작은 공룡의 배 속에서 거의 생전 그대로의 모습으로 화석화된 신종 도마뱀이 새롭게 발견됐다. 최근 중국과학원 출신들로 구성된 연구팀은 1억 2500만 년 전 공룡에 산채로 먹혀 화석화된 신종 도마뱀을 발견했다는 연구결과를 학술지 ‘커런트 바이올로지’(Current Biology) 최신호에 발표했다. 처음 공룡의 화석이 발견된 곳은 중국 북동부의 화석지대인 제홀 생물군이다. 연구팀은 과거 이 지역에서 4개의 날개를 가진 소형 육식공룡 '미크로랍토르'(Microraptor)의 화석을 발견했다. 지금으로부터 1억 2500~1억 2200만 년 전 살았던 것으로 보이는 미크로랍토르는 까마귀만한 크기의 작은 공룡이다.흥미로운 점은 미크로랍토르의 몸 구조다. 깃털이 덮힌 총 4개의 날개와 긴 꼬리가 있는데 뒷 날개의 경우 다리와도 유사하기 때문이다. 다만 날개가 4개나 달렸지만 지금의 새처럼 비행하는 것이 아닌 이 나무에서 저 나무로 활공하는 정도의 능력만 가진 것으로 추정된다. '작은 약탈자'라는 의미를 가진 미크로랍토르는 곤충이나 작은 동물을 먹고 살았는데 이번에 연구팀에게 발견된 도마뱀이 바로 그 먹잇감이었다. 결과적으로 이 도마뱀은 미크로랍토르의 최후의 만찬이었던 셈이다. 힌두교 신화와 연구자의 이름을 따 '인드라사우루스 왕이'(Indrasaurus wangi)로 명명된 이 도마뱀은 머리부터 통째로 삼켜져 미크로랍토르의 위에서 발견됐으며 놀랍게도 전체적인 모습이 거의 그대로 보존됐다. 연구를 이끈 징마이 오코너 교수는 "과거 제홀 생물군에서 발견된 도마뱀들과 다른 이빨 구조를 가지고 있다"면서 "당시 생태계와 먹이사슬의 구조를 연구하는데 도움을 줄 것"이라고 밝혔다. 　　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구온난화로 인해 전 세계는 여름철에는 폭염과 폭우, 홍수, 겨울에는 혹한과 폭설 등으로 몸살을 앓고 있다. 이 때문에 많은 연구자들은 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 대기 중에서 제거하기 위한 다양한 방법을 고민하고 있다. 현재 연구되고 있는 이산화탄소 포집·저장 기술(CCS)은 이산화탄소를 저장해 깊은 바닷속이나 지하 빈공간에 넣어두는 것이 주를 이루고 있다. 그런데 식물학자들이 나무의 뿌리를 땅 속 깊숙이 뻗어나가도록 만들어 좀 더 친환경적으로 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법을 찾아냈다. 미국 솔크생물학연구소, 오스트리아 그레고리멘델 분자식물생물학연구소 공동연구팀은 식물의 뿌리가 땅 속 깊이 자라는지 얕게 자라는지를 결정하는 유전자를 발견해 기후변화에 강한 식물을 개발할 수 있게 됐다는 연구결과를 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 12일자에 발표했다. 이번 연구는 솔크연구소에서 추진 중인 ‘하니싱 플랜트 이니셔티브’(Harnessing Plants Initiative)의 일환으로 진행된 것이다. 하니싱 플랜트 이니셔티브는 대기 중 이산화탄소를 줄여 기후변화를 막기 위한 계획으로 보다 튼튼하고 땅 속 깊이 뿌리를 내릴 수 있는 식물을 개발해 이산화탄소를 포집해 오래 지하에 저장할 수 있도록 하기 위한 것이다. 식물의 뿌리는 식물이 지탱할 수 있는 지지기능과 잎에서 만든 양분을 저장하고 물을 흡수하는 기능도 갖고 있다. 연구팀은 뿌리가 산소와 이산화탄소 교환에도 중요한 역할을 한다는 점에 착안했다. 연구팀은 생물학 연구에 많이 쓰이는 애기장대를 이용해 식물의 줄기와 뿌리 끝에서 세포벽을 신장시켜 길이 생장을 촉진시키는 식물생장호르몬의 일종인 ‘옥신’ 분비를 조절하는 유전자와 작동메커니즘을 분석했다. 옥신이 식물 생장에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있지만 구체적으로 뿌리 생장구조에 어떻게 영향을 미치는지는 정확하게 알려져 있지 않은 상태다.분석 결과 연구팀은 ‘EXOCYST70A3’라는 유전자가 옥신의 촉진을 분비해 뿌리 생장구조를 직접적인 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 실제로 연구팀은 EXOCYST70A3 유전자를 변형시킨 결과 뿌리 생장구조가 변화되고 더 많은 뿌리가 더 깊숙이 파고 들어간다는 사실을 확인했다. 연구팀은 이번 연구결과가 궁극적으로 더 많은 이산화탄소를 저장할 수 있는 식물을 개발하는 한편 강수량에 따라 성장 속도를 조절하고 오래 살아남을 수 있는 식물을 만드는데 도움을 줄 것으로 기대하고 있다. 볼프강 부쉬 솔크연구소 교수는 “증가하고 있는 이산화탄소의 양을 줄이기 위해 다양한 방법들이 연구되고 개발되고 있지만 가장 효과적이고 친환경적인 방법은 결국 식물을 이용하는 것”라면서 “생물체는 그 구조와 기능이 믿을 수 없을 만큼 복잡하기 때문에 식물 분자 메커니즘을 환경 반응에 연계한다는 것이 쉽지 않은 일이지만 어쨌든 이번 연구결과는 하니싱 플랜트 이니셔티브의 첫 번째 성과”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

#휴식을 취할 때나 취미활동으로 음악감상을 할 때는 시끄럽거나 전위적인 음악을 듣는 사람이라도 일이나 공부를 할 때 배경음악은 잔잔하거나 잘 조화된 음악을 틀어놓는 경우가 많다. 엇박자가 나거나 음이 조화를 이루지 않는 음악은 신경을 거슬리게 만들어 일이나 공부에 집중할 수 없기 때문이다. #아이에게 큰 소리로 화를 낸 것도 아닌데 하루 종일 시무룩한 표정을 하고 있는 경우가 있다. 나중에 아이에게 물어보면 평소와 달리 냉정한 목소리로 말을 해 소리를 지른 것보다 더 상처를 받았다는 것이다. 부모는 기억을 못하는데 아이들은 부모의 미세한 음성 변화까지 인식할 수 있는 것일까. 그렇지만 실제로 사람들은 가까운 이들의 미세한 음성 변화만으로도 정확하게 기분을 파악하는 경우가 많다. 최근 과학자들이 뇌의 청각회로는 부드러운 음성이나 잘 조화된 음악에 민감하게 반응하도록 진화됐다는 사실을 밝혀냈다. 미국 컬럼비아대 주커만 마음·뇌·행동연구소, 매사추세츠공과대(MIT) 뇌인지과학과, 프랑스 파리 과학인문학대(PSL) 인지과학과, 하버드대 음성·청각 생명과학공학프로그램, 국립보건원(NIH) 산하 국립신경질환·뇌졸중연구소 공동연구팀은 다른 영장류들과는 달리 인간의 뇌에는 조화로운 음률을 가진 소리에 더 민감하게 반응한다고 12일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 원숭이와 건강한 성인남녀를 대상으로 일련의 음악과 목소리를 들려주면서 기능성 자기공명영상(fMRI)으로 소리에 대한 뇌의 반응을 관찰했다. 연구팀이 원숭이와 사람들에게 들려준 음악은 화성적으로 잘 조화된 음악과 적절한 높낮이를 가진 중저음의 목소리, 톤이 없는 소리와 소음을 각각 들려줬다. 연구팀은 사람과 원숭이 뇌의 청각피질이 동일하게 반응했지만 사람의 뇌는 원숭이와는 달리 특정 음, 특히 조화로운 음악과 목소리에 민감하게 반응한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 추가 실험을 통해 사람의 뇌는 소리의 크기와는 상관없이 음의 조화, 음색에 따라 민감하게 반응한다는 사실을 밝혀냈다. 베빌 콘웨이 NIH 박사는 “이번 연구결과는 언어와 음악에 내재된 소리의 특징 중 하나임 화음이 인간 두뇌의 정보처리 방식을 근본적으로 변화시켰을 것이라는 점을 보여주고 있다”라면서 “이번 연구는 그동안 원숭이를 이용한 많은 실험에서 특히 청각적 과제를 수행하도록 하는 것이 어려웠던 이유도 훌륭하게 설명해주고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘아이언맨’에 나오는 아이언맨 수트나 영화 ‘배트맨’의 주인공 배트맨이 착용하는 검은 색 수트는 특별한 능력을 가져다 준다. 그런데 국내 연구진이 아이언맨이나 배트맨 수트처럼 입기만 해도 근력을 내는데 도움이 되는 ‘의복형 웨어러블 로봇’을 개발해 화제다. 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실 연구팀은 옷감처럼 가볍고 접거나 말수도 있어 일상복처럼 만들어 입고 근력을 보조받을 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호에 실렸다. 많은 사람들이 알고 있는 근력보조 로봇은 외골격 로봇으로 모터나 공압구동 방식으로 장치가 크고 무거우며 움직일 때 소음이 발생하기 때문에 활용도가 다소 떨어진다. 그런데 웨어러블 로봇은 착용을 하면 걷기 힘든 사람들의 걸음걸이를 돕거나 무거운 물체를 운반할 때 쉽게 들 수 있도록 기계적 힘을 더해주는 장치이다. 로봇이 인간을 감싸는 형태이기 때문에 다양한 분야에서 적용이 가능하다.연구팀은 형상기억합금에 전류가 흐르면 수축된다는 점에 착안했다. 연구팀은 직경 0.5㎜ 이하의 가느다란 형상기억합금을 스프링 다발로 옷감형 유연구동기를 만들었다. 옷감형 유연구동기는 무게가 20g 수준으로 가벼우면서도 근육처럼 수축하면 10㎏ 정도의 무게를 지탱하고 들어올릴 수 있는 것으로 확인됐다. 실제로 옷감형 유연구동기로 만든 의복형 웨어러블 로봇은 배터리, 제어기 등을 모두 포함해서도 약 1㎏ 정도에 불과해 일반 성인이 입는 봄, 가을용 점퍼 수준이다. 근력보조가 필요할 때만 선택해 로봇을 움직일 수 있기 때문에 전력낭비가 적고 배터리가 방전된 상태에서도 일상복 처럼 입을 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 상체 근력 보조 뿐만 아니라 어깨, 허리, 다리 등 전신을 보조할 수 있는 의복형 웨어러블 로봇을 개발할 계획이다.박철훈 기계연구원 박사는 “이번에 개발한 의복형 웨어러블 로봇은 택배, 물류 등 신체 일부를 반복적으로 사용하는 분야의 작업환경을 개선하고 고령화 시대가 되면서 나타날 수 있는 노동인력 감소문제 해결은 물론 노약자의 일상생활을 보조할 수 있는 재활기구로도 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

갈매기가 항생제도 소용없는 슈퍼박테리아를 사람에게 옮길 수 있다는 연구결과가 나왔다고 영국 BBC, 가디언 등 해외 언론이 9일 보도했다. 호주 웨스턴오스트레일리아 주에 있는 머독대학 연구진이 2015~2017년 호주 전역에 서식하는 은갈매기 562마리의 배설물을 분석한 결과, 이중 20%가 병원균을 옮기며 여기에는 항생제에 내성을 가진 대장균(E. Coli) 등이 포함돼있는 것으로 확인됐다. 히 퍼스 지역에서 서식하는 한 갈매기에서는 약제 내성이 있는 박테리아에 대한 최후의 수단으로 알려진 콜리스틴에도 저항하는 대장균이 발견됐다. 연구진은 갈매기가 공중이나 지상에서 배설하는 대변을 사람이 무심코 만진 뒤, 음식을 섭취하거나 얼굴을 만질 때 몸 안으로 들어가 감염을 유발하는 것으로 추측했다. 가장 큰 문제는 사람과 접촉률이 비교적 높은 조류인 갈매기가 옮기는 병원균이 항생제로도 죽지 않는 슈퍼박테리아의 성질을 가지고 있다는 사실이다. 연구를 이끈 샘 아브라함 박사는 “이번 연구를 통해 호주 전역의 갈매기가 슈퍼버그 또는 항생제 내성을 가진 동시에 사람에게 전염될 수 있는 박테리아를 옮긴다는 것을 알게 됐다”면서 “항생제 내성은 인류의 건강에 매우 큰 영향을 미치는 만큼, 이는 매우 심각한 문제로 여겨진다”고 설명했다. 이어 “특히 갈매기들이 자주 출몰하는 지역에서 논 뒤 씻지 않은 손을 입에 대거나 해당 지역에서 음식을 먹을 경우 위험이 더욱 높아질 수 있다”고 덧붙였다. 과거 포르투갈과 프랑스, 러시아 등지에서도 유사한 사례가 나왔지만, 관광객이 많은 호주에서 콜리스틴 저항 대장균이 발견된 것은 이번이 처음이다. 세계보건기구(WHO)가 항생제 내성 슈퍼박테리아 문제를 세계 보건에 대한 10대 위협 중 하나로 경고한 가운데, 이번 연구결과는 내성균 관련 국제학술지인 항균화학요법저널(Journal of Antimicrobial Chemotherapy) 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

대기오염 물질이 폐의 노화를 빠르게 해 심각한 폐 질환이 생길 위험을 키울 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 영국 레스터대 연구진이 영국 전역에 거주하는 성인남녀 약 30만 명을 대상으로 한 대규모 코호트 연구 자료를 분석해 실외 대기오염 물질 노출과 만성폐쇄성폐질환(COPD) 사이에 상관관계를 확인했다고 8일(현지시간) 발표했다. 여기서 만성폐쇄성질환은 대개 유해 입자나 가스에 노출돼 유발된 기도와 폐포의 이상으로 인해 지속적인 기류 제한과 호흡기계 증상이 발생하는 질병으로, 폐포에 영향을 주는 폐기종과 기도에 영향을 주는 만성 기관지염도 포함된다. 연구진은 영국 바이오뱅크(UK Biobank) 연구에 2006년부터 2010년 사이 등록한 만 40~69세 영국인 남녀 30만여 명이 사는 지역의 대기오염 수준을 추정하기 위해 검증된 모델을 사용했다. 대기오염 수준은 자동차 배기가스와 공장 배출물에서 나오는 이산화질소(NO2)를 비롯해 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5) 등 다양한 오염물질을 대상으로 했다. 또한 이들 참가자에게서는 설문을 통해 건강 수준을 파악하고, 폐활량 측정 검사를 통해 폐 기능을 조사했다. 그 결과, 공기 중 초미세먼지 농도가 연평균 5㎍/㎥(1세제곱미터당 10마이크로그램) 증가할 때마다 폐 기능이 두 살 많은 사람과 비슷한 수준으로 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 대기오염 물질 때문에 폐가 최대 2년 더 빨리 노화했다는 것이다. 심지어 세계보건기구(WHO)의 초미세먼지 권고 기준인 연평균 10㎍/㎥를 초과하는 지역에서 사는 사람들은 만성폐쇄성질환 유병률이 가정에서 간접흡연에 노출된 사람들보다 4배 더 높은 것으로 확인됐다. 이는 초미세먼지 연평균 농도가 유럽연합(EU)의 최대한도 기준이자 우리나라 연평균 수치인 25㎍/㎥에 미치지 않아도 만성폐쇄성질환 발병과의 연관성을 무시할 수 없고 대기오염 물질이 생각보다 훨씬 더 큰 피해를 줄 수 있음을 시사하는 것이다. 연구논문 주저자인 애나 한셀 교수는 “알아낸 가장 큰 결과 중 하나는 실외 대기오염 노출이 폐 기능 저하 및 COPD 유병률 증가와 직접적으로 관련이 있다는 것”이라면서 “더 높은 수준의 오염물질에 노출된 사람들은 폐 기능이 더 낮았고 이는 적어도 1년 이상 노화한 것에 해당한다”고 설명했다. 문제는 만성폐쇄성폐질환이 생소한 이름과 달리 의외로 흔한 질병이라는 점이다. 세계보건기구에 따르면 만성폐쇄성폐질환은 세계 사망 원인 4위이며 내년에는 3위로 오를 것으로 예측된다. 국내에서는 40세 이상 성인의 14.2%, 즉 10명 중 1명 이상은 만성폐쇄성폐질환 환자이며 매년 6000명 이상이 이 때문에 사망한다고 질병관리본부는 말한다. 이에 대해 한셀 교수는 “대기오염 물질이 폐 건강에 어떻게 영향을 미치는지 살핀 연구는 놀랍게도 거의 없다”면서도 “걱정스러운 점은 대기오염 물질이 저소득층 가정에 훨씬 더 큰 영향을 주는 것으로 생각된다는 것”이라고 지적했다. 이와 함께 “같은 대기오염 물질에 노출됐을 때 저소득층이 고소득층보다 폐 기능 저하와 COPD 위험이 두 배 컸다. 이는 참가자들의 흡연 상태와 폐 건강에 영향을 미칠 수 있는 직업을 고려해도 마찬가지였다”면서 “이런 불균형은 열악한 주거환경이나 식습관, 건강관리 악화 또는 유년기 폐 성장에 영향을 주는 빈곤의 장기적 영향과 관련이 있을 수 있다”고 설명했다. 이어 “하지만 저소득층과 고소득층 사이의 영향 차이를 조사하려면 추가적인 연구가 필요하다”고 덧붙였다. 또한 이번 연구 논문을 살펴본 유럽호흡기학회 회장인 토비아스 웰터 교수는 “이번 결과는 오염된 공기에 노출되면 평균 수명을 낮추고 만성폐쇄성폐질환에 걸리기 쉽다는 것을 보여줘 대기오염이 건강을 해친다는 증거를 강화한다”면서 “호흡은 생명을 유지하는 데 필요한 인간의 가장 기본적인 기능이므로, 우리는 깨끗한 공기를 마실 권리를 위해 계속 싸워야 한다”고 말했다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘유럽 호흡기 저널’(European Respiratory Journal) 최신호(7월 1일자)에 실렸다. 사진=123rf 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

발레리나의 발바닥을 연구한 국내 공대 학부생의 논문이 SCI(과학기술논문인용색인)급 국제학술지에 실렸다. 석·박사가 아닌 학부생이 국제학술지에 대표 저자로 논문을 게재하는 것은 흔치 않은 일이다. 이화여대는 엘텍공과대 휴먼기계바이오공학부 3학년 염하은씨가 제1저자로 참여한 연구 논문 ‘족저면 연부조직과 그에 가해지는 지속반복적인 힘 간의 상관관계 분석’이 국제학술지 ‘생체 재료의 기계적 행동 저널’(JMBBM) 온라인판에 게재됐다고 9일 밝혔다. 염씨를 비롯한 연구진은 발바닥 연부조직에 반복적인 힘을 가하는 동작을 많이 하는 발레 전공자 집단과, 비슷한 체질량지수의 이대 재학생 집단의 족저면 특성을 비교 분석했다. 연구진은 이번 연구가 지속적이고 반복적인 운동이 족저면의 강성(변형에 저항하는 정도)에 미치는 영향을 수치화한 점에서 큰 의의가 있다고 밝혔다. 지도교수이자 교신저자인 이태용 교수는 “건강 지표로 혈압 수치를 측정하듯이 발바닥 강도를 측정해 표준화한다면 앞으로 건강 유지를 위한 조기 검사 도구로 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 염씨는 “예술과 공학의 교점을 찾고 협력하는 과정이 쉽지 않았는데 좋은 성과를 거둬 기쁘다”고 말했다. 김정화 기자 clean@seoul.co.kr

춤은 인간만이 출 수 있는 것이라는 정설을 깨고 춤을 출 수 있는 동물로 처음 인정받은 앵무새 ‘스노우볼’. 스노우볼은 지난 2008년 미국 그룹 ‘백스트리트보이즈’의 노래 ‘에브리바디’에 맞춰 신나게 춤을 추는 모습으로 주목을 받기 시작했다. 이후 많은 과학자가 이 앵무새의 비밀을 풀기 위해 연구를 진행했는데, 모두 스노우볼이 스스로 춤을 추는 것이라는 추론을 내놨다. 2009년에는 개구리나 귀뚜라미 등 다른 동물이 짝짓기를 목적으로 몸을 흔드는 것과 달리, 스노우볼은 음악의 리듬에 대해 인식하고 있다는 연구 결과가 나오기도 했다. 그러나 정확한 요인은 베일에 싸여 있었다. 이후 10년이 지난 지금 미국 연구팀이 스노우볼과 인간 사이에 5가지 공통적 특성이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 미국 캘리포니아대학교 심리학 조교수 아데나 슈아츠너 연구팀은 8일(현지시간) 학술지 ‘커런트 바이올로지’(Current Biology)를 통해 이 같은 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 스노우볼이 음악에 따라 어떤 움직임을 보이는지 알기 위해 가수 신디 로퍼의 노래 ‘걸스 저스트 원트 투 해브 펀’(Girls Just Wanna Have Fun)과 그룹 퀸의 노래 ‘어나더 원 바이츠 더 더스트’(Another One Bites the Dust)를 틀어준 뒤 그 모습을 관찰했다. 그 결과 스노우볼이 신디 로퍼의 노래에 더 활발한 반응을 보이며 박자에 맞춰 좌우로 몸을 흔드는 모습이 관찰됐다. 연구진은 스노우볼이 총 14가지의 다양한 춤 동작을 선보였으며 이는 학습된 것이 아닌 창의적이고 자발적인 것이었다고 밝혔다. 슈아츠너 교수는 “스노우볼을 관찰한 결과 인간과 앵무새 사이에는 5가지 공통적 특징이 발견됐다”고 설명했다. 연구팀에 따르면 앵무새가 자발적으로 춤을 출 수 있었던 데는 발성 능력과 비언어적 동작 모방 능력, 장기적이고 사회적인 유대관계를 형성하는 능력, 복잡한 연속 동작을 학습할 수 있는 능력, 의사소통 동작에 대한 주의력 등 인간과 유사한 5가지 특성이 작용했다. 슈아츠너 교수는 “다른 동물이 짝짓기를 위해 몸을 흔드는 것과 달리 앵무새들은 사회적 유대감을 강화하고 상호 작용을 도모하기 위해 자신이 춤을 춘다는 사실을 인식한 상태로 창의적인 춤을 선보인다”고 밝혔다. 일단 이번 연구 결과는 스노우볼만을 대상으로 한 것이라 다른 앵무새에게까지 확대 적용될 수 있는지 섣불리 판단할 수는 없다. 그러나 슈아츠너 교수팀은 이번 연구 결과가 인간 음악성의 진화에 대해 더 많은 것을 밝힐 수 있는 첫걸음이 될 것이라고 자평했다. 1996년 부화한 스노우볼은 2007년 두 번째 주인을 만나 미국 인디애나주에서 길러졌다. 스노우볼의 주인 이레나 슐츠와 그 가족들은 스노우볼이 음악에 맞춰 춤을 추는 것을 목격하고 이 장면을 촬영해 인터넷에 올려 많은 주목을 받았다. 이후 유명인사가 된 스노우볼은 각종 TV쇼 출연은 물론 광고 촬영에 나서기도 했다. 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

이대 무용과와 휴먼기계바이오공학과의 융합연구발레리나의 발바닥을 연구한 국내 공대 학부생의 논문이 SCI(과학기술논문인용색인)급 국제학술지에 실렸다. 석·박사가 아닌 학부생이 국제학술지에 대표 저자로 논문을 게재하는 것은 흔치 않은 일이다. 이화여대는 엘텍공과대학 휴먼기계바이오공학부 3학년 염하은씨가 제1저자로 참여한 연구 논문 ‘족저면 연부조직과 그에 가해지는 지속반복적인 힘 간의 상관관계 분석’이 국제학술지 ‘생체 재료의 기계적 행동 저널’(JMBBM) 온라인판에 게재됐다고 9일 밝혔다. 염씨를 비롯한 연구진은 발바닥 연부조직에 반복적인 힘을 가하는 동작을 많이 하는 발레 전공자 집단과, 비슷한 체질량지수의 이대 재학생 집단의 족저면 특성을 비교 분석했다. 연구진은 이번 연구가 지속적이고 반복적인 운동이 족저면의 강성(변형에 저항하는 정도)에 미치는 영향을 수치화한 점에서 큰 의의가 있다고 밝혔다. 지도교수이자 교신저자인 이태용 교수는 “건강 지표로 혈압 수치를 측정하듯이 발바닥 강도를 측정해 표준화한다면 앞으로 건강 유지를 위한 조기 검사 도구로 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이번 논문은 이대 음대 무용과의 발레 전공과 휴먼기계바이오공학부 간 융합연구로 진행됐다. 염씨는 “평소 스포츠 관람을 좋아하는데, 신체 부상이 잦은 선수들을 보며 스포츠 과학 분야와 의공학을 깊이 배우고 싶었다”면서 “예술과 공학의 교점을 찾고 협력하는 과정이 쉽지 않았는데 좋은 성과를 거둬 기쁘다”고 말했다. 김정화 기자 clean@seoul.co.kr

기후 과학자들이 전 세계 190여 개 국가가 맺은 ‘파리기후협약’에 따라 지구 평균온도 상승을 산업혁명 이전과 비교해 2도 미만으로 유지하더라도 북극 빙하가 완전히 사라질 수 있다는 충격적인 연구결과를 내놨다. 기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단, 부산대, 연세대 대기과학과, 호주 뉴사우스웨일스대(UNSW) 수학·통계학부, 미국 신시내티대 수리과학부 국제공동연구팀은 수 십개의 기후 모형을 고려해 좀 더 예측 정확도가 높아진 새로운 통계기법을 개발해 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 9일자에 발표했다. 이번에 새로 개발된 모델을 적용할 경우 산업혁명 이전 대비 기온이 2도 상승했을 때 ‘9월 북극빙하’ 면적이 완전히 녹을 가능성은 28%로 예측됐다. 북극 빙하는 9월에 급격히 녹았다가 3월에 가장 커지기 때문에 9월 북극빙하 면적을 기후 변화의 척도로 본다. 현재와 같은 파리기후협약만으로는 북극빙하가 줄어드는 것을 완전히 차단할 수 없다는 것이다. 2015년 프랑스 파리에서 190여 개 국가가 전지구 평균기온 상승을 산업혁명 이전 대비 1.5도 이하로 제한하기 위해 노력하고 최소한 2도 미만으로 유지한다고 협약을 맺었다. 온실가스 최대 배출국 중 하나로 꼽히는 미국은 도널드 트럼프 대통령 취임 이후 파리기후협약에서 탈퇴하기도 했다. 미래 기후변화를 예측할 때는 과거 대기, 해양, 빙하 등 주요요소들이 변화하는 과정을 설명하는 방대한 양의 수식을 바탕으로 한 물리적 이해를 토대로 한다. 현재는 전 세계적으로 40여 개 이상의 기후 모형들이 활용되는데 이들은 서로 다르게 미래 기후를 예측하고 있다. 수학자, 통계학자, 기후학자들이 모인 연구팀은 ‘마르코프 연쇄 몬테카를로’(MCMC) 기법을 이용해 기존 31개 기후 모형들을 종합적으로 고려할 수 있는 통계기법을 만들어 냈다. 기존 통계 예측법은 다른 통계기법의 일부 수식을 공유하거나 같은 계산기법을 사용해 상호의존성을 보이지만 이번에 개발된 예측 통계기법은 기존 모형들과 전혀 의존성이 없다는 것이 특징이다.이번 통계기법에 따라 분석한 결과 산업혁명 전 대비 전지구 기온상승이 1.5도가 될 경우 북극해빙이 완전히 사라질 확률은 최소 6%, 2도 상승에 이르면 확률이 28%까지 증가할 것이라는 결과가 나왔다. 이준이(부산대 교수) IBS 연구위원은 “전지구 평균온도가 이미 산업혁명 이전과 비교해 1도 이상 상승한 상태이고 지금 추세라면 2040년에 1.5도 상승에 이를 가능성이 높다”라면서 “이번 연구는 기후변화의 중요한 척도인 북극빙하 유실 가능성을 수치로 제시함으로써 지금보다 더 엄격한 기후변화 대응 정책이 필요하다는 것을 강조하고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기후 변화와 열대우림 파괴의 동시 작용으로 야생 동식물의 멸종 위험이 커지고 있다는 안타까운 연구 결과가 나왔다. 세계적 학술지 네이처의 자매지 ‘네이처 기후변화’(Nature Climate Change) 최신호(8일자)에 실린 연구 논문에 따르면, 아시아와 중남미 그리고 아프리카 숲에 사는 야생 동식물들이 극심한 기온 상승의 영향에서 피할 수 있는 장소는 전체의 5분의 2 이하로 나타났다. 이에 대해 연구를 이끈 영국 셰필드대학의 레베카 시니어 박사는 “2000년부터 2012년 사이 열대우림의 손실로 인도 국토보다 넓은 범위의 지역이 기후변화의 영향으로 종을 보호할 능력을 잃었다”면서 “숲의 손실은 서식지를 직접적으로 빼앗을 뿐 아니라 생물 종의 이동마저 어렵게 한다”고 지적했다. 이어 “기온이 더 낮은 서식 환경으로 벗어날 통로가 부족하므로, 지구 온난화에 취약한 생물 종의 전국적, 전지구적 멸종을 초래할 가능성이 있다”고 덧붙였다. 현재의 기후 변화 속도로 볼 때, 오늘날 고온의 영향이 가장 낮은 지역으로 이동하는 동식물은 2070년까지 20세기 후반보다 평균 2.7℃ 더 높은 환경에 노출될 것이라고 이 연구는 밝혔다. 인류가 지구 온난화를 2℃ 미만으로 억제하는 최상의 시나리오에서도 열대 지방의 생물 종은 2070년까지 기온 0.8℃의 상승을 겪게 된다. 하지만 최상의 시나리오가 실현될 가능성마저 점점 더 희박해지고 있는 상황이다. 야생 동식물은 기후변화에 직면하면 산악지대를 오르내려거나 수온이 낮거나 높은 해역으로 서식지를 옮기는 것을 늘 반복했다. 하지만, 기후 변화가 이렇게 급격히 진행된 사례는 거의 없을 뿐만 아니라 이렇게 이른바 서식지 단편화라는 현상과 동시에 일어난 적도 없었다. 서식지 단편화는 인위적 또는 자연적 요인에 의해 생물 1종의 서식지가 분단 또는 분할되는 현상을 말한다. 이에 대해 시니어 박사는 “특히 열대의 생물 종은 기온 변화에 민감하다. 이들 종 대부분은 지구상 다른 어느 곳에서도 찾아볼 수 없지만, 전 세계 생물 다양성의 큰 부분을 차지한다”고 설명했다. 세계자연보전연명(IUCN)의 적색 목록(Red List)에는 가뭄과 극단적인 기온차 등의 영향으로 이미 550여 종의 열대 종이 멸종 위기종으로 지정됐다. 여기에는 붉은손짖는원숭이와 재규어 그리고 자이언트수달 등 포유류도 포함돼 있다. 또한 이미 세계 각지에서 양서류들은 의문의 병원균 습격으로 멸종 위험성이 점점 커지고 있다. 양서류는 특정 서식지에 특화돼 있어 멀리 이동할 수 없으며 무더위와 건조에 매우 민감하다고 시니어 박사는 지적했다. 미국 메릴랜드대학의 연구시설 글로벌 포리스트 워치(Global Forest Watch)에 따르면 2014년 이후 파괴된 열대우림의 면적은 영국 잉글랜드 지방 면적의 5배인 약 60만 ㎢에 해당한다. 하지만 지난 10여 년간 전 세계적인 규모의 열대 서식지 감소와 기후 변화 사이의 상호작용을 조사한 연구는 이번이 처음이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

국내 젊은 수학자가 같은 약인데도 사람마다 약효가 다르게 나타나는 이유와 동물실험 결과와 사람을 대상으로 한 임상시험 결과가 달라지는 이유를 미분방정식으로 풀어내 화제가 되고 있다. 카이스트 수리과학과 김재경 교수와 글로벌 제약사 화이자의 청 장 박사 공동연구팀은 동물실험과 임상시험간 차이가 발생하는 원인과 사람마다 발생하는 약효의 차이를 보이는 이유를 수학적으로 풀어내고 그 해결책을 마련했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘분자시스템 생물학’ 8일자에 실리고 7월호 표지논문으로도 선정됐다. 이번 연구를 주도한 김 교수는 2016년 화이자가 개발 중인 생체리듬 조절과 관련된 신약 효과를 예측하고 검증하는 연구를 맡아 3년 동안 6000만원씩의 연구비를 지원받기로 알려지면서 이미 화제가 된 바 있다. 보통 신약 개발을 위해서는 약효가 있는 후보물질을 찾은 뒤 쥐나 원숭이 등 동물을 대상으로 한 전임상실험을 실시한다. 전임상실험에서 문제가 없는 경우 사람을 대상으로 한 임상시험을 3차례 실시하고 약으로 만들어져 상용화되는 과정을 거치게 된다. 문제는 동물에서는 약효가 나타났지만 사람에게서 나타나지 않거나 사람마다 효과가 다르게 나타나는 경우가 있어서 신약 개발 과정이 중단되는 경우가 많다. 연구팀은 수면장애와 관련한 치료제 개발에 초점을 맞춰 연구를 실시했다. 수면 장애는 맞춤형 치료 분야에서 의외로 개발 속도가 느리다. 쥐는 사람과 수면시간이 정반대인 야행성 동물이기 때문에 수면시간 조절 치료제가 생쥐에게는 맞더라도 사람에게는 효과가 없는 경우가 많다. 이 같은 현상의 원인을 밝혀내면 신약개발이 중단되지 않지만 이를 해석해 내지 못하면 신약개발에 어려움을 겪게 된다.연구팀은 미분방정식을 이용해 가상 실험과 실제 실험을 결합시켜 비교분석했다. 미분방정식은 고등학교 때 배우는 미분으로 만들어지는 방정식으로 시간에 따라 변화하는 현상을 설명하고 예측되는데 많이 활용된다. 분석 결과 주행성인 사람은 야행성 쥐에 비해 빛 노출 때문에 약효가 더 많이 반감된다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 또 사람마다 약효가 달라지는 원인이 수면시간을 결정하는 생체시계 단백질 ‘PER2’ 발현량이 달라지기 때문이라고 밝혀냈다. PER2 양이 낮에는 증가하고 밤에는 감소하기 때문에 투약 시간에 따라 약효가 바뀐다는 것이다. 연구팀은 이를 바탕으로 웨어러블 기기를 이용해 환자의 수면 패턴과 투약에 따라 수면패턴이 어떻게 달라지는지 추적해 최적화된 투약시간을 찾아내 정상적 수면이 가능하도록 한 ‘환자 맞춤형 시간치료법’을 개발했다.김재경 교수는 “이번 연구는 개인별 맞춤형 치료가 가능하도록 한 시간치료법을 수학적으로 개발했다는데 의미가 크다”라며 “외국에서는 수학이 의약학 분야에서도 활발히 사용되고 있는데 이번 연구를 계기로 국내에서도 수학과 다른 분야와의 통합 연구가 활발해졌으면 한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

여름 휴가철이 다가오면서 피서 계획을 세우면서도 막히는 길을 생각하면 벌써부터 한숨을 쉬는 사람들이 많다. 설이나 추석 명절이나 연휴기간, 여름 휴가철 전국의 고속도로는 주차장을 방불케 할 정도로 꽉 막혀 있다. 2~3시간을 가다서다를 반복하다가도 갑자기 뻥 뚫리기도 해 과학자들은 ‘유령정체’라고 부르기도 한다. 그런데 인공지능(AI) 기술이 등장하면서 이 같은 길막힘 현상은 한층 덜해질 것으로 전망된다. 5~15분 뒤 도로 상황을 예측해 알려줌으로써 운전자들이 사전에 대비할 수 있게 해주는 기술이 나왔다. 울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부, 러시아 국립고등경제대학교, 미국 퍼듀대 전기컴퓨터공학부 공동연구팀은 AI 기술을 바탕으로 교통정체 원인을 파악하고 특정 도로의 미래 상황을 예측해 시각화하는 시스템을 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 국제학술지 ‘IEEE 비주얼라이제이션 앤 컴퓨터 그래픽스’ 실릴 예정이다. 현재 많은 지방자치단체에서는 지능형 교통체계(ITS)를 구축하는 등의 방법으로 교통정보를 수집했는데 대량의 데이터를 분석하고 교통상황을 예측하는데 한계가 있었다. 연구팀은 AI를 바탕으로 교통상황을 분석하는 예측하는 기술과 결과를 시각화하는 기술을 개발해 결합시켰다. 교통상황 예측 기술은 AI 심층학습 기술로 특정 구간의 과거 평균 이동속도, 도로망, 주변 도로의 정체상황, 혼잡시간 정보 등을 학습시켜 교통 정체를 예측한다. 이 기술을 바탕으로 울산시 교통정보를 분석한 결과 특정 도로의 평균 이동속도를 시속 4㎞ 내외의 오차로 예측할 수 있게 됐다. 또 연구팀은 ‘VS리버스’라는 시각화 기술로 도로별 통행하는 차량 수와 평균 이동속도를 한 눈에 볼 수 있도록 했다.이번 기술이 활용되면 현재 차량 속도는 물론 15분 뒤 차량 속도와 정체구간을 예측할 수 있게 된다. 예를 들면 단순히 “차량이 가다 서다를 반복하고 있다”라는 교통안내가 아닌 “현재 ㅇㅇㅇ 도로가 가장 막혀 시속 10㎞로 이동하고 있는데 15분 뒤 시속 40㎞로 속도를 회복할 수 있을 것”이라는 안내를 받을 수 있게 된다. 이번에 개발된 시스템은 현재 울산교통방송에서 활용 중에 있으며 광주, 대전, 부산, 인천 교통방송에서도 활용될 예정이다. 이와 함께 이 기술을 활용하면 교통경찰이 신호제어를 통해 도로 혼잡을 사전에 통제할 수 있게 되거나 내비게이션 서비스에 제공해 보다 최적화된 도로를 찾고 도착시간을 정확히 예측할 수도 있게 될 것으로 보인다. 고성안 UNIST 전기전자컴퓨터공학부 교수는 “이번 기술은 도시교통정보센터(UTIC) 웹사이트에 구현해 누구나 쉽게 도로 교통상황을 파악할 수 있도록 해주기 때문에 교통방송이나 내비게이션에 연동해 최적 경로를 찾는데 도움이 될 것”이라며 “AI 기술이 적용된 시스템은 도시의 고질적 문제인 교통체증을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

통상 의사가 환자를 진료할 때 입수하는 정보는 연령, 성별, 키, 몸무게 등 기본 정보와 환자가 주관적으로 느끼는 증상, 진찰이나 검사로 얻는 객관적 정보 등이다. 하지만 이제 의사들은 또 다른 정보를 수집해야 할지도 모른다. 바로 소셜미디어에서 추출한 빅데이터다. 최근 국제학술지에 페이스북과 같은 소셜미디어 정보를 개인의 질병 진단에 활용할 수 있다는 흥미로운 연구 결과가 게재돼 화제가 되고 있다. 미국 펜실베이니아대 연구진은 999명이 작성한 SNS 게시물 약 95만건을 확보해 여기에서 약 2000만개 단어를 추출했다. 자연어 처리 기법을 활용해 이 데이터를 700여 가지 변수로 범주화했다. 그리고 대상자의 전자의무기록과 대조해 소셜미디어 게시물이 연구 대상자의 의학적 상태를 반영할 수 있는지 조사했다. 연구 결과 대상자가 소셜미디어에 게시한 단어를 활용해 전체 21개 항목 가운데 18개의 상황을 비교적 높은 정확도로 예측할 수 있었다. 일부 의학적 상황은 연령이나 성별, 인종 등 일반적 개인 정보보다 예측력이 높았다. 개인 정보와 소셜미디어 정보를 함께 활용하자 예측은 더욱 정확해졌다. 특히 소셜미디어 게시물은 불안이나 우울증 등 정신건강 상태, 당뇨병과 같은 대사질환을 예측하는 데 매우 효과적이었다. 예를 들어 우울증을 앓는 사람들은 ‘상처’나 ‘감정’, ‘보살핌’ 같은 단어를 게시물에 쓸 가능성이 컸다. ‘신’이나 ‘기도’, ‘주님’ 같은 단어가 포함된 게시물을 올린 사람들은 당뇨병을 앓고 있을 확률이 더 높았다. 이는 소셜미디어가 병원에서 수집하는 개인의 특성 정보와는 분명히 다른 차원의 의미를 내포하고 있다는 점을 시사한다고 볼 수 있다. 물론 이 연구는 한계가 있다. 아쉽게도 소셜미디어 게시물과 특정 질병의 관련성을 확인했을 뿐, 질병을 예측하거나 치료 효과를 예측하는 성과는 보여 주지 못했다. 또 의료진은 임상진료를 통해 환자들에게서 더 상세하고 포괄적인 정보를 수집하기 때문에 이 연구에 나타난 소셜미디어의 임상 활용 가능성은 다소 과장된 면이 있다. 한국인은 문화·사회적 특성이 다르기 때문에 우리를 대상으로 같은 연구를 한다면 분명히 다른 특성을 보일 것이다. 임상 현장에서 개인의 소셜미디어 자료를 받아 분석할 수 있는 대용량 컴퓨터 기술도 아직 보급되지 않았다. 하지만 사용자의 중요한 정보를 담은 소셜미디어 데이터는 앞으로 개인의 행동이나 환경과 관련된 의학적 위험 요인을 연구하고 평가하는 데 광범위하게 활용될 가능성이 크다. 흥미롭게도 연구자들은 이를 ‘소셜미디어의 오믹스’(Social Mediome)라고 불렀다. 이는 개인의 유전 정보 등 각종 생체 오믹스(총체적인 개념의 데이터를 바탕으로 한 최신 생물학 분야) 데이터와 마찬가지로 저장, 보관, 분석할 수 있는 자료이기 때문이다. 머지않은 미래에는 환자에게 소셜미디어 정보 분석 동의 여부를 묻는 질문지가 등장할지도 모르겠다.

전 세계적으로 한국 학부모들만큼 아이들 학업성적에 관심을 갖는 부모들은 없다. 자세히 뜯어보면 모든 것을 긍정적으로 바라볼 수만은 없지만 버락 오바마 전 미국 대통령도 한국 학부모들의 교육열에 대해 여러 번 언급할 정도이다. 많은 학부모들은 아이들이 엉덩이에 자석이라도 붙여놓은 듯 진득하니 책상 앞에 앉아있어야 공부를 하는 것으로 인식하는 경우가 많다. 그렇지만 성적을 올리고 학습효율을 높이기 위해서는 하루 10분 이상, 4000보 이상 산책 같은 가벼운 운동을 하는 것이 좋다는 연구결과가 나왔다. 미국 오레곤보건과학대 의대 신경과학과 연구진은 짧은 시간이나마 규칙적으로 운동하는 것이 건강 뿐만 아니라 학습능률을 높이고 기억력을 향상시키는 등 두뇌활동에도 도움이 된다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘e라이프’ 최신호에 실렸다. 지금까지 많은 연구들이 규칙적인 운동이 심장이나 근육을 포함해 여러 장기의 건강을 유지하는데 도움이 된다는 사실에 초점을 맞춰왔다. 연구팀은 운동으로 건강한 심장이 유지되면 뇌를 포함한 전신에 산소를 빠르게 공급한다는 점에 착안해 운동이 뇌에 미치는 영향에 주목했다. 연구팀은 학습 중간에 운동시간을 포함시킨 생쥐와 운동시간 없이 학습시간만 길게 가진 생쥐들 사이에서 학습능률이나 기억력을 비교하는 한편 뇌에서 나타나는 변화를 관찰했다. 그 결과 학습만 계속해서 한 생쥐보다 운동시간을 가진 생쥐들의 학습능률이 높아지는 것이 관찰됐다. 특히 운동이 Mts1L이라는 유전자가 활성화되면서 학습과 기억, 새로운 것에 대한 인식에 관여하는 뇌의 해마 부위 뉴런의 연결을 늘리고 시냅스 증가를 촉진시킨다는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 오랜 시간 운동하는 것보다 10~30분 이내의 가벼운 산책이나 10분 이내 농구시합을 하는 것처럼 짧은 시간 폭발적으로 움직임을 갖는 운동이 두뇌에는 효과적이라는 것이다. 게리 웨스트브룩 교수(신경학)는 “운동을 한다고 해서 많은 사람들은 비싼 돈을 주고 체육관을 가거나 10㎞ 이상 달리기를 하는 것을 생각하는데 뇌를 위해서는 그보다 훨씬 가벼운 운동도 효과가 크다”라며 “중요한 것은 하루 10분 이상 규칙적으로 몸을 움직인다는 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 각종 대사질환이나 면역질환을 일으키는 생체분자를 빠르게 찾는 방법을 개발했다. 이 기술을 활용하면 질병의 원인은 물론 치료법 개발에도 상당한 도움이 될 것으로 기대된다. 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부, 한국표준과학연구원, 건양대 공동연구팀은 방사성 동위원소를 이용한 ‘대사적 중수(重水) 표지법’이라는 기술을 활용해 일반시료와 환자시료 사이에서 나타날 수 있는 지질의 상대적 비를 분자적 수준에서 찾아낼 수 있는 방법을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학 분야 국제학술지 ‘분석화학’ 최신호에 실렸다. 지질, 흔히 지방질이라고 부르는 물질은 우리 몸을 구성하는 세포의 세포막을 구성하는 성분이다. 에너지 저장과 신호 전달 기능을 담당하는데 지질의 종류와 양의 변화에 따라 2형 당뇨(성인당뇨), 류머티스 관절염, 알츠하이머, 암 과 같은 다양한 대사질환과 면역질환의 원인이 되기도 한다. 이 때문에 생체 내 지질의 양을 정확하게 측정하는 것을 질병 원인 규명과 치료법 개발에 있어 중요하다. 연구팀은 중수 표지법과 분해능이 높은 질량분석기를 결합해 동위원소 분포를 측정한 다음 정상 상태와 질병 상태에서 얻어진 생체분자들 사이에 상대적인 양을 계산할 수 있는 방법을 개발했다. 또 대용량의 질량분석 데이터를 자동화 처리할 수 있는 프로그램도 개발했다. 연구팀은 암세포 모델인 헬라세포를 중수로 표시한 다음 지방산, 글리세롤지질, 인지질, 스핑고지질 등 100여개의 지질과 섞은 뒤 정밀하게 정량하는데 성공했다. 또 저산소증을 유도시킨 헬라세포와 정상세포에서 얻어진 지질의 상대적 정량을 측정한 다음 저산소증으로 나타나는 트라이아실글리세롤의 농축현상도 확인했다. 김태영 GIST 교수는 “이번 연구는 기존 동위원소 기반 정량법이 특정 생체분자만 정량할 수 있었던 것과 달리 지질 뿐만 아니라 단백질, 당, 핵산, 대사체 등 여러 생체분자를 동시에 정량화시킬 수 있다”라며 “질병으로 인해 나타나는 생체 변화를 시스템적으로 연구할 수 있게 해 질병원인 규명과 새로운 치료법을 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

최근 생물학 분야에서 장내미생물의 다양한 기능이 속속 밝혀지고 있다. 장내미생물은 사람이 앓는 질병의 90% 이상 관련이 있을 뿐만 아니라 기분과 같은 심리적인 영향까지 미치는 것으로 알려져 있다. 실제로 류머티즈 관절염 같은 면역반응과 관련된 질병은 물론 암 발병에도 영향을 미친다는 연구결과가 나오기도 했다.그런데 사람 뿐만 아니라 젖소의 장내미생물이 우유 맛을 변화시킬 뿐만 아니라 지구온난화에도 영향을 미칠 수 있다는 연구결과가 나와 주목받고 있다.영국 에버딘대, 노팅엄대, 이스라엘 네게브 벤구리온대, 핀란드 국립자원연구소, 이탈리아 가톨릭대, 스웨덴 국립농업과학대, 체코 동물생리학·유전학연구소, 프랑스 생마르텡데레대, 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 8개국 11개 연구기관으로 구성된 국제공동연구팀은 젖소의 장내미생물이 우유의 품질은 물론 지구온난화의 주범 중 하나로 알려진 메탄가스 생성에 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다.이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 4일자에 실렸다. 지금까지 낙농 분야에서는 사육 방식과 좋은 품질의 목초가 맛있고 영양이 풍부한 고품질 우유를 만드는 것으로 알려져 있었다. 또 소를 비롯한 염소, 양과 같은 반추동물들은 되새김질과 함께 장 속에 있는 수 백만 마리의 장내미생물의 도움을 받아 건초, 풀 같은 소화시키기 어려운 식물성 물질을 분해해 사용가능한 영양소와 칼로리를 변화시킨다. 문제는 이 과정에서 반추동물들은 트림과 방귀를 통해 매년 1억t에 가까운 메탄가스를 배출한다. 이 때문에 지구온난화를 연구하는 학자들은 소를 비롯한 반추동물들이 기후변화 주범이라고 주장하기도 한다. 연구팀은 영국, 이탈리아, 스웨덴, 핀란드 4개국 7개 농장에서 사육되고 있는 1016마리의 젖소에게서 소의 형질 정보와 장내 미생물의 DNA를 수집해 분석했다. 젖소들은 유럽에서 사육되는 젖소들의 대부분을 차지하는 홀스타인과 노르웨이적색우들로 연구팀이 수집한 소의 형질에는 성장률, 우유 품질과 한 마리가 생산해는 우유의 양, 메탄가스 생성정도 등 수 백가지에 달했다. 이렇게 찾아낸 장내미생물 DNA와 소의 형질을 바탕으로 연구팀은 인공지능(AI) 머신러닝 기술로 미생물이 특정 형질에 미치는 작용원리를 분석했다. 그 결과 사람들의 장내미생물들이 모두 다르듯 소들도 각각 독특한 장내미생물을 갖고 있는 것으로 확인됐다. 그렇지만 512가지의 장내미생물을 공통적으로 갖고 있으며 이 중 39종의 핵심 장내미생물이 우유의 맛과 메탄가스 생성에 영향을 미친다는 것을 연구팀은 밝혀냈다. 이 장내미생물들이 우유 맛과 메탄가스 생성에 관여하는 정도는 유전자보다 더 강한 것으로 확인됐다. 존 월리스 영국 에버딘대 로?연구소 명예교수는 “이번 연구는 장내미생물이 유전자보다 우유 품질과 메탄가스 배출에 지대한 영향을 미친다는 것을 처음으로 밝혀냈다는데 의미가 크다”라며 “사람들이 프로바이오틱스를 복용하는 것처럼 소의 사료에 특정 장내미생물을 첨가한다면 메탄가스 생성을 줄이고 최고 품질의 우유를 만들어 낼 수도 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

화석연료로 인한 지구온난화가 가속화되고 부존량의 한계 때문에 많은 연구자들이 효율 높은 친환경 바이오연료 개발에 나서고 있다. 문제는 바이오연료 생산에 사용되는 목재나 식물 등 바이오매스들의 폐기물도 상당히 많이 나온다는 것이다. 이에 한-미 과학자들이 바이오매스 부산물을 이용해 바이오연료를 효과적으로 추출할 수 있는 재활용 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터, 육군사관학교 화학과, 미국 뉴욕주립대 환경과학임업대, 로런스 버클리 국립연구소 시스템생물학부, 테네시대 화학및생명분자공학과 공동연구팀은 목재의 30~40%를 차지하지만 바이오연료를 만들 때 부산물로 나와 대부분 폐기되는 리그닌이라는 물질을 다시 바이오연료로 활용할 수 있는 방법을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’에 실렸다. 보통 바이오연료를 만들기 위해서는 석유에서 추출한 용매를 활용해 목재나 식물에서 리그닌 성분을 제거한다. 문제는 바이오연료를 만들 때 사용되는 용매는 석유화학 공법으로 만들어지기 때문에 환경 오염 가능성도 있고 바이오연료의 생산 단가를 높일 가능성도 높다. 이 때문에 바이오에탄올과 같은 바이오연료를 만들 때 기존 석유화학 유기용매 대신에 사용할 친환경 용매를 개발하는데 연구가 집중됐다. 연구팀은 펄프산업이나 바이오에탄올 공정에서 부산물로 나오고 있는 리그닌을 이용해 용매를 만드는데 성공했다. 식물에서 바이오연료를 만든 뒤 폐기되거나 제거되는 물질인 리그닌을 이용해 용매를 만들었기 때문에 저렴하고 친환경적이며 재생가능하다는 장점이 있다. 김광호 KIST 박사는 “이번 연구는 바이오연료 생산에 필수적인 용매를 바이오매스에서 부산물로 나오는 리그닌에서 직접 만들었다는 것이 특징“이라며 “바이오연료 공정에 필요한 물질을 공정 내에서 수급해 활용한다는 점에서 순환형 바이오연료 생산을 가능케 할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

숲을 이용해 기후 변화 완화 효과를 보려면 미국 면적의 넓은 토지를 새로운 숲으로 조성하는 커다란 노력이 필요하다는 연구 결과가 나왔다. 스위스 취리히연방공과대 연구진은 만일 인류가 미국 대륙 크기의 토지에 숲을 조성할 수 있다면 인간이 만들어낸 이산화탄소 배출량의 3분의 2가 흡수돼 지구 전체 대기 속 이산화탄소 농도를 약 100년 전 수준까지 낮출 수 있다고 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 최신호(4일자)에 발표했다. 이는 기후 변화를 막기 위해 인류가 얼마나 숲을 만들어야 하는지, 숲을 만들어 흡수하는 탄소량이 어느 정도인지를 구체적으로 제시한 세계 최초의 연구다. 연구진은 북극권의 툰드라(한대) 지대부터 적도 부근의 열대우림까지 다양한 산림 보호구역에 관한 고해상도 위성 사진 8만여 장을 분석해 각 생태계의 ‘식생 피복률’의 자연 회복 수준을 예측했다. 이어 기계 학습을 활용해 각 생태계의 식생 피복률을 정하는 10개의 토양 및 기후 변수를 확인했다. 그리고 현대의 환경 조건에서 지구에 얼마나 많은 나무를 심을 수 있는지를 알아내는 예측 모델을 만들었다. 그 결과, 지구에는 숲을 만들 수 있는 대지가 9억 헥타르(㏊)이며, 이 면적을 숲으로 덮는다면 이산화탄소 2050억 t을 흡수하는 것으로 나타났다. 놀라운 점은 경작지나 도시 지역에도 새로운 숲을 조성할 수 있으며, 기후 변화의 대책으로 산업형 농업이 중요한 역할을 할 가능성도 제기됐다. 하지만 일부 전문가는 이번 결과에 회의적인 견해를 드러냈다. 마틴 루카크 영국 레딩대 교수는 지나치게 낙관적인 모델에 의존한 것이라고 지적했다. 이와 함께 숲의 면적을 대폭 확대하려면 러시아 인구가 줄어야 하고 서방 국가들이 산업형 농업의 생산성을 높여야 하며 중국이 강제적으로 숲을 만들어야만 한다면서 모두 세계적인 규모로 실현이나 지속 가능하지 않다고 지적했다. 사진=AFP 연합뉴스 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

가장 매력적인 향수는 값싸고 평범하므로, 비싼 제품을 쓰는 것은 시간과 돈을 낭비하는 것일 수 있다고 과학자들이 주장하고 나섰다. 영국 임페리얼 칼리지 런더(ICL) 연구진이 지금까지 발견된 향료 1만여 개를 대상으로 한 연구에서 사람들은 시중에 나와 있는 향수 제품들 가운데 더 비싼 것을 선호하지 않는다는 것을 발견했다. 그 대신, 재스민과 민트 같은 천연 유래 향기가 인기 있는 것으로 나타났다. 이 연구에서 연구진은 가장 인기 있는 향수 상위 5종이 재스민과 머스크, 베르가모트, 샌들우드, 앰버(호박)이라는 것을 발견했다. 이에 대해 연구진은 “더 비싼 향수가 반드시 더 좋은 것을 의미하지는 않는다. 과거 위대한 향료들 중 일부는 상대적으로 싸게 만들었고 비싼 원료들을 섞다가 엉망이 될 수도 있다”고 말했다. 또한 이번 연구에서는 각 향수와 성분에 관한 온라인 평가 등급을 비교해 제라늄과 라벤더의 배합(페어링)이 가장 인기 있는 것으로 나타났다. 반면 머스크와 바닐라 그리고 베티베르의 배합은 가장 비싸지만 거의 쓰이지 않는 것으로 확인됐다. 재스민과 민트의 배합도 높은 평가를 받았지만, 향수로는 흔하지 않다고 연구진은 설명했다. 비록 이런 향수는 구식으로 보일 수도 있지만, 수학적인 분석으로는 제라늄 같은 ‘플로랄 노트’(꽃향기 계열) 향수가 가장 인기 있는 향으로 나타났다. 여기서 노트는 한가지 원료나 여러 원료의 배합에서 나오는 하나의 냄새에 관한 후각적인 인상을 가리키는 말로 원래는 음악에서 쓰이는 말(음표)이다. 반면 향수의 가격과 제조일자는 향기의 선호 여부에 영향을 주지 않았다. 연구를 이끈 바이바 바실리아우스케이트 ICL 박사과정 연구원은 “우리 연구는 향수의 성공에 관여하는 요인들에 관한 통찰력을 제공한다”면서 “또한 단순한 특성과 고객 평가에 기초한 통계적 분석의 틀을 마련한다”고 말했다. 이어 “연구는 향수 성분의 체계적인 선택에 이로운 도구가 될 수 있고 전통적인 향수 제조 장인의 인공 코 역할을 할 수도 있다”고 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘플로스원’(PLOS ONE) 최신호에 실렸다. 사진=123rf 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr