미국영화연구소(AFI)가 선정한 100대 영화에 포함된 마틴 스코세이지 감독의 1976년 작품 ‘택시 드라이버’와 1978년 마이클 치미노 감독이 만든 ‘디어 헌터’의 공통점은 뭘까. 우선 주인공이 로버트 드니로라는 점. 그리고 트라우마라고 부르는 ‘외상 후 스트레스 장애’(PTSD)로 인해 삶이 망가져 버린 베트남전 참전 군인들의 모습을 그렸다는 점을 꼽을 수 있다. 이처럼 차마 눈 뜨고 볼 수 없을 정도로 참혹한 전장이나 예상치 못한 지진해일(쓰나미), 지진, 화산 같은 자연재해와 대형 사건사고에 노출된 사람들은 단 한 번의 경험으로 새겨진 트라우마 때문에 남은 삶을 정상적으로 영위해 나가기 힘들어하는 경우가 많다. 광유전학이나 뇌과학이 발달하면서 삶 자체를 위협하는 고통스러운 기억만을 족집게처럼 콕 찍어 없애는 방법들이 활발히 연구되고 있다. 기초과힉연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 신희섭 단장팀은 시각자극을 통해 PTSD를 치료하는 방법의 메커니즘을 밝혀내고 공포기억과 관련한 새로운 뇌 회로를 발견했다. 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 14일자에 실렸다. 현재 신경정신과에서는 트라우마를 치료할 때 환자가 공포기억을 떠올리도록 한 뒤 빛을 이용해 눈동자를 좌우로 움직이도록 시각자극을 주는 ‘안구운동 민감 소실 및 재처리요법’(EMDR)을 활용하고 있다. EMDR은 트라우마로 남은 공포기억을 회상하면서 눈동자를 좌우로 움직이도록 함으로써 뇌의 정보처리 기능을 활성화시켜 두려웠던 기억을 저 멀리 사라지게 만드는 기법이다. 실제로 2001년 미국 9·11테러, 2004년 발생한 태국 쓰나미 사태, 1995년 일본 고베지진 때 살아남은 사람들의 공포기억을 치유하는 데 EMDR이 활용된 바 있다.EMDR이 트라우마 치료에 효과적이라는 것은 알려져 있지만 어떤 방식으로 작동돼 공포기억을 제거하는지는 정확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생쥐에게 특정 소리와 함께 전기충격을 줘 소리에 대한 공포기억을 심어 줬다. 공포기억이 생긴 생쥐는 소리만 들려도 몸이 얼어붙는 공포반응을 보이게 된다. 연구팀은 생쥐가 소리에 공포반응을 보일 때 좌우로 반복해서 깜박거리는 LED 빛을 보도록 하면 몸이 얼어붙는 공포반응이 빠르게 감소한다는 사실을 확인했다. 또 시간이 지난 뒤나 다른 장소에서 똑같은 상황에 맞닥뜨려도 공포반응이 나타나는 비율이 낮다는 것도 확인했다. 사람의 트라우마 치료에 사용되는 EMDR의 치료 효과가 생쥐에게서도 똑같이 나타난다는 것이다. 연구팀은 빛과 유전공학적 기법을 결합해 특정 세포를 조절하는 광유전학을 통해 뇌에서 안구 운동과 주의집중을 담당하는 상구와 중앙 내측 시상핵을 거쳐 기억이 저장되는 편도체에 이르는 신경회로가 공포기억을 관장하는 새로운 통로라는 사실도 밝혀냈다. 신희섭 단장은 “PTSD는 단 한 번의 충격적인 경험으로 형성되지만 기존의 약물과 심리치료 방식으로는 치유기간이 오래 걸린다”며 “이번에 발견한 공포기억 억제회로를 조절하는 약물이나 기술을 개발해 PTSD를 좀더 손쉽게 치료하는 방법을 찾을 것”이라고 말했다. IBS 신희섭 단장팀 연구 이전에 카이스트 생명과학과와 미국 존스홉킨스 의대, 컬럼비아 의대 공동연구팀은 뇌의 흥분성 신경세포에서 포도당과 유사한 물질을 대사할 수 있도록 만들어 주는 이노시톨 대사효소를 제거하면 공포기억이 빠르게 사라진다는 사실을 발견해 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1월 28일자에 발표하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구상에 최초로 등장한 다세포동물은 약 21억 년 전 아프리카 가봉에서 출현했다는 연구 결과가 나왔다. 프랑스 푸아티에대와 영국 카디프대 등 국제 연구팀이 가봉에 있는 고원생대 프란세빌리안층 흑색셰일에서 다세포동물로 추정되는 유기체 화석을 발견했다고 미국국립과학원회보(PNAS·Proceedings of the National Academy of Sciences) 최신호(11일자)에 발표했다. 약 21억 년 전 형성된 프란세빌리안층은 당시 얕은 바다였기에 이른바 프란세빌리안 내해로도 불린다. 연구팀은 이번 연구를 통해 이 지층에 남겨진 생물들의 움직임을 추적했다고 밝혔다. 연구팀은 비파괴 X선 촬영기술을 이용한 상세한 3D 분석기법으로 화석 속 유기체들이 대부분 시간을 산소가 과하게 녹은 해수(과산화수소)에서 보냈을 가능성이 있으며 생존을 위해 이런 환경에 살았다는 것을 추정할 수 있었다. 얇은 암석층에 보존된 이런 화석 속에 남겨진 유기체 흔적은 지름이 수 ㎜ 정도로 일정한 ‘관’(튜브) 형태를 띤다. 연구에 공동저자로 참여한 어니스트 치 프루 박사(카디프대 지구해양과학대학원 소속)는 “화석에 숨겨진 유기체들은 해저-해수 경계면에 사는 박테리아들이 생산한 영양분과 산소를 찾아 움직였을 가능성이 있다”면서 “이번 결과는 지구상 생물의 역사는 물론 언제 어떻게 생물들이 움직이기 시작했는지에 관한 여러 매력적인 질문을 제시한다”고 말했다. 연구에 주저자로 참여한 압데라작 엘알바니 교수(푸아티에대 소속)는 다양한 퇴적층 사이에 카펫을 형성하듯 화석화된 미생물들 옆에서 다세포동물 흔적을 발견했다고 밝혔다. 또한 엘알바니 교수는 “이런 현상의 이면에는 다세포동물들이 남세균(시아노박테리아)에 의해 생산된 영양분과 이산소(O2)를 찾아 움직였을 가능성이 있다”면서 “이들은 영양분이 부족해지면 함께 모여 더 유리한 환경을 찾아 움직이는 일종의 슬러그 모습으로 군체 아메바와 비슷했을 것”이라고 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

2004년 영화 ‘이터널 선샤인’에서 짐 캐리와 케이트 윈슬렛은 이별을 앞둔 연인으로 등장한다. 이들은 이별을 앞두고 서로에 대해 완전히 잊기 위해 기억 삭제 시술을 받게 된다. 기억이 지워진 상태에서 나타나는 사건들을 통해 사랑의 본질에 대해 묻는 내용으로 2015년 재개봉되면서 더욱 화제를 모으기도 했다. 영화에서처럼 많은 사람들은 자신들의 흑역사나 공포스러웠던 장면, 트라우마로 남은 순간을 지워버리고 싶어 한다. 또 대인공포증, 고소공포증, 광장공포증 같이 이유없는 공포증상으로 사회생활이 어려운 사람들도 공포증을 유발하는 원인을 찾아 없애버리고 싶어한다. 국내 연구진이 공포기억을 지워주는 ‘이레이저’, 일명 지우개 효소를 발견해 주목받고 있다. 카이스트 생명과학과, 기초과학연구원(IBS), 미국 존스홉킨스 의대, 뉴욕대, 컬럼비아 의대 공동연구팀은 뇌의 흥분성 신경세포에서 특정 효소를 제거함으로써 공포기억을 지울 수 있다는 사실을 발견했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1월 28일자에 실렸다. 기억의 생성과 소멸은 신경생물학 분야에서 중요한 연구 주제이다. 이는 사람이 살아가는데 있어서 심각한 문제를 초래하는 각종 공포증이나 외상후스트레스장애(PTSD) 등의 문제를 해결하는데도 도움을 줄 수 있기 때문이다. 흔히 기억의 소멸은 단순히 기억을 지우는 차원이 아닌 공포자극을 불러일으키는 원인 기억을 또다른 학습으로 억제하는 기제로 알려져 있다. 연구팀은 생쥐에게 강한 소리자극과 전기자극을 함께 가해 공포기억을 학습시켰다. 그 다음 뇌의 흥분성 신경세포에서만 나타나는 이노시톨 대사효소라는 물질을 제거하면 공포기억이 사라진다는 사실을 연구진은 확인했다. 이노시톨은 포도당과 유사한 물질로 체내에서도 일부 합성되지만 음식으로 섭취되는 중요한 영양분으로 세포 지질막을 구성하고 인산화된 형태로 세포의 각종 활성을 조절한다. 이노시톨 대사효소는 이노시톨을 인산화시켜 세포 성장과 에너지 대사조절을 하는 중요한 물질이지만 뇌에 미치는 영향은 거의 밝혀지지 않은 상태이다. 연구팀은 이노시톨 대사효소가 생쥐의 편도체에서 공포기억의 소거 반응을 전달하는 신호전달계의 활성화를 조절한다는 사실을 확인했다. 이노시톨 대사효소가 제거될 경우 공포기억에 무덤덤해지게 된다는 것이다. 김세윤 카이스트 교수는 “이번 연구는 대형 사고나 트라우마로 인해 겪게 되는 PTSD, 고소공포증을 비롯해 광장공포증, 대인공포증 같은 각종 사회공포증 등에 대한 이해를 높이고 새로운 치료방법을 찾아내는데 도움을 주게 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

공룡은 중생대 말 지구에 운석들이 떨어져 그 영향으로 지구에서 완전히 사라졌다고 알려져 있습니다. 과연 공룡들은 완전히 멸종한 걸까요. 과학자들은 지금도 주변에서 공룡을 흔히 볼 수 있다고 이야기합니다. 도심에서 흔히 볼 수 있는 비둘기는 물론 닭이나 까치 같은 새들이 다름 아닌 공룡이라는 것입니다. 중생대 말 대부분의 공룡은 사라졌지만 그중 한 갈래가 살아남아 현재 1만종이 넘는 조류로 진화했다는 것이지요. 새가 공룡의 후손이라는 것을 알려 주는 증거들은 상당히 많습니다. 현생 조류의 조상인 초기 공룡들은 두 발로 걸어다녔고 날개로 진화할 수 있었던 긴 앞발, 뼈 속의 공기 주머니, 파충류보다는 현생 조류의 알과 비슷한 공룡알, 중온동물, 깃털로 둘러싸인 몸 등이 대표적입니다. 그중 가장 결정적인 증거는 바로 깃털입니다. 현생 조류의 조상인 초기 공룡들도 새들처럼 온몸이 깃털로 덮여 있었다고 합니다. 그렇지만 이 깃털들은 비행 목적이 아닌 보온이나 배우자를 유혹하기 위한 수단이었다고 생각돼 왔었습니다. 또 공룡들이 어떻게 날 수 있게 됐는지에 대해서도 명확히 알려져 있지 않았습니다. 그런데 중국 과학원 난징 지질학·고생물학연구소, 산둥성 린이대, 미국 노스캐롤라이나주립대, 노스캐롤라이나 자연사박물관, 유전자 분석전문 기업 앰비오팜 공동연구팀은 현재 살고 있는 조류와 여러 파충류의 유전체, 7500만~1억 6000만년 전에 살았던 깃털공룡들의 유전체를 분석한 결과 공룡의 깃털을 구성하는 핵심 단백질들이 시간이 지나면서 가벼워지고 신축성을 갖도록 진화해 날 수 있게 됐음을 밝혀냈습니다. 이 같은 연구 결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1월 28일자에 실렸습니다. 모든 척추동물들은 ‘케라틴’ 단백질을 갖고 있습니다. 사람에게는 털·피부·손발톱을 만드는 알파케라틴이 있고, 파충류·양서류·조류에게는 베타케라틴이 발톱과 부리·깃털을 형성합니다. 과학자들은 현생 조류와 파충류의 유전체를 분석한 결과 현생 조류들은 알파케라틴을 거의 상실했으며 베타케라틴이 더욱 많아지면서 탄력 있고 가벼운 깃털을 갖게 됐다는 것을 밝혀냈습니다. 또 연구팀은 ‘안키오르니스 헉슬리아이’라는 1억 6000만년 전에 살았던 닭 크기 깃털공룡의 깃털 유전체를 분석한 결과 그 이전에 살았던 깃털공룡들보다 베타케라틴 단백질의 양이 상당히 늘어났다는 사실을 밝혀냈습니다. 연구팀은 1억 3000만년 전에 살았던 ‘슈부이아 데세르티’라는 깃털공룡의 유전체도 분석했는데 안키오르니스보다 알파케라틴은 더 줄고 베타케라틴의 양은 늘어났다는 사실을 발견했습니다. 여전히 날지는 못하고 날갯짓을 하며 뛰어다니는 수준이었지만 현생 조류 중 날지 못하는 새에 가까워졌다는 설명입니다. 이번 연구에 참여한 진화생물학자들은 깃털공룡의 형태뿐만 아니라 유전적 변화가 날지 못하는 공룡을 날 수 있도록 진화시켜 다양한 새로 진화하게 된 것이라고 설명하고 있습니다. 만약 중생대 말 공룡이 모두 멸종했다면 지금 우리는 치킨의 맛을 알지 못했을 겁니다. 그리고 설 명절, 오랜만에 만나는 친척 아이들에게 이런 재미있는 공룡 이야기들을 풀어 놓는다면 똑똑한 삼촌, 이모, 고모로 보이지 않을까요. 아이들이 가장 좋아하는 이야기는 다름 아닌 공룡 이야기이니까요. edmondy@seoul.co.kr

지난 150년간 지구 온난화가 바다 온도 상승에 미친 영향은 초당 원자폭탄 1개의 에너지에 해당한다는 연구 결과가 나왔다. 영국 옥스퍼드대 연구진은 1871년 이후 해수면 온도를 해양순환 컴퓨터 모델과 결합해 이 같은 결과를 도출해냈다. 이 연구는 미 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 영국 가디언지가 분석한 이 연구 결과에 따르면 지난 150년간 바다에 매초 흡수된 열은 히로시마급 원자폭탄이 방출하는 열의 1.5배 정도였다. 흡수되는 열은 탄소 배출물이 늘어남에 따라 급격히 증가해 오늘날엔 초당 3~6개의 원자폭탄에 달한다. 지난 150년간 바다에 흡수된 열의 총량은 436 x 1021J로 인류 전체가 연간 사용하는 에너지의 1000배에 해당한다. 이번 연구를 주도한 로르 재너 옥스퍼드대 교수는 “우리는 넘쳐나는 에너지 대부분을 기후 시스템으로 방출하며, 이 에너지 대부분은 바다로 흘러들어간다”고 설명했다. 인간이 배출한 온실가스에 갇힌 열의 90%는 바다에 흡수되며, 지표면이나 공기, 빙하에 흡수되는 양은 일부에 불과하다. 바다에 흡수된 열 대부분은 대양 깊은 곳에 저장된다. 그러나 이 지점의 열을 측정하기 시작한 것은 불과 수십년 밖에 되지 않은 데다 지금까지의 기술로는 1950년 이전에 흡수된 열을 측정할 수 없었다. 연구진은 해수면을 여러 가지 색으로 표시한 뒤 해양 순환에 따라 각 지역의 해수면 온도가 어떻게 변하는지 관찰하고 심해 온도 변화를 추정하는 기술을 사용했다. 예컨대 1871년 북대서양의 해수면 온도에 이상이 있었다는 사실을 알 수 있다면, 이 이상이 2018년 대서양 심해의 수온 상승에 어떤 영향을 미쳤는지 계산 가능하다는 것이 연구진의 설명이다. 바다에 흡수되는 대량의 열은 해수면을 상승시키고 허리케인 등 자연재해를 더 강력하게 만든다. 해수면 상승은 지구 온난화가 불러 일으키는 가장 파괴적인 영향으로 꼽힌다. 연구진은 “이번 연구 결과로 인해 세계 각지의 해수면 상승을 더 정확하게 예측할 수 있게 될 것”이라고 기대를 표했다. 이기준 통신원 foridealist@naver.com

우리 몸의 화학 공장인 간은 우리가 먹는 영양소를 적절한 형태로 변환하고 조절하는 중요한 역할을 담당한다. 예를 들어 포도당이 부족하면 간에서 포도당을 합성해서 적절한 수준으로 유지하고 포도당이 남으면 글리코겐이나 중성 지방의 형태로 저장한다. 주요 영양소 대사에서 간의 역할이 중요한 만큼 우리가 먹는 음식이 간에 미치는 영향도 크다. 그런데 흥미로운 사실은 간에서 직접 대사되는 부분이 거의 없는 녹색 잎채소(green leafy vegetables)가 지방간을 예방하는 효과가 있다는 것이다. 간세포에 지방이 축적되는 지방간은 대부분 가벼운 간 질환이지만, 오랜 시간 진행하면 간경화나 다른 심혈관 질환의 위험 인자가 되는 것으로 알려져 있다. 비만, 운동 부족, 음주, 흡연, 건강하지 않은 식생활 습관이 지방간의 중요한 원인인데, 이런 위험 인자를 조절하는 것 이외에는 아직 효과적인 약물 치료제는 없는 상태다. 스웨덴 카롤린스카 연구소의 매티어스 칼스트룀 교수 (Mattias Carlström)가 이끄는 연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델과 사람 간 세포를 이용한 실험실 모델을 통해서 녹색 잎채소에 풍부한 질산염 (nitrate) 화합물이 그 원인 중 하나라는 증거를 발견했다. 연구팀은 지방간을 유발하는 지방과 설탕이 풍부한 식사를 먹인 쥐에서 질산염 화합물을 투여했는데, 간세포 지방 축적이 현저히 감소했다. 연구팀은 사람 간세포와 쥐의 간세포를 연구해 더 상세한 기전을 밝힌 후 이를 저널 PNAS (미국 국립 과학원보)에 발표했다. 연구팀에 따르면 녹색 잎채소를 섭취하면 여기에 포함된 질산염 화합물은 인체에서 산화질소 (NO) 및 다른 질소 화합물로 변형되는데, 이 화합 물질이 간세포에 있는 미토콘드리아의 효율성을 높여 간세포 기능을 높인다. 그 결과 간세포에 축적되는 과도한 지방이 줄어들고 이로 인한 염증 반응 역시 줄어들어 간 손상을 예방하게 되는 것이다. 이 발견은 앞으로 지방간 치료제 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다. 다만 약물 개발이 가능하다고 해도 임상 시험 등을 거치려면 앞으로 상당한 시간이 필요할 것이다. 연구팀의 더 간단한 해결책을 제시했다. 질산염과 다른 영양소가 풍부한 상추나 시금치를 먹는 것이다. 하루 200g 정도만 먹어도 충분한 양을 공급할 수 있다. 충분한 채소와 과일을 먹는 것은 지방간뿐 아니라 다른 만성 질환을 예방하고 영양소 부족을 막는 데 도움이 된다. 물론 의사의 처방도 필요 없고 약물 부작용 걱정도 없다. 지방간이 있고 평소에 채소를 잘 먹지 않았다면 언제 개발될지 모르는 약물을 기다라는 것보다 지금 녹색 채소를 챙겨 먹고 생활 습관을 건강하게 유지하는 것이 더 현명한 선택이다. 사진=123rf.com 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

고양이가 자신의 몸을 핥으며 털을 다듬는 등 ‘그루밍’을 하는 모습은 고양이를 키우는 ‘집사’에게 매우 익숙하다. 하지만 고양이가 이처럼 그루밍을 좋아하는 정확한 이유에 대해 아는 사람은 많지 않다. 최근 미국 조지아공대 연구진은 고양이가 그루밍을 좋아하는 이유를 찾기 위해 고기능 스캐너를 이용, 고양의 혓바닥을 정밀 분석했다. 그 결과 고양이가 혀로 털 고르기를 할 때 주로 사용하는 혓바닥의 돌기가 ‘속이 빈 주걱 모양’이라는 사실을 확인했으며, 이러한 모양의 돌기가 침을 털 깊숙이 밀어넣어 피부를 더욱 청결하게 하고 체온을 조절하는데 도움을 준다는 것을 밝혀냈다. 연구진에 따르면 고양이 혀의 앞부분에는 속이 빈 주걱 모양의 돌기가 약 290개 돋아있다. 길이가 2.3㎜정도인 이 돌기는 입 안쪽을 향해 굽어있으며, 돌기의 성분은 케라틴(단백질)이다. 케라틴은 사람의 손톱을 구성하는 성분이기도 한데, 딱딱하지 않고 약간 구부러지는 성질을 가진 손톱처럼 돌기 역시 유연하게 움직여 뭉칠 털을 풀거나 털 사이사이를 청소하는데 용이한 구조다. 또 컴퓨터 단층 촬영을 한 결과, 돌기는 침과 같은 액체를 머금고 있다가 피부에 닿는 순간 흘러나오는 구조로 이뤄져 있다는 사실이 확인됐다. 돌기에 갇혀 있는 침의 양은 눈물방울의 10분의 1에 해당하는 0.0041㎖였다. 이렇게 고인 침이 피부에 발라지면 무엇보다도 체온을 조절하는데 가장 큰 도움이 된다. 실제로 고양이가 피부에 침을 바르는 것만으로도 피부 온도를 최고 17℃나 떨어뜨린다는 사실이 확인됐다. 뿐만 아니라 그루밍을 함으로서 침에 들어있는 오염물질 분해 효소가 피부를 청결하게 하는데도 큰 몫을 한다는 사실도 확인했다. 연구진은 “다만 페르시안 등 일부 고양이 품종은 털이 길어서 침을 피부에 묻히기 힘들 수 있다. 이런 품종은 매일 빗질해주고 월 1회 목욕을 시켜서 피부의 천연 기름 성분이 골고루 퍼질 수 있도록 해야 한다”고 전했다. 이어 “3D 프린터로 고양이 혀와 유사한 구조의 브러시를 만들어 본 결과, 고양이 털을 빗질하거나 빗어 낸 고양이 털을 제거하는데 매우 유용했다”면서 “이러한 브러시를 상용화하면 고양이 피부에 약물이나 깨끗한 액체를 발라주는데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구결과는 20일 미국국립과학원회보(PNAS)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

고양이가 자신의 몸을 핥으며 털을 다듬는 등 ‘그루밍’을 하는 모습은 고양이를 키우는 ‘집사’에게 매우 익숙하다. 하지만 고양이가 이처럼 그루밍을 좋아하는 정확한 이유에 대해 아는 사람은 많지 않다. 최근 미국 조지아공대 연구진은 고양이가 그루밍을 좋아하는 이유를 찾기 위해 고기능 스캐너를 이용, 고양의 혓바닥을 정밀 분석했다. 그 결과 고양이가 혀로 털 고르기를 할 때 주로 사용하는 혓바닥의 돌기가 ‘속이 빈 주걱 모양’이라는 사실을 확인했으며, 이러한 모양의 돌기가 침을 털 깊숙이 밀어넣어 피부를 더욱 청결하게 하고 체온을 조절하는데 도움을 준다는 것을 밝혀냈다. 연구진에 따르면 고양이 혀의 앞부분에는 속이 빈 주걱 모양의 돌기가 약 290개 돋아있다. 길이가 2.3㎜정도인 이 돌기는 입 안쪽을 향해 굽어있으며, 돌기의 성분은 케라틴(단백질)이다. 케라틴은 사람의 손톱을 구성하는 성분이기도 한데, 딱딱하지 않고 약간 구부러지는 성질을 가진 손톱처럼 돌기 역시 유연하게 움직여 뭉칠 털을 풀거나 털 사이사이를 청소하는데 용이한 구조다. 또 컴퓨터 단층 촬영을 한 결과, 돌기는 침과 같은 액체를 머금고 있다가 피부에 닿는 순간 흘러나오는 구조로 이뤄져 있다는 사실이 확인됐다. 돌기에 갇혀 있는 침의 양은 눈물방울의 10분의 1에 해당하는 0.0041㎖였다. 이렇게 고인 침이 피부에 발라지면 무엇보다도 체온을 조절하는데 가장 큰 도움이 된다. 실제로 고양이가 피부에 침을 바르는 것만으로도 피부 온도를 최고 17℃나 떨어뜨린다는 사실이 확인됐다. 뿐만 아니라 그루밍을 함으로서 침에 들어있는 오염물질 분해 효소가 피부를 청결하게 하는데도 큰 몫을 한다는 사실도 확인했다. 연구진은 “다만 페르시안 등 일부 고양이 품종은 털이 길어서 침을 피부에 묻히기 힘들 수 있다. 이런 품종은 매일 빗질해주고 월 1회 목욕을 시켜서 피부의 천연 기름 성분이 골고루 퍼질 수 있도록 해야 한다”고 전했다. 이어 “3D 프린터로 고양이 혀와 유사한 구조의 브러시를 만들어 본 결과, 고양이 털을 빗질하거나 빗어 낸 고양이 털을 제거하는데 매우 유용했다”면서 “이러한 브러시를 상용화하면 고양이 피부에 약물이나 깨끗한 액체를 발라주는데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구결과는 20일 미국국립과학원회보(PNAS)에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

최근 들어 주의력결핍 및 과잉 행동장애(ADHD), 분노조절장애 등에 시달리는 사람들이 늘고 있다. 또 충동성으로 인한 각종 분노 범죄나 약물 중독 같은 일도 적지 않다. 많은 학자들은 이런 일의 근원을 찾는 데 몰두하는 가운데 국내 연구진이 이런 충동성 행동을 조절하는 신경회로를 처음으로 발견하는 데 성공했다. 고려대 생명과학과 백자현 교수팀은 동기, 학습, 감정에 관여하는 뇌의 편도체에서 도파민 관련 신경세포를 특이적으로 활성화시켜 충동성이 조절되는 것을 관찰했다고 28일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호(22일자)에 실렸다. 충동성은 심사숙고라는 과정 없이 결과에 대해 생각하지 않은 채 기분에 따라 즉각적으로 행동하려는 것으로 정의된다. 충동성이 심해질 경우 중독관련 질환, 인격장애, 충동조절장애 같은 여러 종류의 정신질환으로 이어질 수 있다. 실제로 한국의 경우 ADHD는 2010~2013년 3년 동안 3배 가까이 증가했고 미국에서도 최근 15년 동안 3배가량 증가했다. 또 국내에서는 분노조절장애로 진료받은 환자는 2015년 5390명, 2016년 5920명, 2017년 5986명에 이르는 것으로 나타났다. 연구팀은 유전자 조작 생쥐와 빛을 이용해 특정 세포의 활성을 조절하는 광유전학 방법을 이용해 뇌의 어떤 부위에서 충동적 행동을 조절하는지 분석했다. 그 결과 D2 도파민 수용체가 충동성 조절에 핵심역할을 한다는 것을 밝혀냈다. 도파민은 뇌신경세포의 흥분 전달물질로 운동, 인지, 동기 부여에 영향을 줘 D1~D5까지 다섯 종류가 있다. 실제로 생쥐실험을 통해 D2형 도파민 수용체가 부족한 생쥐는 충동적 행동이 증가한다는 것을 확인했다. 반면 도파민 관련 신경세포를 활성화시키면 D2형 도파민 수용체가 활발해져 충동적 행동이 70% 정도 감소된다는 것을 발견했다. 백자현 교수는 “이번 연구는 지금까지 밝혀지지 않았던 새로운 충동성 조절 신경회로를 규명했다는데 의미가 있다”며 “자기통제능력의 결여로 인한 중독, 인격장애, 분노조절 장애 같은 현대 사회에서 특이하게 나타나는 각종 정신질환의 치료 타겟을 정하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1993년 여름 개봉한 영화 ‘쥬라기공원’은 지난 6월 ‘쥬라기월드:폴른킹덤’까지 5편이 만들어지면서 공룡 팬들을 열광시켰다. 5편이 만들어지는 동안 다양한 공룡들이 등장했는데 이 중 빠지지 않고 등장하는 공룡이 다름 아닌 ‘벨로시렙터’이다. 공룡이 등장하는 애니메이션이나 영화에서 렙터나 벨로시렙터로 불리는 벨로키랍토르는 7500만년 전~7100만년 전인 중생대의 후기 백악기에 살았던 육식공룡이다. 몽골과 중국지역에서 발굴된 벨로키랍토르는 ‘재빠른 약탈자’라는 의미처럼 몸집은 작지만 빠른 속도와 민첩성을 보이며 무리를 지어 사냥하기 때문에 자기보다 큰 몸집을 가진 먹잇감을 사냥하는데 유리했다. 많은 고생물학자들은 중생대에는 지금보다 산소가 부족했기 때문에 동물들이 빠르게 움직이기 쉽지 않았을 것으로 보고 있다. 그렇지만 벨로키랍토르는 시속 64㎞의 속도로 이동한 것으로 추정돼 그 비밀을 풀기 위해 많은 연구자들이 골머리를 앓았다. 그런데 최근 벨로키랍토르의 비밀 무기는 날카로운 발톱이나 이빨이 아닌 다름아닌 대기 중 산소양과 상관없이 일정하게 산소를 전신에 공급해줄 수 있는 초고효율의 폐 덕분이라는 연구결과가 발표됐다. 중국 린이대, 산둥성 텐위자연사박물관, 난징 지질학·고생물학연구소, 중국과학원, 남아프리카공화국 요하네스버그대 공동연구팀은 벨로키랍토르의 기동성과 사냥실력은 다름 아닌 강화된 폐 ‘슈퍼 렁’(Super Lung) 때문이라는 연구결과를 발표했다. 이번 연구결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 22일자에 실렸다.많은 생물학자들이 공룡에서 분화된 새들이 독특하고 정교한 호흡시스템을 갖고 있다는 사실을 알고 있지만 고생물학자들은 공룡들이나 초기에 분화된 새들도 비슷한 구조를 갖고 있었는지에 대해서는 논란을 벌이고 있다. 사람이나 다른 포유류들은 숨을 쉬면 폐가 팽창하고 수축하는 것을 반복하지만 새의 폐는 팽창과 수축하지 않고 경직돼 있는 상태이다. 새처럼 폐가 고정돼 있는 경우 산소의 지속적 공급과 흐름을 가능케 하고 폐의 팽창, 수축하는데 쓰는 에너지를 절약할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 새의 폐와 같이 움직임이 없는 ‘강화 폐’가 공룡들에게도 있었는지, 언제부터 나타나 진화됐는지 확인하기 위해 다양한 종류의 새와 날지 못하는 공룡들의 척추와 갈비뼈 같은 골격 형태를 비교하는 컴퓨터 모델을 개발해 분석했다. 그 결과 벨로키랍토르와 스피노사우르스 같은 육식공룡들도 조류와 비슷한 폐구조를 갖고 있었다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 현재는 공기 중 산소가 20%에 이르지만 당시에는 10~15%에 불과해 산소를 충분히 흡수해 사용할 수 있는 동물들이 빠르게 움직일 수 있었을 것이라고 분석했다. 실제로 이런 강화 폐는 공룡들에게서 처음 발견됐으며 이후 비행을 하는 조류에게 전달돼 진화된 것으로 밝혀졌다. 중국과학원 고척추동물·고인류 연구소 징메이 오코너 박사는 “공룡의 폐조직은 지금까지 보존될 수 없기 때문에 폐조직을 발견해 분석하기는 상당히 어렵기 때문에 폐를 둘러싸고 있는 뼈의 구조를 보고 추정할 수 있는 것”이라며 “벨로키랍토르와 스피노사우르스 같은 공룡들의 폐는 다른 공룡들의 폐보다 효율성이 높아 발톱이나 이빨보다 빠른 기동성이 먹잇감들에게는 위협적이었을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1억 2000만년 전 지구에 서식했던 고대 조류의 폐(肺) 화석이 발견됐다. 고대 동물의 장기 화석이 발견되는 일은 매우 드물다는 점에서 학계의 관심이 쏠리고 있다고 과학전문매체 라이브사이언스 등이 19일 보도했다. 중국 사회과학원 소속 척추동물 고생물학 및 고인류학연구소 연구진에 따르면 산둥-톈위 자연박물관이 소장하고 있던 이 화석은 1억 2000만 년 전 살았던 조류(학명 Archaeorhynchus spathula)의 것으로, 현존하는 비둘기와 몸집이 비슷하고 이빨이 없는 것이 특징이다. 연구진은 해당 화석을 정밀 조사하는 과정에서, 이 화석 주인의 깃털과 골격뿐만 아니라 폐와 같은 장기까지 매우 완벽하게 보존돼 있다는 사실을 확인했다. 연구진에 따르면 1억 2000만년 전 고대 조류의 폐는 현존하는 조류의 폐와 그 구조가 매우 유사하며, 이는 해당 고대 조류가 들숨과 날숨 때 모두 산소를 흡수하는 ‘한 방향 호흡’을 했다는 것을 의미한다. 일반적으로 사람을 포함한 대다수의 동물은 들숨 때 공기가 기도를 통해 들어와 혈액에 산소를 전하는 동시에 이산화탄소를 거두어들이고, 이 이산화탄소는 날숨과 함께 배출된다. 하지만 새들은 숨을 들이쉴 때와 내쉴 때 모두 폐에서 산소가 교환되는 특수한 구조를 가지고 있는데, 이는 산소가 희박한 고공을 날거나 산소 소비가 많은 비행을 하는 조류와 같은 동물에게서 발달한 효율적인 호흡 방식 및 기관으로 알려져 있다. 연구진은 “1억 2000만 년 전 조류의 폐 화석 조직을 분석한 결과 모세혈관과 유사한 구조가 확인됐으며, 이를 통해 산소를 흡수해 조류의 활발한 이동을 도왔다는 사실을 확인했다”면서 “조류의 비행은 신체적으로 매우 까다로운 활동이기 때문에 많은 산소를 필요로 한다. (이러한 폐 구조가) 당시 조류의 비행을 도왔을 것”이라고 설명했다. 현존하는 가장 오래된 동물의 폐 화석은 초기 백악기 포유류인 스피놀레스테스 세나스로수스(Spinolestes xenarthrosus)의 것이지만, 여기에는 모세혈관과 같은 미세한 기관은 남아있지 않았다. 연구진은 “폐는 다른 장기에 비해 혈액이 풍부하고 철분 함량이 높기 때문에 화석화 되는데 유리하다”면서 “이는 현존하는 가장 오래된 동물의 폐 기관 화석일 것”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 지난 17일부터 20일까지 미국 뉴멕시코주(州) 앨버키키에서 열린 ‘척추고생물학회’(SVP·Society of Vertebrate Paleontology) 연례회의에서 발표됐으며 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호에 실릴 예정이다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

국내 연구진이 알츠하이머 치매나 파킨슨병처럼 퇴행성 신경질환 발병 공통원인이 세포 내 소기관인 미토콘드리아 때문인 것을 밝혀냈다. 한국생명공학연구원 위해요소감지BTN연구단, 한국기초과학지원연구원, 미국 스탠포드대 의대 공동연구팀은 퇴행성 신경질환이 세포 소기관인 소포체와 미토콘드리아가 상호작용을 하면서 만들어 낸 이상반응 때문이라는 것을 규명했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 실렸다. 미토콘드리아는 영양분으로 흡수된 포도당에서 세포의 주요 에너지원인 ATP를 만들어 내는 ‘세포내 발전소’이다. 또 세포내 칼슘 농도를 일정하게 유지하는 항상성에 관여함으로써 세포 에너지 대사 활성과 세포 사멸을 조절하기도 한다. 신경세포의 경우 복잡한 신경망 내에서 기능 유지를 위해 많은 에너지를 필요로 하는데 노화로 인한 미토콘드리아 기능저하와 손상된 미토콘드리아가 증가하면서 신경세포가 죽고 뇌손상이 촉진되면서 기억력 감퇴, 운동기능 조절 이상 같은 증상이 나타나기도 한다. 연구팀은 파킨슨병과 알츠하이머를 유발시킨 초파리의 신경세포를 관찰한 결과 소포체와 미토콘드리아의 접촉면이 늘어나 있고 이로 인해 미토콘드리아 내에 과도한 칼슘이 흡수돼 신경세포가 사멸된다는 사실을 확인했다. 파킨슨병 원인 유전자로 알려진 PINK1 돌연변이 유발 초파리에게서는 미토콘드리아 내 칼슘 농도가 증가하면서 도파민 신경세포 숫자가 현저하게 감소되고 미토콘드리아 칼슘채널을 억제할 경우 신경세포 사멸이 지연된다는 것도 확인했다. 알츠하이머 역시 칼슘채널을 차단할 경우 증상이 개선되는 것이 확인됐다. 이규선 생명공학연구원 박사는 “이번 연구결과는 퇴행성 신경질환을 효과적으로 치료하기 위해서는 미토콘드리아의 칼슘 항상성 조절이 중요하다는 것을 보여줬다”라며 “칼슘 항상성 조절은 퇴행성 신경질환 뿐만 아니라 암, 염증성 질환, 대사질환, 각종 노인성 질환 등 치료제 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

기후변화로 인한 지구온도 상승이 사람들의 정신건강에도 악영향을 미친다는 사실이 밝혀졌다. 기후변화 대응능력이 떨어지는 저소득층의 경우 특히 심한 것으로 알려졌다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 미디어랩, 에디스 너스 로저스 보훈병원, 캘리포니아 샌디에이고대 공동연구팀은 14일 이 같은 연구 결과를 미국국립과학원에서 발행하는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 발표했다. 연구팀은 2002~2012년 미국 질병통제예방센터(CDC)가 약 200만명을 대상으로 한 정신 건강 조사를 바탕으로 미 전역을 가로, 세로 각 4㎞의 정사각형 격자로 나눈 뒤 지역별 기온변화와 종합적으로 비교분석했다. 그 결과 하루 최고 온도가 30도 이상일 때는 10~15도인 날보다 정신적인 문제가 유발될 가능성이 1% 포인트 이상 높은 것으로 나타났다. 그런데 25~30도일 때보다 30도 이상일 때 2% 포인트 이상 정신적 문제를 유발할 가능성이 더 높은 것으로 조사됐다. 이 같은 문제는 저소득층이 고소득층에 비해 더 심각하게 나타났다. 저소득층의 경우 고소득층에 비해 폭염에 대한 대비책이 부족하기 때문인 것으로 연구진은 분석했다. 닉 오브라도비치 MIT 교수는 “이번 연구를 통해 고온이나 기온 상승이 정신건강에 악영향을 미친다는 사실을 확인하기는 했으나 정확히 어떤 생체 메커니즘을 통해 유발되는지는 확인하지 못해 추가 연구를 진행 중”이라며 “기후변화가 자살 같은 극단적인 선택은 아니더라도 극심한 스트레스, 불안, 우울 같은 정서적 문제를 일으킨다면 사회적, 정책적인 대응이 시급하다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구의 미래를 위협하는 기후변화가 인류의 정신건강까지 해친다는 연구결과가 나왔다. 미국 매사추세츠공과대학 연구진이 2002~2012년 미국인 약 200만 명을 대상으로 수집한 정신 건강 데이터와 같은 기간 날씨 데이터를 비교·분석했다. 그 결과 기온이 높고 강수량이 많을수록 정신건강에 문제가 있다는 진단이 증가하는 것을 확인했다. 구체적으로 살펴보면 25일 이상 비가 내린 달은 그렇지 않은 달에 비해 정신 건강 문제가 발생할 확률이 2% 증가, 기온이 섭씨 30℃이상인 날은 그렇지 않은 날에 비해 0.5% 증가하는 것으로 나타났다. 0.5%는 인구 규모에 비해 큰 수치는 아니지만, 현재 미국에서 정신 건강에 문제가 있는 사람이 200만 명에 달하고 이로 인한 의료비 지출이 매우 높다는 점에서 눈여겨봐야 할 결과라고 연구진은 설명했다. 장기적으로 살펴보면 평균기온이 1℃ 상승할 때 정신 건강 위험은 2% 증가했다. 2005년 허리케인 ‘카트리나’가 미국 남동부를 강타했을 때에는 이러한 위험이 4%까지 증가했다. 연구진은 또 이번 연구를 통해 저소득층 인구가 고소득 층 인구에 비해, 여성이 남성에 비해 날씨로 인한 정신 건강의 영향을 더 크게 받는다는 사실도 확인했다. 이는 과거에 실시된 연구 결과와 일치한다는 점에서 놀라운 것은 아니지만, 날씨와 정신 건강 사이에 확실한 연관관계가 있다는 사실을 더욱 강조한다. 연구진은 기후변화가 정신 건강에 영향을 미치는 명확한 원인을 밝혀내지는 못했지만, 기온이 올라가면 수면장애가 생기고 기분이 나빠지며 인지능력이 낮아지는 증상들과 연관이 있을 것으로 추측했다. 연구에 참여하지 않은 위스콘신의과대학의 조나톤 파츠 교수는 CNN과 한 인터뷰에서 “기후변화와 정신 건강의 연관성과 관련해, 정부와 산업계가 다각도의 과학적 접근을 통해 적절하게 대응하지 못한다면 많은 사람들이 정신건강 문제로 인한 스트레스와 절망에 빠질 수 있다”고 경고했다. 자세한 연구결과는 미국립과학원회보(PNAS) 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

대부분의 신체적, 정신적 기능은 정상이지만 심한 안면인식장애 때문에 아내의 얼굴을 모자로 착각하고 있는 음악교사, 한쪽으로 몸이 기울어져 움직이면서 자신이 아닌 세상이 기울어져 있는 것이라고 생각하는 전직 목수.2015년 8월 타계한 ‘의학분야의 계관시인’이라는 별명을 가진 올리버 색스의 책에는 이렇듯 다양한 신경질환을 앓고 있는 환자들의 사례가 등장한다. 갖가지 신경장애 환자들의 사례를 읽다 보면 과연 인간에게는 ‘내가 나를 통제할 수 있다’는 ‘자유의지’라는 것이 있을까 하는 생각이 든다. 자유의지는 오랫동안 철학자와 심리학자들의 연구영역이었다. 그런데 최근 뇌 과학의 발달로 인문학자들의 영역이었던 자유의지까지도 과학적 분석 대상이 되고 있다. ●신경질환자들의 영혼 없는 손짓이 연구 단초 미국 벤더빌트대 의대, 하버드대 의대 부설 매사추세츠종합병원, 핀란드 투루쿠대 의대 공동연구팀은 외계인 손 증후군(alien hand syndrome)이나 무운동무언증(akinetic mutism) 같은 신경질환을 일으키는 뇌 부위와 원인을 규명하고 미국 국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 1일자에 발표했다.외계인 손 증후군은 손이 자신의 의지와는 상관없이 움직여 마치 손 자체가 의지를 갖고 있거나 외부의 어떤 힘에 이끌리는 것처럼 느끼는 신경질환이다. 투렛증후군이나 헌팅턴병처럼 제멋대로 움직이는 것이 아니라 목적성을 지닌 것처럼 움직이기 때문에 외계인 손 증후군을 앓는 환자들은 손 자체가 영혼이나 의지를 갖고 있다고 느끼는 경우가 많다. 무운동무언증은 외견상 멀쩡해 보이지만 자발적으로 몸을 움직이거나 말을 할 수 없고 심한 자극에만 경미한 반응을 보이는 신경질환이다. 이 때문에 신경과학자들은 이번 연구가 신경과학이 자유의지의 생물학적 요소를 설명해 주는 단초를 마련했다고 평가하고 있다. ●‘자유의지’ 담당하는 뇌 부위 발견 성과 외계인 손 증후군이나 무운동무언증은 뇌에 이상이 생겨 발생하지만 정확한 원인이나 일관된 발병 패턴이 없는 것으로 알려져 있다. 이 때문에 연구팀은 ‘병변 네트워크 매핑’이라는 새로운 뇌 신경 분석기법을 활용해 이 질병을 앓는 환자 78명의 뇌 영상을 보면서 뇌 지도에 병변이 나타난 부분을 표시했다. 그다음에는 저전압 전극이나 자기장을 이용해 일시적으로 자발적 운동을 못 하게 한 사람들의 뇌 지도를 작성해 비교했다. 그 결과 무운동무언증 환자들은 전두엽의 전대상피질(ACC), 외계인 손 증후군 환자들은 측두엽과 두정엽이 만나는 TPJ라는 부위에서의 신호전달에 문제가 있다는 사실을 밝혀냈다. 해당 뇌 부위에 이상이 발생할 경우 자신의 손이나 움직임을 느끼고 확인할 수는 있지만 스스로 통제가 안 된다는 것이다. 연구를 주도한 라이언 데이비 벤대빌트대 의대 신경과 교수는 “이번 연구는 오랜 세월 자유의지를 연구해 온 철학자들은 어떻게 받아들일지 모르겠으나 신경과학적 측면에서 자유의지와 관련된 뇌 부위를 발견한 것”이라며 “신경과학이 우리의 행동 양식은 물론 의식의 흐름까지 설명하는 수준에 이르게 됐다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

장기간의 우주비행이 ‘암’의 원인이라는 주장이 제기됐다. 이에 본격적인 채비에 나선 화성 유인탐사나 달 관광에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 보인다. 미국 조지타운대학 메디컬센터(GUMC) 카말 다타 박사 연구팀은 1일(현지시간) 생쥐를 모델로 한 시뮬레이션 결과, 내밀한 우주 공간의 ‘은하 우주방사선(GCR)’에 장기간 노출되면 위장 조직의 기능 변화뿐 아니라 위와 대장 종양 위험을 높일 우려가 있다고 미국국립과학원회보(PNAS) 최신호에 밝혔다. 앞서 연구팀은 장기 우주여행 중 중이온 방사선의 영향으로 노화가 가속화하고 뇌 조직이 손상될 위험도 있다는 연구결과를 내놓은 바 있다. 연구팀은 중이온 방사선이 위와 장 등 소화기관에 미치는 영향을 분석하기 위해 미국항공우주국(NASA) 우주방사선연구소(NSRL)에서 저선량의 중이온 방사선에 노출한 생쥐와 아무것에도 노출되지 않은 생쥐를 비교했다. 그 결과 중이온 방사선에 노출된 쥐들은 대장에서 영양분을 제대로 흡수하지 못했으며 암으로 발전할 수 있는 용종도 형성됐다. 이에 더해 중이온 방사선이 DNA를 손상해 노화세포를 늘리는 것으로 나타났다. 노화세포는 정상적인 세포분열을 못 하고 산화스트레스와 염증을 유발하기도 한다. 논문 공동저자인 알버트 퍼내스 2세 박사는 “심우주에서 몇 개월에 걸쳐 우주비행을 하면 매우 낮은 선량의 방사선에 노출되더라도 그 영향은 영구적일 수 있다”고 경고했다. 이어 그는 “미래의 우주 여행객을 보호할 수 있는 모든 대책을 세우는 것이 중요하다”고 덧붙였다. 워싱턴 한준규 특파원 hihi@seoul.co.kr

항생제 내성균의 출현은 21세기 인류의 가장 큰 위협 가운데 하나다. 현대 의학은 인간에게 치명적인 감염을 일으키는 세균을 통제할 수 있는 항생제 없이는 불가능하다고 해도 과언이 아닌데, 이 항생제에 듣지 않는 세균이 늘어나기 때문이다. 최악의 경우 20세기 초에 그런 것처럼 세균 감염으로 죽는 사람의 숫자가 많이 늘어날 가능성이 있다. 따라서 새로운 기전의 항생 물질을 찾으려는 연구가 활발하다. 많은 과학자가 자연계에 존재하는 천연 항상 물질을 찾아 바닷속 깊은 곳에서 땅끝까지 여러 생물체를 찾아다니고 있다. 그런데 미국과 러시아의 과학자팀이 전혀 상상할 수 없는 장소에서 새로운 항생 물질을 찾아냈다. 바로 시베리아 갈색 곰(Siberian brown bear)의 침 속이다. 시베리아의 넓은 산림과 초원 지대에 사는 갈색 곰은 때때로 육식을 하지만, 의외로 식물성 위주의 식단을 지니고 있다. 그런데 이 과정에서 필연적으로 다양한 세균을 섭취하게 된다. 연구팀은 처음에는 갈색 곰의 세균을 연구하기 위해 야생 곰을 생포해 침을 분리한 후 풀어줬다. 예상대로 곰의 침에는 매우 다양한 세균이 살고 있었는데, 이 가운데 식물에서 유입된 것으로 보이는 바실루스 푸밀루스(Bacillus pumilus)균에서 독특한 항생물질이 분리됐다. 곰의 침에서 분리한 바실루스 푸밀루스 균주는 'amicoumacin A'라는 물질을 분비했는데, 이 물질은 사람에서 다양한 감염을 일으키는 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)을 죽이거나 억제했다. 황색포도상구균은 사람과 동물의 피부와 비강에 흔한 세균으로 자연계에 흔하기 때문에 곰 역시 먹이를 섭취하는 과정에서 이 세균을 섭취했을 가능성이 높다. 하지만 이미 곰의 입속에는 많은 세균이 살고 있어 새로운 세균을 위한 자리는 없다. 따라서 세균 사이에 치열한 생존 경쟁이 발생한다. 네가 죽어야 내가 사는 환경에서 세균들이 즐겨 사용하는 무기는 바로 항생 물질이다. 바실루스 푸밀루스가 항생 물질을 분비하는 것도 같은 이치다. 발견한 장소가 의외이긴 하지만, 자연의 치열한 경쟁을 생각하면 당연한 결과이기도 하다. 이 내용은 미국립과학원회보(PNAS)에 발표됐다. 페니실린계 항생제를 포함한 여러 항생제에 내성을 지닌 황색포도상구균은 매우 심각한 문제로 최근에는 이런 내성균에 효과적인 항생제인 반코마이신에도 내성을 지닌 반코마이신 내성 황색포도상구균(VRSA)까지 등장해 큰 우려를 낳고 있다. 따라서 과학자들은 황색포도상구균에 대한 새로운 항생물질을 여러 개 발견했지만, 이 가운데 인체에 부작용이 적고 대량 생산이 가능하며 내성균에 실제로 효과적인 항생물질이라서 약물로 개발할 수 있는 것은 극소수에 불과하다. 하지만 후보 물질이 많을수록 개발 가능성 역시 커진다. 앞으로도 자연계에서 천연 항생 물질을 찾기 위한 연구는 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

달의 남극과 북극의 극 지역 표면에 얼음이 존재한다는 직접적인 증거가 발견됐다. 지난 20일(현지시간) 미국 하와이 대학과 브라운 대학 등 공동연구팀은 달의 극 지역 표면에서 물로 이루어진 얼음이 발견됐다는 연구결과를 미국 국립과학원 회보(PNAS: Proceedings of the National Academy of Sciences) 최신호에 발표했다. 그간 달의 북극과 남극에도 물이나 얼음이 존재할 가능성이 높다는 전문가들의 추정은 있어왔으나 이를 입증할 직접적인 증거는 찾아내지 못했다. 그러나 이번에 연구팀은 미 항공우주국(NASA)이 인도우주연구소(ISRO)의 찬드라얀1호에 탑재해 발사한 ‘달 광물 지도작성기'(M3)의 데이터를 분석한 결과 달에도 얼음이 존재한다는 증거를 찾아냈다. 논문에 따르면 달의 극지역은 영구적으로 햇빛이 닿지않는 가장 어둡고 추운 지역으로 가장 따뜻한 때도 -120℃를 넘지 않는다. 이중 달의 남극 지역은 얼음이 크레이터 부근에 집중적으로 모여있는 반면, 북극쪽은 넓지만 드문드문 얼음이 있는 것으로 드러났다. 연구팀은 "달의 극 지역 표면에 밖으로 노출된 얼음이 있다는 직접적이고 명확한 증거를 발견했다"면서 "달의 독특한 진화과정을 연구하는데 도움이 되는 것은 물론 달 식민지 건설과 로켓 연료에 활용돼 미래 우주탐사에 기여할 것"이라고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

3조각 이상으로 부러지는 스파게티 MIT 연구팀 ‘두 조각 내는 법’ 찾아 2·3차원 재료 구조역학 통제법 얻어 광섬유·철근 구조나 배치법에 응용요즘같이 더운 날씨에는 얼음을 둥둥 띄운 동치미 국수나 겨자와 식초를 약간 뿌려 시원한 국물과 함께 면을 훌훌 넘길 수 있는 냉면 생각이 간절합니다. 면(麵)을 좋아하신다면 이탈리아의 대표적인 면요리인 파스타는 어떤가요. 파스타는 재료의 종류에 따라 160여 가지, 면의 형태에 따라 600여 가지가 넘는 요리로 만들어질 수 있다고 합니다. 대형마트에 가 보면 다양한 형태의 파스타 면을 볼 수 있습니다. 그중 가장 익숙한 것은 국수처럼 긴 파스타인 ‘스파게티’입니다. 기다란 스파게티 면에는 세계 최고의 과학자들도 골머리를 앓게 만든 ‘과학’이 숨어 있습니다. 스파게티 면으로 간단한 실험을 해 보면 알 수 있습니다. 스파게티 면을 하나 꺼내 양쪽 끝을 잡은 다음 부러질 때까지 구부려 보는 것입니다. 몇 조각으로 부러졌나요. 분명 3조각에서 10조각까지 다양할 겁니다. 재미있는 것은 절대 두 조각으로 부러지지 않는다는 것입니다. 이것이 과학계에서 유명한 ‘스파게티 미스터리’입니다. 알베르트 아인슈타인과 함께 20세기 최고의 물리학자로 평가받고 양자전기역학을 발전시킨 공로로 1965년 노벨물리학상을 받은 리처드 파인먼(1918~1988)도 밤새 스파게티 면을 부러뜨리면서 ‘왜 두 조각으로 부러지지 않는가’에 대한 이론적 설명을 찾으려고 골머리를 앓았다고 합니다. 많은 천재 과학자들을 괴롭힌 스파게티 미스터리는 2005년 프랑스 물리학자들에 의해 풀리기 시작했습니다. 프랑스 파리6대학 바질 오도리, 세바스티앙 노이히르슈 박사는 유체역학에서 탄성체의 움직임을 설명하는 ‘키르히호프 방정식’을 이용해 스파게티가 3조각 이상으로 부러지는 이유를 밝혀내고 물리학 분야 국제학술지 ‘피직스 리뷰 레터스’에 발표했습니다. 스파게티 양쪽 끝에서 정확히 똑같은 힘을 가할 수 없기 때문에 서로 다른 형태의 탄성파가 전달되면서 여러 조각으로 부러지게 된다는 것입니다. 이 연구는 기발하고 기상천외한 연구에 시상하는 ‘이그노벨상’의 2006년 물리학상 분야에 선정되기도 했습니다. 그렇다면 스파게티 면을 두 조각 내는 것은 정말 불가능한 일일까요. 미국 매사추세츠공과대학(MIT)과 코넬대, 프랑스 엑스마르세유대 수학자들이 스파게티 면을 두 조각으로 부러뜨릴 수 있는 방법을 결국 찾아내 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 8월 13일자(현지시간)에 발표했습니다. 요른 듄켈 MIT 응용수학 교수가 이끈 국제공동연구팀은 스파게티를 두 조각 내기 위해 특수한 기구까지 만들었습니다. 수백 차례에 걸친 실험 결과 스파게티 한쪽 끝을 270~360도 정도로 비튼 뒤 서서히 힘을 가해 구부려 부러뜨리면 두 조각 낼 수 있다는 것을 밝혀냈습니다. 할 일 없는 과학자들의 심심풀이 연구 같지만 스파게티 미스터리는 2차원이나 3차원 재료의 구조역학을 이해하고 통제하는 데 필요한 아이디어를 제공한다고 합니다. 탄소나노튜브의 강도를 높이거나 외부 스트레스에 오래 견디는 광섬유를 만드는 것은 물론 교량이나 건축물을 지을 때 철근이나 철골을 얼마나, 어떻게 배치해야 하는지에도 적용할 수 있는 중요한 연구라는 것입니다. 논문의 질보다는 양을, 번뜩이는 아이디어보다는 외국의 선행 연구 사례를 요구하는 한국 과학정책 현실에서 이런 독특하고 재미있는 연구를 기대하는 것은 무리가 아닐까 하는 생각이 스쳐 지나갑니다. edmondy@seoul.co.kr

빙하 감소·동토 해빙·열대우림 파괴 등 여러 요인 복합 작용… 금세기말 5도 상승 “강도 높은 이산화탄소 감축 노력 없으면 지구 회복성 악화돼 이상기후 심해질 것”지난달 11일 짧은 장마가 끝난 뒤부터 한 달 가까이 계속되고 있는 폭염으로 한반도가 몸살을 앓고 있다. 우리나라뿐만 아니라 이웃 일본도 41도를 넘나드는 기록적 폭염에 시달리고 있다. 미국 서부지역은 50도를 넘고 스페인과 포르투갈도 낮 최고기온이 47도까지 오르는 등 북반구 전체가 펄펄 끓고 있다. 과학자들은 폭염의 근본 원인을 온실가스로 인한 지구온난화 때문이라고 본다. 그런데 기후변화로 인한 ‘도미노’가 쓰러지기 시작해 지금보다 더 강도 높은 이산화탄소 감축 노력이 없을 경우 올해와 같은 폭염은 물론 한파, 폭우, 냉해 등 극한 기후가 더욱 심해질 것이라는 냉혹한 전망이 나왔다. 스웨덴, 호주, 덴마크, 영국, 미국, 벨기에, 독일, 네덜란드 등 8개국 13개 연구기관이 참여한 국제공동연구팀은 지구온난화가 15가지 이상의 요인들이 복합적으로 상호관계를 가지면서 진행되고 있기 때문에 이를 멈추려면 상당한 노력이 필요하다는 연구 결과를 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 6일자(현지시간)에 발표했다. 기존에는 이산화탄소를 흡수할 수 있는 숲이 줄어들면 0.25도의 기온이 상승하고 영구 동토층 얼음이 녹을 경우 0.9도가 오른다는 식으로 한두 가지 요인만으로 현재 지구온난화 진행 상황을 분석했다. 그러나 연구팀에 따르면 지구온난화로 인해 극지방 해빙(海氷)이 녹으면서 차가운 얼음물이 정상적인 해류 흐름을 방해하고 바닷물의 양이 늘어 열기를 품는 그릇도 크게 만든다. 이런 연쇄반응으로 멕시코 만류의 온도가 오르면서 지구 전체 바다의 열순환 시스템이 교란되고, 이는 지구 열기를 분산시켜 주는 제트기류에 영향을 미친다는 것이다. 또 영구동토가 녹으면서 얼음 밑에 저장돼 있던 메탄과 이산화탄소가 공기 중으로 배출되면서 금세기 말이 되면 지금보다 지구 평균온도가 5도 이상까지 오를 수 있어 지구 생태 시스템이 최악의 상황으로 치닫게 될 것으로 연구팀은 예측했다. 여기에 지구온난화로 인한 바닷속 산호초의 백화현상과 아마존 같은 열대우림의 파괴는 온실가스를 저장할 수 있는 여지를 더욱 줄이고 있다고 분석했다. 한스 요아힘 셸른훔버 독일 포츠담대 지구물리학 교수는 “이번 연구는 온실가스 배출로 인한 지구온난화가 단순히 남극과 북극의 빙하를 녹이기 때문에 문제가 되는 것이 아니라 지구의 회복 탄력성을 악화시켜 최악의 상황으로 몰고 가기 때문이라는 것을 보여 준다”고 설명했다. 영국 이스트앵글리아대 필 윌리엄슨 박사도 “파리기후협약에서 세계 정상들이 약속한 ‘지구 온도 2도 상승 억제’에서 2도라는 기준은 과학적 측면에서 인류가 이뤄 놓은 문명의 붕괴를 막을 수 있는 유일한 마지노선”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr