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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
- 영국에서 친환경 플라스틱 소재가 개발돼 플라스틱 오염 문제 해결에 한 걸음 더 가까이 다가서고 있다. 워릭 대학교 연구진은 플라스틱과 유사하지만 환경 파괴를 일으키지 않아 보다 지속 가능한 소재인 유기 공융체를 테스트했다고 테크 타임스가 20일(현지시간) 보도했다. 이 신소재는 플라스틱을 대체하고 전 세계의 플라스틱 의존도를 낮출 잠재력을 가지고 있다고 연구팀은 밝혔다. 수년 동안 플라스틱 폐기물은 기하급수적으로 증가했다. 특히 오랜 시간 분해되지 않고 매립지에 축적되거나 바다로 흘러들어가 환경 문제를 야기해왔다. 플라스틱 해양 투기는 미세 플라스틱(5mm미만인 플라스틱)으로 쪼개져 심해 오염으로 이어져 해양 식량 사슬을 오염시키고, 조개류나 해산물 등을 통해 인체에 재침투되는 결과를 낳고 있다. 특히 인체에 침투한 미세 플라스틱은 심장마비나 뇌졸중 발병 위험을 높이고, 사망률을 높이는 요인이 되고 있다. 전 세계적으로 플라스틱 제품 사용 감축을 위한 노력이 이어져왔지만 가볍고 내구성이 뛰어난 강점을 지닌 플라스틱은 여전히 다양한 산업에서 중요한 소재로 사용되고 있다. 유럽 플라스틱 산업 협회인 플라스틱스유럽(Plastics Europe)에 따르면, 2020년 세계 플라스틱 생산량은 2018년보다 800만 톤 증가한 3억 6700만 톤에 달했다. 프랑스 파리 에펠탑의 무게는 약 1만톤에 달한다. 2020년 전 세계 플라스틱 생산량은 에펠탑이 3만6700개가 만들어진 것과 맞먹는 양이다. 전 세계 플라스틱 생산량은 2040년까지 두 배, 2060년까지 세 배로 증가할 것으로 예상되며, 그 증가분의 대부분은 일회용 플라스틱에서 발생한다. 워릭 대학교 연구팀은 혼합하면 새로운 "유기 및 점성 액체"를 형성하는 특정 유기 분자를 발견했으며, 이를 '(지속가능한 플라스틱) 유망 후보'라고 불렀다. 또한 시차 주사 열량계(DSC) 및 UV-Vis 분광법과 같은 첨단 기술을 사용해 새로운 소수성 물질을 정확하게 측정했다. 연구팀은 결정 성분을 혼합해 '유기 공융체'라고 불리는 새로운 물질을 개발했다. 팀은 이 물질리 폴리머를 대체할 잠재력을 가진 '소수성 공융 분자 액체'를 개발하는 데 성공했다고 여긴다. 매우 짧은 수명 한계 그러나 이 소재는 수명이 매우 짧다는 한계를 가지고 있다. 연구팀은 테스트 결과 최대 14개월 동안만 지속될 수 있음을 확인했다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 제조 과정에서 안정성과 가공성을 보장할 수 있었다. 플라스틱은 한때 다양한 산업, 특히 제품과 소비재에 널리 사용되면서 혁신적인 소재로 여겨졌다. 그러나 유기 물질과 달리 분해가 되지 않아 폐기와 재활용 등에서 심각한 환경 오염 문제를 일으키고 있다. 일회용 플라스틱 및 기타 형태의 플라스틱 사용을 줄이기 위한 노력이 있지만 문제는 여전히 남아 있다. 재활용 외에도 과학을 이용해 플라스틱을 제거하는 방법을 개발하는 연구가 진행중이다. 한 연구에서는 플라스틱을 분해할 수 있는 유전자 조작 박테리아를 개발해 해양에 적용할 계획을 가지고 있다. 일회용 플라스틱을 줄이기 위해서는 다회용품을 사용하고, 텀블러나 개인 컵을 들고 다니거나 플라스틱 빨대 사용을 줄이는 등 일상 속의 작은 노력이 필요할 때다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(98)] 지속가능한 플라스틱? 친환경 대체 소재 개발
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AI 모델, 2세 미만 아동 자폐증 80% 정확도로 예측
- 새로운 인공지능(AI) 모델이 유아 자폐증을 80% 정확도로 예측했다. 스웨덴 스톡홀름에 있는 카롤린스카 연구소의 새로운 연구에 따르면, 'AutMedAI'라는 머신러닝 모델이 2세 미만 아동의 자폐증을 비교적 제한된 정보만으로 80%의 정확도로 예측할 수 있다는 가능성을 보여주었다고 뉴로사이언스뉴스가 보도했다. 이 모델은 자폐증 조기 진단과 적절한 지원을 제공하는 데 기여할 것으로 기대된다. 카롤린스카 연구소는 세계적인 연구 중심 의과 대학으로 1810년 설립됐다. 카롤린스카 연구소의 노벨 위원회에서 생리학·의학 부문 노벨상을 수여한다. 연구팀은 약 3만 명의 자폐 스펙스트럼 장애 아동 및 일반 아동 정보가 담긴 미국 데이터베이스(SPARK)를 활용했다. 팀은 28개 매개변수 조합을 분석해 4가지 머신러닝 모델을 개발, 데이터 패턴을 식별했다. 선택된 매개 변수는 24개월 미만 아동에게서 광범위한 평가나 의료 검사 없이 얻을 수 있는 정보였다. 가장 우수한 성능을 보인 머신러닝 모델은 'AutMedAI'로 명명됐다. 약 1만2000명의 개인 데이터를 분석한 결과, AutMeAI 모델은 약 80%의 자폐 아동을 식별했다. 특히 첫 미소 시기, 첫 짧은 문장 발화 시기, 식사 어려움 여부 등이 자폐증 예측에 중요한 매개변수로 작용했다. 연구팀은 조기 진단의 중요성을 강조했다. 팀은 자폐 아동의 최적 발달을 돕는 효과적인 중재를 위해서는 조기 발견이 필수적이라고 밝혔다. 현재 연구팀은 모델의 추가 개선 및 임상 환경에서의 검증을 계획하고 있으며, 유전 정보를 모델에 포함해 더욱 정확한 예측을 가능하게 하는 연구도 진행 중이다. 연구 책임자인 카롤린스카 연구소의 여성 및 아동 건강학과 부교수인 크리스티나 탐미미스 박사는 "모델이 임상 환경에 적용될 만큼 신뢰성을 학보하기 위해서는 엄격한 검증이 필요하다"며 "우리의 목표는 모델이 의료 분야의 귀중한 도구가 되는 것이지, 자폐증에 대한 임상 평가를 대체하는 것이 아니다"라고 강조했다.
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- IT/바이오
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AI 모델, 2세 미만 아동 자폐증 80% 정확도로 예측
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[기후의 역습(46)] 태양 복사열의 미세한 변화, 지구 기후 대변혁 일으켰다
- 지구의 주요 열원인 태양 복사열의 지속적 감소가 약 100만 년 전 지구 기후의 재편을 일으켰다는 연구 결과가 나왔다. 지구에 도달하는 태양 복사의 누적된 미세한 변화가 지구의 빙하기를 변화시키는 주요 기후 변화를 촉발하는 데 큰 영향을 미쳤다는 증거가 발견됐다고 SCMP(사우스차이나모닝포스트)가 전했다. 복사는 빛으로 열이 전달되는 것으로 태양이 지구에 열을 전달하는 방식이다. 따라서 태양이 지구로 보내는 빛은 지구 표면에서 복사열 또는 복사 에너지로 지구의 기후에 절대적인 영향을 미치게 된다. 중국 과학아카데미(CAS) 지구환경연구소의 진장둥 박사 연구팀이 수행한 이 연구는 지난 200만 년 동안 지구의 기후를 조사한 것으로, 지구로 유입된 태양 복사가 어떻게 바다를 가열하거나 냉각시켜 기후 변화를 촉진시켰는지의 내막을 밝힌 것이다. 분석 결과 지구로 유입된 태양 복사량은 93만 5000년 전까지 지속적으로 감소했다. 이는 당시 차가운 해수면 온도의 직접적인 원인일 가능성이 높으며, 지구가 더 춥고 더운 기간 사이의 순환 방식을 변화시킨 중요한 과도기적 기후 전환기였다. 일사량이라고 불리는 지구에 유입되는 태양 복사는 지구 기후 시스템의 주요 열원 역할을 한다. 연구팀은 "우리는 누적된 일사량 교란(감소)이 지구 기후 시스템 내의 열 균형을 깨뜨려 플라이스토세(홍적세)의 장기 기후 변화에 영향을 미쳤다고 본다"고 말했다. 플라이스토세는 지구 지질 시대에서 기원전 260만 년부터 기원전 9700년까지 약 257만 년 동안의 시기로, 신생대 제4기의 대부분의 시기를 말한다. 플라이스토세 시대에는 세계 많은 지역에 빙상과 빙하가 광범위하게 반복적으로 형성됐는데, 이것이 당시의 냉각 때문이라는 것이다. 일사량은 기후 변화를 주도하는 것으로 알려져 있지만, 일사량이 장기 기후 변화에 미치는 영향은 여전히 미지의 영역이다. 일사량은 플라이스토세 동안 해수면 온도가 섭씨 2.3도 하락한 것을 포함, 장기적인 냉각 추세의 주요인으로는 간주되지 않았었다. 냉각 추세는 중기 플라이스토세 전환으로 이어졌는데, 이는 전 세계 빙하기 사이의 기간을 의미하는 빙하기 주기의 길이를 약 4만 1000년에서 10만 년으로 연장한 주요 기후 사건이었다. 한편 사이언스 저널에 실린 또 다른 논문에서 중국 연구팀은 지구에 도달하는 태양 복사열의 감소에 따른 누적된 영향이 바다의 열을 크게 낮춰 빙상이 성장하는 데 필요한 조건을 만들었다고 밝혔다. 연구팀은 장기적인 기후 변화에 미치는 일사량의 영향을 조사하기 위해 전 세계 해수면 온도에 대한 26개의 기록을 수집하고 일사량 이상치를 정량화할 수 있는 새로운 지수를 도입했다. 연구팀은 일사량의 변화는 작았지만, 지구로 유입되는 태양 복사선의 작은 변화조차도 바다의 열 함량을 변화시켜 열 균형에 영향을 미칠 수 있으며, 누적된 변화는 큰 열 불균형을 초래할 수 있다고 말했다. 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 바다는 인간이 생성하는 열의 90% 이상을 흡수하는 주요 열 저장소다. 연구팀은 약 90만 년 전 일어난 '기후 시스템의 재편'으로 인해 지구상의 얼음 부피가 증가했다고 밝혔다. 연구팀은 "우리의 시뮬레이션 결과는 누적 일사량의 감소가 '냉각 사건'에 기여했음을 시사한다"고 말했다. 연구팀은 "대기 중 이산화탄소와 기타 측정치를 통합한 추가 시뮬레이션을 통해 장기적인 기후 추세에 대한 더 깊은 지식과 이해를 얻어야 할 것"이라고 지적했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(46)] 태양 복사열의 미세한 변화, 지구 기후 대변혁 일으켰다
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
- 우리 태양계가 속해 있는 은하수와 안드로메다 은하가 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 연구에 따르면 앞으로 100억 년 내에 은하수와 안드로메다가 충돌할 확률은 50%라고 한다. 50%의 확률은 매우 높아 보이지만, 실제 치명적인 충돌이 일어날 가능성은 대단히 낮은 것이라고 라이브사이언스가 전했다. 안드로메다(M31) 은하는 북반구에서 보이는 가장 밝은 나선은하로 우리 은하와 유사한 점이 많다. 약 250만 광년 떨어져 있으며, 초당 110km의 속도로 우리 은하에 접근하고 있다. 이 때문에 천문학자들은 두 은하가 앞으로 수십억 년 안에 필연적으로 치명적인 충돌을 맞이할 것이라고 예측해 왔다. 서로 나선형으로 충돌한 후 합쳐져 새로운 은하를 형성할 것이라는 예측이었다. 그러나 최근 인쇄 전 논문 발표 사이트인 arXiv에 발표된 새로운 연구에 따르면 두 은하는 오히려 서로 빗나갈 가능성이 있다고 한다. 게시된 논문은 "모든 은하의 현재 위치, 운동, 질량의 불확실성은 예상과는 완전히 다른 결과를 초래할 수 있으며, 향후 100억 년 동안 은하수와 안드로메다가 충돌해 합병되지 않을 확률은 50%에 가깝다"고 서술했다. 지난 1912년, 미국의 천문학자 베스토 슬리퍼는 1912년 안드로메다 은하가 우리 은하와 충돌할 가능성이 있음을 발견했다. 추가 연구에서는 향후 50억 년 안에 안드로메다가 우리 은하와 충돌하는 것은 불가피할 것이라고 예측했다. 충돌 과정에서 우리 태양계는 새로 합병되는 은하의 바깥쪽으로 튕겨져 나갈 것이라고 보았다. 그러나 이번 연구에 따르면, 지금까지의 연구에서는 은하수와 안드로메다가 속한 은하군 내의 다른 작은 은하의 중력 효과인 ‘교란 요인’을 고려하지 않았다. 작은 은하들이 일으키는 중력에 의한 교란 요인 때문에 충돌에서 완전히 벗어날 수 있다는 것이다. 연구팀은 가이아와 허블 우주 망원경의 관측 결과를 이용, 국부 은하군 중에서 가장 큰 네 개의 은하의 질량, 움직임 및 중력적 상호 작용을 추정했다. 그 후 이 데이터를 여러 가지 가능한 시나리오에 맞추어 시뮬레이션 모델에 입력해 결과를 추정했다. 네 개의 은하는 은하수, 안드로메다, 삼각형 은하 및 대마젤란운이었다. 이들의 상호 작용을 고려했을 때, 은하수와 안드로메다의 충돌 가능성은 종전에 비해 크게 낮아졌다. 충돌과 합병이 실제로 일어난다 해도 이는 적어도 80억 년 이후에나 가능한 일일 것으로 보인다. 물론 이 연구로 밀코메다에 대해 최종 결론을 내릴 수는 없다는 지적이다. '밀코메다'는 은하수와 안드로메다 은하가 합병해 생겨나게 될 새로운 은하의 이름을 말한다. 연구팀은 더 진보된 결론의 산출을 위해 최근 재보정된 가이아 우주 망원경의 새로운 데이터가 공개되기를 기다리고 있다. 보정된 가이아 망원경 데이터의 공개가 새로운 정보를 제공해 줄 것이라는 기대다. 은하 종말론은 아직 초기 단계이며, 국부 은하군의 운명을 확실하게 예측하기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 지적이다. 다만 현재 상황에서 우리 은하의 멸망이 임박했다는 주장은 크게 과장된 것으로 보인다. 결론적으로 국부 은하군 내의 모든 은하가 언젠가는 충돌하고 합쳐지겠지만, 이 과정이 일어나기까지는 우주의 현재 나이보다 몇 배나 더 오래 걸릴 수 있다는 지적이다.
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[우주의 속삭임(44)] 은하수와 안드로메다 은하, 충돌 확률은 얼마?
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[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려
- 남극 대륙의 빙하가 녹으면서 무게가 가벼워지고 있다. 수축해 있던 스펀지가 다시 팽창하는 것처럼, 얼음에 눌려 있던 남극 대륙이 융기, 즉 바다에서 솟아오르고 있다고 사이언스얼라트가 경고했다. 이 과정은 빙하 후 융기(post-glacial uplift)라고 불린다. 새로운 연구에 따르면 이것이 미래의 전 세계 해수면 상승에 막대한 영향을 미칠 것으로 보인다. 이는 남극 대륙의 해수면 억제력을 최대 40%까지 줄일 수도 있고, 대기에 열을 가두고 남극의 빙하를 녹이는 화석연료 연소를 얼마나 계속 유지하느냐에 따라 상황은 훨씬 더 악화될 수도 있다는 우려다. 연구팀원인 캐나다 맥길 대학교 빙하학자 나탈리아 고메즈는 "바다에 접한 해안 지역에 사는 인구가 약 7억 명에 달하고, 금세기말까지 해수면 상승으로 인한 비용이 수조 달러에 달할 수 있기 때문에, 남극 빙하가 녹는 데 따르는 도미노 효과를 이해하는 것은 매우 중요하다"라고 말했다. 문제는 지난 몇 년 동안 남극 빙하가 최악으로 낮은 상태를 유지했다는 것. 고메즈와 연구팀은 남극 빙상 아래에 있는 지구의 맨틀을 조사했고, 일부 주요 지역에서 특히 찌그러지고 물렁해져 있는 것을 발견했다. 이곳의 지진 데이터는 높은 수준의 점도가 예상치 못할 정도로 빠르게 땅이 융기하고 있다는 것을 밝혀 냈다. 다른 연구원 오하이오 주립대학 지질학자 테리 윌슨은 "우리가 측정한 결과 남극 빙상의 기초를 형성하는 단단한 땅의 모양이 놀라울 정도로 빠르게 바뀌고 있다"고 말했다. "지표면의 얼음이 줄어들어 땅이 융기하는 것은 수천 년에 걸친 것이 아니라 지난 수십 년 만에 일어나고 있는 현상"이라는 것이다. 연구팀은 3D 모델링을 사용, 다양한 시나리오에서 남극 대륙의 육지 변화로 인한 해수면 상승을 시뮬레이션했다. 온난화 수준이 낮게 유지되면 2500년까지 해수면이 최대 1.7m 상승하지만, 지구 온난화가 계속 증가할 경우 최대 19.5m까지 치솟는다. 이는 빙하가 줄어드는 속도가 융기보다 빠를 때, 더 많은 물이 바다로 방출되기 때문이다. 그러나 우리가 빙하가 녹는 속도를 늦출 수 있다면, 융기하는 육지가 따뜻한 바닷물에서 얼음의 일부를 들어 올려 더 오래 보존할 수 있을 것이다. 매사추세츠 대학교 빙하학자 롭 디콘토는 "이 연구는 기후 변화가 해수면 상승에 미치는 영향을 더 잘 예측하고 효과적인 환경 정책을 수립할 수 있는 획기적인 진전"이라고 평가했다. 지구는 완벽하게 매끄러운 구체가 아니다. 그렇기 때문에 지구의 다른 부분은 중력, 회전 및 지질학적 특성으로 인해 독특한 해수면 영향을 받게 된다. 고메즈와 연구팀은 "이번 연구 결과는 이미 해수면 상승의 영향을 받고 있는 저위도 지역의 섬과 해안 지역이 남극 빙하 손실로 인해 평균보다 높은 해수면 상승을 겪을 것이라는 최근 연구 결과를 뒷받침한다"고 설명했다. 특히 "연구 결과는 해수면 상승에 대한 취약성이 높은 반면 배출량은 적은 국가에 대한 기후 불공평이 심각함을 드러낸다"고 지적했다. 연구팀은 연구 모델에 여전히 많은 불확실성이 있으며, 특히 서남극 대륙의 지진 데이터가 부족하기 때문에 그렇다고 밝혔다. 그리고 이러한 추정치는 그린란드의 빙하와 정상에 얼음을 안고 있는 전 세계 산에서 무슨 일이 일어나고 있는지 고려되지 않았다. 남극 대륙을 벗어나 지구 전체를 감안할 때 실상은 더욱 심각할 것이라는 의미다.
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[기후의 역습(45)] "남극 대륙이 솟아오르고 있다"…해수면 상승 가속 우려
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하루 5시간 TV 시청, 치매 위험 50% 증가
- 노년층의 TV 시청 시간이 길수록 뇌졸중 등 뇌 건강 관련 질병 발병 위험이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 중국 과학자들이 영국 바이오뱅크에 등록된 40만 명을 대상으로 진행한 연구에 따르면, 하루 5시간 이상 TV를 시청하는 사람들은 치매 발병 위험이 44% 더 높은 것으로 나타났다고 일간 데일리메일이 온라인 판에서 전했다. 또한, TV 시청 시간이 길수록 뇌졸중 및 파킨슨병 발병률도 높아지는 것으로 확인됐다. 연구를 주도한 텐진 의과대학 연구진은 이번 연구 결과를 통해 "과도한 TV 시청 시간이 다양한 뇌 관련 질환의 위험 증가와 연관되어 있음을 시사한다"고 밝혔다. 이번 연구는 영국 바이오뱅크 프로젝트에 참여한 37세~73세 40만7000명의 데이터를 분석한 결과이며, 이 중 4만명은 뇌 스캔을 받았다. 연구 시작 시점에는 뇌 질환 진단을 받은 사람은 없었다. 13년의 추적 관찰 기간 동안 5227명이 치매, 6822명이 뇌졸중, 2308명이 파킨슨병 진단을 받았다. 참가자들의 평균 TV 시청 시간은 하루 2.7시간이었으며, 하루 1시간 이하 시청하는 사람들에 비해 3~5시간 시청하는 사람들은 치매 발병 위험이 15% 높았고, 5시간 이상 시청하는 사람들은 44% 높았다. 또한, 5시간 이상 TV 시청은 뇌졸중 위험 12%, 파킨슨병 위험 28% 증가와도 관련이 있었다. 한편, 컴퓨터 사용 시간은 뇌 질환 위험 증가와 관련이 없었는데, 이는 컴퓨터 사용이 더 많은 '정신적 활동'과 관련되어 있기 때문일 수 있다고 연구진은 설명했다. 연구팀은 5시간 이상 TV 시청이 회백질 감소 및 기억 중추 크기 축소와도 관련이 있음을 발견했으며, 이 두 가지 모두 뇌 질환과 연관되어 있다. 하지만 TV 시청이 정확히 어떤 방식으로 이러한 영향을 미치는지는 아직 명확하지 않다. 한 가지 가능성은 근육 활동이나 에너지 소비가 적은 좌식 생활이 만성 염증이나 뇌 혈류 감소로 이어진다는 것이다. 이번 연구 결과에 대해 케임브리지 대학의 인지 신경학과 제임스 로우 교수는 "약 2시간 정도의 TV 시청은 뇌 건강 위험을 증가시키지 않았다. 따라서 좋아하는 TV 프로그램을 즐긴 후에는 다른 활동을 하는 것이 좋다"고 조언했다.
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하루 5시간 TV 시청, 치매 위험 50% 증가
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두 희귀 유전병, 대사-면역 결함 밀접한 연관성 드러나
- 대사와 면역의 두 가지 유전적인 질병이 지금까지 알려진 것보다 더 많은 공통점을 가지고 있다는 최신 연구 결과가 나왔다고 메디컬익스프레스가 전했다. 미국 테네시주 밴더빌트 대학 연구진이 수행한 이 연구 결과는 사이언스의 자매 학술지 '사이언스 면역학(Science Immunology)' 저널에 발표됐다. 연구 결과는 면역 체계 T 세포(세포의 면역을 담당하는 림프구의 일종)의 기능에 매우 중요한 '새로운 대사 유전자 세트'를 가리키며, 이러한 대사 또는 면역 장애를 가진 환자들의 치료를 개선할 가능성을 높였다는 평가다. 이 연구는 선천적인 신진대사 오류(세포가 음식을 에너지로 전환하는 과정의 장애)와 선천적인 면역 오류(면역 체계 기능에 영향을 미치는 장애)를 일으키는 유전자들을 조사 분석한 결과다. 현재까지 이러한 희귀하고 복잡한 질병들은 여전히 명쾌하게 규명되지 않았다. 밴더빌트 대학 의료센터의 제프리 러스멜 및 앤드류 패터슨 박사는 "이전에는 대사와 면역이라는 두 질병 목록에 모두 들어가 있는 공통 유전자는 소수에 불과했다. 이번 연구 결과 우리는 더 많은 유전자가 중복돼 있다는 사실을 발견했다“고 말했다. 또한 "우리의 연구는 선천적인 신진대사의 오류와 관련된 많은 유전자들이 돌연변이가 발생할 때 T 세포 기능에도 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여 주었다"고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 선천적 신진대사 이상이 있는 환자는 치료에 영향을 미칠 수 있는 면역 결함도 있을 수 있다. 반대로 대사 결함은 선천적 면역 결함이 있는 환자의 증상에 영향을 미칠 수 있다. 러스멜 교수는 "아직 규명해야 할 것이 훨씬 많지만, 이러한 연관성들은 다른 치료법들을 시사할 수 있다”며 “이 질병들은 다른 범주라기 보다는 연속선의 일부다. 그들 사이에는 회색 지대가 있으며, 이 둘을 교차하는 새로운 종류의 선천적 면역 대사 오류가 발생할 수 있다”고 설명했다. 패터슨과 연구팀은 유전자 편집 기술 크리스퍼(CRISPR: 유전자가위) 접근법을 사용해 면역 결함이 있는 대사 유전자의 선천적 결함과 대사 결함이 있는 면역 유전자의 선천적 결함을 검사했다. 또한 각 세트에서 면역 및 대사 결함이 있는 유전자를 추가로 분석했다. 기계론적 영향을 더 주의 깊게 조사하기 위해서였다. 연구팀의 목표는 대사 경로가 T 세포 기능을 조절하는 방식을 발견하고, 면역 매개 질환에 대한 표적 치료법을 개발하는 것이었다. 패터슨은 "우리가 한 일은 추가 조사를 위한 기반을 마련하는 것"이라고 말했다. 그는 "우리가 연구한 두 가지 사례는 새로운 생물학과 새로운 메커니즘을 가리키고 있으며, T 세포 기능에서 그들의 역할을 분석하기 위해 수백 개의 다른 유전자를 식별하고 확인한 것“이라고 설명했다. 이 연구 결과는 모두가 이용할 수 있도록 공개됐다.
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두 희귀 유전병, 대사-면역 결함 밀접한 연관성 드러나
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[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대
- 미국 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UC Irvine) 연구팀이 온도 변화에 따라 색이 변하는 1차원 나노 물질을 개발했다. 이 연구 결과는 나노 크기 물체의 온도를 측정할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다. 연구 결과는 학술지 '첨단 소재(Advanced Material)'에 게재됐다. 연구를 주도한 UC 어바인 막스 아르기야 화학 교수는 "이번 연구 결과를 통해 매우 작고 민감한 온도계를 만들 수 있게 됐다"며 "이는 우리 실험실에서 나온 가장 실용적이고 응용 가능성이 높은 연구 중 하나"라고 밝혔다. 아르기야 교수는 이 온도계를 '나노 크기의 무드 링'에 비유했다. 무드 링은 착용자의 체온에 따라 색이 변하는 장신구다. 하지만 이번에 개발된 나노 물질은 단순히 온도를 질적으로 측정하는 것을 넘어, 색 변화를 통해 나노 스케일에서 온도를 정량적으로 측정할 수 있다. 아르기야 교수는 "많은 생물학적 및 산업 공정이 미세한 온도 변화 추적에 의존하기 때문에 온도 측정은 매우 중요하다"며 "이제 세포 내부 온도까지 측정할 수 있는 온도계를 개발할 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 연구팀의 박사후 연구원 드미트리 코르도바는 이 광학 온도계가 회로와 데이터 저장 장치를 포함한 마이크로 및 나노 전자 장치의 온도를 측정하고 효율성을 평가하는 데에도 잠재적으로 활용될 수 있다고 설명했다. 그는 "이미 산업 분야에서는 컴퓨터 부품 제조 시 광학 온도계를 사용하고 있지만, 이번에 개발된 새로운 물질은 "기존보다 최소 10배 이상 민감하다"고 강조했다. 이번 연구의 핵심적인 발견은 코르도바와 동료 연구원들이 실험실에서 나노미터 길이 규모에서 나선형 '슬링키'와 유사한 결정을 성장시키는 과정에서 이루어졌다. 연구팀은 처음에는 이 결정이 어떤 온도에서 분해되는지 확인하기 위해 열 스트레스를 가했다. 코르도바와 학부 연구원 레오 청은 그 과정에서 결정의 색이 온도에 따라 노란색에서 주황색으로 체계적으로 변화하는 것을 발견했다. 연구팀은 색이 나타내는 온도 범위를 정밀하게 측정했고, 옅은 노란색은 영하 190도, 붉은 주황색은 영상 200도 정도의 온도에 해당한다는 사실을 확인했다. 아르기야 교수는 "측정의 정확성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울였다"고 말했다. 연구팀은 나노 스케일의 물질 샘플을 얻기 위해 벌크 규모의 결정에 접착 테이프를 붙이고 떼어낸 후, 테이프에 붙은 나노 스케일 샘플을 투명 기판에 옮겼다. 아르기야는 "이 구조들을 떼어내 나노 스케일 온도계로 사용할 수 있으며, 다른 재료나 표면에 옮기거나 재구성하여 결합할 수 있다"고 설명했다. 그는 이번 발견이 나노미터 스케일에서 온도를 측정하는 새로운 종류의 물질을 발견하는 첫걸음이라고 말했다. 다음 단계로, 연구팀은 더 넓은 온도 범위를 측정할 수 있는 온도계를 개발하기 위해 다른 나노 스케일 물질을 테스트할 계획이다. 아르기야는 "이제 더 민감한 물질을 만들기 위해 재료 설계 규칙을 해킹하려고 노력하고 있다"며 "벌크 스케일에서 나노 스케일까지 광학 온도 측정을 위한 도구 상자를 열려고 한다"고 밝혔다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(97)] 나노스케일 물체 온도 측정 소재 개발⋯초소형 온도계 활용 기대
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[먹을까? 말까? (51)] 적당한 음주도 건강에 해롭다…와인도 예외 없어
- 가벼운 음주나 적당한 음주도 노년층의 건강에 해롭다는 연구 결과가 나왔다. 미국의사협회저널(JAMA)의 최근 연구 결과, 적당한 음주가 노년층의 건강에 도움이 되지 않는다는 사실이 밝혀졌다고 CNN, 뉴욕타임스 등이 전했다. 이는 하루 한두 잔의 술, 특히 와인이 건강에 좋다는 기존 통념을 뒤집는 연구 결과들이 늘어나는 가운데 나온 것이다. 지난 12일 JAMA 네트워크 오픈에 발표된 대규모 연구에 따르면, 적당한 수준의 음주는 노년층에게 아무런 이점을 제공하지 않으며 오히려 질병 관련 사망 위험을 높이는 것으로 나타났다. 이러한 연구들은 알코올이 강력한 발암물질이며 우울증, 간 및 신장 질환 등 여러 질병의 잠재적 원인이 될 수 있음을 보여주고 있다. 캐나다 빅토리아 대학교 물질 사용 연구소 소장 티모시 나이미 박사는 "알코올은 발암물질이며 약 50가지 유형의 사망에 기여한다"고 경고하며 "전반적으로 알코올은 건강에 해롭다"고 강조했다. 나이미 박사는 적당한 음주나 얼마나 마셔야 해로운지에 대한 논의가 시작되면 이러한 사실이 간과되는 경향이 있다고 지적했다. 그는 알코올에 관해서는 "덜 마실수록 좋다"는 것이 모든 과학적 연구 결과의 일관된 결론이라고 말했다. 이번 연구는 영국 바이오뱅크 등록 자료를 통해 60세 이상 성인 13만5000여 명의 건강 결과를 추적 조사했다. 첫 번째 조사(2006~2010년)에서 참가자들은 음주 습관에 대한 자세한 질문을 받았고, 연구진은 이를 바탕으로 참가자들을 가끔 또는 저위험, 중위험, 고위험 음주자로 분류해 암 관련 및 모든 원인 사망률 증가를 확인했다. 이러한 연구는 과거를 회고하여 개인의 습관과 건강 사이의 패턴과 관계를 찾는 방식으로, 결과를 왜곡할 수 있는 편향이 존재할 수 있다. 연구진은 음주 습관 연구에서 가장 큰 편향 중 하나인 비음주자와의 비교를 피하려고 노력했다. 비음주자들은 건강 문제나 약물 복용 등으로 인해 술을 마시지 못하는 경우가 많기 때문에, 음주자와 비음주자를 비교하면 음주가 덜 해롭거나 심지어 유익하게 보일 수 있다. 이번 연구에서는 주당 약 20g 미만의 알코올을 섭취하는 가끔 음주자들을 기준 집단으로 삼았다. 미국국립보건원(NIH)에 따르면 미국 표준 음료 한 잔에는 약 14g의 알코올이 포함되어 있다. 사회경제적 또는 건강 관련 위험 요인이 없는 중간 정도의 음주자들에게서는 특별한 연관성이 발견되지 않았다. 그러나 이 그룹에서도 저위험 음주는 여전히 암 사망 위험 증가와 관련이 있었고, 중간 정도의 음주는 암 및 기타 원인으로 인한 사망 가능성을 높이는 것으로 나타났다. 이 연구에는 몇 가지 한계도 있었다. 예를 들어, 대부분의 정보는 자가 보고에 의존했으며, 사람들은 자신이 마신 술의 종류나 양을 정확하게 기억하지 못할 수 있다. 또한, 연구 대상의 다양성이 부족했다. 94% 이상의 참가자가 백인이었기 때문에 다른 인종이나 민족 집단의 경험을 반영하지 못할 수 있다. 연구 결과, 모든 수준의 규칙적인 음주에서 위험이 발견됐다. 저위험 범주에 속하는 사람들은 가끔 음주하는 사람들보다 암으로 사망할 확률이 약 10% 더 높았다. 중위험 음주자들은 모든 원인으로 인한 사망 및 암 사망 위험이 가끔 음주자들보다 약 10~15% 높았고, 고위험 음주자들은 암, 심장병 및 기타 모든 원인으로 인한 사망 위험이 가끔 음주자들보다 약 33% 더 높았다. 연구진은 참가자들의 거주 지역(소득 수준 대리 변수)과 기저 질환(49개 건강 상태 각각에 1점 부여)을 기반으로 점수를 매겼다. 음주와 관련된 위험 증가는 저소득층과 더 많은 건강 문제를 가진 사람들에게서 더욱 뚜렷하게 나타났다. 그러나 주로 와인을 마시거나 식사와 함께 술을 마신다고 답한 사람들은 사회경제적 및 건강 관련 위험에도 불구하고 암 및 사망 위험이 가끔 음주하는 사람들보다 약간 낮았다. 연구진은 이러한 예외적인 경우는 와인의 항산화 성분이나 식사 중 음주 간격 조절 등 알코올 이외의 요인에서 비롯된 것일 수 있다고 추측했다. 즉, 와인을 마시거나 식사와 함께 술을 마시는 사람들은 삶의 다른 영역에서도 절제를 중시하거나 신체 활동과 같은 건강한 행동을 할 가능성이 더 높을 수 있다는 것이다. 나이미 박사는 "적당한 음주는 건강한 생활 방식의 반영일 수는 있지만, 그 원인은 아니며, 이는 매우 중요한 차이점"이라고 강조했다. 이러한 연구 결과들은 적당한 음주조차 건강에 해로울 수 있다는 점을 강조하며, 기존의 통념에 대한 재고를 촉구하고 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까? (51)] 적당한 음주도 건강에 해롭다…와인도 예외 없어
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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
- 실시간으로 혈당 수치에 맞춰 조절되는 획기적인 유형의 스마트 인슐린이 개발돼 전 세계적으로 수백만 명에 달하는 1형 당뇨병 환자 치료를 혁신할 가능성이 높아졌다고 신기술 개발 동향을 알리는 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 개발된 스마트 인슐린은 필요할 때까지 신체에서 비활성 상태를 유지하다가 혈당을 관리할 시점이 되면 즉시 활성화되어 혈당을 낮추도록 설계됐다. 즉, 혈중 포도당 농도에 반응해 작용하는 스마트 포도당 반응성 인슐린(GRI: Glucose Responding Insulin )이다. 스마트 인슐린은 미국, 영국, 호주, 중국 등의 연구원들이 연합해 개발했다. 이 프로젝트를 담당한 기관 중 하나인 영국 청소년당뇨병연구재단(JDRF: Juvenile Diabetes Research Fund)의 책임자인 레이첼 코너는 "인슐린은 100년 이상 1형 당뇨병 환자들의 생명을 구해 당뇨 치료를 혁신했지만 여전히 충분하지 않다. 인슐린으로 포도당 수치를 관리하는 것은 어려우며, 이제는 과학계가 그 해결책을 찾아야 할 때다"라고 말했다. 현재 증세가 심한 1형 당뇨병 환자는 생존을 위해 하루에 최대 10번까지 합성 인슐린을 주사해야 한다. 혈당 수치의 끊임없는 오르내림은 단기 및 장기적으로 합병증을 유발하는 등 심각한 문제를 일으킬 수 있으며 정신 건강에도 영향을 미칠 수 있다. 기존 인슐린은 주사 시 혈당 수치를 안정시키는 데는 도움이 된다. 그러나 향후의 혈당 변동까지 관리할 수는 없다. 이 때문에 환자가 몇 시간 내에 더 많은 인슐린을 주사해야 하는 경우가 많다. 새로운 포도당 반응성 인슐린은 기존의 인슐린과는 다르게 작용한다. 혈당 수치가 높아질 때만 활성화돼 고혈당을 예방하고, 수치가 너무 낮아지면 비활성화돼 저혈당을 예방한다. 전문가들은 스마트 인슐린이 상용화되는 미래에는 환자가 일주일에 한 번만 인슐린을 투여하면 될 것이라고 추정했다. 스마트 인슐린을 개발한 과학자들은 연구를 가속하기 위해 수백만 달러의 보조금을 받았다. 제1형 당뇨병에 대한 새로운 치료법을 발견하기 위해 영국 당뇨병협회, JDRF, 스티브 모건 재단이 협력, 첨단 연구에 5000만 파운드(873억 원)를 투자하고 있으며 '1형 당뇨병 그랜드 챌린지'를 통해 지원하고 있다. 그랜드 챌린지의 과학 자문 위원회 부의장인 팀 하이즈 박사는 스마트 인슐린이 당뇨병과의 싸움에서 새로운 시대의 시작을 알리는 게임체인저가 될 수 있다고 기대했다. 그는 가디언지와의 인터뷰에서 "1형 당뇨병을 앓고 있는 사람들은 혈당 균형을 맞추기 위해 매일 많은 노력을 기울여야 한다"며 "이번에 개발된 포도당 반응성 인슐린, 소위 스마트 인슐린은 ‘인슐린의 성배’로 생각되며, 이는 약물 요법 중 1형 당뇨병을 치료하는 데 가장 효과적인 솔루션이 될 것"이라고 기대했다. 1형 당뇨병 그랜드 챌린지는 제1형 당뇨병 치료 혁신을 위해 새로운 연구 프로젝트 6개에 270만 파운드(약 47억2200만원) 이상의 자금을 지원하고 있다. 이 자금은 차세대 인슐린 개발을 가속하여 제1형 당뇨병 환자의 삶을 개선하는데 크게 기여하고 있다. 미국, 호주, 중국의 대학에서 수행되는 이 연구는 더 빠르게 작용하면서, 더 정확하게는 1형 당뇨병 관리를 용이하게 함으로써 합병증을 줄이는 인슐린을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 프로젝트 중 4개는 포도당 반응성 인슐린(GRI)을 연구하고 있다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
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[우주의 속삭임(43)] NASA 인사이트 착륙선 데이터 분석, 화성 지하 저수지 증거 발견
- 임무가 종료된 나사(NASA) 화성 미션의 데이터를 연구한 결과, 화성 지하 깊은 곳에 저수지가 있었다는 증거가 나왔다고 CNN 등 외신이 보도했다. 이는 나사의 인사이트(InSight) 화성 착륙선이 지진계를 사용해 2018~2022년까지 화성 내부를 탐사한 데이터로부터 발견한 것이다. 연구는 캘리포니아 주립대 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고) 연구팀이 주도했다. 연구팀은 데이터 분석 결과 화성 지각 중앙의 작은 균열과 바위 기공에 갇혀 있는 물이 화성 전체 지표면을 1.6km 깊이까지 덮을 만큼 충분할 수 있다고 추정했다. 이는 화성의 지질학적 역사에 대한 새로운 정보이며, 실제 사실로 규명돼 저수지에 접근할 수 있다면, 이곳이 화성에서 생명체를 찾을 수 있는 새로운 장소임을 시사하는 것이라고 지적했다. 궤도선에서 관찰한 화성의 물에 의해 변형된 호수, 강 하구, 삼각주 및 암석의 증거들에 따르면 고대 화성은 수십억 년 전에는 지금보다 따뜻하고 습한 곳이었을 가능성이 크다. 그러나 화성은 30억 년 전 대기가 사라졌고, 이로 인해 습한 화성의 시대는 사실상 끝났다. 화성이 대기를 잃은 이유에 대해서는 아직 규명되지 않았다. 화성의 물의 역사, 대기의 상실, 물이 화성에서 생명체가 살 수 있는 조건을 만들었는지를 밝히기 위한 수 많은 우주 임무가 실행됐다. 물은 화성의 극지방 빙하에 얼음으로 갇혀 있지만, 전문가들은 그것이 화성의 잃어버린 물을 모두 설명한다고 생각하지 않는다. 일부는 물이 우주로 사라졌다고 추정하거나 화성 지표면 아래의 광물에 흡수되었거나 깊은 지하수층으로 흘러 들었다고 짐작하는 연구도 있었다. 그런 가운데 이번에 화성 탐사선 인사이트 관측 데이터에서 화성 지하에 물을 가둔 저수지 증거가 나온 것이다. 즉, 화성의 물이 화성 지각으로 흘러 들었음을 시사하는 것이다. 이는 인사이트 탐사선의 지진 데이터를 통해서 드러났다. 인사이트는 화성의 지각 두께와 맨틀의 온도, 핵과 대기의 깊이와 구성에 대한 전례 없는 데이터를 수집했다. 착륙선의 지진계는 화성 지진이라고 불리는 최초의 지진도 감지했다. 지진은 지각판이 이동하고 서로 부딪히면서 발생하는데, 화성 지각은 시간이 지남에 따라 계속 수축되고 냉각되어 단층과 균열이 있는 하나의 거대한 판과 같다. 인사이트 착륙선 지진계는 수백, 수천 마일 떨어진 곳에서 1300개가 넘는 화성 지진을 감지했다. 지진파의 속도는 바위의 구성, 균열의 위치, 균열을 채우는 물질에 따라 달라진다. 연구팀은 이 지진 데이터를 지구에서 지하 유전과 지하수 층을 매핑하는 데 사용되는 암석 물리학의 수학적 모델에 적용해 비교 분석했다. 그 결과 인사이트 착륙선이 수집한 데이터는 지구의 액체 상태의 물로 채워진 깊은 화성암 또는 화산암 층과 가장 잘 일치했다. UC 샌디에이고 스크립스 해양학 연구소의 바샨 라이트 교수는 "화성의 물 순환을 이해하는 것은 기후, 표면 및 내부의 진화를 이해하는 데 중요하며, 유용한 시작점은 물이 어디에 있고 얼마나 있는지를 파악하는 것”이라고 말했다. UC 버클리의 지구 및 행성 과학 교수이자 연구 공동 저자인 마이클 만가는 화성에 거대한 물 저장소가 있다는 이론이 확립되면 화성의 기후가 어땠는지 또는 어떨 수 있는지에 대한 정보의 창이 될 수 있다고 말했다. 만가는 "데이터 분석이 과거나 현재의 생명체에 대한 어떤 정보도 밝혀낼 수는 없지만, 만약 화성 지하에 저수지가 존재했다면, 지구의 깊은 지하수가 미생물 생명체에게 적합했던 것과 같이 습한 화성 지각에 생명체가 거주했을 수 있을 수 있다"고 말했다. 코넬 대학교 천문학과의 천체생물학자인 알베르토 페어렌은 화성 표면 아래 깊은 곳에 물이 존재할 수 있다는 생각은 수십 년 전부터 있었지만, 화성 탐사선의 실제 데이터가 이러한 추측을 사실로 확인할 수 있었던 것은 이번이 처음이라고 말했다. 전문가들은 모두 화성과 태양계 내 다른 행성 및 달에 더 많은 지진계를 보내 탐사하는 것에 큰 관심을 표명했다. 지진계 데이터를 화성 전역에 확대 적용시키면 행성 내부의 변화가 드러나고, 다양하고 복잡한 역사를 더 잘 파악할 수 있는 창을 얻게 되는 것이라고 강조했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(43)] NASA 인사이트 착륙선 데이터 분석, 화성 지하 저수지 증거 발견
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인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
- 과학자들이 고해상도 전자현미경을 사용해 인간 뇌조직을 이미지화해 나노 스케일의 3D 지도를 제작했다. 미국 하버드대학교와 구글 연구팀이 인간 뇌 1㎣(1입방밀리미터)의 세포 연결까지 보여주는 초고해상도 뇌지도를 제작했다고 하버드 매거진과 사이테크 데일리 등 다수 외신이 전했다. 이 지도는 뇌의 복잡성을 보여주고, 뇌 기능 이해를 위한 새로운 가능성을 제시한다. 미국 국립보건원(NIH)이 자금을 지원한 이 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 하버드 대학교의 제프 리히트만 박사와 구글 리서치의 비렌 자인 박사가 이끄는 연구팀은 전자 현미경(EM)을 사용해 입방밀리미터(1㎣) 크기의 인간 뇌 조직 조각을 고해상도로 이미지화했다. 이 뇌 조직은 뇌전증 수술의 일환으로 환자의 대뇌 피질에서 제거한 것이다. 하버드 매거진에 따르면 리피트만 박사의 연구팀은 10년 동안 대뇌 피질 1㎣를 분석해 인간 뇌의 연결에 대한 최초의 정밀 지도를 제작했다. 뇌 조직 분석 결과 매우 아름답고 목적을 알 수 없는 수 많은 복잡한 구조가 밝혀졌다. 신경 섬유가 다른 세포와 연결되는 경로에 정착하기 전에 마치 제자리에서 맴돌고 있는 것처럼 소용돌이 모양으로 성장하는 모습, 정반대 방향이 두 개의 수용체(수상 돌기)만을 가리키고 연결되지 않은 백질 기저층의 신경 섬유와 연결된 새로운 종류의 뉴런, 신경 섬유가 단일 세포에 50개 이상 연결되는 드문 사례인 다중 시냅스 연결 등이 그것이다. 이들의 관찰은 뇌가 어떻게 연결 되었는지에 대한 가정을 뒤집었다. 리히트만은 "많은 사람들이 과학이 문제를 해결하고, 답을 찾고, 치료할 수 있기를 기대하지만 이 경우에는 단순히 자연을 설명하는 것만으로도 뇌가 '우리가 생각하는 것보다 더 복잡하다'는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 먼저 조직을 다이아몬드 칼을 사용해 인간 머리카락의 1천분의 1보다 얇은 5000개 이상의 슬라이스 또는 섹션으로 자른 다음 각 섹션을 EM으로 이미지화했다. 그 결과 약 1.4페타바이트, 즉 1400테라바이트의 데이터가 생성됐다. 팀은 뇌 조직을 5000개 이상의 얇은 조각으로 나누어 각 조각을 전자현미경으로 촬영했다. 이렇게 얻은 1.4페타바이트(PB, 1400테라바이트)의 데이터를 기반으로 3차원 뇌지도를 만들었다. 뇌지도는 5만 7000개 이상의 세포와 약 1억 5000만 개의 시냅스(신경세포 연결 부위)를 포함하며, 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조 세부 정보를 제공한다. 바렌 제인이 이끄는 구굴의 연구팀은 각 슬라이스 내의 객체를 감지하고 일르 연결해 3차원 공간을 렌더링하는 새로운 신경망 기술을 개발했다. 리히트만은 '플러드 필링 신경망' 기술을 사용해 세포, 신경 섬유 및 혈관을 색칠했으며 "기본적으로 여러 섹션에 걸쳐 이러한 객체에 페인트를 붓는 격"이라고 설명했다. 가장 흔한 신경교세포는 신경교세포에 구조적인 지원과 전기적 절연을 제공하는 과립세포였다. 1㎣ 샘플에는 약 230mm의 혈관 세포도 포함되어 있었다. 특히, 연구팀은 재구성을 통해 뇌의 가장 깊은 층에 있는 삼각형 세포들이 서로 마주 보는 두 가지 방향으로 배열되어 있음을 발견했다. 이러한 배열의 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 뇌 기능 이해에 중요한 단서가 될 수 있다. 이번 연구 결과는 뇌 연결체학(뇌 세포 간 연결을 종합적으로 분석하는 학문)의 중요성을 보여주고, 뇌 기능 연구에 새로운 자원을 제공한다. 연구팀은 데이터셋과 분석 도구를 공개하여 다른 연구자들도 이를 활용할 수 있도록 했다. 미국 국립보건원(NIH) BRAIN Initiative 책임자인 존 응아이 박사는 "이번 연구는 신경과학자, 컴퓨터 과학자, 엔지니어 간의 협력이 뇌 기능 이해를 위한 완전한 지도 구축에 얼마나 중요한지를 보여준다"고 말했다.
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인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
- 자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
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[먹을까? 말까?(50)] 제로 칼로리 감미료, 혈전 생성 위험 가능성 제기
- 제로 칼로리 감미료의 일종인 에리스리톨이 혈전 생성 위험을 높일 수 있다는 가능성이 제기됐다. 미국 클리블랜드 클리닉 연구팀의 실험 결과, 건강한 10명의 참가자들에게 에리스리톨 30g을 섭취시켰을 때 혈전 생성 위험이 두 배 이상 증가하는 것으로 나타났다고 CNN이 전했다. 혈전은 혈관에서 떨어져나와 심장으로 이동해 심장마비를 일으키거나 뇌로 이동해 뇌졸중을 유발할 수 있다. 이전 연구에서도 에리스리톨은 뇌졸중, 심장마비 및 사망 위험 증가와 관련된 것으로 보고된 바 있다. 연구를 이끈 스탠리 헤이즌 박사는 "모든 참가자에게서 에리스리톨 섭취 후 혈소판 반응성(혈전 생성)이 증가했다는 점이 주목할만하다"고 밝혔다. 또한 동일한 양의 포도당(설탕)을 섭취한 다른 10명의 참가자들에게서는 혈소판 활동 변화가 관찰되지 않았다. 이번 연구는 소규모이지만 "매우 흥미롭고 중요한 결과"라고 앤드류 프리먼 박사(콜로라도 국4립 유대인 건강센터 심혈관 예방 및 웰니스 책임자)는 평가했다. 그는 "당장 당 알코올을 중단해야 한다는 것은 아니지만, 이 연구는 안전성에 대한 의문을 제기한다"고 말했다. 한편, 업계에서는 30년 간의 연구를 통해 에리스리톨이 안전하고 효과적인 설탕 및 칼로리 감소 대안임이 입증됐다고 반박했다. 칼로리관리협회 칼라 손더슨 회장은 "이번 연구는 참가자 수가 적고 과도한 양의 에리스리톨을 사용했기 때문에 결과 해석에 신중해야 한다"고 주장했다. 그러나 헤이즌 박사는 연구에서 사용된 에리스리톨의 양(30g)은 일반적인 무설탕 음료, 아이스크림 또는 머핀에 포함된 양과 동일하며, 사람들은 종종 이러한 제품을 한개 이상 섭취한다고 반박했다. 에리스리톨은 과일과 채소에서 자연적으로 발견되는 탄수화물인 당 알코올의 일종이다. 인공적으로 대량 생산되는 에리스리톨은 뒷맛이 남지 않고 혈당을 급격히 올리지 않으며 다른 당 알코올에 비해 완화제(설사) 효과가 적다. 설탕의 약 70%의 단맛을 가지며 칼로리가 없는 것으로 간주된다. 헤이즌 박사는 "많은 '천연' 스테비아 및 몽크 푸르트 제품에서 에리스리톨이 가장 많은 비중을 차지한다"며 "설탕처럼 보이고 단 맛이 나며 베이킹에도 사용할 수 있고, 많은 케토(탄수화물 제한 다이어트) 친화적인 제품에도 핵심 성분으로 사용된다"고 설명했다. 미국 식품의약국(FDA)은 인공 에리스리톨을 "일반적으로 안전하다고 인정되는(GRAS)" 물질로 분류하고 있다. 이번 연구는 건강한 사람들을 대상으로 진행되었지만, 심혈관 질환 위험이 있는 사람들에게는 에리스리톨 섭취에 주의가 필요할 수 있다. 헤이즌 박사는 "심혈관 질환은 시간이 지남에 따라 발생하며, 심장 질환은 전 세계적으로 주요 사망 원인"이라며 "우리가 먹는 음식이 숨겨진 위험 요인이 되지 않도록 해야 한다"고 강조했다. 그는 특히 심장 질환이나 당뇨병 등 혈전, 심장마비 및 뇌졸중 위험이 높은 사람들은 당 알코올로 단맛을 낸 음료나 식품보다 소량의 설탕이 든 간식을 가끔 섭취하는 것이 더 나을 수 있다고 조언했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(50)] 제로 칼로리 감미료, 혈전 생성 위험 가능성 제기
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
- 현재의 금성과 지구는 완전히 다른 환경이다. 지구는 풍부한 자원과 부드럽고 안전한 대기, 출렁이는 바다, 온화한 기온, 식물로 뒤덮인 육지가 있다. 반면 금성은 독가스 구름에 산성비가 내리고, 기압이 강하며, 단테의 지옥이라고 하는 것이 어울릴 만큼 섭씨 수백 도에 달하는 고온으로 타오른다. 이러한 차이는 행성의 표피뿐 아니라 내부까지 이어진다. 금성은 지구의 지각 구조와 다르다. 금성에는 지구처럼 서로 마찰하고 안정적인 기후를 유지하는 데 도움이 되는 지각판 영역이 없다. 금성에 지각판이 없다는 것은 지구와 많은 차이를 나타내는 강력한 요인으로 생각되지만, 금성의 과거가 지질학적인 면에서 어떻게 전개되었는지는 실제로 잘 알려지지 않았다. 대표적으로, 테세라(tesserae)로 알려진 금성 표면의 가장 오래된 광대한 고원은 지각적 특징이 있는 것처럼 보이지만, 그것이 어떻게 생겨났는지는 수수께끼로 남아 있다. 그런데 호주 모나시대학교 연구팀의 새로운 분석에 따르면, 금성의 테세라는 수십억 년 전 지구에 최초의 대륙이 만들어진 것과 매우 유사한 과정을 통해 형성되었을 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이 연구는 네이처 지오사이언스에 실렸다. 모나시대학교의 파비오 카피타니오 교수는 "이 연구는 금성이 어떻게 진화하는지에 대한 이해를 높이기 위해 진행됐다. 결과는 의외였다. 우리는 섭씨 460도의 뜨거운 표면 온도와 함께 지각판 구조가 없는 금성이 그렇게 복잡한 지질학적 특징을 가지고 있을 것이라고는 예상하지 못했다"고 밝혔다. 지구와 유사한 면이 발견됐다는 것이다. 지구의 지각판은 다른 행성에 비해 매우 복잡하다. 지각판은 여러 조각으로 나뉘어 있고, 조각들은 느슨한 상태에서 서로 마찰하고, 섭입(한쪽 판이 다른 판의 아래로 밀려 들어가는 현상) 과정에서 서로 아래로 미끄러지고 재배열될 수 있다. 지진도 그 과정에서 일어나며 대륙의 재구성도 이로 인해 이루어진다. 지구 대륙 지각의 가장 오래된 부분은 크레이튼(분화구)으로 알려진 지역이다. 대륙 지각판은 일반적으로 해양판보다 약하지만, 암석이 더 오래되고 밀도가 높으며 강한 지역이 있다. 알려진 크레이튼은 약 35개이며, 지질학자들은 이것이 먼저 형성되어 지구의 용융된 내부를 통해 위로 밀려 올라와 굳어지면서 대륙이 형성되었을 것으로 추정한다. 금성에 대한 우리의 지식은 제한적이다. 금성은 인간의 탐사를 허용하지 않지만, 1989~1994년 사이의 15년 동안 나사(NASA)의 마젤란 우주선은 레이더로 황산 구름 아래 금성의 표면을 자세히 지도화했다. 카피타니오 연구팀은 이 데이터를 활용, 금성에서 이슈타르 테라(Ishtar Terra)로 알려진 테세라 지역을 중점적으로 조사했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용, 수십억 년 전 태양계가 아직 형성의 초기 단계에 있을 때 테세라 지역이 어떻게 형성되었는가를 탐구했다. 분석 결과 테세라는 크레이튼과 같은 방식으로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 금성의 용융된 내부에서 위로 솟아올라 표면으로 분출돼 금성 지각으로 굳어졌을 수 있다는 것이다. 카피타니오는 "이 발견은 금성과 초기 지구와의 연관 가능성에 대한 새로운 관점을 제공한다"라며 "금성에서 발견된 특징은 지구의 초기 대륙 형성과 놀라울 정도로 유사하며, 이는 금성의 과거 역학이 이전에 생각했던 것보다 지구의 역학과 더 유사했을 수 있음을 시사한다"고 말했다. 이는 금성의 진화를 이해할 수 있는 실마리를 제공한다. 지구와 금성이 별도의 지각 활동에 따라 갈라졌다 해도, 크레이튼 형성 과정 이후 판구조론이 형성되기 전에 일어났다는 것을 보여준다. 이 시기가 중요한 이유는, 언제 그리고 어떻게 서로 다른 행성 특성이 나타나는지가 지구와 같은 암석 행성에서 생명체 거주 가능성이 어떻게 발전했는지에 대한 큰 단서가 될 수 있기 때문이다. 금성과 지구가 언제 어디에서 일치했는지를 찾는 등 두 행성의 유사한 특징을 연구함으로써 지구의 초기 역사에 대한 비밀을 풀 수 있을 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(42)] 금성 대륙, 초기 지구와 유사점 암시
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[먹을까? 말까?(48)] 대마초 사용, 두경부암 발병 증가?⋯인과관계 규명 위한 연구
- 대마초를 자주 피우면 두경부암 발병 위험이 증가한다는 연구 결과가 나왔다. 미국 서던캘리포니아 대학교(USC) 케크(Keck) 의대와 USC 카루소 이비인후과-두경부외과 산하 USC 두경부 센터의 연구에 따르면, 대마초가 두경부암 발병을 높인다는 가능성이 제기됐다고 CNN과 메디컬 익스프레스 등 다수 외신이 전했다. USC 두경부 센터의 연구에 따르면, 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 불법 물질인 대마초가 두경부암 발생 증가와 연관될 수 있다는 가능성이 제기됐다. 8일(현지시간) JAMA 이비인후과학-두경부외과학(JAMA Otolaryngology—Head & Neck Surgery)에 발표된 대규모 다기관 연구 결과, 대마초 사용 장애를 가진 성인은 대마초를 사용하지 않는 사람들보다 두경부암 발생 위험이 3.5배에서 5배까지 높은 것으로 나타났다. 미국 질병통제예방센터에 따르면 '대마초 사용 장애'는 대마초 갈망, 대마초 효과에 내성화, 의도한 것보다 많이 사용, 생활에 문제를 일으키는데도 마리화나 사용, 고위험 상황에서 사용, 금단 증상 및 끊지 못하는 증상 중 두 가지 이상이 있는 경우 진단한다. 이 연구는 400만개의 전자 건강 기록 데이터베이스를 분석해 두경부암 환자 중 11만6000건 이상이 대마초 사용 장애와 연관됐음을 발견했다. 연구의 책임 저자인 USC 두경부 센터의 두경부 외과 의사 니엘스 코코트(Niels Kokot) 박사는 "이번 연구는 두경부암과 대마초 사용의 연관성을 밝힌 최초의 연구 중 하나이며, 현재까지 알려진 가장 큰 규모의 연구다. 사람들이 어떤 행동이 암 위험을 증가시키는지 알게 되면 두경부암을 예방할 수 있기 때문에 이러한 위험 요인을 파악하는 것이 중요하다"고 말했다. 코코트 박사는 USC 케크 의과대학의 이비인후과-두경부 외과 교수이기도 하다. 세계에서 여섯 번째로 흔한 암인 두경부암은 구강, 인두, 후두, 구인두(혀, 편도선, 목 뒤쪽 벽) 및 인접한 침샘의 암을 포함한다. 미국에서 두경부암은 전체 암의 4%를 차지한다. 미국 국립암연구재단에 따르면 2024년에는 7만1000건의 이상이 신규 발병하고, 1만6000건 이상의 사망이 예상된다고 CNN은 전했다. 미국 국립암연구소에 따르면 구강암 또는 인후암 진단을 받은 사람의 약 69%가 진단 후 5년 이상 생존한다. 그러나 암이 대사되면 그 비율은 14%로 떨어진다. 후두암 진단을 받은 사람의 약 61%는 5년 후에도 생존하지만, 암이 전이되면 그 비율은 16%로 떨어진다. 케크 의과대학의 MD/MPH 후보자이자 연구의 주 저자인 틸러 갈라거(Tyler Gallagher)를 포함한 연구진은 대마초 사용 장애를 가진 사람들이 모든 유형의 두경부암 발생률이 더 높다는 것을 발견했다. 또한, 대마초 사용 장애 환자의 두경부암 유병률은 연령, 성별, 인종 등 다른 요인과 무관하며, 두경부암과 관련이 있는 것으로 알려진 알코올 및 담배 사용도 이번 연구 결과에 영향을 미치지 않았다. 코코트 박사와 그의 동료 연구원들은 대마초가 두경부암 위험을 높이는 주된 이유는 연기의 해로운 영향 때문이라고 추정했다. 대마초는 주로 흡입을 통해 소비(이번 연구에서는 소비 방법을 구분하지 않았지만)된다. 연구에 따르면 담배 연기에는 DNA 손상 및 염증을 유발하는 수많은 화학 물질이 포함되어 있으며, 이러한 염증이 방치될 경우 암으로 이어질 수 있다. 연구진은 대마초 연기도 유사한 해를 끼칠 수 있다고 추측했다. 실제로 코코트 박사는 대마초 연기가 담배 연기보다 더 해로울 수 있다는 몇 가지 증거가 있다고 주장했다. 그는 "대마초 흡연은 일반적으로 필터 없이 이루어지며 담배보다 더 깊이 흡입하는 경향이 있다. 또한, 대마초는 담배보다 더 높은 온도에서 연소되어 암을 유발하는 염증 위험을 증가시킨다"라고 말했다. 코코트 박사는 대마초와 두경부암 사이의 연관성을 조사하는 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 이번 연구가 사람들이 더 많은 정보를 바탕으로 선택하고 두경부암과 대마초 사용 사이의 연관성에 대한 인식을 높이는 데 도움이 되기를 기대한다. 연구진은 9000만 명 이상의 개인을 대상으로 하는 64개 의료 기관의 건강 연구 네트워크를 통해 20년간의 데이터를 수집하고, 대마초 사용 1년에서 5년 사이의 암 발생 사례를 추적해 이번 연구 결과를 도출했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(48)] 대마초 사용, 두경부암 발병 증가?⋯인과관계 규명 위한 연구
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[우주의 속삭임(41)] 적색 왜성, 강력한 극자외선 복사로 생명체 생존 가능성 낮춰
- 적색 왜성이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 높은 수준의 극자외선을 복사하는 항성 플레어(항성의 표면에서 엄청난 양의 빛과 에너지가 일시적으로 터져 나오는 현상)를 생성할 수 있다는 사실이 발견됐다. 적색 왜성은 크기가 작고 온도가 낮으며 적색을 띈 별로, 태양이 8~50% 정도의 질량을 가진 작은 천체를 말한다. 이는 항성 플레어들로부터 나오는 강렬한 극자외선이 적색 왜성 주변의 행성들에 생명이 거주할 수 있는지의 여부에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 결국 극자외선으로 인해 주변 행성들에서는 생명체의 생존 가능성이 낮아진다는 연구 결과라고 PHYS가 전했다. 이 연구는 하와이 대학이 주도했으며 영국 왕립천문학회지에 발표됐다. 하와이 대학에서 연구를 이끌었던 베라 버거 박사는 "행성에서의 생명체 거주 가능성에 영향을 미칠 수 있을 만큼 충분한 극자외선을 플레어를 통해 방출하는 별은 거의 없다. 그러나 연구 결과에 따르면 의외로 더 많은 별들이 극자외선을 방출하는 능력을 가지고 있을지도 모른다"고 말했다. 버거는 현재 케임브리지 대학 교수로 있다. 연구팀은 GALEX 우주 망원경으로 축적된 데이터를 사용해 근처에 있는 30만 개의 별에서 플레어를 찾았다. GALEX는 2003~2013년까지 전체 하늘을 근자외선과 극자외선 파장으로 동시에 관측한 나사(NASA)의 임무였다. 팀은 새로운 계산 기술을 사용해 데이터로부터 충분한 근거 정보를 획득했다. 오하이오 주립대학 마이클 터커 박사는 "현대의 컴퓨터 성능과 수십 년 쌓인 방대한 기가바이트 관측 데이터를 결합함으로써 우리는 근처 수천 개의 별에서 플레어를 찾을 수 있었다"고 말했다. 조사 결과 플레어를 방출하는 별이 예상외로 많았다는 의미로 읽힌다. 연구팀에 따르면 항성 플레어에서 나오는 극자외선은 행성 대기를 침식해 생명을 유지할 가능성을 위협한다. 연구는 항성 플레어와 외계 행성 거주 가능성에 대한 기존 모델에 새로운 이론을 제시하고 있다. 플레어에서 나오는 극자외선 방출은 지금까지 알려진 것보다 에너지가 평균 3배 더 높고 예상 에너지 수준의 최대 12배에 이를 수 있음을 보여준다. 3배의 차이는 노출된 사람의 피부가 10분 이내에 햇볕에 그을릴 수 있는 알래스카 앵커리지와 하와이 호놀룰루의 여름철 자외선의 차이와 같다. 이 강력한 극자외선 방출의 정확한 원인은 여전히 불분명하다. 연구팀은 플레어 복사가 특정 파장에 집중돼 탄소와 질소와 같은 원자의 존재를 나타낼 수 있다고 추정하고 있다. 연구팀의 제이슨 힝클은 "이 연구는 플레어 외부에서 자외선을 거의 방출하지 않는 태양보다 질량이 덜한 적색 왜성 주변 환경의 그림을 바꿨다"고 말했다. 버거 박사는 극자외선을 연구하기 위해 더 많은 우주 망원경 데이터가 필요하며, 이는 플레어 방출의 원천을 이해하는 데 결정적 역할을 할 것이라고 지적했다. 버거는 "우리의 연구는 항성 플레어가 외계 행성의 환경에 미치는 영향에 대한 추가 탐사에 초점을 맞추고 있다, 우주 망원경을 이용해 별들의 자외선 스펙트럼을 얻음으로써 플레어 방출의 기원을 더 잘 이해할 수 있게 될 것“이라고 밝혔다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(41)] 적색 왜성, 강력한 극자외선 복사로 생명체 생존 가능성 낮춰
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
- 심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다
- 오염원인 플라스틱이 생태계와 먹이사슬을 위협하고 있다. 버려진 플라스틱은 수백 년 동안 바다에 머물러 바다를 오염시키고 있으며, 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근하지 못했던 심해의 일부에서도 커지고 있다. 사람들은 대부분 자신이 생명 유지를 위해 무엇을 먹고 있는지에 대해서는 심각하게 생각하지 않는다. 전문가들이 사람이 섭취하는 해산물들 상당수가 사람들에게 새로운 위험으로 다가오고 있다고 우려하고 있다고 PHYS가 전했다. 엑서터 대학교의 연구팀은 해저에서 수집된 동물 종에 대한 플라스틱의 영향을 연구한 결과 플라스틱이 해양 환경에 큰 위험을 미치며, 인간 건강까지 위태롭게 하고 있다고 밝혔다. 모든 플라스틱은 결국 지구상에서 최고의 생물적 다양성을 갖고 있는 해저로 가라앉아 바다를 오염시키게 된다. 이 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Communications) 저널에 발표됐다. 보고서는 해양 생물이 폐 플라스틱에 노출되는 위험 수준이 지역적인 오염을 그대로 반영할 뿐만 아니라, 생물 종이 주변 환경과 작용하는 먹이사슬 관계도 변화시킨다고 지적하고 있다. 엑서터 대학의 애덤 포터 박사는 "우리는 지구 해저와 그곳에 사는 종에 대해 거의 알지 못한다. 하지만 플라스틱 오염의 영향은 인간이 접근한 적이 없는 심해의 일부 지역에서도 커지고 있다"고 경고했다. 연구팀은 황해나 지중해와 같이 플라스틱 오염 수준이 높은 지역에 사는 동물이 가장 많은 플라스틱을 몸에 포함하고 있다는 것을 발견했다. 미세플라스틱은 93%가 해저 동물에서 발견되었으며, 포식자, 잡식 동물, 청소부로 불리는 퇴적물 섭식자(게, 성게, 오징어 등) 등이 플라스틱을 섭취할 가능성이 가장 높았다. 연구팀원 재스민 가드볼드 교수는 조개, 벌레, 새우와 같은 해저에 사는 유기체는 환경적으로 특별히 중요하지 않은 것처럼 보일 수 있지만, 바다를 넘어 지구의 전체 자원을 조절하고 재활용하는 데 필수적이며 해양 생태계 먹이 사슬의 기반을 형성한다고 밝혔다. 해산물이 미세플라스틱을 섭취한다면, 해산물을 섭식하는 사람들도 결국은 미세플라스틱을 먹는 것과 다름 없다. 미세플라스틱은 인체 건강에 큰 영향을 미치며 그 중에서도 특정 유형의 암, 심장병, 신장병, 알츠하이머병, 생식 문제 등과 관련이 있다고 보고 있다. 연구 결과는 과학계와 정책입안자가 첫 번째 글로벌 플라스틱 조약을 체결하기에 앞서 행동하고 지식 격차를 메우는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 사람이 몇 초 사용하고 버리는 플라스틱이 수백 년 동안 바다에 남아 먹이 사슬을 타고 결국 인간의 생명을 위협하는 것임을 인지해야 한다는 경고다. 엑서터 대학 타마라 갤러웨이 교수는 "유일한 진정한 보존 전략은 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱 생산과 사용을 중단하는 것"이라고 지적했다. 일회용 물병과 플라스틱 비닐 봉지를 버리고, 일회용 건강 및 미용 제품을 교체하고, 플라스틱이 없는 포장으로 브랜드를 지원하는 등의 조치를 취함으로써 바다로 유입되는 플라스틱의 양을 줄이는 노력을 기울여야 한다는 지적이다.
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- 생활경제
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심해 플라스틱 오염, 식량 사슬 위협…인류 건강까지 위태롭다
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[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가
- 그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
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[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가
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