낯선 곳에서도 지도 한 장만을 들고 길을 잘 찾는 사람이 있는가 하면 몇 번이나 갔던 곳도 매번 새로운 곳을 가는 듯 낯설어 하는 사람들도 있다. 이는 공간지각력이나 공간기억력이 떨어지기 때문이다. 그런데 손전등만 있으면 이런 사람들의 공간기억력을 순식간에 높여줄 수 있는 기술이 있다면 믿을 수 있을까. 아직 동물실험 단계이지만 국내 연구진이 빛을 머리에 비추는 것만으로도 공간기억력을 향상시킬 수 있는 방법을 찾아냈다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 사회성뇌과학그룹 연구팀은 외과 수술 없이 비침습적 방법으로 머리에 손전등 정도의 빛을 비추는 것만으로도 뇌신경세포 내 칼슘농도를 조절해 공간기억능력을 향상시키는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 칼슘은 세포 이동, 분열, 유전자 발현, 신경전달물질 분비, 항상성 유지 등 세포기능에 폭넓게 관여하는 주요 물질이다. 세포가 제 기능을 수행하기 위해서는 세포 내 칼슘농도가 적절하게 조절되야 하는데 만약 그 양이 부족해지면 인지장애, 심장부정맥 등 다양한 질환으로 이어지게 된다. 이번 연구에 교신저자로 참여한 허원도 IBS 초빙연구위원(카이스트 생명과학과 교수)은 이전 연구에서 세포에 빛을 비춰 세포 내 칼슘 농도를 조절할 수 있는 ‘옵토스팀원’ 기술을 개발했다. 옵토스팀원은 빛으로 세포기능을 조절하는 광유전학 기술로 쥐의 머리에 청색 빛을 비춰주면 광수용체 단백질들이 결합되면서 세포 내로 칼슘을 유입시키는 기술이다. 두개골을 여는 등의 외과수술은 아니지만 옵토스팀원 기술을 이용하기 위해서는 체내 광섬유를 삽입하는 과정을 거쳐야 한다. 이번 연구에서는 옵토스팀원에서처럼 광섬유를 심는 정도의 수술도 하지 않고 광수용체 단백질 유전자를 변형시킴으로써 빛에 대한 민감도를 55배 증가시킨 ‘몬스팀원’ 기술을 개발했다. 빛에 대해 민감하게 반응하는 유전자 덕분에 수술 없이 살아있는 쥐의 머리에 손전등 정도의 빛을 비추는 것만으로도 뇌 신경세포 내 칼슘농도 증가 시키고 공간기억력을 향상시키는데 성공했다. 특히 이번 기술은 머리뼈 근처 뇌 피질 뿐만 아니라 뇌 깊숙한 곳에 있는 해마와 시상에 있는 뇌신경세포의 칼슘농도 증가도 이끌어 낸다는 것을 확인했다. 연구팀은 생쥐들에게 공간공포실험을 실시한 결과 몬스팀원 처리를 받은 생쥐들이 그렇지 않은 생쥐들보다 공포기억력이 더 오래간다는 사실을 관찰할 수 있었다. 허원도 교수는 “이번 기술은 뇌세포 칼슘 연구와 뇌인지 과학연구 등에 다양하게 적용될 수 있을 것”이라며 “수술 없이 살아있는 동물의 뇌신경세포를 조절하는 것 뿐만 아니라 향후 세포 수준을 넘어 개체 수준까지 칼슘에 의한 신경행동학적 변화를 규명하는 연구에 활용될 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

따뜻한 방에서 먹는 바삭한 튀김요리는 추운 겨울철 운치를 더하는 먹을거리이다. 겨울철 구하기 쉬운 고구마나 감자 등 식재료를 먹기 좋게 썰어 튀김옷(전분가루)을 입혀 기름에 튀겨낸 것을 씹으면 바사삭, 와사삭하는 소리와 함께 입안에 가득 퍼지는 고소함은 먹는 재미를 더해준다. 그런데 재료과학자들이 고구마를 튀기는 방법을 응용해 전기차 주행거리를 2배 이상 늘릴 수 있는 배터리 재료를 개발해 화제가 되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단, 전남대 신소재공학부, 한양대 에너지공학과 공동연구팀은 물과 기름, 전분가루 같이 일상 생활에서 쉽게 구할 수 있는 값싼 재료를 이용해 기존 배터리에 사용되는 흑연계 음극 소재보다 전지 용량이 4배 이상 크고 5분 만에 80% 이상 급속충전이 가능한 실리콘 기반 음극소재를 개발했다고 21일 밝혔다. 이 같은 놀라운 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 현재 사용되고 있는 전기차 배터리는 흑연을 음극 소재로 사용하고 있는데 가솔린이나 디젤 같은 내연기관 자동차보다 주행거리가 여전히 짧다는 단점이 있다. 한 번 충전으로도 먼 거리를 오갈 수 있는 전기차를 개발하기 위해 연구자들은 흑연보다 에너지를 10배 이상 저장할 수 있는 실리콘을 차세대 음극소재로 주목하고 있다.그러나 실리콘도 충전과 방전을 거듭하다보면 부피가 급격히 팽창하고 용량이 크게 준다는 단점이 있다. 이 때문에 안정성을 높이기 위한 획기적인 기술이 나오지 않는 이상 복잡한 공정과 높은 생산비용 때문에 흑연을 대체하기는 쉽지 않다. 이런 상황에서 연구팀은 물, 기름, 전분 같은 튀김요리에 쓰이는 재료들에 주목했다. 물에 전분을 풀고 기름에는 실리콘을 풀어 섞은 뒤 가열해 탄소-실리콘 복합소재를 만들었다. 튀김을 만드는 것처럼 간단한 가열 공정으로 탄소와 실리콘 복합체를 단단히 고정시킴으로써 충전과 방전시 실리콘 음극재의 부피팽창을 막은 것이다. 이렇게 만든 복합소재는 기존 흑연계열 음극소재보다 같은 부피에 4배 이상 높은 저장용량을 보였으며 500회 이상 충전과 방전에도 안정적으로 용량이 유지되고 5분 이내에 80% 이상 급속 충전이 가능하다는 것을 확인했다. 탄소구조체가 실리콘 부피팽창을 억제해 실리콘 소재 안정성을 높이고 탄소의 높은 전기전도도와 실리콘 구조의 재배열로 고출력 특성을 갖게 됐기 때문이라고 연구팀은 설명했다.정훈기 KIST 박사는 “이번 기술을 전기차에 활용하면 주행거리가 지금보다 2배 이상 늘어날 것”이라며 “이번 연구는 저렴한 재료와 손쉬운 공정으로 우수한 배터리 성능을 만들어 냄으로써 대량생산과 상용화 가능성을 높였다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 인공지능(AI) 기술이 빠르게 발전하면서 과연 AI가 흉내낼 수 없는 인간만이 갖고 있는 독특한 능력은 무엇일까. 더군다나 인공지능이 많은 직업을 대체할 것이라는 예측이 나오면서 이같은 논의는 더욱 활발해지고 있다. 많은 학자들은 타인의 감정을 이해하고 적절한 반응을 할 수 있는 ‘공감능력’이 인공지능 시대에 무엇보다 필요하다고 입을 모으고 있다. 그렇다면 이런 공감능력은 언제부터 발달하게 되는 것일까. 미국 뇌과학자와 심리학자들은 공감능력은 태어난 직후부터 부모와의 놀이를 통한 교감에서 시작된다는 흥미로운 연구결과를 내놨다. 미국 프린스턴대 신경과학연구소, 실험심리학과 공동연구팀은 말문이 트이지 않은 영유아들은 부모가 함께 놀이를 해주거나 책을 읽어줄 때 뇌파가 동기화되면서 뇌신경 네트워크를 발달시킨다고 20일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 실험심리학 분야 국제학술지 ‘심리과학’에 실렸다. 기존의 많은 연구들에서 공감능력은 다른 사람과 대화를 할 때나 영화나 음악을 들을 때 뇌파가 동기화되는 상태라고 이야기하고 있다. 연구팀은 그같은 뇌신경 동기화 현상이 언제 어떻게 발달하는지를 알기 위해 실험을 했다. 연구팀은 생후 9~15개월된 영유아 18명과 부모들을 아이와 장난감을 가지고 놀고, 노래를 부르고, 책을 읽어주도록 하면서 실시간으로 뇌활동을 측정했다. 연구에는 기능성 근적외선분광기법(fNIRS)라는 기술을 활용해 예측, 언어사용, 공감능력과 관여되는 것으로 알려진 뇌부위 57곳을 측정했다. fNIRS는 무선으로 연결된 모자나 머리띠 형태의 기기를 착용하면 특정 파장의 빛을 이용해 뇌 속 혈중산소 변화를 측정함으로써 뇌의 움직임을 파악할 수 있게 해주는 기술이다. 이 기술은 기존에 뇌파측정기나 기능성 자기공명영상(fMRI)과 달리 어린아이들도 비교적 불편함을 느끼지 않고 실험에 참가할 수 있게 해준다.연구팀은 아이들과 부모를 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 부모들이 아이들과 장난감을 갖고 놀거나 동요를 부르거나 책을 읽어주는 등 직접 소통을 하도록 하고 다른 그룹의 부모들은 아이들 혼자 장난감을 갖고 놀거나 책을 뒤적이게 하고 다른 사람들과 대화를 하도록 했다. 그 결과 놀이와 책읽기 등을 함께 한 부모와 아이들은 뇌파가 동기화되면서 언어와 공감능력, 예측 관련된 뇌 부위 대부분이 활성화되는 것으로 확인됐다. 반면 아이와 부모가 따로 노는 그룹의 경우는 뇌파가 동기화되지 않는 것은 물론 57곳 뇌부위 중 활성화되는 곳이 거의 없는 것으로 나타났다. 특히 공감능력과 관련된 뇌 부위에서는 활성화가 전혀 관찰되지 않았다. 연구팀은 또 하나 재미있는 사실을 발견했다. 아이들과 함께 놀고 책 읽기를 하는 부모들의 뇌에서 특히 예측과 공감 관련 뇌부위가 활성화된다는 것이 관찰됐다. 즉 아이들과 함께 놀면서 부모들은 언제 웃을지 어떤 반응을 보일지, 어떤 것을 더 좋아하는지 등을 미리 예측하기 위해 해당 부위가 활성화된다는 것이다. 연구팀은 이같은 결과에 대해 아이와의 놀이는 부모와 아이 모두에게 영향을 미치며 이를 통한 뇌신경 동기화는 아이들의 사회성과 언어학습 발달은 물론 어른들의 뇌 발달에도 상당한 도움을 준다고 설명했다. 엘리스 피아자 신경과학연구소 박사는 “이번 연구는 부모와의 상호작용이 활발한 아이들이 공감능력이나 언어능력이 높다는 사실을 뇌과학적으로 보여주고 있다”라며 “이번 연구를 바탕으로 자폐증이나 공감능력이 저하된 사람들을 치료할 수 있는 새로운 방법을 찾아낼 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 폐목재 같은 바이오매스 분해 과정에서 생성되는 전자를 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발했다. 류정기 에너지 및 화학공학부 교수팀은 바이오매스에 포함된 리그닌(Lignin)을 이용하는 ‘바이오 연료 시스템’을 개발했다고 20일 밝혔다. 바이오매스 분해로 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 추출된 전자로 수소까지 효과적으로 생산하는 시스템이다. 일반적으로 수소는 물을 전기 분해해 얻는다. 물에 전압을 흘려서 수소와 산소를 동시에 생산하는 방식이다. 그러나 지금까지 기술로는 산소 발생 반응 속도가 느리고 복잡해 수소 생산 효율도 낮은 편이다. 수소 기체는 수소 이온이 전자를 얻어 만들어지는데, 이 전자가 산소 발생 반응에서 나오기 때문이다. 류 교수팀은 산소 발생 반응의 비효율을 줄일 방법으로 새로운 전자 공급원인 리그닌을 사용했다. 몰리브덴(Mo) 기반의 저렴한 금속 촉매로 리그닌을 분해해 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 생성되는 전자를 추출해 수소를 만드는 원리다. 이 시스템은 리그닌에서 나온 전자가 도선을 따라 수소 발생 반응이 일어나는 전극 쪽으로 이동하도록 설계돼 있다. 특히 이 시스템은 높은 에너지와 고가의 귀금속 촉매가 필요한 산소 발생 반응이 필요 없어서 일반적인 물 전기분해보다 적은 에너지로 수소를 생산할 수 있다. 류 교수는 “기본 방식에서는 1.5V 이상의 전압이 필요했지만, 새 시스템에서는 훨씬 낮은 0.95V 전압에서 수소를 생산했다”면서 “저렴한 촉매와 낮은 전압으로 수소와 함께 가치 있는 화학물질을 생산하는 기술로, 전기분해에서 산소 발생 반응을 대체할 방법을 제시했다는 의미가 크다”고 밝혔다. 이번 연구는 지난 3일 미국 화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스’에 공개됐다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

어미 돌고래의 자궁 안에서 꿈틀거리는 태아 돌고래의 신비롭고 아름다운 모습을 확인할 수 있는 최첨단 초음파 기술이 개발됐다. 초음파 기술은 사람이나 다른 동물들에게 질병을 미리 예측하고 건강상태를 확인할 수 있는 효과적인 기술이며, 돌고래에게도 이는 예외가 아니다. 전문가들은 예전부터 돌고래의 건강을 연구하기 위해 초음파 기술을 사용해 왔지만, 미국 샌디에이고의 국립해양포유동물재단(NMMF) 연구진은 돌고래의 임신 전 단계에서 태아 돌고래의 상태를 확인할 수 있는 진일보한 초음파 기술을 개발하기 위해 애써왔다. 연구진은 2010년부터 2017년까지 큰돌고래(Bottlenose Dolphin) 12마리 및 이들이 겪은 16번 임신을 관찰하고, 이를 통해 새로운 초음파 기술의 개발과 도입을 연구했다. 그 결과 돌고래 임신 전 단계에서 태아 돌고래가 생성되는 과정 및 태아 돌고래의 각종 장기와 심장 상태, 움직임을 즉시 진단할 수 있는 시스템을 만드는데 성공했다. 연구진은 “발전한 초음파 기술은 임신 첫 단계에 들어선 어미 돌고래 및 태아 돌고래의 상태를 보다 면밀하게 관찰할 수 있는 기회를 제공했다”면서 “우리는 태아 돌고래가 어미 몸 안에서 자라는 동한 기형이나 기타 질병 등을 미리 확인할 수 있게 됐다”고 설명했다. 새로운 초음파 기술 개발은 사고 등으로 바다에 대량 유출되는 기름이 돌고래의 건강에 장기적으로 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위한 조사의 일환이기도 하다. 연구진에 따르면 대규모 기름 유출을 겪은 바다에 사는 돌고래는 깨끗한 바다에 사는 돌고래에 비해 임신 성공률이 4분의 1에 불과했다. 임신에 성공한다 할지라도 기름 유출 지역에서 건강하게 살아있는 새끼를 낳을 확률은 19%에 불과했다. 반면 깨끗한 지역에 사는 돌고래가 순산할 확률은 65% 정도다. 연구진은 “이번 연구의 성공은 큰돌고래 및 전 세계의 다양한 고래류를 보존하기 위한 획기적인 역할을 할 것”이라면서 “돌고래가 언제, 어디서, 왜 번식에 어려움을 겪고 있는지 알아내는데 이 초음파 기술이 도움이 되길 바란다”고 설명했다. 자세한 연구결과는 수의방사선학 전문 학술지인 ‘Veterinary Radiology and Ultrasound’ 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

인간 수명 100세 시대를 넘어 400~500세 시대가 열릴 수 있다는 가능성을 제시한 연구결과가 나왔다. 중국 난징대 뇌과학연구소, 캘리포니아 벅 노화연구소, 미국 MDI생물학 연구소 등이 모인 다기관 합동 연구진(MDI Biological Laboratory)은 ‘예쁜꼬마선충’이라고 불리는 벌레에게서 수명을 5배 늘릴 수 있는 세포 경로를 발견했다. 예쁜꼬마선충은 몸길이 1mm에 불과한 작은 선형동물로, ‘불로장생의 비밀’을 지닌 벌레로도 익히 알려져 있다. 수명이 3-4주 정도로 짧아서 노화와 수명을 연구할 때 빈번하게 이용된다. 사람과 많은 유전자를 공유하는데다 극한의 환경에서도 살아남는 생명력을 가진 덕분에 우주로 보내져 다양한 프로젝트에 활용되기도 했다. 연구진은 예쁜꼬마선충의 몸에서 미토콘드리아와 세포의 노화에 관여하는 경로를 찾아낸 뒤 이를 변형시킨 결과, 3~4주에 불과한 수명을 15~20주까지 늘리는데 성공했다. 연구진이 주목한 것은 수명 증가에 영향을 미치는 인슐린신호전달체계(IIS) 및, 영양신호전달경로(TOR)이며, 이 시스템들을 유전적으로 변형시키자 수명이 증가하는 것을 확인했다. 일반적으로 인슐린신호전달체계를 변화시킬 경우 수명이 2배 가량, 영양신호전달경로를 변형시킬 경우 30% 가량 증가하는 것으로 알려져 있다. 연구진은 연구 초기 당시 두 경로를 모두 변화시킬 때 수명이 최대 130% 증가할 것으로 예측했지만, 실제 결과는 5배 이상이었다고 밝혔다. 연구진은 “이러한 결과를 인간에 적용한다면 수명이 4~5배 증가해 400~500세에 이를 수 있다”면서 “세포 노화와 관련한 다양한 경로를 동시에 변형시키는 것이 폭발적인 수명 증가에 영향을 줄 수 있다”고 설명했다. 이어 “수명 연장의 경로를 파악함으로써 늙거나 병들지 않는 100세 시대를 열 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 미국에서 발행되는 국제학술지인 셀 리포트(Cell Report)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

많은 현대인들은 앉아서 생활하는 시간이 많아지고 불규칙한 식습관과 각종 스트레스로 인해 장건강을 위협받고 있다. 이 때문에 장내 유산균 증식과 유해균을 억제하는 등 장건강에 도움을 장건강에 도움을 준다는 프로바이오틱스를 복용하는 이들이 늘고 있다. 생물학자들이 프로바이오틱스가 장 건강에 도움을 줄 뿐만 아니라 항생제 내성을 일으키는 박테리아와의 전쟁에서 최종병기가 될 수 있다는 것을 밝혀내 주목받고 있다. 영국 버밍엄대 미생물학·감염학 연구소, 버밍엄의대, 호주 시드니대 감염병·미생물학센터, 웨스트미드 의학연구소 공동연구팀은 프로바이오틱스 음료가 항생제 내성 박테리아에 대항하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 18일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 미국공공과학도서관에서 발행하는 국제학술지 ‘플로스 원’ 15일자에 실렸다. 연구팀은 대장균, 살모넬라균, 폐렴간균 등 사람의 장 속에서 흔히 발견되는 박테리아에 대응하기 위한 방법을 찾고 있던 중 ‘플라시미드’에 주목했다. 플라시미드는 세균의 세포 내에 복제돼 독자적으로 증식할 수 있는 염색체 이외의 DNA 분자를 말한다. 세균의 생존에는 필수적이지는 않으며 다른 종의 세포 내로 전달될 수 있다는 특징을 갖고 있다. 플라시미드는 항생제 내성 유전자를 세균들에 확산시키는 역할을 한다. 연구팀은 항생제 내성 플라시미드가 복제되는 것을 차단하면 항생제 내성 문제를 간단히 해결할 수 있을 것으로 봤다. 강력한 항생제를 사용해서도 막기 어려운 세균 감염을 일반적인 항생제로도 치료할 수 있다는 말이다. 연구팀은 쉽게 구할 수 있는 유산균음료 같은 형태의 프로바이오틱스 ‘피큐어 플라스미드’(pCURE plasmids)를 만들었다. 이 플라스미드는 항생제 내성 플라스미드가 복제되는 것을 차단하고 항생제 내성균을 없앰으로써 항생제 내성을 치료하는 것이다. 또 피큐어 플라스미드는 항생제 내성 플라스미드가 분해되면서 발생시키는 유독물질이 정상 세포를 공격하는 것을 막는 역할도 하는 것이다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험에서 피큐어 플라스미드가 항생제 내성균을 효과적으로 제거한다는 사실을 확인했다. 연구팀은 추가 동물실험을 통해 안정성을 확인한 다음 사람을 대상으로 한 임상시험을 진행할 계획이다. 크리스토퍼 토머스 영국 버밍엄대 교수(분자유전학)는 “항생제 내성을 극복하기 위해서 가장 좋은 방법은 항생제 사용을 줄이는 것이겠지만 이미 발생한 항생제 내성에 대한 대응 방법도 찾아야 할 필요가 있다”며 “프로바이오틱스가 항생제 내성을 일으키는 박테리아의 유전자에 영향을 미칠 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

2012년 개봉한 한국영화 ‘연가시’는 사람의 뇌에 침투해 물 속에 뛰어들도록 유도해 익사시키는 기생충 때문에 벌어지는 재난상황을 보여주고 있다. 연가시는 가상의 기생충이지만 실제로 포유동물의 뇌에 침투해 행동을 조종하는 기생충이 있다. 바로 ‘톡소플라스마 곤디’이다. 톡소플라스마에 감염되는 생쥐는 겁을 상실하고 고양이에게 덤벼들거나 쫓아다니다가 결국 잡아먹히게 된다. 스위스 제네바대 유전·진화학과, 기초신경과학과, 제네바의대 미생물·분자의학, 제네바 바이스 생물신경공학센터, 캐나다 토론토대 써니브룩연구소 공동연구팀은 톡소플라스마에 감염되는 쥐는 고양이에 대한 두려움을 상실하는 것 이외에도 다양한 행동과 신경기능에도 영향을 미친다고 17일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 리포츠’ 15일자에 실렸다. 톡소플라스마는 쥐 뿐만 아니라 사람도 감염시킨다. 반려묘의 배설물에 의해 전염되는 경우가 많은데 고양이를 많이 키우는 유럽인들에게서는 3명 중 1명이 감염돼 있는 것으로 알려져 있다. 면역기능이 정상적인 사람에게는 별 다른 증상이 나타나지 않지만 면역력이 약화된 임산부가 감염될 경우는 심하면 유산이 되기도 한다. 또 일부에서는 조현병, 파킨슨병, 양극성 장애 같은 정신질환은 물론 교통사고와 자살시도의 원인이 된다는 주장도 있다.연구팀은 톡소플라스마에 감염된지 5~10주 지난 쥐와 감염되지 않은 쥐를 대상으로 ‘고공 십자미로’ 실험을 했다. 고공 십자미로는 벽이 없는 좁은 십자형 길을 이용한 일종의 고소공포증 실험도구이다. 그 결과 감염된 쥐는 일반 생쥐보다 십자 미로 위에서 오랜 시간을 보내고 모험적 행동을 시도하는 것이 관찰됐다. 보통 생쥐들은 사람이 손을 가까이 가져가면 피하거나 방어적 행동을 보이는데 톡소플라스마 감염 생쥐는 오히려 손에 몸을 비비는 등의 행동을 보이기도 했다. 지금까지는 생쥐가 톡소플라스마에 감염되면 고양이의 오줌냄새에 성적 이끌림을 느껴 고양이에게 다가간다고 알려져 있었지만 연구팀은 고양이 오줌 뿐만 아니라 기니피그 오줌이나 여우 오줌에도 관심을 보이는 것을 확인함으로써 기존 연구의 오류를 발견했다. 연구팀은 톡소플라스마에 감염된지 10~12주 된 쥐의 뇌를 ‘격자 시트광 현미경’으로 분석했다. 격자 시트광 현미경은 빛을 나눠 쏨으로써 살아있는 세포에 가하는 손상을 줄이면서 정밀하게 관찰할 수 있는 장치이다. 분석 결과 톡소플라스마는 시각 정보를 처리하는 대뇌피질에 물혹을 유발시킨다는 사실을 확인했다. 즉 톡소플라스마가 신경에 염증을 일으켜 생쥐들에게 이상행동을 유발시킨다는 설명이다.도미니크 솔다티-파브르 제네바의대 교수(미생물학)는 “이번 연구를 통해 톡소플라스마 감염은 설치류들에게 두려움과 위험회피성향을 줄이고 모험적이고 호기심을 늘리는 일종의 행동조증을 유발시키는 것을 확인했다”라며 “톡소플라스마에 사람이 감염될 경우 신경염증이 발생해 미묘한 행동변화를 보일 수는 있지만 실험실 생쥐 같은 증상을 보이지는 않을 것”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

노화를 늦추려면 지방을 줄인 우유를 마시는 것이 좋다는 내용의 연구 결과가 나왔다. 미국 브리검영대 연구진은 국민건강영양조사(NHANES)에 참가한 성인남녀 5834명의 자료를 분석했으며, 모든 참가자는 자신의 식사 습관과 생활 방식에 대해 답했고 DNA 표본을 제출해 텔로미어 길이를 측정하도록 했다. 텔로미어는 신발끈 끝부분의 플라스틱처럼 염색체의 손상을 막지만, 나이가 들수록 짧아지는 경향이 있고, 감염병이나 암 또는 심장질환 등에 취약해진다는 점도 밝혀지고 있어 신체 나이의 지표로 여겨진다. 연구진은 이들 참가자가 어떤 종류의 우유를 마시는지에 따라 분류했다. 약 60%의 참가자는 일반 우유, 또다른 약 27%의 참가자는 저지방 및 무지방 우유, 나머지 약 13%의 참가자는 우유를 전혀 마시지 않았다. 또 이들 연구자는 모든 참가자의 평균 텔로미어 길이가 그룹별로 얼마나 다른지를 분석했다. 그 결과 평균적으로 지방이 많은 일반 우유를 마시는 사람들은 저지방이나 무지방 우유를 선호하는 사람들보다 텔로미어가 더 짧은 것으로 나타났다. 구체적으로 우유 속 지방이 단 1%만 증가해도 생물학적 나이는 4.5세 더 많은 것으로 확인됐다. 하지만 이런 연관성은 우유를 일주일에 1회 미만으로 적게 마시는 사람들에게서는 나타나지 않았다. 이 연구는 지방이 많은 일반 우유를 주 1회 이상 꾸준히 마시는 사람들이 저지방이나 무지방 우유를 마시는 이들보다 텔로미어의 길이가 짧아 우유의 지방과 텔로미어 길이 사이에 연관관계가 있을 수 있다는 점을 시사한다.　 연구 주저자인 래리 터커 교수(운동학과)는 “우유는 식이요법 연구에서 흥미로운 주제”라고 밝히면서도 “우유 소비량이 늘면 질병 위험이 커진다는 점을 발견한 연구는 수십 건에 달하지만, 반대 경향을 보여주는 연구도 수십 건이나 있다”고 설명했다. 또 “텔로미어 길이에는 우유 지방 외에도 다른 식단의 포화지방도 영향을 줬다”면서 “지방이 적은 우유를 주로 먹는 사람들은 그렇지 않은 이들보다 식단을 통해 섭취하는 포화지방 등이 적었다”고 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘산화 의학 및 세포 수명’(Oxidative Medicine and Cellular Longevity) 최신호에 실렸다. 사진=123rf 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

공룡 멸종의 원인을 두고 대규모 화산폭발 또는 소행성 충돌 등 다양한 의견이 공존하는 가운데, 최근 한 연구진은 소행성 충돌의 가능성이 더 크다는 과학적 근거를 찾았다고 주장해 학계의 관심이 쏠리고 있다. 일부 과학자들은 인도 데칸고원의 데칸용암대지 폭발이 대규모 온실가스를 뿜어냈고 이로 인해 지구온난화가 극도로 심해졌으며, 이 시기가 공룡 멸종 시기와 일치한다는 이유 등으로 공룡 멸종의 원인이 화산폭발이라고 주장해 왔다. 그러나 미국 예일대학 연구진은 화산폭발로 인한 다량의 가스 분출은 대량 멸종이 있기 한 참 전에 일어났으며, 이는 공룡 멸종의 주원인이라고 볼 수 없다고 주장했다. 연구진은 북대서양 해양 아래에서 침전물 샘플을 채취한 뒤, 성분을 분석했다. 깊은 바닷속 침전물은 프랑크톤의 화석 등을 고스란히 보존하고 있으며 이를 통해 고대 지구의 기온 변화 등을 알 수 있는 중요한 단서로 꼽힌다. 분석 결과 K-Pg (중생대에 해당하는 백악기와 신생대 시작인 팔레오기의 경계)에 발생한 화산폭발이 대규모 가스 분출 및 기온상승에 영향을 미치긴 했지만, 실제 공룡 멸종이 있던 시기에는 이미 기온이 상당히 낮아진 상태였다는 것을 확인했다. 연구진은 “백악기 후기에 발생한 화산폭발이 약 200년간 점차적으로 지구의 기온을 높인 것은 사실이지만 공룡의 멸종을 가져올 정도는 아니었다”면서 “화석 등의 분석을 통해 폭발당시 상당수의 동물들이 북극과 남극으로 이동했으며, 소행성 충돌 이전에 다시 서식지로 돌아온 것으로 보인다”고 밝혔다. 이어 “최근 연구에 따르면 운석이 충돌한 뒤 육지에서는 포유류가 수 십 만년에 걸쳐 비교적 빠르게 개체수를 회복했지만, 바다 생물이 멸종 뒤 다시 개체수를 회복하는데는 200만 년이 걸렸다”면서 “이는 소행성 충돌로 인해 황이 풍부한 암석들이 폭발했고 이후 산성비가 내리며 해양의 pH를 떨어뜨렸기 때문”이라고 덧붙였다. 전문가들은 소행성 충돌은 2차세계대전 당시 사용된 원자폭탄 100억 개의 위력을 보였을 것으로 추정한다. 또 당시 방출된 황은 약 3250억 t에 달할 것이며, 이것이 해양의 산성화를 변화시키고 지구로 들어오는 햇빛을 막아 급격한 기후변화를 유발했을 것이라고 추측한다. 연구진은 “공룡 멸종의 원인이 대규모 화산폭발로 인한 온난화인지, 소행성 충돌인지를 두고 여전히 논쟁은 존재한다. 그러나 공룡 멸종과 관련해 소행성이 ‘결백’하다는 사실을 입증하는 것은 점차 어려워지고 있다”고 밝혔다. 자세한 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스’ 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

IBS 나노의학연구단, 사람 발걸음부터 미세세포 움직임 인식가능한 촉각장치 개발 국내 연구진이 사람의 발걸음부터 미세한 세포 움직임까지 인식할 수 있는 3차원(3D) 촉각인식장치를 개발해 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 연세대, 한양대, 카이스트 공동연구팀은 큰 힘부터 초미세 압력까지 모두 감지해 낼 수 있는 고감도 촉각 인식장치와 압력을 감지할 수 있는 발광물질을 개발하는데 성공했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 15일자 표지논문으로 실렸다. 피부에 닿아 느껴지는 감각인 촉각은 압력, 온도, 통증 등을 느낄 수 있도록 돼 있다. 최근에는 온도, 소리, 빛 등을 피부로 감지할 수 있는 다양한 인식 장치개 개발되고 있다. 특히 3D 촉각인식 장치가 주목 받고 있는데 이 장치는 센서를 조밀하게 배열함으로써 정밀한 촉각을 감지할 수 있다. 문제는 센서간 거리가 가깝게 만들어야 하다보니 조밀하게 배열하는 것이 쉽지 않을 뿐만 아니라 상호 간섭현상 때문에 오작동 되는 경우도 있다.연구팀은 압력에 따라 두께가 변하는 물질을 이용한 트랜지스터 센서를 개발해 센서간 간섭 없이 조밀한 배열이 가능토록 하고 세밀하게 감지할 수 있게 만들었다. 센서를 기판에 배열하는 식이 아니라 트랜지스터 자체를 압력센서로 작동하도록 한 것이다. 연구팀은 사람 머리카락 단면보다 작은 면적에 가로, 세로 각각 20줄씩 400개의 센서를 배열한 3D 촉각 인식장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지를 실험했다. 연구팀은 50㎏의 사람이 직경 2㎝ 크기의 굽을 가진 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때 굽에 가해지는 압력의 면적과 세기가 실제 인식되는지와 사람 심장세포의 움직임을 측정한 결과 사람 심장세포 하나가 움직일 때 압력은 구두 굽이 가하는 압력보다 1만분의 1 수준이라는 것을 확인했다.여기에 연구팀은 촉각을 느끼면 스스로 빛을 내는 화학물질을 결합시켜 촉각을 시각화하는 일종의 공감각화하는 기술도 개발했다. 박장웅 IBS 연구위원(연세대 신소재공학과 교수)은 “이번 연구는 매우 작은 크기의 물체 압력을 실시간으로 측정하고 시각화시킬 수 있다는 장점이 있다”라며 “심장 박동, 혈압 등 인체신호를 모니터링하는 장치를 개발하고 신체정보를 빅데이터로 만들어 인공지능 진단 등에 활용할 수 있는 방법을 연구할 계획”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

화폐와 문서 위조를 방지할 수 있는 잉크가 개발됐다. 전북대는 고분자·나노공학과 박민욱 박사가 화폐나 문서 위조방지에 쓰이는 스마트 잉크 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 스마트 잉크는 유기분자의 분자 구조와 상호작용을 정밀하게 제어해 단일 분자만으로도 투명·발광 성질을 구현한 게 특징이다. 기존의 유기 고분자와 무기 발광체를 복합화한 위조방지 잉크 기술에서 한 단계 더 진보한 것이다. 박 박사는 “유기분자의 설계와 상호작용에 관한 이번 연구가 유기 투명발광 물질의 개발을 앞당길 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구는 재료과학 분야의 최상위 학술지(Chemistry of Materials) 최신 호에 게재됐다. 전주 임송학 기자 shlim@seoul.co.kr

수분·영양분 공급해 박테리아 증식 시멘트 주성분 탄산칼슘 만들어내 한달 지나면 콘크리트 강도와 같아 생물콘크리트 아메바처럼 절단 후햇빛·영양분 주면 두 개 벽돌로 성장 달·화성에 집 지을때 기술 응용 기대우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있으면서 물 다음으로 가장 많이 소비되는 것은 무엇일까. 정답은 ‘콘크리트’이다. 많은 사람이 콘크리트에서 떠올리는 이미지는 답답하고 삭막하고 인간미 없는 도시의 한 단면이다. 콘크리트의 시작은 고대 바빌로니아까지 거슬러 올라갈 정도로 역사가 길다. 현대적인 개념의 콘크리트는 19세기 중반에 등장해 1843년 영국 런던 템스강 터널공사에서 처음 쓰이면서 역사에 화려하게 등장했다. 사실 하늘을 찌를 듯 높이 솟아 있는 마천루들도 콘크리트가 없었다면 불가능했다고 할 정도로 토목, 건축 분야에서는 빼놓고 생각할 수 없는 재료이다.콘크리트는 흔히 골재라고 부르는 자갈, 모래 등 물리적, 화학적으로 견고한 재료에 시멘트와 물을 섞어 강도를 높인 것을 말한다. 여기에 철근이나 철골을 쓰면 강도는 더해져 더 높고 더 큰 구조물이 가능하도록 해준다. 문제는 콘크리트 제조과정에서 지구온난화 원인물질로 지목받는 이산화탄소를 엄청나게 배출한다는 점이다. 전 세계 이산화탄소 배출량의 5~7%를 차지할 정도이다. 이 때문에 많은 공학자들이 이산화탄소 배출을 최소화할 수 있는 콘크리트를 만드는 데 관심을 갖고 있다. 이런 가운데 미국 콜로라도 볼더대 토목환경건축공학과, 재생및지속가능에너지 연구소, 생화학과, 재료공학과, 몬태나주립대 기계산업공학과, 연방 신재생에너지연구소 공동연구팀이 모래와 박테리아만 이용해 시멘트 콘크리트만큼이나 하중강도가 우수하면서도 친환경적인 생물콘크리트를 만드는 데 성공했다. 이번 연구결과는 셀 출판그룹에서 발행하는 재료공학 분야 국제학술지 ‘물질’(Matter) 16일 자에 실렸다.연구팀은 ‘synechococcus sp. pcc 7002’라는 학명을 가진 시아노박테리아를 활용했다. ‘남(藍)세균’이라고 부르기도 하는 시아노박테리아는 엽록소를 갖고 광합성을 하는 박테리아로 특정 조건에서 이산화탄소를 흡수해 시멘트의 주성분인 탄산칼슘을 만드는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 만든 생물콘크리트는 하이드로겔로 만든 틀에 모래를 채워넣고 박테리아만 주입하면 되는 비교적 간단한 방법으로 만들어진다. 하이드로겔은 콘크리트 모양을 만드는 틀이 되는 한편 수분과 영양분을 공급해 박테리아가 증식할 수 있도록 만들어주는 역할을 한다. 박테리아는 서서히 탄산칼슘을 만들어 15일 정도가 지나면 녹색을 띤 단단한 콘크리트를 형성하기 시작하고 30일이 지나면 일반적으로 쓰이는 콘크리트와 똑같은 강도를 갖는 것으로 확인됐다. 또 하나의 특징은 아메바처럼 생물콘크리트를 반으로 쪼개놓은 뒤 햇빛과 충분한 영양분만 공급해주면 두 개의 벽돌로 성장한다는 것이다. 연구팀은 두 개의 콘크리트 벽돌을 8개까지 성장시키는 데 성공하기도 했다. 생물콘크리트를 성장시키는 과정에서는 박테리아가 충분히 살아남을 수 있도록 습도와 온도조건을 맞춰줘야 하지만 원하는 형태가 만들어진 다음 일반 벽돌이나 콘크리트처럼 건조과정을 거치면 단단하게 굳어 최대 강도를 갖게 된다. 윌 스루바 콜로라도 볼더대 교수(생물재료공학)는 “이번에 개발한 친환경 콘크리트는 극한 환경에서도 햇빛과 공기, 적당한 수분, 모래만 있으면 만들 수 있고 시멘트를 사용한 콘크리트에 못지않은 강도를 갖게 된다는 것이 장점”이라면서 “미래에 달이나 화성에 거주지를 만들 필요가 있을 때 이번 기술을 응용할 수도 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부, 광운대 전자공학부 공동연구팀은 육안으로는 볼 수 없지만 특정 방향의 빛(편광)을 쬐어주면 보이는 초박막 편광 디스플레이를 개발하는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최신호에 실렸다. 기존 편광 디스플레이는 나노기둥을 정렬하기 어려워 수 마이크로미터(㎛) 면적으로 만드는데 그쳤고 소재가 딱딱해 다양한 표면에 사용하기 어려웠다. 연구팀은 자기정렬형 나노기둥을 유연기판 위에 센티미터(㎝) 크기의 면적에 비스듬한 형태로 넓게 증착시키는 데 성공했다. 이번 기술은 광학보안 기술 활용 이외에도 표면에 물이 닿았을 때 감춰진 패턴을 드러내게 만들 수도 있어서 환경 오염 감지용 센서로도 사용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지난해 말 미국 질병통제예방센터(CDC)는 2018년 미국 신생아 숫자가 32년 만에 최저를 기록했으며 4년 연속 하락 추세를 보이고 있다는 통계를 발표했습니다. 한국 역시 매년 신생아 숫자는 줄고 있습니다. 통계청의 발표에 따르면 2018년 기준으로 가임기 여성이 평생 낳을 수 있는 자녀의 숫자를 말하는 합계 출산율이 0.98명으로 1명에도 못 미치고 있습니다. 인구 절벽에 맞닥뜨린 중앙정부와 각 지방자치단체들은 출산율을 높이기 위해 다양한 정책들을 내놓고 있습니다. 대부분이 출산 후 경제적 지원에만 초점이 맞춰져 있습니다. ●산모에게 PTSD 촉발… 아기의 뇌에 영향 정작 임산부와 태아에 대한 관심은 뒷전입니다. 임신 중 스트레스는 아이의 뇌에도 영향을 미치며 임신 중 유산이나 자궁외임신 같은 문제는 외상후장애스트레스증후군(PTSD)을 촉발시킬 수 있을 뿐만 아니라 임신과 출산은 여성 혈관 건강에도 악영향을 미친다는 연구결과들이 나와 있는데도 말입니다. 우선 미국 국립어린이병원 산하 뇌발달센터, 아동건강연구소 등으로 구성된 연구팀은 임신 중 스트레스, 불안감, 우울감은 태아의 뇌 발달에 문제를 일으킬 수 있다는 연구결과를 미국 의학회에서 발행하는 국제학술지 ‘JAMA 소아과학’ 14일 자에 발표했습니다. 특히 태아의 건강에 문제가 있는 경우 임산부의 스트레스는 일반 임산부보다 2배 이상 높다고 연구팀은 밝혔습니다. 엄마가 받는 스트레스는 태아의 해마와 소뇌에 영향을 미치는 것으로 확인됐습니다. 해마는 기억과 학습, 소뇌는 운동기능을 조절하고 감정, 주의력, 언어 능력에도 관여하는 뇌 부위로 알려졌습니다. 최근에는 결혼이 늦어 나이가 들어 임신하는 경우도 늘고 있습니다. 임신 나이가 늦은 고위험 임산부들에게서는 유산이나 자궁외임신 같은 문제가 나타날 확률도 높아집니다. 영국 임페리얼 칼리지 런던 의대, 벨기에 루벤대 공동연구팀은 유산이나 자궁외임신을 겪은 산모들은 전쟁, 충격적인 사고나 자연재해를 겪었을 때 나타나는 PTSD를 경험하게 되고 그 기간도 오래 지속될 가능성이 크다는 연구결과를 의학분야 국제학술지 ‘미국 산부인과학회지’ 15일 자에 실었습니다. 연구팀이 유산이나 자궁외임신을 경험한 573명의 여성을 대상으로 조사한 결과 29%가 PTSD, 24%는 심각한 불안증세, 11%는 우울증을 앓는 것으로 나타났습니다. ●여성의 임신·출산, 혈관 노화 속도 촉진 임신과 출산은 여성 건강 전반에 상당한 영향을 미친다는 연구결과도 나왔습니다. 미국 시더스-시나이병원 부설 심장연구소 연구팀은 5~98세의 여성 3만 2833명을 43년 동안 추적조사한 결과 여성은 남성보다 혈관 노화가 더 빠르게 진행된다는 사실을 밝혀내고 ‘JAMA 심장학’ 16일 자에 발표했습니다. 연구팀에 따르면 특히 임신과 출산을 경험한 30세 이상 여성들의 혈관 노화속도는 더 빨라 같은 나이의 남성보다 심혈관질환에 걸릴 확률이 더 높다고 설명했습니다. 임신과 출산은 여성의 몸과 삶에 상당한 영향을 미치는 일입니다. 출산율을 단순히 경제적 측면에서, 그리고 여성과 태아를 하나의 숫자로 접근하는 현재의 관점에서 벗어나지 않는다면 출산율 하락에 따른 인구절벽이라는 문제는 영원히 해결하기 어려울지도 모릅니다. edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘해리포터’와 ‘반지의 제왕’에서는 몸을 숨길 수 있는 망토가 등장한다. 현실에서도 레이더나 음파를 흡수해버리는 스텔스기나 스텔스함정, 스텔스 잠수함 등이 있다. 이렇게 스텔스 기능을 만들어 주는 것은 자연계에는 존재하지 않는 메타물질 때문이다. 국내 연구진이 음파 성질을 자유자재로 바꿔 투명망토나 스텔스 기능은 물론 소음까지 없애줄 수 있는 메타물질을 개발해 주목받고 있다. 서울대 전기전자공학부, 홍콩과학기술대 공동연구팀은 디지털 프로그램으로 폭넓은 영역에 스텔스 기능을 구현할 수 있는 가상 메타물질 기술 개발에 성공하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일자에 발표했다. 특히 이번 기술은 음향 파동이라는 물질적 특성을 자유자재로 구현할 수 있어 다양한 분야로 활용할 수 있다는 특징이 있다. 메타물질은 자연계에는 존재하지 않는 특이한 물리적 특성을 가진 물질로 고해상도 이미징, 투명망토, 스텔스 기능, 무반사 태양전지 등 다양하게 활용이 가능하다. 문제는 메타물질을 만드는데 사용된 자연물질과 구조체의 특성에 따라 메타물질의 성질과 기능이 결정되기 때문에 메타물질을 사용하려는 목적에 맞춰 모든 영역에 적용하기는 쉽지 않다. 이 때문에 기존에 메타물질을 설계할 때는 메타물질 구조체를 설계한 다음 원하는 특성을 가질 때까지 조금씩 변형하는 설계기법이 쓰였다.연구팀은 거꾸로 원하는 특성을 얻을 수 있는 메타물질 구조를 계산해 만드는 방식을 선택했다. 이를 위해 디지털 회로와 신호처리 기술을 이용해 자연물질의 분극현상을 흉내내 실제 구조체 없이도 원하는 파동물성과 주파수 분산 특성을 자유자재로 구현하는 가상화 음향 메타물질 기술을 개발했다. 스텔스기를 만든다고 할 때 기존에는 스텔스기 표면에 물리적으로 메타물질을 붙이거나 도색을 해야 했지만 이번 기술을 활용하면 기존 항공기도 스텔스 기능을 갖출 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 이번에 개발한 가상의 메타물질을 이용해 빛, 소리 등 파장의 반사, 산란 같은 현상을 제어할 수 있게 됨에 따라 레이더나 소나로부터 탐지되지 않는 스텔스 기술이나 방음, 흡음설계도 가능하다고 설명하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

차가운 합성물질이 아닌 실제 살아있는 세포를 이용해 만든 로봇이 세계 최초로 등장했다. 획기적인 결과물인 만큼 윤리적 논란도 예상된다. 사이언스데일리 등 과학전문매체의 13일 보도에 따르면 미국 버몬트대학과 터프츠대학 공동 연구진은 아프리카발톱개구리에게서 채취한 피부와 심장 세포 및 슈퍼컴퓨터를 이용해 초소형 ’로봇‘을 제작하는데 성공했다. 연구진은 개구리 배아로부터 심장세포와 피부세포를 조합하고, 슈퍼컴퓨터의 진화 알고리즘을 이용해 시뮬레이션 모델을 설계했다. 연구진이 심장과 피부세포를 이용한 이유는 스스로 수축과 이완을 하는 세포의 에너지와 움직임이 기계의 동력원 역할을 할 수 있기 때문이다. 이후 연구진은 해당 시뮬레이션 설계를 통해 총 네 개의 다리와 중앙에 비어있는 공간을 가진 세포 모델을 구현하는데 성공했다. 아프리카발톱개구리의 학명을 따 제노봇‘(xenobot)이라고 명명된 이 로봇은 직선 또는 작은 원을 그리며 이동할 수 있고, 몇 개 이상의 세포가 ’합동‘으로 움직이는 것도 가능하다. 이 모든 움직임은 컴퓨터 프로그래밍을 통해 제어가 가능하다. 세포인 만큼 손상될 경우 자가복구가 가능하며, 세포의 생명력에 따라 7일 정도가 지나면 세포가 죽는 과정과 동일한 과정으로 죽어 없어진다. 연구진은 크기가 1㎜ 남짓한 이 ’살아있는 로봇‘이 중앙의 비어있는 공간에 특정 약물을 싣고 몸 안으로 들어가 특정 위치에 정확하게 약물을 전달하거나, 동맥 내벽의 플라크를 제거하는 등 다양한 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대했다. 연구진은 “그동안 DNA나 세포조직 일부가 기계 제작에 활용된 사례는 있었지만 순수하게 생물학적 세포만으로 로봇이 만들어진 것은 이번이 처음”이라면서 “다만 이 같은 성과는 윤리적인 문제에 직면할 수 있다. 살아있는 조직인 만큼 생명체로 봐야하는지, 기계로 봐야하는지에 대한 논란이 생길 수 있기 때문”이라고 설명했다. 이어 “이번 연구는 기계나 로봇이 합성물질로 만들어져야 한다는 고정관념에서 벗어난 결과”라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 국제학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

21세기 지구상에 살고 있는 인간을 포함한 모든 생물체에 가장 중요한 과학적 문제는 지구온난화로 인한 기후변화일 것이다. 기후변화로 인해 겨울철 혹한과 폭설, 여름철 폭염과 열대성 폭풍 등이 잦아지고 있다. 특히 태풍이나 허리케인, 사이클론 등 열대성 저기압은 적도 부근 바다온도에 영향을 받고 있다. 많은 과학자들이 열대지역의 해수온도가 높아지는 이유에 대해 찾고 있지만 아직까지 정확한 해석을 내놓고 있지 못하다. 이 같은 상황에서 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단, 울산과학기술원(UNIST) 도시환경공학부, 미국 하와이대 대기과학과, 시애틀 워싱턴대 대기해양합동연구소 공동연구팀은 아열대 지역에서 발생한 온실기체가 열대지역 온도 상승을 부추긴다는 사실을 밝혀내고 기후학 분야 국제학술지 ‘네이처 기후변화’ 14일자에 발표했다. 이산화탄소, 메탄 같은 대기 중 온실가스가 지구 평균기온을 상승시킨다는 것은 잘 알려져 있지만 그 정도는 지역마다 차이를 보이고 있다. 지난 50년 간 지구 전체 평균 해수면 온도는 0.55도 상승했지만 동태평양을 제외한 열대지역 해수면 온도는 0.71도 높아졌다. 열대 해수면 온도상승은 4~5년에 한 번씩 발생하는 엘니뇨 현상과 맞물려 날씨와 강우를 불안정하게 만들기 때문에 기후과학자들의 관심 대상이었다. 연구팀은 열대 지역은 해들리 순환이라는 대규모 대기순환을 통해 아열대 지역과 영향을 주고 받는다는 사실에 착안했다. 연구팀은 열대와 아열대에서 발생한 온실가스가 온도상승에 기여하는 정도를 분리해 접근했다. 기후모형으로 열대와 아열대 지역에 이산화탄소 농도가 증감을 시뮬레이션해 대기와 해양순환과정을 정밀분석했다. 기존 기후분석 모형들은 전 지구에 동일한 농도의 이산화탄소가 있다고 가정했기 때문에 지구온난화가 다른 지역에 어떤 영향을 미치는지에 대해 정확히 알지 못했었다.그 결과 아열대 지역 이산화탄소는 같은 양의 열대지역 이산화탄소보다 열대 해수면 온도를 40% 이상 상승시키는 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 온실가스 증가로 아열대 지역의 온도가 상승할 경우 적도-아열대 간 온도차가 줄어들고 해들리 순환이 약화된다는 것이 관찰됐다. 이에 따라 무역풍과 해수용승 현상이 줄어 결국 열대 해수면 온도 증가로 이어진다는 설명이다. 이와 동시에 무역풍이 열대지역으로 수송하던 수증기량도 감소해 열대지역 구름양이 줄어들어 맑은 날이 계속되면서 일사량이 늘어나고 온도 증가를 촉진시킨다는 것도 확인됐다. 악셀 팀머만 IBS 기후물리연구단 단장(부산대 석학교수)은 “이번 연구는 아열대 지역인 중남부 아시아, 미국 남부 등에서 온실가스 감소가 열대지역의 온도 상승에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여준 것”이라며 “온실가스 이외 대기 질이 미치는 영향을 추가로 연구해 이 같은 상관관계를 명확하게 밝힐 계획”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

녹차를 자주 마시는 것이 심혈관질환으로 인한 사망 위험을 낮추고 기대수명을 늘리는데 더욱 도움을 준다는 연구결과가 나왔다. 중국사회과학원(CAS) 산하 중국의약과학원(CAMS) 연구진은 중국 성인 10만 902명을 대상으로 조사를 실시했다. 실험 참가자들은 모두 심장마비나 뇌졸중, 암 등을 진단받은 적이 단 한 번도 없었으며, 연구진은 이들을 일주일에 3회 이상 자주 차를 마시는 A그룹과, 3회 이하 또는 아예 차를 마시지 않는 B그룹으로 나누고 7.3년간 건강상태를 추적 관찰했다. 관찰기간 동안 자주 차를 마신 사람의 49%는 녹차를 섭취했으며, 8%는 홍차를 마신 것으로 나타났다. 심장마비나 뇌졸중에 걸리거나 심혈관 질환에 의해 사망한 사람은 3700여 명이었다. 분석 결과 규칙적으로 일주일에 3회 이상 차를 마신 A그룹은 B그룹에 비해 심장질환과 뇌졸중 진단을 받을 위험은 20%, 위 질환으로 사망할 위험은 22%, 모든 질병으로 인해 사망할 위험은 15% 더 낮은 것으로 나타났다. 또 50세를 기준으로 했을 때, 일주일에 3회 이상 규칙적으로 차를 마신 사람의 수명이 1.26년 더 길다는 사실도 확인됐다. 연구진은 주기적으로 녹차를 마신 사람은 그렇지 않은 사람에 비해 심장질환이나 뇌졸중 등에 노출될 위험이 약 25% 낮은 것을 확인했지만, 홍차를 자주 마신다고 답한 사람은 8%에 불과했기 때문에 유의미한 분석이 어려웠다고 설명했다. 다만 연구진은 “녹차에는 폴리페놀(체내 유해산소를 해가 없는 물질로 바꿔주는 항산화물질 중 하나)이 매우 풍부해 고혈압이나 이상지질혈증 등의 위험을 낮추는데 효과적”이라면서 “그러나 홍차는 발효차의 일종이며, 발효 과정에서 폴리페놀 등의 성분이 항산화의 효능을 잃을 수 있다”고 분석했다. 이어 “이전 연구결과에 따르면 홍차와 우유를 섞어 마시는 방식은 혈관기능에 도리어 해를 끼칠 가능성이 있다”고 주장했다. 또 “차에 함유된 플리페놀은 우리 몸에 장시간 저장돼 있지 않는다. 따라서 심혈관질환을 에방하는 효과를 보기 위해서는 주기적으로, 자주 차를 마셔주는 것이 좋다”면서 “녹차 추출물이 염증을 가라앉히는 동시에 심장과 혈관의 세포기능을 개선한다는 사실을 확인했다”고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 국제 학술지 ‘유럽 예방심장학회지(European Journal of Preventive Cardiology)’ 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

국내 연구진이 화학산업은 물론 제약산업에서 다방면으로 쓰이는 과산화수소를 저렴하면서도 친환경적이고 생산효율을 8배 가량 높일 수 있는 촉매기술을 개발해 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단, 서울시립대 화학공학과, 포항가속기연구소 공동연구팀은 산소와 물만으로 화학산업의 ‘쌀’로 불리는 과산화수소를 저렴하게 생산해 낼 수 있는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’ 14일자에 실렸다. 이번에 개발된 기술은 기존에 사용되던 촉매보다 2000배 가량 저렴해 가격, 효율, 환경 문제를 모두 해결한 것으로 평가받고 있다. 과산화수소는 치약, 주방세제 같은 생활용품은 물론 폐수처리장, 멸균과 살균이 필요한 의료현장, 불순물 제거가 필수적인 반도체 공정 등 다양한 화학, 의료, 환경분야에서 활용되는 화학물질이다. 과산화수소 분자식을 보면 원자 2개, 산소 원자 2개가 결합된 형태이기 때문에 이론적으로는 수소기체, 산소기체, 물만으로도 합성이 가능하지만 실제 세 종류만으로는 활성이 낮아 거의 활용되지는 않는다. 현재는 과산화수소를 만들 때 안트라퀴논을 유기용매에 녹인 뒤 값비싼 귀금속인 팔라듐으로 만든 촉매를 이용해 산화, 환원반응을 거쳐 만들어 진다. 비싼 촉매를 이용해 다단계를 거치기 때문에 에너지 효율이 낮고 유기 용매를 사용하기 때문에 환경오염을 일으킨다는 단점이 있다. 연구팀은 철이나 코발트, 니켈 같은 저렴한 원자가 그래핀 위에 놓여있을 때 전기화학적 반응 효율이 높아진다는 점에 착안했다. 실제로 연구팀은 계산화학적 방법을 이용해 촉매 활성 조절이 가능하다는 것을 확인하고 꿈의 신소재라고 불리는 2차원 그래핀 위에 저렴한 코발트 원자를 올린 형태의 촉매를 만들었다. 팔라듐으로 촉매를 만들었을 때보다 가격이 2000분의 1 수준에 불과하다. 연구팀이 개발한 코발트-그래핀 촉매를 산소포화 수용액에 넣고 전기를 가하면 별도의 화합물이나 복잡한 공정없이 간단히 과산화수소를 생산할 수 있는 것이다.1㎏의 촉매를 사용했을 때 하루 341.2㎏의 과산화수소를 생산할 수 있어 현재 가장 효율이 높다는 귀금속계 촉매보다 8배 이상 생산효율이 높은 것으로 평가받고 있다. 이번에 개발한 촉매는 110시간 이상 연속 생산을 한 뒤에도 성능이 98% 이상 유지되는 것도 관찰됐다. 이와 함께 기존 촉매와는 달리 반응 후 회수해 재활용할 수 있다는 장점을 갖고 있기 때문에 폐촉매 발생 같은 환경문제도 일으키지 않는다. 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)은 “최근 초정밀 반도체, 정밀 기계부품 기술이 발전하면서 과산화수소 수요도 증가하고 있는 만큼 저렴하고도 높은 효율로 생산할 수 있는 방법이 필요한 상황”이라며 “이번 연구는 과산화수소를 환경친화적이며 경제적으로 생산할 수 있게해줄 뿐만 아니라 화학산업 전반의 생산성 향상에도 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr