자장가를 부르는 등 음악을 들려주는 행위만으로 영아의 전반적인 정서 상태를 개선할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 지난달 28일(현지 시각) 예일대 아동연구센터 소속 조은 박사 연구팀은 학술지 ‘아동 발달’(Child Development)에 연구 논문을 싣고 이같이 밝혔다. 연구팀은 생후 10주가 넘은 어린아이를 둔 110가구를 추적 관찰했다. 이들 가구는 실험집단(54가구)과 통제집단(56가구)으로 나뉘어 생태순간평가(EMA)를 받았다. 연구팀은 실험집단 가구에 영아기 노래 부르기의 중요성을 담은 소식지 등을 매주 보내 부모가 아이에게 노래를 자주 불러주도록 했다. 이에 따라 실험집단 부모 중 최근 2~3시간 내 아이에게 노래를 불러줬다고 응답한 이들의 비율은 65%에서 89%로 늘었다. 통제집단에서는 별다른 변화가 나타나지 않았다. EMA는 매일 최대 3번씩 진행됐다. 연구팀은 스마트폰을 활용한 설문조사로 최근 2~3시간 동안 아이와 보호자의 기분 및 행동에 관한 자료를 수집했다. 부모는 아이의 기분을 100점 만점을 기준으로 점수를 매겨 꾸준히 제출했다. 부모가 노래를 불러준 것에 대한 아이의 반응은 명확했다. 부모가 꾸준히 노래를 불러준 아이는 그렇지 않은 아이보다 기분에 관한 점수가 유의미하게 높았다. 영아기에는 일반적으로 시간이 지날수록 스트레스가 줄어드는 경향이 있는데, 부모의 노래를 듣고 자란 아이가 감소 폭이 이보다 더 크게 나타난 것이다. 한편 부모의 기분은 실험집단과 통제집단 간 별다른 차이가 없었다. 연구팀은 양육 과정에서 음악이 영아의 정서를 개선하는 데 효과가 있다고 결론지었다. 연구팀은 “음악이 영아에게 미치는 단기적 효과가 쌓여 결국 장기적으로 좋은 영향이 될 것”이라고 내다봤다. 그러면서 “영아의 기분은 스트레스, 부모와의 애착 형성, 그에 따른 사회·정서적 발달과 밀접한 관련이 있다”며 “어릴 때 가정에서 음악 환경을 잘 조성해 아이의 기분을 개선할 수 있다”고 조언했다. 연구팀은 다만 이번 연구 표본(110가구)이 작았고, 참여자의 73%가 백인 고학력자였다는 점에서 한계가 있다고 진단했다. 이에 따라 연구팀은 “일반화를 위해선 더 다양한 집단을 대상으로 한 연구가 필요하다”고 지적했다. 연구를 이끈 조 박사는 “노래 부르기는 누구나 할 수 있는 일”이라며 “이 간단한 행동이 아이들에게 건강상 이점을 가져다줄 수 있다”고 강조했다.

국내 연구진이 밝기가 일정하지 않은 상황에서 사물의 윤곽 정보를 효율적이고 정확하게 추출하는 비전 센서를 개발했다. 자율주행, 드론, 로봇 기술에서 주변 환경을 더 빠르고 정확하게 인식하는 데 도움이 될 전망이다. 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 최문기 교수팀은 한국과학기술연구원(KIST) 최창순 박사팀, 서울대학교 김대형 교수팀과 공동 연구로 시냅스 모방 로봇 비전 센서를 개발했다고 4일 밝혔다. 비전 센서는 기계의 눈 역할을 하는 부품이다. 센서가 감지한 정보는 뇌 역할을 하는 프로세서로 전달돼 처리된다. 이때 정보가 여과 없이 전달되면 전송 데이터가 늘어나 처리 속도가 느려지고, 인식 정확도도 떨어진다. 조명이 급격히 바뀌거나 밝고 어두운 영역이 뒤섞인 상황에서 이런 문제는 더 두드러진다. 이에 연구진은 뇌 시냅스에서 일어나는 도파민-글루타메이트 신호 전달 경로를 모방해 윤곽선처럼 명암 대비가 큰 시각 정보만을 골라낼 수 있는 비전 센서를 개발했다. 연구진은 뇌에서 도파민이 글루타메이트를 조절해 중요한 정보를 강화하는 원리를 모방하도록 센서를 설계했다. 연구진은 실험을 통해 이 비전 센서가 영상 데이터 전송량을 기존 대비 91.8% 줄이면서 객체 인식 시뮬레이션의 정확도는 86.7%까지 끌어올린 것으로 확인했다. 최문기 교수는 “눈 자체에 뇌의 일부 기능을 부여한 ‘인 센서 컴퓨팅’ 기술을 적용해 영상 데이터의 밝기와 대비를 스스로 조절하고, 불필요한 정보는 걸러낸다”며 “초당 수십 기가비트에 달하는 영상 데이터를 처리해야 하는 로봇 비전 시스템의 부담을 근본적으로 줄여줄 수 있다”고 밝혔다. 최창순 박사는 “이번 기술은 로봇·자율주행 자동차·드론·사물인터넷 기기 등 다양한 비전 기반 시스템에 폭넓게 적용할 수 있다”며 “데이터 처리 속도와 에너지 효율을 동시에 높일 수 있어 차세대 인공지능 비전 기술의 핵심 설루션으로 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 이번 연구 결과는 지난달 ‘사이언스 어드밴시스’ 온라인판에 실렸다.

전 세계 10대 감염 사망 원인 중 하나인 ‘A군 연쇄상구균’이 국내에서도 확산 조짐을 보이고 있다. 피부 감염부터 살을 파먹는 괴사, 독성쇼크증후군까지 일으키는 이 세균은 최근 해외에서 급증세를 보이며 공중 보건에 비상이 걸린 상황이다. 분당서울대병원 이현주 교수 연구팀이 질병청의 의뢰로 지난해 7월부터 올해 3월까지 수행한 연구를 통해 국내 침습성 A군 연쇄상구균 감염 실태를 분석하고, 이를 토대로 감시체계 구축 필요성을 제기했다. 10년간 383명 감염, 14% 사망 A군 연쇄상구균은 흔히 인후염이나 피부 감염을 유발하지만, 드물게는 혈액, 근육, 뇌척수액 등으로 침투해 생명을 위협하는 침습 감염으로 이어질 수 있다. 패혈증, 괴사성 근막염, 독성쇼크증후군(TSS) 등 치명적인 합병증이 나타나며, 감염 후 빠른 조치가 이뤄지지 않으면 생명을 위협할 수 있다. 연구팀이 분석한 2015년부터 2024년까지 국내 침습 사례는 총 383건이다. 이 가운데 14.4%가 사망했고, 11.7%는 심각한 후유 장애를 겪은 것으로 나타났다. 감염자 7명 중 1명은 목숨을 잃고, 10명 중 1명 이상은 평생 장애를 안고 살아갈 수 있는 셈이다. 특히 우려되는 것은 최근 독성이 강한 변이 균주인 ‘M1UK’ A군 연쇄상구균이 국내에서도 2020년과 2023년 각각 1건씩 확인됐다는 점이다. 이 변이 균주는 빠른 진행성과 높은 치사율로 인해 전 세계 보건 당국이 예의주시하는 중이다. “감시망 없어 규모조차 모른다” 미국, 일본, 영국 등은 이미 침습성 A군 연쇄상구균 감염에 대해 국가 차원의 감시망을 운영하고 있지만, 한국은 아직 관련 제도가 전무하다. 실질적인 환자 규모는 물론 유행 시기나 변이 발생 여부조차 신속히 파악하기 어려운 구조다. 감염병 전문가 10명 중 7명 이상은 전수 감시 체계 도입이 시급하다고 봤다. 특히 성홍열, 독성쇼크증후군 등 관련 질환의 지속 감시와 실험실 네트워크 구축의 필요성을 강조했다. 해외선 심각…모기 물렸다가 혼수상태 실제 해외에서는 A군 연쇄상구균 감염이 예상치 못한 상황에서 심각한 결과로 이어진 사례도 있다. 지난 3월, 영국에서는 21세 여성 루시 슬로슨이 터키에서 휴가 중 모기에 물린 뒤 A군 연쇄상구균 감염이 재발하며 혼수상태에 빠졌다. 당시 그는 피부 발진과 고열, 시력 저하를 겪었고, 검사 결과 이전에 앓았던 균 감염이 재활성화된 것으로 확인됐다. 그는 일주일간 의식을 잃었고, 회복 후에도 언어·보행 기능을 일부 상실했다. A군 연쇄상구균은 피부의 작은 상처나 모기 물린 부위를 통해 체내로 침투할 수 있으며, 면역력이 약한 상태에서는 감염이 빠르게 악화될 수 있다. “작은 상처도 조심해야”…예방은 위생부터 전문가들은 A군 연쇄상구균 감염을 예방하려면 외출 후 손 씻기, 상처 부위 소독, 감염자와의 접촉 회피 등 기본 위생 수칙을 철저히 지키는 것이 중요하다고 강조한다. 감염이 의심되면 빠르게 항생제 치료를 받아야 하며, 고열, 극심한 인후통, 피부 발진, 전신 쇠약감 등 이상 증상이 나타날 경우 즉시 병원을 찾는 것이 바람직하다. 분당서울대병원 연구팀은 “더 이상 이 감염을 드문 병으로 여겨서는 안 된다”며 “국가 차원의 상시 감시체계를 도입하고, 고위험군에 대한 조기 대응 방안을 마련해야 한다”고 말했다. 이에 질병관리청은 침습성 A군 연쇄상구균 감염증의 법정감염병 지정 여부를 검토 중이며, 체계적인 감시 및 관리체계 도입을 추진하고 있다고 밝혔다. 감염병 지정 시 의료기관의 의무 신고가 가능해져, 전국 단위의 유행 추적과 조기 대응이 가능해질 전망이다.

리튬 증착 메커니즘의 수학적 규명고에너지 밀도 배터리 상용화 가능 확대 한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 김석준 교수 연구팀이 리튬 금속 배터리 및 무음극 리튬 이온 배터리 성능을 획기적으로 향상할 수 있는 새로운 ‘이차전지 인터페이스 설계 기술’을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구팀은 충전 과정에서 리튬이 불균일하게 증착되며 발생하는 덴드라이트(dendrite) 성장 억제를 위한 전략으로, 리튬 금속 및 집전체 표면에 두께 5~15㎚ 이차원 전이금속 디칼코게나이드(2D TMD) 박막(PtTe2, PdTe2, NiTe2)을 적용했다. PtTe2 박막은 높은 결정학적 안정성을 바탕으로 리튬 금속 및 집전체 표면에서 리튬 표면 확산 속도(surface diffusivity)를 효과적으로 증가시켜, 초기 핵 형성 및 성장을 균일하게 유도했다 반면, PdTe2 및 NiTe2 박막은 상대적으로 낮은 열역학적 안정성으로 리튬과의 반응 시 상분해(phase decomposition)와 동시에 Li2Te가 형성되는 등 안정적 고체 전해질 계면(Solid Electrolyte Interphase, SEI) 형성을 촉진했다. PdTe2 코팅이 적용된 리튬 금속 음극은 상용 수준의 고용량 조건에서도 기존 리튬 금속 음극 수명 한계를 개선했다. 해당 기술은 액체 전해질이 사용되는 이차전지뿐만 아니라, 전고체 이차전지 상용화에 필수적인 핵심 기술로 평가된다. 김석준 교수는 “이번 연구는 이차전지 인터페이스 설계에서 리튬 증착 균일도가 표면 확산도와 핵생성 밀도의 함수로 작용함을 규명한 것으로, 새로운 설계 패러다임을 제시한 것”이라고 설명했다. 연구 결과는 세계적인 재료과학 저널 Advanced Materials에 6월 1일 자로 온라인 게재됐다.

수소는 우주에서 가장 흔한 물질이다. 그런 만큼 우주에 있는 별의 주요 구성 성분 역시 수소다. 별은 이 수소를 핵융합 연료로 사용해 막대한 에너지를 방출하면서 밝게 빛난다. 하지만 이와 같은 자연법칙에도 예외는 있게 마련이다. 최근 중국 과학자들은 수소 대신 헬륨으로 구성된 매우 특이한 별을 발견했다. 연구팀이 처음에 포착한 것은 밀리세컨드 펄서였다. 펄서는 태양보다 훨씬 무거운 별이 초신성 폭발로 최후를 맞이한 후 남긴 잔해들이 뭉쳐져 만들어진 중성자별의 일종이다. 중성자별 가운데 아주 빠르게 자전하면서 규칙적으로 에너지를 내뿜는 경우 펄서로 분류된다. 그리고 이 중에서도 자전 속도가 매우 빨라 1초보다 짧은 밀리세컨드 단위일 경우 밀리세컨드 펄서로 부른다. 2020년 발견된 ‘PSR J1928+1815’ 역시 이런 밀리세컨드 펄서 중에 하나다. 하지만 과학자들은 이 펄서가 혼자가 아닌 쌍성계라는 사실을 알아내고 추가 관측을 진행했다. 중국의 500m 구면 전파망원경으로 PSR J1928+1815를 4년간 관측한 결과 아직 죽지 않은 동반성의 질량은 태양의 1~1.6배 정도였으며 태양과 수성보다 50배 더 가까운 거리에서 3.6시간을 주기로 펄서와 함께 공전하고 있었다. 하지만 정말 놀라운 것은 이 동반성의 구성 물질이었다. 왜냐하면 수소가 아닌 헬륨으로 이뤄진 별이었기 때문이다. 매우 가까운 거리에서 강력한 에너지를 내뿜는 펄서가 공전한 결과 동반성이 표면에 있던 가벼운 수소를 거의 다 날려 보낸 것이 원인으로 생각된다. 수소가 없으면 핵융합 반응이 멈출 것 같지만, 사실 헬륨만 있어도 핵융합 반응은 가능하다. 헬륨을 탄소나 산소 같은 더 무거운 원소로 만드는 헬륨 핵융합 반응이 일어나기 때문이다. 중심부에 수소가 고갈되고 무거운 헬륨에 가득 찬 나이 든 별에서는 헬륨 핵융합이 흔한 일이지만, 이렇게 수소층이 모두 벗겨져 헬륨만 남은 별에서 헬륨 핵융합 반응이 일어나는 것은 처음 관측되는 일이다. 하지만 이 별도 결국은 최후를 맞이하게 된다. 미래에는 결국 중심부 헬륨이 모두 고갈되고 산소와 탄소가 중심부에 쌓이게 되는데, 현재 질량으로는 더 무거운 원소로 핵융합 반응을 일으킬 수 없기 때문이다. 결국 최종적으로는 헬륨도 날려 보내고 남은 산소와 탄소가 뭉쳐 백색왜성이 될 것으로 보인다. 따라서 이 쌍성계는 먼 미래 중성자별-백색왜성 쌍성계가 될 것으로 예측된다.

건강을 위한 장거리 달리기가 오히려 대장암 위험을 높일 수 있다는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 2일(현지시간) 영국 데일리메일에 따르면 미국 워싱턴 D.C.의 암 전문의들이 발표한 이번 연구는 35~50세 사이의 초장거리 마라톤 주자 100명을 대상으로 진행됐다. 연구는 2022년 10월부터 2024년 12월까지 진행됐다. 참여 기준은 50㎞ 이상 초장거리 마라톤을 2회 이상, 또는 42.2㎞ 풀코스 마라톤을 5회 이상 완주한 이력이다. 평균 연령은 42세였고, 55%는 여성이었다. 참가자 대부분은 매주 20~40마일(약 32~64㎞)을 달린다고 응답했다. 조사 결과 대상자의 41%가 대장암의 전조로 알려진 선종을 가지고 있었으며, 이 중 15%는 암으로 발전 가능성이 높은 진행성 선종을 앓고 있었다. 특히 이들 중 절반 이상은 직장 출혈 등 명백한 증상을 경험하고 있었음에도 진료를 받지 않았다. 연구를 이끈 조지워싱턴대 암센터의 의학 종양학자 티머시 캐넌 박사는 “검진 대상 연령이 아닌 30~40대에서도 선종이 발견되는 빈도가 높아 놀랐다”며 “직장 출혈이나 복통, 소화 장애 같은 증상이 반복된다면 나이와 관계없이 대장내시경 검사를 고려해야 한다”고 말했다. 해당 연구는 대장암 발병의 주요 지표로 알려진 선종의 빈도 외에도, 장시간 달리기로 인한 대장 혈류 감소가 암 위험 증가와 연관될 가능성을 제기하고 있다. 캐넌 박사는 “달리는 동안 혈류가 다리로 집중되면서 대장 세포에 산소 공급이 줄어들고, 이 과정에서 세포 괴사와 돌연변이 위험이 증가할 수 있다”고 설명했다. 장기적 세포 손상이 결국 암으로 이어질 수 있다는 것이다. 연구팀은 또한 참가자 대부분이 경기 중 섭취하는 에너지 젤, 바 등 고도로 가공된 식품의 영향을 주목했다. 이들 제품은 이전 연구에서 대장암 위험 인자로 지목된 바 있다. 미국암학회는 올해 미국 내 대장암 신규 환자가 15만 4000명을 넘어설 것으로 예상하며, 이 중 약 2만 명은 50세 미만으로 추정된다. 특히 20~34세 연령층의 대장암 진단은 2010년 대비 90% 이상 증가할 것으로 보이며, 10대에서도 발병률이 5배 급증한 상태다. 캐넌 박사는 “젊고 채식 위주 식단에 운동까지 꾸준히 하던 마라톤 참가자 중에도 암이 발견된 사례가 여러 건 있었다”며 “젊다고 안심하지 말고, 경고 신호가 있다면 적극적으로 검사를 받아야 한다”고 덧붙였다.

생애 초기 체질량 지수(BMI)가 클수록 대장암 발병의 위험이 커진다는 해외 연구 결과가 나왔다. 지난달 28일(현지 시각) 네덜란드 바헤닝언 대학교 소속 연구팀은 국제 암 저널(The International Journal of Cancer)에 ‘생애 초기 신체 측정법과 성인기 대장암 발병 위험’이라는 제목의 연구 논문을 게재하고 이같이 밝혔다. 연구팀은 연구 결과 “출생 시 몸무게가 높거나 유년기·청소년기·청년기에 BMI가 높다면 대장암 발병 위험이 증가하는 것으로 나타났다”며 주의를 당부했다. 연구팀은 세계암연구기금(WCRF)에서 25세 이하 연령대를 대상으로 식단·영양·신체활동·체중 등과 암 위험 사이의 연관성을 분석한 연구 37개를 종합·분석했다. 연구 대상자를 유년기(2~9세), 청소년기(10~19세), 청년기(18~25세) 등 세 구간으로 나누어 분석한 결과, 25세 이하 시절 BMI와 대장암 발병 위험 사이에 유의미한 연관성이 발견됐다. 청년기에는 BMI가 5㎏/㎡ 늘어날 때마다 대장암 발병 위험이 12% 증가하는 것으로 나타났다. 같은 조건에서 청소년기에는 대장암 발병 위험이 최대 18%까지 커졌다. 유년기 역시 과체중일 경우 정상 체중일 때보다 암 발병 위험이 19% 더 컸다. 출생 시 체중과 대장암 발병 위험 간의 연관성도 밝혀졌다. 연구 대상에 포함된 8134명의 대장암 환자를 살펴본 결과, 출생 시 체중이 1㎏ 증가하면 대장암 발병 위험도 9% 늘어났다. 이를 토대로 연구팀은 어릴 때 체중 및 BMI 수치가 높을수록 대장암 위험도 덩달아 커진다는 결론을 내렸다. 연구팀은 생애 초기의 체중·키 등 신체 측정값이 대장암 발병과 어떤 관련이 있는지를 밝혀냈다는 점에 의미를 뒀다. 연구팀은 이번 결과에 대해 “생애 초기의 몸 상태가 대장암 위험과 연관이 있다는 점을 시사한다”면서 “대장암 예방을 위한 생활 습관 권장 사항을 수립할 때 도움이 될 것”이라고 평했다. BMI는 체중(㎏)을 키(m)의 제곱으로 나눠 계산한다. 일반적으로 이 수치가 18.5~23.0㎏/㎡일 때 정상 체질량으로 판단한다. 이보다 낮으면 저체중, 높으면 과체중이다. 25.0㎏/㎡를 넘어선다면 비만으로 볼 수 있다. 성장기에 체중을 조절할 때는 식사량을 극단적으로 줄이는 것보다 균형 잡힌 식단을 구성하는 데 집중해야 한다. 당과 포화지방이 많은 음식을 멀리하고, 식이섬유질이나 비타민 등 영양소가 풍부한 것 위주로 섭취하는 게 효과적이다.

비만이 성인 당뇨와 심장질환, 대사 질환 등을 유발하는 것은 잘 알려졌지만, 뇌 건강에 미치는 영향에 관해서는 명확히 밝혀지지 않고 있다. 그런데, 비만이 불안감을 높이고 인지기능을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다는 사실이 밝혀져 눈길을 끈다. 미국 조지아주립대 영양학과 연구팀은 비만이 장내 미생물 군집과 숫자에 영향을 미쳐 불안 유사 증상, 뇌 신호 전달의 변화, 뇌 기능 장애를 일으킬 수 있다는 사실을 규명했다고 2일 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난 5월 31일부터 오는 3일까지 미국 플로리다주 올랜도에서 열리는 미국 영양학회 연례 콘퍼런스 ‘NUTRITION 2025’에서 발표됐다. 연구팀은 수컷 생쥐 32마리를 두 집단으로 나눠, 사람으로 치면 청소년기부터 초기 성인기에 해당하는 기간인 약 15주 동안 한 쪽에는 저지방식이나 일상적 음식을, 다른 쪽에는 기름기 많고 달고, 열량이 높은 고지방식을 제공했다. 예상한 것처럼 고지방식을 섭취한 생쥐는 저지방식을 섭취한 쥐에 비해 체중과 체지방이 두 배 넘게 증가했다. 연구팀은 행동 실험을 실시한 결과, 비만 쥐가 마른 쥐에 비해 얼어붙기 행동을 더 많이 보인 것으로 나타났다. 얼어붙기 행동은 불안을 느끼거나 위협으로 인식되는 상황에 대해 쥐가 보이는 방어적 행동 패턴이다. 대사 조절에 관여하는 뇌 영역인 시상하부에서 서로 다른 신호 전달 패턴을 보여 인지 장애와 가까운 증상을 보였다. 이런 행동은 고지방식이 장내 미생물에 영향을 미쳐 뇌 인지 기능에도 작용하기 때문이라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 데지레 원더스 교수는 “이번 연구 결과는 비만이 장 건강에 영향을 미쳐, 불안 유사 행동과 뇌 기능 장애를 유발한다는 점을 보여준다”며 “식습관이 신체적, 정신적 건강 모두에 중요한 역할을 한다는 점을 시사하는 것”이라고 말했다. 원더스 교수는 “환경적 요인, 유전, 생활 방식 선택, 사회경제적 상황도 비만과 그와 관련한 건강 결과의 위험에 영향을 미친다”며 “비만 관련 인지 장애와 정신 건강 문제를 이해하고 해결하기 위한 더 광범위하고 다요인적인 접근법의 맥락에서 고려되어야 한다”고 덧붙였다.

국내 연구진이 식물의 탄소 흡수 작용을 시간 단위로 정밀하게 예측할 수 있는 인공지능(AI) 기반 분석 기술을 개발했다. 과학적 기후 변화 대응과 탄소중립 정책 마련에 도움이 될 것으로 기대된다. 1일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 임정호 지구환경도시건설공학과 교수팀이 정지궤도 기상위성의 고빈도 복사·기상 자료를 AI에 학습시켜 총일차생산량을 1시간 단위로 추정하는 모델을 개발했다. 총일차생산량은 광합성에서 식물이 실제로 흡수한 탄소량을 나타내는 지표로 생태계의 탄소 제거량을 수치화할 때 사용한다. 이 모델은 히마와리-8 정지궤도 위성의 10분 간격 관측 자료를 활용해 총일차생산량을 1시간 단위로 정밀하게 예측한다. 제1저자 배세정 연구원은 “기존 극궤도 위성은 하루 1∼4회만 관측할 수 있어 시간대별 광환경 변화를 반영하기 어려웠지만, 이 모델은 더 촘촘한 시간 해상도를 토대로 광합성 반응의 변화를 정확히 추정할 수 있다”고 설명했다. 이 모델에는 다양한 기상 자료와 함께 대기 중 에어로졸이 햇빛을 얼마나 흡수하거나 산란시키는지를 나타내는 ‘에어로졸 광학두께’(AOD)가 활용됐다. AOD는 미세먼지와 같은 입자상 물질의 농도를 간접적으로 반영하는 위성 관측 지표로 햇빛의 세기와 성질에 영향을 줘 광합성 조건을 바꾼다. 연구팀은 AI가 어떤 정보를 바탕으로 예측했는지를 확인하려고 설명 가능한 AI 기법을 이용했다. 분석 결과 AOD는 아침과 저녁 시간대 광합성량 예측에 가장 큰 영향을 미치는 변수로 나타났다. 이는 태양 고도가 낮을수록 산란광 비중이 커지고, 그에 따라 식물의 광합성 반응이 민감하게 달라지는 경향을 반영한 결과로 풀이된다. 임정호 교수는 “2㎞ 공간 해상도에서 동아시아 지역을 대상으로 하루 동안의 탄소 흡수 반응을 시계열로 추정할 수 있다”며 “생태계 탄소 흐름 분석, 식생 반응 감시, 광환경 기반 탄소모델링 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 원격 탐사 분야 국제 학술지인 ‘환경원격탐사’(Remote Sensing of Environment)에 1일 게재됐다. 연구는 환경부 한국환경산업기술원, 국토교통부 국토교통과학기술진흥원 등의 지원을 받았다.

나무늘보는 느린 동물의 대명사다. 심지어 영어 명칭인 슬로스(sloth) 역시 나태하다는 뜻을 지니고 있다. 하지만 절대 게으른 동물은 아니다. 그보다는 환경에 극도로 적응을 잘한 동물에 속한다. 이들이 움직임이 느린 것은 대사량이 적고 근육량도 적기 때문으로 먹이를 구하기 힘든 환경에 잘 적응한 결과다. 나무 위에 살기 때문에 영양가 낮은 나뭇잎만 먹고사는데 아예 여기에 잘 적응해 거의 움직이지 않게 진화한 것이다. 하지만 아무리 영양가가 낮더라도 많이 먹어서 보충할 수 있지 않으냐고 반문할 수도 있다. 기린 역시 몸집이 크지만 나뭇잎을 주로 먹고 산다. 사실 나무늘보의 친척 가운데는 기린이나 코끼리 같은 생활 방식을 선택한 이들도 있었다. 1만 2000년 전까지 신대륙을 활보했던 거대 땅늘보인 메가테리움 (Megatherium)이 대표적이다. 지금의 나무늘보를 보면 상상이 되지 않을 수도 있지만, 메가테리움은 몸무게가 최대 4t에 몸길이도 6m에 달해 두 발로 서면 높은 가지에도 쉽게 닿을 수 있었다. 그리고 손에는 크고 날카로운 발톱이 있어 큰 나뭇가지도 쉽게 꺾어 잎을 먹을 수 있었다. 엄청난 몸집과 날카로운 발톱을 지닌 메가테리움을 보면 이런 동물이 멸종하고 나무늘보가 살아남았다는 사실이 의외로 다가온다. 하지만 물론 여기에는 그럴 만한 이유가 있다. 미국 플로리다 자연사 박물관의 레이첼 나두치가 이끄는 연구팀은 박물관 17곳에서 보관 중인 화석 400여 개에서 DNA를 추출해 땅늘보와 나무늘보의 진화 과정을 조사해 늘보의 크기를 조절한 인자를 밝혀냈다. 연구팀 분석으로는 늘보의 조상은 3700만 년 전 아르헨티나에서 살았던 슈도글리토돈(Pseudoglyptodon)라는 큰 개 크기의 동물이었다. 이들은 수십 종에 달하는 땅늘보와 나무늘보로 진화했는데, 아무래도 땅에 사는 땅늘보의 몸집이 훨씬 컸다. 땅늘보의 대명사는 앞서 소개한 메가테리움이다. 이들은 대략 500만 년 전 남미에서 진화한 후 남미 대륙이 북미와 연결된 이후에는 북미까지 퍼져 나갔다. 연구팀은 메가테리움 같은 대형 땅늘보가 몸집을 키운 것은 당시 넓은 초원과 추운 환경에 적응한 결과라고 분석했다. 초원에서 먼 거리를 이동하면서 먹이를 구할 때 큰 몸집은 많은 장점이 있다. 그리고 높이 있는 나뭇잎처럼 다른 동물은 접근하기 힘든 먹이도 쉽게 구할 수 있다. 마지막으로 큰 몸집은 피할 곳이 마땅치 않은 초원에서 몸을 지킬 수 있는 든든한 무기다. 이런 점에서 메가테리움은 오늘의 코끼리와 몸집만 비슷한 게 아니라 생태적 지위도 비슷했음을 짐작할 수 있다. 연구팀은 여기에 더해 기후도 큰 영향을 미쳤다고 분석했다. 메가테리움과 다른 땅늘보들은 여러 차례의 빙하기와 간빙기를 거쳤는데, 날씨가 추워지면 몸집에 커지는 경향을 보였다. 큰 몸집은 상대적 표면적을 줄여 체온을 유지하는 데 유리하다. 하지만 이렇게 천적이 없을 것 같았던 메가테리움은 인간이 신대륙에 들어온 후인 1만 2000년쯤 갑자기 사라진다. 급격한 기후 변화와 인간의 사냥이 주된 이유로 지목되지만, 정확한 이유는 아직 모른다. 우리가 분명하게 알고 있는 사실은 현재 살아남은 생존자가 가장 작고 느린 나무늘보라는 사실이다. 느리지만 그만큼 적게 먹어 먹이가 떨어질 걱정이 없고 몸집이 작아 나무에 숨어 지내기도 적합한 나무늘보는 크고 힘센 사촌들이 모두 사라진 후에도 살아남았다. 나무늘보는 크고 힘센 것만이 전부가 아니라는 자연의 지혜를 우리에게 가르쳐 주는 존재일지도 모른다.

나무늘보는 느린 동물의 대명사다. 심지어 영어 명칭인 슬로스(sloth) 역시 나태하다는 뜻을 지니고 있다. 하지만 절대 게으른 동물은 아니다. 그보다는 환경에 극도로 적응을 잘한 동물에 속한다. 이들이 움직임이 느린 것은 대사량이 적고 근육량도 적기 때문으로 먹이를 구하기 힘든 환경에 잘 적응한 결과다. 나무 위에 살기 때문에 영양가 낮은 나뭇잎만 먹고사는데 아예 여기에 잘 적응해 거의 움직이지 않게 진화한 것이다. 하지만 아무리 영양가가 낮더라도 많이 먹어서 보충할 수 있지 않으냐고 반문할 수도 있다. 기린 역시 몸집이 크지만 나뭇잎을 주로 먹고 산다. 사실 나무늘보의 친척 가운데는 기린이나 코끼리 같은 생활 방식을 선택한 이들도 있었다. 1만 2000년 전까지 신대륙을 활보했던 거대 땅늘보인 메가테리움 (Megatherium)이 대표적이다. 지금의 나무늘보를 보면 상상이 되지 않을 수도 있지만, 메가테리움은 몸무게가 최대 4t에 몸길이도 6m에 달해 두 발로 서면 높은 가지에도 쉽게 닿을 수 있었다. 그리고 손에는 크고 날카로운 발톱이 있어 큰 나뭇가지도 쉽게 꺾어 잎을 먹을 수 있었다. 엄청난 몸집과 날카로운 발톱을 지닌 메가테리움을 보면 이런 동물이 멸종하고 나무늘보가 살아남았다는 사실이 의외로 다가온다. 하지만 물론 여기에는 그럴 만한 이유가 있다. 미국 플로리다 자연사 박물관의 레이첼 나두치가 이끄는 연구팀은 박물관 17곳에서 보관 중인 화석 400여 개에서 DNA를 추출해 땅늘보와 나무늘보의 진화 과정을 조사해 늘보의 크기를 조절한 인자를 밝혀냈다. 연구팀 분석으로는 늘보의 조상은 3700만 년 전 아르헨티나에서 살았던 슈도글리토돈(Pseudoglyptodon)라는 큰 개 크기의 동물이었다. 이들은 수십 종에 달하는 땅늘보와 나무늘보로 진화했는데, 아무래도 땅에 사는 땅늘보의 몸집이 훨씬 컸다. 땅늘보의 대명사는 앞서 소개한 메가테리움이다. 이들은 대략 500만 년 전 남미에서 진화한 후 남미 대륙이 북미와 연결된 이후에는 북미까지 퍼져 나갔다. 연구팀은 메가테리움 같은 대형 땅늘보가 몸집을 키운 것은 당시 넓은 초원과 추운 환경에 적응한 결과라고 분석했다. 초원에서 먼 거리를 이동하면서 먹이를 구할 때 큰 몸집은 많은 장점이 있다. 그리고 높이 있는 나뭇잎처럼 다른 동물은 접근하기 힘든 먹이도 쉽게 구할 수 있다. 마지막으로 큰 몸집은 피할 곳이 마땅치 않은 초원에서 몸을 지킬 수 있는 든든한 무기다. 이런 점에서 메가테리움은 오늘의 코끼리와 몸집만 비슷한 게 아니라 생태적 지위도 비슷했음을 짐작할 수 있다. 연구팀은 여기에 더해 기후도 큰 영향을 미쳤다고 분석했다. 메가테리움과 다른 땅늘보들은 여러 차례의 빙하기와 간빙기를 거쳤는데, 날씨가 추워지면 몸집에 커지는 경향을 보였다. 큰 몸집은 상대적 표면적을 줄여 체온을 유지하는 데 유리하다. 하지만 이렇게 천적이 없을 것 같았던 메가테리움은 인간이 신대륙에 들어온 후인 1만 2000년쯤 갑자기 사라진다. 급격한 기후 변화와 인간의 사냥이 주된 이유로 지목되지만, 정확한 이유는 아직 모른다. 우리가 분명하게 알고 있는 사실은 현재 살아남은 생존자가 가장 작고 느린 나무늘보라는 사실이다. 느리지만 그만큼 적게 먹어 먹이가 떨어질 걱정이 없고 몸집이 작아 나무에 숨어 지내기도 적합한 나무늘보는 크고 힘센 사촌들이 모두 사라진 후에도 살아남았다. 나무늘보는 크고 힘센 것만이 전부가 아니라는 자연의 지혜를 우리에게 가르쳐 주는 존재일지도 모른다.

“콩 한 쪽도 나눠 먹는다”라는 우리 속담이 있다. 콩처럼 작은 것 하나도 나눠 먹는다는 것은 서로 돕고 어려울 때 서로에게 힘이 된다는 의미다. 그렇지만, 실제로 자기가 독차지할 수 있는 상황이거나 어려운 상황에서 다른 사람과 음식이나 물건을 나눈다는 것은 쉽지 않은 일이다. 그런데, 최근 과학자들이 바다의 무법자 상어들도 먹이를 독차지하지 않고 나눈다는 사실을 발견해 눈길을 끈다. 미국 하와이대 해양 생물학 연구소, 호놀룰루 종 보존 연구 프로그램(PSP) 공동 연구팀은 난폭하기로 유명한 큰지느러미흉상어(Oceanic whitetip shark)와 뱀상어(tiger shark)가 먹잇감을 사이좋게 나눠 먹는 모습을 관찰했다고 31일 밝혔다. 이 연구 결과는 해양학 분야 국제 학술지 ‘최신 어류 과학’(Frontiers in Fish Science) 5월 29일 자에 실렸다. 큰지느러미흉상어는 평균 길이가 2m에 달하는 멸종 위기종 상어다. 다른 상어들과 어울리지 않는 독립적 성향을 띠며, 이동성이 높고 먼바다에서 주로 생활하기 때문에 연구가 쉽지 않다. 봄이나 여름철에 하와이 빅 아일랜드에서 발견되기도 한다. 또 뱀상어는 평균 3~4m까지 자라는 종으로 1년 내내 하와이 빅 아일랜드 인근에서 서식한다. 그래서 두 종이 시간적으로나 공간적으로 겹치는 경우는 매우 드물다. 연구팀은 2024년 4월 빅 아일랜드 서쪽 해안에서 약 10㎞ 떨어진 지역에서 심하게 부패한 동물 사체를 발견했는데, 그 주변에 큰지느러미흉상어 9마리, 뱀상어 5마리를 목격했다. 크기도 작고 심하게 부패한 사체를 뜯어 먹는 모습이 관찰됐는데, 같은 종의 상어끼리는 물론 서로 다른 종의 상어끼리도 어떤 적대적 행동 없이 먹잇감을 먹는 모습이 관찰됐다. 또 일부 상어들은 수면으로 뜬 사체 찌꺼기를 먹는 모습도 보였다. 이에 대해 상어들이 종과 크기 등이 달라도 사회적 위계를 정확히 인식하기 때문에 다툼이 벌어지지 않는 것일 수 있다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 몰리 스콧 하와이대 박사는 “이번 연구는 서식하는 환경이 완전히 다른 두 종의 상어가 평화롭게 사체를 처리하는 모습을 관찰한 첫 연구”라며 “보통 대양에서 사는 상어들은 사람을 잡아먹는 식인 상어라는 인식이 강하지만 실제로는 청소부 역할이 더 크다는 것을 확인할 수 있었다”라고 말했다.

경북도의회 행정보건복지위원회(위원장 권광택)는 지난 29일 안동문화예술의전당 국제회의장에서 ‘경북도 신중년 여성 정책의 발전과 실천과제 정책토론회’를 개최했다. 이날 토론회는 경북도의회 행정보건복지위원회가 주관해, 권광택 위원장을 비롯해 행정보건복지위원회 황재철 의원, 관계 공무원, 신중년 여성 당사자 및 관련 전문가, 도민 등 100여명이 참석한 가운데 생애 전환기를 맞이한 신중년 여성의 삶의 질 향상과 사회 참여 확대를 위한 정책 방안을 모색하고자 마련되었다. 권광택 위원장(안동)은 개회 인사말에서 “신중년 여성은 가정과 사회를 지탱해 온 중추적 존재이자, 경북의 인적 자원으로서 잠재력이 크다”라며 “그러나 이들에 대한 정책적 관심과 지원은 아직 미흡한 수준으로, 경북도만의 특성과 여건을 반영한 실천 가능한 정책 마련이 절실하다”고 강조했다. 이어 “이번 토론회를 통해 다양한 의견을 수렴하고 실효성 있는 정책을 발굴하는 계기로 삼겠다”고 밝혔다. 첫 번째 주제발표는 강소랑 서울시50플러스재단 정책연구팀장이 ‘서울시 중장년 정책사례’라는 주제로 서울시의 중장년 일자리 사업과 직업훈련, 창업 창직 지원 사업, 경력설계서비스 등 중장년을 위한 사업들을 소개했다. 두 번째 발표한 김성의 경북여성정책개발원 연구원의 ‘경북 신중년 여성 지역사회활동 활성화 방안’이란 주제로 경북도 신중년 여성 관련 정책과 현황 등을 분석하여 신중년 여성을 위한 지역사회 참여 체계를 마련할 것을 촉구했다. 이어 김지수 경남경영자총협회 기획총괄실장, 신봉천 경북도경제진흥원 일자리지원팀장, 박철훈 (사)지역과소셜비즈 대표이사, 황재철 의원 등 4명이 토론자로 참석한 가운데 좌장을 맡은 권광택 위원장의 진행으로 열띤 토론을 펼쳤다. 황재철 의원(영덕)은 “신중년 여성들에게 가장 절실한 것은 양질의 일자리이며, 그 기준은 결국 안정적인 소득”이라며 “이를 뒷받침할 수 있는 맞춤형 정책과 체계적인 연구가 시급하다”고 강조했으며 “각 지자체는 빠르게 변화하는 산업 생태계에 능동적으로 대응해, 시대적 흐름에 맞는 일자리 기반을 마련해야 한다”라고 덧붙였다. 이외에도 토론자들은 신중년 여성들이 생애주기별로 다양한 역할을 수행하고 있음에도, 이를 뒷받침할 정책과 맞춤형 지원이 여전히 부족하다고 지적했다. 서울시50플러스센터 사례처럼 지역사회와의 연계, 협동조합 창업 등에서 신중년 여성들의 활약이 두드러지며, 돌봄·디지털·문화 분야에 대한 관심도 높다는 점이 강조됐다. 연령대별로는 40대는 안정적인 소득 중심의 일자리를, 50대는 경력 재설계를, 60대는 건강을 고려한 유연한 근무를 선호하는 등 차별화된 접근이 필요하다는 분석도 제시됐다. 토론자들은 민간 중심의 지속가능한 일자리 확대와 창업 지원, 생활인구 유입을 위한 지자체의 실효성 있는 고용 정책이 시급하다고 입을 모았다. 권광택 위원장(안동)은 “이번 토론회를 통해 신중년 여성들이 처한 현실과 다양한 목소리를 깊이 있게 들을 수 있었다”라며 “현장의 생생한 의견을 바탕으로 경북의 특성과 여건에 맞는 실질적이고 지속가능한 정책 마련에 힘쓰겠다”고 밝혔다.

학창 시절에는 운동을 잘하는 학생이 친구들에게 부러움의 대상이 된다. 운동을 잘하고 못하는 것은 많은 사람이 유전 때문으로 알고 있는데, 실제론 그렇지 않다는 재미있는 연구 결과가 나와 눈길을 끈다. 일본 나고야 난잔대 체육교육 연구센터, 도호쿠대 스마트 에이징 연구 센터 공동 연구팀은 자기 운동 능력에 대한 인식은 성격, 가족 특성, 여가 활동, 타인의 인식 등 여러 내·외 요인의 영향을 받는다고 30일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’ 5월 29일 자에 실렸다. 자신의 운동 능력에 대한 자아 인식은 체육 활동에 참여하려는 동기에 영향을 미친다. 실제로 아동, 청소년에게 자신의 운동 능력에 대한 인식은 각종 신체 활동 참여뿐만 아니라 궁극적으로는 건강과 학업 성취에까지 영향을 미친다. 실제 운동 능력과는 별개로 자신이 운동을 못 한다고 생각하는 사람은 신체 활동을 피하게 되고, 운동을 더 못하게 된다는 말이다. 그런데, 운동 능력에 대한 정의가 모호하고, 자신의 운동 능력에 대한 인식과 관련된 요인들에 관한 연구는 거의 없었다. 이에 연구팀은 406명의 남녀 대학생을 대상으로 운동 능력에 대한 자아 인식을 조사했다. 실험 참가자들은 축구, 배구, 농구 등 11개 스포츠에 대해 자기 신체 능력에 대한 감각을 평가하는 설문 조사를 작성했다. 또 성격과 가족 배경, 신체 활동 이력도 조사했다. 연구 결과, 자기가 다른 사람보다 운동을 잘한다고 스스로 생각하는 학생들은 끈기, 회복력, 계속 성장할 수 있다는 잠재력인 성장 마인드 셋 점수가 높은 것으로 나타났다. 이 학생들은 형제자매 중 막내인 경우가 많았고, 다른 사람들에게 “운동 능력이 뛰어나다”라는 말을 자주 들었고, 처음 걷기 시작한 시기도 빠른 편에 속했다. 또 각종 체육 활동 참여 경험이 많았고, 부모의 가계 소득이 더 높았으며, 부모가 운동선수인 경우도 많았다. 본인이 운동을 잘한다고 생각한 학생들은 온라인 게임이나 음악 같은 다른 여가 활동 참여도나 관심은 낮은 것으로 나타났다. 연구를 이끈 쇼 이토 난잔대 교수는 “이번 연구는 주관적 운동 능력 인식이 스포츠 경험뿐만 아니라 성격 특성, 유아기 환경, 가족 배경에 의해 형성된다는 것을 보여준다”며 “형제자매 중 막내가 운동 능력에 자신감을 보이는 이유는 나이 많은 형제자매들이 운동하는 것을 보고 따라 하기 때문일 것”이라고 말했다.

전기차 시대를 연 일등공신은 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 과거 사용되던 납 축전지에 비해 에너지 밀도가 매우 높고 상대적으로 가벼우며 자가 방전이 일어나는 정도도 작아 전자기기는 물론 자동차용으로 적합합니다. 여기에 전고체 배터리 같은 차세대 배터리가 상용화되면 내연기관에서 전기차로의 전환은 가속도가 붙을 것으로 예상되고 있습니다. 하지만 차세대 전고체 배터리로도 전기 비행기 상용화는 쉽지 않을 것으로 보고 있습니다. 실용적인 전기 비행기 개발을 위해서는 배터리의 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상 되어야 하는데, 현재 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 300Wh/kg 이내이고 전고체 배터리도 500Wh/kg 정도를 예측하고 있기 때문입니다. 따라서 과학자들은 자동차를 외에 선박, 기차, 항공기, 트럭 등의 전동화를 위한 차세대 배터리 개발에 나서고 있습니다. 이런 시도들 가운데 하나가 금속 공기 전지입니다. 금속 금속 공기 전지 (metal air battery)는 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 형태의 배터리로 군용으로 상용화된 아연 공기 전지가 대표적 사례입니다. 금속 공기 전지는 음극 역할을 하는 금속과 반응이 일어나는 부분만으로 구성되어 있어 에너지 밀도가 높으며 양극인 공기 중 산소와 분리된 덕분에 화재 위험성이 낮습니다. 따라서 전기 비행기에 필요한 1000Wh/kg 이상의 높은 에너지 밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다. 하지만 전기를 내놓는 산화 과정과 달리 충전하는 환원 과정이 쉽지 않아 사실상 일차전지로 사용해야 하기 때문에 널리 쓰이지 못하고 있습니다. MIT의 옛-밍 치앙 교수 연구팀은 일반적으로 사용되는 아연이나 리튬보다 훨씬 구하기 쉬운 소듐 (나트륨)을 이용한 소듐 공기 전지 프로토타입을 개발해 에너지 관련 학술지인 줄 (Joule)에 발표했습니다. 소듐은 소금을 통해 매우 쉽게 구할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받는 물질입니다. 기본적으로 소듐 이온 배터리 형태로 개발이 한창이고 상용화가 시작된 상황이지만, 연구팀은 소듐이 금속 공기 전지 소재로도 유망하다고 보고 연구를 진행했습니다. 연구팀이 개발한 프로토타입은 사실 이차 전지보다는 연료 전지에 가까운 형태입니다. 공기와 액체 소듐이 전지 역할을 하고 그 사이에 있는 고체 세라믹 층이 전해질과 같은 역할을 담당합니다. 투명한 H 형 튜브 안에는 산소를 공급하는 공기와 가열해 액체 상태로 만든 소듐 사이에 다공성 공기 전극과 세라믹 층으로 존재합니다. (사진) 물론 중요한 것은 이런 기술적인 내용보다 에너지 밀도입니다. 연구팀에 따르면 이 프로토타입의 에너지 밀도는 1,700Wh/kg에 달합니다. 하지만 그렇다고 해서 곧 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 건 아닙니다. 기존의 금속 공기 전지와 마찬가지로 연구팀이 개발한 소듐 공기 전지 역시 방전 후 충전이 쉽지 않다는 한계가 있습니다. 따라서 카트리지 형태로 교체하는 방안을 생각하고 있습니다. 소듐은 쉽게 구할 수 있는 물질인 만큼 소듐 카트리지를 새로 교체해 1차 전지처럼 사용하는 것입니다. 하지만 궁극적으로는 리튬 이온 배터리처럼 충방전이 쉬우면서 에너지 밀도까지 높은 차세대 금속 공기 배터리 개발이 모든 배터리 개발자의 목표일 것입니다. 이를 위해 MIT뿐 아니라 우리나라를 포함한 세계 각국의 과학자들이 연구에 몰두하고 있습니다. 누가 가장 먼저 실용적인 차세대 금속 공기 전지 개발에 성공하게 될지 궁금합니다.

전기차 시대를 연 일등공신은 리튬 이온 배터리입니다. 리튬 이온 배터리는 과거 사용되던 납 축전지에 비해 에너지 밀도가 매우 높고 상대적으로 가벼우며 자가 방전이 일어나는 정도도 작아 전자기기는 물론 자동차용으로 적합합니다. 여기에 전고체 배터리 같은 차세대 배터리가 상용화되면 내연기관에서 전기차로의 전환은 가속도가 붙을 것으로 예상되고 있습니다. 하지만 차세대 전고체 배터리로도 전기 비행기 상용화는 쉽지 않을 것으로 보고 있습니다. 실용적인 전기 비행기 개발을 위해서는 배터리의 에너지 밀도가 1000Wh/kg 이상 되어야 하는데, 현재 주로 사용되는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 300Wh/kg 이내이고 전고체 배터리도 500Wh/kg 정도를 예측하고 있기 때문입니다. 따라서 과학자들은 자동차를 외에 선박, 기차, 항공기, 트럭 등의 전동화를 위한 차세대 배터리 개발에 나서고 있습니다. 이런 시도들 가운데 하나가 금속 공기 전지입니다. 금속 금속 공기 전지 (metal air battery)는 금속과 공기를 전지의 음극과 양극으로 사용하는 형태의 배터리로 군용으로 상용화된 아연 공기 전지가 대표적 사례입니다. 금속 공기 전지는 음극 역할을 하는 금속과 반응이 일어나는 부분만으로 구성되어 있어 에너지 밀도가 높으며 양극인 공기 중 산소와 분리된 덕분에 화재 위험성이 낮습니다. 따라서 전기 비행기에 필요한 1000Wh/kg 이상의 높은 에너지 밀도를 쉽게 달성할 수 있습니다. 하지만 전기를 내놓는 산화 과정과 달리 충전하는 환원 과정이 쉽지 않아 사실상 일차전지로 사용해야 하기 때문에 널리 쓰이지 못하고 있습니다. MIT의 옛-밍 치앙 교수 연구팀은 일반적으로 사용되는 아연이나 리튬보다 훨씬 구하기 쉬운 소듐 (나트륨)을 이용한 소듐 공기 전지 프로토타입을 개발해 에너지 관련 학술지인 줄 (Joule)에 발표했습니다. 소듐은 소금을 통해 매우 쉽게 구할 수 있어 차세대 배터리 소재로 주목받는 물질입니다. 기본적으로 소듐 이온 배터리 형태로 개발이 한창이고 상용화가 시작된 상황이지만, 연구팀은 소듐이 금속 공기 전지 소재로도 유망하다고 보고 연구를 진행했습니다. 연구팀이 개발한 프로토타입은 사실 이차 전지보다는 연료 전지에 가까운 형태입니다. 공기와 액체 소듐이 전지 역할을 하고 그 사이에 있는 고체 세라믹 층이 전해질과 같은 역할을 담당합니다. 투명한 H 형 튜브 안에는 산소를 공급하는 공기와 가열해 액체 상태로 만든 소듐 사이에 다공성 공기 전극과 세라믹 층으로 존재합니다. (사진) 물론 중요한 것은 이런 기술적인 내용보다 에너지 밀도입니다. 연구팀에 따르면 이 프로토타입의 에너지 밀도는 1,700Wh/kg에 달합니다. 하지만 그렇다고 해서 곧 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 건 아닙니다. 기존의 금속 공기 전지와 마찬가지로 연구팀이 개발한 소듐 공기 전지 역시 방전 후 충전이 쉽지 않다는 한계가 있습니다. 따라서 카트리지 형태로 교체하는 방안을 생각하고 있습니다. 소듐은 쉽게 구할 수 있는 물질인 만큼 소듐 카트리지를 새로 교체해 1차 전지처럼 사용하는 것입니다. 하지만 궁극적으로는 리튬 이온 배터리처럼 충방전이 쉬우면서 에너지 밀도까지 높은 차세대 금속 공기 배터리 개발이 모든 배터리 개발자의 목표일 것입니다. 이를 위해 MIT뿐 아니라 우리나라를 포함한 세계 각국의 과학자들이 연구에 몰두하고 있습니다. 누가 가장 먼저 실용적인 차세대 금속 공기 전지 개발에 성공하게 될지 궁금합니다.

한국인들은 자극적인 음식을 즐기는 것으로 유명하다. 최근에는 젊은 층에서는 ‘단짠’(달고 짠) 음식의 선호도도 상당히 높다. 그렇지만 이렇게 간이 강한 음식은 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 국내 연구진이 짠 음식이 뇌암을 유발할 수 있다는 사실을 분자 수준에서 밝혀내 눈길을 끈다. 카이스트 생명과학과, 한국화학연구원 신종바이러스융합연구단, 가톨릭대 서울성모병원 신경외과 공동 연구팀은 고염식이 장내 미생물 구성을 변화시키고, 이에 따라 증식한 미생물에 의해 분비되는 대사물질이 장내에 과도하게 축적돼 뇌종양을 악화시킨다는 사실을 규명했다고 1일 밝혔다. 이 연구 결과는 생의학 분야 국제 학술지 ‘실험 의학 저널’(Journal of Experimental Medicine)에 실렸다. 짜게 먹는 것이 건강에 도움이 되지 않는다는 점은 이미 잘 알려져 있다. 그런데, 짠 음식이 어떻게 건강에 악영향을 미치고, 암까지 발생시키는지에 관한 메커니즘은 정확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 생쥐에게 뇌종양을 일으킨 실험을 했다. 연구팀은 두 그룹으로 나눠 한쪽은 4주 동안 음식을 먹이고, 다른 쪽은 일반식을 섭취시켰다. 그 결과, 짠 음식을 먹은 생쥐들은 종양 크기가 커지고, 생존율도 크게 떨어지는 것이 관찰됐다. 연구팀은 항생제로 장내 미생물을 제거하거나, 무균 생쥐에게 고염식을 한 생쥐의 분변 미생물을 이식했을 때도 뇌종양 악화 반응이 확인됐다. 연구팀은 장내 미생물 중 ‘박테로이드 불가투스’가 고염식을 할 경우 증가하고, 이 균이 프로피오네이트라는 효소 물질의 발현을 증가한다는 사실을 발견했다. 짜게 먹은 생쥐의 장에서 프로피오네이트 농도가 비정상적으로 상승했고, 이 물질은 산소가 충분한데도 뇌종양 세포에 산소가 부족한 것처럼 인식하게 하는 ‘저산소유도인자-1알파’를 활성화했다. 이는 다시 형질전환성장인자-베타라는 물질을 증가시키고 제1형 콜라젠을 과도하게 생성해 종양 세포가 더 쉽게 퍼지고 악성도도 높아지게 했다. 연구팀은 이를 바탕으로 실제 뇌종양에서 악성도가 가장 심한 교모세포종 환자의 암세포 데이터 분석을 한 결과, 사람도 생쥐에서와 마찬가지 분자 메커니즘이 작동한다는 사실이 확인됐다. 이를 통해 짠 음식이 뇌종양에 왜 나쁘고, 무엇이 그 과정을 유도하며, 어떤 유전자와 단백질이 작용하는지를 밝혀냈다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 이흥규 카이스트 생명과학과 교수는 “이번 연구는 짠 음식 섭취가 장내 미생물 생태계를 바꾸고, 그렇게 생성된 대사산물이 뇌종양을 악화시킬 수 있음을 분자 수준에서 규명했다는 점에서 의미가 있다”며 “뇌종양 환자를 대상으로 한 식이 조절 연구와 장내 미생물 기반 치료 전략 개발에 도움을 줄 것”이라고 말했다.

고래는 바다에 사는 가장 큰 포유류이자, 현존하는 지구상 가장 큰 동물이기도 하다. 그러나 멸종 위기에 처해 있어 국제 포경위원회에서는 1985년부터 상업적으로 고래잡이를 금지하고 있다. 그런데도 암암리에 포경하는 나라들도 있다. 과거 인류는 기름과 고기를 얻기 위해 고래를 사냥했다. 그렇다면, 인류는 언제부터 고래를 사냥했을까. 스페인, 프랑스, 오스트리아, 스위스, 덴마크, 캐나다 6개국 17개 대학과 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 인류는 약 2만년 전부터 고래 뼈를 이용해 도구를 만들어 사용했다고 30일 밝혔다. 이번 연구에는 스페인 바르셀로나 자치대 환경과학기술 연구소, 칸타브리아대, 살라망카대, 오비에도대, 프랑스 파리 국립 자연사박물관, 보르도대, 몽펠리에대, 장 조레스 툴루즈대, 프랑슈 콩테대, 파리 사클레대, 오스트리아 빈대학, 빈 인간 진화·고고 과학 연구소, 스위스 뇌샤텔주 문화 유산·고고학부, 덴마크 코펜하겐대, 캐나다 브리티시 컬럼비아대 과학자들이 참여했다. 이 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 28일 자에 실렸다. 연구팀은 프랑스, 스페인과 접해 있는 비스케이 만 주변 유적지에서 발굴된 뼈 도구 83개와 스페인 산타카탈리나 동굴에서 발굴되니 뼈 90개에 대해 질량 분석법, 방사성 탄소 연대 측정법을 사용해 표본의 연대를 측정하고 분류해 분석했다. 그 결과, 뼈들은 최소 5종의 대형 고래의 것이며, 가장 오래된 것은 1만 9000~2만 년 전으로 거슬러 올라가는 것으로 밝혀졌다. 연구팀에 따르면 이는 인간이 고래 유해를 도구로 사용했다는 가장 오래된 증거다. 이번에 확인된 종은 향유고래, 대왕고래, 참고래, 북대서양긴수염고래, 수염고래 등이다. 이 고래 종들은 요즘에도 비스케이 만 주변에서 발견되고 있다. 또, 현재는 북태평양과 북극에서 간간이 볼 수 있는 회색 고래의 유해도 발견했다. 고래 뼈를 정밀 분석해 얻은 화학적 데이터에 따르면 오래전 고래의 먹이 습성은 현재 고래 종들과는 다른 것으로 조사됐다. 이는 시간이 변하면서 고래의 행동적, 환경적 변화를 의미한다. 연구를 이끈 장 마크 페티용 장 조레스 툴르즈대 교수는 “이번 연구는 해안 지역에서 초기 인류가 고래를 사용했던 방식에 대한 이해를 넓히는 동시에, 지난 2만년 동안 고래 생태계 변화에 대한 통찰을 제시한다”고 말했다.

혈액 부족 사태가 전 지구적인 문제로 떠오르고 있다. 미국 워싱턴대 조사 결과에 따르면 2019년 기준 전 세계 196개국 가운데 119개국이 혈액 부족 현상을 겪고 있다. 혈액 부족에 따른 출혈성 쇼크로 사망하는 사람도 연 200만명에 달한다. 급속한 고령화로 헌혈 인구는 줄어든 반면 수혈 수요는 늘었기 때문이다. 수요 대비 공급 혈액량 감소로 사회적 문제가 야기되자 세계 각국은 ‘혈액 주권’ 수호를 위한 인공혈액 개발에 공을 들이고 있다. 특히 전 세계적으로 보기 드문 저출생과 고령화 현상이 진행 중인 한국은 혈액 수급 해결이 그 어느 나라보다 시급한 상황이다. 하지만 인공혈액의 안전성 확보를 위해서는 생체 적합도를 높이는 기술이 관건이다. 그간 미국과 일본에서 관련 기술을 개발하려는 시도가 계속됐으나 번번이 한계에 부딪혔다. 그런데 최근 한국 과학자들이 ‘숨 쉬는 피 공장’이 되어줄 JAK3 넉아웃 미니돼지 생산에 세계 최초로 성공했다. 살아있는 ‘생체 재생 공장’ 미니돼지 개발인간 혈액, 미니돼지 생체 내에서 재생 한국생명공학연구원은 김선욱 박사 연구팀이 유전자 편집과 형질전환 기술을 이용해 안전한 혈액 공급을 위한 면역 결핍 미니돼지를 개발했다고 29일 밝혔다. 미니돼지는 체격이 큰 중대형 실험동물(중대동물)로, 혈액량이 많고 생리학적 특징이 인간과 유사해 인간의 혈액을 재생시키기 위한 최적의 동물로 평가된다. 미니돼지에 인간 세포와 같은 외부 세포를 이식해 재생을 유도하려면 일단 ‘거부반응’을 일으키지 않도록 ‘면역결핍 상태’로 만들어야 한다. 지난 10여년간 미국과 일본 등에서 인간의 유전질환인 ‘중증복합면역결핍’(SCID)의 원인 유전자 결손을 통해 면역결핍 미니돼지를 개발하려는 연구가 시도됐지만, 림프구(면역세포) 결핍 표현형만 보이는 단순 SCID 모델에 그쳐 한계가 있었다. SCID는 T세포나 B세포, NK세포 등 림프구의 기능 이상으로 인해 감염에 무방비 상태가 되는 유전적 장애로, JAK3(주로 백혈구 등 면역세포에서 발현되는 티로신 키나아제) 등 12개 이상의 유전자 돌연변이에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. “최초로 JAK3 유전자 제거한 중증복합면역결핍 모델 생산” 연구팀은 유전체 교정 기술인 ‘크리스퍼 카스9 유전자가위’(CRISPR-Cas9)를 활용, 미니돼지 최초로 JAK3 유전자를 결손 시킨 녹아웃(Knock-Out·제거) SCID 모델을 생산하는 데 성공했다. 기존 미니돼지와 달리 림프구 결핍은 물론 단핵구 감소·대식세포(외부 병원체를 잡아먹는 면역세포) 기능 저하와 같은 골수종 세포의 이상과 흉선 결손, 장 면역 손상 등 광범위하게 고도화된 면역결핍 특성을 나타냈다. SCID와 같은 희귀 난치질환 치료는 물론 고도의 면역결핍을 통해 세포·조직의 인간화가 가능한 생체 재생공장으로서의 미니돼지 모델 가능성을 제시했다. 연구팀을 이끈 김선욱 박사는 “사람의 혈액을 중대 동물의 생체 내에서 재생시키는 인공혈액 개발에 기여할 것”이라며 “면역결핍 미니돼지를 안정적으로 유지관리하고 활용할 수 있는 인프라 구축 등 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 한국 연구팀이 개발한 미니돼지가 살아있는 피 공장으로서 전 세계적 혈액 공급 부족 사태를 해결할 수 있을지 주목된다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘저널 오브 어드밴스드 리서치’(Journal of Advanced Research) 지난달 23일 자 온라인판에 실렸다.

고대 지구에는 바다를 지배하며 가장 강력한 해양 동물로 군림한 전설적인 포식자가 있었다. 바로 지금으로부터 약 2300만년 전에서 360만년 전까지 살았던 것으로 추정되는 이름부터 무시무시한 메갈로돈(megalodon)이다. 최근 독일 프랑크푸르트 괴테 대학 등 공동연구팀은 메갈로돈이 작은 어류까지 닥치는 대로 사냥했다는 새로운 내용의 연구 결과를 발표했다. 지금까지 전문가들은 메갈로돈이 자신의 덩치에 어울리는 고래 같은 대형 해양 포유류만 잡아먹었을 것으로 추정해왔다. 지금도 할리우드 영화의 단골 주인공으로 나오는 메갈로돈은 이름 그대로 ‘커다란(Megal) 이빨(odon)’이란 뜻이며, 길이 최대 20m, 몸무게는 50t에 달해 백상아리보다 3배는 더 큰 것으로 묘사됐다. 특히 메갈로돈은 거대한 덩치를 유지하기 위해 하루에 무려 10만㎉가 필요한데, 이를 충족하기 위해 유연한 포식자였을 가능성이 높다는 것이 연구팀의 결론이다. 연구팀은 메갈로돈의 식생활을 알아내기 위해 화석으로 남아있는 이빨을 연구 대상으로 삼았다. 이빨 속 아연(Zn)을 추출, 동위원소 비율을 분석해 이를 비슷한 시기의 가장 가까운 친척인 오토두스 추부텐시스와 현대 상어의 이빨을 비교해 먹이사슬을 재구성하는 방식이다. 아연은 생명체에 필수적이며 이빨 발달에 중요한 역할을 한다. 특히 이빨의 아연 동위원소 비율은 메갈로돈이 어떤 동물성 먹이를 섭취했는지를 보여준다. 예를 들어 먹이사슬 맨 위에 있는 어류의 경우 아연의 두 동위원소인 아연-64에 비해 아연-66의 양이 매우 적다. 그러나 이번 연구 결과 메갈로돈과 먹이사슬 맨 아래 단계에 있는 도미류 등과 비교해 아연 동위원소 차이가 뚜렷하지 않은 것으로 드러났다. 연구를 이끈 제러미 매코맥 박사는 “메갈로돈의 일반적인 인상은 괴물 상어가 고래를 잡아먹는 모습”이라면서 “이번 연구는 메갈로돈이 고래뿐 아니라 원하는 것은 무엇이든 먹었으리라는 것을 보여준다”고 설명했다. 이어 “메갈로돈은 큰 먹이, 작은 먹이를 가리지 않는 매우 유연하고 융통성 있는 잡식성 포식자”라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 과학 저널 지구·행성 과학 회보(Earth and Planetary Science Letters) 최신 호에 발표됐다.