올여름만큼이나 무더웠던 2016년 여름이 막 끝난 시점인 9월 12일 오후 8시 32분 경북 경주시 남남서쪽 8㎞에서 규모 5.8의 지진이 발생했다. 1978년 기상청이 계기지진 관측을 시작한 이래 가장 큰 규모이자 남북한 지역을 통틀어 역대 가장 강력한 지진으로 기록됐다. 1년 뒤인 지난해 11월 15일 오후 2시 29분에는 인근 포항 지역에서 규모 5.4의 지진이 발생했다. 경주 지진에 이어 역대 두 번째로 강력한 규모였다. 집단에 새겨진 공포의 기억은 쉽게 사라지지 않는다. 2년 연속 가을철에 큰 규모의 지진이 발생하면서 국민들은 한반도가 더이상 지진의 안전지대가 아니라는 인식을 갖게 됐다. 끝없이 계속될 것만 같은 폭염의 기세가 누그러지고 가을이 가까워오면서 ‘올해도 큰 지진이 나는 것 아닌가’, ‘이번에는 어느 지역에서 지진이 발생할까’라는 불안감과 함께 일기예보처럼 지진도 사전에 예측할 수 있는 기술은 없을까 하는 궁금증도 커지고 있다. 결론부터 말하자면 현대 과학기술로도 지진을 사전에 예측하는 것은 어려운 일이다. 전 세계 모든 지역에 지진계를 빼곡하게 설치하지 않는 이상 지진을 정확하게 예측하는 것은 쉽지 않다. 또 지진계가 촘촘히 설치돼 있다고 하더라도 지진계에서 지진파를 감지하는 순간 이미 지진은 시작된 것이기 때문에 예측이라고 할 수 없을 것이다. 홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수는 “지진은 지구의 역사가 시작되면서부터 쌓여 있던 응력과 지각판이 상호작용하면서 나타나는 현상”이라며 “지진을 예측하기 위해서는 수천, 수만년 동안 쌓인 지구 내부 응력 변화를 파악하고 있어야 하는데 현재는 불과 200~300년 동안의 데이터밖에 갖고 있지 않다”며 지진 예측의 어려움을 설명했다. 그래도 과학자들은 지진 예측을 위해 다양한 방법을 시도하고 있다. 알파고를 개발한 구글 인공지능팀이 참여한 미국 산·학 공동연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 지진 발생 위치를 파악할 수 있다는 연구 결과를 내놔 학계의 비상한 관심을 끌고 있다. 미국 하버드대 지구·행성과학과, 코네티컷대 물리학과와 통합지구과학센터, 구글 공동연구팀은 AI의 딥러닝 기술로 대규모 지진이 발생한 뒤 나타나는 여진의 위치를 정확하게 예측하는 기술을 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 30일자에 실렸다. 연구팀은 13만 1000개의 본진과 여진 기록을 인공신경망에 입력해 지진에 대해 학습하도록 했다. 그다음 3만개의 새로운 본진 데이터를 입력한 뒤 여진 발생 위치를 예측하도록 했다. 그 결과 지진학자들이 여진의 위치를 예측하는 데 활용하는 ‘쿨롱장 응력변화 기법’보다 더 정확하게 위치를 예측했다고 연구진은 주장했다. 쿨롱장 응력변화 기법은 본진이 발생한 다음 단층 형태에 따라 응력이 어떤 방향에 추가되는지를 계산하고 응력이 지진을 유발할 수 있을 정도인지 분석해 여진 위험지역을 파악하는 방법이다. 그런데 AI는 본진이 발생한 지역의 단층 형태를 비롯한 구체적인 단층 정보를 주지 않은 채 과거 발생한 대형 지진의 규모, 발생 시간과 위치, 여진 관련 정보 등 비교적 단순 데이터만으로 지진에 대해 학습하고도 여진이 발생할 수 있는 위치를 예측해 낸 것이다. 피비 로빈슨 드브리스 하버드대 박사는 “이번 기술은 대형 지진이 발생한 다음 뒤따르는 여진 발생 가능 지역을 놀라운 정확도로 예측함으로써 지진학 분야에서도 AI의 활용 가능성을 보여 줬다”며 “지진 발생 메커니즘에 대한 물리학적 이해도 역시 한층 높여 줄 것”이라고 말했다. 전문가들은 이번 연구가 지진의 예측 가능성을 보여 준 것은 의미가 크지만 여전히 부족한 점과 보완해야 할 부분이 많다는 평가를 내리고 있다. 홍태경 교수는 “여진 예측에 AI가 활용될 수 있다는 가능성을 보여 준 것은 좋은 시도이지만 여진이 발생할 수 있는 위치를 지나치게 넓게 잡은 경향이 있다”며 “발생 가능 위치를 넓게 잡을수록 해당 지역 내에서 여진이 발생할 수 있는 가능성은 당연히 높아질 수밖에 없다”고 지적했다. 홍 교수는 “다음 여진이 발생할 수 있는 위치만 예측할 수 있다는 것이지 언제, 어떤 규모인지는 AI도 여전히 예측하지 못하고 있다”며 “지진 예측의 어려움을 보여 준 또 하나의 연구”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr 2011년 2월 22일 뉴질랜드 크라이스트처치에서 규모 6.3의 지진으로 6층 빌딩이 무너진 모습(오른쪽 사진). 많은 학자들은 이 지진이 2010년 9월 4일 발생한 규모 7.1의 뉴질랜드 캔터베리 지진의 여진이라고 본다. 　네이처 제공

수학을 소재로 한 ‘넘버스’(Numb3rs)라는 미드에 푹 빠졌던 적이 있습니다. 천재 수학자인 동생이 수학으로 FBI 수사관인 형을 도와 사건을 해결한다는 내용인데 2000년에 시작해 2010년까지 10년간 방송된 장수 미드이지만 한국에서는 인기를 끌지 못했던 것 같습니다. 수학을 소재로 한 드라마이기 때문에 가끔 화면 가득 복잡한 수식이 가득 차는 장면이 등장하는데 무척이나 인상적입니다. 주인공들이 마주한 첫 번째 사건은 여성을 대상으로 범죄를 저지르는 연쇄살인이었습니다. 산발적으로 일어난 듯 보이는 범죄로, 다음 범행이 어디서 일어날지 예측할 수 없는 상황에서 수학자인 동생은 스프링클러에서 뿜어져 나오는 물방울을 보고 한 생각을 떠올립니다. 물방울들이 어디에 떨어질지 예측하는 것은 불확실성이 너무 많아 불가능하지만 떨어진 물방울의 패턴을 통해 사건의 근원을 추적하는 것은 가능하지 않을까라는 생각입니다. 바로 범행 장소를 보고 범인의 거주지를 역추적하는 ‘지리적 프로파일링’ 기법입니다. 범죄자를 잡는 데 활용되는 지리적 프로파일링 기법이 멸종 위기에 있는 동물을 보호하는 데도 활용될 수 있다는 재미있는 연구 결과가 나왔습니다. 영국 켄트대, 퀸 메리 런던대, 뱅거대, 케임브리지대, 인도네시아 야생보존학회, 인도네시아국립대 국제공동연구팀은 지리적 프로파일링을 통해 호랑이와 사람의 충돌을 막고 멸종 위기의 호랑이를 보호할 수 있다는 연구 결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 28일자에 발표했습니다. 인도네시아 수마트라섬에만 서식하는 수마트라 호랑이는 현재 5곳의 국립공원에 400~500마리 정도가 살고 있지만 서식지 축소로 개체수는 점점 줄고 있다고 합니다. 연구팀은 수마트라 호랑이가 특히 많이 살고 있는 케린치세블라트 국립공원 주변 5㎞와 인접한 지역을 분석대상지로 삼았습니다. 우선 최근 13년 동안 이 지역에서 사람과 호랑이가 만나 서로 상해를 입히거나 죽인 228건의 사례가 발생한 위치와 시간을 조사했습니다. 여기에 수마트라 주민 2386명을 대상으로 호랑이의 위협과 공존 가능성에 대한 설문조사를 실시해 ‘인간·호랑이 위험 지도’를 만들었습니다. 위험지도에 따르면 호랑이와 마주칠 가능성이 높은 곳은 호랑이 서식지와 직선거리에 있는 숲 근처나 강을 이웃하고 있는 인구가 많은 마을 주변으로 나타났습니다. 그런데 지리적 측면에서는 의외라고 생각되는 지역 3곳도 호랑이와의 조우 가능성이 높은 것으로 분석됐습니다. 연구팀은 이번에 작성한 지도를 이전에 활용할 수 있었다면 가축과 사람에 대한 호랑이의 공격 51% 이상을 막을 수 있었고 15마리의 호랑이도 죽지 않았을 것이라고 설명했습니다. 학창시절 벡터, 미적분, 확률, 통계를 배우면서 ‘도대체 저런 걸 어디에 써먹지’라는 생각을 한 적이 많았습니다. 그렇지만 이번 연구를 포함해 우리 주변의 많은 것들이 ‘넘버스’의 주인공이 말하는 것처럼 “숫자와 관련돼” 있다는 것을 뒤늦게 깨달았습니다. 얼마 전 교육과정 개편과 관련해 기하, 통계가 수능에 포함되니 마니 말이 많았습니다. 첨단 과학을 이해하는 데 기하와 통계가 필수적인 것은 사실이지만 지금처럼 문제만 풀어대는 수학 수업이 계속된다면 무슨 의미가 있을까요. 상대를 이해하지 않고 서로의 목소리만 높이는 것보다는 과학계와 교육계가 머리를 맞대고 아이들이 수학에 좀더 흥미를 느끼고 공부할 수 있는 방법을 모색하는 것이 우리나라 미래를 위해서 훨씬 생산적이지 않을까요. edmondy@seoul.co.kr

　올여름만큼이나 무더웠던 2016년 여름이 막 끝난 시점인 9월 12일 오후 8시 32분 경북 경주시 남남서쪽 8㎞에서 규모 5.8의 지진이 발생했다. 1978년 기상청이 계기지진 관측을 시작한 이래 가장 큰 규모이자 남북한 지역을 통틀어 역대 가장 강력한 지진으로 기록됐다. 1년 뒤인 지난해 11월 15일 오후 2시 29분에는 인근 포항 지역에서 규모 5.4의 지진이 발생했다. 경주 지진에 이어 역대 두 번째로 강력한 규모였다.　집단에 새겨진 공포의 기억은 쉽게 사라지지 않는다. 2년 연속 가을철에 큰 규모의 지진이 발생하면서 국민들은 한반도가 더이상 지진의 안전지대가 아니라는 인식을 갖게 됐다. 끝없이 계속될 것만 같은 폭염의 기세가 누그러지고 가을이 가까워오면서 ‘올해도 큰 지진이 나는 것 아닌가’, ‘이번에는 어느 지역에서 지진이 발생할까’라는 불안감과 함께 일기예보처럼 지진도 사전에 예측할 수 있는 기술은 없을까 하는 궁금증도 커지고 있다. 　결론부터 말하자면 현대 과학기술로도 지진을 사전에 예측하는 것은 어려운 일이다. 전 세계 모든 지역에 지진계를 빼곡하게 설치하지 않는 이상 지진을 정확하게 예측하는 것은 쉽지 않다. 또 지진계가 촘촘히 설치돼 있다고 하더라도 지진계에서 지진파를 감지하는 순간 이미 지진은 시작된 것이기 때문에 예측이라고 할 수 없을 것이다. 　홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수는 “지진은 지구의 역사가 시작되면서부터 쌓여 있던 응력과 지각판이 상호작용하면서 나타나는 현상”이라며 “지진을 예측하기 위해서는 수천, 수만년 동안 쌓인 지구 내부 응력 변화를 파악하고 있어야 하는데 현재는 불과 200~300년 동안의 데이터밖에 갖고 있지 않다”며 지진 예측의 어려움을 설명했다. 　그래도 과학자들은 지진 예측을 위해 다양한 방법을 시도하고 있다. 알파고를 개발한 구글 인공지능팀이 참여한 미국 산·학 공동연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 지진 발생 위치를 파악할 수 있다는 연구 결과를 내놔 학계의 비상한 관심을 끌고 있다.　미국 하버드대 지구·행성과학과, 코네티컷대 물리학과와 통합지구과학센터, 구글 공동연구팀은 AI의 딥러닝 기술로 대규모 지진이 발생한 뒤 나타나는 여진의 위치를 정확하게 예측하는 기술을 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 30일자에 실렸다. 　연구팀은 13만 1000개의 본진과 여진 기록을 인공신경망에 입력해 지진에 대해 학습하도록 했다. 그다음 3만개의 새로운 본진 데이터를 입력한 뒤 여진 발생 위치를 예측하도록 했다. 그 결과 지진학자들이 여진의 위치를 예측하는 데 활용하는 ‘쿨롱장 응력변화 기법’보다 더 정확하게 위치를 예측했다고 연구진은 주장했다.　쿨롱장 응력변화 기법은 본진이 발생한 다음 단층 형태에 따라 응력이 어떤 방향에 추가되는지를 계산하고 응력이 지진을 유발할 수 있을 정도인지 분석해 여진 위험지역을 파악하는 방법이다. 그런데 AI는 본진이 발생한 지역의 단층 형태를 비롯한 구체적인 단층 정보를 주지 않은 채 과거 발생한 대형 지진의 규모, 발생 시간과 위치, 여진 관련 정보 등 비교적 단순 데이터만으로 지진에 대해 학습하고도 여진이 발생할 수 있는 위치를 예측해 낸 것이다. 　피비 로빈슨 드브리스 하버드대 박사는 “이번 기술은 대형 지진이 발생한 다음 뒤따르는 여진 발생 가능 지역을 놀라운 정확도로 예측함으로써 지진학 분야에서도 AI의 활용 가능성을 보여 줬다”며 “지진 발생 메커니즘에 대한 물리학적 이해도 역시 한층 높여 줄 것”이라고 말했다. 　전문가들은 이번 연구가 지진의 예측 가능성을 보여 준 것은 의미가 크지만 여전히 부족한 점과 보완해야 할 부분이 많다는 평가를 내리고 있다. 홍태경 교수는 “여진 예측에 AI가 활용될 수 있다는 가능성을 보여 준 것은 좋은 시도이지만 여진이 발생할 수 있는 위치를 지나치게 넓게 잡은 경향이 있다”며 “발생 가능 위치를 넓게 잡을수록 해당 지역 내에서 여진이 발생할 수 있는 가능성은 당연히 높아질 수밖에 없다”고 지적했다. 홍 교수는 “다음 여진이 발생할 수 있는 위치만 예측할 수 있다는 것이지 언제, 어떤 규모인지는 AI도 여전히 예측하지 못하고 있다”며 “지진 예측의 어려움을 보여 준 또 하나의 연구”라고 설명했다. 　유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

# 1968년 일본 사이탐현 이나리야마 고분에서 발견된 금착명철검에는 칼 앞뒤로 글자가 쓰여져 있어 고고학계의 비상한 관심을 끌었다. 오랜 세월이 지나 명확하게 판독되지 않던 글자들은 1978년 X선과 감마선 투과 시험 결과 115자의 한자가 금으로 새겨져 있다는 사실을 확인하게 됐다. 이후 1983년 금착명철검은 일본 국보로 지정돼 보존되고 있다. # 1977년 프랑스는 원자력청 소속 문화재 보존처리 전문기관인 지역보존연구소(ARC-Nucleart)를 통해 문화재 보존 연구를 꾸준히 진행해오고 있다. 1977년에는 방사선 조사기술을 이용해 이집트 람세스 2세 미라의 생물학적 손상을 억제하도록 처리했다. 선진국들은 문화재를 보존하고 분석하는데 방사선 기술을 다양하게 활용하고 있다. 우리나라도 앞으로 방사선을 이용한 문화재 보존 연구에 본격적으로 나설 계획이다. 한국원자력연구원과 한국문화재보존과학회는 28일 대전 국제원자력교육훈련센터에서 방사선을 이용한 문화재 분석과 보존기술 개발을 위한 상호협력협약을 체결했다. 이번 협약으로 연구용 원자로 ‘하나로’와 뫼스바우어 분광기, 감마선조사시설, 전자선실증연구시설, 이온빔가속기 등을 활용해 문화재 진단, 보존처리를 비롯해 문화재 관련 공동연구 및 학술발표 등 다양한 방면의 협력을 하게 될 전망이다. 특히 감마선 공명현상을 이용해 가장 미세한 에너지까지 측정할 수 있는 뫼스바우어 분광법은 오래된 건물의 단청 안료, 도자기 유약 등에 포함된 철 화합물의 상태를 확인해 원본과 비슷하게 복원할 수 있도록 도와주게 된다. 또 철 화합물과 수분을 포함하는 대기질이 석조 문화재에 주는 영향도 비파괴 검사 방식으로 바로 측정할 수 있게 된다. 또 방사선 조사기술을 이용해 나무로 만들어진 문화재의 생물학적 손상을 일으키는 흰개미, 권연벌레와 곰팡이도 문화재 손상 없이 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 목재 뿐만 아니라 서적, 의복 등 유기질 문화재 보존에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 방사선 고분자 중합기술을 이용하면 부식이 심한 목재도 단단하게 강화시킬 수 있게 된다. 이처럼 방사선 기술로 문화재 건전성을 진단하고 치료하는 한편 손상된 문화재도 복원하는 기술이 국내에서도 자리잡는 기회가 될 것으로 보인다. 하재주 원자력연구원장은 “문화재 보존 연구는 방사선을 이용해 해결할 수 있는 사회현안 문제이면서 기초과학 연구의 실용화 노력 중 하나가 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

오래 전 지구상에 살았지만 멸종돼 화석으로만 그 존재를 알리는 곰이 있다. 바로 신생대 홍적세(洪積世) 기간 유럽과 아시아 등지에서 살다가 마지막 빙하기 무렵인 2만 5000년 전 멸종한 동굴곰(Cave Bear)이다. 최근 독일 포츠담대학 등 공동연구팀은 동굴곰의 DNA를 추출해 분석한 결과 현생하는 불곰(큰곰)의 DNA 속에 0.9~2.4% 존재한다는 연구결과를 발표했다. 동굴곰은 키 170㎝ 이상으로 몸집이 현존하는 곰에 비해 조금 더 크다. 화석이 동굴에서만 발견돼 동굴곰이라고 불리며 흥미롭게도 초식만 고집했다. 일반적으로 현생 곰은 잡식성으로 작은 과일부터 생선, 동물까지 가리지 않고 먹는다. 하지만 동굴곰은 지나칠 만큼 초식만 했으며 대부분의 삶을 동굴에서 동면하며 보냈다. 연구팀에 따르면 멸종한 동굴곰의 DNA가 지금까지 남은 이유는 두 종간의 이종교배 덕이다. 연구를 이끈 진화 생물학자 악셀 바로우 박사는 "선사시대 동물의 DNA가 현생 동물에서 발견된 것은 사상 처음"이라면서 "멸종의 개념을 이제 새롭게 정의해야 할 것 같다"며 의미를 부여했다. 이어 "유전적인 측면에서 보면 멸종했다는 생물종들도 수만년 동안 생존해오면서 진화 영역에 참여해왔다고 할 수 있다"고 덧붙였다. 또한 바로우 박사는 미스터리로 남아있는 동굴곰의 멸종 이유에 대해서도 언급했다. 박사는 "동굴곰 척추에 창에 맞은 자국이 남아있는데 이는 네안데르탈인 등 고대 인류가 사냥했다는 직접적인 증거"라면서 "동굴은 인류와 동굴곰의 생활터전이었기 때문에 영역을 놓고 치열하게 싸울 수 밖에 없었을 것"이라고 설명했다.　 이번 연구결과는 과학저널 ‘네이처 생태와 진화'(Nature Ecology & Evolution) 최신호에 발표됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

국내 연구진이 사람의 뇌신경세포를 그대로 흉내낸 인공 시냅스 소자를 개발해 화제가 되고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST), 서울대, 중앙대, 포스텍 공동연구팀은 전이금속 물질인 ‘탄탈옥사이드’를 이용해 인간의 뇌에서 기억을 담당하는 신경세포인 뉴런과 연결부위인 시냅스의 기능을 그대로 모사한 인공 시냅스 소자를 개발하는데 성공했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈&인터페이스’ 최신호에 실렸다. 시냅스는 뇌에 있는 뉴런과 뉴런이 신경 전달물질을 주고 받을 수 있도록 축색돌기와 수상돌기가 만나는 부분으로 수 십 조에서 수 백조개가 있는 것으로 알려져 있다. 뇌에서 정보를 전달하는 이 시스템은 컴퓨터와 비교했을 때 비교적 적은 에너지로도 고도의 병렬 연산을 처리할 수 있어서 컴퓨터 공학자들은 시냅스의 생물학적 기능을 모방한 인공 소자 개발에 관심을 갖고 있다. 연구팀은 탄탈옥사이드를 이중층으로 만들고 표면을 제어해 고성능 인공 시냅스 소자를 만들었다. 이 소자는 전기신호 강도에 따라 탄탈옥사이드층의 저항값이 커지거나 작아지면서 시냅스의 신호전달 시스템을 흉내냈다. 이번에 개발한 소자는 기억을 저장하는 장기기억 강화작용과 기억을 지우는 장기억제작용 같은 기억의 생성, 저장, 삭제 과정인 시냅스 가소성 구현에도 성공했다. 특히 기존 컴퓨터 소자와 달리 낮은 전력으로도 병렬연산이 가능해 상용화될 경우 방대한 양의 빅데이터 처리에도 활용될 수 있을 뿐만 아니라 인공지능 개발 등 차세대 지능형 반도체 소자 기술에도 적용이 가능할 것으로 기대되고 있다. 이명재 DGIST 지능형소자융합연구실장은 “이번 연구결과는 기존 인공 시냅스 소자의 단점을 보완한 동시에 뉴런 기능을 최대한 모방함으로써 인간의 뇌를 모사한 뉴로모픽 시스템 인공지능 개발에 도움을 줄 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지그문트 프로이트의 정신분석학은 ‘인간은 욕망과 본능에 흔들리는 존재’를 드러냄으로써 ‘인간은 이성적 존재’라는 서구 철학의 기본 가설을 무너뜨린 것으로 잘 알려져 있다. 특히 꿈은 실제로는 표출시키지 못하는 무의식이 나타나는 현상으로 분석했다. 프로이트의 제자인 융은 개인이 체험하지 않은 인간 고유의 유전자 속에 새겨져 있는 전통의 잠재의식이 표출되는 경우도 있다고 주장해 꿈의 다양성을 이야기했다. 이렇듯 정신분석학자의 고유 영역으로 알려졌던 꿈이 최근 뇌과학이 발달하면서 과학자들의 분석대상이 되고 있다. 북유럽 연구진들은 최근 감정조절능력이 뛰어난 사람이 좋은 꿈을 많이 꾸고 숙면을 하는 반면 그렇지 못한 사람들이 악몽에 시달린다는 연구결과를 발표했다. 핀란드 투르쿠대 뇌과학연구소, 수학 및 통계학부, 알토대 컴퓨터과학부, 스웨덴 스퀘브드대 생명과학부 공동연구팀은 자기감정조절 능력이 뛰어난 사람이 행복한 내용의 꿈을 꾸는 등 자기만족도가 높은 웰빙을 하는 사람들이 숙면을 취한다는 사실을 밝혀내고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 25일자에 발표했다. 연구팀은 정신적, 신체적으로 건강한 스웨덴 성인 남녀 47명을 대상으로 3주 동안 자신이 어떤 꿈을 꾸었고 꿈을 꾸는 동안 느꼈던 감정과 함께 하루 생활을 하는 동안 자신이 느꼈던 주된 감정을 기록하는 꿈-일상 일기와 함께 스스로 느끼는 건강상태, 생활 만족도에 대한 설문조사를 실시했다. 그 결과 감정의 기복이 심하고 불안감이 강하게 느껴지는 날에는 악몽에 시달리게 되고 평온한 마음이 느껴지는 날에는 좋은 꿈을 꾸게 된다는 사실을 확인했다. 흔히 이야기하는 것처럼 ‘꿈자리가 뒤숭숭한’ 다음날 불안감을 느끼게 되는 것이 아니라 마음의 동요가 심한 날 밤 뒤숭숭한 꿈을 꾸게 된다는 설명이다. 이와 함께 감정조절능력이 뛰어난 사람이 행복한 내용의 꿈을 더 많이 꾸고 숙면을 취한다는 사실도 알게 됐다. 안띠 레본수오 핀란트 투크쿠대 교수는 “꿈이 무의식의 발현이라는 정신분석학의 주장처럼 감정조절능력과 자기 통제가 마음의 평화와 웰빙을 가져오고 이것이 숙면과 함께 평화스러운 꿈을 만들어 낸다는 사실을 확인하게 됐다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

현대인의 필수기기로 빼놓을 수 없는 스마트폰. 통화나 문자메시지 뿐만 아니라 게임, 인터넷 검색 등 다양한 용도로 쓰이기 때문에 많은 사람들이 용량이 크고 빨리 충전되는 배터리를 원한다. 리튬 이온 배터리라는 물리적 한계 때문에 충전 시간이나 용량을 늘리는데 한계가 있는데 국내 연구진이 1분 만에 빠르게 충전될 수 있는 배터리 소자를 개발해 화제가 되고 있다. 카이스트 EEWS대학원 신소재공학과 강정구 교수와 강원대 재료공학전공 정형모 교수 공동연구팀은 다공성 금속 산화물 나노입자와 ‘꿈의 신소재’ 그래핀을 이용해 수 십 초 내에 완충(완전충전)이 가능한 배터리 소재를 개발하는데 성공했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최신호에 실렸다. 연구팀이 이번에 개발한 하이브리드 소자는 기존 리튬 이온배터리에 비해 100배 이상 빠른 출력 밀도를 갖고 있어 수 십초 내로 급속충전이 가능해 스마트폰을 비롯한 웨어러블 전자기기용 배터리는 물론 전기자동차에도 활용이 가능할 것으로 기대되고 있다. 현재 각종 전자기기에 쓰이는 리튬 이온 배터리는 넓은 전압 범위와 높은 에너지 밀도를 갖지만 특정 조건에서는 화재나 폭발의 가능성이 높다. 또 전기화학적 반응속도가 느려 충전에 오랜 시간이 걸린다는 한계가 있다. 연구팀은 다공성 금속 산화물 나노 입자가 뭉친 2~3㎚(나노미터) 크기의 나노 클러스터로 이뤄져 있으며 5㎚ 이하의 기공들이 만들어져 이온이 물질 표면으로 빠르게 전달되고 저장할 수 있도록 돼 있다. 강정구 교수는 “철과 망간 두 종류의 다공성 금속 산화물 전극이 가진 고용량 고출력 특성으로 급속 충전이 가능해 휴대폰, 전기자동차의 주 배터리로 쓰일 수 있을 뿐만 아니라 태양에너지의 전기전환 저장장치로도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

주 40시간 근무제가 확산되면서 이전에는 엄두를 내지도 못했던 ‘워라벨’(일과 삶의 균형)을 누리는 사람들이 많아지고 있다. 이이들이 있는 가정의 경우 아이들과 함께 할 시간들이 늘어났다. 그렇지만 아이들과 함께 시간을 보낸 적이 많지 않고 익숙치 않은 사람들에게는 여유가 생겨도 아이들과 놀아준다는 것은 쉽지 않은 일이다. 그런데 부모들과 놀이 시간을 함께 갖지 못한 아이들은 나중에 비만이 될 가능성이 높다는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 미국 콜로라도대 안슈츠의대, 노스캐롤라이나대 채플힐, 펜실베니아주립대 공동연구팀은 부모와 함께 놀이시간을 갖는 것이 아이들의 자아통제능력을 키워 학교에 입학한 다음 자기학습 능력을 키우고 비만도 막을 수 있게 도와준다는 연구결과를 24일 발표했다. 이번 연구결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’에서 발행하는 의학분야 국제학술지 ‘국제 비만학’ 19일자에 실렸다. 미국 어린이 다섯 명 중 한 명에 해당하는 17.5%가 비만에 시달리고 있다. 소아 비만은 어릴 때부터 고혈압, 당뇨를 비롯한 대사질환은 물론 천식같은 호흡기 질환에 시달리게 한다. 또 성인 비만으로 연결될 확률도 높아지기 때문에 소아비만을 막는 것이 중요하다. 연구팀은 부모의 육아행동이 아이들의 체중에 어떤 영향을 미치는지에 대해 알아보기 위해 생후 18개월 된 아이와 부모 각각 108명을 대상으로 실험했다. 연구팀은 우선 아이들의 체중을 측정하고 부모에게 아이의 기질과 육아방식을 묻는 설문조사를 실시했다. 그 다음 연구팀은 부모와 아이들이 함께 노는 시간을 주고 이를 관찰했다. 이후 연구팀은 아이들이 4.5세가 됐을 때 체질량지수(BMI)를 측정했다. 그 결과 어린 시절 부모와 적극적으로 놀이를 한 아이들의 BMI가 그렇지 못한 아이들보다 정상으로 나타났다. 특히 BMI가 정상범위에 있는 아이들의 부모들은 명확한 놀이기준을 정해 놀이시간 동안 아이들과 상호작용을 하고 놀이가 끝난 뒤에는 아이들 스스로 놀잇감을 정리할 수 있도록 도왔다는 사실이 밝혀졌다. 이에 대해 연구진은 아이들이 놀이를 통해 욕구가 충족되는 동시에 자기조절 능력을 키우게 돼 식욕에 대해서도 어느 정도 통제할 수 있게되기 때문이라고 설명했다. 카메론 모딩 콜로라도대 의대 소아과 박사는 “이번 연구는 부모가 아이들과 함께 놀아주는 과정에서 아이들이 스스로를 조절하는 법을 배울 수 있게 해준다는 것을 보여준다”라며 “식욕을 포함한 여러 가지 욕구를 효과적으로 조절할 수 없는 아이들에게 자아조절력을 습득할 수 있도록 하는 것은 삶의 여러 부분에 도움을 줄 수 있다”고 설명했다. 연구팀은 부모와 자식간 상호작용과 아동의 자기통제능이 취학 이후 아동이나 청소년의 체중 증가와 식습관에 영향을 미치는지에 대한 추가 연구를 진행 중에 있는 것으로 알려졌다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘쥬라기 월드’에는 쥬라기 시대에 살았던 공룡들 뿐만 아니라 백악기와 다양한 시대에 살았던 공룡들이 등장한다. 화석으로 발견되는 공룡들은 당시 지구 환경을 알려주는 지표이면서도 현존하는 생물의 진화과정을 설명해주는 중요한 자료이다. 공룡에서 조류로 진화한 과정을 정확히 설명해주는 화석들은 많지 않았는데 최근 국제공동연구진이 새와 공룡 진화의 연결고리가 될 수 있는 화석을 발견해 주목받고 있다.중국과학원 고생물학 및 고인류학 연구소, 룽하오 지질학 및 고생물학연구소, 남아공 위트워터스란드대 진화연구소, 미국 자연사박물관, 영국 옥스포드대 생물학과 등 17개 기관 국제공동연구팀이 새로운 공룡 2종의 화석을 발견했다고 생물학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 23일자에 발표했다. 이번 발견으로 백악기 후기에 살았던 이족보행 공룡인 알바레즈사우르스에서 현대 조류로 진화하는 과정에 빠진 고리를 설명해줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 알바레즈사우르스는 1.5m 크기의 이족보행 육식공룡으로 긴 다리를 갖고 빨리 달릴 수 있었던 것으로 추정되고 있다.국제공동연구팀은 중국 서부 신장지역을 탐사 중에 ‘시유니쿠스 펜기’(Xiyunykus pengi)와 ‘반니큐스 불라텐시스’(Bannykus wulatensis)로 이름지어진 2종의 새로운 공룡화석을 발견했다. 시유니쿠스와 반니큐스는 알바레즈사우르스와 현재 새의 많은 특성을 공유하고 있다. 고기를 먹는 다른 수각류 공룡과 달리 현재 새와 비슷한 형태의 두개골과 작은 이빨들을 갖고 있다. 알바레즈사우르스는 튼튼한 손가락과 고기를 먹는 공룡들과 같이 비교적 긴 팔을 갖고 있었는데 시간이 흐를수록 두더지처럼 팔이 짧아지고 손가락뼈도 하나로 줄어들었다. 지금까지는 알바레즈사우르스가 초기와 후기에 보이는 형태의 차이, 다시 조류로 진화하게 된 요인을 정확히 파악하기 힘들었다.연구팀은 초기 알바레즈사우르스는 전형적으로 날카로운 치아와 손가락이 작은 먹잇감을 잡는데 유용했지만 주요 먹잇감인 곤충을 찾고 먹기 위해서는 썩은 나무나 땅을 파헤쳐 곤충을 밖으로 나오게 하고 먹기 편하게 작은 이빨들이 많이 나는 방향으로 적응진화 했을 것이라고 설명했다. 흔히 육식공룡이라고 하면 티라노사우르스 렉스처럼 짧은 팔과 날카로운 이빨, 거대한 크기를 갖고 있는 것으로 생각하고 있지만 실제 육식동물의 형태는 우리가 익숙한 형태와는 전혀 다른 모습이 있다는 것이다. 요나 코이니어 남아공 위트워트스란드 진화학 교수는 “시유니쿠스와 반니큐스는 조류로 진화하게 된 알바레즈사우르스의 형태 변화를 가장 잘 설명해줄 수 있는 과도기적 특징을 가진 화석종”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

무더운 날씨지만 저녁때면 선선해진 요 며칠 잠자리에 들기 전에 아이들과 함께 느지막하게 동네 산책을 하곤 합니다. 가로등 옆 벤치에 잠깐 앉을라치면 아이들은 어김없이 화단 앞에 쪼그려 앉아 뭔가를 한참 관찰합니다. 어깨너머로 보니 개미떼들이 과자부스러기를 들고 줄지어 가는 모습입니다. 개미들의 일사불란한 움직임을 보고 있노라면 새삼 자연의 경이로움을 느끼게 됩니다. 거기서 영감을 받는 사람들도 있지요. 한국인이 사랑하는 작가 중 하나인 베르나르 베르베르도 숲속을 산책하면서 개미들을 관찰하다가 영감을 받아 ‘개미’라는 작품을 써 베스트셀러 작가의 반열에 올랐습니다. 미국 생물학자 에드워드 윌슨 하버드대 석좌교수가 동물들의 사회 행동을 진화생물학적 관점에서 분석하는 ‘사회생물학’을 창시하게 된 것도 개미 덕분입니다. 윌슨 교수는 어려서부터 개미 관찰하기를 좋아해 대학에서도 개미들의 의사소통 방법에 대해 연구를 했습니다. 박사학위 논문에서는 개미들이 페로몬이라는 물질을 사용해 의사소통을 한다는 사실을 처음으로 밝혀내기도 했지요. 개미들은 여왕개미를 중심으로 군집생활을 하면서 각자 주어진 역할에 따라 정확하게 움직이며 사회를 구성하고 있습니다. 지난 17일 ‘사이언스’에는 개미들이 집을 짓거나 터널을 뚫을 때 막힘없이 일을 진행할 수 있는 것은 꼭 필요한 최소의 인원만 일을 할 수 있도록 구조화돼 있기 때문이라는 미국과 독일 연구팀의 논문이 실렸습니다. 그렇다면 개미들이 이렇게 정교하고 효율적으로 집단을 운영할 수 있는 방법이나 원리는 뭘까요. 미국 록펠러대 사회진화·행동연구소, 프린스턴대 생태학·진화생물학과, 스위스 로잔대 생태학 및 진화학과 공동연구팀은 ‘클로널 레이더 개미’ 집단 100개를 관찰한 결과 역할 분담은 6마리 이상 모일 때부터 시작된다는 사실을 확인하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 23일자에 발표했습니다. 연구팀이 실험 대상으로 삼은 클로널 레이더 개미는 다른 개미들과 마찬가지로 군집은 이루지만, 생식에 특화되고 집단 결속력의 근원인 여왕개미 없이 모든 개미가 일을 하고 번식에 참여하는 독특한 종입니다. 연구팀은 모두 비슷해 보이는 개미들의 역할을 정확히 파악하기 위해 배에 각기 다른 색깔을 칠한 뒤 움직임을 관찰했습니다. 그 결과 개미들은 6마리 이상만 모이면 마치 프로그램된 듯이 자연스럽게 각자의 임무를 나누는 것을 확인했습니다. 또 집단의 크기가 커질수록 각각의 활동이 구체화되고 세분화된다는 것도 알게 됐다고 합니다. 예를 들면 똑같은 일개미라도 개미집이 커지고 집단의 규모가 커지면 A일개미는 집의 위쪽, B일개미는 집의 아래쪽에서 일하는 식입니다. 또 이런 역할 분담은 집단 내 개체의 생존율, 생식수준(출산율), 집단의 확장 시기, 군락 형성 환경에 따라 변한다고도 합니다. 이번 연구를 주도한 록펠러대 다니엘 크로나우어 교수는 이에 앞서 개미들의 역할 분담이 ‘ilp2’라는 물질 때문에 생긴다는 사실을 확인하고 지난달 27일자 ‘사이언스’에 발표했습니다. ilp2는 개미의 대사를 촉진하고 생식능력을 높이는 기능을 하는 일종의 호르몬 물질입니다. 이런 동물 행동학 연구결과들을 접하다 보면 최근 쏟아져 나오는 좋지 못한 뉴스들의 등장인물들을 떠올리게 됩니다. 자칭 ‘만물의 영장’이라는 인간들이 어떻게 미물(微物)인 개미만도 못한 짓들을 하는지, 어디서부터 문제가 시작됐는지 안타까울 뿐입니다. edmondy@seoul.co.kr

유골 화석, 빅데이터로 DNA 게놈 분석 혈연 관계·집단적 이동 등 고대사 파악 네안데르탈-데니소바인 혼혈 자녀 존재 유전자 1.7% 현 인류와 일치…교류 시사‘고고학자’라는 단어를 들으면 많은 사람들은 페도라 모자를 눌러쓰고 낡은 크로스백을 맨 채 유적을 찾아 유럽, 아프리카, 아시아 등 세계 전역을 종횡무진 누비는 영화 속 주인공 ‘인디아나 존스’를 떠올린다. 19~20세기 중반까지만 해도 고고학자들은 보물 사냥꾼인 인디아나 존스까지는 아니지만 유물을 찾기 위해 먼지를 뒤집어쓰고 몸을 움직이는 현장 작업자 같은 분위기였던 것이 사실이다. 그렇지만 최근 많은 고고학자들은 현장 작업도 하고 있지만 인공위성이나 컴퓨터 프로그램, 각종 실험기구에 둘러싸여 있는 과학자의 모습에 더 가깝다. 실제로 고고학계에서는 발굴된 유물의 DNA 분석을 통해 과거를 추적하는 ‘DNA 고고학’이라는 분야가 주목받고 있다. DNA 고고학은 유적지에서 발굴되는 유기체의 DNA를 분석해 과거 유전적 특징을 과학적으로 규명함으로써 혈연, 민족 간 유연관계, 집단이나 문화의 이동에 대한 고고학적 정보를 자연과학적으로 분석하는 분야다.DNA 고고학은 고고유전학(Archaeogenetics)이나 고유전학(Paleogenetics)이라는 이름으로 불리기도 하지만 엄격하게 구분하자면 고고유전학은 고고학적 해석을 위해 분자유전학적 기술을 접목시킨 것이고 고유전학은 유전학적 입장에서 생물의 진화와 과거 생물의 특징에 대한 연구다. DNA 고고학에서는 빅데이터 처리나 시뮬레이션 같은 첨단 과학기술도 자주 활용된다. 오래된 고대인의 뼈나 유품에서 미량의 DNA 조각을 채취해 분석할 경우 방대한 게놈 정보가 나온다. 방대한 데이터를 비교, 분석해 고인류의 복잡한 관계망을 파악할 수 있게 해 주는 알고리즘과 빅데이터 처리기술은 고고학에 새로운 장을 열어 줬다. 실제로 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 23일자에 실린 독일 막스플랑크 진화인류학연구소, 인류사연구소, 캐나다 토론토대, 러시아 국립과학아카데미 고고학 및 민족지학연구소, 국립노보시비르스크대, 영국 옥스퍼드대 국제공동연구팀의 연구결과만 봐도 DNA 고고학 연구가 얼마나 활발하게 이뤄지고 있는지 알 수 있다. 연구팀은 일반인들이 보기에는 작고 길쭉한 돌맹이처럼 보이는 크기 1~2㎝의 뼛조각들에서 DNA를 추출해 유전자 시퀀스를 분석했다. 그 결과 ‘데니소바 11’로 이름 붙여진 뼛조각의 주인은 네안데르탈인 엄마와 데니소바인 아빠 사이에서 태어난 딸로 사망 시 나이는 13살쯤이라는 사실이 밝혀졌다. 현생 인류는 호모사피엔스 1종만 존재하고 있지만 5만~6만년 전까지만 해도 유럽과 서아시아 지역에 살았던 네안데르탈인, 시베리아와 동남아시아 지역에 살았던 데니소바인 등 최소 3종의 인류(호미닌)가 함께 공존했다. 그러다 네안데르탈인은 5만년 전부터, 데니소바인은 4만년 전부터 서서히 사라져 멸종하게 됐다. 이 때문에 고인류학계에서는 각 인류 종간 분리시기와 교배 여부는 인류 진화를 설명하기 위한 중요한 연구 주제였다.2016년에 막스플랑크 진화인류학연구소 연구진은 시베리아 남부 알타이산맥 동굴에서 발굴한 네안데르탈인 화석 유전자를 분석한 결과 현생인류와 네안데르탈인의 교배가 최소 10만년 전에 이뤄졌다는 사실을 ‘네이처’에 발표하기도 했다. 연구팀은 네안데르탈인과 현생인류 사이에 교배가 있었다면 네안데르탈인과 동시대를 살았던 데니소바인과의 교배도 있었을 것이라는 가정에서 연구를 시작했다. 네안데르탈인과 데니소바인은 약 39만년 전 유전적으로 분리돼 다른 종이 됐다. 연구팀은 엄마 네안데르탈인 유전자를 분석해 러시아 데니소바 동굴 부근으로 이동한 초기 네안데르탈인보다 서유럽에 살고 있었던 후기 네안데르탈인 유전자와 더 가깝다는 사실도 밝혀냈다. 데니소바 11의 미토콘드리아 DNA를 분석한 결과 이 혼혈소녀는 현생인류와 1.7% 정도의 유전적 일치도를 갖고 있는 것으로도 나타났다. 데니소바 11이 태어나기 이전 데니소바인, 네안데르탈인과 현생인류의 조상 간 교류가 있었음을 짐작하게 하는 대목이다. 스반테 파에보 독일 막스플랑크연구소 박사는 “이번 단일 게놈분석만으로도 현생인류의 친척들 간 교류가 생각보다 더 잦았다는 것을 추정할 수 있다”며 “현생인류는 호모사피엔스의 단일 순수혈통이 아니라 인류의 다양한 친척종들과 교배해 유전자가 섞여 있는 종이라는 것을 알 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

달의 남극과 북극의 극 지역 표면에 얼음이 존재한다는 직접적인 증거가 발견됐다. 지난 20일(현지시간) 미국 하와이 대학과 브라운 대학 등 공동연구팀은 달의 극 지역 표면에서 물로 이루어진 얼음이 발견됐다는 연구결과를 미국 국립과학원 회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences) 최신호에 발표했다. 그간 달의 북극과 남극에도 물이나 얼음이 존재할 가능성이 높다는 전문가들의 추정은 있어왔으나 이를 입증할 직접적인 증거는 찾아내지 못했다. 그러나 이번에 연구팀은 미 항공우주국(NASA)이 인도우주연구소(ISRO)의 찬드라얀1호에 탑재해 발사한 ‘달 광물 지도작성기'(M3)의 데이터를 분석한 결과 달에도 얼음이 존재한다는 증거를 찾아냈다. 논문에 따르면 달의 극지역은 영구적으로 햇빛이 닿지않는 가장 어둡고 추운 지역으로 가장 따뜻한 때도 -120℃를 넘지 않는다. 이중 달의 남극 지역은 얼음이 크레이터 부근에 집중적으로 모여있는 반면, 북극쪽은 넓지만 드문드문 얼음이 있는 것으로 드러났다. 연구팀은 "달의 극 지역 표면에 밖으로 노출된 얼음이 있다는 직접적이고 명확한 증거를 발견했다"면서 "달의 독특한 진화과정을 연구하는데 도움이 되는 것은 물론 달 식민지 건설과 로켓 연료에 활용돼 미래 우주탐사에 기여할 것"이라고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

많은 영양학자와 의학자들은 아침 식사의 중요성을 강조한다. 특히 성장기에 있는 아이와 청소년에게 아침식사는 균형잡힌 영양 섭취를 통해 건강은 물론 학습능력 향상에 도움이 된다는 사실은 잘 알려져 있다. 그렇지만 아침식사를 꼬박꼬박 챙겨먹는다는 것은 쉽지 않은 일이다. 이 같은 상황에서 미국 버지니아공대 농학 및 응용경제학부, 조지아서던대 보건 및 인체역학부 공동연구팀은 아이들의 건강과 학습능력을 좌우하는 아침식사를 꼬박 꼬박 챙겨먹기 위해 필요한 요건은 다름 아닌 ‘아침 10분의 여유’라는 연구결과를 발표해 화제다. 이번 연구결과는 농학 분야 국제학술지 ‘미국 농경제학 저널’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 네바다주 북부의 리노-스파크스 지역에 걸쳐 있는 와슈 카운티 학구(Washoe County school district) 초등학교 세 곳을 대상으로 조사했다. 연구팀은 3~4학년 아이들에게 학교 도착시간과 영양섭취 정도, 급식 식사시간 등 영양패턴을 기록할 수 있는 손목밴드를 나눠준 뒤 관련 데이터를 수집했다. 이와 함께 아침식사를 하는 곳은 어디인지, 아침을 먹고 오지 않았을 때 얼마나 배가 고픈지, 학교에 올 때 어떻게 오며 등교시간은 얼마나 되는지, 학교 급식은 마음에 드는지에 대한 설문조사도 했다. 그 결과 학생들이 아침을 먹지 못하는 이유는 충분한 여유 시간을 갖지 못하기 때문이라고 연구팀은 밝혔다. 아이들이 아침식사를 하는데 걸리는 시간은 10~15분에 불과한데 만족스럽고 건강한 아침식사를 위해서는 이보다 10분 정도가 더 늘어난 20~25분 정도의 시간이라는 설명이다. 연구팀은 아침식사를 여유있게 하면 점심시간 직전에 배가 고파서 패스트푸드나 각종 정크푸드를 먹지 않아도 될 뿐만 아니라 과식까지 막을 수 있다는 것이다. 미국에서는 1966년 아동영양법에 따라 2년 일몰로 저소득층을 대상으로 ‘학교 아침급식 프로그램’(School Breakfast Program,SBP)을 시작했다. 이후 1975년부터는 법으로 규정돼 현재 미국 모든 주에서 소득에 관계없이 이용가능하도록 하고 있다. 2014~2015년 기준으로 연 평균 1200만명의 저소득층 자녀들이 SBP의 혜택을 받고 있는 것으로 알려져 있다. 영양학계의 분석에 따르면 SBP가 균형잡힌 영양공급은 물론 수학, 독서, 과학 점수를 향상시키기도 한다는 사실을 분석해내기도 했다. 클라우스 묄트너 버지니아공대 교수는 “집에서 아침식사를 하고 오라고 하더라도 아침을 챙겨먹고 오는 아이들은 많지 않다”며 “학교에서 아침급식을 할 수 있도록 하는 동시에 충분히 식사를 할 수 있도록 시간을 주는 것이 아이들의 건강은 물론 학습능력, 주의집중력을 향상시키는데도 도움이 된다는 사실을 교육기관과 관련 정책입안가들은 염두에 둬야 할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

개미집 지을 때 전체의 20~30%만 일해 3~4개 조로 나눠 일의 단계에 따라 투입 국제공동연구팀 결과 사이언스에 실려 ‘사공이 많으면 배가 산으로 간다’는 옛말이 있다. 어떤 일에 관여하는 사람들이 많으면 당초 목적과는 다른 방향으로 일이 흘러가거나 시간이 지체될 수 있음을 경계하는 말인데 미국과 독일 과학자들이 사공이 많아도 배가 산으로 가지 않도록 하는 방법을 찾아냈다. 미국 조지아공대 기계공학부, 물리학부, 전자컴퓨터공학부, 생명과학부, 콜로라도 볼더대 물리학과, 육군연구소, 독일 막스플랑크 복잡계물리학연구소 국제 공동연구팀은 개미들이 집을 짓거나 터널을 뚫을 때 막힘 없이 일을 진행할 수 있는 것은 꼭 필요한 최소의 인원만 일을 하기 때문이라는 사실을 컴퓨터 시뮬레이션과 동물 실험으로 규명했다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 17일자에 실렸다. 연구팀은 150마리의 불개미 집단을 모래알처럼 미세한 플라스틱 알갱이들로 가득 찬 유리상자에 넣고 개미집을 짓는 과정을 관찰했다. 그 결과 개미집을 짓기 위해 터널을 뚫을 때 불개미 집단 전체가 함께 일하는 것이 아니라 10~25마리만 일을 한다는 사실을 확인했다. 연구팀은 전체 개체 수를 달리한 다른 개미집단들도 똑같은 상황을 만들어 관찰했는데 항상 전체 개미 중 20~30%만 일에 나선다는 사실을 관찰할 수 있었다. 대신 10~25마리가 일이 끝날 때까지 계속 투입되는 것이 아니라 3~4개 그룹으로 나뉘어 일의 단계에 따라 돌아가면서 투입된다는 것도 관찰됐다. 연구팀은 이번 연구 결과가 로봇을 이용한 우주탐사 작업에서 특히 유용하게 쓰일 것으로 예상하고 있다. 예를 들어 화성처럼 수시로 먼지폭풍이 발생하는 곳을 탐사하는 과정에서 먼지폭풍을 피하기 위해 터널이나 건물을 빠르게 완성해야 할 때 하나의 작업에 몇 개의 로봇을 투입해야 하는지 최적화 설계에 도움이 된다는 것이다. 대니얼 골드먼 조지아공대 물리학 교수는 “이번 연구 결과를 인문사회학적 관점에서 본다면 무척이나 불평등한 상황이라고도 인식할 수 있겠지만 기능적인 관점에서 본다면 공동체 이익을 위해 선택할 수 있는 최선의 방법이라고 할 수 있을 것”이라며 “좁은 주방에 사람이 많다고 해서 요리가 빨리 만들어지지 않는 것처럼 무슨 일이든 항상 최적화된 모델이 존재한다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

천문관측 사상 가장 뜨거운 외계행성으로 알려져 있는 ‘KELT-9b’의 대기 성분이 밝혀졌다. 지난해 미국 오하이오주립대, 밴더빌트대와 덴마크 코펜하겐대 등이 참여한 국제 공동연구진이 찾아낸 행성 KELT-9b는 목성의 2.88배·반지름은 1.89배이며, 평균 온도는 4050K(켈빈, 절대온도의 단위), 빛을 받는 표면 온도는 4600K(섭씨 약 4327℃)에 달한다는 것도 확인했다. 참고로 태양 표면온도는 6000K(약 5800℃)다. 이와 관련해 스위스의 제네바대학과 베른대학 공동 연구진은 컴퓨터 시뮬레이션 및 분광기를 통해 행성의 대기를 분석한 결과, KELT-9b의 대기에서 금속 성분 특히 철과 티타늄이 단일 원자와 가스 형태로 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 일반적으로 금속 특히 철이나 티타늄 등은 자연에서 가장 풍부한 금속이지만, 외계행성의 대기에서 검출된 사례는 흔치 않다. 연구진은 뉴스위크와 한 인터뷰에서 “대기 중 철과 티타늄 등 금속 성분이 외계행성에서 확실하게 탐지된 것은 이번이 처음”이라면서 “대부분의 행성은 KELT-9b와 같은 고온의 상황에서 대기가 완전히 증발해 버릴 수 있지만, 철이나 티타늄과 같은 물질이 대기의 전체 증발을 막는 역할을 했을 수도 있다”고 추측했다. 이어 “이번 연구는 뜨거운 별에서 나오는 복사 에너지가 강렬한 대기 환경에서도 어떻게 행성이 진화할 수 있는지를 알 수 있는 실험이었다”고 평가했다. 연구진은 특히 이러한 연구 방식이 지구 밖의 생명체를 찾는 과학자들에게도 의미 있을 수 있다고 기대했다. 일반적으로 금속을 감지하기 위해서는 고해상도의 스펙트럼을 사용하는데, 원자와 분자는 각각 다른 스펙트럼 특징을 가지고 있으며, 이것이 생명체와 연관된 특정 원자와 분자를 정확히 감지하는데 도움이 되기 때문이다. 한편 KRLT-9b 행성은 지구에서 650광년 떨어진 외계 태양 ‘KELT-9’ 주변을 돌고 있으며, 이전까지 가장 뜨거운 행성은 지구에서 840광년 떨어져 있는 ‘WASP-12b’로, 표면 온도가 2250K(섭씨 약 1977도)이다. 자세한 연구결과는 15일 세계적 학술지인 ‘네이처’(Nature) 최신호에 실렸다. 　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

이달 초 미국 기상학회(AMS)는 ‘2017년 기후보고서’라는 연례보고서를 발표했다. 보고서에 따르면 지난해는 역사상 세 번째로 더웠던 해로 나타났다. 가장 더웠던 해는 2016년, 그다음은 2015년으로 최근 3년이 기후 관측 이후 가장 더웠던 해 1~3위를 차지한 것이다.미국 해양대기관리청(NOAA)은 1~6월 기온을 바탕으로 올해가 역대 네 번째로 더운 해가 될 것으로 예측했지만 7월부터 북반구 전체를 강타하고 있는 살인적 폭염 기록을 보면 올해가 가장 더운 해로 기록될 수 있다는 전망도 조심스럽게 나오고 있다. 이 같은 상황에서 유럽의 기후학자들이 최악의 경우 2027년까지 매년 올해 같은 폭염이 나타날 수 있으며 폭염이 지속되는 날도 1년 중 네 달 이상이 될 수도 있을 것이라는 암울한 전망을 내놨다. 스위스 베른대 기후·환경물리학연구소, 기후변화연구센터, 취리히연방공과대(ETH) 대기·기후과학연구소, 생물지구화학·오염역학연구소 공동연구팀은 국제학술지 ‘네이처’ 8월 16일자에 발표한 논문에서 지구온난화로 인해 비정상적으로 바닷물 온도가 상승하는 ‘해양폭염’의 강도가 점점 세지고 광범위한 지역에서 자주 나타나게 될 것이라고 예측했다. 해수면 온도 상승은 태풍이나 허리케인 같은 열대성 폭풍을 지금보다 자주 발생시킬 뿐만 아니라 고온 다습한 날씨를 더 많이 만들어 낼 것이라는 설명이다. 여기에 육지의 온도 상승까지 겹쳐 고온 건조한 공기가 더해지면 매년 여름 ‘불가마더위’가 반복될 수밖에 없게 된다. 연구팀은 기후 해석 모델 12가지를 활용해 1982년부터 2016년까지 일일 지구 해수면 온도 데이터를 비롯해 다양한 날씨 데이터를 입력, 계산한 결과 해양폭염은 최근 30년 동안 두 배 이상 증가했다고 밝혔다. 연구팀은 지구 평균온도가 2도 이상 상승할 경우 해양폭염은 북극해는 물론 남극해에까지 영향을 미쳐 해빙 감소를 가속화한다고 설명했다. 이 경우 지구온난화를 부추기는 다른 여러 요인들과 맞물려 21세기 말 여름철 폭염의 발생 지속 일수는 평균 112일(92~129일)까지 늘어날 수 있다는 예측을 내놨다. 만약 지구 평균 기온 2도 상승을 막으려는 노력이 실패해 21세기 말 지구 평균온도가 산업혁명 이전과 비교해 3.5도 상승할 경우 해양폭염은 산업화 이전보다 41배 이상 증가할 것이라고 예측했다. 이런 상황이 되면 육지의 폭염 강도와 일수는 예측이 어려울 만큼 늘어나게 될 것이라고 덧붙였다. 앞서 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 해양물리학연구소, 영국 사우샘프턴대 해양·지구과학과, 네덜란드 왕립기상연구소 공동연구팀은 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 8월 14일자를 통해 현재와 같은 지구온난화가 계속 진행될 경우 짧게는 2022년까지, 길게는 2027년까지도 올여름과 같은 살인적 폭염이 지속될 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 1880년부터 2016년까지 지구 표면 평균온도(GMT)와 해수면 평균온도(SST) 데이터를 바탕으로 기존에 활용되던 10개의 기후 예측 모델을 합해 미래 기후 예측을 좀더 효과적으로 할 수 있는 새로운 모델을 개발했다. 이를 통해 1년, 5년, 10년 단위로 기존 기후를 분석한 뒤 2018년 이후를 예측한 결과 최소 2022년, 최악의 경우 2027년까지도 올해와 비슷하거나 더 심각한 비정상적 여름이 계속될 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 플로리앙 세벨레크 CNRS 박사는 “앞으로 최소 5년 동안은 지표면과 함께 해수면 온도도 상승할 것으로 예상되는 만큼 겨울철 혹한 발생 가능성은 상대적으로 낮다”면서 “폭염과 함께 태풍, 허리케인, 사이클론 같은 강한 열대성 폭풍 발생에 대한 대비가 필요하다”고 강조했다. 한편 싱가포르 난양공대, 대만 국립대, 미국 버지니아공대 공동연구팀은 8월 16일자 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표한 논문을 통해 현재와 같은 지구온난화가 지속될 경우 2060년에는 해수면이 50㎝, 2100년에는 100㎝ 상승하게 될 것이라는 예측을 내놨다. 연구팀은 이 같은 상황이 되면 해안 지역 도시들은 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고를 일으켰던 규모의 쓰나미 위험을 항상 떠안고 살게 되는 것이라고 경고했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

3조각 이상으로 부러지는 스파게티 MIT 연구팀 ‘두 조각 내는 법’ 찾아 2·3차원 재료 구조역학 통제법 얻어 광섬유·철근 구조나 배치법에 응용요즘같이 더운 날씨에는 얼음을 둥둥 띄운 동치미 국수나 겨자와 식초를 약간 뿌려 시원한 국물과 함께 면을 훌훌 넘길 수 있는 냉면 생각이 간절합니다. 면(麵)을 좋아하신다면 이탈리아의 대표적인 면요리인 파스타는 어떤가요. 파스타는 재료의 종류에 따라 160여 가지, 면의 형태에 따라 600여 가지가 넘는 요리로 만들어질 수 있다고 합니다. 대형마트에 가 보면 다양한 형태의 파스타 면을 볼 수 있습니다. 그중 가장 익숙한 것은 국수처럼 긴 파스타인 ‘스파게티’입니다. 기다란 스파게티 면에는 세계 최고의 과학자들도 골머리를 앓게 만든 ‘과학’이 숨어 있습니다. 스파게티 면으로 간단한 실험을 해 보면 알 수 있습니다. 스파게티 면을 하나 꺼내 양쪽 끝을 잡은 다음 부러질 때까지 구부려 보는 것입니다. 몇 조각으로 부러졌나요. 분명 3조각에서 10조각까지 다양할 겁니다. 재미있는 것은 절대 두 조각으로 부러지지 않는다는 것입니다. 이것이 과학계에서 유명한 ‘스파게티 미스터리’입니다. 알베르트 아인슈타인과 함께 20세기 최고의 물리학자로 평가받고 양자전기역학을 발전시킨 공로로 1965년 노벨물리학상을 받은 리처드 파인먼(1918~1988)도 밤새 스파게티 면을 부러뜨리면서 ‘왜 두 조각으로 부러지지 않는가’에 대한 이론적 설명을 찾으려고 골머리를 앓았다고 합니다. 많은 천재 과학자들을 괴롭힌 스파게티 미스터리는 2005년 프랑스 물리학자들에 의해 풀리기 시작했습니다. 프랑스 파리6대학 바질 오도리, 세바스티앙 노이히르슈 박사는 유체역학에서 탄성체의 움직임을 설명하는 ‘키르히호프 방정식’을 이용해 스파게티가 3조각 이상으로 부러지는 이유를 밝혀내고 물리학 분야 국제학술지 ‘피직스 리뷰 레터스’에 발표했습니다. 스파게티 양쪽 끝에서 정확히 똑같은 힘을 가할 수 없기 때문에 서로 다른 형태의 탄성파가 전달되면서 여러 조각으로 부러지게 된다는 것입니다. 이 연구는 기발하고 기상천외한 연구에 시상하는 ‘이그노벨상’의 2006년 물리학상 분야에 선정되기도 했습니다. 그렇다면 스파게티 면을 두 조각 내는 것은 정말 불가능한 일일까요. 미국 매사추세츠공과대학(MIT)과 코넬대, 프랑스 엑스마르세유대 수학자들이 스파게티 면을 두 조각으로 부러뜨릴 수 있는 방법을 결국 찾아내 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 8월 13일자(현지시간)에 발표했습니다. 요른 듄켈 MIT 응용수학 교수가 이끈 국제공동연구팀은 스파게티를 두 조각 내기 위해 특수한 기구까지 만들었습니다. 수백 차례에 걸친 실험 결과 스파게티 한쪽 끝을 270~360도 정도로 비튼 뒤 서서히 힘을 가해 구부려 부러뜨리면 두 조각 낼 수 있다는 것을 밝혀냈습니다. 할 일 없는 과학자들의 심심풀이 연구 같지만 스파게티 미스터리는 2차원이나 3차원 재료의 구조역학을 이해하고 통제하는 데 필요한 아이디어를 제공한다고 합니다. 탄소나노튜브의 강도를 높이거나 외부 스트레스에 오래 견디는 광섬유를 만드는 것은 물론 교량이나 건축물을 지을 때 철근이나 철골을 얼마나, 어떻게 배치해야 하는지에도 적용할 수 있는 중요한 연구라는 것입니다. 논문의 질보다는 양을, 번뜩이는 아이디어보다는 외국의 선행 연구 사례를 요구하는 한국 과학정책 현실에서 이런 독특하고 재미있는 연구를 기대하는 것은 무리가 아닐까 하는 생각이 스쳐 지나갑니다. edmondy@seoul.co.kr

해외 연구진 “전자담배도 안전하지 않아···폐의 주요면역세포를 비활성화시키고 염증유발” 최근 종이로 말아진 일반담배보다 전자담배를 이용하는 사람들이 늘어나고 있다. 전자 담배를 이용하는 사람들이나 담배 업계에서는 전자담배의 연기에는 일반담배보다 유해물질이 훨씬 적고 간접 흡연으로 인한 피해도 적다고 주장하고 있다. 그런데 최근 유럽과 미국 연구진이 전자담배의 연기가 일반담배 연기보다 안전하지 않다는 연구결과를 발표했다.영국 버밍엄대 염증 노화연구소(IIA), 스완지대 의대, 미국 뉴욕주립대 다운스테이트 의대 공동연구팀은 전자담배의 연기가 유해물질로부터 폐를 보호하는 면역세포를 무력화시키는 한편 염증을 유발시켜 천식이나 만성폐쇄성폐질환(COPD)와 비슷한 증상을 유발시킬 수 있다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 영국의학회에서 발행하는 폐질환 관련 국제학술지 ‘소락스’ 13일자에 발표됐다. 연구팀은 천식이나 COPD에 걸려본 적이 없는 건강한 비흡연자 8명에게서 폐세포 조직을 제공받아 24시간 동안 전자담배에 사용되는 액체와 전자담배에서 나오는 연기를 응축시켜 노출시키는 실험을 실시했다. 그 결과 단순히 전자담배에 사용되는 액체에 노출된 폐세포보다 전자담배에서 나오는 연기에 노출된 폐세포에서 폐포 대식세포라는 면역세포가 더 많이 파괴된 것이 확인됐다. 폐포 대식세포(aveola macrophage)는 폐와 기도에 있는 일종의 면역세포로 외부에서 이물질이 침입할 경우 이를 막고 염증 현상을 억제해 주는 역할을 한다. 연구팀에 따르면 전자담배 연기에 노출된 폐조직에서는 대식세포가 눈에 띄게 줄어들고 활성산소도 50배 이상 증가해 세포 염증현상이 나타났다. 또 천식이나 COPD 환자의 것과 비슷한 형태로 폐조직이 변한 것도 관찰됐다. 연구팀은 이번 결과에 대해 “적어도 실험실 조건에서 본다면 전자담배도 일반 담배와 마찬가지로 생체 면역계 세포에 심각한 손상을 줄 수 있다”고 평가했다. 실험을 주도한 데이빗 트리킷 버밍엄대 교수는 “전자담배의 유해성에 대해서는 아직도 많은 연구가 진행되고 있지만 이번 연구처럼 ‘폐’라는 장기에 국한시켜보면 장기적인 관점에서는 전자담배도 일반담배만큼 인체에 해로운 것은 사실”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 종이로 말아진 일반담배보다 전자담배를 이용하는 사람들이 늘어나고 있다. 전자 담배를 이용하는 사람들이나 담배 업계에서는 전자담배의 연기에는 일반담배보다 유해물질이 훨씬 적고 간접 흡연으로 인한 피해도 적다고 주장하고 있다. 그런데 최근 유럽과 미국 연구진이 전자담배의 연기가 일반담배 연기보다 안전하지 않다는 연구결과를 발표했다. 영국 버밍엄대 염증 노화연구소(IIA), 스완지대 의대, 미국 뉴욕주립대 다운스테이트 의대 공동연구팀은 전자담배의 연기가 유해물질로부터 폐를 보호하는 면역세포를 무력화시키는 한편 염증을 유발시켜 천식이나 만성폐쇄성폐질환(COPD)와 비슷한 증상을 유발시킬 수 있다고 14일 밝혔다. 이번 연구결과는 영국의학회에서 발행하는 폐질환 관련 국제학술지 ‘소락스’ 13일자에 발표됐다. 연구팀은 천식이나 COPD에 걸려본 적이 없는 건강한 비흡연자 8명에게서 폐세포 조직을 제공받아 24시간 동안 전자담배에 사용되는 액체와 전자담배에서 나오는 연기를 응축시켜 노출시키는 실험을 실시했다. 그 결과 단순히 전자담배에 사용되는 액체에 노출된 폐세포보다 전자담배에서 나오는 연기에 노출된 폐세포에서 폐포 대식세포라는 면역세포가 더 많이 파괴된 것이 확인됐다. 폐포 대식세포(aveola macrophage)는 폐와 기도에 있는 일종의 면역세포로 외부에서 이물질이 침입할 경우 이를 막고 염증 현상을 억제해 주는 역할을 한다. 연구팀에 따르면 전자담배 연기에 노출된 폐조직에서는 대식세포가 눈에 띄게 줄어들고 활성산소도 50배 이상 증가해 세포 염증현상이 나타났다. 또 천식이나 COPD 환자의 것과 비슷한 형태로 폐조직이 변한 것도 관찰됐다. 연구팀은 이번 결과에 대해 “적어도 실험실 조건에서 본다면 전자담배도 일반 담배와 마찬가지로 생체 면역계 세포에 심각한 손상을 줄 수 있다”고 평가했다. 실험을 주도한 데이빗 트리킷 버밍엄대 교수는 “전자담배의 유해성에 대해서는 아직도 많은 연구가 진행되고 있지만 이번 연구처럼 ‘폐’라는 장기에 국한시켜보면 장기적인 관점에서는 전자담배도 일반담배만큼 인체에 해로운 것은 사실”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr