바다거북은 수천 ㎞를 이동하는 대표적 회유성 해양 동물이다. 먹이를 찾기 위해 먼 거리를 이동한 뒤 정확히 같은 장소로 돌아온다. 과학자들은 바다거북이 어떻게 이동 경로를 기억하고 길을 찾는지에 관한 연구를 하고 있지만 명확히 규명되지는 않았다. 이런 가운데, 미국 노스캐롤라이나대 채플힐 캠퍼스 연구팀은 붉은머리 바다거북이 자기가 태어난 해변을 떠나 수천 ㎞를 이동할 수 있는 비밀은 몸속에 있는 ‘지구 자기장’을 느낄 수 있는 감각 때문이라고 23일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘실험 생물학 저널’ 11월 21일 자에 실렸다. 동물들이 지구 자기장을 감지하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 빛에 민감한 분자들이 자기장의 영향을 받아 동물들이 자기장을 볼 수 있게 하는 방법이고, 다른 하나는 동물의 몸 속에 있는 아주 작은 ‘자철석 결정’들이 자기장 안에서 움직여 자기장을 느낄 수 있게 하는 방법이다. 두 메커니즘 중 어떤 것이 붉은머리 바다거북의 특별한 여정에서 어떤 역할을 하는지 명확하지 않았다. 연구팀은 부화한 지 얼마 되지 않은 붉은머리 바다거북 새끼 8마리에게 2개월 동안 먹이를 주고, 거북춤을 추도록 훈련했다. 거북춤은 거북이들이 특정 자기장 환경에서 먹이를 기대하며 몸을 흔들거나 특정 방향으로 움직이며 반응하는 모습을 말한다. 아무런 자극 없이 훈련하기도 하고, 태어난 장소인 서인도제도의 터크스 케이커스 제도 주변에서 발견된 지구 자기장과 똑같은 자기장을 형성해 훈련도 했다. 그 결과, 갓 부화한 거북이들이 특정 위치의 자기장과 먹이가 나오는 걸 연관 지어 학습할 수 있다는 것을 발견했다. 특정 자기장 환경에 놓이면 파블로프 개처럼 침을 흘리는 대신 거북춤을 추는 행동을 보였다. 연구팀에 따르면 붉은머리 바다거북 새끼들의 지구 자기장을 감지하는 능력은 자기가 어느 방향으로 가는지 알려주는 ‘나침반’과 자기 위치를 알려주는 ‘지구 자기장 지도’를 갖고 태어난다. 연구팀은 어린 거북이의 지구 자기장 감지 능력을 일시적으로 무력화하는 강한 자기 펄스를 만드는 큰 금속 코일 안으로 옮겨 놓고 거북춤을 추는지도 확인했다. 그 결과, 강한 자기 펄스 안에 있는 거북이들은 춤을 추지 않는 것으로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 자기장을 느끼고 있어서 자기 위치를 파악하고 있었던 것이지, 자기장을 보고 있었던 것은 아니라고 설명했다. 새끼 거북들은 전 세계 자기장 지도에서 자기 위치를 파악하기 위해 다른 감각도 사용할 수 있겠지만, 자기장을 느끼는 것이 장소 인식 능력에 필수적 요소라고 연구팀은 강조했다. 연구를 이끈 케네스 로먼 교수는 “이번 연구 결과는 어린 거북이들이 자기가 어느 방향으로 이동하는지 알려주는 나침반으로 추가적인 자기 감각을 사용한다는 점을 확인해준다”고 밝혔다.

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

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

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

나이가 들수록 암에 걸릴 위험이 높아진다고 알려져 있지만, 고령이 되면 오히려 암 발생률이 줄어든다는 사실이 밝혀졌다. 미국 스탠퍼드대 연구팀이 실험용 쥐를 대상으로 연구한 결과, 늙은 쥐가 젊은 쥐보다 폐암 종양이 훨씬 적게 생기고 공격성도 낮았다. 스탠퍼드대 몬테 윈슬로우 부교수 연구팀은 이런 내용을 담은 논문을 지난 4일 국제학술지 ‘네이처 에이징’(Nature Aging)에 발표했다. 연구팀은 생후 4~6개월이 젊은 쥐와 20~21개월의 늙은 쥐에게 동일한 폐암 유발 돌연변이를 주입했다. 실험용 쥐의 평균 수명이 약 2년이므로, 생후 20개월이 넘은 쥐는 사람으로 치면 80대 이상의 고령에 해당한다. 15주 후 결과를 분석하자 젊은 쥐의 폐에서 발생한 암의 양이 늙은 쥐보다 약 3배나 많았다. 종양 개수도 젊은 쥐가 3배 정도 많았고 크기도 훨씬 컸다. 기존 통념을 뒤집는 결과였다. DNA 돌연변이는 세포가 분열할 때마다 조금씩 쌓인다고 알려져 있다. 그래서 나이가 들수록 암 발생 위험이 높아진다는 것이 기존 상식이었다. 실제로 사람의 경우 50세부터 암 발생률이 가파르게 올라 70~80세에 최고점을 찍는다. 그러나 85세 이후에는 암 발생률이 오히려 감소한다. 연구팀은 이것이 단순히 검진을 덜 받아서가 아니라, 노화 과정 자체가 암을 억제하는 역할을 하기 때문일 수 있다고 설명했다. 연구팀은 25개의 종양 억제 유전자를 비활성화시킨 후 암 발생을 비교했다. 종양 억제 유전자란 암 발생을 막는 단백질을 만드는 유전자다. 모든 연령대에서 종양 억제 유전자를 비활성화하면 암 발생이 증가했지만, 젊은 쥐에서 그 효과가 더 컸다. 특히 PTEN이라는 유전자를 비활성화했을 때 차이가 가장 두드러졌다. 논문의 제1저자인 에밀리 슐다이너 박사는 “PTEN 비활성화는 젊은 쥐에서 훨씬 강한 효과를 보였다”며 “이는 특정 돌연변이의 효과나 그 돌연변이를 표적으로 하는 암 치료법의 효능이 젊은 사람과 노인에게서 다를 수 있음을 시사한다”고 설명했다.

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

중·노년기에 신체 활동을 늘리면 치매 위험이 40% 이상 낮아진다는 연구 결과가 나왔다. 미국 보스턴의대 필립 황 교수 연구팀이 성인 4300여명을 대상으로 성인기 신체활동 수준과 치매 위험 간 관계를 분석한 결과, 중년기와 노년기에 신체 활동량이 많을수록 치매 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 해당 연구 결과는 20일 미국의사협회 학술지 ‘JAMA 네트워크 오픈(JAMA Network Open)’에 게재됐다. 연구팀은 성년 초기(26~44세) 1526명, 중년기(45~64세) 1943명, 노년기(65세 이상) 885명의 신체 활동량을 조사하고, 모든 원인 치매와 알츠하이머병 발생 여부를 14.5~37.2년간 추적 관찰했다. 참가자들을 신체 활동량에 따라 하위 20% 그룹부터 상위 20% 그룹까지 5개 그룹으로 나눠 비교한 결과, 중년기에 신체 활동량이 가장 많은 그룹은 가장 적은 그룹보다 모든 원인 치매 위험이 41% 낮았다. 노년기 활동량이 상위 20%인 사람들은 하위 20%에 비해 치매 위험이 45% 낮았다. 반면 성년 초기 신체 활동량과 치매 위험 사이에서는 유의미한 연관성이 관찰되지 않았다. 연구팀은 “치매 위험과 관련해 신체활동이 중요한 시기가 언제인지를 평가한 최초 연구 중 하나”라며 “중·노년기에 신체활동을 늘리기 위해 노력하는 것이 치매 예방에 도움이 될 수 있음을 시사한다”고 말했다. 신체 활동 강도에 따른 치매 예방 효과의 차이는 노년기보다 중년기에서 뚜렷하게 나타났다. 연구 결과에 따르면, 중년기에 중강도 활동을 많이 한 상위 40%는 하위 20%보다 치매 위험이 38% 낮았고, 고강도 활동의 경우 34% 낮았다. 반면 가벼운 활동은 중년기에 의미 있는 치매 예방 효과가 나타나지 않았다. 노년기에는 강도와 관계없이 신체 활동만 늘려도 비슷한 수준의 치매 예방 효과가 관찰됐다. 꾸준한 신체 활동이 치매 발병 위험을 낮춘다는 연구 결과는 이전에도 있었다. 미국 존스 홉킨스 블룸버그 공중보건대학 연구팀은 일주일에 35분만 중강도 이상의 신체 활동을 해도 치매 발병 위험이 41% 감소한다고 밝힌 바 있다. 저명한 치매 전문가 27명으로 구성된 ‘랜싯 치매위원회’는 평생 14가지 위험 요인을 조절하면 치매를 45% 예방할 수 있다며, 치매를 유발하는 요소로 신체 활동 부족을 꼽았다.

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

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

러시아의 한 20대 청년이 에너지음료를 남용했다가 장기가 망가지고 걷지 못하게 되는 치명적인 결과를 맞았다. 러시아 매체 URA 뉴스 등에 따르면 러시아 야말로네네츠 자치구의 나딤에 사는 아르템(22)이 에너지음료에 손을 대기 시작한 건 10대 시절부터였다. 아르템의 어머니 예카테리나에 따르면 아르템은 게임에 지나치게 몰입한 나머지 밤늦게까지 게임을 하기 위해 에너지음료를 찾았다. 처음에는 1캔 정도만 마셨으나 시간이 지나면서 3캔으로 늘었다. 특히 공복에 에너지음료를 마시는 일이 잦았다. 그렇게 에너지음료를 마신 기간은 8년가량이었다. 16살이 되자 건강에 하나둘 문제가 생겼다. 급기야 2024년부터는 걷기는커녕 일어서지도 못할 정도로 건강이 심각하게 악화했다. 예카테리나는 “췌장이 타들어가고 괴사가 시작됐다. 간, 비장에 이어 정신까지 모든 게 망가졌고, 목소리도 잃었다”면서 “그러다 다리가 마비됐다. 어느 날은 아예 일어설 수도 없었다”고 말했다. 아르템은 현재 상트페테르부르크의 병원에 입원해 치료를 받고 있다. 의료진은 일단 아르템의 보행 능력을 회복하기 위해 노력하고 있다. 현재 강도 높은 재활운동을 앞두고 있는 것으로 전해졌다. 전문가들은 아르템이 다시 걸을 때까지 6개월에서 12개월이 걸릴 것으로 예상했다. 다만 그의 췌장 질환은 예후가 심각하고 복잡해 치료 가능성이 불확실한 것으로 전해졌다. 성인들은 물론 청소년들 사이에서도 피로회복뿐만 아니라 운동 능력이나 집중력을 높이고자 에너지음료를 많이 찾고 있다. 에너지음료에는 카페인, 타우린과 함께 포도당이나 설탕, 액상과당, 감미료 등의 성분이 함유돼 있다. 카페인은 중추신경계를 자극하는 각성제이며 타우린은 신경계 발달과 기능에 도움을 주고 심장 근육과 뼈 성장에 필요한 성분이다. 그러나 고용량의 타우린은 복통과 설사, 속쓰림 등의 위장 장애를 일으킬 수 있다. 심한 경우 신장에도 무리를 준다. 최근 연구에서는 타우린이 혈액 암 위험을 증가시킬 수 있다는 우려도 제기됐다. 미국 로체스터 대학교 윌모트 암 연구소가 주도해 학술지 네이처에 지난 5월 발표한 연구에 따르면, 대표적인 혈액 암인 백혈병 세포가 골수에서 생성되는 타우린을 흡수해 성장에 활용하는 것으로 나타났다. 또 에너지 음료에는 각설탕 9개 분량의 당분이 들어 있어 과도한 당 섭취의 주범이 되고 있다.

전라남도농업기술원이 전남을 대표하는 특화작목인 유자를 활용해 간 건강 기능을 더한 ‘유자 하이볼 시럽’을 개발했다. 최근 엠지(MZ)세대를 중심으로 인기를 끌고 있는 하이볼은 위스키 등 증류주에 탄산수나 토닉워터를 더해 가볍게 즐기는 음용 방식으로, 높은 도수보다 청럄감과 향미를 강조하는 트렌디한 주류로 자리잡고 있다. 전남도농업기술원 과수연구소는 소비트렌드에 맞춰 당류 부담을 낮추고 간 건강 기능성을 강화한 하이볼 시럽을 전남대학교와 공동 개발했다. 효소를 이용해 당을 올리고당으로 전환하는 연구를 진행해 유자의 기능 성분인 ‘나리루틴’과 ‘올리고당’을 함유한 간 보호용 유자 하이볼 시럽을 개발하는데 성공했다. 이 연구 성과는 국제 저명 학술지인 ‘프로세스 바이오케미스트리(Process Biochemistry)’에 게재되며 학술 가치도 인정받았다. 또 개발된 기술은 전남 유자 가공업체에 기술이전을 통해 상품화할 계획이며 하이볼뿐만 아니라 유자의 상큼한 풍미가 곁들여진 여러 형태의 제품으로 개발할 예정이다. 유자는 중국, 미국 등을 중심으로 건강식품으로 주목받으며 새로운 케이(K)-푸드이자 수출 효자 품목으로 떠오르고 있다. 특히 면역력 증진에 도움이 되는 건강 이미지와 함께 우수한 맛·품질·향을 인정받아 글로벌시장에서 인기가 꾸준히 높아지고 있다. 이보배 전남도농업기술원 과수연구소 연구사는 “효소 기술을 활용해 높은 당 함량을 줄일 방법을 개발함으로써 유자의 기능성을 더욱 강화한 고부가가치 제품을 만들었다”며 “이번 기술이 유자 소비 확대와 지역 농가 소득 증대에 기여하길 기대한다”고 말했다.

하루 6분 남짓의 격렬한 운동만으로도 심혈관질환을 포함한 조기 사망 위험을 크게 낮출 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 호주 뉴사우스웨일스대 연구팀이 40~69세 영국인 7만3485명의 웨어러블 기기 데이터를 분석한 결과, 고강도 운동 1분은 중강도 운동 약 4~9분과 비슷한 건강 효과를 내는 것으로 나타났다. 같은 효과를 저강도 신체활동으로 얻으려면 약 53~156분이나 지속해야 했다. 해당 연구 결과는 지난달 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다. 연구팀은 참가자들의 모든 움직임을 10초 단위로 세분화해 ▲저강도(가벼운 산책·집안일) ▲중강도(빠르게 걷기·자전거 타기) ▲고강도(달리기·계단 오르내리기) 세 단계로 분류했다. 이후 8년간 추적 관찰해 운동 강도가 심혈관질환, 당뇨병, 암 등 조기 사망 위험에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 하루에 약 6분만 고강도 운동을 수행해도 전체 조기 사망 위험이 최대 35% 감소하는 것으로 나타났다. 전체 사망 위험을 기준으로 보면 고강도 운동 1분은 저강도 운동 53분과 맞먹는 효과를 냈다. 심혈관질환 예방 효과는 고강도 운동 1분이 저강도 73분과 비슷한 수준이었고, 암의 경우 고강도 1분이 저강도 156분에 상응했다. 연구진은 “‘운동은 오래 해야만 효과가 있다’는 기존 인식을 뒤집는 연구 결과”라며 “저강도 운동도 오랜 기간 지속하면 도움이 되지만, 고강도 운동을 짧게 하는 게 훨씬 효율적이다”라고 밝혔다. 이 같은 운동 효과 차이는 심혈관질환 예방에 중요한 ‘심장 적응성’과 관련이 있다. 고강도 운동은 저강도 운동보다 심장 적응성을 끌어올리는 데 효과적이다. 심장 적응성이 높아지면 한 번의 박동으로 내보내는 혈액의 양과 최대 산소 섭취량이 늘어나 심장이 보다 효율적으로 움직이게 된다. 연구진은 “약한 강도의 움직임만으로는 적응성 향상이 거의 일어나지 않는다”며 “고강도 운동이 필요한 이유”라고 설명했다. 그러면서 “시간이 없는 현대인이나 심혈관질환 고위험군일수록 일상 속 움직임 사이에 고강도 동작을 섞는 것이 도움이 된다”라고 강조했다.

‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀 양산 공장이 경북 포항에 문을 열였다. 18일 포항시는 블루밸리 국가산업단지에서 ‘그래핀스퀘어 포항공장 준공식’을 개최했다고 밝혔다. 그래핀은 강철보다 200배 강하고 전도성·유연성·투명성 등 뛰어난 물성을 가진 차세대 핵심소재다. 정부는 지난 8월 그래핀을 ‘초혁신경제 선도프로젝트’ 중 하나로 지정해 적극적인 지원 계획을 밝힌 바 있다. 전기차 배터리, 재생에너지, 바이오 신약, AI 슈퍼컴퓨터, 항공우주까지 활용 범위가 폭발적으로 확대되면서 세계 각국이 기술 경쟁에 뛰어든 상황이다. 그래핀스퀘어는 그래핀 상용화를 실현한 글로벌 선도기업으로 평가받는다. 국제학술지 네이처에 보고된 화학기상증착(CVD) 기반 대면적 그래핀 합성기술을 토대로 세계 최초로 CVD그래핀 필름 양산체계를 완성했다. 해외 유력 매체와 전시회에서 다수 수상하며 혁신성을 인정받아 왔다. 이번 포항공장 준공으로 그래핀스퀘어는 시험·분석 및 시생산을 거쳐 내년부터 CVD그래핀 필름의 본격적인 양산에 들어갈 예정이다. 프리미엄 조리가전, 자동차용 발열유리, 뷰티·헬스케어 기기, 웨어러블, 항공우주·조선 부품소재 등 다양한 산업 분야로 공급망을 확대할 계획이다. 준공식에서는 ‘포항 그래핀밸리 구축을 위한 산학연협의체’ 출범식도 함께 열렸다. 협의체는 그래핀스퀘어를 비롯해 국내외 기업, 대학, 연구기관으로 구성됐다. 포항 그래핀밸리 조성과 관련 기업 유치, 기술 협력 네트워크 구축 등 지역 산업 생태계 확장에 핵심적인 역할을 맡게 된다. 홍병희 그래핀스퀘어 대표는 “포항에서 세계 최초 그래핀 필름 상용화의 결실을 맺게 돼 매우 뜻깊고 감격스럽다”며 “그래핀은 더 이상 연구실에만 머무는 ‘꿈의 신소재’가 아닌 산업 혁신을 이끄는 핵심 소재로 자리매김할 것”이라고 말했다. 이강덕 시장은 “이번 준공은 그래핀 산업의 새로운 전환점”이라며 “그래핀스퀘어 포항공장이 포항을 세계 그래핀 산업의 중심 도시로 도약시키는 기폭제가 되기를 기대한다”고 했다.

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

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

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

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

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

성인 기준으로 1.4㎏에 불과한 인간의 뇌는 수천억 개의 신경세포(뉴런)가 시냅스라는 특수한 연결 구조로 소통하고 정보를 처리하며 기억을 저장한다. 시냅스의 신호를 보내는 쪽(시냅스 전 말단)과 받는 쪽(시냅스 후 말단)이 나노미터(㎚) 수준에서 정교하게 정렬되어야 정확한 신호전달이 가능해진다. 고도로 정밀한 신호 전달 시스템을 유지할 수 있게 돕는 뇌 속의 ‘마에스트로’ 단백질이 처음 발견돼 주목받는다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 시냅스 다양성 및 특이성 조절 연구단, 충남대 의대 공동 연구팀은 뇌 속 신경세포 간 정교한 신호전달과 기억 형성에 핵심적 역할을 하는 단백질 ‘카스킨2’(CASKIN2)의 기능을 처음으로 규명했다고 17일 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 11월 12일 자에 실렸다. 연구팀은 시냅스 전 말단에 있는 ‘카스킨2 단백질’이 흥분성 시냅스의 기능과 강도를 조절하는 핵심 인자라는 것을 확인했다. 카스킨2와 구조가 유사한 카스킨1 단백질은 이런 기능을 수행하지 못하는 점도 밝혀냈다. 특히카스킨2 단백질이 신호를 보내는 신경세포에서만 작동하는 것이 아니라, 신호를 받는 세포의 기능까지 직접 조절하는 것을 확인했다. 카스킨2는 시냅스 사이의 공간을 가로질러 두 신경세포 간 소통 전체를 조율하는 ‘지휘자’(마에스트로) 역할을 한다. 연구팀은 카스킨2 단백질이 ‘PTPσ’라는 단백질과 상호작용을 통해 이 기능을 수행한다는 점도 확인했다. PTPσ가 카스킨2의 특정 부위를 탈인산화하면, 카스킨2가 시냅스 전 말단의 세포 골격 구조를 재배열해 신호를 안정적으로 보낼 수 있게 만든다. 그 결과, 신호를 받는 시냅스 후 말단의 신호 수용체(NMDA 수용체) 기능이 강화돼 신경세포 간 정보 전달이 원활해진다. 연구팀은 이런 단백질의 상호작용이 실제 학습과 기억 형성에도 직접 영향을 미친다는 점을 생쥐 모델 실험으로 확인했다. 기억에 관여하는 뇌 부위인 해마의 신경회로에서 카스킨2나 PTPσ의 기능을 제거한 생쥐는 새로운 장소를 기억하는 ‘공간 인지 기억’ 능력이 뚜렷하게 저하되는 것을 연구팀은 확인했다. 연구팀에 따르면 분자 수준의 단백질 기능이 고등 인지 기능인 학습과 기억의 토대가 된다는 사실을 명확히 보여주는 결과다. 연구를 이끈 고재원 DGIST 교수는 “이번 연구 결과는 시냅스 기능 이상으로 발생하는 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애 등 다양한 뇌 질환의 원인 규명과 새로운 치료 전략 개발에 중요한 과학적 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 말했다.

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