국내 연구진이 가장 저렴한 재료인 흑연으로 세상에서 가장 얇은 다이아몬드를 만드는 데 성공했다. 얇은 다이아몬드 박막은 반도체 소자는 물론 전기, 화학, 기계 분야에서 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단, 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부, 신소재공학부, 화학과 공동연구팀은 간단한 화학공정만으로도 흑연의 한 층을 얇게 벗겨 낸 그래핀을 다이아몬드 박막으로 변환시키는 데 성공했다. 이번 연구 결과는 나노분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 11월 10일자에 실렸다. 꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 흑연의 한 층을 얇게 벗겨 낸 물질이며 다이아몬드는 지구상 가장 단단한 물질이지만 이들은 모두 탄소 원자로만 이뤄져 있다는 공통점이 있다. 대신 그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양을 이룬 평면 형태이고 다이아몬드는 탄소 원자가 정사면체 형태로 이뤄져 있다는 차이점이 있다. 다이아몬드는 열전도성이 뛰어나고 기계적 강도가 우수하지만 전기가 통하지 않고 그래핀처럼 쉽게 휘어지지 않는다. 이 때문에 많은 연구자들이 다이아몬드를 그래핀처럼 평면 구조로 만들려는 시도를 해 왔다. 문제는 얇은 평면 구조의 다이아몬드(다이아메인)를 제조하려면 고압 환경을 만들어야 하기 때문에 제조 비용이 많이 들고 수율도 높지 않다는 것이다. 연구팀은 구리니켈 합금기판 위에 2층의 그래핀을 만든 다음 불소 기체를 주입하는 비교적 간단한 방법으로 필름 형태의 초박형 다이아몬드를 만드는 데 성공했다. ‘F다이아메인’으로 이름 붙여진 이번 초박형 다이아몬드의 두께는 0.5㎚(나노미터)에 불과하다. 또 기존 공정과 달리 고압 환경이 필요치 않아 제조 비용도 대폭 줄일 수 있는 것으로 확인됐다. 로드니 루오프(UNIST 자연과학부 특훈교수) IBS 단장은 “이번 연구 결과는 다이아몬드의 우수한 물성을 다양한 산업 분야에서 활용할 길을 열었다는 데 의미가 크다”며 “다음 단계 연구는 다이아몬드 박막의 전기적, 기계적 특성까지 조절 가능한 대면적 다이아몬드 필름을 만드는 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 가장 저렴한 재료인 흑연으로 세상에서 가장 얇은 다이아몬드를 만드는데 성공했다. 얇은 다이아몬드 박막은 반도체 소자는 물론 전기, 화학, 기계 분야에서 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 기초과학연구원(IBS) 다차원탄소재료연구단, 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부, 신소재공학부, 화학과 공동연구팀은 간단한 화학공정만으로도 흑연의 한 층을 얇게 벗겨낸 그래핀을 다이아몬드 박막으로 변환시키는데 성공했다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 10일자에 실렸다.꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 흑연의 한 층을 얇게 벗겨낸 물질이며 다이아몬드는 지구상 가장 단단한 물질이지만 이들은 모두 탄소 원자로만 이뤄져 있다는 공통점이 있다. 대신 그래핀은 탄소원자가 육각형 벌집모양을 이룬 평면형태이고 다이아몬드는 탄소원자가 정사면체 형태로 이뤄져 있다는 차이점이 있다. 다이아몬드는 열전도성이 뛰어나고 기계적 강도가 우수하지만 전기가 통하지 않고 그래핀처럼 쉽게 휘어지지 않는다. 이 때문에 많은 연구자들이 다이아몬드를 그래핀처럼 평면 구조로 만드려는 시도를 해왔다. 문제는 얇은 평면구조의 다이아몬드(다이아메인)를 만들기 위해서는 고압 환경을 만들어야 하기 때문에 제조비용이 많이 들뿐만 아니라 다이아메인으로 전환율이 높지 않다는 것이다.연구팀은 구리니켈 합금기판 위에 2층의 그래핀을 만든 다음 불소기체를 주입하는 비교적 간단한 방법으로 필름형태의 초박형 다이아몬드를 만드는데 성공했다. ‘F-다이아메인’으로 이름붙여진 이번 초박형 다이아몬드의 두께는 0.5㎚(나노미터)에 불과하다. 또 기존 공정과는 달리 고압 환경이 필요치 않아 제조비용도 대폭 줄일 수 있는 것으로 확인됐다. 로드니 루오프 IBS 단장(UNIST 자연과학부 특훈교수)은 “이번 연구결과는 다이아몬드의 우수한 물성을 다양한 산업분야에서 활용할 수 있는 길을 열었다는데 의미가 크다”라며 “다음 단계 연구는 다이아몬드 박막의 전기적, 기계적 특성까지 조절가능한 대면적 다이아몬드 필름을 만드는 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

네안데르탈인, 데니소바인과 현생인류, 외형변화 보이는 유전자 숫자나 특성 달라 “무언가를 길들이지 않고서는 그것을 잘 알 수 없지…친구를 가지고 싶다면 나를 길들여줘…길들인다는 게 뭐지?…네가 나에게 이 세상에서 단 하나뿐인 존재가 되는거지. 나도 너에게 세상에 하나뿐인 유일한 존재가 되는거야.” 프랑스의 작가 생텍쥐페리의 대표작 ‘어린왕자’에서 나오는 여우의 유명한 대사 중 하나이다. 길들인다거나 익숙해진다는 단어와 가장 가까운 생물학적 용어를 찾는다면 ‘가축화’(domesticated)라고 할 수 있을 것이다. 인간이 나무 위에서 내려와 걷기 시작하고 사회를 이루면서 개, 고양이, 양, 소, 말 등 다양한 야생 동물들을 길들여 가축화시켜왔다. 그런데 그런 길들이기, 가축화의 가장 오래된 대상은 다름 아닌 ‘인간’이었다는 것을 증명하는 연구결과가 나왔다. 이탈리아 밀라노대 종양학·혈액종양학과, 유럽종양연구소 줄기세포 후성유전학연구소, 임상보건의료과학연구재단(IRCCS) 산하 고통완화요양병원, 스페인 바르셀로나대, 바르셀로나 복잡계연구소, 칸타브리아대 의생명과학기술연구소, 카탈로니아고등과학연구소(ICREA), 신경유전학센터, 독일 쾰른대 분자의학센터(CMMC), 쾰른대병원 인간유전학연구소, 하이델베르크대병원 인간유전학연구소, 스위스 취리히연방공과대(ETH) 신경과학연구소 공동연구팀은 현생인류인 호모사피엔스가 네안데르탈인이나 데니소바인 같은 친척들과 유전학적으로 갈라진 뒤 공격성을 줄이는 방향으로 스스로를 가축화시켰다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 5일자에 실렸다. ‘현생인류가 이전 영장류 조상과 완전히 다른 것은 자기 길들이기(self-domestication) 때문’이라는 주장이 생물학계에서는 끊임없이 나왔었다. 자기길들이기, 또는 자기사육화는 인간이 스스로 동물적 본능을 억제하고 사회에 맞춰 가는 과정을 이야기한다. 현생인류가 인류의 조상들보다 덜 공격적이고 더 협동적이며 사회적이라는 것이 자기길들이기의 대표적 증거라는 설명이다. 가축화는 생물학적으로 나타나기도 하는데 반려견이나 고양이, 길들여진 여우 같은 경우는 이빨과 두개골이 작아지고 짧아진 꼬리, 접힌 귀 등의 신체적 변화와 함께 야생상태에 있는 것들보다 신경능줄기세포(neural crest stem cell)가 적다는 점이다. 사람도 진화과정을 거치면서 두개골이 작아지고 눈두덩이가 덜 튀어나오도록 변화됐다. 연구팀은 ‘BAZ1B’라는 유전자가 신경능줄기세포를 조절하는데 중요한 역할을 한다는 점에 착안해 연구를 실시했다. 여러 종류의 유전자가 자기길들이기에 관여했겠지만 외모 변화를 가져오는 대표적인 유전자 하나를 집중 분석한 것이다.일반적으로 사람들은 BAZ1B 유전자를 2개 갖고 있지만 윌리엄스-보이렌 증후군(WBS)을 갖고 있는 사람은 BAZ1B 유전가가 1개 밖에 없다. WBS를 앓는 사람들은 지적능력은 일반인과 큰 차이가 없지만 두개골이 작고, 얼굴도 작고 어리고 약해보이는 특징이 있으며 처음 보는 사람과도 오랫동안 눈을 마주치는 것을 피하지 않고 낯을 별로 가리지 않는 등 매우 사교적이고 상냥하다. 약간 지적 능력이 떨어지더라도 가벼운 학습장애나 불안증상만 보이는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 BAZ1B 유전자가 자기길들이기의 대표적인 특징인 외모 변화에 영향을 미치는지 확인하기 위해 11개의 신경능줄기세포를 배양했다. 4개는 일반인, 4개는 WBS 환자, 3개는 WBS와는 다르지만 다른 유전적 장애를 갖고 있는 환자의 것이었다. 이렇게 배양된 세포를 이용해 BAZ1B 활성도를 변화시킨 뒤 관찰했다. 그 결과 BAZ1B 활성 변화가 안면이나 두개골 발달에 관여하는 것으로 알려진 다른 수 백개의 유전자에 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 연구팀은 또 현생인류와 2명의 네인데르탈인 유전자, 1명의 데니소바인 유전자를 이용해 BAZ1B 유전자 여부를 분석했다. 그 결과 현생인류는 네인데르탈인이나 데니소바인에 비해 BAZ1B 유전자나 이에 영향을 받는 유전자들이 적은 것으로 확인됐다. 이번 연구를 주도한 주세페 테스타 이탈리아 밀라노대 교수(분자생물학)는 “동물의 가축화와 인간의 자기가축화는 비슷해보이지만 전혀 다른 개념”이라며 “인류가 협동사회를 유지하면서 외부에 대응하기 위해서 사회를 와해시키는 공격성을 없애려는 방향으로 진화를 해왔지만 동물의 가축화에서 볼 수 있듯이 인간의 공격성을 완전히 없애지는 못한 것 같다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1707년 잉글랜드의 스코틀랜드 합병 근본원인은 화산폭발로 인한 기후변화 우리가 알고 있는 영국의 공식명칭은 ‘그레이트 브리튼과 북아일랜드 연합왕국’으로 잉글랜드, 스코틀랜드, 웨일스, 북아일랜드 4곳이 연합해 형성된 단일 국가이다. 올림픽에서는 영국이라는 이름으로 참가하고 있지만 FIFA 월드컵에서는 각각의 이름을 달고 참가하고 있다. 특히 독립왕국이었던 스코틀랜드는 1707년 연합법에 의해 잉글랜드 왕국과 합병되면서 그레이트브리튼 왕국이 만들어졌다. 합병 이후에도 꾸준히 다시 분리독립하려던 스코틀랜드는 2014년 분리독립을 위한 주민투표를 실시했지만 부결됐다. 이후 외교, 국방분야를 제외한 모든 분야에서 자치권을 행사하고 있는 상황이다. 2016년 브랙시트 국민투표로 영국이 유럽연합(EU)에서 탈퇴하면서 다시 분리독립이 요구되고 있는 상황이다. 그런데 스코틀랜드의 현재와 같은 상황을 만들게 된 것은 다름아닌 17~18세기 기후변화와 지구환경 때문이라는 연구결과가 나와 주목받고 있다. 미국 컬럼비아대 라몬트-도허티 지구관측소(LDEO), 캔사스대 역사학과, 조지타운대 역사및생물학과, 체코 프라하생명과학대 산림목재과학부, 영국 세인트앤드류스대 지구환경과학부 공동연구팀은 고(古)기후 분석을 통해 17세기 말 있었던 두 차례의 화산폭발이 스코틀랜드의 운명을 바꾸는데 결정적인 역할을 했다고 6일 밝혔다. 이 같은 내용의 연구결과는 지구과학분야 국제학술지 ‘화산학, 지열연구’(Journal of Volcanology and Geothermal Research) 최신호에 실렸다. 스코틀랜드는 1690년대에 경제불황, 흉작, 기근으로 인해 스코틀랜드 전체 인구의 15%가 사망하는 등 ‘불운한 7년’ 또는 ‘스코틀랜드 병’(Scottish ills)으로 경제가 완전히 무너졌다. 독립왕국을 유지하던 스코틀랜드는 잉글랜드와 합병할 수 밖에 없는 상황이 됐던 것이다. 과학자들은 수 천㎞ 떨어진 곳에서 발생한 화산 폭발이 스코틀랜드의 이런 상황을 만들었다고 주장했다.실제로 화산 폭발이 지구 전체 또는 일부의 기후를 변화시킬 수 있다는 사실은 잘 알려져 있다. 화산이 폭발하면 화산재가 햇빛을 차단해 기온을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 폭발시 분출되는 이산화황이 성층권에 도달하면 산화돼 황산 에어로졸이 돼 전 세계로 확산될 가능성이 있다. 황산 에어로졸은 화산재와 함께 태양광을 차단해 지구를 냉각시키게 되는 것이다. 이런 상태는 짧게는 며칠에서 길게는 몇 달, 몇 년까지 지속될 수 있다. 산업화가 이뤄지기 이전에 이런 상황은 가뭄과 흉작으로 인해 국가경제를 완전히 파탄에 이를 수 있게 만든다. 나이테는 온도와 강수량의 변화를 그대로 반영하고 있기 때문에 많은 연구자들이 기후환경을 연구할 때 활용한다. 그런데 최근까지는 최악의 기근이 발생했던 당시 스코틀랜드 북부 나무를 확보하지 못했었는데 최근 호수 밑바닥과 늪지 속에서 수 세기 동안 보존돼 있던 통나무를 발견해 이를 분석했다. 이와 함께 1200년부터 2010년까지 스코틀랜드 기후 데이터를 확보해 비교했다. 분석 결과 800여년 동안 1695년부터 1704년까지 10년 동안은 스코틀랜드 기후사상 두 번째로 추웠던 시기인 것으로 확인됐다. 연구팀은 1961~1990년까지 스코틀랜드 여름 평균기온보다 당시에는 1.56도나 낮았던 것으로 확인했다. 이는 1693년과 1695년에 발생한 화산폭발로 인해 대규모 농작물 피해와 기근이 이어졌다고 주장했다. 이와 함께 척박한 스코틀랜드 자연환경, 발달하지 못한 농업기술, 기근에도 불구하고 곡물 수출을 장려한 정책, 1698년 남북아메리카 대륙을 잇는 파나마 지역에 스코틀랜드 식민지를 세우려는 시도 등이 같은 시기에 겹치게 됐다는 것이다. 이런 것들이 장기적 경제불황을 가져와 결국 스코틀랜드가 1707년 잉글랜드와 합병을 해 지금에 이르게 됐다는 설명이다. 로잔느 다리고 컬럼비아대 교수(생물학·고환경학)는 “이번 연구는 1690년대 중반에 일어난 화산폭발로 인한 중단기적 기후변화가 이후 10년 동안 일어난 정치적 사건들을 가장 잘 설명해주고 있다”라며 “기후는 한 나라의 정치 사회적 변화를 가져오는 중요한 동력”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘미션임파서블’을 보면 콘택트렌즈를 착용하면 각종 정보가 실시간으로 눈 앞에 제공돼 적진에 들어가 임무를 수행하는 장면이 등장한다. 올 초 방영했던 드라마 ‘알함브라 궁전의 추억’에도 남자주인공이 콘택트렌즈를 끼면 눈 앞에 게임에 직접 들어온 것 같은 착각이 들 정도의 증강현실(AR) 세계가 펼쳐지는 모습이 나온다. 눈에 착용하는 소프트 콘택트렌즈에 전자장치를 결합한 ‘스마트 콘택트렌즈’는 눈물 속 성분을 분석해 건강상태나 질병여부를 밝혀내는데 주로 활용돼 왔다. 그런데 국내 연구진이 이처럼 SF나 첩보영화에서나 등장하는 것처럼 콘택트렌즈를 착용하고 증강현실을 볼 수 있는 새로운 형태의 스마트 콘택트렌즈 기술을 개발해 화제다.연세대 신소재공학과, 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부, 카이스트 신소재공학과 공동연구팀은 시선을 방해하지 않고 무선충전용 전자회로와 급속 충방전이 가능한 전원을 소프트 콘택트렌즈에 새겨넣을 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 8일자에 실렸다. 웨어러블 기기를 지속적으로 사용하기 위해서는 전력공급이 무엇보다 중요하다. 더군다나 스마트 콘택트렌즈는 눈에 착용하는 웨어러블 기기이기 때문에 사용이 편해야 하고 눈에 넣었을 때 이물감이 느껴지지 않는 착용감도 중요하다. 그러나 콘택트렌즈 크기의 제한 때문에 신축성을 유지하면서 전원을 지속적으로 공급할 수 있는 무선충전 전원을 결합하는 것이 쉽지 않다는 점이다. 연구팀은 신축성 소재와 인쇄공정을 이용해 소프트 콘택트렌즈를 기판으로 해서 안테나-정류회로-슈퍼캐패시터로 이뤄진 무선충전 전원과 LED디스플레이를 결합하는데 성공했다. 특히 렌즈의 구부러질 때도 소자가 부서지는 것을 막고 충전용 단자가 노출되지 않도록 해 착용시 감전 위험도 없앴다.연구팀은 무선충전회로가 콘택트렌즈에 제작될 정도로 초소형이지만 LED 디스플레이를 구동시켜 빛을 내는데 충분하다는 것을 확인했다. 또 실제로 사람이 증강현실용 스마트 콘택트렌즈를 착용한 상태에서 무선충전이 되고 스마트 콘택트렌즈 내 LED 디스플레이를 작동할 수 있도록 전력을 공급하는 것을 확인했다. 또 렌즈 작동과정에서 발열현상이 나타나지 않았으며 렌즈 모양이 변하거나 눈물이나 보관액에 담겨져 있을 때도 기능을 유지했다. 연구팀은 실제 사용되는 소프트 콘택트렌즈 물질을 기판으로 렌즈 크기에 맞춰 무선충전에 필요한 슈퍼커패시티, LED 같은 전자소자를 초정밀 인쇄공정으로 그러 넣었다. 연구팀 관계자는 “이번 연구는 신축성 있는 실제 소프트 콘택트렌즈 소재에 무선충전 전원을 초소형으로 구현할 수 있는 인쇄기술을 개발한 것으로 다양한 웨어러블 기기의 무선전원 공급에 실마리를 제공할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인간과 개의 ‘절친’ 역사는 무려 4만 년에 달한다. 오랜 시간 이어져 온 친밀한 관계를 입증하듯, 인간은 동물 가운데 유독 개의 ‘표정’은 더욱 정확히 이해한다는 내용의 연구결과나왔다. 독일 막스플랑크진화인류연구소 연구진은 각기 다른 문화적 배경을 가진 성인 89명과 어린이 77명을 대상으로 개의 표정을 얼마나 이해하는지 실험했다. 연구진은 실험 참가자들에게 개와 침팬지, 그리고 사람의 모습을 담은 사진을 보여주고, 이들에게 화남, 행복, 슬픔, 공포, 무표정 등을 구분하도록 했다. 사진 속 동물의 표정은 해당 동물을 찍은 사진작가를 통해, 사진이 촬영될 당시의 상황과 분위기 등으로 유추했다. 그 결과 실험 참가자들은 개의 사진에서 화난 표정과 행복한 표정 등을 비교적 쉽게 구분할 수 있었다. 특히 실내에서 개와 함께하는 비중이 높은 유럽인의 경우, 개를 주로 실외에서 키우는 이슬람 민족에 비해 슬픔과 공포, 중립적인 표정 등을 매우 세밀하게 구분해냈다. 실험에 참가한 어린이의 경우, 문화적 배경과 상관없이 거의 동일하게 개의 행복한 표정과 화난 표정을 구별해냈다. 이에 반해 성인과 어린이 모두 인간과 유전적으로 가장 가깝다고 평가받는 침팬지의 표정은 정확하게 읽어내지 못했다. 이러한 경향은 어린이의 경우 더욱 강하게 나타났다. 연구진은 이번 연구가 인간이 개의 표정과 감정을 읽는 능력을 가졌을 뿐만 아니라, 문화적 차이에 따라 이러한 능력의 차이도 존재한다는 사실을 입증했다는 점에서 주목할 만하다고 밝혔다. 또 개의 표정을 인식하는 능력은 주로 나이와 경험을 통해 얻을 수 있으며, 특히 성인은 개를 키우는지 여부와 관계없이 개에 대해 긍정적인 태도를 가지는 문화적 배경에서 자랄 경우 개의 표정을 더욱 정확하게 읽어낸다는 사실이 확인됐다. 연구진은 “개의 표정을 읽는 인간의 능력은 타고나는 것이 아니라 학습하는 것”이라면서 “이러한 특성은 진화적으로 선택된 특성이 아니며, 성인의 경우 개와 관련한 문화적 배경에 따라 능력에 차이를 보인다”고 설명했다. 자세한 연구결과는 국제학술지 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com(자료사진) 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

상류서 낮았던 농도 도심 통과 후 높아져 리튬전지 수요 증가… 재활용·처리 안 돼 폭넓은 조사로 폐기 방식·규제 고민해야 스마트폰 등 소형 전자기기와 전기차에 쓰이는 리튬이온배터리가 무단 폐기되면서 강물은 물론 수돗물까지 오염시키고 있다는 연구 결과가 나왔다. 한국기초과학지원연구원 환경분석연구부, 이화여대 과학교육학과, 부경대 지구환경과학과, 프랑스 소르본대 해양학실험실(LOV) 공동연구팀은 각종 전자제품과 배터리에 포함된 리튬이 강으로 유입돼 수돗물을 오염시킬 수 있다는 연구 결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 4일자에 발표했다. 원자번호 3번의 리튬(Li)은 현대사회에서 다양하게 활용되고 있다. 대표적인 것이 리튬이온전지이다. 리튬이온전지는 1985년 처음 상용화돼 휴대용 전자기기와 전기차에 필수적으로 쓰이고 있다. 올해 노벨화학상도 리튬이온배터리를 개발하고 상용화한 3명의 과학자에게 돌아갔다. 리튬은 양극성 장애(조울증), 알코올 중독, 갑상선항진증, 천식 등을 치료하는 데도 사용된다. 연구팀은 리튬전지의 수요는 급격히 증가하고 있지만 회수와 재활용, 처리 등에 대한 시스템이 구축되지 않은 데다 폐기물관리법상에도 폐기물로 명시돼 있지 않아 잠재적 환경오염원이 될 수 있다는 데 착안했다. 지난달 초 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 ‘리튬이온배터리가 심각한 환경오염을 유발할 수 있어 재활용 연구와 폐배터리 처리방안을 고민해야 한다’는 논문이 실리기도 했다. 연구팀은 2015년 7월 남한강과 북한강 상류부터 한강 하류까지 22곳에서 강물, 수돗물, 수처리장 유입수와 배출수 등을 포함해 27개의 시료를 채취해 리튬 농도를 분석했다. 분석 결과 한강 상류에서는 리튬 농도가 매우 낮게 나왔다. 그러나 서울과 인천 등 수도권에 수돗물을 공급하는 상수원인 팔당댐 지역부터 리튬 농도가 높아지기 시작해 인구밀도가 높은 도심을 통과하는 곳에서는 리튬 농도가 상류보다 최대 600% 높은 것으로 조사됐다. 현재 수처리 방식으로는 물속에 녹아 있는 리튬을 제거할 수 없어 수돗물에서도 리튬 농도가 높은 것으로 확인됐다. 연구팀은 물속에 녹아 있는 리튬이 인위적 요인 때문인지를 밝혀내기 위해 동위원소 분석을 실시했다. 그 결과 한강에 유입된 리튬은 리튬이온전지, 각종 치료제, 음식물처리장 부산물, 세제 등에서 기인한 것으로 나타났다. 류종식 부경대 지구환경과학과 교수는 “이번 연구는 리튬이 물속에 녹아 들어가 환경이나 인체에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다”면서 “리튬이 생태계와 건강에 어떤 영향을 미치는지 폭넓은 조사가 필요하고 리튬 관련 폐기물 처리 및 규제 방안도 고민해야 할 시점”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

상류서 낮았던 농도 도심 통과 후 높아져 리튬전지 수요 증가… 재활용·처리 안 돼 폭넓은 조사로 폐기 방식·규제 고민해야 스마트폰 등 소형 전자기기와 전기차에 쓰이는 리튬이온배터리가 무단 폐기되면서 강물은 물론 수돗물까지 오염시키고 있다는 연구 결과가 나왔다. 한국기초과학지원연구원 환경분석연구부, 이화여대 과학교육학과, 부경대 지구환경과학과, 프랑스 소르본대 해양학실험실(LOV) 공동연구팀은 각종 전자제품과 배터리에 포함된 리튬이 강으로 유입돼 수돗물을 오염시킬 수 있다는 연구 결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 4일자에 발표했다. 원자번호 3번의 리튬(Li)은 현대사회에서 다양하게 활용되고 있다. 대표적인 것이 리튬이온전지이다. 리튬이온전지는 1985년 처음 상용화돼 휴대용 전자기기와 전기차에 필수적으로 쓰이고 있다. 올해 노벨화학상도 리튬이온배터리를 개발하고 상용화한 3명의 과학자에게 돌아갔다. 리튬은 양극성 장애(조울증), 알코올 중독, 갑상선항진증, 천식 등을 치료하는 데도 사용된다. 연구팀은 리튬전지의 수요는 급격히 증가하고 있지만 회수와 재활용, 처리 등에 대한 시스템이 구축되지 않은 데다 폐기물관리법상에도 폐기물로 명시돼 있지 않아 잠재적 환경오염원이 될 수 있다는 데 착안했다. 지난달 초 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 ‘리튬이온배터리가 심각한 환경오염을 유발할 수 있어 재활용 연구와 폐배터리 처리방안을 고민해야 한다’는 논문이 실리기도 했다. 연구팀은 2015년 7월 남한강과 북한강 상류부터 한강 하류까지 22곳에서 강물, 수돗물, 수처리장 유입수와 배출수 등을 포함해 27개의 시료를 채취해 리튬 농도를 분석했다. 분석 결과 한강 상류에서는 리튬 농도가 매우 낮게 나왔다. 그러나 서울과 인천 등 수도권에 수돗물을 공급하는 상수원인 팔당댐 지역부터 리튬 농도가 높아지기 시작해 인구밀도가 높은 도심을 통과하는 곳에서는 리튬 농도가 상류보다 최대 600% 높은 것으로 조사됐다. 현재 수처리 방식으로는 물속에 녹아 있는 리튬을 제거할 수 없어 수돗물에서도 리튬 농도가 높은 것으로 확인됐다. 연구팀은 물속에 녹아 있는 리튬이 인위적 요인 때문인지를 밝혀내기 위해 동위원소 분석을 실시했다. 그 결과 한강에 유입된 리튬은 리튬이온전지, 각종 치료제, 음식물처리장 부산물, 세제 등에서 기인한 것으로 나타났다. 류종식 부경대 지구환경과학과 교수는 “이번 연구는 리튬이 물속에 녹아 들어가 환경이나 인체에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제시했다”면서 “리튬이 생태계와 건강에 어떤 영향을 미치는지 폭넓은 조사가 필요하고 리튬 관련 폐기물 처리 및 규제 방안도 고민해야 할 시점”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

충북 괴산군 심복굴에서 신종 새우가 발견됐다. 환경부 산하 국립낙동강생물자원관은 3일 민기식 인하대 교수 연구진과 괴산의 심복굴에서 신종 동굴옆새우를 발견했다고 밝혔다. 연구진이 지난해 3월 심복굴에서 동굴옆새우를 채집해 분류학상 위치나 명칭 등을 확인한 결과 우리나라에만 서식하는 고유 신종으로 확인됐다. 새우가 발견된 곳의 이름을 따 ‘심복동굴옆새우’(사진)로 이름 지었다. 관련 연구 결과는 국제학술지 ‘주택사’에 실렸다. 동굴옆새우류는 동굴 내부의 고여 있거나 흐르는 물에 서식하는데 전 세계에서 동아시아 지역에만 25종이 분포한다. 국내에서는 신종을 포함해 총 3종이 발견됐다. 동굴옆새우는 옆으로 누워서 헤엄치는 특징이 있다. 이름과 겉모습은 게·새우와 유사하지만 계통유연관계가 다르다. 심복동굴옆새우는 눈이 퇴화되고 몸에 색소가 없는 것이 특징이며, 오랜 시간 동안 외부와 격리돼 현재는 심복굴에서만 서식하는 것으로 확인됐다. 서경인 국립낙동강생물자원관 동식물조사연구팀장은 “국가 생물자원 확보 및 다양성 보존을 위해 동굴과 같이 외부의 손길이 닿지 않는 특이 서식지를 대상으로 신종 발굴을 위한 조사를 추진할 계획”이라고 말했다. 세종 박승기 기자 skpark@seoul.co.kr

바람이 스쳐지나가기만 해도 자지러질 듯이 아프다는 통풍, 날씨가 흐리기만 해도 온 몸이 욱신거리게 하는 관절염, 이전의 기억을 서서히 잃어 존엄한 삶을 망가뜨리는 치매. 이들의 공통점은 바로 ‘염증’이다. 실제로 체내 염증 반응 조절이 제대로 되지 않아 발생하는 질병은 전 세계 사망률 1위인 암을 비롯해 알츠하이머, 세균감염으로 인한 패혈증까지 다양하다. 이 때문에 많은 의료현장에서 염증 반응을 추적해 진단하는데 활용하고 있다. 그러나 현재 사용되는 위상차 영상 정보로는 염증성 질환 조기 진단에 한계가 있다. 이런 상황에서 국내 연구진이 체내 염증 반응을 실시간으로 빠르게 확인할 수 있는 새로운 영상화 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단, 서울대 의대 공동연구팀은 각종 질병의 원인인 체내 염증현상을 영상으로 관찰하고 추적할 수 있는 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 각종 염증성 질환은 인플라마좀이라는 특정 단백질이 활성화되면서 나타나는 것으로 알려져 있다. 기존에는 체내에서 인플라마좀 활성화를 시공간적으로 분석할 뿐 실시간 변화를 측정하기 어려웠고 일부에서는 유전자 조작을 통해 실시간 관찰을 가능케 했지만 환자를 대상으로 적용하기 어려운 연구목적에만 쓰여왔다. 연구팀은 염증 단백질이 아닌 염증 발생 초기에 중요한 역할을 하는 효소인 ‘캐스페이즈-1’이라는 물질에 주목했다. 연구팀은 이 물질에 닿으면 빛을 낼 수 있는 형광물질을 개발해 형광 신호의 강도 변화를 실시간으로 관찰할 수 있도록 했다. 이 형광물질은 독성이 없고 체내에서 빠르게 분해돼 생체 적합성이 뛰어나다나는 장점이 있다. 실제로 알츠하이머, 대장염, 암 등 다양한 염증성 질환을 앓도록 만든 생쥐에게 이번에 개발한 형광물질을 투여하는 실험을 실시한 결과 질병의 실시간 변화를 관찰할 수 있었다. 또 염증성 질환의 증상이 외부로 나타나기 전에 조기에 진단하는데도 성공했다. 권익찬 KIST 박사는 “이번 연구를 활용하면 체내 염증효소의 변화를 실시간으로 관찰하고 염증성 질환의 조기 진단과 치료제 개발, 효능 평가에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

햇빛을 전기로 바꿔주는 태양광 에너지는 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 대표적인 신재생에너지 중 하나로 꼽히고 있다. 그러나 광자 한 개를 하나의 전하입자로만 변환시킬 수 있다는 제한 때문에 태양전지의 효율을 높이는데 한계가 있다. 국내 연구진이 광자 한 개를 더 많은 전하입자로 변환시킬 수 있는 방법을 찾아내 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, 네덜란드 암스테르담대 공동연구팀은 빛 에너지(광자)에 비례해 전하 캐리어 수가 늘어나는 캐리어 증폭현상을 2차원 물질에서 처음 관찰하는데 성공해 태양전지 효율을 획기적으로 늘릴 수 있는 단초를 마련했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2일자에 실렸다. 일반적으로 에너지가 아무리 커도 광자 한 개는 전하 운반입자(캐리어) 한 쌍만 만들어 낼 수 있다. 그렇지만 특정 조건에서는 캐리어 증폭현상이 일어나 광자가 두쌍 이상의 전하입자를 만들 수 있는 것으로 알려져 있었다. 이런 물질은 나노미터 크기의 양자선(線)이나 양자점(點), 2차원 물질이 있다. 2차원 물질은 그래핀처럼 두께가 원자층 수준의 얇은 물질로 기존 물질과는 전혀 다른 물리현상이 나타나 차세대 반도체로 주목받고 있다. 특히 2차원 물질에서는 여분의 빛 에너지가 캐리어로 모두 전환될 수 있다고 이론상 알려져 있지만 관측된 적은 없었다. 연구팀은 캐리어 증폭현상을 발생시킬 수 있는 가능성 높은 후보물질을 합성했다. 그 결과 서로 다른 화합물을 기체로 만든 다음 진공 상태에서 반응을 일으켜 얇은 막을 형성시키는 기상화학증착 방식으로 광변환 효율이 좋은 것으로 알려진 몰리브덴디텔루라이드와 텅스텐디셀레나이드를 대면적으로 합성시키는데 성공했다.이렇게 만들어진 전이금속 칼코젠 화합물을 초고속 분광법으로 분석한 결과 캐리어 증폭현상이 관찰됐다. 관찰 결과 여분의 에너지가 추가 캐리어를 만들어 냄으로써 기존 실리콘 태양전지의 빛-전기 전환효율의 한계인 33.7%를 넘어서는 것이 확인됐다. 이 때문에 연구팀은 이번 합성물질을 태양전지로 활용하면 전지효율을 46% 가까이 끌어올릴 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이영희 나노구조물리연구단 단장(성균관대 교수)는 “이번 연구결과를 활용하면 태양전지는 물론 광검출기 등 다양한 광전자 분야 기기를 만드는데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “특히 이번에 찾아낸 2차원 전이금속 칼코젠 소재는 가볍고 우수한 빛흡수력, 뛰어난 내구성, 유연성 때문에 플렉서블 태양전지 상용화까지 기대할 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“영국에 윌리엄 셰익스피어가 있다면 프랑스에는 몰리에르가 있다.” 프랑스 극작가 몰리에르(1622~1673)는 ‘동쥐앙’ ‘타르튀프’ ‘인간혐오자’ 등 성격희극으로 유명하다. 물론 셰익스피어가 누리는 대중성에서는 다소 뒤떨어지지만 셰익스피어가 영문학에서 차지하는 위치만큼 몰리에르가 불문학에서 차지하는 위치는 확고하다. 그런데 100년 전인 1919년 프랑스 시인 피에르 루이(Pierre Louys)는 몰리에르가 인생 대부분을 배우로 지냈으며 40세를 전후해 갑자기 걸작을 내놓기 시작했다고 지적했다. 루이는 몰리에르와 같은 시기에 살았던 또 다른 유명 극작가이자 교육수준이 훨씬 뛰어난 피에르 코르네유(1602~1684)가 대필한 것으로 볼 수 밖에 없다는 의심을 제기했다. 더구나 몰리에르가 서명한 원고가 아직까지 한 번도 발견되지 않았기 때문에 이런 의심은 점점 커질 수 밖에 없었다. 마치 셰익스피어의 작품이 실제로는 케임브리지대 장학생 출신의 크리스토퍼 말로에 의해 쓰여졌다는 주장과 비슷한 의심이다. 이에 프랑스 컴퓨터과학자들과 전산언어학자들이 몰리에르의 작품 대필에 대한 의혹의 진실을 찾기 위해 나섰다. 프랑스 파리-디드로대, 파리과학인문대학, 국립고문서학교(Ecole nationale des chartes) 공동연구팀은 전산 언어학적 분석을 통해 피에르 코르네유와 몰리에르의 작품을 정밀분석한 결과를 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 11월 28일자에 발표했다. 결론부터 말하자면 “몰리에르 작품은 전부 몰리에르 스스로 쓴 것”이다. 1919년 몰리에르의 대필 의혹이 처음 제기된 뒤 2001년 프랑스 그르노블 알프스대학 언어학자들이 몰리에르와 코르네유 작품들을 분석한 결과 두 작가의 단어 선택이 상당부분 겹친다는 연구결과를 ‘계량언어학 저널’에 발표하면서 이 같은 대필의혹은 사실에 가까워지는 분위기였다.이번에 연구팀은 2001년 분석과 달리 몰리에르와 코르네유 뿐만 아니라 동시대에 활동했던 다른 10명의 극작가들의 작품을 단어와 문장별로 분절해 컴퓨터를 이용해 언어적 특징을 분석비교했다. 이전 연구와 달리 단순히 어휘의 일치 뿐만 아니라 단어들을 연결해주고 관계를 설정하는 접속사나 관사 같은 기능적 단어들의 빈도까지 분석했다. 또 작가별 선호하는 문법 구조, 사람들이 글을 쓸 때 무의식적으로 활용하는 언어적 패턴도 살펴봤다. 그 결과 몰리에르와 코르네유 뿐만 아니라 동시대 극작가들 모두 비슷한 단어들을 사용하기는 했지만 즐겨쓰는 문법구조, 접속사, 단어의 위치가 전혀 다른 것으로 나타났다. 이번에 활용한 분석 프로그램은 언어적 특성이 비슷한 작품들끼리 함께 분류시키는 기능을 갖고 있는데 몰리에르의 작품을 코르네유가 대필했다면 몰리에르와 코르네유가 한 범주로 묶여야 하는데 전산언어학적 분석 결과 전혀 다른 범주에 포함되는 것으로 나타났다는 설명이다. 플로리안 샤피로 파리-디드로대 교수(응용수학·계량언어학)는 “이번 연구는 몰리에르는 그 만의 독특하고 식별 가능한 언어를 구사한다는 언어학자들의 의견에 대한 과학적 근거를 제시한 것”이라며 “몰리에르가 프랑스를 대표하는 극작가로 일부에서 주장하는 대필 의혹을 완전히 벗어버렸다고 본다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

얼마전 세계기상기구(WMO)는 지난해 온실가스 농도가 역대 최고치를 경신했다는 분석결과를 발표했다. 증가하는 온실가스는 인류 멸종이라는 극단적 결과를 불러올 수도 있다는 우려를 불러일으키고 있다. 석탄, 석유와 같은 화석연료 사용으로 인한 온실가스 증가와 미세먼지 발생 같은 환경문제를 줄이기 위한 대안 중 하나로 바이오연료가 꼽히고 있다. 바이오연료는 현재 휘발유나 경유에 약 30%까지 혼합돼 사용되고 있다. 현재 바이오연료 생산에 주로 쓰이는 원료는 옥수수에서 추출하는 전분, 사탕수수에서 나오는 당, 팜에서 나오는 식물성 오일이다. 문제는 이것들은 식재료로 쓰이는 작물들로 바이오연료 생산에 쓰이면서 곡물가격을 높인다는 지적이 꾸준하게 나오고 있다. 이 때문에 많은 연구자들은 폐목재를 비롯해 식량으로 쓰이지 않는 목질계 바이오매스를 이용한 바이오연료 생산 연구에 주력하고 있다. 그러나 목질계 바이오매스를 바이오연료로 전환하는 공정에서 쓰이는 미생물의 활동이 둔화돼 생산효율이 낮아진다. 국내 연구진이 이런 전환과정에서 낮아지는 생산효율을 개선할 수 있는 방법을 만들어 냈다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 연구진은 유전자가위를 이용해 목질계 바이오매스에서 고농도의 바이오연료를 생산할 수 있는 미생물을 만들어 내는데 성공했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘글로벌 체인지 바이올로지 바이오에너지’(Global Change Biology Bioenergy)에 실렸다.연구팀은 생물학 분야 최신기술이라고 불리는 유전자 가위기술을 활용, 바이오연료 생산 미생물의 유전체를 편집함으로써 자연계에서 발생하는 진화과정을 실험실 내에서 단기간에 효과적으로 발생시킬 수 있는 적응진화공법을 적용했다. 이렇게 유전자 편집된 미생물은 목질계 바이오매스를 이용해 바이오연료를 생산할 때 효율을 저하시키는 아세트산에 대한 저항성이 강해졌다. 이 신규 미생물을 활용하면 기존에 바이오연료를 생산할 때 버려지던 성분에서 이론적 최대수치인 98%의 수율로 바이오연료를 생산할 수 있는 것으로 확인됐다. 또 설탕을 추출한 뒤 버려지는 사탕수수 부산물에서도 바이오연료를 생산해낼 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발된 미생물은 유전자 가위를 이용한 유전자 편집기술을 활용해 개발됐기 때문에 추가적 변형을 통해 바이오플라스틱, 바이오폴리머 등도 생산가능해질 것으로 기대되고 있다. 이선미 KIST 박사는 “이번 연구결과는 현재 쓰이고 있는 1세대 바이오연료의 한계를 넘어서는 동시에 2세대 바이오연료의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라며 “미생물의 변형에 따라 바이오연료 뿐만 아니라 바이오소재를 생산할 수 있는 바이오리파이너리 플랫폼 균주로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

이미 기후변화로 고갈되고 있는 안데스 빙하의 녹는 속도가 아마존에서 발생한 대규모 산불의 영향으로 더욱 빨라지고 있다는 조사 결과가 나왔다. 브라질 리오데자네이루주립대학 연구진은 아마존에서 발생한 산불이 빙하에 미치는 간접적 영향을 조사하기 위해 브라질과 페루, 볼리비아 일대부터 안데스산맥 지역의 고지대 빙하까지 검은 탄소(Black carbon) 등 에어로졸 성분이 얼마나 많이 증가했는지를 조사했다. 또 2000~2016년 아마존 일대에서 발생한 화재 피해 데이터를 분석한 뒤, 해당 자료들을 통합했다. 이후 아마존의 대형 화재로 발생한 검은 탄소 등의 에어로졸이 안데스산맥 빙하에 어떤 영향을 미치는지를 측정하는 모델링 프로그램을 개발했다. 분석 결과 화재로 발생한 검은 탄소 등의 에어로졸이 안데스 빙하의 표면(눈)을 덮을 경우 자외선이 반사되지 않고 도리어 흡수되는 현상이 나타났고, 이 때문에 눈과 얼음이 더욱 빠르게 녹는다는 것을 확인했다. 기후변화의 주요 원인 중 하나인 먼지 입자로 인한 연간 빙하 용해율은 4% 가량이다. 연구진은 검은 탄소의 연간 빙하 용해율은 먼지 입자에 맞먹는 3% 정도이며, 두 물질이 뒤섞일 경우 6%까지 증가한다고 설명했다. 먼지와 검은 탄소의 농도가 높아질수록 연간 용해율은 최대 12~14%까지 높아진다. 연구진은 안데스산맥 빙하의 녹는 속도를 가속화시키는 아마존의 화재가 전 세계 식량위기와도 연관이 있다고 분석했다. 실제로 아마존이 품고 있는 브라질의 농업은 세계 식량 수요과 관련해 끊임없이 압박을 받고 있다. 세계 시장의 수요를 맞추려고 과도하게 농업을 확장하고, 이 과정에서 아마존 산림을 벌채하거나 태우는 일이 잦아졌다. 브라질 국립우주개발연구소(INPE)에 따르면 지난 1~7월 화재로 사라진 아마존 삼림 면적은 3440㎢에 달한다. 서울의 약 6배에 달하는 규모다. 한편 자세한 연구결과는 국제학술지 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

공포영화나 스릴러영화를 보면 예상치 못한 상황에 맞닥뜨렸을 때 등장인물들이 순간적으로 ‘얼어붙는’ 장면들이 나오곤 한다. 일상생활에서도 갑자기 놀라운 상황에 접하면 자신도 모르게 몸이 움츠러들고 움직일 수 없게 된다. 미국 컬럼비아대 분자생물물리학과, 생화학과, 신경과학과, 스위스 로잔연방공과대(EPFL) 뇌연구소, 생체공학연구소 공동연구팀은 위험 상황에 놓였을 때 순간적으로 몸을 얼어붙게 만드는 신체 반사작용이 다름 아닌 행복 호르몬 ‘세로토닌’ 때문이라는 사실을 밝혀내고 생명과학 분야 국제학술지 ‘커런트 바이올로지’ 11월 28일자에 발표했다. ‘놀라 얼어붙는 반응’은 사람을 포함한 포유류는 물론 파리, 물고기까지 거의 모든 동물에게서 관찰되지만 정확한 메커니즘이 밝혀지지 않아 생물학계의 수수께끼 중 하나로 남아 있었다. 연구팀은 초파리들을 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 세로토닌이 분비되지 않도록 만들었다. 세로토닌은 뇌의 시상하부 중추에 있는 신경전달물질로 ‘행복 호르몬’으로 잘 알려져 있다. 연구팀은 초파리들이 날지 않고 걷도록 한 다음 걸음걸이를 분석할 수 있는 실험 장치인 ‘플라이워커’에 넣어 실내를 갑자기 어둡게 만들거나 소형 모터로 심한 흔들림을 느끼도록 한 다음 반응을 관찰했다. 그 결과 세로토닌이 분비되지 않는 초파리들에게서는 갑작스러운 상황이 발생해도 멈추지 않고 계속 움직이는 것이 관찰됐다. 그러나 일반 초파리들에게서는 깜짝 놀라서 잠깐 멈춘 다음 정전 상황일 때는 조심해서 천천히 걷고 지진 상황에서는 이전보다 더 빨리 움직이는 것이 확인됐다. 연구팀은 세로토닌이 일종의 비상 브레이크처럼 작동해 갑작스러운 변화에 대한 정보를 수집하고 어떻게 대응해야 할지 결정할 수 있게 해주는 역할을 한다고 설명했다. 리처드 만 컬럼비아대 교수(시스템 생물학)는 “이번 연구는 기억과 정서, 기분 조절에 주로 관여하는 것으로 알려진 신경전달물질인 세로토닌이 감각 정보를 처리해 운동반응을 유도하는 데도 중요한 역할을 한다는 것을 처음 밝혀냈다는 점에서 의미가 크다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사회경제적 빈곤이 생물학적 빈곤의 원인 공중보건, 사회적 불균형 해결 차원에서도 빈곤해결 필요 ‘가난은 나랏님도 구제 못한다’는 옛 말이 있다. 과거를 현재와 같은 잣대로 해석할 수는 없겠지만 옛 말에만 의지해 빈곤을 개인의 탓으로 돌리며 국가와 사회의 역할을 방기한다면 심각한 사회적 갈등을 불러올 수 있다. 재산 소유 상위집단과 중산층과 하위계층의 격차가 커지면 커질 수록 사회는 불안정해지기 마련이다. 이 때문에 많은 국가들은 빈곤층도 최소한의 삶을 영위할 수 있는 방안을 찾고 있다. 그런데 인문사회학자와 도시학자, 생물학자들이 함께 빈곤이 사회적 불안전성과 갈등 뿐만 아니라 개개인의 건강과 공중 보건에도 악영향을 미칠 수 있다는 연구결과를 발표해 주목받고 있다. 미국 오레곤대 내에 있는 생물학및환경센터, 클라크오너스 교양대학, 인간생리학과, 경영대학원, 저널리즘·커뮤니케이션스쿨, 조경건축학과, 교육대 상담심리학및복지학과, 생태·진화연구소 공동연구팀은 빈곤층의 장내미생물은 숫자와 종류가 턱없이 적고 유익한 장내미생물도 많지 않다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 미국공공도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제학술지 ‘플로스 생물학’ 27일자에 실렸다. 일반적으로 빈곤층은 건강하고 균형잡힌 식단과 깨끗한 환경를 제공받지 못하고 다양한 사회경제적 차원의 스트레스 때문에 수많은 질병에 노출돼 있다고 알려져 있다. 그런데 연구팀은 빈곤이 유익한 장내미생물에 대한 접근을 차단함으로써 빈곤층이 쉽게 질병에 노출되는 것이라는 결론을 내린 것이다. 장내미생물은 보통 장에서 소화를 돕는 정도로만 알려져 있었다. 그런데 최근 다양한 연구를 통해 장내미생물은 비만, 당뇨, 고혈압과 같은 대사질환은 물론 알츠하이머 치매, 파킨슨병과 같은 다발성 신경질환, 각종 정신질환, 체내 염증으로 인한 각종 자가면역질환, 심지어는 암에 이르기까지 다양한 질환에 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 연구팀은 다양한 실험을 통해 중산층 이상과 빈곤층의 장내미생물 종류와 숫자를 비교해본 결과 빈곤층의 장내미생물 균총의 종류와 숫자가 눈에 띄게 차이를 보일 뿐만 아니라 유익한 장내미생물은 많지 않은 것으로 나타났다고 밝혔다. 이런 유익한 장내미생물의 부족 때문에 비만과 관련한 대사질환, 우울증과 알콜중독, 조현병과 같은 정신질환에 취약하게 된다고 연구팀은 설명했다. 사회경제적 불균형이 건강의 불균형과 격차를 더 크게 만들 수 있다는 것을 의미하는 것이다.연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 몇 가지 해결 방안을 제시했다. 예를 들어 저소득층의 산전, 산후관리를 통해 산모들부터 유익한 장내미생물을 확보하도록 하고 이것이 영유아들에게 이어질 수 있도록 하는 한편 학교 급식에서 균형잡힌 식단을 제공하고 학내에 정크푸드를 없애는 것이 필요하다는 것이다. 또 빈곤층이 밀집해 있는 지역에 정기적인 방역과 충분한 녹지지대 확보로 깨끗한 공기와 보건환경을 제공하는 것도 중요하다고 연구팀은 덧붙였다. 수잔 이스햅 오레곤대 생물학및환경센터 연구원이자 메인대 교수(동물학·수의과학)는 “미생물은 사람의 건강에 매우 중요한 역할을 하고 있다는 것은 잘 알려져 있었는데 이번 연구는 그 미생물이 사회적 균형에도 어떤 식으로든 관여하고 있음을 보여주고 있다”라고 설명했다. 이스햅 교수는 “유익한 장내미생물에 대한 접근은 개인은 물론 공중보건차원에서 중요한 인간의 권리라고 봐야 하는 상황에 이르렀다”라며 “국가나 지역사회에서 빈곤층에 대한 지원은 호혜적 차원이 아닌 사회적 균형이나 건강권이라는 차원에서 이해돼야 할 것”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연장의 꿈이 현실이 되는 세상이다. 빠른 속도로 발전하는 인공지능과 3D 프린팅 기술, 각종 의학 장비와 로봇은 이미 고장 난 장기나 시간이 갈수록 노화하는 장기를 고치거나 바꿔주고, 덕분에 인류의 기대수명은 과거보다 훨씬 더 길어졌다. 그중에서도 전 세계에서 1인당 보건관련 예산을 가장 많이 쓰는 미국의 경우, 이러한 추세라면 기대수명이 월등히 길어야 할 것처럼 보이지만 현실은 그 반대라는 흥미로운 연구결과가 나왔다. 미국 버지니아 코먼웰스 의과대학 연구진에 따르면 미국인의 기대수명은 1959년 69.9세에서 2014년 78.9세로 꾸준히 늘었다. 그러나 2014년을 기점으로 매년 짧아지기 시작해 2017년에는 78.6세를 기록했다. 특히 노동가능인구의 핵심 축에 속하는 25~64세 그룹에서 이러한 현상은 눈에 띄게 나타났다. 연구진은 현상의 원인이 해당 연령대 사람들의 약물 남용과 자살, 과음 및 고혈압에 따른 부작용 등에 있다고 분석했다. 연구진에 따르면 2017년 기준 미국에서 약물 남용으로 인한 사망은 1999년에 비해 4배에 달했다. 같은 기간 알코올성 간 질환으로 사망한 사람은 40% 증가했고, 자살은 38% 늘었다. 이러한 현상은 일부 지역에서 더욱 두드러지게 나타났다. 연구진에 따르면 뉴잉글랜드와 메인, 뉴햄프셔, 버몬트 및 인디애나, 캔터키, 오하이오와 펜실베이니아 등지에서 기대수명이 줄어드는 ‘기이한 현상’이 눈에 띄게 나타났다. 위 지역들은 초강력 마약성 진통제(오피오이드)와 관련해 사망률이 급증한 일명 ‘오피오이드 전염병’ 현상의 영향을 받았다. 미국 내 심각한 사회적 문제로 꼽힌 오피오이드 중독 사망자는 2013년까지는 2000~3000명 선이었지만, 이후 급증해 2017년에는 2만 9418명에 이르렀다. 연구진은 기대수명이 짧아지는 이러한 현상이 보건복지에 막대한 예산을 쏟아붓고 관련 의학·과학 기술분야의 선두를 달리는 미국만의 독특한 문제라고 지적했다. 연구를 이끈 버지니아 코먼웰스 대학의 스티븐 울프 박사는 “미국의 기대수명이 줄어든 것은 단순히 의학 시스템의 문제가 아닌 사회 서비스의 결핍에 있다면서 "다른 국가들은 어려운 시기에 가족과 함께 버틸 수 있는 사회 시스템을 이용해 왔지만, 미국인들은 종종 모든 것을 자신 스스로 견뎌야만 했다”고 설명했다. 연구에 참여하지 않은 하버드 보건 대학원의 하워드 코 교수는 “미국의 기대수명 감소에 대한 해결책 중 하나는 사회적 연결을 강화하고 이러한 사회적 연결이 복지에 미치는 영향에 더 많은 관심을 기울이는 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 미국의학협회에서 만드는 의학분야 국제학술지 미국의학협회지(JAMA) 최신호(26일자)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

상처에 인공근육 이식받은 생쥐 8주만에 감쪽같이 회복 1984년 인공지능과 로봇으로 인한 암울한 인류의 미래상을 보여줘 관객들을 사로잡은 영화 터미네이터가 최근 28년만에 원년 멤버인 아놀드 슈워제네거, 린다 해밀턴 등까지 참여한 ‘터미네이터: 다크페이트’로 돌아왔다. 사람처럼 늙는다는 설정의 원년 터미네이터까지 등장했지만 흥행몰이에는 실패했다. 터미네이터가 등장했을 때 과학자들이 관심을 가졌던 부분은 인공지능의 발달과 함께 인공근육이었다. 사람과 똑같은 외모 뿐만 아니라 인체 내부 근육도 실제와 비슷하게 만든다면 손상된 부분을 대체할 수 있기 때문이다. 그러나 지금까지 개발된 인공근육들은 대부분 금속물질이나 모터 등이 달려 있어 손상된 부위를 복원하기보다는 근육 기능을 강화하는데 초점이 맞춰져 있었다. 성균관대 바이오메카트로닉스학과, 전남대 의대 공동연구팀이 3D프린터를 이용해 실제 사람의 근육과 똑같은 근육섬유다발을 만드는데 성공했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 살아있는 세포와 생체 친화적인 하이드로겔로 이뤄진 바이오잉크를 원하는 설계대로 층층이 분사하는 방식으로 세포나 조직을 만들어 내는 바이오프린팅 기술에서 가장 중요한 것은 생체 조직마다 서로 다른 해부학적 특징과 생리학적 기능을 어떻게 실제와 가깝게 구현해 내는가 하는 점이다. 많은 과학자들은 근육조직을 3D프린터로 구현해 내려고 했지만 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 자라게 만들기가 어려워 곤란을 겪어왔다.이같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 금 나노와이어를 이용해 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 방식을 착안해냈다. 화분에 지지대를 꽂아놓으면 식물들이 그에 따라 뻗어가는 원리이다. 연구팀은 지름 30㎚(나노미터), 길이 4500㎚의 금 나노와이어를 따라 바이오잉크를 분사해 지방줄기세포들이 근육세포처럼 한 방향으로 분화해 자라도록 유도했다. 금 나노와이어를 따라 자라도록 배양한 인공근육세포는 기존 방식의 인공근육세포 제작방식에 비해 초기 생존율이 90%가 넘어섰다. 또 이렇게 만들어진 인공근육을 턱관절 근육과 두개골 옆쪽을 감싸고 있는 측두근에 길이 3㎝, 폭 1㎝ 가량의 커다란 외상을 입은 쥐에게 이식한 결과 8주 뒤 실제 근육처럼 재생되는 것이 확인됐다. 김근형 성균관대 교수는 “이번 연구는 3D 인공근육 내에 배열된 금 나노입자가 세포를 일정한 방향으로 성장하도록 유도하고 실제와 유사한 근육세포를 만들어 냈다는데 의미가 크다”며 “이번 기술을 바탕으로 골격근 이외에도 심장근육, 인체의 다양한 세포조직을 인공적으로 만들고 재생하는데 도움을 받을 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

데니스 퀘이드와 맥 라이언이 주연했던 1987년 영화 ‘이너스페이스’나 세계 3대 SF 거장으로 꼽히는 아이작 아시모프의 ‘마이크로 탐험대’에서는 눈에 보이지 않을 정도로 작은 나노 로봇과 잠수정을 타고 사람 몸 속을 탐험하는 내용이 주를 이루고 있다. 최근 나노과학이 발달하면서 SF에서 등장하는 것처럼 몸 속을 돌아다니면서 문제가 되는 부분을 고치는 나노로봇 개발에 대한 관심과 연구가 많아지고 있다. 이렇듯 상상 속의 이야기로만 취급됐던 질병 치료용 마이크로 로봇을 국내 연구진이 구현해 주목받고 있다. 전남대 기계공학부, 한국마이크로의료로봇연구원, 서울아산병원, 대구경북과학기술원(DGIST), 충남대, 한밭대 공동연구팀은 고형암 진단과 치료가 동시에 가능한 다기능성 의료용 나노로봇을 개발했다고 26일 밝혔다. 고형암은 일정한 형태와 경도(딱딱함)를 갖고 있는 암을 이야기하는데 혈액에 생기는 백혈병을 제외한 사람의 몸에서 생기는 대부분의 암이 여기에 포함된다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 고형암이 생기면 대부분 외과수술, 화학요법, 방사선요법 등으로 치료를 하는데 정상조직 손상, 약물로 인한 부작용 치료와 시술의 한계가 있다.이 같은 암 치료의 한계를 극복하기 위해 연구팀은 직경 10~20㎚(나노미터, 1㎚=10억분의 1m) 크기의 나노 자석입자들을 뭉쳐 직경 100㎚ 크기의 나노로봇을 만들었다. 연구팀은 나노로봇과 암 세포에 반응하는 물질인 엽산을 연결시켜 암을 진단할 수 있도록 했다. 또 나노로봇 표면에 금 나노입자와 폴리도파민이라는 물질을 코팅해 몸 바깥에서 근적외선을 쪼였을 때 열이 발생하도록 만들었다. 나노로봇에 열이 발생하면서 암조직만을 태워 없애거나 로봇 내에 있는 항암제를 암세포에만 정확히 방출하도록 해 주변 정상조직에는 영향을 미치지 않도록 했다. 나노로봇은 금 나노입자로 코팅돼 있으며 자성을 띄고 있기 때문에 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 등으로 암의 위치나 상태를 파악할 수 있을 뿐만 아니라 외부에서 자기장을 가해 암이 발생한 위치까지 정확히 이동시킬 수 있다는 장점도 있다.최은표 전남대 기계공학부 교수는 “이번 기술은 이제까지 나온 나노 로봇에 대한 단편적 연구나 해법을 넘어 의료용 나노로봇에 대한 종합적 모델을 제시했다는데 의미가 크다”라며 “실제 의료현장에서 쓰이게 된다면 주변 정상조직은 손상시키지 않고 암세포만 원점 타격함으로써 치료효과를 극대화시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우주 생명체의 기원은 지난 과학의 역사에서 가장 미스터리한 영역에 속해있다. 생명체의 기원을 찾기 위한 과학자들의 노력이 이어지는 가운데, 일본 연구진이 지구에 떨어진 운석에서 그 실마리를 찾았다는 연구결과를 발표했다. 일본 도호쿠대 지구과학부 교수인 후루카와 요시히로 교수와 미국항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 공동 연구진은 지구에 떨어진 운석 2종을 정밀 분석했다. 분석에 사용한 것은 2001년 모로코에 떨어진 5㎏ 운석과 1696년 호주에 떨어진 100㎏ 이상의 대형 운석의 샘플 분말이다. 분석 결과 해당 운석들에서는 유전물질인 리보핵산(RNA)의 필수 당 성분인 리보스가 발견됐다. 구체적으로는 리보스를 구성하는 당 성분인 ‘아라비노스’와 ‘자일로스’가 발견됐으며, 운석에서 생명에 필요한 유전물질인 리보핵산 구성요소가 발견된 일은 이번이 처음이다. 일반적으로 리보핵산은 유전자(DNA)의 특성을 복사한 뒤 단백질을 구성하는 역할을 한다. DNA와 RNA(리보핵산)은 모두 유전물질이나, 이중 리보핵산은 다른 분자의 도움 없이도 스스로 복제가 가능한 특징이 있다. 때문에 운석에서 리보핵산 구성요소를 발견한 이번 연구는 초기 생명체가 DNA가 아닌 리보핵산(RNA)를 자기 복제했다는 학계의 가설을 뒷받침하기에 충분하다. 연구진은 지구 밖에서 온 당 성분이 지구 생명체의 기원이 됐을 가능성이 있다고 추측했다. 연구를 이끈 후루카와 교수는 “이번 연구는 우주에서의 리보스와 당이 지구로 전달됐다는 최초의 직접적인 증거”라면서 “외계에서 온 당 성분은 생물체가 탄생하기 이전의 지구에 RNA를 형성하고, 이것이 생명의 기원으로 이어졌을 수 있다”고 설명했다. 이어 “운석은 초기 지구에게 프리바이오틱 유기 분자를 전달한 운반체였다. 따라서 운석에서 외계 당 성분을 탐지하면 이러한 결과는 태양계 밖의 다른 행성과 달의 생명체 기원을 참사하는 데에도 도움이 될 것‘이라고 덧붙였다. 연구진은 곧 일본의 소행성 탐사선인 하야부사 2호와 NASA의 소행성 탐사선 오시리스-렉스를 통해 소행성 샘플을 지구로 운반하고, 이 우주 암석에서 당 성분을 추출할 수 있는 기회를 기다리고 있다. 이번 연구결과는 국제학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호(18일자)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr