2025년은 양자 역학 탄생 100주년이 되는 해다. 이 때문에 양자 컴퓨터, 양자 통신 등 양자 역학을 응용한 다양한 연구에 대한 일반인들의 관심도 커지고 있다. 양자 역학을 이용한 많은 기기 중에 양자 시계가 있다. 양자 시계는 원자의 안정적인 진동수로 시간을 측정하는 장치로, 일반 시계와 비교하면 300억 년 동안 1초도 틀리지 않을 정도로 엄청난 정확성을 가진 것으로 알려졌다. 그런데, 유럽 물리학자들이 대단한 정확도를 갖춘 양자 시계 작동의 숨겨진 비밀을 풀어내 눈길을 끈다. 영국 옥스퍼드대 공학부, 재료과학과, 킹스 칼리지 런던(KCL) 물리학과, 오스트리아 빈 공과대 원자력 연구소, 국립과학기술원(ISTA), 국립 과학 아카데미, 스위스 이론물리학 연구소, 취리히대 물리학과, 이탈리아 밀라노 공과대 물리학과, 아일랜드 트리니티 칼리지 더블린(TCD) 물리학과 공동 연구팀은 엔트로피 관점에서 양자 시계를 읽는 데 드는 에너지 투입 비용이 시계를 구동하는 데 드는 비용보다 훨씬 크다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’(Physical Review Letters) 11월 14일 자에 게재됐다. 양자 시계는 초정밀 내비게이션 시스템을 작동할 때는 물론 우주의 비밀이나 새로운 물질 탐구 같은 기초 과학 연구에도 활용된다. 또 양자 통신과 네트워크 구축에도 초정밀 양자 시계 작동은 필수적이다. 초정밀 양자 장치의 내부 시계는 에너지 효율성이 중요하다. 문제는 지금까지 양자 시계의 열역학에 관해서는 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 연구팀은 양자 규모에서 시간을 측정하는 데 드는 실제 열역학적 비용과 비용 중 얼마나 많은 부분이 측정 행위 자체에서 발생하는지에 초점을 맞췄다. 연구팀은 단일 전자가 ‘이중 양자점’으로 알려진 두 개의 나노 규모 영역 사이를 점프하는 것을 사용해 미세한 시계를 만들었고, 전자가 점프하는 것은 시계의 초점처럼 작동하도록 했다. 연구팀은 이를 감지하기 위해 두 가지 방법을 사용했다. 하나는 미세한 전류를 측정하는 방법, 다른 하나는 라디오파를 사용해 시스템 변화를 감지하는 방법이다. 두 경우 모두 센서는 양자 신호를 우리가 기록할 수 있는 고전적 데이터로 변환한다. 연구팀은 양자 시계 장치와 측정 장치 모두에서 엔트로피를 계산했다. 그 결과, 양자 시계를 읽는 것, 즉 미세한 신호를 우리가 기록할 수 있는 것으로 바꾸는 데 필요한 에너지가 시계 자체에 사용되는 에너지보다 최대 10억 배 더 크다는 것을 밝혀냈다. 연구팀에 따르면 이번 연구 결과는 양자 물리학에서 측정 비용을 무시할 수 있다는 가정을 뒤집었다. 관찰 행위가 시간을 비가역적으로 만듦으로써 시간의 방향을 부여한다는 것도 확인했다. 연구를 이끈 나탈리아 아레스 옥스퍼드대 공학부 교수는 “가장 작은 규모에서 작동하는 양자 시계는 시간 측정의 에너지 비용을 낮출 것으로 예상됐지만 이번 연구에 따르면 양자 시계를 측정하는 에너지가 시계 장치 자체의 에너지 소비를 훨씬 능가한다”고 설명했다.

지난해 기준 65세 이상 고령 인구가 한국 전체 인구의 20% 이상에 이르며 초고령사회에 진입했다. 2050년이면 인구의 40%가 65세 이상일 것으로 예상된다. 고령 인구의 증가로 이상지질혈증, 당뇨, 고혈압 같은 대사증후군 같은 만성질환 유병률도 증가하고 있다. 이 때문에 대사증후군 예방과 치료를 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 이런 가운데 미국 캘리포니아 시더스-시나이 의대와 부설 메디컬 센터 공동 연구팀은 대사 질환의 핵심 원인은 혈관 세포의 노화라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 11월 21일 자에 게재됐다. 대사증후군의 원인으로 꼽히는 비만은 세포 분열은 멈췄지만 죽지 않는 ‘노쇠 세포’(senescent cells)가 여러 장기와 조직에 축적되는 현상이다. 노쇠 세포는 노화에 따라 성장과 분열이 중지된 세포로 기원 세포 형태나 질병 등 다양한 요인으로 발생하는 만큼 형태도 다양하다. 일부 노쇠 세포는 상처 치유에 도움을 주기도 하지만, 대부분의 노쇠 세포는 인체에 유해하며, 노화 관련 질병 원인으로 알려져 있다. 연구팀은 앞선 연구에서 ‘세놀리틱스’라는 약물로 노쇠 세포를 제거하면 신체의 신진대사 기능이 향상되는 것을 확인했다. 연구팀은 이번 연구에서 혈관의 노쇠 세포에 주목했다. 연구팀은 비만을 일으킨 생쥐에게서 혈관 노쇠 세포를 선택적으로 제거하고 관찰한 결과, 쥐들의 염증과 체지방 감소, 혈당 수치 개선 등을 확인할 수 있었다. 반면 연구팀은 노쇠 혈관 세포를 마르고 건강한 생쥐에게 이식하자, 지방 조직에 염증이 생기고 대사 기능 장애를 겪는 것을 발견했다. 이에 대해 연구팀은 노쇠 혈관 세포가 고농도의 염증성 분자를 방출하기 때문으로 분석했다. 연구팀은 비만 생쥐와 노쇠 혈관 세포가 이식된 생쥐에게 자연 발생 세놀리틱 화합물인 ‘파세틴’을 투입하자, 쥐들의 노쇠 혈관 세포 수가 줄어들고 당뇨 증상이 개선되는 것을 발견했다. 연구팀은 인간 비만 환자의 조직 표본에 파세틴을 주입했을 때도 노쇠 혈관 세포가 급속히 감소하는 것을 확인했다. 연구를 이끈 마사요시 스다 시더스-시나이 의대 교수는 “사람에게서 노화 세포를 효과적으로 제거하거나 줄일 수 있다면 당뇨는 물론 광범위한 노화 관련 질환을 손쉽게 해결할 수 있을 것”이라며 “이번 연구 결과는 대사증후군과 관련 복합 질환에 대한 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것으로 기대한다”고 설명했다.

미국의 화가 잭슨 폴록(1912~1956)은 추상표현주의를 대표한다. 폴록의 그림은 물감을 아무렇게나 흩뿌린 것처럼 보이는 액션 페인팅의 대표 화가다. 세계적 거장인 폴록의 그림과 아이들이 그린 그림과 공통점을 갖는다는 재미있는 분석 결과가 나와 눈길을 끈다. 미국 캘리포니아 주립대, 오레곤대, 로욜라메리마운트대, 캘리포니아 산타바바라대(UCSB) 이론물리학 연구소, 호주 시드니 뉴사우스웨일즈대, 스웨덴 린네대 공동 연구팀은 성인들이 그린 그림은 다양한 기법이 포함돼 있지만, 아이들 그림은 잭슨 폴록 같은 추상표현주의 화가들의 작품과 공통된 특징을 보인다고 21일 밝혔다. 이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘최신 물리학’ 11월 20일 자에 실렸다. 부분과 전체가 같은 모양으로 끊임없이 반복되는, 자기 유사성을 가진 기하학적 구조를 말하는 프랙털은 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있다. 구름과 나무, 산 같은 자연은 물론 다양한 문화권의 많은 예술 작품에서 프랙털을 찾아볼 수 있다. 수학자들은 패턴의 복잡성에 대한 합리적 통계 지표를 만들기 위해 프랙털 차원을 계산한다. 연구팀은 예술 작품의 특징을 설명하기 위해 프랙털이 공간을 채우는 방식을 파악하기 위해 프랙털 분석과 공극도 분석을 했다. 프랙털 분석은 공간에 분포된 물감의 크기 변화 특성을 측정했고, 공극도 분석은 물감 덩어리 사이의 간격 변동에 주목했다. 연구팀은 4~6세의 아이 18명과 18~25세 성인 34명을 대상으로 바닥에 놓인 종이에 묽은 물감을 흩뿌리는 방식으로 그림을 그리도록 했다. 연구팀이 성인과 아이로 구분한 이유는 생체역학적으로 발달 단계가 다르기 때문에 물감을 흩뿌리는 방식에 차이를 보일 것이라고 생각했기 때문이다. 분석 결과, 성인들의 그림은 물감 밀도가 높았고 물감 궤적이 훨씬 넓었다. 반면 아이들의 그림은 더 작고 섬세한 크기의 패턴을 갖고 있었으며 물감 덩어리 사이의 간격이 더 많다는 특징을 보였다. 아이들의 그림은 성인들 그림에서 나타나는 풍부하고 다양한 궤적에 비해 방향 변화가 덜한 일차원적 궤적이 관찰됐다. 연구팀은 성인들이 그린 일부 그림을 대상으로 복잡성, 시각적 흥미도, 쾌적성을 분석했다. 그 결과, 물감 덩어리 사이의 공간 간격이 더 넓고 프랙털 패턴이 덜 복잡한 그림들이 더 쾌적하게 인식됐다. 쾌적함은 익숙함과 관련돼 있다고 연구팀은 설명했다. 인류는 수백만 년 동안 자연환경에서 프랙털에 노출되면서 시각 시스템이 프랙털의 시각 정보에 익숙해졌다. 이런 시각 정보를 처리하는 능력이 미적 반응을 유발하는데, 이는 아이들의 그림이 성인 그림보다 더 매력적으로 만드는 요소다. 연구팀은 비교를 위해 잭슨 폴록의 ‘넘버 14’와 막스 에른스트의 ‘비유클리드 파리의 비행에 흥미를 느낀 젊은이’(Young Man Intrigued by the Flight of a Non-Euclidean Fly)라는 두 표현주의 작품을 분석했다. 그 결과, 에른스트의 프랙털 차원값은 아이들 분포 범위에 속한다는 것을 발견했다. 이는 그가 그림을 그릴 대 사용한 진자가 자연스러운 신체 움직임을 부분적으로 억제했기 때문으로 보인다. 폴록의 그림에서 발견된 프랙털 차원값은 성인 분포 범위에 속했지만, 아이들의 수치에 더 가까웠다. 폴록이 움직임을 최소화한 생체역학적 균형 때문으로 분석됐다. 연구를 이끈 리처드 테일러 오레곤대 교수(물리학)는 “이번 연구는 잭슨 폴록을 유명하게 만든 물감을 뿌리거나 흘리는 ‘푸어링 기법’이 어른들의 그림보다 아이들의 그림과 더 가깝다는 것을 보여준다”고 설명했다. 테일러 교수는 “클로드 모네의 백내장, 빈센트 반 고흐의 심리적 취약성, 빌럼 드 쿠닝의 알츠하이머와 폴록의 제한적 생체역학적 균형 등은 일상생활의 여러 측면에서 어려움을 일으키는 조건들이 예술에서 놀라운 성과를 끌어낼 수 있음을 보여준다”고 덧붙였다.

“한숨 쉬면 안 돼, 복 나가” “수명 짧아져” 힘들거나 짜증 나는 상황에서 이 같은 잔소리를 듣고 한숨을 참아본 경험이 한 번쯤은 있을 것이다. 보통 부정적으로 여겨지는 한숨이 폐 건강과 스트레스 완화에 긍정적인 영향을 미친다는 연구 결과가 나와 눈길을 끌고 있다. 최근 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)에 올라온 연구에 따르면 깊은 호흡, 특히 길게 내쉬는 날숨이 폐의 표면 장력을 낮추고 호흡 기능을 유지하는 생리학적 메커니즘을 통해 건강에 도움을 주는 것으로 확인됐다. 많은 사람이 한숨을 쉰 후 가슴이 뻥 뚫리는 듯한 시원함을 느끼는데, 이는 정신적인 현상에 그치지 않는다. 연구진은 깊은 날숨이 일반적인 얕은 호흡보다 폐가 쪼그라들거나 달라붙으려는 힘을 크게 줄여준다는 사실을 발견했다. 한숨을 쉬는 것은 폐가 크게 팽창하고 수축하는 과정에서 폐를 덮고 있는 소량의 액체, 즉 계면활성제를 최적의 상태로 재배치하는 데 도움이 된다. 계면활성제는 폐 조직의 마찰을 줄이고 촉촉함을 유지하는 핵심 역할을 한다. 깊은 날숨을 동반하는 한숨은 폐를 크게 팽창시켜 찌그러진 폐포(폐에 있는 작은 공기주머니)들을 재설정하는 데 필수적인 역할을 하는 것으로 나타났다. 지속적인 얕은 호흡은 나이가 들면서 폐 탄력성 변화와 함께 호흡을 어렵게 만들 수 있는데, 한숨은 폐의 탄력성을 유지하는 데도 도움을 줄 수 있는 것으로 알려졌다. 특히 긴 날숨을 의도적으로 반복하는 ‘주기적 한숨’(Cyclic Sighing)이라는 호흡법은 검증된 효과적인 스트레스 관리 도구로 주목받았다. 해당 호흡법을 매일 5분씩 수행했을 때 기분 개선에 가장 큰 효과가 있다고 한다. 다만 한숨이 두려움, 불안, 슬픔 등 부정적인 감정과도 연관된다는 2022년 연구 결과도 있다. 깊은 날숨이 일시적인 안도감을 줄 수는 있지만, 지나치게 잦은 한숨은 불안이나 만성적인 스트레스의 징후일 수 있어 주의가 필요하다. 전문가들은 건강한 호흡과 스트레스 관리를 위해서 깊은 들숨과 날숨을 의식적으로 병행하는 것이 중요하다고 조언한다.

이미 알고 있는 정보에서 논리적 결론을 도출하는 사고 과정을 ‘추론’이라고 한다. 추론이나 추리는 인간의 고유한 특징이라고 생각하기 쉽지만, 동물도 변화가 빠르고 예측이 어려운 상황에 놓이면 단순히 새로운 환경에 반응하는 것을 넘어, 사람처럼 추론을 통해 생존을 도모한다. 예를 들어 다람쥐는 특정 새소리가 포식자의 소리인지를 지금까지 관찰했던 것을 바탕으로 판단하고, 다음에 비슷한 상황에 놓였을 때 대응 방식을 결정한다. 문제는 동물의 뇌가 이런 추론을 어떤 과정을 거쳐 형성하는지 명확하지 않다는 점이다. 이에 미국 뉴욕대 신경과학센터 연구팀은 동물이 추론할 때 활성화되는 ‘추론 엔진’ 역할을 하는 뇌 부위를 발견했다고 20일 밝혔다. 연구팀이 발견한 부위는 안와전두피질(OFC)로, 동물들이 변하는 상황에 따라 주변 환경에 대한 이해를 할 수 있도록 정보를 축적하고 판단하게 한다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴런’ 11월 18일 자에 실렸다. 연구팀은 생쥐에게 소리나 빛 신호를 조절하며 보상 존재와 양을 인식하도록 훈련한 다음, 특정 행동을 하면 물을 마실 수 있도록 급수구가 열리는 실험을 했다. 급수구에서 나오는 물의 양은 5~80㎕(마이크로리터)로 개별적으로 공급되는 양은 다양했지만, 물이 나오는 정도에 따라 낮음, 높음, 그리고 매번 달라지는 혼합 상태로 나뉘었다. 물이 나오는 양은 급수구마다 달랐지만, 일부 물의 양은 공통적이었다. 낮은 상태와 혼합 상태 모두 10㎕가 나왔고, 낮은 상태, 혼합 상태, 높은 상태 모두 20㎕의 물이 나왔다. 연구팀은 어떤 상황에서 어느 정도 물이 나오는지를 숨겨놓고, 동물들이 일련의 시도를 통해 추론할 수 있는지 확인할 수 있게 설계했다. 연구팀은 경제학의 ‘지불 의사’ 과제를 본떠서 만들었다. 사람들이 특정 물품을 얻는데 얼마를 지불할 의사가 있는지 묻는 것으로 이번 연구에서는 쥐들이 시간을 대가로 지불하도록 한 것이다. 쥐들이 추론 능력이 있다면 낮은 상태의 급수구에서 20㎕의 물이 나오는 것을 기다리는 시간보다 높은 상태 급수구에서 같은 양의 물이 나오는 것을 기다리는 시간이 더 짧을 것이라고 연구팀은 가정했다. 그 결과, 쥐들은 적은 양의 물이 필요할 때는 낮은 상태의 급수구를 이용했고, 더 많은 물을 빨리 마셔야 할 때는 높은 상태의 급수구를 이용하는 것이 관찰됐다. 혼합 상태의 급수구는 생쥐들이 한쪽 급수구에 몰린다든지 하는 특수한 상황이 아니면 거의 이용하지 않았다. 같은 양의 물이라도 기다릴 가치가 크거나 적다는 것을 파악한 것이다. 그렇지만, 훈련받지 않은 일반 생쥐는 이런 추론에 이르지 못했다. 그렇지만, 훈련받은 생쥐들도 안와전두피질을 제거하거나, 신호 전달을 차단할 경우 사용할 수 있는 보상을 판단하지 못하는 것이 관찰됐다. 연구팀은 생쥐들의 1만 개 이상의 뉴런 기록을 분석해 안와전두피질이 추론에 직접적으로 관여한다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구를 이끈 크리스틴 콘스탄티노플 교수(신경과학)는 “동물들도 단순히 주변 환경에 반응하는 것만으로는 생존이 쉽지 않다”며 “상황을 객관적으로 보고, 추론해야 하는 것은 신경계가 수행하는 가장 중요하고 복잡한 인지 과정 중 하나로 이번 연구를 통해 동물들도 이 기능을 수행하는 뇌 부위가 있다는 것을 확인했다”고 설명했다. 콘스탄티노플 교수는 “이번 연구 결과는 추론 능력이 저하되는 양극성 장애나 조현병 같은 신경정신 질환의 본질에 접근하는 데 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

마치 사람이 태양 표면 위를 가르며 추락하는 듯한 초현실적 사진이 공개되자 전 세계 소셜미디어(SNS)에서는 “인공지능(AI) 합성 아니냐”는 반응이 쏟아지고 있다. 그러나 이 장면은 실제 스카이다이버가 태양 원반 앞을 스쳐 지나간 단 몇 밀리초의 순간을 포착한 실제 장면이다. 작품명은 ‘이카로스의 추락(The Fall of Icarus)’이다. 태양 전문 촬영으로 유명한 미국 천체 사진작가 앤드루 매카시와 스카이다이버 가브리엘 브라운이 함께 만들어냈다. 뉴 아틀라스는 “생성형 AI로 무엇이든 만들 수 있는 시대에 오히려 인간의 창의성과 기술이 무엇인지 증명하는 사진”이라고 평가했다. 애리조나 오전 9시, 태양과 비행장치가 정확히 겹친 ‘정렬의 과학’ 촬영팀은 지난 8일 오전 9시(현지시간) 미국 애리조나에서 촬영을 진행했다. 태양과 비행경로가 정확히 겹치는 지점을 찾기 위해 태양 위치 계산기(Solar Position Calculator)를 활용했다. 촬영 대상인 브라운은 낙하산에 소형 엔진을 장착한 동력 패러글라이더에서 약 1,070m 상공으로 뛰어내렸고 그 지점은 매카시의 카메라로부터 약 2,440m 떨어져 있었다. 그 결과 브라운은 카메라의 좁은 시야를 초고속으로 통과해 버려 타이밍 오차는 사실상 ‘0초에 수렴’해야 했다. 브라운은 “동력 패러글라이더의 무동력 활공 경로(glideslope)와 태양 각도, 안전한 탈출 고도까지 모두 계산해야 했다”며 “기체 실루엣 효과를 극대화하기 위해 오포지션 효과(opposition effect)를 활용했고 3방향 무전으로 점프 시점을 초 단위로 맞췄다”고 말했다. 오포지션 효과는 태양을 정면에 둔 상태에서 기체가 일직선으로 놓일 때 그림자와 실루엣 대비가 극대화되는 광학 현상으로 태양 원반 속에서 기체 윤곽이 가장 또렷하게 드러나도록 하는 원리다. 비행 조정 6번…점프는 단 한 번뿐 뉴 아틀라스와 라이브사이언스에 따르면 촬영팀은 태양과 비행경로를 일치시키기 위해 6차례 비행 위치 조정을 반복했다. 하지만 실제 점프는 단 한 번만 가능했다. 낙하산을 다시 접고 안전 점검을 진행하는 데 시간이 오래 걸리기 때문이다. 매카시는 “여섯 번째 비행에서 태양·기체·카메라가 정확히 일직선으로 정렬됐다”며 “단 한 번의 점프로 그 순간을 완벽하게 잡았다”고 밝혔다. 그는 라이브사이언스 인터뷰에서 “내 경력에서 상위 5장(top 5)에 드는 사진”이라고 강조했다. “태양은 익숙하지만 기체 추적은 훨씬 어려웠다” 매카시는 태양 촬영 전문가지만 이번 작업에서는 전혀 다른 난관에 직면했다. 바로 소형 동력 패러글라이더의 불규칙한 움직임이었다. 그는 “태양은 항상 같은 위치에 있지만 기체는 바람과 속도 변화에 따라 움직여 추적이 예상보다 훨씬 어려웠다”며 “태양 촬영에 익숙한 나에게도 완전히 새로운 도전이었다”고 말했다. 매체는 브라운이 착지 직후 매카시와 포옹하며 환호하는 장면도 공개해 화제를 모았다. 태양은 별도 촬영 후 정밀 정렬…채층까지 드러난 수소-알파 촬영 기법 사진 속 태양에는 흑점과 필라멘트뿐 아니라 채층(Chromosphere)의 소용돌이 구조까지 선명하게 나타난다. 채층은 태양 광구(photosphere) 바로 위에 놓인 붉은색 얇은 대기층으로 그 위의 코로나(corona)와 달리 태양 활동이 가장 활발하게 관측되는 영역이다. 이런 디테일은 매카시가 태양 전용 망원경과 수소-알파(Hydrogen-alpha) 필터로 촬영한 고해상도 이미지를 스카이다이버 장면과 정밀하게 결합해 구현한 것이다. 수소-알파 파장은 채층의 구조만 선택적으로 통과시키기 때문에 태양의 ‘표면 질감’을 그대로 드러낸다. 뉴 아틀라스는 “1억 5,000만 km 떨어진 채층의 디테일까지 살아 있는 것이 이번 사진의 완성도를 결정했다”고 평가했다. 머스크 “멋진 사진”, NASA 우주비행사 “와!”…SNS 반응 폭발 사진이 공개되자 SNS 이용자들은 “AI 합성 아니냐”는 의심을 가장 먼저 제기했다. 그러나 실제 촬영 과정이 오히려 더 큰 충격을 줬다. 일론 머스크는 자신의 엑스(X·옛 트위터)에 “멋진 사진(Nice shot)”이라고 남겼고 미 항공우주국(NASA) 우주비행사 돈 페티는 “와!”라며 감탄했다. 한 이용자는 “AI보다 더 AI 같다”고 했고 또 다른 이용자는 “이걸 계산한 사람이 있다는 게 더 놀랍다”고 평가했다. 브라운은 “몇 달의 계산, 하나의 점프, 몇 밀리초의 타이밍이 만든 작품”이라며 “내 인생 최고의 스카이다이빙이었다”고 말했다. 매카시의 화려한 이력…ISS·스페이스X·플라스마 기둥까지라이브사이언스는 매카시가 최근에도 태양을 배경으로 한 희귀 장면을 잇달아 기록해 왔다고 소개했다. 그는 태양 플레어가 폭발하는 순간 국제우주정거장(ISS)이 지나가는 장면을 포착했고 스페이스X 로켓이 태양 원반을 가르며 이동하는 순간도 사진으로 남겼다. 또 길이 약 160만 km에 이르는 거대한 플라스마 기둥을 촬영했으며 초고해상도 달 사진과 달이 화성을 가리는 ‘식(食)’ 현장까지 담아내며 독보적인 천체 촬영 실력을 보여 왔다. 2021년에는 이미지 15만 장을 합성해 3억 화소 태양 사진을 제작하기도 했다. ■ 알아두면 좋은 태양 정보· 분류: G2형 항성· 지구와의 거리: 약 1억5,000만 km· 지름: 약 139만 km· 질량: 지구의 약 33만 배· 온도: 약 5,500℃· 나이: 약 46억 년

마치 사람이 태양 표면 위를 가르며 추락하는 듯한 초현실적 사진이 공개되자 전 세계 소셜미디어(SNS)에서는 “인공지능(AI) 합성 아니냐”는 반응이 쏟아지고 있다. 그러나 이 장면은 실제 스카이다이버가 태양 원반 앞을 스쳐 지나간 단 몇 밀리초의 순간을 포착한 실제 장면이다. 작품명은 ‘이카로스의 추락(The Fall of Icarus)’이다. 태양 전문 촬영으로 유명한 미국 천체 사진작가 앤드루 매카시와 스카이다이버 가브리엘 브라운이 함께 만들어냈다. 뉴 아틀라스는 “생성형 AI로 무엇이든 만들 수 있는 시대에 오히려 인간의 창의성과 기술이 무엇인지 증명하는 사진”이라고 평가했다. 애리조나 오전 9시, 태양과 비행장치가 정확히 겹친 ‘정렬의 과학’ 촬영팀은 지난 8일 오전 9시(현지시간) 미국 애리조나에서 촬영을 진행했다. 태양과 비행경로가 정확히 겹치는 지점을 찾기 위해 태양 위치 계산기(Solar Position Calculator)를 활용했다. 촬영 대상인 브라운은 낙하산에 소형 엔진을 장착한 동력 패러글라이더에서 약 1,070m 상공으로 뛰어내렸고 그 지점은 매카시의 카메라로부터 약 2,440m 떨어져 있었다. 그 결과 브라운은 카메라의 좁은 시야를 초고속으로 통과해 버려 타이밍 오차는 사실상 ‘0초에 수렴’해야 했다. 브라운은 “동력 패러글라이더의 무동력 활공 경로(glideslope)와 태양 각도, 안전한 탈출 고도까지 모두 계산해야 했다”며 “기체 실루엣 효과를 극대화하기 위해 오포지션 효과(opposition effect)를 활용했고 3방향 무전으로 점프 시점을 초 단위로 맞췄다”고 말했다. 오포지션 효과는 태양을 정면에 둔 상태에서 기체가 일직선으로 놓일 때 그림자와 실루엣 대비가 극대화되는 광학 현상으로 태양 원반 속에서 기체 윤곽이 가장 또렷하게 드러나도록 하는 원리다. 비행 조정 6번…점프는 단 한 번뿐 뉴 아틀라스와 라이브사이언스에 따르면 촬영팀은 태양과 비행경로를 일치시키기 위해 6차례 비행 위치 조정을 반복했다. 하지만 실제 점프는 단 한 번만 가능했다. 낙하산을 다시 접고 안전 점검을 진행하는 데 시간이 오래 걸리기 때문이다. 매카시는 “여섯 번째 비행에서 태양·기체·카메라가 정확히 일직선으로 정렬됐다”며 “단 한 번의 점프로 그 순간을 완벽하게 잡았다”고 밝혔다. 그는 라이브사이언스 인터뷰에서 “내 경력에서 상위 5장(top 5)에 드는 사진”이라고 강조했다. “태양은 익숙하지만 기체 추적은 훨씬 어려웠다” 매카시는 태양 촬영 전문가지만 이번 작업에서는 전혀 다른 난관에 직면했다. 바로 소형 동력 패러글라이더의 불규칙한 움직임이었다. 그는 “태양은 항상 같은 위치에 있지만 기체는 바람과 속도 변화에 따라 움직여 추적이 예상보다 훨씬 어려웠다”며 “태양 촬영에 익숙한 나에게도 완전히 새로운 도전이었다”고 말했다. 매체는 브라운이 착지 직후 매카시와 포옹하며 환호하는 장면도 공개해 화제를 모았다. 태양은 별도 촬영 후 정밀 정렬…채층까지 드러난 수소-알파 촬영 기법 사진 속 태양에는 흑점과 필라멘트뿐 아니라 채층(Chromosphere)의 소용돌이 구조까지 선명하게 나타난다. 채층은 태양 광구(photosphere) 바로 위에 놓인 붉은색 얇은 대기층으로 그 위의 코로나(corona)와 달리 태양 활동이 가장 활발하게 관측되는 영역이다. 이런 디테일은 매카시가 태양 전용 망원경과 수소-알파(Hydrogen-alpha) 필터로 촬영한 고해상도 이미지를 스카이다이버 장면과 정밀하게 결합해 구현한 것이다. 수소-알파 파장은 채층의 구조만 선택적으로 통과시키기 때문에 태양의 ‘표면 질감’을 그대로 드러낸다. 뉴 아틀라스는 “1억 5,000만 km 떨어진 채층의 디테일까지 살아 있는 것이 이번 사진의 완성도를 결정했다”고 평가했다. 머스크 “멋진 사진”, NASA 우주비행사 “와!”…SNS 반응 폭발 사진이 공개되자 SNS 이용자들은 “AI 합성 아니냐”는 의심을 가장 먼저 제기했다. 그러나 실제 촬영 과정이 오히려 더 큰 충격을 줬다. 일론 머스크는 자신의 엑스(X·옛 트위터)에 “멋진 사진(Nice shot)”이라고 남겼고 미 항공우주국(NASA) 우주비행사 돈 페티는 “와!”라며 감탄했다. 한 이용자는 “AI보다 더 AI 같다”고 했고 또 다른 이용자는 “이걸 계산한 사람이 있다는 게 더 놀랍다”고 평가했다. 브라운은 “몇 달의 계산, 하나의 점프, 몇 밀리초의 타이밍이 만든 작품”이라며 “내 인생 최고의 스카이다이빙이었다”고 말했다. 매카시의 화려한 이력…ISS·스페이스X·플라스마 기둥까지라이브사이언스는 매카시가 최근에도 태양을 배경으로 한 희귀 장면을 잇달아 기록해 왔다고 소개했다. 그는 태양 플레어가 폭발하는 순간 국제우주정거장(ISS)이 지나가는 장면을 포착했고 스페이스X 로켓이 태양 원반을 가르며 이동하는 순간도 사진으로 남겼다. 또 길이 약 160만 km에 이르는 거대한 플라스마 기둥을 촬영했으며 초고해상도 달 사진과 달이 화성을 가리는 ‘식(食)’ 현장까지 담아내며 독보적인 천체 촬영 실력을 보여 왔다. 2021년에는 이미지 15만 장을 합성해 3억 화소 태양 사진을 제작하기도 했다. ■ 알아두면 좋은 태양 정보· 분류: G2형 항성· 지구와의 거리: 약 1억5,000만 km· 지름: 약 139만 km· 질량: 지구의 약 33만 배· 온도: 약 5,500℃· 나이: 약 46억 년

많은 사람이 우울증이라고 말하는 우울 장애는 단순하지 않다. 우울 장애는 주요 우울 장애, 지속성 우울 장애, 양극성 장애를 비롯해 계절성 정서 장애, 산후 우울증, 월경 전 불쾌감 장애 등 여러 종류가 있다. 우울 장애의 가장 흔한 형태는 주요 우울 장애다. 주요 우울 장애는 2주 이상 지속되는 우울감과 흥미 상실을 특징으로 하며, 불면, 식욕 저하 또는 폭식, 집중력 저하, 무력감 등 다양한 증상을 동반해 학업이나 직장생활에 어려움을 겪게 한다. 국내 자살 문제의 주요 원인으로도 꼽히는 주요 우울 장애는 객관적으로 진단하거나 치료에 적용할 수 있는 생체지표가 없다. 이런 상황에서 카이스트 의과학대학원, 인하대 의대 공동 연구팀은 우울증이 단순한 마음이나 뇌의 문제만이 아니라 몸 전체의 면역 반응 이상과 깊이 연결됐으며, 면역 이상이 뇌 기능에도 영향을 미쳐 ‘면역-신경 축’ 불균형이 우울증의 핵심 기전이라고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 최신 호에 게재됐다. 주요 우울 장애의 평생 유병률은 여성이 남성보다 2배 높고, 과다수면, 과식, 기분 반응성 등 비전형 증상과 환청, 과도한 책임감, 자기 비난 등 현실 판단 능력이 흐려지는 정신 증상을 보이며, 양극성 장애로 진단받을 위험도 크다. 환자의 약 40%는 항우울제에도 반응하지 않는 치료 불응성 우울증으로 분류된다. 연구팀은 비전형 양상과 정신 증상을 보이는 여성 우울장애 환자를 대상으로 혈장 단백질체 분석, 백혈구 단일세포 전사체 분석, 환자 혈액 기반 유도 줄기세포(iPSC)로 만든 뇌 오르가노이드(미니 뇌)를 결합한 멀티-오믹스 분석을 했다. 그 결과, 비전형 우울 장애 환자들은 높은 스트레스, 불안, 우울 수준을 보였으며, 뇌세포들이 서로 신호를 주고받는 데 중요한 단백질인 ‘DCLK3’, ‘CALY’이 정상보다 많은 것을 확인했다. 인체 면역 반응에 관여하는 보체 단백질 ‘C5’도 증가했다. 연구팀에 따르면 뇌 기능과 면역 기능이 모두 지나치게 활성화돼 균형이 깨지면서 우울 장애가 나타났다. 연구팀은 우울 장애 환자들의 면역세포에서도 몸 속 염증 반응이 평소보다 더 쉽게, 더 강하게 일어나도록 하는 유전자 변화를 발견했다. 몸 전체의 면역 체계가 과도하게 활성화된 상태이며, 면역-염증 이상이 우울증 유발에 영향을 줄 수 있다는 뜻이다. 이와 함께 환자 유래 뇌 오르가노이드에서도 성장 저하와 신경 발달 이상이 동반된 것을 확인해, 면역 이상이 뇌 기능 변화와 맞물려 질병을 악화시킬 가능성을 보여준다. 한진주 카이스트 의과학대학원 교수는 “이번 연구는 임상자료, 단일세포 오믹스, 단백질체, 뇌 오르가노이드를 통합해 주요 우울 장애의 핵심 기전이 면역-신경 축의 불균형이라는 점을 규명했다”며 “이번 연구 결과는 정신질환 연구에 새로운 정밀의학 모델을 제시함으로써, 진단을 위한 생체 지표 발굴과 신약 개발에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

개미는 대표적인 사회성 곤충이다. 과학자들은 작고 단순한 뇌를 가진 개미가 수백만 마리의 거대한 군집을 이뤄 마치 하나의 초유기체(superorganism)처럼 효율적으로 작동하는 모습에 감탄해 왔다. 하지만 개미의 놀라운 점은 협동심뿐만이 아니다. 개미는 전염병에 매우 취약할 수밖에 없는 환경에서 산다. 땅속 개미집에는 온갖 토양 세균과 곰팡이가 득실거리고, 수많은 개체들이 밀집해 서로 끊임없이 접촉하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 전염병으로 인해 군집 전체가 파괴되는 일은 드물다. 미국 텍사스대 오스틴 캠퍼스의 에드워드 르브런(Edward LeBrun) 교수 연구팀은 미국의 악명 높은 외래 침입종인 황갈색 미친 개미(tawny crazy ants, Nylanderia fulva)가 정교한 ‘자가 격리’ 기술을 통해 전염병 확산을 막는다는 사실을 밝혀냈다. 생태계 파괴자, 미친 개미를 막아라 남미가 원산지인 황갈색 미친 개미는 이름처럼 불규칙하고 빠르게 움직이며, 토종 개미와 사람을 가리지 않고 공격하는 생태계 교란종이다. 과학자들은 이 골칫거리를 제거하기 위해 화학 살충제 대신 생물학적 방제 방법을 모색했다. 해결책으로 떠오른 것은 미포자충류(microsporidian)였다. 이는 동물 세포에 기생하는 단세포 진핵생물의 일종으로, 미국의 토종 개미들은 이에 대한 면역이 있어 안전하지만 황갈색 미친 개미에게는 치명적일 것으로 기대됐다. 하지만 실험실에서는 효과가 있었던 이 방법이 야생의 복잡한 개미굴 환경에서는 좀처럼 효과를 발휘하지 못했다. 감염된 개미들의 자발적 희생 연구팀은 그 원인이 개미굴의 구조와 개미들의 행동 양식에 있다고 보고, 모의 개미굴을 만들어 실험을 진행했다. 그 결과 황갈색 미친 개미들은 놀라울 정도로 철저한 방역 수칙을 지키고 있었다. 미포자충에 감염된 개미들은 여왕개미와 알, 애벌레가 있는 군집의 중앙부(brood chamber)로 들어가지 않고 스스로 외곽 지역에 머물렀다. 즉, 감염된 개체들이 자발적으로 자가 격리를 시행하여 가장 중요한 번식 개체들과의 접촉을 피한 것이다. 더 나아가 감염된 개미들은 건강한 개미들이 기피하는 위험한 임무, 예를 들어 병원균 감염 위험이 높은 사체 처리나 외부 방어 등의 역할을 전담하는 경향을 보였다. 방역의 역설과 생존의 지혜 이러한 행동은 감염 위험을 최소화하여 군집 전체를 보호하는 고도의 생존 전략이다. 감염된 개체가 스스로를 격리하고 위험한 일을 도맡음으로써, 전염병이 군집의 핵심부로 퍼지는 것을 원천 봉쇄하는 것이다. 이는 역설적으로 인간이 시도한 생물학적 방제가 왜 실패했는지를 설명해 준다. 감염된 개미가 군집 깊숙이 침투하지 못하니 병원균이 확산되지 않았던 것이다. 외래종 개미 퇴치는 더욱 까다로운 과제가 되었지만, 황갈색 미친 개미의 사례는 곤충 사회가 전염병에 맞서 어떻게 진화해 왔는지를 보여주는 놀라운 증거다. 인간보다 훨씬 먼저 ‘사회적 거리두기’와 ‘자가 격리’의 중요성을 깨달은 이들의 생존 본능은 경이로움마저 자아낸다.

요즘 영상 콘텐츠의 대세는 아무래도 ‘먹방’(먹는 방송)과 ‘쿡방’(요리 방송)이다. 인간의 가장 원초적 본능이라고 하는 식욕을 자극하기 위한 것들이다. 식욕은 즐거움 때문이든, 에너지 섭취를 위함이든 뇌의 여러 영역 간 복잡한 상호 작용의 결과다. 문제는 이런 식욕이 과해 건강에 문제를 일으키는 경우다. 식욕 억제를 통해 체중 감량을 촉진하는 약물들이 많이 나오고 있지만, 뇌 네트워크에 미치는 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 이런 가운데, 미국 펜실베이니아대 의대 신경외과, 정신건강과, 신경과학과, 공학 및 응용과학대 생명공학과, 유타대 의대, 듀크대 의대 신경외과, 공대 의생명공학과, 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 신경과학 및 인간 행동 연구소, 필라델피아 재향군인 병원 공동 연구팀은 성분명 티르제파타이드인 약물 ‘마운자로’가 통제 불능의 섭식 행동을 보이는 사람의 뇌 활동을 억제하고 음식에 대한 갈망도 몇 달 동안 줄여주는 것으로 확인됐다. 이번 연구에는 펜실베이니아대에서 연구하고 있는 최원경 박사, 노영훈 박사가 제1 저자로 참여했다. 이 연구 결과는 의학 분야 국제 학술지 ‘네이처 의학’ 11월 18일 자에 실렸다. 마운자로는 제2형 당뇨 관리를 위해 승인된 주사제 형태의 전문의약품으로 체중 감량 효과도 뛰어나 비만 치료제로도 활용되고 있다. 최근에는 타르제파타이드 같은 GLP-1 수용체 작용제는 체중 감량을 촉진하지만, 불규칙한 섭식 행동을 어떻게 조절하는지 명확히 밝혀지지 않고 있다. 이에 연구팀은 중증 비만과 섭식 행동 조절에 어려움을 겪고 있는 참가자 세 명에게 전극을 부착해 뇌 활동을 기록하고 분석했다. 조사 결과, 음식에 대한 강한 강박과 갈망은 측좌핵에서 강한 저주파 뇌 신호(델타-세타 활동)와 연관돼 있음이 확인됐다. 실험 참가자 2명에게 해당 뇌 영역에 치료용 심부 뇌 자극을 가하면 뇌 신호와 음식 강박이 감소한다는 점을 확인함으로써 델타-세타 활동이 음식 강박과 갈망의 생체 지표가 될 수 있음을 입증한 것이다. 비만 대사 수술받은 참가자는 당뇨 관리를 위해 타르제파타이드를 투여받았는데, 이것 역시 음식 갈망과 체중을 줄여줬다. 약물 투여나 심부 뇌 자극이 중단되고 몇 달이 지나면 다시 뇌 신호가 원상 복구되고 음식 강박이 다시 나타났다. 연구를 이끈 케이시 할펀 펜실베이니아대 의대 교수는 “이번 연구로 식욕억제제와 같은 약물이 어떻게 뇌 활동을 변화할 수 있는지 아는 것은 섭식 습관과 음식에 대한 강박, 섭식 장애에 대한 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

철은 산소와 물을 만나면 붉게 녹이 스는데, 이를 산화 반응이라고 한다. 대기가 없는 진공 상태의 달에서는 원칙적으로 일어날 수 없는 일이다. 그런데 최근 중국의 달 탐사선이 가져온 샘플에서 놀랍게도 ‘녹슨 철’의 흔적이 발견됐다. 중국과학원과 산둥대, 윈난대 공동 연구진은 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)를 통해 달 표면에서 산화철 광물을 확인했다고 발표했다. 지난 6월 인류 최초로 달 뒷면 샘플 채취에 성공하고 귀환한 무인 탐사선 ‘창어 6호’가 가져온 토양을 정밀 분석한 결과다. 미세한 붉은 알갱이, 헤마이트와 마그헤마이트 연구진이 달 토양에서 찾아낸 것은 헤마이트(적철석)와 마그헤마이트(자철석)다. 이들은 철이 산소와 결합해 만들어지는 대표적인 철 산화물로, 이번에 발견된 것은 마이크로미터(㎛) 단위의 매우 미세한 알갱이 형태였다. 지구처럼 산소가 풍부한 곳에서는 흔한 광물이다. 그러나 대기가 존재하지 않는 달에서, 그것도 태양풍(수소 이온)에 의해 환원 반응이 더 우세한 달 표면에서 산화물이 발견된 것은 이례적인 일이다. 철을 녹슬게 만든 산소는 도대체 어디서 왔을까? 거대 운석 충돌이 만든 ‘찰나의 대기’ 연구진은 그 해답을 ‘운석 충돌’에서 찾았다. 단서는 철 산화물이 발견된 암석의 종류에 있었다. 이 광물들은 강한 열과 압력으로 파편들이 뭉쳐진 브레시아(각력암) 내부에서 주로 발견됐다. 연구팀의 분석에 따르면 과거 달 표면에 거대한 운석이 충돌할 때 발생한 막대한 에너지가 생겨났다. 충돌 순간 온도가 섭씨 700~1000도까지 치솟았고, 이 고온이 달의 암석 속에 갇혀 있던 산소 성분을 밖으로 튀어나오게 만들었다는 것이다. 운석 충돌이라는 격변의 순간에 암석이 녹아 일시적으로 산소가 방출되었고, 이 ‘찰나의 산소’가 주변의 철 성분과 빠르게 반응해 녹슨 철을 만들어낸 것이다. 42억 년 전 흔적, 남극 에이켄 분지 창어 6호가 착륙했던 남극 에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)의 지질학적 특성도 이 가설을 뒷받침한다. 달 뒷면 남반구에 위치한 이 거대한 분지는 약 42억 년 전 태양계 초기 거대 운석 충돌로 형성됐다. 지름 2500㎞, 깊이 8㎞에 달하는 거대한 충돌구는 당시의 충격이 얼마나 엄청났는지를 보여준다. 이번 발견이 ‘달에 생명체가 호흡할 수 있는 대기가 있었다’는 증거는 아니다. 하지만 척박한 진공의 땅 달에서도 운석 충돌과 같은 역동적인 과정을 통해 화학적인 변형이 일어날 수 있음을 시사한다. 연구진은 향후 남극 에이켄 분지에 떨어진 운석의 구체적인 규모와 성분을 규명하기 위해 추가적인 분석과 시뮬레이션을 이어갈 예정이다. 달의 붉은 녹은 우주에서 날아온 거대한 방문자가 남긴 뜨거운 입맞춤의 흔적일지 모른다.

철은 산소와 물을 만나면 붉게 녹이 스는데, 이를 산화 반응이라고 한다. 대기가 없는 진공 상태의 달에서는 원칙적으로 일어날 수 없는 일이다. 그런데 최근 중국의 달 탐사선이 가져온 샘플에서 놀랍게도 ‘녹슨 철’의 흔적이 발견됐다. 중국과학원과 산둥대, 윈난대 공동 연구진은 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)를 통해 달 표면에서 산화철 광물을 확인했다고 발표했다. 지난 6월 인류 최초로 달 뒷면 샘플 채취에 성공하고 귀환한 무인 탐사선 ‘창어 6호’가 가져온 토양을 정밀 분석한 결과다. 미세한 붉은 알갱이, 헤마이트와 마그헤마이트 연구진이 달 토양에서 찾아낸 것은 헤마이트(적철석)와 마그헤마이트(자철석)다. 이들은 철이 산소와 결합해 만들어지는 대표적인 철 산화물로, 이번에 발견된 것은 마이크로미터(㎛) 단위의 매우 미세한 알갱이 형태였다. 지구처럼 산소가 풍부한 곳에서는 흔한 광물이지만, 대기가 존재하지 않는 달에서, 그것도 태양풍(수소 이온)에 의해 환원 반응이 더 우세한 달 표면에서 산화물이 발견된 것은 이례적인 일이다. 그렇다면 철을 녹슬게 만든 산소는 도대체 어디서 왔을까? 거대 운석 충돌이 만든 ‘찰나의 대기’ 연구진은 그 해답을 ‘운석 충돌’에서 찾았다. 단서는 철 산화물이 발견된 암석의 종류에 있었다. 이 광물들은 강한 열과 압력으로 파편들이 뭉쳐진 브레시아(각력암) 내부에서 주로 발견됐다. 연구팀의 분석에 따르면 과거 달 표면에 거대한 운석이 충돌할 때 발생한 막대한 에너지가 생겨났다. 충돌 순간 온도가 섭씨 700~1000도까지 치솟았고, 이 고온이 달의 암석 속에 갇혀 있던 산소 성분을 밖으로 튀어나오게 만들었다는 것이다. 운석 충돌이라는 격변의 순간에 암석이 녹아 일시적으로 산소가 방출되었고, 이 ‘찰나의 산소’가 주변의 철 성분과 빠르게 반응해 녹슨 철을 만들어낸 것이다. 42억 년 전 흔적, 남극 에이켄 분지 창어 6호가 착륙했던 남극 에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)의 지질학적 특성도 이 가설을 뒷받침한다. 달 뒷면 남반구에 위치한 이 거대한 분지는 약 42억 년 전, 태양계 초기 거대 운석 충돌로 형성됐다. 지름 2500㎞, 깊이 8㎞에 달하는 거대한 충돌구는 당시의 충격이 얼마나 엄청났는지를 보여준다. 이번 발견이 ‘달에 생명체가 호흡할 수 있는 대기가 있었다’는 증거는 아니다. 하지만 척박한 진공의 땅 달에서도 운석 충돌과 같은 역동적인 과정을 통해 화학적인 변형이 일어날 수 있음을 시사한다. 연구진은 향후 남극 에이켄 분지에 떨어진 운석의 구체적인 규모와 성분을 규명하기 위해 추가적인 분석과 시뮬레이션을 이어갈 예정이다. 달의 붉은 녹은 42억 년 전, 우주에서 날아온 거대한 방문자가 남긴 뜨거운 입맞춤의 흔적일지 모른다.

공기 중에 떠다니는 미세 플라스틱을 흡입하면 변비 등 소화기 질환을 야기할 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 부산대학교는 바이오소재과학과 소속 황대연 교수 연구팀이 캐나다 토론토대 소속 윤우빈 박사, 인제대 장미란 교수와 손잡고 이같은 사실을 확인했다고 17일 밝혔다. 연구팀은 폴리스틸렌 재질의 미세 플라스틱을 공기 중에 분사해 실험용 쥐에 흡입시킨 후, 폐 조직에 파고든 미세 플라스틱이 혈관을 타고 대장으로 이동해 만성 변비 질환을 일으킨다는 점을 규명했다. 폴리스틸렌은 흔히 일회용 종이컵이나 플라스틱 포장재 제작에 자주 사용되는 물질이다. 구체적으로는 미세 플라스틱이 배변 지연, 장운동 억제, 대장 체액운반체계 이상, 장신경계 기능 저하 등 변비의 핵심 증상을 유발했다. 한편으로는 미세 플라스틱이 대장 조직 구조를 심각하게 변화시키기도 했다. 공기 중 미세 플라스틱은 이미 시민 일상에 영향을 주고 있다. 서울시 보건환경연구원이 지난해 8월 발표한 연구 결과에 따르면, 서울 공기 1㎥에는 평균 7.06개의 미세 플라스틱이 떠다닌다. 주로 소화기를 통해 몸으로 밀려 들어온 미세 플라스틱이 몸속을 맴돌며 각종 심혈관질환 등을 유발한다는 연구 결과도 있다. 부산대는 이번 연구 결과가 혈액을 통해 운반된 미세 플라스틱이 소화기에 미치는 영향에 대한 심화 연구의 필요성을 제시했다고 강조했다. 또한 미세 플라스틱이 변비 질환의 새로운 원인으로 떠오를 가능성에 대한 과학적 근거도 제공했다고 설명했다. 연구를 이끈 황 교수는 이번 연구 결과를 두고 “산업사회의 발전에 따라 급속히 증가하고 있는 대기 중 미세플라스틱의 양과 최근 환자 수가 가파르게 상승하고 있는 소화기 질병의 밀접한 연관성에 대한 과학적 근거를 제공하는 중요한 결과”라고 평가했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 오브 토털 인바이론먼트’(Science of Total Environment)에 실렸다.

개미와 꿀벌은 전형적인 사회적 동물이다. 단순히 여러 마리가 모여 사는 것이 아니라 복잡한 사회를 이루고 있기 때문이다. 가장 대표적인 특징이 여왕개미, 일개미, 병정개미 등 역할이 명확히 나누어진다는 점이다. 엄격한 개미 사회에 외부 개미가 침투한다는 것은 쉽지 않은 일이다. 기생 개미들이 숙주 군집을 장악하는 일은 생사가 걸린 문제다. 지금까지는 침입자 여왕이 통제권을 획득하기 위해서는 물리적으로 싸워서 숙주 조직의 여왕을 죽여야 한다고 알려졌다. 그런데, 알고 보니 더 음흉한 전략을 쓴다는 사실이 새로 밝혀졌다. 일본 규슈대 연구팀은 기생 개미 여왕이 화학적으로 숙주 조직의 일개미를 조종해 여왕개미를 죽게 한 뒤 왕위를 빼앗는다는 사실을 새로 확인했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지’ 11월 18일 자에 실렸다. 자식이 어미를 죽이거나 먹는 행동인 ‘모친 살해’(matricide)는 자연에서 보기 드문 현상이다. 부적응이나 잘못된 진화로 보이지만, 새끼를 양육하고 새끼의 생존율을 높여 어미에게 간접적 이득을 주거나, 새끼가 자기 자손에게 투자할 수 있도록 함으로써 이득을 제공하기도 한다. 지금까지는 어미나 새끼 중 한쪽만 이득을 얻는 두 가지 유형의 모친 살해만 기록됐지만, 이번 연구로 양쪽 모두 이득을 보지 못하고, 기생하는 제삼자가 이득을 얻는 경우도 있다는 점을 연구팀이 확인했다. 황색 개미와 일본 풀 개미 군집에 각각 침투하는 동양 털 개미와 황색 털 개미는 개미 사회에서 대표적인 기생 존재다. 연구팀의 관찰 결과, 기생 여왕은 개미들이 아군과 적군을 식별하는 데 냄새에 의존한다는 점을 이용해, 바깥에 있는 일개미들로부터 몰래 집단의 냄새를 자기 몸에 묻혀 가족으로 인식하게 한다. 동양 털 개미는 숙주인 황색 개미 집단의 여왕 개미에게 20시간에 걸쳐 15번에 걸쳐 특정 화학물질을 반복적으로 분사했다. 이것이 숙주 집단의 일개미들을 서서히 자극했고, 일개미들은 자기 여왕을 공격하기 시작해 결국 나흘 만에 잔인하게 죽였다. 반면 황색 털 개미 여왕은 단 두 번의 정확한 분사만으로 숙주 일개미들을 속여, 숙주 여왕을 죽이게 했다. 두 경우 모두 모친 살해한 일개미들은 기생 여왕을 자기 여왕으로 착각해 받아들였고, 기생 여왕은 자기 알을 낳기 시작해 군집을 장악했다. 연구팀은 기생 여왕개미가 일개미들에게 분사한 액체는 ‘개미산’으로 추정했다. 개미산은 많은 개미 종이 포식자를 저지하거나 동료 개미들에게 경고 신호를 보내는 데 사용하는 화학물질이다. 그런데, 이번 연구에서는 기생 여왕개미가 숙주 조직을 기만하기 위해 사용한다. 연구를 이끈 다카스카 케이조 규슈대 교수는 “이번에 발견된 독특한 형태의 모친 살해가 얼마나 광범위하게 나타나는지, 그리고 개미 이외에 다른 곤충에게서도 발견될 수 있는지 연구할 계획”이라며 “개미들은 개미산이라는 화학물질을 이용하지만, 벌 같은 사회적 동물들도 유사한 방법으로 모친 살해를 저지를 가능성도 크다”고 설명했다.

방송인 전현무와 배우 임지연이 살 빼는 비결로 꼽았던 ‘고지방 저탄수화물’ 식단인 케토 다이어트(keto diet)가 체중 감량에는 효과적이지만 장기간 지속하면 지방간과 혈당 조절 장애를 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 14일 과학 전문 매체 사이테크데일리에 따르면, 미국 유타대학교 보건대 연구진이 쥐를 대상으로 9개월 이상 실험한 결과 케토 다이어트를 한 쥐들은 체중 증가를 막는 데는 성공했지만 심각한 대사 합병증을 겪었다. 이 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 9월 19일자에 게재된 바 있다. 케토시스란 포도당 대신 지방을 에너지원으로 사용하는 상태를 말한다. 이때 간에서는 ‘케톤체’라는 물질을 만들어내는데, 이것이 뇌의 대체 연료가 된다. 원래 간질 치료에 쓰이던 이 식단은 최근 비만과 제2형 당뇨병 관리, 체중 감량 방법으로 인기를 끌고 있다. 연구진은 암수 쥐를 네 가지 식단 그룹으로 나눠 실험을 진행했다. 고지방 서양식 식단, 저지방·고탄수화물 식단, 전통적인 케토 식단, 단백질을 맞춘 저지방 식단이다. 쥐에게는 최소 9개월 동안 자유롭게 먹을 수 있도록 했다. 연구진은 체중 변화, 섭식 행동, 혈중 지방 구성, 간의 지방 축적량, 혈당과 인슐린 수치를 추적했다. 결과적으로 케토 식단을 먹은 쥐들은 고지방 서양식 식단을 먹은 쥐들보다 체중이 훨씬 적게 늘었다. 하지만 문제는 다른 곳에서 나타났다. 연구의 수석 저자인 아만딘 셰 미국 유타대 영양학·통합생리학과 조교수는 “고지방 식단을 먹으면 지방이 어딘가로 가야 하는데, 보통은 혈액과 간에 쌓이게 된다”고 설명했다. 실제로 케토 식단을 먹은 쥐들은 지방간 질환이 발생했다. 지방간은 비만과 관련된 대사 질환의 대표적인 특징이다. 특히 암컷과 수컷 쥐 사이에 차이가 있었다. 수컷은 심한 지방간과 함께 간 기능이 나빠졌지만, 암컷은 간에 지방이 크게 쌓이지 않았다. 연구진은 왜 이런 차이가 나타나는지 추후 연구할 계획이다. 혈당 조절 능력 역시 손상됐다. 케토 식단을 2~3개월 먹은 쥐들은 평소 혈당과 인슐린 수치가 낮았다. 얼핏 보면 좋아 보이지만, 함정이 있었다. 셰 교수는 “이 쥐들에게 탄수화물을 조금만 주면 탄수화물 반응이 완전히 엉망이 된다”며 “혈당이 매우 높이 올라가서 오랫동안 유지되는데, 이것은 꽤 위험하다”고 덧붙였다. 원인을 조사한 결과, 췌장 세포가 인슐린을 충분히 분비하지 못했기 때문이었다. 연구진은 만성적으로 높은 지방 환경 탓에 췌장 세포가 스트레스를 받아 단백질을 제대로 이동시키지 못한다는 사실을 발견했다. 이 세포 스트레스가 혈당 조절 장애의 원인으로 추정되지만, 정확한 기전에 대해서는 추가 연구가 필요하다는 설명이다. 다만 케토 식단을 중단하자 혈당 조절 문제가 회복됐다. 일부 대사 문제는 식단을 멈추면 원래대로 돌아올 수 있다는 의미다. 연구를 이끈 몰리 갤럽 얼햄대 해부생리학과 조교수는 “케토 식단을 고려하고 있다면 반드시 의료 전문가와 상담할 것을 권한다”고 조언했다. 쥐와 사람은 다르지만, 이번 연구는 케토 다이어트를 장기간 지속할 때 나타날 수 있는 건강 위험성을 보여준다는 설명이다.

LG–우주항공청, 두 번째 협력 간담회 통신·배터리·카메라 등 기술 기반 협업 확대 2028년 자체 큐브위성 발사 추진 LG가 우주산업 진출에 속도를 내고 있다. LG사이언스파크가 우주항공청과 다시 만나 기술 협력과 위성 발사 계획을 논의하면서, 그룹 차원의 우주사업 추진이 본격화하는 모습이다. LG는 통신모듈·카메라·배터리뿐 아니라 가전·데이터센터 등 다양한 계열사 역량을 결집해 미래 우주 비즈니스 모델을 모색한다는 방침이다. LG사이언스파크는 14일 경남 사천 우주항공청 본청에서 윤영빈 우주항공청장과 만나 우주항공산업 협력 방안을 논의했다. 지난 6월 서울 마곡 LG사이언스파크에서 첫 간담회를 가진 데 이어 두 번째 만남이다. 이날 회의에는 정수헌 대표를 비롯해 LG사이언스파크 주요 기술경영진, 우주청의 노경원 차장·한창헌 산업국장 등이 참석했다. LG는 간담회에서 우주산업 진출을 위한 기술 검증 계획과 추진 전략을 공유했다. LG사이언스파크를 중심으로 통신모듈, 카메라, 배터리 등 우주 분야에 적용 가능한 핵심 기술을 비롯해 가전, 디스플레이, 데이터센터 등 그룹 전체의 기술 자산을 연계해 협력 모델을 발굴하기로 했다. LG는 자체 큐브위성 발사도 검토 중이다. 현재 위성 탑재 기술 검증 계획을 수립하고 있으며, 2028년 발사를 목표로 하고 있다. LG는 누리호 4차 발사에서 큐브위성 컨소시엄 형태로 참여했지만, 향후 자체 제작한 큐브위성을 발사해 우주사업 역량을 빠르게 축적하겠다는 구상이다. 큐브위성은 10×10×10cm 규격의 초소형 인공위성으로 지구 관측, 기술 검증 등에 활용된다. 정수헌 대표는 “누리호 4차 발사의 성공을 기원한다”며 “LG도 이번 발사에서 다양한 부품을 검증할 계획”이라고 말했다. 이어 “LG는 미래시장에서 우위를 점할 수 있는 ‘이기는 기술(Winning Tech)’ 확보에 주력하고 있다”며 “우주산업 역시 중요한 미래 성장축으로, LG사이언스파크가 중심이 되어 새로운 시장 개척에 나서겠다”고 밝혔다. 한편 그룹 계열사들도 우주 관련 기술 협력을 확대하고 있다. LG에너지솔루션은 지난 12일 미국 스타트업 사우스8과 항공우주용 배터리 셀을 공동 개발한다고 밝혔다. 사우스8은 액화 기체 전해질 기반 리튬이온 배터리를 개발한 기업으로, 미국항공우주국(NASA)과 진행 중인 항공우주 프로젝트 파트너이기도 하다. 두 회사는 액화 기체 전해질과 특수 외장재를 활용해 우주용 배터리 셀을 제작할 예정이다. LG에너지솔루션은 2016년 NASA 우주복용 리튬이온배터리 공급사로 선정된 바 있으며, 당시 엄격한 조건의 안전성 테스트에서 최고 등급을 받은 것으로 알려졌다. LG의 우주 관련 관심은 꾸준히 이어져 왔다. LG사이언스파크는 2023년 국내 유일의 달 탐사 로버 개발 기업 ‘무인탐사연구소’를 육성 스타트업으로 선정해 지원해 왔으며, 올해 1월 열린 LG기술협의회에서도 우주산업의 미래 기회와 다양한 협업 방향을 논의한 바 있다.

매년 전 세계적으로 10~15만명 사망자를 발생시키는 뱀 물림 사고의 치료 패러다임을 바꿀 획기적인 연구 결과가 나왔다. 덴마크 공과대학교 안드레아스 호가르트 라우스텐 키엘 교수 연구팀은 부작용이 적고 여러 종류의 독사에 효과적인 나노바디(Nanobody) 기반 항체 치료제를 개발하여 동물 실험에서 효능을 입증했다. 현재 사용되는 항뱀독소는 말의 항체를 이용해서 만들다보니 부작용이 잦고, 독사의 종류에 따라 독의 성분이 달라 모든 뱀독에 대응할 수 없다는 한계가 있었다. 특히 여러 맹독성 독사가 서식하는 아프리카 지역에서는 심각한 문제였다. 나노바디 기술의 장점: 저렴하고 부작용 적어 연구팀이 주목한 나노바디는 기존 항체보다 훨씬 작은 분자 크기를 가진 항체다. 기존의 말 주사 방식 대신 파지 디스플레이(Phage display)라는 바이러스 이용 생산법을 사용한다. 이 기술의 장점은 다음과 같다. -다종 독사 대응: 여러 종류의 독소에 특화된 항체를 대량으로 생산할 수 있다. 연구팀은 18종의 맹독성 독사에 대한 나노바디를 개발해 17종의 뱀독에 치료 효과를 확인했다. -부작용 감소: 말 항체를 사용하지 않으므로, 사람에게 투여했을 때 발생하는 면역 반응 및 부작용이 훨씬 적다. -생산 용이성: 상대적으로 저렴하고 빠르게 항체를 생산할 수 있다. 뱀 물림 사고 감소 기대 뱀은 설치류의 개체 수를 조절하는 중요한 포식자이므로, 뱀을 박멸하는 것보다 인간과의 공존을 위한 안전 장치를 마련하는 것이 더 중요하다. 연구팀은 나노바디 항체의 치료 효율성과 안전성을 더욱 끌어올려 1~2년 안에 임상 시험을 진행할 계획이다. 임상 시험을 거쳐 모든 종류의 독사에 대해 안전하고 효과적인 항뱀독소 치료제가 개발된다면 매년 발생하는 뱀 물림 사고에 의한 사망과 합병증을 획기적으로 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

소음 속에서 상대방 말을 잘 알아듣지 못하는 것이 단순히 귀의 문제가 아니라 인지 능력과 관련이 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 워싱턴대 연구팀은 지능지수(IQ)가 낮을수록 시끄러운 환경에서 대화 내용을 파악하는 데 더 어려움을 겪는다는 사실을 밝혀냈다. 과학 전문 매체 사이언스얼러트는 국제 학술지 ‘플로스 원’에 게재된 워싱턴대 연구팀의 최근 연구 결과를 12일 소개했다. 연구팀은 자폐증 환자 12명, 태아 알코올 증후군 환자 10명, 일반인 27명을 대상으로 실험을 진행했다. 태아 알코올 증후군은 임신 중 산모의 음주로 태아의 뇌와 신체 발달에 장애가 생기는 선천성 질환이다. 자폐증과 태아 알코올 증후군 환자들은 모두 소음 환경에서 듣기 어려움을 겪는 것으로 알려져 있으며, IQ 수준도 다양하게 나타난다. 연구팀은 참가자들에게 컴퓨터 프로그램으로 만든 대화를 들려주면서 동시에 여러 사람의 목소리를 함께 들려주는 실험을 했다. 이른바 ‘칵테일 파티 문제’로 불리는 상황을 재현한 것이다. 실험 결과 IQ가 낮은수록 이 과제를 더 어려워하는 경향이 나타났다. 워싱턴대 청각 신경과학자 보니 라우 박사는 “인지 능력과 음성 인식 능력의 관계는 질환의 종류와 상관없이 나타났다”며 “세 그룹 모두에서 일관된 결과가 확인됐다”고 밝혔다. 실험 참가자들은 모두 청력 검사에서 정상 판정을 받은 것으로 나타났다. 이는 시끄러운 환경에서 듣기 어려움을 겪는 것이 귀 자체의 문제라기보다는 특정 인지 기능과 더 관련이 있다는 의미다. 이는 상식적으로도 충분히 납득할 만하다. 소음 속에서 누군가의 말을 알아듣는다는 것은 여러 소리를 구분하고, 무엇이 중요한지 판단하며, 말소리를 분리해내는 복잡한 과정이다. 대화를 이어가려면 들어오는 청각적·시각적 신호들에 주의를 기울이고 이해하면서 동시에 미소나 고개 끄덕임 같은 적절한 반응을 보여야 한다. 라우 박사는 “이 모든 요소들이 시끄러운 상황에서 의사소통할 때의 인지 부담을 증가시킨다”고 말했다. 일상에서도 이런 상황은 흔하다. 붐비는 카페에서 주문할 때, 시끄러운 교실에서 선생님 말씀을 들을 때, 번화한 거리에서 길을 물을 때 등이 그렇다. 연구팀은 실험 규모가 상대적으로 작다는 점을 인정하면서도 이번 연구 결과가 이런 상황에서 어려움을 겪는 사람들을 돕는 데 활용될 수 있다고 제안했다. 예를 들어 특정 학생을 교실 앞쪽으로 자리를 옮겨주는 식의 방법이 가능하다. 라우 박사는 “청력 손실이 없어도 식당이나 다른 어려운 실제 상황에서 듣는 데 어려움을 겪을 수 있다”고 강조했다.

무좀처럼 손발톱 밑에 생기는 진균 감염은 치료가 까다롭기로 악명 높다. 무좀균의 강한 생명력뿐만 아니라, 단단한 손발톱이 약물 흡수를 방해하기 때문이다. 결국 몇 달씩 항진균제를 복용해야 겨우 치료할 수 있는데, 재발이 잦고 기존 항진균제는 간 독성 등의 부작용을 동반하는 문제가 있다. 영국 배스 대학과 킹스 칼리지 런던의 과학자들은 이 난제를 해결하기 위해 예상치 못한 물질인 황화수소를 손발톱 감염 치료에 활용하는 연구를 진행했다. 독성이 강한 가스의 반전 효과황화수소는 ‘달걀 썩는 냄새’로 잘 알려져 있으며, 상한 음식이나 화산 지대에서 분출되는 물질이다. 이 가스는 인간에게도 해롭지만, 곰팡이나 세균 같은 미생물에는 훨씬 더 치명적이다. 연구팀은 이 황화수소의 강력한 살균 능력을 활용하는 데 주목했다. 특히 황화수소 분자는 기존 항진균제 연고보다 분자 크기가 작아 두꺼운 손발톱을 효과적으로 투과할 수 있을 것으로 기대했다. 연구팀은 황화수소를 서서히 배출하는 물질을 이용해 주요 손발톱 감염균과 곰팡이를 제거하는 능력을 검증했다. 그 결과 황화수소는 낮은 용량에서도 감염균과 곰팡이를 효과적으로 억제하는 것으로 나타났다. 독성과 냄새 해결황화수소를 실제 치료제로 적용하기 위해서는 인체에 대한 독성 문제와 불쾌한 냄새 문제를 해결해야 한다. 연구팀은 독성과 냄새를 걱정하지 않아도 될 정도의 낮은 농도에서도 충분한 치료 효과가 있을 것으로 보고 연구를 지속하고 있다. 다만 낮은 농도에서의 치료 효과가 임상적으로 충분한지는 엄격한 임상 시험을 통해 철저히 검증되어야 한다. 만약 검증을 통과한다면 황화수소는 기존 항진균제의 부작용 문제를 회피하고 약물 전달의 한계를 극복하는 무좀 치료의 새로운 패러다임을 열 수 있을 것으로 기대된다.

●노대영씨 별세, 노창환(한국전력공사 차장)·주환(스포츠조선 부국장)씨 부친상 = 12일 경북 구미장례식장, 발인 14일. (054)443-5445 ●노양님씨 별세, 진화일씨 부인상, 진경선·희선(전 서울시 행정2부시장)·종선·영우·선오·선덕씨 모친상, 조현자·최상주·김경진·정희수씨 시모상, 서형운씨 장모상 = 11일 신촌 세브란스병원, 발인 14일. (02)2227-7500 ●안택준씨 별세, 안재현(SK케미칼 사장)·재용(SK바이오사이언스 사장)·혜련·혜경씨 부친상, 윤홍균·이두원(연세대 언더우드국제대학 학장)씨 장인상, 김연진·이수정씨 시부상= 12일 서울성모병원, 발인 14일. (02)2258-5940