전기자동차와 에너지저장시스템(ESS)에 쓰이는 리튬 배터리는 용량을 늘리는데 한계에 도달했으며 폭발과 화재 위험도 상존하고 있다. 국내 연구진이 폭발, 화재 위험이 없고 용량도 더 큰 전고체 전지의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심설계 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 에너지소재연구단 박상백(사진) 박사와 성균관대 에너지과학과 신현정 교수 공동연구팀은 전고체 전지의 고체 전해질과 전극 사이 표면저항을 낮출 수 있는 소재 설계기술을 개발하는데 성공했다고 29일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 에너지’에 실렸다. 이번 연구결과는 전고체 전지 상용화를 늦추는 걸림돌 하나를 넘어서게 했다는 평가를 받고 있다. 전고체 전지는 리튬 전지와 달리 전해질을 비롯해 모든 전지 구성요소를 고체형태로 만든 것이다. 이 때문에 폭발과 화재 가능성도 낮을 뿐만 아니라 에너지밀도 역시 리튬 전지의 2배 이상이기 때문에 전기차나 ESS 시장을 획기적으로 바꿀 것으로 기대되는 차세대 전지이다. 그렇지만 모든 소재가 고체형태이기 때문에 이온전도도가 낮고 표면저항이 높아지면서 전지의 성능과 수명을 떨어뜨리면서 상용화가 되고 있지 않다. 연구팀은 고체전해질과 전극 사이의 표면 저항은 소재의 결정 구조에 따라 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 서로 다른 형태의 결정구조를 가진 입자로 전고체 전지를 만들어 실험한 결과 빽빽하게 밀집된 형태로 이어지도록 된 결정구조가 전지의 수명은 물론 효율도 높다는 것을 확인했다. 결정표면의 밀집도가 낮을 경우는 충방전이 반복될 수록 표면 저항이 높아지고 열이 발생하면서 성능이 떨어진다는 것이다. 박상백 KIST 박사는 “이번 연구는 전고체 전지의 효율과 수명을 단축시키는 문제를 해결할 수 있는 핵심소재 설계방법을 제시했다는데 의미가 있다”라며 “이번 연구를 활용하면 전기자동차와 ESS 상용화를 위한 중대형 2차전지를 만드는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

서울과학기술대학교는 2021학년도부터 매 학기 강의평가에서 일정 수준 이하 점수를 받은 강의의 경우 수강생에게 수업료 일부를 장학금으로 돌려주는 내용의 ‘고품질 교육 보증제’를 시행한다고 밝혔다. 고품질 교육 보증제는 강의평가 결과 절대점수 70점 이하를 받은 강의를 대상으로 하며 수강생에게 장학금 형태로 수업료 일부를 반환해준다. 이를 위해 1년에 2억 원 정도의 예산을 책정했다. 현재 서울과기대는 학부 및 대학원에 학기당 2500여개 강의를 개설하고 있다.이런 제도를 신설한 이유는 교육에 대한 자신감 때문이라는 게 서울과기대 측의 설명이다. 서울과기대는 1994년 국내 처음으로 ‘캡스톤 디자인’을 도입한 이력이 있다. 또한 ‘TBL(Triple Blended Learning)’이란 수업 방식을 운영하고 있는데, 이는 2016년 미래융합대학의 출범과 함께 서울과기대가 개발한 강의 운영 방식이다. 온라인 녹화 강의, 실시간 화상 강의와 오프라인 강의를 결합해 하나의 강의를 구성한 것으로, 이런 TBL시스템 운영 경험이 지난 1학기 코로나19로 인한 전면 온라인 강의라는 상황에서도 모든 강의를 성공적으로 운영할 수 있게 했다는 설명이다. 1만 여명의 학생이 끊김이나 지연 없이 온라인 강의를 수강할 수 있었으며, 1학기 강의평가가 역대 최고점을 경신하기도 했다. 서울과기대는 대학혁신지원사업을 통해 TBL을 대학 전체의 기본 교육 플랫폼으로 확산하고 있다. 동시에 교수별 맞춤형 강의 제작 도구 지원 및 단과대학별 강의 제작 지원을 위한 인력도 확충하고 있다. 서울과기대는 수업료를 반환해주는 강의평가 커트라인도 70점에서 매년 조금씩 올려갈 계획이라고 밝혔다. 악의적으로 특정 교수의 강의 점수를 낮게 평가할 수 없도록 강의평가 방식도 보완한다는 방침이다. 이동훈 서울과기대 총장은 “고품질 교육 보증제를 통해 교수들의 수업 품질을 향상할 것”이라며 “서울과기대를 학생이 졸업할 때 자랑스러워하는 대학, 학부모가 신뢰하는 대학, 기업체에서 선호하는 대학으로 만들겠다”고 강조했다.●‘졸업자격 인증제’ 통해 사회 선호형 인재 배출 서울과기대는 2021학년도 신입생부터 학점 이수뿐 아니라 현장실습, 복수전공·부전공, 자격증, 비교과 활동 등을 통해 일정 점수를 충족해야만 졸업할 수 있도록 했다. 이는 사회와 산업체가 선호하는 학생을 배출하기 위한 것으로 현장실습, 교환학생, 외국어 성적, 공모전, 창업, 학술지 게재 등을 점수화해서 총점 700점 이상 취득해야 한다. 취업을 위해 학생들이 개인적으로 준비해야 하는 것들을 학교 교육과정 안에서 해결할 수 있도록 한 셈이라는 게 학교 관계자의 설명이다. 이를 위해 서울과기대는 1학기 개강 시기를 기존 3월에서 2월 20일 정도로 당기고 2학기 개강일은 늦출 방침이다. 여름방학을 3개월로 늘리면 이 기간에 비교과 프로그램을 운영할 수 있다는 설명이다. ●‘포닥’ 발굴·유치… 초빙교원 직위·급여 등 제공 서울과기대의 지향점은 ‘실용 연구역량 강화’다. 그 실천방안의 일환으로 대학특성에 맞는 창의성·탁월성을 가진 ‘포닥(POSTDOC·박사 후 연구원)’을 발굴유치하고 있다. 박사학위 취득 후 5년 이내의 외국인을 포함한 신진 연구 인력을 포닥으로 선발해 연구전담 초빙교원 직위를 주고 고정급여(연간 4000만원)와 함께 연구과제 참여에 따른 인건비를 지원한다. 올해 19명을 채용했고 앞으로 40명을 더 충원할 계획이다. 또 내년부터 전일제 대학원 석·박사 학생에게는 졸업할 때까지 전액 장학금을 준다. 현재 일부 학과에서 3·4학년 학생 중 대학원에 관심 있는 경우 학·석사 연계과정을 통해 장학금을 주던 제도도 점차 전체 학과로 확대할 예정이다. ●‘인공지능응용학과’ 신설… 최대 9년간 장학금 서울과기대는 2021학년도에 ‘인공지능응용학과’를 신설한다. 이를 통해 공학, 인문사회, 예술·디자인에 인공지능을 융합할 수 있는 인력을 양성한다. 이 학과에 입학하는 모든 학생에게는 4년간 전액 장학금(대학원 진학 시 최대 9년간)을 준다. 서울과기대 관계자는 “4차 산업혁명 관련 분야 중에서도 가장 핵심적인 분야는 인공지능(AI)분야로 정부도 지난 연말 범부처 AI 국가전략을 발표하는 등 AI 강국으로 도약하기 위해 역량을 집중하고 있다”며 “공학교육과 산업체와의 연계를 통해 각 전문 분야에서 인공지능을 융합해 활약할 수 있는 미래인재를 양성할 계획”이라고 밝혔다. 인공지능응용학과 학생들은 필수적으로 기존 학문을 복수전공하게끔 해 졸업 후 분야별 인공지능 전문가로 활약할 수 있도록 학교 차원에서 지원한다는 방침이다. 이미 서울과기대는 2017년에 기존의 단과대학과 별도로 융합전공을 개설해 운영하는 단과대학 ‘메이커스칼리지(MAKERS COLLEGE)’를 설립한 바 있다. 현재 빅데이터 전공, IT융합 전공 등 4차산업 핵심분야의 융합전공과정을 운영하고 있으며, 올해는 ICT인공지능 전공을 추가로 신설했다. 학생들은 본인의 전공 이외에도 원하는 분야의 융합전공을 복수전공 또는 부전공으로 선택해 이수할 수 있다. 이 외에도 ‘한국형 온라인 공개강좌(K-MOOC)’, ‘SeoulTech-MOOC’ 등의 온라인 강좌를 통해 로보틱스, 어드밴스드 로보틱스 등 4차산업혁명 관련 강좌를 개발·운영해 학생들이 언제 어디서나 온라인으로 들을 수 있도록 지원하고 있다. 김태곤 객원기자 kim@seoul.co.kr

국내에서 발생한 코로나19 재감염 사례가 국제학술지에 보고됐다. 26일 의료계에 따르면 서울대병원 성문우 교수 연구팀은 코로나19 완치 뒤 재양성 판정을 받은 국내 환자 6명을 연구해 이 중 1명에게서 재감염 사실을 확인해 국제학술지 ‘임상 감염병’에 게재했다. 재감염된 이 환자는 지난 3월 코로나19 확진 후 회복했다가 4월 초 다시 양성 판정을 받았다. 조사 결과 처음에는 ‘V형 유형 바이러스에, 두 번째는 ‘G형’에 감염됐다. 세계보건기구(WHO)는 코로나19 바이러스를 아미노산의 변화에 따라 7개 유형으로 분류하고 있다. V형은 3월 대구·경북을 중심으로 유행했고, G형은 유럽에서 들어와 현재 유행을 주도하고 있다. 연구팀은 “코로나19 감염에서 회복된 후 재감염이 발생한 사례”라며 “감염으로 생성된 중화항체가 다른 유형의 코로나19 바이러스에 대해서는 면역 효과를 발휘하지 못할 수 있다는 것”이라고 해석했다. 방역당국 역시 지난 9월 국내 코로나19 재감염 의심 사례를 발표한 바 있다. 당시 정은경 중앙방역대책본부장은 “코로나19 바이러스가 인플루엔자(독감)처럼 일부 변이를 하면 재감염이 어느 정도 가능하고, 면역이 평생 유지되지 않아 감기·독감처럼 반복적으로 감염될 수 있다”고 말했다. 한편 분당서울대병원 감염내과 송경호 교수팀이 코로나19 치료 후 퇴원한 환자 10명을 대상으로 설문조사를 한 결과 이 중 4명은 외상후스트레스장애 증상을, 1명은 우울감을 보인 것으로 조사됐다. 응답자들은 자신이 타인을 감염시킬 것과 이웃에게 차별받을 것, 사생활이 공개될 것을 두려워했다. 연구팀은 “2015년 메르스, 앞서 홍콩의 사스 때도 감염자를 가해자로 낙인찍는 차별이 있었다”며 “이들의 외상후스트레스장애 증상 지속 여부는 환자에 대한 사회와 공동체의 인식에 달렸다”고 지적했다. 이현정 기자 hjlee@seoul.co.kr

약 3억9000만 년 전 척추동물이 바다에서 육지로 진출한 비결을 어깨부터 팔꿈치까지 이어지는 위팔뼈 화석에서 찾아낸 것 같다는 연구 결과가 나왔다. 미국 하버드대와 영국 케임브리지대 공동연구진은 척추동물이 바다에서 헤엄치던 것보다 육지를 더 잘 걷는데 위팔뼈의 발달이 크게 작용했다는 것을 알아냈다. 이번 발견은 진화의 역사에서 지금까지 거의 이해할 수 없었던 과정 중 하나인 지느러미를 네발로 변하게 한 발달 과정에 관한 이해를 돕는다. 위팔뼈는 보행 운동으로 인해 발생하는 상당한 부하를 흡수하는 주된 근육을 수용할 수 있어 움직임에 있어 극히 중요한 부분이다. 게다가 이 뼈는 모든 네발 동물뿐만 아니라 이들에게서 진화한 어류에서도 발견되는 등 남아있는 화석 전반에 걸쳐 꽤 흔하다. 이 점을 고려하면 이 뼈는 지느러미에서 발로 변하는 과정을 조사해 알 수 있어 일종의 타임캡슐과 같다고 연구진은 설명했다. 지난 100여 년간 과학자들은 척추동물이 육지로 진출하는 데 밑천이 됐던 실마리를 풀려고 애썼다. 아칸토스테가나 이크티오스테가와 같은 초기 네발 동물은 지느러미 대신 네발을 지닌 최초의 척추동물이었다. 이들의 후손으로는 이미 멸종했거나 살아남은 양서류와 파충류 그리고 인류를 포함한 포유류 등이 있다. 연구진은 이 연구에서 최근 수집한 표본을 포함해 약 3억5000만 년 전 이상 거슬러 올라가는 위팔뼈 화석 40점을 입체로 재현한 3D 이미지를 분석했다. 연구진은 슈퍼컴퓨터를 사용해 거의 4년 동안 몇천 시간에 걸쳐 관련 자료를 분석하는 방식으로 위팔뼈가 시간이 지남에 따라 어떻게 변했는지와 이 뼈가 생물이 움직이는 방법에 어떻게 영향을 줬는지를 자세히 살폈다.이번 분석에서는 수생 어류에서 육상 네발 동물로의 변하는 과정뿐만 아니라 이전까지 알 수 없었던 보행 운동 능력을 지닌 중간 유형의 동물까지 다뤘다. 연구진은 육상 동물의 네발은 육지로 진출함과 동시에 나타났다는 것을 발견했다. 하지만 초기 육지 동물은 걷는 데 능숙하지 않았던 것으로 확인됐다. 이들 생물이 물을 떠나면서 위팔뼈는 모양을 바꿨고 그 결과 육지에서의 생활에 더 유리했다는 것을 보여주는 새로운 기능적 특성을 갖게 됐다는 것. 연구 책임저자인 스테파니 피어스 하버드대 교수는 “육지를 걸을 수 있게 된다는 점은 본질에서 생물이 다양해질 수 있는 발판을 마련하고 오늘날 육지 생태계를 구축해낸 것”이라면서 “위팔뼈의 발달 과정은 진화의 역사에서 믿을 수 없을 정도로 중요한 시기임을 보여준다”고 설명했다.연구진은 또 이런 변화를 바다나 육지와 관련한 네발 동물의 초기 모습을 보여주는 형태론적인 지도에서 포착했다. 초기 L자형 위팔뼈는 육지에서 이동하는 데 약간의 이점이 있는 것으로 나타났다. 반면 후기 위팔뼈는 더 튼튼하고 길쭉하며 꼬인 형태로 변했고 이는 새로운 생물학적 다양성과 생태계의 확장을 초래하는 데 도움을 준 더욱더 효과적인 보행 운동으로 이어졌다는 것이다. 이에 대해 피어스 교수는 “이번 발견은 동물 뼈 화석에 기록된 작은 부분에서 얼마나 많은 정보를 얻을 수 있는지를 보여준다”면서 “이번 분석은 지금까지 발생한 가장 큰 진화적 변화 중 하나의 비밀을 푸는 데 도움이 됐다”고 설명했다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 최신호(11월 25일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최근 건강을 위해 육식을 줄이고 과일과 채소를 섭취를 늘리는 이들이 많아지고 있다. 몸에 좋은 과일과 채소이지만 당뇨를 앓는 사람이나 신장기능에 이상이 있는 만성 신부전증 같은 신장질환자는 과일이나 채소 섭취도 조심스럽다. 국내 연구진이 이같은 문제를 해결할 수 있는 과일, 채소 생산법을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 스마트팜융합연구센터 연구진은 스마트팜에서 식물의 생육에는 영향을 주지 않고 영양분만 조절이 가능한 채소 생산방법을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 농식품분야 국제학술지 ‘식품 화학’에 실렸다. 칼륨은 사람이나 식물에게 항상성을 유지하고 신경신호전달 같은 생리반응에 필수적인 영양분이지만 만성신부전증 환자는 고칼륨혈증을 앓게 될 가능성이 높아 주의해야 한다. 연구팀은 녹황색 채소로 베타카로틴 성분이 가장 많아 사람들이 즐겨먹는 케일 재배에 기술을 적용했다. 과일이나 채소 속 칼륨 함량을 낮추기 위해 지금까지 스마트팜에서는 배양액 조성에서 칼륨을 나트륨으로 대체하곤 했지만 이 경우 나트륨 함량이 증가해 건강에 도움이 되지 않는다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 배양액 조성에 칼륨 대신 한국인이 권장량보다 적게 섭취하는 칼슘으로 대체했다. 케일을 재배할 때 칼륨을 배양액에 그대로 포함시키지만 수확 2주 전부터는 칼륨을 칼슘으로 대체하는 것이다. 칼슘 배양액을 사용하더라도 수확량은 기존과 동일한 것으로 확인됐다. 부가적으로 칼슘 배양액을 사용할 경우 항암성분으로 알려진 ‘글루코시놀레이트’의 함량이 2배 이상 증가한 것이 관찰됐다. 노주원 KIST 박사는 “이번 연구로 칼륨 섭취가 제한되는 이들에게도 고칼륨혈증에 대한 걱정 없이 케일을 섭취할 수 있게 될 것”이라며 “이번 기술을 활용하면 병원의 환자용 식단이나 가정에서 손쉽게 재배해서 먹을 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

생노병사는 사람이 살아가면서 피할 수 없는 순리이다. 그렇지만 과학기술의 발달로 생명을 연장하고 좀 더 젊고 건강하게 살기 위한 방법들이 다각도로 모색되고 있다. 이 같은 상황에서 국내 연구진이 노화된 세포의 시간을 거꾸로 돌려 젊게 만드는 방법을 찾아내 화제가 되고 있다. 카이스트 바이오및뇌공학과, 아모레퍼시픽 바이오사이언스랩 공동연구팀은 시스템 생물학 기법을 이용해 노화된 사람의 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는 역노화 원천기술을 개발하는데 성공했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 실렸다. 또 아모레퍼시픽 기술연구원에서는 이번 연구결과를 바탕으로 동백추출물에서 노화된 피부 주름을 개선하는 화장품을 개발 중인 것으로 알려졌다. 기존에도 세포의 시간을 거꾸로 돌리는 연구는 있었지만 그 과정에서 종양조직을 만들고 암으로 진행되는 부작용이 있었다. 이 같은 부작용을 막기 위해 연구팀은 시스템 생물학 기법으로 노화된 진피 섬유아세포의 세포노화 신호전달망에 대한 컴퓨터 모델을 개발했다. 컴퓨터 모델을 이용해 시뮬레이션 분석을 한 결과 젊은 세포로 되돌리는데 필요한 핵심인자가 ‘PDK1’이라는 물질을 확인했다. 연구팀은 노화된 인간 진피 섬유아세포에서 PDK1 발현을 억제하면 세포 노화가 중단되고 젊은 정상세포로 기능을 회복하는 것을 확인했다. 연구를 이끈 조광현 카이스트 교수는 “이번 연구는 그동안 되돌릴 수 없는 비가역적 생명현상이라고 인식됐던 노화를 거꾸로 되돌릴 수 있는 가능성을 보여준 것”이라며 “노화된 세포의 정상 세포화를 통해 노화 현상을 막고 각종 노인성 질환을 억제할 수 있는 치료제 개발에도 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 조 교수팀은 올해 1월 세포가역화 기술을 이용해 대장암세포를 정상 대장세포로 되돌리는데 성공하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인류와 같은 지적 생명체가 우주에도 있다고 생각하는 사람은 상당하다. 그중에는 외계인과 우연히 만났을 때 어떻게 대처할지를 두고 고심하는 이도 있을 것이다. 그런데 지구에 생명이 탄생해 지적생명체로 진화할 가능성을 분석한 영국 옥스퍼드대 연구진은 지적생명체 즉 인류의 탄생은 매우 드문 사건이라는 의견을 밝혔다. 지금까지 인류가 지구 밖 지적생명체와 접촉했다는 과학적인 증거는 없고 지구 밖에 그런 생명체가 존재하는지도 확실하지 않다. 또 우주의 나이가 오래됐고 무수히 많은 별이 있으며 그중 지구와 비슷한 행성이 있다면 인류가 아닌 지적생명체 역시 우주에 널리 있어야 하며 그중 몇몇은 지구에 도달했어야 한다고 생각할 수 있다. 그렇다면 그들은 어디에 있느냐?고 질문한 페르미의 역설은 지금도 많은 과학자를 머리가 아플 정도로 생각에 몰두하게 한다. 하지만 이들 연구자는 지구 생명체의 진화에 관해 분석하고 생명체가 지능을 얻기까지의 변화 과정을 조사함으로써 지적생명체의 탄생 가능성을 분석했다. 연구 공동저자로 스웨덴 출신의 안데르스 샌드버그 교수(인류미래연구소)는 “지구에는 생명이 존재하지만 이는 지구 밖에도 생명이 존재하는 것을 보여주는 일반적인 증거가 되지 못한다. 왜냐하면 생명을 관찰하려면 살아 있는 관찰자가 있어야 하기 때문”이라고 설명했다. 관찰자의 입장에 따라 어떤 현상의 희소성을 보는 것을 어렵게 하는 ‘관찰자 효과’는 생명의 관측이 아닌 상황에서도 일어날 수 있다. 예를 들어 인류가 태어난 뒤 지구에는 대멸종을 일으킬 크기의 운석이 한 번도 충돌하지 않았지만 그렇다고 해서 지구에는 거대한 운석이 충돌하기 어렵다고 단언할 수 없기 때문이다. 지구의 역사는 행성이 탄생하고 나서 초기에 원시적인 생명이 출현했지만, 이는 생명의 탄생이 우주에서 일반적인 현상임을 증명하지 못한다. 이에 대해 샌드버그 교수는 “행성 역사의 초창기에 원시적인 생명이 탄생했다는 점을 알려면 행성에 생명이 살 수 없게 되기 전 생명이 진화해 지능을 가진 관찰자가 탄생해 과거 역사를 조명해야 한다”면서 “따라서 관찰자가 존재하는 행성에서 원시적인 생명이 탄생했던 시기는 통계적으로 볼 때 초기로 치우치는 경향이 있다”고 지적했다. 지구에서는 생명의 탄생과 진화를 다시 시작할 수 없기에 생명이 탄생하고 지적생명체가 탄생하기까지 일어나는 다양한 사건이 발생할 확률을 아는 것은 어렵다. 그래도 진화 사건이 일어나는 시기와 빈도를 조사하면 어느 정도 추정할 수 있다. 예를 들어, 세포 내에 DNA를 감싸는 핵을 가진 진핵생물의 탄생은 핵이 없는 원핵생물이 탄생한 시기부터 10억 년 이상 지난 뒤로 여긴다. 이에 따라 원핵생물이 진핵생물로 진화하는 사건이 일어날 가능성은 40회 이상 독립적으로 발생한 것으로 여겨지는 단세포생물에서 다세포생물로 진화하는 사건보다 훨씬 더 가능성이 낮다. 연구진은 관측한 현상을 확률적으로 추정하는 베이지안 추론(Bayesian inference)을 통해 생명의 탄생과 양호한 유전자 코딩, 원핵생물에서 진핵생물로의 진화 그리고 유생생식 발생 등 진화 과정에서의 다양한 사건이 일어날 가능성을 분석했다. 그 결과, 지적생명체의 탄생은 매우 드문 사건이며 ‘관측 가능한 우주 안에 존재하는 지적생명체는 인류밖에 없다’는 확률이 높은 것으로 밝혀졌다. 이에 따라 연구진은 진화에서 중요한 각 사건이 완료되기까지의 예상 시간은 지구 수명의 몇 배가 될 수 있다고 결론지었다. 다만 “이 결론은 새로운 정보로 갱신할 수 있는데 매우 가혹한 환경이나 금성에서 생명이 발견된다면 지구 밖에서 지적생명체가 존재할 가능성은 더 커질 수 있다”고 샌드버그 교수는 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘우주생물학’(Astrobiology) 온라인판 11월 19일자로 게재됐다. 사진=루미나 옵스큐라 / 픽사베이 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

한국시간으로 지난 16일 오전 9시 27분 미국 민간 우주탐사기업 ‘스페이스X’가 우주비행사 4명이 탑승한 유인 우주선 ‘리질리언스’를 국제우주정거장(ISS)으로 발사하는 데 성공했다. 리질리언스에 탑승한 4명의 우주인은 ISS에 6개월간 머물며 식품 생리학, 유전자 실험, 작물 재배 실험 등을 수행하고 내년 5월 지구로 귀환한다. 이번 발사 성공은 ‘민간 우주 수송 시대’의 막을 여는 계기가 됐다는 평가를 받고 있다. 미국, 유럽, 중국, 일본, 러시아 등 우주 선진국들은 달, 화성 등 유인 우주탐사에 많은 관심을 기울이고 있다. 과학적 호기심도 있지만 ‘제2의 지구’를 찾겠다는 실질적 목표 때문이기도 하다. 그렇지만 오랜 시간 우주를 여행하고 머물 때는 여러 문제가 생길 수 있다. 2016년 세계적인 과학저널 ‘사이언스’는 ▲우주방사선 ▲고독감 ▲우주곰팡이 ▲미세중력 ▲인적 오류 등 5가지가 우주 시대의 걸림돌이 될 것이라는 분석을 내놓기도 했다. 우주비행사들이 우주 공간에서 다양한 생물학적 변화를 겪는 것은 확실하지만 그런 변화를 일으키는 메커니즘은 정확히 밝혀지지 않았다. 이런 가운데 영국 벨파스트 퀸스대, 미국 필라델피아 아동병원, 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD), 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF), 항공우주국(NASA) 존스우주센터, NASA 에임스연구센터, 스탠퍼드대, 라이스대, 듀크대 의대, 펜실베이니아대 의대 등 22개 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 우주인들이 흔히 겪는 근골격계 약화, 면역기능 장애, 심혈관 이상 등의 문제가 미토콘드리아 결함과 이상 때문이라는 연구 결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 26일자에 발표했다.미토콘드리아는 ‘세포 공장’이나 ‘세포 엔진’이라고 불리는 세포 내 소기관이다. 혈액으로 운반된 산소로 세포 활동에 필요한 에너지와 활성산소를 생산하고 세포 간 신호 전달에 관여하는 것으로 알려져 있다. 미토콘드리아에 이상이 발생해 활성산소가 과다 생산되면 체내 대사기능이 떨어져 질병을 유발할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 최근에는 당뇨, 심혈관 질환, 암, 각종 유전질환의 발병 원인이 미토콘드리아 기능 이상과 관련돼 있다는 연구도 속속 보고되고 있다. 연구팀은 우주인의 생물학적 기능에 영향을 미치는 원인을 조사하기 위해 동물 실험연구 자료, ‘진랩’(GeneLab) 플랫폼을 포함해 NASA에서 보유하고 있는 다양한 우주생물학 데이터를 활용해 분석했다. NASA 자료에는 역대 우주비행사 59명의 각종 생물학적 데이터, 쌍둥이 우주인 프로젝트 결과 등이 포함돼 있다. 광범위한 데이터 분석 결과 우주인의 건강 이상에서 공통적으로 나타난 핵심 요인은 미토콘드리아 기능 이상과 변이로 확인됐다. 미토콘드리아 이상으로 인한 인체의 과잉 대사반응이 면역 약화와 각종 신체기관 이상으로 나타난다는 것이다. 장기간 우주에 머물다가 귀환한 우주인들에게서 생체주기 이상이 발생하는 것도 미토콘드리아에 문제가 생겼기 때문이라고 밝혀졌다. 미토콘드리아 이상은 지금까지 많은 우주생물학 연구에서 주목되지 않은 부분이었다. 생물정보학자인 아프신 베헤시티 NASA 에임스연구센터 수석연구원은 “이번 연구는 우주여행과 관련된 건강상 위협 대부분이 미토콘드리아 때문이라는 점을 명확히 보여 주고 있다”면서 “기존의 미토콘드리아 장애 개선 약물들이 우주인 건강에 도움을 줄 수 있는지 확인하는 추가 연구가 필요하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

절기로 따지면 11월은 늦가을입니다. 눈만 내리지 않았을 뿐 올 11월도 추운 날이 더 많았습니다. 겨울에 접어들었다고 해야겠지요. 더운 여름에 생각나는 먹을거리라고는 아이스크림, 수박 정도이지만 날씨가 추워지면 호빵, 붕어빵, 호떡, 군고구마, 군밤 등 떠오르는 간식거리가 많습니다. 이런 먹을거리들과 함께 생각나는 것은 따끈한 음료입니다. 그중 겨울철 하면 떠오르는 것은 ‘핫초코’라고 하는 코코아 음료입니다. 어른, 아이 모두 좋아하는 대표적 겨울 음료인 코코아가 인지능력을 강화시키는 등 뇌 건강에 도움을 준다는 재미있는 연구 결과가 나왔습니다. 미국 일리노이 어배나섐페인대 고등과학기술연구소, 심리학과, 스포츠·재활과학부, 영국 버밍엄대 인간뇌과학연구센터 공동 연구팀은 플라보놀이 많이 함유된 코코아 음료가 뇌혈관 건강은 물론 정신적 민첩성을 향상시키는 데 도움을 준다고 25일 밝혔습니다. 이 같은 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 24일자에 실렸습니다. 플라보노이드는 과일이나 채소의 색소에서 발견되는 물질로, 항산화 작용을 한다고 알려졌습니다. 플라보노이드는 화학구조에 따라 다시 분류할 수 있습니다. 플라보노이드 계열 화합물 중 하나인 플라보놀은 포도, 사과, 차, 각종 베리류 그리고 코코아에 풍부한데 염증을 억제하는 기능을 갖고 있어 심혈관 질환이나 치매 예방에도 도움이 되는 것으로 알려졌습니다. 이번 연구팀은 플라보놀이 뇌 인지기능과 뇌로 전달되는 혈액 속 산소 농도에 어떤 영향을 미치는지 주목했습니다. 이를 위해 연구팀은 18~40세의 건강한 남성 18명을 두 그룹으로 나눠 한쪽은 고농도 플라보놀 코코아 음료, 다른 한쪽은 일반 음료를 마시도록 했습니다. 그다음 공기 속 이산화탄소 농도의 100배가 훌쩍 넘는 5% 이산화탄소가 포함된 공기를 흡입하도록 한 뒤 기능성 근적외선 분광기(fNIRS)를 이용해 행동 조절, 계획, 의사결정에 관여하는 뇌 전두엽 피질로 가는 혈액의 산소 수치를 측정했습니다. 신선한 공기 속 이산화탄소 농도는 0.04% 정도입니다. 공기 중 이산화탄소가 3%를 넘으면 숨이 가빠지고 10% 이상 고농도에 노출되면 의식을 잃게 됩니다. 5%가 되면 두통, 혈압 상승, 안면 홍조 증상과 인지기능 저하가 나타납니다. 동시에 인지기능을 측정하는 시험도 실시했습니다. 연구 결과 고농도 플라보놀 코코아 음료를 마신 사람은 일반 음료를 마신 사람보다 인지능력 측정 속도는 물론 정답의 정확도가 11%나 높은 것으로 나타났습니다. 이산화탄소 흡입 이후 뇌로 이동하는 혈액 속 산소포화도 역시 훨씬 높은 것으로 조사됐습니다. 뇌 기능을 빠르게 복구시킨다는 말입니다. 이를 근거로 연구팀은 고농도 플라보놀 성분이 인지기능을 필요로 하는 업무나 공부를 할 때 도움을 줄 수 있다고 조언했습니다. 연말연시가 가까워지는 요즘 예년 같으면 이런저런 약속이 많아질 시기입니다. 그렇지만 3차 대유행이라고 할 정도로 코로나19 확진자 수가 폭증하고 있습니다. 빠른 일상 회복을 위해 자제력이 필요한 시기입니다. 이럴 때 뇌 기능과 건강에 도움을 준다는 따끈한 코코아 한잔과 함께 읽고 싶은 책이나 음악을 가까이하는 것도 좋을 것 같습니다. edmondy@seoul.co.kr

미국 오하이오주립대 심리학 및 경제학과, 예일대 심리학과 공동 연구팀은 사람들이 컴퓨터 마우스를 움직이는 모습을 통해 위험감수(risk-taking) 성향을 파악하는 데 성공했다고 25일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 24일자에 실렸다. 연구팀은 652명의 건강한 성인 남녀를 대상으로 성격 검사와 함께 인터넷 도박게임을 하면서 215번의 의사결정을 내리도록 했다. 참가자들이 수행한 게임은 물론 위험 확률도 모두 달랐다. 위험 부담이 있는 결정을 내려야 할 때 마우스를 클릭하는 시간과 움직이는 방향이 사람마다 다르다는 것이 확인됐다. 연구팀은 마우스 이동과 클릭을 통해 관찰한 것과 성격검사 결과가 일치한다고 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 홍승태 교수 연구팀이 차세대 이차전지로 각광받는 칼슘이온전지용 양극소재인 NaV2(PO4)3 를 개발했다. 이번 연구성과로 기존에 사용되는 리튬이온전지의 용량과 성능을 개선한 칼슘이온전지의 상용화가 앞당겨질 전망이다. 리튬이온전지는 모바일 기기 및 전기차 등 다양한 분야에 적용되고 있는 대표적인 이차전지이다. 그러나 최근 더 좋은 성능을 구현하기 위해 높은 에너지밀도를 가진 이차전지가 요구되면서 리튬이온전지의 구현 가능한 에너지밀도가 한계에 근접한 상황이다. 또한 핵심소재인 리튬, 코발트 등의 매장지역이 한정적이어서 가격 또한 상승하고 있다. 이러한 리튬이온전지를 대체하기 위해 칼슘이온을 이용한 이차전지 연구가 주목받고 있다. 이차전지는 이온이 전자와 함께 양극과 음극을 이동하면서 충전과 방전이 일어난다. 이 때 이동하는 전자의 수와 양극소재의 특성에 따라 배터리 용량과 전압이 결정되는데, 리튬은 이온당 한 개의 전자가 같이 이동하지만 칼슘은 이온당 두 개의 전자가 이동 가능한 2가 양이온이다. 따라서 이론상 리튬이온전지보다 2배의 용량이 가능하며 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다. 또한 지구상에 풍부한 원소인 칼슘을 이용하기 때문에 경제적이기도 하다. 하지만 리튬보다 큰 칼슘의 이온크기와 높은 산화수(oxidation number)로 인해 전극물질에 구조적, 전하적 변형이 발생하게 된다. 이 때문에 칼슘이온의 작동전압을 구현할 수 있는 양극소재의 개선이 필요하다. 양극소재는 방전 시 이온과 전자를 받아주고, 충전 시 이온과 전자를 음극으로 보내는 탈·삽입 과정의 주요 매개체이며, 전자의 작동전압을 결정하는 소재이다. 이에 DGIST 홍승태 교수 연구팀은 칼슘이온의 특징을 고려해 높은 구조적 안정성을 가진 나시콘 구조(NASICON) 기반의 양극소재인 NaV2(PO4)3를 개발했다. 연구팀은 NaV2(PO4)3의 구조 분석과 칼슘의 탈·삽입 메커니즘 분석을 위해 분말 X선 회절기법을 이용했다. 이를 통해 양극소재 구조에 칼슘이온이 탈?삽입 되는 과정에서 발생하는 구조 변화를 규명하면서 높은 용량과 작동전압이 구현 가능함을 증명했다. 홍 교수는 “탈·삽입 기반의 칼슘이온 이차전지용 양극소재를 개발하고 작동 메커니즘을 최초로 규명했다”며, “이러한 작동원리를 적용하면 더욱 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 칼슘이온전지용 양극소재 개발의 지표가 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업을 통해 진행됐으며, DGIST 에너지공학전공 전부식 박사과정생과 허종욱 박사가 공동1저자로 참여했다. 아울러 소재화학 분야 국제학술지 ‘Chemistry of Materials’에 9월 23일자 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

지구 주위에는 밤하늘을 휘영청 밝혀주는 아름답고 커다란 달이 떠있지만 사실 우리도 모르는 사이에 달이 됐다가 사라진 천체도 있었다. 최근 영국 벨파스트 퀸스대학 등 국제공동연구팀은 소위 ‘미니 문’(mini-moon)이라 불렸던 천체 ‘2020 CD3’의 연구결과를 국제 학술지 ‘천문학 저널’(The Astronomical Journal) 최신호에 발표했다.　 지난 2월 미국 애리조나 대학 카탈리나 스카이 서베이(Catalina Sky Survey) 천문학자들에 의해 처음 존재가 확인된 2020 CD3은 자동차만한 크기로, 지구 주위를 돌다가 그 다음달 경 홀연히 우리 곁을 떠났다. 너무나 작고 빠른 속도로 움직이기 때문에 새로 생긴 미니 문의 존재를 아무도 몰랐던 셈이다. 이번에 연구팀은 미국 로웰 천문대 4.3미터 망원경으로 데이터를 모아 2020 CD3에 대한 보다 상세한 정보를 밝혀냈다. 먼저 2020 CD3는 예상했던 것보다 크기가 작은 지름이 1.2m에 불과했다. 3474㎞의 지름을 가진 달과 비교할 수 없을 만큼 작은 크기. 2020 CD3이 지구와 가장 가까웠던 거리는 1만3000㎞로, 달이 평균 38만㎞인 것과 비교하면 바짝 붙어있는 수준이었다. 또한 2020 CD3의 색깔과 밝기로 보아 소행성대에 있는 많은 천체처럼 규산염 암석으로 이루어졌을 것으로 추측됐으며 최소 2.7년 지구를 돌다 떠난 것으로 계산됐다.물론 2020 CD3은 실제 달과 비교할 수 없을 만큼 작고 볼품없지만 연구가치는 높다. 먼저 이같은 천체는 매우 작고 빠르기 때문에 관측이 매우 어렵다. 이같은 이유로 지구 주위에는 아직 발견하지 못한 미니 문이 더 있을 가능성이 있으며 이를 발견하는 것은 관측 기술의 진보를 의미한다. 연구에 참여한 그리고리 페도레츠 박사는 "관측기술이 최고에 올라선다면 두세 달에 한번씩 미니 문을 발견할 수도 있을 것"이라면서 "우리는 이처럼 작은 천체에 대해 거의 알지 못하기 때문에 가까이서 이를 연구할 수 있는 독특한 기회가 된다"고 밝혔다. 한편 미니 문 발견은 처음이 아니다. 지난 2006년에도 지름이 3~6m 정도로 매우 작은 ‘2006 RH 120’이 발견된 바 있다. 2006 RH 120 역시 지난 2006년 6월에 첫 포착된 이후 이듬해인 2007년 9월 경 지구를 벗어났다. 전문가들에 따르면 미니 문은 태양을 향해 끌려 들어가던 천체가 지구 중력에 붙잡힌 경우에 생긴다.　　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

인도 북동부 메갈라야주(州) 열대림에서 신종 빛나는 버섯이 발견됐다. 23일(현지시간) 인디안 익스프레스 등 현지매체 보도에 따르면, 인도와 중국 공동연구진이 서부 자인티아힐스 구역에서 현지인들이 천연 조명으로도 사용하는 발광버섯이 신종임을 알아냈다. 연구진은 이 지역에서 2주간에 걸친 조사를 통해 여러 종의 신종 버섯을 발견했다. 그중에서도 특히 눈길을 끈 것은 바로 이 빛나는 버섯이었던 것으로 전해졌다. 연구진은 버섯 표본을 채집해 건조한 뒤 계통수상의 위치를 파악하기 위해 유전자 분석을 진행했다. 그 결과, 이 버섯은 형태와 유전적 특성 모두에서 점질버섯속(Roridomyces) 신종인 것으로 나타났다. 인도에서 점질버섯속 발광버섯이 발견된 사례는 이번이 처음이다. 지금까지 전 세계에서 발견된 같은 속으로 분류된 버섯은 12종이 있고 그중 5종이 발광버섯인 것으로 알려졌다. 따라서 이번 버섯은 점질버섯속 여섯 번째 발광버섯이 된다.특히 이번 버섯은 밤이 되면 선명한 녹색으로 빛을 내는데 빛나는 부위는 줄기와 그 아래 부분으로, 갓과 주름살 부분에서는 빛이 나지 않는다. 게다가 이 버섯은 아직 명확한 이유는 밝혀지지 않았지만 죽은 대나무에서만 성장하는 것으로 확인됐다. 이에 따라 이 버섯은 점질버섯속(Roridomyces)으로 분류되며 죽은 대나무(학명 Phyllostachys mannii)에서만 자란다는 이유로 로리도미세스 필로스타키디스(Roridomyces phyllostachydis)로 명명됐다. 연구를 이끈 중국과학원 소속 인도인 과학자 사만사 카르나라트나 박사는 “점질버섯속은 매우 연약한 균류로 습기가 많고 습도가 높은 곳을 좋아한다”면서 “어쩌면 죽은 대나무에 이 버섯이 좋아하는 환경 조건이 갖춰져 있을지도 모른다”고 설명했다. 이 버섯은 학계에서 처음 보고돼 신종으로 여겨지지만, 사실 현지 주민들 사이에서는 예전부터 그 존재가 알려졌다. 이번 조사 역시 현지인의 보고에서 시작됐기 때문이다.이 버섯은 현지인들 사이에서 전기 버섯(electric mushrooms)이라고 불리며 사랑받고 있는데 밤이 되면 손전등이나 횃불 대신 이 버섯이 자라고 있는 대나무 줄기를 들고 다니며 빛을 비추는 데 사용한다는 것이다. 그렇다면 이 버섯은 어떻게 스스로 빛을 내는 것일까. 일반적으로 발광 성질이 있는 생물은 육지보다 바다 쪽이 더 많다. 땅 위에서는 반딧불이가 대표적이지만, 이들 생물은 먹이를 유인하거나 암컷에게 어필할 때 빛을 사용한다. 반면 버섯은 사냥이나 짝짓기를 하지도 않는다. 이에 대해 카르나라트나 박사는 “이런 버섯은 빛을 사용해 곤충을 유인해 스스로 포자를 확산한다. 따라서 발광성이 있는 균류는 특정 곤충들과 함께 진화했을 것”이라고 설명했다.지금까지 기록된 12만 종의 균류 중 약 100종이 생물 발광성이지만, 인도 원산은 거의 없다. 하지만 이번 발견 덕분에 연구진은 인도에도 발광 버섯이 여럿 존재할 수 있다고 보고 조사를 계속해 나갈 계획인 것으로 전해졌다. 자세한 연구 결과는 국제학술지 ‘파이토택사’(Phytotaxa) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

화성에 있는 게일 크레이터에서 약 40억 년 전 대규모 홍수가 일어났었다는 증거가 발견됐다. 이 때문에 붉은 행성에 한때 생명체가 존재했을 가능성이 더 커졌다. 미국 잭슨주립대와 코넬대 그리고 하와이대 공동연구진은 미국항공우주국(NASA)과 협력해 화성탐사로봇 큐리오시티가 찾아낸 침전물의 정보를 조사했다. 그 결과, 게일 크레이터에는 깊이 약 24m의 액체 상태 물이 시속 35㎞ 정도의 속도로 뒤덮이면서 거대한 파문을 남긴 것으로 나타났다. 이들 연구자가 ‘미친 듯이 몰아치는 대규모 홍수’라고 부르는 이 사건은 당시 소행성이나 혜성이 화성 표면에 부딪혀 축적돼 있던 얼음을 가열해 일어났을 가능성이 있다. 이에 대해 연구 공동저자로 코넬대 소속 스페인 연구자 알베르토 파이렌 박사는 “물이 발견되는 지구에 생명이 있기에 화성에도 40억 년 전에 미생물이 있었을 지도 모른다”고 설명했다. 또다른 공동저자인 잭슨주립대 소속 이란 연구자 에자트 헤이다리 박사는 “홍수로 인해 생긴 파문은 높이가 약 9m나 되고 약 137m까지 확산했다”고 덧붙였다.화성의 지질학적 특성은 지구의 경우처럼 물과 바람의 작용 등으로 지난 40억 년 동안 얼어붙어 있었다는 것을 보여준다. 여기에는 게일 크레이터의 퇴적층에서 흔히 대규모 파문으로 부르는 거대한 파도 모양의 특징이 발생하는 것도 포함된다. 이와 함께 파이렌 박사는 “우리는 큐리오시티가 관찰한 자세한 침전물 정보를 이용해 대규모 홍수가 일어났었다는 것을 처음으로 확인했다”면서 “대규모 홍수가 남긴 흔적은 이전 화성탐사선 정보로 확인되지 않았었다”고 말했다. 헤이다리 박사도 “큐리오시티의 정보에서 볼 수 있는 반사구는 약 200만 년 전 지구에서 얼음이 녹으면서 형성된 특징과 똑같다”고 설명했다. 화성에서 대량의 얼음이 녹아 물로 방출되려면 이산화탄소와 메탄 그리고 얼음 수증기를 방출하는 중대한 영향이 필요하다. 이에 대해 연구진은 수증기와 기체들이 결합해 짧지만 따뜻하고 습한 기간이 만들어져 생명이 존재할 수 있게 했을 것이라고 주장했다. 다만 홍수가 끝난 뒤에도 따뜻하고 습한 기후가 지속됐지만, 그 기간이 얼마나 되는지는 이번 연구로 확인할 수 없다고 이들 연구자는 지적했다.또 소행성 충돌에 의해 발생한 열기에 의한 응결 덕분에 구름이 형성돼 집중호우를 일으켰을 가능성도 제기됐다. 큐리오시티 정보를 이용한 기존 연구에서는 약 40억 년 전 폭풍이 일어나 대량의 비가 쏟아져 호수와 강이 형성했다는 증거를 보여줬다. 한 사례로 게일 크레이터에 물이 유입됐고 그곳에 있는 샤프산에서 흘러내려오는 물과 합쳐져 엄청난 홍수가 일어났다는 것이다. 이는 오늘날 화성에서 볼 수 있는 크레이터를 둘러싼 자갈 굴곡의 퇴적물을 남겼고 당시 연구진은 거대 홍수의 규모를 알아내는 데 도움을 줬다.파이렌 박사는 “초창기 화성은 지질학적 관점에서 매우 활동적인 행성이었다. 이 행성은 표면에 지구처럼 생명이 존재할 수 있는 액체 상태의 물이 존재했다는 것을 뒷받침하는 데 필요한 조건을 갖추고 있었다”면서 “따라서 당시 화성은 거주할 수 있는 곳이었다”고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호(11월 5일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

가상현실(VR)과 증강현실(AR) 기술은 아직 발전 단계이지만, 거기서 맛볼 수 있는 몰입감은 지금까지 없던 경험이라고 할 수 있다. 하지만 VR이나 AR 공간에서의 체험이 현실화할수록 답답한 사람들이 있을 것이다. 현재 사용자가 할 수 있는 일이라고는 버튼 조작뿐이기 때문이다. 그러나 최근 미국 코넬대 연구진이 개발한 장갑은 사용자에게 지금껏 없던 경험을 제공할지도 모른다. 이 장갑은 손목부터 손끝까지 신축성이 있는 광섬유 센서를 장착해 VR 세계에서 손의 섬세한 움직임을 재현, 마치 실제로 만지고 있는 듯한 감각을 느끼게 해준다. 이는 로버트 셰퍼드 교수와 그의 동료 연구자들이 최신 연구 논문에 발표한 광섬유 센서로 구현한 것이다. 물론 지금까지 딱딱한 구조물이라면 분산형 광섬유 센서(DFOS)를 이용해 감지할 수 있었다. 이는 광도파로(optical waveguide)를 통과하는 빛의 세기 변화를 감지하는 방식으로 물질의 변형 정도를 파악하는 것이다. 즉 기존 센서는 다리나 도로 또는 건물 등 딱딱 구조물의 변화를 측정하는데는 뛰어나지만 소프트로봇이나 신축성 있는 전자기기처럼 크게 휘어지는 구조를 측적하는 데는 적합하지 않다는 것이다. 이런 문제를 해결하고자 고안한 것이 바로 튜브에 한 쌍의 탄성 폴리우레탄 코어가 들어간 듀얼 코어 구조다. 코어의 한쪽은 투명하고 다른 한쪽에는 적색과 청색 그리고 녹색이라는 세 가지 색상의 광흡수 색소가 충전돼 있다. 이를 통과하는 빛의 경로에 변화가 있으면 감지해 색 공간에 매핑한다. 이에 따라 빛의 세기와 색상의 변화를 감지해 광섬유의 구부러짐과 신축 그리고 압력을 1㎝ 이하의 해상도로 측정할 수 있다는 것이다. 그다음으로는 3D 프린터를 사용해 장갑을 제작하고 손가락과 손등을 따라서 듀얼 코어 구조의 DFOS를 장착하기만 하면 된다.센서가 감지하는 데이터는 블루투스로 외부 컴퓨터로 전송돼 거기서 장갑의 움직임이나 구부러짐 상태를 실시간으로 측정한다. 장갑에 필요한 전력은 보통 리튬이온전지로 공급한다. 이에 대해 셰퍼드 교수는 “예를 들면 이 장갑으로 VR이나 AR을 통해 자동차 수리나 타이어 교환 연습을 할 수 있다”면서 “손의 움직임이나 압력을 감지할 수 있어 너트를 너무 조이면 ‘너무 조였다!’는 경고가 나와 실습자는 실수를 알아차릴 수 있는 것”이라고 설명했다. 이어 “현재 신형 센서를 물리 치료나 스포츠의학에서 응용하기 위한 특허 출원도 준비하고 있다”고 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 사이언스(Science) 최신호(11월13일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

러시아 캄차카반도에 있는 톨바치크 화산의 용암류에서 신종 광물이 발견됐다. 페트로바이트(Petrovite)라는 이름이 붙여진 이 하늘색의 결정체는 특징적인 원자 구조를 지녀 차세대 전지가 안고 있는 문제를 해결할 비장의 카드로 떠올랐다. 톨바치크 화산은 원래 희귀한 원소 광물이 종종 발견되는 곳으로 유명하다. 1975~1976년과 2012~2013년 사이 두 차례 분화한 이 화산의 용암 속에서는 이곳에만 있는 광물들이 여러 차례 발견됐었다. 그중 최신 발견이 바로 페트로바이트라는 것이다. 이는 산소 원자들과 황산나트륨 그리고구리 원자 등이 합쳐진 것으로 화학식은 Na10CaCu2(SO4)8인 것으로 전해졌다. 그런데 이 광물의 특징은 산소 원자의 정렬에 있다. 비슷한 사례는 몇몇 화합물에서밖에 발견되지 않을 만큼 매우 드물기 때문이다. 게다가 이 광물은 차세대 전지로 기대되는 나트륨이온전지의 소재가 될 가능성이 크다. 현재 반복 충전이 필요한 전자 장치에는 리튬이온 전지가 쓰이는 경우가 많지만, 그 원료가 되는 리튬은 정치적으로 불안한 남아메리카에 편향돼 있어 수요가 늘수록 공급이 불안정해진다는 위험이 있다. 따라서 이를 대신할 전지로 나트륨이온전지가 떠오르고 있는 것이다. 그 원료가 되는 나트륨은 바다와 땅에 널리 있어 리튬과 같은 공급 측면에서의 불안정은 없다. 나트륨이온전지는 최근에 성능면에서도 리튬이온전지에 필적해 점차 주목을 끌고 있긴 하지만 이 역시 커다란 결점을 안고 있다. 이 차세대 전지는 리튬이온전지와 마찬가지로 양극과 음극 사이에서 이온을 이동시켜 전기를 발생한다. 하지만 이 과정을 반복하는 사이 불활성의 나트륨 결정이 음극에 쌓여 전지를 쓰지 못하게 된다는 것이다. 그런데 그 해결책이 바로 페트로바이트라는 것이다. 신종 광물은 다공질 구조를 갖고 있어 내부 공간이 통로처럼 서로 연결돼 있다. 덕분에 나트륨 원자는 자유롭게 움직일 수 있다. 이 성질이 나트륨이온전지의 음극 소재로 제격이라는 것이다.이에 대해 연구 주저자인 스타니슬라프 필라토프 상트페테르부르크대 교수는 “현재 이런 용도의 가장 큰 문제점은 광물의 결정 구조 안에 전이금속(구리)이 소량밖에 들어 있지 않은 것”이라고 지적하면서 “이는 실험실에서 페트로바이트와 같은 구조의 화합물을 합성함으로써 해결할 수도 있다”고 설명했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘광물학 잡지’(Mineralogical Magazine) 온라인판 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

이스라엘의 과학자들이 인간의 노화 과정을 세포 수준에서 되돌리는 실험에 성공했다고 밝혔다. 미국 과학전문 사이언스데일리 등 외신 20일자 보도에 따르면, 이스라엘 텔아비브대와 샤미르의료원 등 공동연구진은 고압산소요법(HBOT)으로 인간의 텔로미어를 연장하고 노화세포를 줄일 수 있었다. 여기서 텔로미어는 염색체의 말단소립을 말하며 그 길이가 줄어드는 것은 생명을 위협하는 다양한 질병의 발병과 밀접한 관계가 있다. 그리고 노화세포의 축적 역시 나이와 관계가 있는 건강 상태나 질병에 관여한다. 이런 요인은 노화 과정의 주요한 특징인데 암이나 심혈관계질환, 당뇨, 치매 또는 알츠하이머병의 발병과도 관계가 있다. 이스라엘 연구진은 이번 연구에서 건강한 만 64세 이상 노년층 남녀 35명을 대상으로 90일간 매일 HBOT를 받게 했다. HBOT는 주 5회 진행하고 이틀 쉬는 방식으로 총 60회 진행됐으며, 1회의 치료 시간은 90분이었다.참가자들은 여러 명이 앉을 수 있는 고압산소장치 안에 들어가서 호흡기를 착용하고 2기압의 100% 산소를 흡입했는데 20분마다 5분씩 쉬는 시간이 제공됐다. 그리고 치료 시작 전과 30회 시점, 60회 시점 그리고 1~2주 뒤쯤 치료 상황을 살피기 위해 이들 참가자의 혈액 표본을 채취해 말초혈액단핵세포(PMBC)에서 텔로미어의 길이와 노화세포의 상태를 평가했다.그 결과, 도움 T세포와 세포독성 T세포, 자연살상(NK) 세포 그리고 B세포(B림프구)의 텔로미어 길이가 20% 이상 크게 증가한 것으로 나타났다. 이는 참가자들의 텔로미어가 25년 더 젊었을 때와 같은 수준으로 돌아갔다는 점을 의미한다고 연구진은 설명했다. 그중에서 가장 큰 변화는 B세포에서 나타났는 데 치료 30회 시점에서 25.68%, 60회 시점에서 29.39% 그리고 1~2주쯤 뒤에는 37.63%까지 늘었다.이보다 중요한 점은 이번 실험으로 참가자들의 노화세포가 크게 감소했다는 것이다. 노화한 도움 T세포의 경우 그 수는 37.3% 줄었고 세포독성 T세포는 10.96% 감소했다. 사실 인간의 텔로미어가 연장한 사례는 이번이 처음은 아니다. 예를 들어 최근 한 연구에서 장기간 유산소 운동으로 텔로미어가 최대 5% 늘어난 것으로 확인됐었다. 하지만 이런 연구의 대부분은 텔로미어와 항산화의 관련성을 나타낸 것으로, 진정한 노화 과정의 역전이라고는 할 수 없다. 반면 이번 연구는 3개월이라는 짧은 기간에 텔로미어의 대폭적인 연장뿐만 아니라 노화세포 역시 크게 줄었다는 점이 인정된 노화 과정의 역전인 것이다. 지금까지 이처럼 뚜렷한 성과가 나타난 사례는 이번이 처음이라고 할 수 있다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘에이징’(Aging) 최신호(18일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

생존을 위해서 스스로 색을 바꾸는 꽃의 존재가 확인돼 학계의 관심이 쏠렸다. 중국 과학원과 영국 엑서터대 공동 연구진은 수천 년 동안 중국에서 전통약재로 활용돼 온 패모의 한 종류인 사사패모(학명 Fritillaria delavayi)의 생태를 연구했다. 사사패모는 중국 고산지대에 주로 서식하며, 폐를 윤택하게 해주는 한약재로 유명하다. 5년에 한 번씩 꽃 한 송이를 피워내며 매년 6월 수확한다. 2000년 이상 전통 중의학에서 사용돼 왔으나 최근 가격이 오르는 추세다. 5년 만에 초록색 꽃을 피우는 사사패모에게 가장 큰 천적은 다름 아닌 약재를 위해 꽃을 수확하는 사람들이다. 연구진은 꽃을 수확하려는 사람들이 더 많이 찾는 서식지에 자라는 꽃일수록 식물의 잎이 자라는 주변의 바위 색과 유사한 색으로 변화하는 보호색 능력이 발달돼 있다는 사실을 확인했다. 연구진이 자체 개발한 프로그램을 이용해 분석한 결과, 보호색 능력이 발달된 식물일수록 생존할 가능성이 더 높았다. 이는 해당 식물을 채취하려는 인간이 결국 이 식물이 주변과 유사한 색으로 위장하는 보호색 능력의 진화를 이끌어냈다는 것을 의미한다. 또 이처럼 보호색 능력을 가진 식물들을 발견하는데 걸리는 시간은 그렇지 않은 식물을 찾는 것보다 훨씬 더 오래 걸린다는 사실도 확인됐다. 연구진은 “우리가 연구해 온 다른 위장 식물과 마찬가지로, 처음에는 이 식물의 위장이 이를 먹는 초식동물에 의한 것이라고 추측했지만 주변에서 이 식물을 위협하는 초식동물을 찾을 수 없었다”면서 “결과적으로 인간만이 이 식물을 위협하는 포식자라는 것을 알게 됐다”고 설명했다. 이어 “우리는 이 식물의 개체 수 및 다른 식물과 비교했을 때 얼마나 채취가 쉬운지, 그리고 실제로 채취량에 어떤 변화가 있는지 확인했다”면서 “이번 연구는 인류가 어떻게 야생 생물의 생존과 진화에 직접적이고 극적인 영향을 미치는 지를 확인하게 했다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 세계적 학술지 셀(Cell) 자매지인 커런트 바이올로지(Current Biology) 최신호(20일자)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

지구상에서 가장 높은 산인 에베레스트 정상 부근에서도 미세플라스틱이 발견됐다. 소리없이 지구와 인류의 생명을 좀먹고 있는 미세플라스틱의 영향력을 다시 한번 짐작하게 한다. 영국 플리머스대학 연구진은 에베레스트와 주변 고지대 19곳에서 샘플을 채취했다. 11곳은 눈으로 뒤덮인 곳이었고, 8곳은 계곡이었다. 그 결과 에베레스트에서도 해발 8000m 이상의 일명 ‘죽음의 지대’에서 미세플라스틱의 흔적이 발견됐다. 인간이 호흡하기 어려울 정도로 산소가 부족한 지대까지도 미세플라스틱의 공습을 받고 있다는 사실이 입증된 것. 연구진은 에베레스트의 계곡 아래에서 발견된 미세플라스틱이 폴리에스터(폴리에스테르)와 아크릴 및 나일론 등에서 부서져 나온 것으로 추정했다. 이 미세플라스틱들은 주로 등산용 의류 제조에 사용된다. 실제로 에베레스트를 오르는 사람들이 가장 많이 머무는 베이스캠프의 눈에서는 눈 1ℓ당 섬유질 79개의 고농도 미세플라스틱이 발견됐다.에베레스트 정상 부근에서 발견된 미세플라스틱은 크기가 5㎜ 미만의 작은 입자이며, 에베레스트를 오르내리는 사람들이 입은 등산 전문가용 기능성 의류에서 떨어져 나온 뒤 소용돌이치는 기류를 타고 에베레스트 정상까지 올라갔을 가능성이 제기됐다. 연구진은 “눈 1ℓ당 평균 12개의 미세플라스틱 섬유가 발견됐다”면서 “이번 연구는 에베레스트 정상 근처에도 미세플라스틱이 존재한다는 것을 입증한 최초의 사례”라고 설명했다. 이어 “미세플라스틱 섭취가 사람의 건강에 미치는 영향에 대해서는 정확하게 밝혀지지 않았으므로 아직은 ‘잠재적 유해’로 분류된다”면서 “우리의 이번 연구는 오래 지속되면서도 환경에 남아있지 않는 플라스틱을 개발하는 것이 얼마나 중요한지를 다시 한 번 강조한다”고 덧붙였다.극지방에서 미세플라스틱이 발견된 것은 이번이 처음은 아니다. 지구상에서 가장 청정한 지역으로 꼽히는 남극 바다의 해빙과 북극의 눈, 심해에 서식하는 상어의 위장에서도 미세플라스틱이 발견됐다. 미국 애리조나주립대학 연구진은 지난 8월 미세플라스틱이 혈관으로 들어가 혈류를 타고 이동할 수 있을만큼 작기 때문에, 혈액과 함께 몸 곳곳을 돌다가 폐나 신장, 간과 같은 여과 기관에 정체될 수 있다고 주장했다. 일반적으로 플라스틱에 함유된 화학물질이 비만이나 불임, 성 기능 장애와 당뇨병 등 여러 건강 문제의 원인이 될 수 있는 것으로 알려져 있다. 여기에 폐나 신장, 간 등 중요 기관에 미세플라스틱이 들어가면 석면처럼 주요 발암물질이 될 수 있다고 연구진은 덧붙였다. 에베레스트에서 발견된 미세플라스틱 관련 연구결과는 세계 최고의 학술지인 ‘셀’(Cell)의 자매지 ‘원 어스’(one earth) 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

유리병이 플라스틱병보다 환경에 4배 이상 나쁠 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 유리병을 제조하는데 에너지와 자원이 너무 많이 들어간다는 점이 그 이유다. 영국 사우스샘프턴대 연구진은 유리병과 플라스틱병, 알루미늄캔 그리고 종이팩 등 다양한 종류의음료 포장용기가 환경에 미치는 영향을 평가하고 이같이 밝혔다고 영국 일간 ‘아이’(i)가 18일(현지시간) 전했다. 연구진에 따르면, 플라스틱병은 제조과정에 상당한 양의 에너지를 필요로해서 환경에 확실히 나쁘다. 게다가 플라스틱은 폐기한 뒤에도 썩지 않고 건강에 해로운 것으로 알려진 미세플라스틱으로 쪼개져 확산할 우려가 있다. 그런데 제조과정에서 쓰는 에너지뿐만 아니라 원료 자원을 채굴하는 과정에서 발생하는 피해 상황을 고려하면 환경에 미치는 종합적인 영향은 유리병이 플라스틱병보다 훨씬 더 심각하다고 연구진은 밝혔다. 심지어 유리병은 12번에서 20번까지 재사용할 수 있지만 현재 1번밖에 사용하지 않을만큼 너무 자주 버려지고 있다는 점이 연구진의 지적이다. 따라서 연구진은 가장 친환경적인 음료 용기는 종이팩과 100% 알루미늄캔이라고 결론지었다. 이에 대해 연구를 주도한 앨리스 브록 박사는 “유리를 제조하기 위해 원재료를 가열하는 과정에는 엄청난 양의 에너지가 필요하다. 원료가 녹는 동안 이산화황과 이산화탄소 등 기체 형태의 오염물질이 배출될 수 있다”면서 “유리는 규석과 탄산나트륨 그리고 백운석이라는 원재료를 채굴해야 하는데 이런 과정은 모두 환경에 영향을 준다”고 설명했다. 이어 환경 영향으로는 토지의 황폐화와 먼지 배출 그리고 수원 요염 등이 있다고 덧붙였다. 게다가 규석은 채굴 과정에서 규폐증을 일으킬 수 있다. 이는 규산이 함유된 먼지를 오랜 기간 마셔 생기는 만성 질환인데 폐에 염증을 일으키고 결국에는 치유할 수 없는 상처를 남기는 것으로 알려졌다. 연구진은 또 유리 제조에 들어가는 원재료의 5분의 1 정도는 이산화탄소 등 온실가스를 배출한다고 말했다. 이뿐만 아니라 유리는 기후 변화와 담수의 독성화, 해양 산성화 그리고 담수 녹조라는 부정적인 영향을 줘 플라스틱보다 더 나쁘다는 것이다. 이 점에 대해 브록 박사는 “이번 연구가 시사하는 점은 실제로 병과 캔을 재사용하기 위해 움직여야 한다는 점이라고 생각한다. 재활용만으로는 충분하지 않다”면서 “우리는 사고방식을 바꿔 환경에 나쁜 영향을 줄이려면 병을 재사용하는 과정으로 바꿔야 한다”고 지적했다. 종이팩은 유리병과 플라스틱병보다 전반적으로 환경에 덜 해로운 것으로 나타났지만, 음료가 새지 않도록 무독성 폴리에틸렌을 도포하는 데 이 역시 플라스틱의 일종이다. 자세한 연구 결과는 국제 폐기물 연구단체(IWWG)가 발행하는 공식 학술지 ‘디트라이터스 저널’(Detritus Journal) 최신호에 실렸다. 사진=123rf 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr