나 진화적 유의미성을 결정짓지 않는다면 네안데르탈인과 현생 인류 조상 사이의 차이 역시 마찬가지였을 것”이라며 “이번 연구는 현대 인류 집단 내의 풍부한 생물학적 변이를 고려할 때 네안데르탈인과의 미세한 구조적 차이를 인지적 열등함으로 해석하는 것은 무리가 있음을 보여준다”고 설명했다.

지구 온난화로 인한 극단적 기상 현상이 닥치더라도 제때 정확한 정보를 제공받는다면 사람들은 미리 계획을 세우고 위험에 대비할 기회를 얻게 된다. 그렇다면 기후 변화 시대에 기상 예보의 정확도를 높인다면 더 많은 인명을 구할 수 있을까. 미국 컬럼비아대 국제·공공정책학부, 오리건대 경제학과, 프린스턴대 환경학 연구소, 애리조나대 경제학과, 국가경제조사국(NBER), 독일 괴테대 비판적 계산 연구센터, 프랑스 경제정책 연구센터(CEPR) 공동 연구팀은 단기 기상 예보의 정확도만 개선해도 2100년 폭염 관련 사망률을 최대 25% 줄일 수 있을 것이라고 15일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 4월 14일 자에 실렸다. 연구팀은 2004년 여름 이후 미국 본토 전역을 대상으로 한 기상청(NWS)의 ‘하루 전 예보 데이터’와 오리건주립대 프리즘(PRISM) 기후 연구그룹이 전국 기상 관측소 수만 곳에서 매일 수집하는 ‘기상 관측 데이터’를 결합했다. 여기에 질병통제예방센터(CDC)가 집계한 날씨 원인 지역별 사망 기록을 더해 정밀 분석했다. 그 결과 기온과 사망률의 관계에서 결정적 변수가 기상 예보의 정확도라는 점을 확인했다. 특히 예보가 더위를 과소평가했을 때 위험이 가장 커졌다. 이는 더 정확한 예보가 극한 폭염으로 인한 사망을 줄이는 데 실질적으로 이바지할 수 있다는 점을 실증한 것이라고 연구팀은 설명했다. 또 연구팀은 기상학자들을 대상으로 기상 예보 기술의 미래를 묻는 설문조사를 했다. 이들은 기상학자들이 제시한 인공지능(AI) 발전, 기후변화 영향, 예보 관련 예산과 인력 변화 등 다양한 요소에 대한 전망을 반영해 ▲가장 낙관적 전망(예보가 잘 맞는 상황) ▲가장 비관적 전망(예보 정확도가 낮은 상황) ▲한치의 오차 없는 정확한 기상 예보 등 세 가지 미래 예보 시나리오를 구성했다. 이 세 가지 시나리오에 과거 기후 및 사망 데이터를 적용해 2095~2100년 기온이 2015~2020년 수준과 비교해 ▲변화 없는 상황 ▲1.6도 상승 ▲2.7 상승 ▲3.8도 상승하는 극단적 시나리오 등 네 가지 기후 조건에서 사망률을 추정했다. 분석 결과, 정확한 기상 예보가 기후 변화로 인한 폭염 관련 사망자 발생을 상당 부분 줄일 수 있다는 것을 확인했다. 반면 예보에 대한 투자가 줄어 예보 품질이 저하될 경우 폭염 사망자가 폭증할 것이라는 예측도 나왔다. 연구를 이끈 데렉 르모인 애리조나대 교수는 “혹한도 치명적이지만 사람들이 기상 예보를 가장 적극적으로 활용하는 것은 더위를 피하기 위해서”라며 “기후변화로 극한 폭염 빈도가 늘어날 것으로 예측되는 요즘 정확한 기상 예보 가치는 더욱 커질 것”이라고 밝혔다. 르모인 교수는 “기후변화로 위험이 커질수록 개선된 예보로 구할 수 있는 생명이 많아진다는 점에서 기상 예보에 대한 투자는 매우 높은 경제적 가치가 있음을 알 수 있다”고 강조했다.

항생제 내성균은 현재 인류를 위협하는 가장 심각한 보건 문제다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 항생제 내성균과 관련된 직접적인 사망자는 연간 100만명을 넘어섰으며, 관련 사망자는 500만명에 육박하고 있다. 전문가들은 고령화와 만성 질환자의 증가로 감염 취약 계층이 늘어나는 반면, 새로운 항생제 개발 속도가 세균의 진화 속도를 따라잡지 못하면서 2050년에는 연간 사망자가 1000만명에 이를 수 있다고 경고한다. 이러한 위기 속에서 과학자들은 단순히 새로운 약물을 찾는 것을 넘어, 아예 다른 차원의 치료법을 모색하고 있다. 영국 옥스퍼드 대학교 연구팀은 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 ‘세균으로 세균을 잡는’ 이이제이(以夷制夷) 방식의 새로운 기술을 발표했다. 연구팀은 자연계의 세균들이 생존을 위해 서로를 공격하는 특성에 주목해, 항생제 내성균을 직접 사냥하는 유전자 조작 세포를 개발했다. 세균은 끊임없는 진화적 군비 경쟁을 통해 발전하기 때문에, 정체된 화학물질인 일반 항생제보다 미래의 내성균 등장에 훨씬 유연하게 대응할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀이 개발한 핵심 기술은 ‘심셀’(SimCells)이라 불리는 인공 세포다. 이는 대장균에서 복제에 필요한 핵심 DNA를 제거하여 번식 능력을 없앤 상태로, 다른 세균에 대한 살상력만 유지하도록 설계됐다. 스스로 증식할 수 없기 때문에 치료 과정에서 또 다른 감염을 일으킬 우려가 없다. 연구팀은 여기서 더 나아가 정상 세포보다 훨씬 작은 파편 형태인 ‘미니 심셀’(mini SimCell)까지 제작했다. 이 파편들은 세포로서의 기능은 수행하지 못할 정도로 작지만, 목표 세균을 죽이는 파괴력만큼은 온전히 보존하고 있다. 이에 따라 더 많은 수의 살상 세포를 만들 수 있어 더 효과적인 치료 효과를 기대할 수 있다. 이 인공 세포들이 무차별적으로 우리 몸의 세포를 공격하지 않도록 연구팀은 특정 병원체에만 결합하는 ‘나노항체’를 부착해 일종의 ‘스마트 폭탄’으로 만들었다. 심셀이 목표물에 달라붙으면 ‘6형 분비 시스템’(T6SS)이라는 미세 주사기 구조가 작동하여 독성 단백질을 내성균 내부로 직접 주입한다. 또한 효소를 이용해 아스피린을 카테콜로 변환하고, 이 과정에서 발생하는 과산화수소를 통해 2차적인 살균 효과를 나타내는 이중 공격 메커니즘도 갖추고 있다. 실제 다제 내성 대장균 균주를 대상으로 진행한 테스트에서 그 효능이 입증됐다. 크기가 큰 심셀은 투여 후 24시간 이내에 목표 세균의 94.00% 이상을 제거했으며, 미니 심셀은 48시간 이내에 목표 균주의 97.00% 이상을 박멸하는 성과를 거뒀다. 기존 항생제와는 완전히 다른 물리적·화학적 방식으로 공격하기 때문에 기존 항생제에 내성을 가진 ‘슈퍼 박테리아’들에게 효과적이다. 특히 나노항체만 교체하면 타깃이 되는 세균을 손쉽게 바꿀 수 있다는 점 역시 장점이다. 다만 이 기술이 실제 임상에 적용되기 위해서는 몇 가지 극복해야 할 문제점들이 있다. 예를 들어 심셀 자체가 세균 기반의 구조물인 만큼 인체 면역 세포가 이를 침입자로 간주하여 면역 반응을 일으킬 가능성이 있다. 따라서 초기 단계에서는 전신 투여보다 상처 부위나 특정 감염 부위에 국소적으로 사용하는 방식이 유망할 것으로 보인다. 적군인 세균을 우리 편으로 포섭해 싸우게 하는 새로운 시도가 의미 있는 성과를 내놓을 수 있을지 결과가 주목된다.

콘돔과 정관수술에 의존해 온 남성 피임 분야에서 획기적인 전기가 마련됐다. 존 호르몬 조절 방식의 한계로 지목됐던 성욕 감퇴 등 부작용 없이, 정자 생성만을 선택적으로 차단하는 기술이 동물실험을 통해 입증됐다. 10일 학계와 주요 외신에 따르면 미국 코넬대 유전학 연구팀은 신체의 호르몬 체계를 건드리지 않고 정자 생성을 가역적으로 중단시키는 기전을 발견했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보’(PNAS)에 발표됐다. 지금까지 남성용 피임약 상용화의 최대 걸림돌은 호르몬 부작용이었다. 남성 호르몬인 ‘테스토스테론’ 수치를 인위적으로 조절하면 여드름 발생, 체중 증가, 감정 기복은 물론 성욕 감퇴와 같은 부작용이 뒤따랐기 때문이다. 이에 폴라 코언 교수 연구팀은 약 6년에 걸친 연구 끝에 호르몬 대신 생식세포 생성 과정인 ‘감수분열’ 단계에 주목했다. 연구팀은 저분자 화합물인 ‘JQ1’을 활용해 정자 형성에 필수적인 특정 단백질 복합체를 선택적으로 억제했다. 이를 통해 정자가 성숙 단계에 이르지 못하도록 유도함으로써 신체 전반의 호르몬 균형을 유지하면서도 피임 효과를 거두는 데 성공했다. 동물실험 결과는 매우 고무적이었다. 약물을 투여받은 수컷 쥐는 암컷과의 교배 뒤에도 임신이 일어나지 않았다. 특히 약물 투여를 중단하면 약 6주 후부터 정상적인 정자가 다시 생성되는 현상이 확인됐다. 이후 진행된 번식 실험에서도 태어난 새끼 쥐들에게서 신체적·행동적 이상은 발견되지 않았으며, 차세대 번식 능력 또한 정상적인 것으로 나타났다. 연구팀은 이 방식이 매일 복용해야 하는 번거로움을 줄이기 위해 일정 기간 효과가 지속되는 주사제나 피부 부착형 패치 형태로 개발될 가능성이 높다고 내다봤다. 이는 사용자 편의성을 높이는 동시에 복용 망각으로 인한 피임 실패율을 낮추는 이점이 있다. 다만 이번 연구는 동물 실험으로, 연구 초기 단계인 만큼 인간에 대한 임상시험이 추후 이뤄줘야 할 것으로 보인다. 코언 교수는 “이번 연구는 남성이 스스로 가임력을 조절할 수 있는 안전한 가역적 방법의 가능성을 열어준 것”이라며 “호르몬 부작용이라는 거대한 장벽을 넘어선 새로운 피임의 방향을 제시했다”고 설명했다. 연구팀은 향후 2년 내 인체 임상시험 진입을 목표로 바이오 스타트업을 설립하고 후속 연구와 투자 유치에 속도를 낼 방침이다.

남성 피임 수단인 콘돔과 정관수술을 대체할 수 있는 새로운 남성 피임법 탄생이 현실에 한 걸음 더 다가섰다. 마치 스위치를 끄듯 정자 생성 자체를 멈춰 성욕 저하 등의 부작용 없이 피임을 할 수 있다는 점에서 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 방식으로 평가받고 있다. 8일 학계와 외신 등에 따르면 미국 코넬대 유전학 연구진은 호르몬 체계에는 영향을 주지 않으면서 정자 생성을 가역적으로 중단하는 기전을 발표했다. 그동안 남성용 피임약 개발이 지연된 주요 원인으로는 호르몬 부작용이 지목됐다. 남성 호르몬인 테스토스테론 수치를 인위적으로 낮추게 되면 여드름, 체중 증가, 감정 기복, 성욕 감퇴 등 삶의 질 저하 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 폴라 코언 교수 연구진은 약 6년에 걸쳐 쥐를 대상으로 수행한 연구에서, 생식세포 생성 과정인 ‘감수분열(meiosis)’의 핵심 단계를 차단하면 영구적 손상 없이 정자 생성을 일시적으로 멈추고 이후 정상적으로 되돌릴 수 있다는 사실을 확인했다. 연구진은 정자 형성에 필수적인 특정 단백질 복합체를 저분자 화합물 ‘JQ1’을 통해 선택적으로 억제해 정자가 성숙 단계에 이르지 못하도록 유도했다. 신체 전반의 호르몬 체계를 건드리지 않으면서 정자 생성 과정의 일부 단계만을 일시적으로 멈추는 방식이다. ‘JQ1’은 신경학적 부작용 때문에 치료제나 최종 피임약으로 사용하기는 어렵지만, 감수분열 중 ‘전기 1단계(prophase 1)’를 방해하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 이를 이용해 감수분열 자체를 표적으로 삼으면 정자 생성을 안전하고 가역적으로 억제할 수 있다는 점을 처음으로 입증했다. 연구진이 실시한 동물실험 결과, 약물을 투여받은 수컷 쥐는 암컷과 교배 시 임신이 발생하지 않는 등 피임 효과가 확인됐다. 약물 투여를 중단하자 약 6주 후부터 정상적인 정자가 다시 생성되기 시작했다. 이후 진행한 번식 실험에서 새끼 쥐는 신체적·행동적 이상이 관찰되지 않았고, 다음 세대의 번식 능력에도 문제가 없는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 접근법이 향후 일정 기간 효과가 지속되는 주사제나 피부 부착형 패치 형태로 개발될 가능성이 있다고 보고 있다. 매일 복용하는 방식보다 편의성을 높이고 피임 실패율을 낮출 수 있다는 이유에서다. 다만 이번 연구는 쥐를 대상으로 한 초기 단계 연구로, 실제 인간 대상 적용까지는 추가적인 안전성 검증 등이 필요하다. 연구팀은 전임상 단계를 거쳐 임상시험 진입을 준비 중이다. 코언 교수는 “이번 연구는 남성이 자신의 가임력을 스스로 조절할 수 있는 가역적 방법의 가능성을 보여준 것”이라며 “호르몬 부작용 없이 피임을 구현할 수 있는 새로운 방향을 제시했다”고 밝혔다. 연구진은 2년 이내에 인체를 대상으로 한 임상 시험에 진입하는 것을 1차 목표로 삼고 기업을 설립, 투자 유치 및 후속 연구에 박차를 가할 계획이다. 연구 논문은 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보’(PNAS)에 게재됐다.

1989년 침몰한 소련의 핵 추진 공격 잠수함 콤소몰레츠(Komsomolets)에서 여전히 방사성 물질이 방출되는 것으로 나타났다. 최근 노르웨이 방사능·원자력안전청 등 연구팀은 콤소몰레츠의 부식된 원자로에서 방사성 물질이 방출되고 있으나 놀라울 정도로 잘 통제되고 있다는 연구 결과를 미국국립과학원회보(PNAS·Proceedings of the National Academy of Sciences) 최신 호에 발표했다. 1983년 진수된 콤소몰레츠는 길이 117ｍ, 최대 속도 수중 30노트(약 56km/h), 최대 1020m 이상 잠항해 당대 잠수함 중 압도적인 성능을 자랑했다. 내외부 선체가 티타늄으로 제작돼 냉전 시기 소련 해군 기술의 결정체로 불렸던 콤소몰레츠는 그러나 1989년 4월 화재 사고로 침몰했다. 당시 이 잠수함은 노르웨이 인근 바렌츠해(海)에서 화재로 침몰했으며 총 69명의 승조원 중 42명이 사망했다. 이후 선체는 수심 1680m 아래에 수장됐으나 문제는 핵연료가 든 원자로 1기와 핵탄두가 장착된 어뢰 2발이 그대로 남아 있었다는 점이다. 보도에 따르면 사고 직후 소련은 잠수함의 핵무기 탑재 사실과 방사능 오염 가능성을 함구해 오다 두 달 후 처음으로 심해 잠수정을 투입해 선체를 찾아냈다. 이어 정기적으로 이를 모니터하다 핵무기가 바다에 노출되자 1994~1996년 어뢰실의 균열을 막고 이를 격리하기 위해 티타늄으로 밀봉하는 대규모 차폐 작업을 했다. 특히 러시아는 이후 콤소몰레츠 인양을 포기했는데, 이는 작업 중 방사성 물질이 해수면과 대기 중으로 방출될 위험과 막대한 비용 때문이었다. 이렇게 36년이 지난 지금까지도 콤소몰레츠는 부식된 원자로와 두 개의 핵무기를 안고 바렌츠해에 잠들어 있다. 노르웨이 연구팀이 이번에 발표한 연구 결과는 2019년 콤소몰레츠 인근에 잠수정을 보내 수집한 선체 조사, 해수, 퇴적물, 생물 샘플 등을 통합 분석해 얻어진 것이다. 연구팀에 따르면 지금도 콤소몰레츠의 환기 파이프 등에서 방사성 물질이 비디오에 포착될 정도로 활발하게 누출되는 것으로 드러났다. 그러나 다행히도 방사성 물질이 해수에 빠르게 희석되면서 해양 생물이나 지역 환경에 영향을 미친다는 징후는 발견되지 않았다. 또한 어뢰실 근처에서 채취한 퇴적물 및 해수 샘플에서 플루토늄 흔적이 전혀 발견되지 않았는데, 이는 1990년대 실시한 티타늄 밀봉이 여전히 강력하게 유지되고 있기 때문으로 풀이됐다. 논문의 공동 저자인 해양 방사능 생태학자 저스틴 그윈은 “잠수함의 앞부분 특히 어뢰실에 심각한 손상이 있는 것을 제외하면 잠수함은 최근에 침몰한 것처럼 보였다”면서 “과거 러시아의 판단처럼 잠수함을 인양해 육지 어딘가에 안전하게 폐기하는 것은 비용과 위험이 너무 크다고 생각된다”고 밝혔다.

“너 때문에 내가 늙는다” 농담처럼 하는 말이지만 실제로 어느 정도 사실일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 주변 인간관계 중 스트레스를 유발하는 사람이 많을수록 생물학적 노화 속도가 빨라질 수 있다는 연구가 발표됐다. 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS) 2월 18일 자에 게재됐다. 9일(현지시간) 미국 워싱턴포스트(WP) 등에 따르면 뉴욕대·미시간대·유타대 연구진은 18~103세 성인 2300여 명을 대상으로 인간관계와 건강 상태, 생물학적 노화 지표를 분석했다. 연구에는 뉴욕대 사회학과 이병규 교수가 제1 저자로 참여했다. 연구진은 삶을 어렵게 만들거나 반복적으로 스트레스를 주는 사람을 ‘해슬러’(hassler), 즉 괴롭히는 사람으로 정의했다. 참가자들은 최근 6개월 동안 자신과 가까운 사람 가운데 누가 자주 문제를 일으키거나 스트레스를 주는지 답했다. 연구진은 동시에 참가자의 타액 표본을 수집해 DNA 메틸화 정도를 분석했다. DNA 메틸화는 생물학적 나이를 추정하는 대표적인 지표로, 세포 노화 속도를 비교적 정확하게 보여주는 것으로 알려져 있다. 지금까지는 긍정적인 인간관계가 건강에 도움이 된다는 연구는 많지만, 부정적인 인간관계가 신체 노화에 미치는 영향을 분석한 연구는 상대적으로 많지 않다. 이런 점에서 이번 연구는 의미가 있다는 평가다. ◆ ‘괴롭히는 사람’ 많을수록 노화 빨라졌다 분석 결과 주변에 스트레스를 주는 사람이 많을수록 생물학적 노화 속도가 빨라지는 경향이 나타났다. 연구에 따르면 괴롭히는 사람이 한 명 늘어날 때마다 노화 속도는 약 1.5% 증가했다. 이를 생물학적 나이로 환산하면 같은 시점 기준 평균 약 9개월 더 늙은 것으로 나타났다. 전문가들은 이러한 만성적인 인간관계 스트레스가 면역 기능 저하와 심혈관 질환 위험 증가 등 건강 전반에 부정적인 영향을 줄 수 있다고 설명한다. 특히 주변에 괴롭히는 사람이 한 명이라도 있을 경우 노화 속도는 최대 2.6% 빨라지고 생물학적 나이는 약 15개월 증가하는 것으로 분석됐다. 연구 참가자 가운데 약 28.8%는 최소한 한 명의 괴롭히는 사람이 있다고 답했으며 약 10%는 두 명 이상의 스트레스 관계를 경험하고 있었다. 또 여성이나 흡연자, 어린 시절 학대 경험이 있는 사람일수록 주변에 괴롭히는 사람이 많다고 응답했고 생물학적 노화도 더 빠른 경향이 나타났다. ◆ 가장 위험한 인간관계는 ‘가족’ 연구에서 특히 주목된 것은 가족 관계의 영향이었다. 여러 유형의 인간관계 가운데 가족이 스트레스를 유발할 경우 건강에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 가족 관계는 쉽게 끊기 어렵고 의무감과 상호 의존성이 강하기 때문에 갈등이 장기간 이어질 가능성이 높기 때문이다. 가족 중에서는 부모와 자녀 관계에서 스트레스 사례가 가장 많이 나타났다. 다만 배우자의 경우 긍정적 교류와 부정적 교류가 혼합되는 경우가 많아 생물학적 노화와의 직접적인 연관성은 뚜렷하지 않았다고 연구진은 설명했다. 가족이 아닌 관계에서는 직장 동료나 룸메이트가 스트레스를 유발하는 경우가 비교적 많았다. 연구진은 이러한 관계는 공동생활이나 업무 등으로 얽혀 있어 갈등이 생겨도 쉽게 관계를 정리하기 어렵기 때문이라고 분석했다. 연구를 이끈 이 교수는 “괴롭히는 사람이 실제로 노화를 직접 유발한다고 단정할 수는 없다”면서도 “괴롭힘을 당하는 경험과 노화 속도 사이에 일정한 연관성이 존재한다는 점을 보여준다”고 설명했다. 그는 “단순히 인간관계를 넓히는 것보다 건강에 해로운 관계를 줄이는 것이 오히려 건강에 도움이 될 수 있다”고 덧붙였다.

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.

공룡 발자국 화석은 뼈 화석과는 달리 공룡의 실제 행동과 보행 방식, 사회성, 생태 환경을 파악할 수 있는 ‘살아 있는 화석’으로 고생물학 연구에서 매우 중요하다. 공룡 발자국 화석은 중요한 연구 지표이지만, 기존 방법으로는 해석이 쉽지 않다. 기존에는 발자국 화석을 특정 공룡에 맞추는 컴퓨터 데이터 세트를 수동으로 구축해야 했기 때문에 편향이 발생할 수 있다. 이런 상황에서 독일 헬름홀츠 재료·에너지 연구센터 광학과, 영국 에든버러대 지구과학부, 리버풀 존 무어스대 생명·환경과학부 공동 연구팀은 수백만 년 전 형성된 공룡 발자국을 식별할 수 있는 인공지능(AI) 기반 앱을 개발했다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 1월 27일 자에 실렸다. 고생물학자들은 수많은 공룡 발자국을 연구하면서 이들이 사나운 육식공룡, 온순한 초식공룡, 비행 공룡인지 빠르게 구분할 수 있는 방법을 찾아왔다. 이에 연구팀은 컴퓨터가 공룡 발자국 형태의 변이를 스스로 학습하도록 했다. 연구팀은 약 2000개의 화석 발자국과 가장자리 변위 같은 현실적 변화를 모방한 수백만 개의 추가 변이를 학습시켰다. 발가락 간격, 발뒤꿈치 위치, 지면에 닿는 접촉 면적 크기, 발 각 부분에 실리는 무게 분포 등 발자국 변이의 8가지 핵심 특징을 식별하도록 했다. 이런 변이를 인식한 인공지능 모델은 기존 화석 발자국과 비교를 통해 어떤 공룡의 발자국인지를 예측할 수 있다. 이 기술을 적용한 앱인 ‘디노트래커’는 스마트폰으로 공룡 발자국 사진이나 스케치를 업로드하면 즉시 분석 결과를 받을 수 있다. 이 알고리즘은 논란 여지가 있는 종을 포함해 인간 전문가의 분류와 약 90% 일치율을 보였다. 특히 2억 년 전에 만들어진 여러 공룡의 발자국이 멸종된 조류와 현대 새의 발자국과 놀라울 정도로 유사한 특징을 공유한다는 사실을 발견했다. 또, 새가 기존에 생각했던 것보다 수천만 년 더 일찍 기원했을 가능성이 있고, 원시 공룡이 우연히 새의 발과 유사한 발을 가졌을 가능성이 큰 것으로 확인했다. 연구팀은 이 앱을 이용해 1억 7000만 년 전의 것으로 스코틀랜드 스카이 섬 갯벌에 찍혀 오랫동안 미스터리로 남아 있던 발자국을 분석한 결과, 가장 오래된 오리부리공룡의 친척들에 의해 만들어졌을 가능성이 크다고 밝혔다. 연구를 이끈 스티븐 브루사티 영국 에든버러대 교수는 “이번 연구 결과는 1세기 넘게 전문가들을 난관에 빠뜨렸던 공룡 발자국 분류를 객관적이고 데이터 기반 방식으로 해결할 수 있음을 보여준다”며 “이번 방법은 발자국 변이를 인식하고 그 생성자에 대한 가설을 검증하는 편향 없는 방식을 제공해 연구, 교육, 현장 조사에도 탁월한 도구가 될 것”이라고 말했다.

어선단의 위치 정보 데이터를 이용해 해양 환경 변화와 어업 동향을 파악할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 캘리포니아 산타크루즈(UCSC) 해양과학연구소, 태평양해양수산물위원회, 샌디에이고 주립대 생태관측·관리연구소, 우즈홀 해양학연구소, 하와이 해양관측시스템, 영국 켄트대 보존·생태학연구소, 캐나다 통합해양관측시스템 공동 연구팀은 선박 추적 시스템에서 얻은 방대한 위치 정보 데이터를 활용해 선박 통행과 산업 어업으로 인해 고래를 비롯한 대형 해양 생물이 위험에 처한 지역을 정확히 찾아낼 수 있다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 ‘PNAS’ 12월 22일 자에 실렸다. ‘생태계 감시자’라는 개념은 주변 환경 변화를 알려주는 살아있는 센서로, 직접 관찰하기 어려운 자연 서식지에 대한 인간과 기후 변화의 영향을 더 잘 이해하길 원하는 연구자들 사이에서 주목받고 있다. 이 개념은 새부터 고래에 이르는 다양한 동물에 적용된다. 탄광 속 카나리아처럼 동물들은 위험을 미리 알려주는 역할을 해왔다. 따라서 감시자가 생태계 변화에 미리 대응할 수 있도록 돕는다면, 종 보호에 도움이 될 뿐만 아니라 보존을 위한 시간과 비용도 절약할 수 있다. 해양 최상위 포식자가 이상적 생태계 감시자가 될 수 있다면, 어부들은 이 기준에 완벽하게 부합한다고 연구팀은 밝혔다. 어부들은 환경 변화에 매우 민감하고, 생태계 변화가 그들의 생계에도 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 해수 온난화가 어업에 미치는 피해를 정밀하게 감시할 수 있다면 지역 경제와 공동체에 피해를 주는 어업 붕괴를 막는 데도 도움이 될 수 있다. 지난 수십 년 동안 기후 변화로 인한 장기적 온난화와 엘니뇨 현상, 해양 폭염과 관련된 단기적 기온 급등은 어선단 간의 갈등, 어류 가공 인프라에 대한 부담, 남획으로 이어졌다. 예를 들어 미국 메인 만에서 발생한 폭염은 바닷가재를 얕은 해역으로 몰아넣었고, 이에 따라 가공 능력과 소비자 수요를 초과하는 어획량을 기록하기도 했다. 그 결과, 바닷가재 가격은 정상 가격보다 70% 하락했고 시장은 붕괴했다. 또, 메인 만 대구에 대한 장기적 온난화의 영향을 인식하지 못해 어획 할당량이 개체 수를 과대평가하게 됐고, 결국 남획으로 이어졌다. 이에 연구팀은 어선단에 주목했다. 이번 연구의 핵심종인 눈다랑어와 참다랑어는 여름과 가을에 미국 서해안 어부들이 어획하는 회유성 온대성 참치 종이다. 이 두 종은 따뜻한 수온 조건에서 북쪽으로, 그리고 해안 쪽으로 이동한다. 연구 결과, 전 세계 선박 모니터링 시스템(VMS)으로 추적된 어선단의 이동은 참치 이동을 반영하는 것으로 나타났다. 예를 들어 참치와 어업은 2014~2016년 해양 폭염 동안 북쪽으로 이동했지만, 2019년과 2023년에 이어진 폭염 동안에는 정상적 분포를 유지했다. VMS를 위해 위성에서 생성된 위치 정보 데이터가 해양 폭염이 생태학적으로나 경제적으로 중요한 해양 종들의 행동에 어떻게 영향을 미치는지 밝혀낼 수 있음을 보여준다. 특히 연구팀은 이번 연구에서 어업 추적 데이터가 2023년 북태평양에서 발생한 역대 최악 수준의 해양 폭염으로 인해 눈다랑어의 개체 수가 줄었음을 어떻게 보여주는지 설명한다. 변화하는 기후에 대한 새로운 접근 방식은 VMS가 참치 분포 변화를 예측하는 데 해수면 온도 이상보다 6배 더 뛰어나다는 것을 발견했다. 연구팀은 해양 상황의 이상 징후를 감지하는 방법으로 실시간 VMS 데이터의 중요성이 일찍이 인식됐다면, 어획량이 부진했던 시기를 더 빨리 알 수 있었을 것이라고 밝혔다. 어선단이 생태계 감시자 역할을 할 수 있다는 말이다. 연구를 이끈 헤더 웰치 UCSC 해양과학연구소 교수는 “어선 활동에 대한 많은 데이터가 축적돼 있는데 이는 전통적으로 감시 목적으로 사용됐지만, 이번 연구에 따르면 생태계 건강을 이해하는 데도 유용할 수 있음을 보여준다”라고 말했다.

가스레인지로 요리할 때 발생하는 이산화질소가 실내 공기를 심각하게 오염시키는 것으로 나타났다. 미국 스탠퍼드대 연구팀은 가스레인지 사용 가구의 실내 이산화질소 농도가 실외 오염원에서 발생하는 수준과 맞먹거나 이를 초과한다는 연구 결과를 발표했다. 스탠퍼드대 연구팀은 미국 전역 1억 3300만 가구의 건물 정보와 실내외 공기질 측정 데이터, 가정의 생활 패턴 통계를 토대로 지난 3일 국제학술지 PNAS 넥서스에 이런 내용의 논문을 발표했다. 가스레인지와 프로판 가스레인지는 상당한 양의 이산화질소를 방출한다. 이산화질소는 천식, 폐쇄성 폐질환, 조산, 당뇨병, 폐암과 관련이 있는 유해 물질이다. 연구 결과 가스레인지를 전기레인지로 바꾸면 이산화질소 노출량이 전국 평균 4분의 1 이상 감소하고, 가스레인지를 자주 사용하는 사람들의 경우 절반 가량 줄어드는 것으로 확인됐다. 연구 책임자인 롭 잭슨 스탠퍼드대 교수는 “가스레인지를 사용하면 실내에서 가스레인지로 인해 들이마시는 이산화질소 양이 모든 실외 오염원을 합친 것만큼 많은 경우가 많다”고 설명했다. 미국인 대부분에게는 자동차나 트럭 같은 실외 오염원이 여전히 이산화질소 노출의 주요 원인이었다. 하지만 2200만명의 미국인, 특히 작은 집에 사는 사람들과 시골 지역 거주자들은 가스레인지 사용만으로도 장기 노출 안전 기준을 초과하는 이산화질소에 노출되고 있었다. 시골 지역에서는 가스레인지가 전체 이산화질소 노출에서 차지하는 비중이 상대적으로 더 컸다. 반면 대도시에서는 실외 이산화질소 수준이 이미 높은 데다 좁은 주거 공간에서 가스레인지 배출물이 쉽게 축적돼 총 노출량이 가장 높았다. 연구팀은 또한 가장 심한 이산화질소 급증 현상이 실내에서 발생하며, 이는 요리 중 가스레인지 사용으로 직접 발생한다는 사실을 확인했다. 이러한 급격한 증가는 실외 오염이 아니라 요리 중 집중적으로 발생하는 배출 때문이었다. 연구팀은 전기레인지 등 깨끗한 조리 기술을 장려하는 환급이나 세금 공제 같은 정책이 유해한 실내 오염을 크게 줄일 수 있다고 밝혔다. 이런 조치는 작은 집, 세입자가 조리 기구를 선택할 수 없는 임대 주택, 전기레인지 도입에 경제적 어려움을 겪는 지역사회에 가장 큰 도움이 될 것으로 보인다. 잭슨 교수는 “전기레인지로 바꾸는 것이 더 깨끗한 요리와 더 나은 건강을 향한 긍정적인 발걸음”이라고 말했다.

개는 인간이 가축화시킨 가장 오래된 동물이다. 인간과 오랜 시절 같이 하다 보니 인간의 행동과 비슷할 때도 많고, 인간을 사람보다 잘 이해하는 것 같은 느낌을 받을 때가 있다. 그런데, 실제로 개의 행동과 마음을 결정하는 유전자가 인간의 것과 비슷하다는 사실이 발견돼 놀라움을 안겨준다. 영국 케임브리지대 생리학·발달 신경과학과, 정신의학과, 심리학과, 런던 퀸 메리대 생물·행동과학부, 링컨대 생물·생명과학과 공동 연구팀은 반려견의 행동과 연관된 특정 유전자들이 인간의 불안과 우울 같은 심리 상태는 물론 지능 같은 특성과도 밀접한 관련이 있다고 1일 밝혔다. 이번 연구는 반려견들의 감정을 좀 더 자세히 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 반려견들이 왜 다른 개들보다 더 두려움을 느끼거나 활기차거나, 공격적인지를 알 수 있게 한다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 25일 자에 실렸다. 연구팀은 2012년 모리스 동물 재단이 운영한 ‘골든레트리버 평생 연구’에 참여한 3~7세 골든레트리버 1300마리의 분석 자료를 활용했다. 연구팀은 사육자를 대상으로 반려견의 73가지 행동에 대한 설문지를 작성하도록 하고, 이를 14개 범주로 분류해 다양한 행동 특성을 보여주는 자료로 계량화했다. 연구팀은 이 두 자료를 비교 분석한 결과, 훈련 가능성, 활동 에너지 수준, 낯선 사람에 대한 두려움, 다른 개에 대한 공격성 등 특성의 기반이 되는 유전자들을 발견했다. 연구팀은 사람을 대상으로 유사한 분석을 한 결과와 이번 연구의 결과를 비교해, 골든레트리버 유전자 중 12개가 인간의 행동 특성과 감정에도 중요한 역할을 유전자와 유사하다는 점을 확인했다. 골든레트리버의 다른 개에 대한 공격성과 연관된 PTPN1 유전자는 인간에게는 지능, 우울증과 관련이 있다. 다른 개를 두려워하는 골든레트리버에서 발견된 또 다른 유전자 변이는 인간의 불안과 우울은 물론 학업 성취도와도 밀접한 관련이 있는 유전자와 같은 것으로 확인됐다. 또, 골든레트리버의 훈련 가능성은 인간에게 지능과 정서적 민감성과 연관된 ROMO1 유전자와 관련이 있다. 버스나 청소기 같은 사물에 대해 유난히 두려워하는 개들은 인간에서 짜증, 예민함, 불안증을 유발하는 유전자와 같은 것으로도 확인됐다. 연구를 이끈 엘레노어 라판 케임브리지대 교수는 “이번 연구 결과는 인간과 골든레트리버가 행동에 있어 공통된 유전적 근원을 공유한다는 강력한 증거”라며 “이번에 확인한 유전자들은 두 종 모두에서 감정 상태와 행동에 큰 영향을 미친다”고 강조했다. 라판 교수는 “이번 연구 결과는 반려동물의 감정 세계를 이해하고 그들에 맞는 훈련이나 돌봄을 제공하는 데 도움이 될 수 있다”며 “반려동물을 관찰하고 연구함으로써 인간의 신경·정신 관련 질환에 대해서도 더 잘 이해할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

성인 기준으로 1.4㎏에 불과한 인간의 뇌는 수천억 개의 신경세포(뉴런)가 시냅스라는 특수한 연결 구조로 소통하고 정보를 처리하며 기억을 저장한다. 시냅스의 신호를 보내는 쪽(시냅스 전 말단)과 받는 쪽(시냅스 후 말단)이 나노미터(㎚) 수준에서 정교하게 정렬되어야 정확한 신호전달이 가능해진다. 고도로 정밀한 신호 전달 시스템을 유지할 수 있게 돕는 뇌 속의 ‘마에스트로’ 단백질이 처음 발견돼 주목받는다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단, 충남대 의대 공동 연구팀은 뇌 속 신경세포 간 정교한 신호전달과 기억 형성에 핵심적 역할을 하는 단백질 ‘카스킨2’(CASKIN2)의 기능을 처음으로 규명했다고 17일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 12일 자에 실렸다. 연구팀은 시냅스 전 말단에 있는 ‘카스킨2 단백질’이 흥분성 시냅스의 기능과 강도를 조절하는 핵심 인자라는 것을 확인했다. 카스킨2와 구조가 유사한 카스킨1 단백질은 이런 기능을 수행하지 못하는 점도 밝혀냈다. 특히카스킨2 단백질이 신호를 보내는 신경세포에서만 작동하는 것이 아니라, 신호를 받는 세포의 기능까지 직접 조절하는 것을 확인했다. 카스킨2는 시냅스 사이의 공간을 가로질러 두 신경세포 간 소통 전체를 조율하는 ‘지휘자’(마에스트로) 역할을 한다. 연구팀은 카스킨2 단백질이 ‘PTPσ’라는 단백질과 상호작용을 통해 이 기능을 수행한다는 점도 확인했다. PTPσ가 카스킨2의 특정 부위를 탈인산화하면, 카스킨2가 시냅스 전 말단의 세포 골격 구조를 재배열해 신호를 안정적으로 보낼 수 있게 만든다. 그 결과, 신호를 받는 시냅스 후 말단의 신호 수용체(NMDA 수용체) 기능이 강화돼 신경세포 간 정보 전달이 원활해진다. 연구팀은 이런 단백질의 상호작용이 실제 학습과 기억 형성에도 직접 영향을 미친다는 점을 생쥐 모델 실험으로 확인했다. 기억에 관여하는 뇌 부위인 해마의 신경회로에서 카스킨2나 PTPσ의 기능을 제거한 생쥐는 새로운 장소를 기억하는 ‘공간 인지 기억’ 능력이 뚜렷하게 저하되는 것을 연구팀은 확인했다. 연구팀에 따르면 분자 수준의 단백질 기능이 고등 인지 기능인 학습과 기억의 토대가 된다는 사실을 명확히 보여주는 결과다. 연구를 이끈 고재원 DGIST 교수는 “이번 연구 결과는 시냅스 기능 이상으로 발생하는 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 뇌 질환의 원인 규명과 새로운 치료 전략 개발에 중요한 과학적 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

1997년 IMF 외환 위기 이후 신자유주의 유입으로 양극화가 시작됐다고 보는 시각이 많다. 양극화를 가속한 또 하나의 분기점은 2007~2008년 세계 금융위기가 꼽힌다. 이후 양극화는 어느 한 나라의 문제가 아니라 전 세계적인 골칫거리가 되고 있다. 극우 세력 창궐도 양극화가 원인일 수 있다. 최근 벌어지는 일련의 사회적 문제들의 모든 원인으로 꼽히는 양극화 해결을 정확한 원인 파악이 우선해야 한다. 오스트리아 빈 의과대학 복잡계 과학 연구소, 빈 복잡계 과학 허브, 미국 산타페이 연구소 공동 연구팀은 사회적 양극화 증가는 사회적 행동의 변화와 함께 발생했으며, 특히 친밀한 사회적 접촉 수의 증가가 원인이라고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 10월 28일 자에 실렸다. 많은 국가가 현재 맞닥뜨린 가장 큰 문제는 ‘왜 최근 몇 년 간 양극화가 극적으로 증가했는가. 2008~2010년에 갑작스럽게 양극화가 증가한 원인은 무엇일까’이다. 연구팀은 양극화 증가는 단순히 인지되는 문제가 아니라 측정할 수 있고 객관적으로 발생하고 있는 문제라고 인식하고, 사회적 네트워크 변화에 주목했다. 이에 연구팀은 사회적 네트워크, 특히 사람들의 친밀한 우정 관계가 변했는지 살펴봤다. 우정 네트워크 분석을 위해 연구팀은 유럽 사회조사(ESS)와 미국 일반 사회 조사(US GSS)를 포함해 유럽과 미국에서 5만 7000명 이상의 응답자를 대상으로 한 30가지 서로 다른 설문조사를 통합해 분석했다. 연구 결과, 수십 년 동안 사회학 연구에 따르면 일반적으로 사람들은 평균 2명 안팎의 친한 친구를 유지했지만 2008년경부터 친한 친구의 평균 수가 2명에서 4~5명으로 급증했다. 친한 친구라고 하는 것은 중요한 문제에 대해 의견 형성에 영향을 미칠 수 있는 사람을 말한다. 실제로 친밀한 우정의 평균 수는 2000년 2.2명에서 2024년 4.1명으로 증가했다. 연구팀은 연결이 많아져 네트워크 밀도가 증가하면 집단 내 양극화는 필연적으로 급격히 증가한다고 설명했다. 밀도 높은 사회적 네트워크가 사회적 양극화를 초래하는지 구체적으로 파악하기 위해 연구팀은 관련한 기존 설문조사 데이터를 분석했다. 연구팀은 미국인의 정치적 태도를 규칙적으로 조사하는 ‘퓨 리서치 센터’가 1999~2017년 실시한 2만 7000건 이상의 설문조사를 활용했다. 이 데이터는 질문이 거의 변하지 않기 때문에 시간에 따른 패턴을 파악할 수 있다는 장점이 있다. 분석 결과, 1999년에는 응답자의 14%만 일관되게 진보적 견해를 밝혔지만 2017년에는 이 수치가 31%로 늘었다. 또, 1999년에는 응답자의 6%가 일관되게 보수적이라고 응답했지만, 2017년에는 16%로 늘었다. 점점 많은 사람이 중도적이기 보다는 한 가지 정치적 진영에 자기를 포함하는 것을 알 수 있다. 사람들이 서로 더 많이 연결될수록 같은 의견을 더 자주 접하게 되고, 이는 필연적으로 더 많은 갈등을 초래하고 궁극적으로 사회적 양극화를 심화시킨다. 연구팀 관계자는 “양극화는 인류가 등장한 이후 항상 존재했지만, 현재 일어나고 있는 것은 역사적 패턴을 뛰어넘는 수준이다”며 “연결성이 증가하면서 작지만 단단하게 결속되고, 서로 매우 다른 의견을 가진 집단들이 형성되고 서로 간 교류는 없는 상태가 되고 있다”고 설명했다. 이런 ‘필터 버블’은 극단적 의견을 가진 두 집단을 서로 부정적으로 생각하거나 적대적으로 느끼게 한다. 연결성이 증가해 임계 연결 밀도를 초과할 때 ‘파편화’가 일어나 갑작스러운 양극화로 이어질 수 있다. 이는 물이 얼음으로 변하는 ‘상전이’와 같다. 연구를 이끈 스테판 터너 오스트리아 빈 의과대 교수(경제물리학)는 “이번 연구는 수학적 사회 모델을 사용해 현재 전 세계 여러 곳에서 동시에 관찰되는 특이한 형태의 양극화, 즉 민주주의를 위협하는 양극화에 대한 과학적이고 근본적인 설명을 제공한다”며 “상전이가 사회에도 존재한다는 것은 매우 흥미롭지만, 정확한 임곗값이 어느 정도인지는 추가 연구가 필요하다”고 말했다.

네덜란드와 호주 연구팀이 평생 성관계를 하지 않은 사람들을 대상으로 한 대규모 연구에서 이들이 전체 인구의 약 1%를 차지하며, 유전적 요인이 15% 정도 영향을 미친다고 밝혔다. 성관계 경험이 없는 사람들은 교육 수준이 높고 외로움을 더 많이 느끼며, 남성의 경우 여성 인구가 적은 지역에 거주하는 경향을 보였다. 네덜란드 암스테르담대학교 의료센터와 호주 QIMR 베르그호퍼 의학연구소가 공동으로 진행한 이번 연구는 지난 16일 국제 학술지 PNAS에 발표됐다. 연구진은 39~73세 영국인 약 40만명과 18~89세 호주인 약 1만 3500명을 대상으로 평생 성관계를 하지 않은 사람들의 특징을 분석했다. “남녀 모두 전체 1%가 평생 성관계 경험 없어”조사 결과 남녀 모두에서 약 1%가 평생 성관계 경험이 없는 것으로 나타났다. 연구진은 이들을 ‘무성애자’와 ‘비자발적 독신자’로 구분할 수 있다고 설명했다. 무성애자는 성적 욕구 자체가 없는 사람들이고, 비자발적 독신자는 성적 욕구는 있지만 적절한 파트너를 찾지 못한 경우다. 연구진이 참가자들의 유전자 데이터를 분석한 결과, 유전적 요인이 성관계 경험 여부의 차이를 15% 정도 설명하는 것으로 밝혀졌다. 하지만 큰 영향을 미치는 단일 유전자는 발견되지 않았고, 여러 유전자가 각각 작은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 남녀 간 유전적 상관관계는 0.56으로, 성관계 경험과 관련된 유전적 특성이 성별에 관계없이 어느 정도 공통적임을 시사했다. “높은 교육 수준, 술·담배 덜해…행복감은 낮아”성관계 경험이 없는 사람들은 몇 가지 뚜렷한 특징을 보였다. 이들은 평균적으로 교육 수준이 높았고, 술을 덜 마시고 담배도 덜 피웠다. 반면 신경질적이고 외로움을 많이 느끼며 행복감이 낮았다. 또한 친구나 가족의 방문이 적고, 마음을 털어놓을 상대가 없으며, 삶이 의미 있다고 여기지 않는 경향도 강했다. 이는 성관계와 전반적인 삶의 만족도가 밀접하게 연결되어 있음을 보여준다. 성관계 경험이 없는 남성들은 악력과 팔 근육량이 상대적으로 적었다. 이는 상체 근력을 나타내는 지표로, 여성에게서는 이런 상관관계가 나타나지 않았다. 지역적 특성도 중요한 요인으로 드러났다. 성관계 경험이 없는 남성들은 여성 인구가 상대적으로 적은 지역에 거주하는 경향을 보였다. 또한 남녀 모두에서 소득 불평등이 심한 지역에 거주할 확률이 높았다. “성관계와 불행 간 인과관계 구분 어려워”유전자 분석을 통해 성관계 경험 부족과 다른 특성들 간의 관계도 밝혀졌다. 교육 수준뿐만 아니라 측정된 지능과도 강한 유전적 상관관계를 보였고, 높은 소득 및 사회경제적 지위와도 연결돼 있었다. 성관계 미경험자들이 사회적으로 불리한 위치에 있는 것이 아니라 오히려 지적·경제적 측면에서는 유리한 특성을 가지고 있음을 의미한다. 성관계 미경험은 내향성, 자폐 스펙트럼 장애, 거식증과 양의 상관관계를 보였다. 이는 이런 특성을 가진 사람들이 성관계 경험이 없을 확률이 상대적으로 높다는 의미다. 반면 약물 및 알코올 장애, 우울증, 불안, 주의력결핍과잉행동장애(ADHD)와는 음의 상관관계를 나타냈다. 즉 성관계 미경험자들에게서 이런 정신건강 문제가 나타날 가능성은 오히려 낮았다는 뜻이다. 연구진은 이번 연구 결과가 복잡한 양상을 보인다고 설명했다. 성관계 경험이 없는 것이 불행을 야기하는지, 아니면 불행한 감정 때문에 파트너 찾기가 어려운지 인과관계를 명확히 구분하기 어렵다는 것이다. 또한 참가자들이 성관계 경험 여부만 보고했을 뿐 성적 욕구가 있었는지는 알려주지 않아, 자발적 무성애자와 비자발적 독신자를 구분하는 데 한계가 있었다. 연구진은 “이번 연구는 성관계 미경험에 대한 이해를 크게 향상시켰지만, 욕구와 성애에 대한 더 세밀한 평가가 필요하다”며 “성관계를 하지 않는 사람들에 대해 가치 판단을 해서는 안 되며, 단지 더 깊은 이해를 위해 연구할 뿐”이라고 덧붙였다.

기원전 3세기 시라쿠사 출신 철학자이자 수학자, 과학자이자 공학자였던 아르키메데스에 관한 에피소드 중 가장 유명한 것은 불규칙한 형태를 가진 물체의 부피를 재는 방법을 찾는 이야기다. 왕에게서 왕관에 불순물이 섞여 있는지 왕관을 부수지 말고 알아낼 것으로 요청받은 뒤, 며칠 동안 고민에 빠져있다가 목욕탕에 가서 욕조를 넘치는 물을 보면서 아이디어를 떠올리는 순간 아르키메데스는 벌거벗은 채 “유레카”를 외치며 뛰쳐나왔다는 이야기. 이처럼 사람들은 작업하던 문제에 관해 갑작스러운 통찰력이나 돌파구를 체험하는 ‘유레카’ 또는 ‘아하’의 순간을 맞는다. 과학자들은 번개처럼 스쳐 지나가는 ‘유레카’와 ‘아하’ 순간이 어떻게 찾아오는지 명확히 밝혀내지 못했지만, 통찰의 순간이 오기 전 감지할 수 있는 방법을 찾아냈다. 미국 캘리포니아 머서드대(UC 머서드) 인지·정보 과학과, 인디애나대 심리학·뇌과학과, 넷플릭스 데이터·인사이트 부 공동 연구팀은 유레카의 순간을 맞기 몇 분 전에 일어나는 행동 변화를 식별하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 8월 19일 자에 실렸다. 연구팀은 ‘윌리엄 로웰 퍼트넘 수학 경시대회’에서 출제된 악명 높은 어려운 문제들과 씨름하는 박사급 수학자 6명의 풀이 과정을 동영상 촬영했다. 윌리엄 로웰 퍼트넘 수학 경시대회는 미국과 캐나다의 대학 학부생을 대상으로 한 수학 대회로 문제가 난해하기로 유명하다. 수학자들의 사무실과 세미나실에서 촬영됐으며, 칠판에 쓰고, 주목하고, 지우고, 주의를 옮기는 등 4600개 이상의 순간을 모두 기록했다. 그 결과, 수학자들이 ‘아하’ 또는 ‘알았어’라고 외치기 몇 분 전, 행동이 눈에 띄게 예측 불가능해진다는 사실을 확인했다. 문제 풀이 과정에서 나타난 쓰고 지우고 칠판을 쳐다보고 주의를 돌리는 과정이 완전히 달라진다는 것이다. 연구팀은 통계물리학과 생태학 이론을 바탕으로 유레카 순간이 다가오면서 나타나는 예측 불가능성을 정량화했다. 실험에 참여한 모든 수학자에게서 ‘아하’의 순간 몇 분 전부터 미세한 행동의 변화가 꾸준히 증가하는 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 이런 행동은 수학뿐만 아니라 사고 과정이 관찰할 수 있는 단계로 펼쳐지는 모든 분야에서 적용된다. 화학자가 알려지지 않았던 분자 결합을 알아내는 순간이나 디자이너가 프로토타입을 개발하고, 예술가가 새로운 형태를 탐구하는 경우 등 다양하다. 연구를 이끈 타일러 매게티스 UC 머서드 교수(인지과학)는 “이번 연구는 창의성의 미시적 메커니즘을 더 잘 이해하게 하고, 어느 순간 어떻게 돌파구를 찾는지 예측하고, 그 순간을 끌어낼 수 있게 도울 수 있을 것”이라고 말했다.

러시아의 대문호 톨스토이의 소설 ‘안나 카레니나’에는 “행복한 가정은 모두 엇비슷하고, 불행한 가정은 불행한 이유가 제각기 다르다”라는 유명한 문장이 나온다. 행복과 불행의 본질에 대한 통찰을 담고 있는 이 문장은 행복의 조건에는 보편성이 있지만, 불행은 개개인의 다양한 요인으로 인해 발생한다는 것을 의미한다. 그런데, 낙관론과 비관론도 이와 비슷하다는 연구 결과가 나왔다. 일본 고베대 심리학과, 교토대 미래 인간사회 연구소, 오사카 종합보육대 유야교육학부, 긴키대 경영학부, 호주 라트로브대 심리·공중 보건학부 공동 연구팀은 미래 사건을 생각할 때 낙관주의자의 뇌는 유사하게 작동하지만, 비관주의자 뇌는 각자의 방식으로 작동해 개별성이 강하다고 24일 밝혔다. 낙관주의자들은 미래에 대한 공통된 비전을 공유하고 있어, 훨씬 더 사교적이라고 연구팀은 설명한다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 7월 22일 자에 실렸다. 일반적으로 낙관주의자는 자기의 사회적 관계에 더 만족하고, 넓은 사회적 네트워크를 갖는다. 최근 연구에 따르면 사회적으로 중심적 위치를 차지하는 사람들의 뇌는 자극에 유사한 반응으로 반응하기 때문이다. 미래에 대한 태도도 비슷하고, 이를 공유하면서 뇌에서 미래를 비슷하게 상상하면서 서로의 관점을 더 쉽게 이해할 수 있다는 주장이다. 연구팀은 이를 검증하기 위해 사회심리학자와 인지신경과학자로 구성된 연구팀은 비관주의자부터 낙관주의자까지 다양한 스펙트럼을 가진 남녀 87명을 대상으로 다양한 미래 사건을 상상하도록 했다. 이들이 미래 특정 상황을 상상하는 동안 기능적 자기공명영상(fMRI) 촬영을 통해 뇌신경 활동 패턴을 관찰했다. 연구 결과, 낙관주의자가 미래 사건에 대해 생각할 때는 신경 활동 패턴이 서로 매우 유사한 것으로 관찰됐다. 반면, 비관주의자들의 신경 활동 패턴은 훨씬 다양하고 독특하게 나타났다. 낙관적인 사람들은 뇌에서 좋은 미래와 나쁜 미래를 명확히 구분해 인식한다고 연구팀은 설명했다. 낙관주의자는 부정적 사건을 긍정적으로 재해석하는 것이 아니라, 부정적 시나리오를 더 추상적이고 심리적으로 먼 방식으로 처리해 부정적 시나리오의 정서적 영향을 완화하는 방식을 구사한다. 쿠니아키 야나기사와 고베대 교수(사회 인지과학)는 “이번 연구는 일상에서 느끼는 ‘주파수가 일치한다’라거나 ‘같은 파장에 있다’는 느낌은 단순한 비유가 아니라 실제 뇌신경의 활동 결과임을 보여준다”라며 “낙관주의자의 뇌는 물리적 의미에서 미래에 대한 공통 개념을 공유할 수 있다는 것을 파악한 만큼, 이런 메커니즘이 타고난 것인지 경험으로 나중에 형성되는지 추가 연구 중”이라고 설명했다.