공부를 잘하는 데 필요한 것이 무엇일지에 대해 질문을 던지면 높은 지능, 꾸준한 노력, 인내심 등을 꼽는 사람이 많다. 일반적인 요소들 외에 자신과 타인의 심리 상태를 잘 이해할 수 있는 감성지능이 더 중요하다는 연구 결과가 나왔다. 호주 시드니대 실험심리학부, 뉴사우스웨일스시드니대 경영대학원, 영국 옥스퍼드대 교육학과 공동연구팀은 자신의 감정을 통제할 수 있고 타인에게 공감할 수 있는 능력인 감성지능이 높은 아이들이 그렇지 않은 아이들보다 성적이 더 우수한 것으로 조사됐다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 심리학회에서 발행하는 국제학술지 ‘심리학 회보’ 12일자에 실렸다. 연구팀은 1998년부터 2019년까지 27개국에서 수행된 각종 지능 관련 연구 158건에 대한 데이터를 바탕으로 감성지능과 학업성적에 대한 메타분석을 실시했다. 메타분석은 유사한 주제의 연구들을 계량적으로 종합해 재분석하는 연구방식이다. 분석에 포함된 학생은 약 4만 2000명이고 초등학교 1학년부터 대학교 4학년까지 폭넓게 분포돼 있었다. 연구 결과 나이와 학년에 상관없이 감성지능이 높은 학생이 감성지능이 낮은 학생들보다 평소 학교내 시험성적 뿐만 아니라 상위학교 진학을 위한 입시성적도 높은 것으로 조사됐다. 놀라운 것은 감성지능이 그다지 필요해 보이지 않는 수학과 과학분야에서도 감성지능이 높은 학생들의 성적이 그렇지 않은 학생보다 1.5~2배 가량 높게 나왔다. 연구를 이끈 캐롤린 맥캔 시드니대 교수는 “감성지능이 높은 학생들은 성적에 부정적 영향을 미칠 수 있는 불안감, 좌절감 같은 부정적 감정을 쉽게 극복할 수 있다”라며 “감성지능은 성적뿐만 아니라 사회생활이나 대인관계에서 중요하게 작용하는 만큼 학교에서 감정과 정서 관리에 관한 방법을 가르치는 것이 필요하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연말연시가 되면서 술자리가 잦아 숙취로 고생하는 직장인들이 많다. 깨질 것 같은 두통과 메스꺼움을 일으키는 숙취 때문에 ‘다시는 술 안 마시겠다’ ‘또 마시면 성을 갈겠다’라고 굳은 결심을 하곤 하지만 어느새 술잔을 기울이고 있는 자신을 보며 자괴감이 드는 경우가 많다. 그런데 과학자들이 이런 행동은 의지부족 때문이 아니라 알콜 소비를 부추기는 뇌 속 특정 신경전달물질 때문이라는 연구결과를 발표했다. 미국 노스캐롤라이나대 정신과학과, 약학과, 신경과학센터, 알콜연구센터 공동연구팀은 뇌 편도체 중심핵(CeA)의 특정 신경전달물질이 알콜 과소비와 중독증상을 촉진시킨다고 15일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘신경과학 저널’ 12일자에 실렸다. 감정과 정서 관련 정보를 처리하는 뇌 편도체 중심핵이 알콜 소비와 중독 행동을 일으키는데 중요한 역할을 한다는 사실을 알고 있었지만 정확한 작동 메커니즘은 알지 못했다.연구팀은 광유전학이라는 기술을 이용해 생쥐실험을 한 결과 편도체 중심핵에 있는 뉴로텐신이라는 신경전달물질이 알콜 섭취를 촉진한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 광유전학은 빛을 이용해 특정 세포나 조직을 활성화시키거나 자극해 반응을 살피는 생물학 연구방법이다. 연구팀은 빛을 이용해 편도체 중심핵을 자극해 뉴로텐신 분비를 촉진시키면 생쥐들은 알콜을 찾게 된다는 사실을 확인했다. 또 알콜을 접하게 되면 뉴로텐신 분비가 좀 더 쉽게 되면서 다음번에는 더 많은 알콜을 찾게 된다는 것도 확인했다. 이에 연구팀은 생쥐의 유전자를 변형시켜 뉴로텐신 분비를 억제시키거나 뉴로텐신 분비가 늘어나지 않도록 해놓으면 편도체 중심핵을 자극하더라도 알콜을 찾지 않을 뿐만 아니라 알콜을 자주 섭취하더라도 섭취량이 늘어나지 않고 중독증상도 나타나지 않는다는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“우리 아이는 머리가 좋은데 성적이 잘 안나와요. 이유가 뭘까요.” 입시설명회나 공부방법 관련 강연회에 가면 흔히 나오는 학부모들의 질문이다. 많은 학부모들이 자녀들의 성적이 안 좋은 이유를 머리는 좋은데 노력을 안해서, 집중력이 떨어져서라고 생각하는 경우가 많다. 실제로 ‘공부를 잘하는 데 필요한 것은 무엇일까’라는 질문을 던지면 높은 지능, 꾸준한 노력, 인내심 등을 꼽는 사람들이 많다. 그런데 그런 일반적인 요소들 외에 자신과 타인의 심리상태를 잘 이해할 수 있는 감성지능이 더 중요하다는 연구결과가 나왔다. 호주 시드니대 실험심리학부, 뉴사우스웨일즈시드니대 경영대학원, 영국 옥스포드대 교육학과 공동연구팀은 자신의 감정을 통제할 수 있고 타인을 공감할 수 있는 능력인 감성지능이 높은 아이들이 그렇지 않은 아이들보다 성적이 더 우수한 것으로 조사됐다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 심리학회에서 발행하는 국제학술지 ‘심리학 회보’ 12일자에 실렸다. 연구팀은 1998년부터 2019년까지 27개국에서 수행된 각종 지능 관련 연구 158건에 대한 데이터를 바탕으로 감성지능과 학업성적에 대한 메타분석을 실시했다. 메타분석은 유사한 주제의 연구들을 계량적으로 종합해 재분석하는 연구방식이다. 분석에 포함된 학생은 약 4만 2000명이고 초등학교 1학년부터 대학교 4학년까지 폭넓게 분포돼 있었다. 연구 결과 나이와 학년에 상관없이 감성지능이 높은 학생이 감성지능이 낮은 학생들보다 평소 학교내 시험성적 뿐만 아니라 상위학교 진학을 위한 입시성적도 높은 것으로 조사됐다. 놀라운 것은 감성지능이 그다지 필요해 보이지 않는 수학과 과학분야에서도 감성지능이 높은 학생들의 성적이 그렇지 않은 학생보다 1.5~2배 가량 높게 나왔다. 연구를 이끈 캐롤린 맥캔 시드니대 교수는 “감성지능이 높은 학생들은 성적에 부정적 영향을 미칠 수 있는 불안감, 좌절감 같은 부정적 감정을 쉽게 극복할 수 있다”라며 “감성지능은 성적뿐만 아니라 사회생활이나 대인관계에서 중요하게 작용하는 만큼 학교에서 감정과 정서 관리에 관한 방법을 가르치는 것이 필요하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

연말연시가 되면서 술자리가 잦아 숙취로 고생하는 직장인들이 많다. 깨질 것 같은 두통과 메스꺼움을 일으키는 숙취 때문에 ‘다시는 술 안 마시겠다’ ‘또 마시면 성을 갈겠다’라고 굳은 결심을 하곤 하지만 어느새 술잔을 기울이고 있는 자신을 보며 자괴감이 드는 경우가 많다. 그런데 과학자들이 이런 행동은 의지부족 때문이 아니라 알콜 소비를 부추기는 뇌 속 특정 신경전달물질 때문이라는 연구결과를 발표했다. 미국 노스캐롤라이나대 정신과학과, 약학과, 신경과학센터, 알콜연구센터 공동연구팀은 뇌 편도체 중심핵(CeA)의 특정 신경전달물질이 알콜 과소비와 중독증상을 촉진시킨다고 15일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘신경과학 저널’ 12일자에 실렸다. 감정과 정서 관련 정보를 처리하는 뇌 편도체 중심핵이 알콜 소비와 중독 행동을 일으키는데 중요한 역할을 한다는 사실을 알고 있었지만 정확한 작동 메커니즘은 알지 못했다. 연구팀은 광유전학이라는 기술을 이용해 생쥐실험을 한 결과 편도체 중심핵에 있는 뉴로텐신이라는 신경전달물질이 알콜 섭취를 촉진한다는 사실을 새로 밝혀냈다. 광유전학은 빛을 이용해 특정 세포나 조직을 활성화시키거나 자극해 반응을 살피는 생물학 연구방법이다. 연구팀은 빛을 이용해 편도체 중심핵을 자극해 뉴로텐신 분비를 촉진시키면 생쥐들은 알콜을 찾게 된다는 사실을 확인했다. 또 알콜을 접하게 되면 뉴로텐신 분비가 좀 더 쉽게 되면서 다음번에는 더 많은 알콜을 찾게 된다는 것도 확인했다. 이에 연구팀은 생쥐의 유전자를 변형시켜 뉴로텐신 분비를 억제시키거나 뉴로텐신 분비가 늘어나지 않도록 해놓으면 편도체 중심핵을 자극하더라도 알콜을 찾지 않을 뿐만 아니라 알콜을 자주 섭취하더라도 섭취량이 늘어나지 않고 중독증상도 나타나지 않는다는 것을 확인했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구 상의 포유류 중 가장 오래 사는 것으로 알려진 북극고래의 진짜 수명은 얼마나 길까? 최근 호주 연방과학산업연구기구(CSIRO) 연구팀이 척추동물의 자연적인 수명을 밝힌 흥미로운 연구결과를 국제 학술지 ‘사이언티픽 리포트'(Scientific Reports)에 발표해 관심을 끌고있다. 인간을 포함한 생명체의 수명을 예측하는 것은 인류의 가장 큰 관심사 중 하나로 최근에는 DNA 분석을 통해 이를 알아보는 것이 주목받고 있다. 연구팀은 척추동물 총 252종의 유전 암호를 분석해 이중 수명과 관련된 42개 유전자를 발견했다. 이를 바탕으로 한 동물이 얼마나 오래 살 것인가를 예측하는 '수명 시계'(lifespan clock)를 만들었다는 것이 연구팀의 설명.이를 바탕으로 분석해보면 200년 이상 사는 것으로 알려진 북극고래의 경우 기존 예상보다 57년 더 긴 268년 동안 살 것으로 예측됐다. 또한 갈라파고스의 핀타섬에 살다가 102세 나이로 세상을 떠난 '외로운 조지'로 대표되는 핀타섬땅거북종의 최대 수명은 120세로 추정됐다. 이외에 침팬지는 39.7년, 혹등고래는 93년으로 예측됐다.또한 연구에는 멸종된 종도 포함됐다. 현생 인류의 사촌격에 가까운 네안데르탈인이나 데니소반의 경우 37.8년을, 털매머드도 60년은 살았을 것으로 추정됐다. 연구를 이끈 벤자민 메인 박사는 "장수하는 동물은 연구자들보다 오래 살기 때문에 출생부터 사망까지 확인하는 것은 거의 불가능하다"면서 "동물의 수명을 알게되면 생태계의 위협으로 인한 멸종 등에 효과적으로 대처할 수 있다"고 설명했다. 　 이어 "무척추 동물의 경우에는 '수명 시계'를 만드는 것이 불가능했다"면서 "500년 이상 사는 것으로 알려진 그린란드 상어의 경우 이번 대상에서 빠져 실제 수명은 여전히 미스터리로 남아있다"고 덧붙였다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

일반적으로 기후변화를 유발하는 지구온난화의 주범으로 이산화탄소를 꼽지만, 메탄도 적지 않은 역할을 한다. 이산화탄소보다 열을 25배나 효율적으로 저장하는 공기 중 메탄의 양은 꾸준히 증가추세에 있지만, 이에 대한 정확한 원인조차 파악되고 있지 않는 실정이다. 하지만 최근 영국의 한 연구진이 메탄 증가의 원인과 연관된 것으로 보이는 특정 현상을 발견했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다. 에든버러대학 연구진이 위성데이터를 분석한 결과, 2010~2016년 공기 중 메탄 증가치의 3분의 1은 동아프리카에서 뿜어져 나온 것이었다. 이 중에서도 배출량이 가장 높은 국가는 남수단이었다. 2011~2014년 남수단의 대표적인 습지대인 수드(Sudd)를 중심으로 메탄량이 급증했다는 사실과, 해당 습지의 전체적인 규모가 커지고 녹조가 이전보다 더 심해졌다는 사실 등이 추가로 확인됐다. 일반적으로 습지대의 토양 미생물은 다른 토양에 서식하는 미생물에 비해 더 많은 메탄을 생성하는 것으로 알려져 있다. 수드 습지대의 규모가 커지면서 이곳에 서식하는 미생물이 더 많아지고, 이 미생물로부터 더 많은 메탄이 뿜어져 나왔을 것이라고 연구진은 추측하고 있다.그렇다면 남수단의 습지는 왜 이전보다 더 커진 것일까. 연구진이 동아프리카 전역의 중력을 측정하고 위성 고도계를 이용해 남수단으로 흐르는 호수와 강 높이의 변화를 추적했다. 그 결과 수드 습지와 나일강 등지의 물줄기를 공급하는 동아프리카 일대 호수의 수위가 높아진 것을 확인했다. 주변 국가들의 호수에 물이 많아지고, 이 물이 자연스럽게 남수단 수드 습지로 흘러들어 습지 규모가 커졌다는 것. 연구진은 “수드 습지는 매우 광활한 지역이기 때문에 많은 양의 메탄을 배출하는 것은 놀라운 일이 아니다”라며 “남수단 수드 습지는 여전히 (자연 생태계의) 매우 중요한 원천”이라고 설명했다. 한편 이번 연구의 핵심이 된 수드 습지는 아프리카 최대 습지이자 세계 제 2의 습지다. 수많은 야생동물의 서식지이자, 철새 무리와 텃새인 물새 및 영양으로 유명하다. 이번 연구결과는 대기화학물리분야 최고 저널인 에트머스페릭 케미스트리 앤 피직스(Atmospheric Chemistry and Physics, ACP) 최신호(12일자)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

12월의 시작과 함께 전국을 꽁꽁 얼리는 ‘냉장고 추위’가 일주일 가까이 이어졌습니다. 올겨울 최강 추위가 물러가자 이번에는 미세먼지가 공습해왔습니다. 추위가 풀리면서 대기정체로 인해 국내 발생 미세먼지에 중국을 비롯한 국외 발생 미세먼지까지 더해진 것입니다. 태풍도 잦고 강수량도 많았던 올가을에는 예년보다 미세먼지 발생이 적었습니다. 그렇지만 이번 겨울은 추위와 대기정체로 인한 미세먼지 공습이 번갈아 찾아오는 ‘삼한사미’(사흘은 춥고 나흘은 미세먼지) 현상이 잦아질 것으로 보입니다. ●온난화로 바람 줄어… 올겨울도 ‘삼한사미’ 바람은 고위도와 저위도의 기압차로 생겨납니다. 최근 지구 온난화에 따라 고위도와 저위도 간 기압차가 줄면서 바람도 감소합니다. 결국 대기정체 현상이 잦아져 고농도 미세먼지가 발생하는 날이 늘어날 수밖에 없다는 말입니다. ●장시간 노출땐 우울증·조현병 등 정신질환 사실 많은 사람들이 미세먼지에 주목하는 이유는 건강과 직결되기 때문입니다. 초미세먼지와 같은 대기오염물질은 사망률을 높일 뿐만 아니라 장시간 노출될 경우 우울증, 조현병, 성격장애 등 정신질환을 앓게 될 가능성이 급격히 높아진다는 연구 결과들도 있습니다. 의학분야 국제학술지 ‘전미 심장학회지’는 지난 10일자에 초미세먼지가 미국 환경청(EPA)이 정한 국가대기질기준치(NAAQS)를 초과하는 지역에 사는 심장이식 환자의 경우 기준치를 충족시키는 곳에 사는 환자보다 사망률이 평균 26% 높다는 연구결과를 실었습니다. 미국 클리블랜드대병원 해링턴 심장·동맥연구소, 켄트주립대 보건대, 미시건대 의대, 케이스 웨스턴 리저브대 심혈관연구소, 캐나다 토론토대 보건대, 중국 북경대 보건대 공동연구팀이 주도했습니다. NAAQS에 따르면 PM2.5는 연간 평균 12.0㎍/㎥, 하루 평균 35㎍/㎥ 이하를 기준치로 삼고 있습니다. 국립환경과학원이 펴낸 ‘2018 대기환경연보’에 따르면 지난해 우리나라의 PM2.5 연간 평균 농도는 NAAQS 기준보다 2배가량 높은 23㎍/㎥로 나타났습니다. ●대기오염에 체내 염증… 심장이식 생존율 낮춰 미국에서는 매년 2000건 이상의 심장이식 수술이 시행되고 있습니다. 의학의 발전에도 불구하고 수술 후 11년 뒤 생존율은 50%에 불과한 것으로 알려져 있습니다. 연구팀은 심장병이나 심부전 환자들의 사망률을 높이는 요인 중 하나인 대기오염이 심장이식 환자들에게 미치는 영향에 주목했습니다. 타인의 장기를 이식받은 사람들은 면역억제제를 투여받기 때문에 감염에 취약한 상태인데 대기오염이 체내 염증반응을 일으켜 생존율을 낮출 수 있다는 것입니다. 이에 연구팀은 2004~2015년에 심장이식 수술을 받은 18세 이상 성인 2만 1800명을 대상으로 거주지 우편번호를 분석해 평소 대기오염 노출 수준과 수술 이후 생존기간을 분석했습니다. 그 결과 연간 PM2.5 농도가 NAAQS 기준을 초과하는 지역에 사는 심장이식 환자들의 23.9%가 4.8년 이내에 사망한 것으로 확인됐습니다. 또 PM2.5가 기준치보다 10㎍/㎥ 늘어나면 감염으로 인한 사망 위험은 26% 증가하는 것으로도 확인됐습니다. 환경문제는 일방의 노력만으로 해결될 수는 없다고들 합니다. 모두 머리를 맞대고 고민하고 노력해 사계절 내내 미세먼지 걱정 없이 맑은 공기를 마실 수 있는 때가 빨리 왔으면 싶습니다. edmondy@seoul.co.kr

스위스 로잔연방공과대(EPFL) 시스템생물학·유전학연구실, 연방 바이오인포매틱스 연구소, 로잔대 복잡계유전학연구그룹 공동연구팀은 ‘세포 속 공장’이라고 불리는 미토콘드리아의 DNA가 생명체의 신진대사 특성을 결정짓는 중요한 요소라고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 10일자에 실렸다. DNA가 생물체의 외형을 결정짓는 중요한 요소라는 것은 알려져 있었지만 미토콘드리아 DNA 역할에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았었다. 이에 연구팀은 초파리의 미토콘드리아 DNA 염기서열 분석을 실시한 결과 다양한 질병과 특성이 미토콘드리아 DNA의 미세한 변화에 따라 달라지는 것을 확인했다. 연구팀은 실제로 초파리의 미토콘드리아 게놈 일부를 교체해 이전보다 음식을 많이 섭취하거나 다른 식습관을 갖도록 하는 데 성공했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

약 1억 년 전 공룡의 깃털에 기생하다 '영원한 무덤'에 봉인된 기생충이 발견됐다. 지난 10일(현지시간) 미국 CNN 등 해외 주요언론은 미얀마에서 발견된 ‘호박’(琥珀)에 있던 공룡 깃털 안에서 현대의 이와 비슷한 곤충을 찾았다고 보도했다. 외관이 다소 손상됐으나 거의 완전한 모습으로 발견된 이 곤충은 오늘날의 이처럼 공룡의 몸 밖에 기생하면서 흡혈을 통해 영양분을 빨아먹었을 것으로 추정된다. 과거에도 전문가들은 공룡의 피를 빨아먹는 진드기, 벼룩 등의 증거를 발견했으나 이번 발견은 역대 가장 오래된 기록이다. 논문의 공동저자인 중국 서우두사범대학 청쿤 쉬 교수는 "만약 우리가 화석에서 이를 찾는다면 당연히 오늘날의 이보다 덩치가 클 것이라 생각했다"면서 "그러나 이번에 발견된 이는 오히려 매우 작은 것으로 드러나 발견하는데 왜 이렇게 오래 걸렸는지 설명이 된다"고 설명했다. 연구팀은 호박에서 공룡 깃털에 살았던 곤충 총 10마리를 발견했으며 마치 누군가의 먹힌 것처럼 보였다고 밝혔다. 쉬 교수는 "고대 기생충과 그 숙주와의 관계를 연구함으로써 과학자들은 현대 해충의 진화 방식에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있다"면서 "인류의 역사에도 기생충은 전염병 등 항상 큰 영향을 미쳐왔다"고 말했다. 　 한편 이의 영원한 무덤이 된 호박은 나무의 송진 등이 땅 속에 파묻혀서 수소, 탄소 등과 결합해 만들어진 광물을 말한다. 호박이 일반인에게 알려진 것은 영화 ‘쥬라기 공원’ 덕으로 오래 전 멸종한 고대 동물의 모습을 생생히 볼 수 있다. 이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications) 최신호에 발표됐다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

운동선수는 대체로 소리를 처리할 때 잡음이 적은 건강한 뇌를 가졌다는 연구결과가 나왔다. 9일(현지시간) CNN에 따르면 미국 노스웨스턴대 신경생물학자인 니나 크라우스는 뇌신경에서 발생하는 전기를 스피커를 통해 잡음으로 재생할 수 있는 연구장비를 갖췄다. 그는 이를 통해 하는 뇌가 소리를 해독하는 과정에서 발생하는 잡음의 양이 클수록 소리를 인지하는 능력이 떨어진다는 사실을 밝혀냈다. 크라우스에 따르면 소리 해독은 뇌가 처리하는 가장 어려운 일 중 하나인데, 마이크로초 이내에 음색, 박자, 화성 등을 분석해 내야 한다. 누군가 언어와 음악적 자극으로 가득찬 풍부한 음환경에 노출된 채 자랐다면 뇌의 잡음이 적을 가능성이 높다. 반대로 그렇지 못한 환경에서 자란 경우엔 뇌가 지나치게 시끄러워 청각 입력을 해독하는 능력에 지장이 있을 수 있다는 게 크라우스의 설명이다. 그는 “뇌는 갈망하는 정보가 충분치 않을 때 전기적 활동을 일으킨다”면서 “그런데 그 활동은 불규칙하고 시끄럽기 때문에 결국 소리를 인지하는 데 방해가 된다”고 말했다. 크라우스와 연구진은 스포츠헬스 저널에 게재된 별도 연구에서 엘리트 운동선수가 비선수보다 뇌에 잡음이 덜하다는 걸 발견했다. 이 연구는 지난해에 시작해 5년 동안 노스웨스턴대 운동선수 495명과 일반 학생 493명의 뇌 건강을 추적해 스포츠 뇌진탕 시 뇌신경의 소리 처리를 연구하는 계획의 일부다. 크라우스는 “비선수들에 비해 엘리트 선수들은 뇌의 배경 잡음이 적었다”면서 “긴박한 상황에서 팀 동료나 코치 등의 목소리 등을 더 잘 처리할 수 있다”고 설명했다. 연구에 따르면 이런 경향은 운동 종목과 선수 성별에 상관없이 일관되게 나타났다. 운동선수들의 뇌신경 잡음이 적은 것은 제2외국어를 배우거나 악기를 연주하는 행동이 뇌에 미치는 좋은 영향과는 다르다. 크라우스는 “악기를 연주하면 신호 처리 능력이 강화되지만 뇌 배경 잡음과는 아무 상관이 없다”고 말했다. 김민석 기자 shiho@seoul.co.kr

지구 온난화의 원인물질로 잘 알려진 이산화탄소를 곧바로 휘발유로 바꿀 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발해 주목받고 있다. 한국화학연구원 탄소자원화연구소 연구팀은 이산화탄소를 휘발유로 직접 전환하는 반응 메커니즘을 밝혀내고 휘발유 전환에 반드시 필요한 촉매를 만드는데 성공했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘이산화탄소 활용 저널’ 12월호에 실렸다. 기존에도 이산화탄소를 휘발유로 전환시키는 기술은 있었지만 800도라는 고온에서 진행해야 하고 두 단계를 거쳐야 하는 간접전환 방식이기 때문에 생산단가가 높아질 수 밖에 없다는 단점이 있었다. 이 때문에 많은 연구자들이 두 단계를 거쳐야 하는 간접전환 방식을 단일 공정으로 통합한 직접전환 방식으로 바꾸려는 시도를 해왔다. 문제는 직접전환 방식의 정확한 반응 메커니즘이 밝혀지지 않아 휘발유 전환 효율이 일정치 않다는 것이었다. 연구팀은 계산화학 방법을 활용해 직접전환 반응에 사용되는 철-구리-칼륨 촉매의 성분별 역할을 규명하고 이를 바탕으로 전환효율을 극대화할 수 있는 촉매를 예측해냈다. 연구팀은 구리가 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 쪼개면 산소는 철과 결합하고 칼륨은 일산화탄소끼리 연쇄적으로 결합시켜 휘발유로 바뀌는 반응을 촉진시킨다는 것을 알아낸 것이다. 이런 메커니즘을 바탕으로 철 촉매에 들어가는 구리와 칼륨의 적절한 양을 알아내고 최적화된 촉매를 만들어 냈다. 이번에 개발된 촉매는 이산화탄소를 휘발유로 바꾸는 전환효율을 20%로 유지할 수 있다는 것을 연구팀은 확인했다. 더군다나 직접전환 공정은 800도 고온에서 이뤄지지만 이번에 개발한 촉매를 사용하는 간접전환 공정은 300도라는 상대적 저온에서도 반응을 진행할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있게 됐다. 전기원 화학연구원 박사는 “이번에 개발한 기술을 활용하면 현재 사용되고 있는 간접전환 방식보다 휘발유 생산효율을 높일 수 있을 것”이라며 “실제 상용화가 가능한 전환효율 40%를 달성할 수 있는 기술과 생산 플랜트 규모로 확대하는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

외로이 떠있는 일엽편주(一葉片舟) 같은 얼음 위에 위태로이 서 있는 북극곰의 모습은 지구온난화로 인한 위기를 보여주는 대표적인 이미지가 됐다. 이처럼 북극 바다에 떠다니는 얼음인 북극해빙이 점점 줄어들고 있다. 해빙이 줄어들면 햇빛 반사량이 적어지면 지구가 점점 뜨거워지고 그럴수록 해빙은 더 많이 녹게 된다. 한·미 공동연구진이 북극해빙이 녹는 속도를 빠르게 만드는 원인을 분석해냈다. 울산과학기술원(UNIST) 도시환경공학부, 미국항공우주국(NASA) 고다드우주비행센터 기후·방사선연구소, 글로벌 모델링·흡수연구부 공동연구팀은 북극 해빙이 녹고 어는데 영향을 주는 대기 순환 시스템을 분석한 결과 기후변화에 따라 달라진 대기순환양상이 북극해빙에 주는 영향이 점점 커지고 있다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 기후분야 국제학술지 ‘크라이오스피어’에 실렸다. 보통 대기순환은 기압차로 인해 발생한다. 지금까지는 북극 대기순환에서 찬 공기 소용돌이가 강약을 반복하는 북극진동을 주로 관찰해왔는데 연구팀은 날짜변경선을 기준으로 북극의 동쪽과 서쪽에서 고기압과 저기압 순환이 번갈아 생기는 북극쌍극자 진동 현상에 주목했다. 실제로 북극쌍극자 진동이 서쪽에 고기압, 동쪽에 저기압 순환이 위치한 음(-)의 상태가 되면 북극을 관통하는 북극횡단해류가 강해지는데 이렇게 되면 북극해빙이 더 많이 녹게 되는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 인공위성 관측자료와 이를 재분석한 자료를 바탕으로 기후변화가 뚜렷해지기 시작한 1990년대 중반을 기준으로 1982~1997년, 1998~2017년 기간으로 나눠 북극해빙 면적과 북극 쌍극자 간 상관관계를 분석했다. 그 결과 최근들어 북극 쌍극자의 공간양상이 바뀌었으며 북극횡단해류를 더 강하게 만든다는 사실을 밝혀냈다. 또 북극쌍극자에 의해 해빙이 감소하면 해당 지역에서 햇빛반사율이 감소하면서 해빙감소가 가속화되는 ‘얼음-알베도 피드백’ 과정이 강해진다. 또 이번 연구를 통해 기후변화 주원인은 태평양십년주기변동(PDO) 현상에 의한 대기순환 때문이라는 것도 밝혀냈다. POD는 태평양 해수면 온도가 약 10년 주기로 변동하는 현상이다. 이명인 UNIST 교수는 “이번 연구는 북극대기순환에서 주로 고려됐던 북극진동 이외에 북극쌍극자 현상도 중요하다는 것을 보여줬다는데 의미가 크다”라며 “이번에 규명한 결과를 활용하면 향후 북극 해빙의 크기 예측력을 높이고 폭염이나 꽃샘추위 등 북극해빙으로 인한 계절변동 연구에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

식물도 사람과 마찬가지로 주위 환경 탓에 스트레스를 받으면 ‘비명’을 지른다는 연구결과가 나왔다. 아스라엘 텔아비브대학 연구진은 토마토와 담뱃잎 세 그룹으로 나눈 뒤, 첫 번째 그룹은 매우 건조한 흙과 환경에 노출시키고, 두 번째 그룹은 일부로 가지를 부러뜨리는 등 물리적인 손상을 입혔으며, 세 번째 그룹은 비교를 위해 평범한 환경을 변화시키지 않았다. 이후 연구진은 각각의 식물에서 10㎝가량 떨어진 곳에 마이크 및 초음파 측정기 등을 설치한 뒤 식물의 변화를 살폈다. 그 결과 건조한 환경에서 ‘건조 스트레스’를 받은 첫 번째 그룹과 강제로 물리적 손상을 입은 두 번째 그룹의 식물들은 20~100kHz(킬로헤르츠)의 소리를 방출한다는 사실을 확인했다. 일반적으로 사람은 20Hz(헤르츠)에서 20kHz까지의 소리를 들을 수 있으며, 고양이는 최대 64kHz 영역의 소리를 들을 수 있다. 즉 사람은 식물이 스트레스를 받는 환경에서 내는 '비명'과 같은 소리를 직접 들을 수는 없지만, 인근 3~5m 내에 있는 동물과 곤충들이 들을 수 있는 수준이라고 연구진은 설명했다. 연구진은 또 식물의 이러한 식물의 반응은 주변의 동물과 곤충들에 직간접적 영향을 미칠 수 있다고 덧붙였다. 예컨대 나방의 경우 식물의 잎이나 주변에 알을 낳는데, 특정한 소리를 내는 식물 또는 식물의 주변에서는 알을 낳지 않을 가능성이 높다. 뿐만 아니라 유사한 현상이 다른 종의 식물에게도 확장될 수 있다. 연구진이 "식물에게 스트레스를 줄 수 있는 다양한 환경 중 ‘건조 스트레스’를 선택한 것은 기후변화 및 인구증가 등으로 인해 더 많은 지역이 가뭄에 노출되고 있기 때문"이라면서 “이번 연구는 지금까지 ‘침묵’한다고 여겨 온 식물에 대해 우리의 생각을 바꾸는 기회가 될 것”이라고 설명했다. 연구에 참여하지 않은 스위스 로잔대학 식물분자생물학 교수인 에드워드 파머는 뉴사이언티스트와 한 인터뷰에서 “곤충은 여러 가지 이유로 특정 식물을 선호하지 않는 것으로 알려져 있는데, 식물이 내는 과도한 소움이 그 이유 중 하나일 수 있다”면서 “다만 이번 연구는 건조한 토양에서 발생하는 소리와 식물이 내는 소리를 구분하지 못했을 가능성이 있다”고 평가했다. 자세한 연구결과는 논문 사전 출판 사이트인 ‘바이오 아카이브‘(bioRxiv) 최신호(2일자)에 소개됐다. 사진=자료사진(123rf.com) 송현서 기자 huimin0217@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

미국항공우주국(NASA)이 크리스마스 시즌 동안 지구를 인근을 지나갈 것으로 예상되는 소행성 2개를 발표했다. 미국 현지시간으로 오는 12월 20일, ‘216258 2006 WH1’으로 명명된 이 소행성은 폭이 540m, 최대 600m에 달하는 대형에 속한다. 이는 미국 뉴욕에 있는 초고층 건물인 세계무역센터 빌딩과 비슷한 크기다. NASA는 이 소행성이 현재 시간당 4만 3200㎞의 속도로 움직이고 있다고 밝혔다. 또 다른 소행성은 2000 CH59(310442)으로 명명됐으며, 216258 2006 WH1’과 크기가 유사하다. 두 소행성 모두 크리스마스 즈음 지구를 지나가며, 충돌한 가능성은 거의 없다고 NASA는 밝혔다. 다만 전문가들은 과거에 지구와 소행성이 충돌한 횟수가 예상보다 훨씬 많았던 것으로 보인다는 최근의 연구결과에 따라, 소행성과 지구의 충돌 가능성과 예상 결과에 대해 관심을 기울일 필요가 있다고 지적했다. 최근 과학자들은 지구상에서 두 번째로 큰 운석 구덩이인 호주 서부의 울프 크릭 크레이터(Wolfe Creek Crater)가 기존 예상보다 더 이른 시기에 생성됐으며, 지구 역사상 소행성의 충돌은 예상보다 훨씬 자주 발생했음에도 불구하고 그 흔적이 남지 않아 정확한 횟수를 예측하지 못하고 있다는 연구결과를 내놓았다. 연구를 이끈 호주 울런공대학 연구진은 “울프 크릭 크레이터는 폭 15m, 무게 1만 4000t 가량의 소행성이 초당 17㎞의 속도로 지구와 충돌해 생긴 흔적”이라면서 “이전까지 학계는 울프 크릭 크레이터의 생성 시기(소행성과 지구가 충돌한 시기)가 30만 년 전이라고 예측해 왔지만, 분석 결과 12만 전이었을 것으로 추정된다”고 설명했다. 이어 “지구-소행성 충돌은 대략 200년에 한 번씩 일어날 가능성이 높다”면서 “호주의 건조한 지역에서만 운석 구덩이가 발견되고 있지만, 이러한 운석구덩이는 강이나 산의 형태가 달라지는 지형활동에 의해 파괴될 수 있다”고 덧붙였다. 송현서 기자 huimin0217@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

지난 10월 23일 구글은 그들이 개발한 양자컴퓨터가 특정한 계산문제에서 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 결과를 보였다는 논문을 유명 과학저널인 네이처에 발표하였다. 그 과정에서 9월 말쯤 미리 논문의 초안이 실수로(?) 공개되기도 하고, 경쟁사의 반박 논문이 나오기도 하는 등의 해프닝이 있어 대중의 흥미를 유발했다.하지만 일반적으로는 양자컴퓨터란 것이 무엇이며 도대체 어떤 일을 그렇게 빨리 해냈다는 것인지 금방 머릿속에 떠오르지는 않는다. 어쨌든 구글의 새 양자프로세서 ‘시커모어’(Sycamore)를 기반으로 하는 초기 형태의 양자컴퓨터 시스템이 개발되었고, 특별한 수학 문제의 해결에 슈퍼컴퓨터에 비해 놀라운 성능을 보인 것은 사실이다. 그러면 드디어 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘은 양자컴퓨터가 등장한 것이고 양자컴퓨터의 시대가 도래한 것인가. 지금의 컴퓨터보다 수만배 수억배 빠른 컴퓨터가 드디어 등장해 지금의 컴퓨터를 대체할 것인가. 이러한 이야기를 좀 해보려 한다. ●양자컴퓨터란 무엇인가? 양자컴퓨터가 도대체 무엇인가 알아보기 전에 먼저 컴퓨터란 도대체 무엇인지 다시 한번 생각해보기로 하자. 요즈음에는 컴퓨터나 스마트폰이 워낙 널리 쓰이고 있고 그 안에서 어떤 일들이 일어나고 있는지 작동원리 따위를 사용자 입장에서 굳이 고민할 필요가 없다. 먼저 컴퓨터는 우리가 하려는 일을 입력받아서(키보드나 터치, 혹은 음성으로) 그것을 적당한 수학적 문제로 바꾼다. 그리고 그에 해당하는 숫자들을 이진법 디지털 신호로 바꾼 뒤 중앙처리장치(CPU)에 넣고 이런저런 작업을 시킨다. 그 결과물로 나온 디지털 신호를 다시 수학 문제의 답으로 해석하고, 그 결과를 우리가 원래 하려던 일의 결과물로 다시 해석해서 우리에게 알려 준다. 간단히 말하면 스마트폰의 자판에서 A자를 누르면 그게 위의 과정을 거쳐서 화면에 A자를 표시한다는 것이다. 양자컴퓨터는 이 과정 중에서 디지털 신호 대신에 양자역학적 상태를 신호로 이용하고, CPU 대신 양자프로세서가 양자역학적 현상을 이용해서 신호를 처리한다는 점이 다르다. 사용자 입장에서는 A 자판을 누르니 A가 표시되더라는 입력과 결과는 동일하다. 양자컴퓨터는 내부적으로 정보의 입력과 처리를 양자역학적으로 다루었을 뿐이다. 그런데 양자역학적으로 신호를 처리하면, 최소한 몇 가지 특별한 문제들에 대해서는 지금의 컴퓨터보다 어마어마하게 빠른 계산이 가능하다. 그 특별한 문제들 중에서 암호 해독 등이 있다. ●양자역학적인 신호처리는 어떤 것인가 기존의 컴퓨터에서 계산을 빠르게 하려면 어떻게 하는가. 일단 속도를 올려 주어진 시간에 더 많은 계산을 하게 하면 된다. 예를 들어 컴퓨터 CPU 클럭을 2GHz에서 4GHz로 올리는 일이다. 또 다른 방법은 여러 CPU를 병렬로 작동시키면 된다. 한 CPU에 여러 개의 코어를 넣거나, 혹은 CPU를 여러 개 동시에 작동시키면 된다. 이렇게 성능을 극대화한 것이 슈퍼컴퓨터이다. 속도를 2배 올리거나 개수를 2개 늘리면 성능은 대략 2배 증가한다. 기존의 컴퓨터에서 정보를 처리하는 단위는 0과 1의 디지털 신호를 다루는 ‘비트’(bit)다. 한편 양자컴퓨터에 정보를 저장하고 처리하는 기본단위는 양자비트, 즉 ‘큐비트’(qubit)다. 큐비트는 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태를 이용할 수 있으며, 멀리 떨어져 있는 큐비트 간에도 서로 강하게 연결되어 있는 얽힘 상태를 이용한다. 예를 들어 세 개의 비트가 있다고 하면, 각각의 비트는 디지털 신호 0 또는 1 이므로, 우리가 표시할 수 있는 정보는 그중 한 가지 조합, 예를 들어 001 등으로 정해진다. 한편 큐비트는 각 큐비트가 0과 1을 중첩으로 동시에 가질 수 있으므로, 우리가 표시할 수 있는 정보는 000, 010, 111… 등 모든 조합이 ‘동시’에 가능하다(3개의 큐비트라면 8개의 조합이 가능하다). 즉 큐비트를 이용하면 계산공간이 커져서 더 많은 정보를 한꺼번에 다룰 수 있다. 게다가 큐비트들이 얽힘으로 연결되어 있으면, 한 번의 조작으로 많은 수의 정보를 동시에 변경하고 처리할 수 있으며, 이를 ‘양자 병렬성’(quantum parallelism)이라고 표현한다. 이 경우 큐비트의 수를 2배 늘리면 성능은 4배, 큐비트를 3배 늘리면 성능은 8배 좋아지는 것을 기대할 수 있다. 컴퓨터의 크기가 커짐에 따라 성능이 늘어나는 것이 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 것이다. 양자컴퓨터가 특정 계산에서 슈퍼컴퓨터보다 빠를 수 있는 것은 앞에서 설명한 ‘양자병렬성’을 최대한으로 이용할 수 있는 수학 문제인 경우인데, 아직 몇 가지만이 알려져 있고, 대표적인 것이 소인수분해 문제이다. 이같이 양자컴퓨터의 성능을 최대한 활용하려면, 양자컴퓨터에 맞게 완전히 새롭게 고안된 알고리듬이 필수적이다. 소인수분해 문제는 1994년 피터 쇼어에 의해서 양자컴퓨터 알고리듬이 제안되었고, 이 문제가 지금 우리가 널리 쓰고 있는 암호체계(RSA암호)의 원리이기 때문에, 현재 암호를 무력화시킬 가능성이 제안된 것이었다. 이를 계기로 1990년대 중반부터 양자컴퓨터 연구가 급격히 확대되었다. ●구글 ‘양자우월성’ 곧 달성될 것으로 기대 양자컴퓨터의 큰 전환기는 그 이후 몇 차례 더 있는데, 먼저 2007~2008년경부터 미국 정부가 대규모 투자를 시작한 시점, 2014년 구글이 본격적으로 뛰어들고 2016년 IBM이 양자컴퓨터를 클라우드로 일반에 공개하는 등 대기업들이 본격적으로 참여한 일 등이다. 이후 벌어진 개발 경쟁의 결과물이 이번 구글의 양자우월성 발표이며, 이 역시 아주 중요한 티핑포인트라고 할 수 있다.이번에 구글이 사용한 시커모어 프로세서는 초전도 회로로 제작된 큐비트 53개로 구성된 소자이다. 2012년 칼텍의 존 프레스킬 교수는 지금 컴퓨터에서는 매우 어렵지만 양자컴퓨터에는 쉬운 특정 수학 문제를 양자컴퓨터에서 푸는 것을 시연하면, 양자컴퓨터가 최소한 한가지 임무에서는 지금 컴퓨터보다 앞선다는 것을 명확히 보여줄 수 있다는 제안을 하였고, 이를 ‘양자우월성’(Quantum Supremacy)이라고 명명했다. 구글 팀은 이를 위해서 별칭 ‘qubit speckle’(큐비트 얼룩무늬)이라는 알고리듬을 만들었는데 (레이저 빛이 간유리를 통과하고 나면 반짝이 패턴을 보이는 것과 같은 원리임) 이것은 큐비트 회로에 무작위로 고른 계산을 시키고 그 결과에서 나오는 특정한 패턴을 기존의 컴퓨터로 계산할 수 있을 것인가의 문제이다. 이번 발표는 양자컴퓨터가 대략 200초에 계산한 결과를 세계 최고의 슈퍼컴퓨터인 서밋으로 계산하더라도 약 1만년 걸릴 것으로 예상한다는 것이다. ●“슈퍼컴 1만년 걸릴 것 단 200초에 계산 가능” 물론 슈퍼컴퓨터에서 새로운 알고리듬을 개발하면 그 시간을 지금보다 대폭 줄일 수 있고, 경쟁사인 IBM은 그 시간을 2.5일 정도까지 줄일 수 있을 것이라고 발표하기도 하였다. 하지만 이번 결과는 매우 명확하게 양자컴퓨터가 특정한 계산을 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 잘할 수 있음을 보인 것임에 이견이 없다. 한가지 이야기하고 싶은 것이, 이 결과가 베일에 싸여 있다가 갑자기 나온 것이 아니라는 점이다. 구글 및 다른 연구팀들은 이미 지난 수 년간 관련 연구결과들을 꾸준히 공개해 왔고 성능 향상도 꾸준히 보고되고 있었다. 구글도 이미 2년 전에 이번 실험의 청사진을 구체적으로 발표하였다. 이미 지난해부터 최근에 발표된 하드웨어 성능을 보면서 양자우월성이 곧 달성되리라는 것은 이미 기대할 수 있었다. 구글의 양자AI랩 디렉터인 하르무트 네벤은 금년 초 ‘양자컴퓨터 성능이 이중지수적으로 매우 빠르게 발전한다’는 네벤의 법칙을 언급했고 이미 상반기에 구글이 양자우월성을 달성했다는 소문이 연구자들 사이에 언급되고 있었다.●현실로 다가온 양자기술 앞의 설명에도 양자컴퓨터가 도대체 무얼 하는 것인지 잘 이해가 되지 않는다면, 그것은 지극히 정상이다. 양자현상은 우리의 일상에서 겪는 직관과는 완전히 다르기 때문에 금방 이해했다고 생각한다면 디테일을 간과하거나 잘못 이해한 것이기 쉽다. 20세기 초 원자를 설명하기 위해 태동한 양자역학은 수학적으로 완벽하고 매우 아름다운 이론으로 자연현상을 완벽하게 설명하며 수많은 혁신을 가져왔다. 하지만 그 내용이 우리의 직관과 너무나 달라서 지금 우리의 언어로 그 결과를 어떻게 해석해야 하는가는 아직도 논란이다. 그런데 양자기술이 지금처럼 눈앞의 현실로 다가오는 시대라면, 뭐 자동차를 운전하는 데 꼭 차동기어의 원리를 이해하거나 그런 것이 있다는 사실조차도 알 필요는 없지 않을까 하고 여길 수도 있겠다. 하지만 그와 동시에 만약 당신이 자동차를 개발·제작하는 사람이라면 차동기어의 원리나 유체역학을 매우 잘 알고 있어야 하지 않을까 싶은 그런 시점인 것이다. 전 세계가 지금 양자기술에 열광하고 투자하는 이유는 단기간에 무언가 만들어내기 위한 것이라기보다는, 이 기술이 지금의 기술 패러다임 전반을 완전히 바꾸는 기술이기 때문이다. 양자컴퓨터가 현재 슈퍼컴퓨터의 연장선상에 있는 것이 아니듯이, 양자기술은 지금의 기술을 극한까지 개발하면 되는 기술이 아니라 시작부터 개념부터 완전히 다른, 새로운 패러다임이다. 그래서 지난해 말 시작된 미국 정부의 양자 이니셔티브에서는, ‘양자-스마트’(quantum-smart)한 인력을 어릴 때부터 키우는 일을 중요하게 다루고 있다. 즉 뼛속까지 양자역학의 개념을 체득한, 중첩이나 얽힘에 대해서 열심히 설명하지 않아도 그냥 자연스레 체험으로 알고 있는, 그런 인력이 있어야 다가오는 기술 패러다임 시프트를 선도할 것이라는 점이다. ●비트코인에는 앞으로 상당기간 영향 없을 것 예전에는 원자 세계에서 일어나는 양자역학을 말과 글로써 열심히 설명해야 하는 상황이었다면, 지금은 완전히 양자역학적으로 동작하는 머신, 즉 양자컴퓨터가 일반 대중에 공짜로 공개되어 있는 상황이다. 실제 학생들과 양자컴퓨터에서 코딩을 조금만 해보면, 앞에서처럼 중첩이니 얽힘이니 열심히 설명하지 않아도 그것이 어떤 것이란 것을 금방 습득한다. 구글의 양자컴퓨터 팀을 이끌고 있는 존 마르티니스 박사는 세계 최고 수준의 물리학자이지만 항상 자신을 양자 엔지니어라고 부른다. 우리 눈앞에서 작동하는 양자머신을 만드는 사람이란 의미이다. 이제는 양자역학을 실생활에서 직접 체험하는 시대가 다가온 것이다. 양자우월성에 대한 소식이 전해진 그날, 비트코인 가격은 급락했다. 결론부터 말하면 양자컴퓨터는 당장, 그리고 앞으로도 한참 동안, 비트코인에 전혀 영향이 없다. 따라서 투자자라면 그때 저가에 비트코인을 샀어야 했다. 양자컴퓨터에 대해 과장해 이해한 사례다. 양자컴퓨터 관련 기술은 앞으로도 계속 빠르게 발전해 장기적으로는 암호 해독, 중단기적으로는 신약이나 신물질 개발 등의 응용분야에 도움을 줄 것이다. ●양자컴퓨터 시대 무얼 준비할 것인가 그러나 양자컴퓨터가 어떤 중요한 일을 해 줄지, 하드웨어가 어디까지 개발이 될지는 아직은 잘 모르는 열린 문제이다. 양자컴퓨터의 성능이 계속 향상되면서, 각 단계의 성능에 맞는 활용이 이루어질 것으로 예측할 뿐이다.그래서 지금을 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)시대라고 부른다. 몇 가지 분명한 것은 있다. 양자컴퓨터는 매우 비싸고 덩치가 큰 물건이다. 따라서 앞으로도 양자컴퓨터는 클라우드 형태로 운영될 것이다. 현재의 컴퓨터는 앞으로도 지금의 역할을 충실히 수행할 것이며, 양자컴퓨터는 현재의 컴퓨터가 지금까지는 아예 못했던 문제들을 새롭게 해결해 줄 것이다. 무엇보다 자명한 것은, 양자기술은 진입장벽이 매우 높은 기술이라서 미리미리 준비하고 대비해야 한다. 그것은 단지 투자의 규모를 늘리는 문제가 절대 아니다. 영화 ‘타짜’에서 정마담이 말하지 않았던가 “호구는 밑천이 적어서 돈을 잃는다고 생각한다.” 그보다는 게임을 잘하는 실력 있는 ‘양자-스마트’ 플레이어를 길러내는 것이 승리의 핵심이다. 사람이 전부다. 정연욱 한국표준연구원 연구원■ 정연욱 연구원은 필자 정연욱 연구원은 한국표준연구원 소속으로 서울대 물리학과를 나온 뒤 모교에서 석박사를 마쳤다. 독일 율리히연구소 연구원(1997)과 서울대 연구원(1999-2002), 미국 상무부 표준기술연구소인 NIST Boulder 연구원(2002-2005)을 거쳐 2005년부터 한국표준과학연구원 양자기술연구소에서 일하고 있다.

전 세계적으로 껌 수요가 줄고 있는 가운데, 고객들을 사로잡기 위한 각종 기능성 껌이 쏟아지고 있다는 분석기사가 나왔다. 미국 월스트리트저널의 3일 보도에 따르면 2010~2018년 껌 판매량은 전 세계적으로 4%, 미국 내에서는 23% 감소했다. 업계는 이러한 시장의 변화가 껌에 대한 소비자들의 기대심리가 달라졌기 때문이라고 분석했다. 글로벌 껌 브랜드 ‘트리덴트’의 제조사인 몬델리즈 인터네셔널 더크 반 드 푸트 최고경영자는 “요즘 소비자들은 껌의 기능적 이점에 훨씬 더 큰 관심을 가지고 있다”면서 “맛보다는 기능성을 더 중시하는 것”이라고 설명했다. 미국 시장조사업체 민텔이 미국 성인들을 대상으로 한 설문조사에 따르면, 소비자들은 장내 건강을 증진시키거나 면역력을 강화해줄 수 있는 성분이 든 껌의 출시를 원하고 있는 것으로 나타났다. 제조사들은 이러한 소비자의 기대심리에 맞춘 기능성 껌들을 속속 출시하고 있다. 미국의 한 제조사는 커피 원두에서 추출한 카페인과 비타민B를 함유한 껌으로 피로회복에 도움을 주는 기능성 껌을 출시했다. 여행객들이 시차를 극복하거나 조종사가 더욱 피로를 잊고 더욱 조종에 집중할 수 있도록 돕는다고 제조사는 설명한다. 골프선수가 경기 도중 씹을 경우 집중력을 향상시키는데 도움이 되는 에너지 보충제로도 사용된다. 또 다른 업체는 다이어트에 도움이 되는 것으로 알려진 식물인 ‘후디아’에서 추출한 성분을 함유해 껌을 씹기만 해도 살이 빠질 수 있다고 설명하기도 한다. 껌을 씹는 것이 건강에 도움이 되는지를 다룬 연구결과는 다수 존재한다. 영국 런던의 킹스칼리지 연구진은 껌을 씹는 것이 식도의 산(acid) 수치를 낮추는데 도움이 될 수 있다는 연구결과를 발표했었다. 미국치과협회는 웹사이트를 통해 껌을 씹는 행위가 치실 및 브러싱(brushing)의 보조물이 될 수 있다고 홍보한다. 영국 코벤트리대학 연구진은 2012년 연구에서 껌을 씹는 것이 주의력을 높이고 졸음을 달아나게 하는데 도움이 있으며, 잇몸 건강에도 긍정적인 영향을 미친다고 설명했다. 또 껌을 씹는 사람이 그렇지 않은 사람에 비해 즉각적인 단어 회상 테스트 등에서 높은 점수를 받았으며, 이를 통해 껌을 씹는 행위가 기억력을 높이는데 도움을 준다는 연구결과도 있다. 그러나 현재 제조사들이 출시하고 있는 기능성 껌이 실제로 살이 빠지는데 도움을 주거나 에너지 보충제의 역할을 하는지에 대한 임상적 증거는 아직 없다. 월스트리트저널은 전문가들의 말을 인용, 소비자들이 느끼는 기능성 껌의 효과는 위약효과(플라시보)에 가까울 수 있으며, 제조업체의 주장을 뒷받침하는 과학적 근거는 아직 없다고 전했다. 영양 전문가 멜라니아 로저스는 미국 매체 인사이더와 한 인터뷰에서 “껌을 강박적으로 씹는 것은 섭식장애의 징후일 수 있다”면서 “스스로 왜 많은 껌을 씹는지를 생각해야 한다. 음식물을 덜 섭취하기 위해 껌을 씹는 것이라면, 섭식장애의 일종인 거식증처럼 먹는 행위에 대한 강박적 심리의 신호일 수 있다”고 설명했다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr