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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
- 인공지능(AI)을 활용해 설계된 새로운 열 방출 소재가 개발돼 냉방 효율을 획기적으로 개선하고, 주거·의류 산업·우주 분야까지 폭넓은 적용 가능성을 제시하고 있다. 미국 텍사스대학교 오스틴캠퍼스 연구진은 중국 상하이교통대, 싱가포르국립대, 스웨덴 우메오대 등과 공동으로, AI 기반 머신러닝 기법을 활용해 3차원 열 메타 방출체(thermal meta-emitter)를 설계하는 프레임워크를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 국제학술지 네이처(Nature) 7월호에 게재됐다. 연구팀은 이를 통해 총 1,500종 이상의 독자적 소재를 설계했으며, 이러한 소재들은 복잡한 열 방출 특성을 조절함으로써 에너지 효율을 극대화할 수 있도록 고안됐다. 텍사스대 기계공학과의 유빙 정(Yuebing Zheng) 교수는 "기존 방식은 시도와 오류에 의존해 설계 속도와 정확도에 한계가 있었지만, 이번 프레임워크는 설계 공간을 비약적으로 확장함으로써 이전에는 상상조차 어려웠던 고성능 소재를 현실화했다"고 설명했다. 실제 냉각 실험에서도 효과가 입증됐다. 연구진은 설계된 4종의 메타 방출체 중 하나를 모형 주택의 지붕에 적용해 기존 상용 백색·회색 도료와 비교했다. 정오 기준 직사광선 하에서 4시간이 지난 뒤, 해당 메타 방출체를 적용한 지붕의 표면 온도는 기존 도료 대비 평균 5~20도 낮게 유지됐다. 이 같은 성능을 기반으로 연구진은, 고온 도시인 리우데자네이루나 방콕의 아파트에 적용할 경우 연간 약 1만5,800킬로와트시(kWh)의 에너지를 절감할 수 있을 것으로 추정했다. 이는 일반적인 에어컨 한 대가 연간 소비하는 전력량(약 1,500kWh)의 10배가 넘는 수치다. 연구진은 해당 소재의 활용 분야가 단순 주거·상업용 냉방을 넘어 도시환경, 항공우주, 섬유, 자동차 등 다방면으로 확장될 수 있다고 보고 있다. 예를 들어 도심 건축물에 적용할 경우 열섬현상을 줄이고, 우주선 외부에 활용하면 태양광 흡수와 복사열 방출을 동시에 조절해 내부 온도를 효과적으로 관리할 수 있다는 설명이다. 소비자용 제품에도 적용 가능성이 높다. 이 소재를 의류나 캠핑 장비에 접목하면 더운 환경에서도 착용자의 체온 상승을 억제할 수 있고, 차량 외장재나 내장재로 활용할 경우 햇빛 아래 장시간 주차된 차량의 내부 온도를 낮추는 데 기여할 수 있다. 정 교수는 "기존 자동화 설계 방식은 단층 박막 구조나 평면 패턴 등 단순한 형태만 구현 가능했으나, 이번 프레임워크는 다층적이고 입체적인 구조 설계가 가능해 실질적인 성능 향상이 가능하다"고 밝혔다. 해당 연구를 공동 주도한 카이 야오(Kan Yao) 박사는 "AI가 모든 문제의 해답은 아니지만, 열 방출체처럼 스펙트럼 조절이 핵심인 소재 설계에서는 머신러닝이 최적의 해법이 될 수 있다"고 강조했다. 연구진은 향후 이 프레임워크를 나노광학(nanophotonics) 분야 전반에 확장 적용할 계획이다. 나노광학은 빛과 물질이 나노미터 수준에서 상호작용하는 영역으로, 센서·이미징·에너지 기술 등 차세대 광학 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 이번 논문은 AI 기반 신소재 설계가 실험적 한계를 넘어 상용 기술로 이어질 수 있는 가능성을 제시한 사례로 평가된다. 향후 기후변화 대응 및 에너지 효율화 기술 발전의 새로운 전환점이 될 수 있을지 주목된다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(186)] AI가 설계한 차세대 냉각 소재⋯실내 온도 낮추고 에너지 소비 줄인다
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[ESGC] 대서양 나노플라스틱 오염, 기존 추정치 훌쩍 넘어⋯'보이지 않는 공포'
- 대서양에 나노플라스틱이 무려 2700만톤이나 떠다니고 있는 것으로 밝혀졌다. 유럽 연구진이 북대서양 전역에서 해수 샘플을 채취해 분석한 결과, 인간 눈에 보이지 않을 정도로 미세한 '나노플라스틱'이 해양 전반에 광범위하게 퍼져 있으며, 특히 수면 근처와 유럽 해안 인근에서 고농도로 발견됐다. 해당 연구 결과에 대해서는 사이멕스(scimex), 유렉얼랏, 뉴욕타임스 등 다수 외신이 10일 보도했다. 해당 내용은 국제학술지 '네이처(Nature)'에 최근 게재됐다. 유렉얼럿에 따르면 로열 네덜란드 해양연구소(NIOZ)와 위트레히트 대학교가 시행한 연구는 해양 나노플라스틱 양에 대한 최초의 추정치를 제공한다. 이번 조사는 NIOZ와 위트레히트 대학교를 포함한 공동 연구팀이 북대서양 12개 지점에서 다양한 수심에서 채취한 해수 시료를 분석하는 방식으로 진행됐다. 그 결과, 수면에서 10미터 깊이의 해수 1세제곱미터(m³)당 평균 18.1밀리그램의 나노플라스틱이 포함된 것으로 나타났으며, 유럽 해안 인근의 샘플에서는 이보다 높은 25밀리그램의 농도가 측정됐다. 해저 부근에서는 평균 5.5밀리그램 수준이었다. NIOZ 연구원이자 위트레흐트 대학교 지구화학 교수인 헬게 니만은 "해수에 나노플라스틱이 존재한다는 것을 보여주는 논문이 몇 편 있었지만, 지금까지 그 양을 추정할 수 없었다"며 해양 과학자들과 위트레흐트 대학교의 대기 과학자 두샨 마테리치(Dušan Materić) 박사의 지식이 힘을 합쳐 이 최초의 추정치를 얻을 수 있었다고 밝혔다. 연구를 이끈 두샨 마테리치 박사팀은 특히 북대서양 수면 10미터 이내에 존재하는 나노플라스틱의 총량이 2,700만 톤에 이를 것으로 추정했다. 이는 그간 전 세계 바다 전체에 존재하는 것으로 여겨졌던 나노플라스틱 양과 비슷한 수준으로, 해양 오염에 대한 기존 추정이 매우 심하게 과소평가됐을 수 있음을 시사한다. 나노플라스틱은 지름이 1마이크로미터(1μm, 1000분의 1mm) 이하인 미세한 플라스틱 조각으로, 바다에서 자외선과 파도 등의 물리적 작용으로 만들어진다. 일반적인 미세플라스틱과 달리 생물학적 장벽을 쉽게 통과할 수 있어 어류 등 해양 생물체 내에 축적될 가능성이 높다. 연구진은 "나노플라스틱이 해양 생태계에 가장 심각한 위협이 될 수 있다"며 "대서양에 축적된 플라스틱 질량 중 대부분은 나노 수준일 가능성이 높다"고 분석했다. 니만과 동료들은 예를 들어 1마이크로미터 이하의 크기로 아직 발견되지 않은 다양한 종류의 플라스틱에 대한 추가 연구를 수행할 계획이다. 니만은 "예를 들어, 나노플라스틱에서 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 발견되지 않았다. 이 연구에서 다른 분자에 의해 가려졌을 가능성이 있다. 또한 나노플라스틱이 다른 바다에도 풍부한지 알고 싶다. 그럴 가능성은 있지만, 아직 증명되지 않았다"고 덧붙였다. 니만은 바닷물 속 나노플라스틱의 양이 중요한 미비점이었지만, 이제는 아무런 조치도 취할 수 없다고 강조했다. 그는 "바닷물에 존재하는 나노플라스틱은 결코 정화될 수 없다. 따라서 이 연구의 중요한 메시지는 적어도 플라스틱으로 인한 환경 오염을 막아야 한다는 것"이라고 말했다. 이번 연구는 해양 플라스틱 문제의 양적·질적 위협을 동시에 드러낸 사례로 평가된다. 시각적으로 확인하기 어려운 나노 단위 오염물질이 해양 생물과 먹이사슬, 나아가 인간 건강에도 영향을 미칠 수 있다는 점에서 향후 보다 정밀한 모니터링과 국제적 규제 논의가 요구된다.
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- ESGC
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[ESGC] 대서양 나노플라스틱 오염, 기존 추정치 훌쩍 넘어⋯'보이지 않는 공포'
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[퓨처 Eyes(92)] 신약 개발 '수년'을 '수주'로⋯세포 속 'AI 진화 엔진' 나왔다
- 호주 과학자들이 살아있는 세포를 '인공지능(AI) 엔진'처럼 활용해 신약 개발 기간을 획기적으로 단축하는 기술을 개발했다. '프로테우스(PROTEUS)'라 불리는 이 기술은 인체와 유사한 포유류 세포 안에서 원하는 기능을 가진 분자만 골라 빠르게 진화시키는 방식이다. 수년이 걸리던 신약 후보 물질 탐색을 몇 주 만에 끝낼 수 있어, 과학계의 큰 주목을 받고 있다. 프로테우스(PROTEUS)는 '선택 기반 단백질 진화(PROTein Evolution Using Selection)'의 약자로, 이 시스템은 유전자 치료로부터 질병 치료 단백질에 이르기까지 모든 것을 설계하는 방식을 바꿀 수 있다. 메디컬익스프레스에 따르면 기존에도 진화의 원리를 이용해 원하는 분자를 만드는 '지향적 진화(directed evolution)' 기술은 있었지만, 주로 구조가 단순한 박테리아나 효모에서만 가능했다. 인체처럼 복잡한 포유류 세포에서 이 기술을 구현한 것은 프로테우스가 세계 최초다. 신약 개발은 물론 유전자 치료 분야의 패러다임을 바꿀 기술로 기대를 모은다. AI처럼 문제 푸는 '유전자 택배상자' 프로테우스의 핵심은 '키메라 바이러스 유사 소포'라는 특별한 '유전자 택배상자'에 있다. 연구팀은 인체에 무해하도록 바이러스의 유전자를 조작해, 원하는 유전 정보(돌연변이 후보)를 세포 안으로 안전하게 배달하는 시스템을 만들었다. ZME 사이언스에 따르면 이 소유전자 택배상자는 포유류 세포에 침투할 수 있는 알파바이러스인 셈리키 포레스트 바이러스(Semliki Forest Virus)의 변형된 버전을 기반으로 한다. 셈리키 포레스트 바이러스는 생물학 연구에서 바이러스 생활주기 및 바이러스 신경병증 모델로 광범위하게 사용되어 왔다. 연구팀은 셈리키 포레스트 바이러스에서 감염을 유발할 수 있는 단백질 껍질인 바이러스 캡시드를 제거하고 완전히 다른 바이러스의 외피 단백질로 대체했다. 이러한 하이브리드 설계 덕분에 PROTEUS는 인체에 무해하게 안전하고 견고하게 작동할 수 있었다. 택배상자가 세포 안에 들어가면, 그 안의 유전 정보가 세포의 생존과 기능에 어떤 영향을 주는지 시험이 시작된다. 이 중 특정 질병을 억제하는 등 연구팀이 원하는 '정답'에 가까운 기능을 보이는 유전자만 살아남아 다음 진화 단계로 넘어간다. 수백만 개의 후보군이 이런 과정을 거치며 가장 뛰어난 성능을 가진 분자만 남게 된다. 마치 AI가 수많은 데이터 속에서 최적의 답을 찾아내는 것과 같은 원리다. 실험으로 증명된 강력한 성능 연구팀은 프로테우스의 성능을 여러 실험으로 증명했다. 특정 항생제(독시사이클린)를 무력화하는 단백질을 만드는 데 단 4번의 진화 주기만으로 성공했다. 약물에 반응해 유전자를 켜고 끄는 '유전자 스위치'의 성능 개선 실험에서는 더욱 놀라운 결과를 보였다. 기존 스위치를 30번 진화시켜, 약물에 6배나 더 민감하게 반응하는 새로운 버전을 개발한 것이다. 특히 이 새로운 스위치는 복잡한 포유류 세포에서만 작동해, 기존 기술의 한계를 명확히 뛰어넘었음을 입증했다. 암 신호 감지하는 '나노바디'도 뚝딱 가장 주목받는 성과는 암 발생의 중요 신호를 감지하는 바이오센서를 만든 것이다. 연구팀은 항체의 크기를 줄인 '나노바디(nanobody)'를 진화시켜, 암세포의 특징 중 하나인 DNA 손상을 정확히 찾아내도록 했다. 기존 나노바디는 세포핵 안의 목표물(종양 억제 단백질 p53)을 잘 찾지 못했지만, 35번의 진화를 거친 나노바디는 암세포 안에서 목표물을 정확히 찾아내 밝은 빛을 내는 데 성공했다. 이러한 실험은 안전한 환경을 위해 아기 햄스터의 신장 세포(BHK-21)에서 진행됐다. 여기서 만들어진 고성능 분자들은 이후 인간 세포 환경에서도 뛰어난 성능을 발휘하는 것으로 확인됐다. 열린 기술, 밝은 미래를 향하다 이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸으며, 프로테우스 기술은 전 세계 연구자들이 쓸 수 있도록 오픈 소스로 공개됐다. 연구를 주도한 호주 시드니 대학교의 그레그 닐리 교수는 "프로테우스는 우리 몸에 최적화된 분자를 만들어, 기존 기술로는 불가능했던 신약 개발을 가능하게 한다"고 말했다. 같은 대학의 크리스토퍼 데네스 박사 또한 "이제 우리는 해결하기 어려운 유전 문제를 세포에 제시하고, 세포가 어떻게 해답을 찾는지 실시간으로 관찰할 수 있게 됐다"고 그 뜻을 설명했다. 프로테우스는 앞으로 질환이나 인체 조직에 따라 특화된 맞춤형 치료제 개발의 문을 활짝 열 것으로 보인다. 인류의 건강한 미래를 앞당길 이 '세포 속 AI'의 활약에 전 세계의 이목이 쏠리고 있다.
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[퓨처 Eyes(92)] 신약 개발 '수년'을 '수주'로⋯세포 속 'AI 진화 엔진' 나왔다
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[기후의 역습(152)] "빙하 녹으면 화산 폭발 급증"⋯지구 온난화 '숨은 재앙' 드러나
- 지구온난화로 인한 빙하 해빙이 장기적으로 화산 분화 가능성을 높일 수 있다는 연구 결과가 발표됐다고 인사이드 클라이밋 뉴스가 7일(현지시간) 보도했다. 특히 남극과 같은 고위도 지역에서 해빙이 화산 활동을 촉진하고, 이로 인한 분화가 다시 기후에 영향을 주는 '피드백 루프'가 발생할 수도 있다는 우려가 제기됐다. 미국 위스콘신대학교 브래드 싱어(Brad Singer) 교수 연구팀은 칠레 안데스 산맥에 위치한 여섯 개 화산에서 수집한 암석의 지화학 분석을 통해, 마지막 빙하기 이후 빙하가 사라지며 화산 활동이 증가한 사실을 규명했다. 이 연구는 미국 국립과학재단(NSF) 지원으로 진행됐으며, 7일 체코 프라하에서 열린 과학 학술회의에서 공개됐다. 싱어 교수는 "두꺼운 빙하가 화산의 '뚜껑' 역할을 하다가, 얼음이 녹으면서 갑작스럽게 내부 압력이 해소돼 분화가 발생할 수 있다"며, "빙하가 사라지자마자 분출 빈도뿐 아니라 용암의 화학 조성에도 뚜렷한 변화가 관측됐다"고 밝혔다. 그는 이를 "콜라 병이나 샴페인 병의 뚜껑을 열었을 때와 비슷한 현상"이라고 설명했다. 빙하기 절정기인 약 1만4000년~2만 년 전, 빙하 아래에 갇힌 마그마는 실리카가 풍부한 결정 구조를 형성하며 기체를 가두었고, 이는 폭발적 분화를 유발하는 요인이 됐다고 연구진은 분석했다. 당시의 화산재는 수 킬로미터 상공까지 분출돼 성층권에 도달했을 가능성도 있는 것으로 추정된다. 특히 연구진은 남극 서부 빙상 아래 존재하는 100개 이상의 화산에도 주목했다. 해당 지역은 이미 해수 온난화로 인해 하부에서 떠받치는 빙붕이 녹고 있으며, 지각에 균열이 있는 화산 지대가 존재할 가능성이 크다고 지적했다. 싱어 교수는 "이런 지역에서 빙하가 급격히 사라질 경우, 화산 활동이 빠르게 증가할 수 있다"며 "화산이 빙하 아래에서 분출하면 하부에서 빙하를 녹이며 해수면 상승을 가속화할 수 있다"고 경고했다. 공동연구자인 파블로 모레노 야에거(Pablo Moreno-Yaeger)는 "얼음은 마치 뚜껑처럼 작용해 화산 내부의 마그마 조성을 바꾸고, 빙하가 사라지면 더 폭발적인 분화로 이어질 수 있다"고 덧붙였다. 실제로 아이슬란드에서는 1970년대부터 빙하와 화산의 상관관계에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 2016~2017년에는 카틀라(Katla) 화산에서 하루 최대 2만 4000톤의 이산화탄소가 분출된 것으로 측정됐다. 이는 아이슬란드 전체 화산 이산화탄소 배출량 추정치를 웃도는 수치다. 또한 해빙으로 인해 방출되는 대규모 담수의 중량은 지각에 수압을 가중시켜 지진 활동까지 유발할 수 있다는 연구도 나왔다. 2024년 발표된 논문에 따르면, 댐 수위가 높을 때 지진 발생 가능성이 증가하듯, 해수면 상승도 지진을 유발할 수 있는 요소다. 영국 옥스퍼드대학교의 화산학자 데이비드 파일(David Pyle)은 이번 연구에 대해 "기후 변화에 따른 빙하 질량 변화와 화산 활동 사이의 연계를 뒷받침하는 중요한 증거"라고 평가했다. 한편, 안데스 화산들의 경우 빙하 해빙 이후 수천 년의 시차를 두고 화산 활동이 증가한 것으로 나타나, 이런 변화가 즉각적이지는 않다는 점도 강조됐다. 싱어 교수는 "화산 폭발 시점은 예측하기 어렵지만, 해빙이 이어질수록 더 많은 화산이 깨어날 가능성은 분명하다"며 "화산 분출이 다시 얼음을 녹이고, 그로 인해 해수면이 상승하는 '부정적 피드백 루프'가 현실이 될 수 있다"고 경고했다.
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[기후의 역습(152)] "빙하 녹으면 화산 폭발 급증"⋯지구 온난화 '숨은 재앙' 드러나
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[ESGC] 효소 기반 플라스틱 재활용, 산업화 길 열렸다⋯에너지 소비 65%·비용 74% 절감
- 효소를 기반으로 선택적으로 플라스틱을 분해하는 기술이 개발됐다. 미국 국립재생에너지연구소(NREL)와 매사추세츠대학교 로웰캠퍼스, 영국 포츠머스대학교 등 3개 연구기관이 공동으로 효소 기반 플라스틱 재활용 기술의 상업화를 위한 청사진을 제시했다고 클린테크니카가 6월 30일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 효소를 활용한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 분해 공정에서 에너지 소모와 비용을 대폭 절감해 산업적 가능성을 확보했다고 밝혔다. PET는 제조 비용이 저렴하고 견고성 등 재료 특성이 우수해 일회용 포장재, 음료수 병, 섬유 등에 널리 사용되는 플라스틱이다. 이번 연구는 기존의 플라스틱 분해효소 '페타제(PETase)' 개선 연구에 고도화된 화학공정 기술과 경제성 분석을 접목해 PET 재활용의 전체 공정을 최적화한 결과다. 기존 재활용 방식은 오염되거나 착색된 저급 폐플라스틱 처리에 어려움이 있었지만, 이번에 개발된 효소는 선택적으로 PET만을 분해할 수 있어 재활용 효율을 높일 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 연구팀은 플라스틱 분해부터 생성된 모노머 회수까지 전 공정에서 혁신을 도입해 산·염기 투입을 99% 이상 줄이고, 연간 운용 비용을 74% 절감했으며, 에너지 사용량도 65% 줄였다. 이렇게 생산된 효소 기반 재활용 PET의 단가는 1.51달러/㎏으로, 미국 내 신규 PET 생산 단가(1.87달러/㎏)보다 낮아 상업적 경쟁력을 갖춘 것으로 평가된다. NREL의 수석연구원이자 이번 연구를 이끈 그레그 벡햄 박사는 "복잡한 폐플라스틱을 처리할 수 있는 효소 기반 재활용 기술은 실현 가능성을 높이기 위해 공정 전반에 걸친 다학제적 접근이 필수적이었다"고 설명했다. 이번 연구는 미국 에너지부 첨단소재·제조기술국(AMMTO)과 바이오에너지기술국(BETO)의 지원을 받아 진행됐으며, '열가소성 플라스틱의 매립 및 환경 유출 방지를 위한 바이오 최적화 기술(BOTTLE)' 프로젝트의 일환으로 수행됐다. 한편, 미국 NREL의 2022년 보고서에 따르면 2019년 기준 미국 내 전체 플라스틱의 86%가 매립되었으며, 이는 미국 교통 부문의 에너지 수요의 5%를 공급할 수 있는 잠재 에너지에 해당한다. 전 세계 플라스틱 생산량이 2050년까지 현재의 2~4배로 증가할 것으로 전망되는 가운데, 폐플라스틱을 원료화해 에너지를 재활용하는 기술의 중요성은 더욱 커지고 있다. NREL의 생화학자이자 이번 논문의 공동 제1저자인 나타샤 머피는 "우리는 소비자가 사용한 플라스틱을 새로운 소재의 원료로 효율적으로 가치화하기 위한 새로운 재활용 기술을 설계, 시험, 최적화할 수 있는 중요한 기회를 보고 있다"고 말했다. 포츠머스대학에서 NREL로 합류한 존 맥기헌 박사는 "기초과학을 산업에 접목하는 이번 프로젝트에 참여하게 되어 기쁘다"며 "미국 내 최초의 효소 기반 플라스틱 재활용 플랜트 건설을 위해 산업계와 긴밀히 협력해 나갈 것"이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 케미컬 엔지니어링(Nature Chemical Engineering)'에 게재됐다.
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[ESGC] 효소 기반 플라스틱 재활용, 산업화 길 열렸다⋯에너지 소비 65%·비용 74% 절감
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
- [신소재 신기술(182)] CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재, 스위스 연구진 개발 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 광합성 '생체 건축 소재' 개발…건축 외피 활용 가능성 제시 스위스 연방취리히공과대학(ETH 취리히) 연구진이 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 고체 무기물로 전환하는 광합성 기반 '생체(living) 소재'를 개발해 주목받고 있다. 이 소재는 향후 건축물 외벽에 적용돼 건축물 자체가 탄소를 흡수·저장하는 구조물로 기능할 가능성을 제시한다. 과학 기술 전문 매체 라이브사이언스에 따르면 이 소재는 청록색조류(시아노박테리아, cyanobacteria)를 고수분 젤(hydrogel) 기반의 3D 프린팅 소재 내부에서 배양한 구조로, 빛, 물, CO₂를 흡수해 산소와 유기물을 생성하는 광합성 기능을 갖췄다. 특히, 칼슘 및 마그네슘 등 영양분이 공급될 경우, CO₂를 흡수해 탄산염 결정체(예: 석회석)로 전환해 무기 탄소 형태로 고정하는 특성이 있다. ETH 취리히 고분자공학과 마크 티빗(Mark Tibbitt) 교수는 "이 소재는 바이오매스뿐 아니라 무기질 형태로도 탄소를 저장할 수 있어, 건축물의 외피에 적용될 경우 건물 자체가 탄소저장고 역할을 할 수 있다"고 설명했다. 실험에 따르면, 해당 소재는 400일 동안 CO₂를 지속적으로 흡수해 1g당 약 26mg의 이산화탄소를 고정하는 성과를 냈다. 이는 기존의 생물학적 탄소 포집 방식보다 효율성이 높은 것으로 평가된다. 소재는 시간이 흐를수록 구조가 단단해지고 색도 짙어지며, 초기에는 젤 형태였지만 무기질 격자가 형성되며 기계적 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 연구진은 이러한 자가 강화 성질이 건축 재료로의 적용 가능성을 뒷받침한다고 분석했다. 해당 연구는 4월 23일자 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 이 소재의 기반은 다공성 하이드로겔로, 내부에서 청록색조류가 광합성을 지속할 수 있도록 빛과 기체 투과성을 확보한 구조다. 연구팀은 해수 성분의 인공 용액으로 영양분을 공급해 광합성과 무기화 반응이 동시에 이뤄지는 조건을 조성했고, 가장 적합한 생존 환경을 구현하기 위해 다양한 3D 구조를 실험했다. 공동 연구자인 ETH 취리히 박사과정 연구원 이판 추이(Yifan Cui)는 "시아노박테리아는 지구상에서 가장 오래된 생명체 중 하나로, 미약한 빛만으로도 이산화탄소와 수분을 활용해 바이오매스를 생성할 수 있다"고 밝혔다. 향후 연구는 해당 소재를 실제 건물 외피에 적용하기 위한 영양분 공급 방식과 유전적 개량을 통한 광합성 효율 제고 방안 등에 초점을 둘 예정이다. 특히 연구진은 베니스 비엔날레 건축 전시회에서 이 소재를 1년간 최대 18kg의 CO₂를 흡수하는 나무 모양의 구조물로 구현해 시연한 바 있다. 티빗 교수는 "이번 생체 소재는 저에너지·친환경적 탄소 고정 방식으로, 기존의 화학적 포집 기술을 보완할 수 있는 가능성을 갖고 있다"며 "도시 환경에서의 탄소저감 수단으로 충분한 잠재력을 지닌다"고 덧붙였다.
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[신소재 신기술(182)] 스위스 연구진, CO₂ 흡수하는 생체 건축 소재 개발
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[신소재 신기술(180)] MIT, 손상된 명화 복원 방식 혁신⋯디지털 아닌 실물 회복 가능하게 해
- 미국 MIT 공과대학에서 손상된 고전 회화를 되살리는 인공지능(AI) 기반 새로운 기술이 개발돼 주목받고 있다. 15일(현지시간) 뉴아틀라스는 기존 인공지능(AI) 기반 복원 방식이 디지털 이미지로의 복제에 그친 것과 달리, 이번 기술은 실물 회화 자체에 가역적인 복원 조치를 적용하는 방식이라며 이같이 보도했다. 핵심은 손쉽게 제거 가능한 투명 마스크를 활용한 '물리적 복원'이라는 점이다. 이 기술은 MIT 기계공학과 대학원생 알렉스 카치킨(Alex Kachkine)이 개발했다. 그는 취미로 고전 회화의 수작업 복원을 해오던 중, 미술관에는 복원이 시급하지만 시간과 비용 문제로 전시되지 못하는 작품이 많다는 점에 주목했다. 그가 고안한 방식은 수년이 걸릴 복원 작업을 단 몇 시간 안에 마칠 수 있도록 한다. 카치킨은 자신이 소장하던 15세기 유화 작품을 실험 대상으로 삼았다. 기존에 덧칠된 복원 흔적을 제거한 후 고해상도로 스캔했고, AI 알고리즘을 활용해 원래의 모습을 디지털로 복원했다. 이어 자체 개발한 소프트웨어로 원작의 손상 부위와 필요한 색상을 정밀하게 파악하고, 이를 바탕으로 복원 지도를 제작했다. 이 디지털 복원 지도는 상업용 고정밀 잉크젯 프린터로 투명 고분자 필름에 두 겹의 마스크로 출력된다. 하나는 색상층, 다른 하나는 백색층이다. 이 마스크는 원화 위에 정밀하게 정렬돼 부착되며, 얇은 바니시 코팅으로 고정된다. 바니시와 마스크 모두 기존 보존 화학제로 손쉽게 제거 가능하며, 원작에는 손상이 없다. 실제 복원 과정에서는 5612개의 손상 영역에 총 5만7314가지의 색상이 사용됐으며, 전체 복원 시간은 3시간 30분에 불과했다. 수작업으로 복원할 경우보다 약 66배 빠른 속도다. 복원 지도는 향후 보존 전문가가 참고할 수 있도록 영구 기록으로 남는다. 카치킨은 "보존 창고 속 많은 예술 작품이 빛을 보지 못하고 있다"며 "이 새로운 기술이 더 많은 예술품을 세상에 다시 선보일 수 있는 계기가 되기를 바란다"고 말했다. 관련 논문은 최근 국제학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(180)] MIT, 손상된 명화 복원 방식 혁신⋯디지털 아닌 실물 회복 가능하게 해
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[퓨처 Eyes(88)] RNA, 스스로 복제하다⋯생명 기원 미스터리 풀 실마리
- 인류의 기원은 어디일까. 우리는 과연 어디에서 왔을까. 수천년 동안 인류의 지적 호기심을 자극해온 이 바탕이 되는 질문에 과학이 한 걸음 더 다가섰다. 최근 과학자들이 실험실 환경에서 생명 탄생의 가장 초기 단계로 여기는 리보핵산(RNA)의 자가 복제 과정을 일부 재현하는 데 성공하면서, 지구 최초의 생명체가 어떻게 등장했는지에 대한 수수께끼를 푸는 데 중요한 실마리를 제공하고 있다. 이는 약 40억 년 전 단백질이나 DNA(디옥시리보핵산) 보다 먼저 RNA가 생명 활동의 중심이었으리라는 'RNA 세계' 가설에 힘을 싣는 연구 결과로 주목받는다. 생명의 설계도이자 일꾼, RNA 대부분의 진화생물학자는 지구가 약 4억 년 동안 'RNA 세계'였다고 본다. 이 가설의 핵심은 생명의 시작이 정교한 DNA나 단백질이 아닌 상대적으로 단순한 구조의 RNA에서 비롯됐다는 것이다. RNA는 오늘날 우리 몸 속에서 유전 정보를 전달하거나 단백질을 만드는 데 관여하는 물질이다. RNA는 DNA처럼 유전 정보를 저장하는 능력과 단백질처럼 화학 반응을 돕는 효소 기능을 일부 함께 수행한다는 점이 중요하다. 즉, RNA는 정보 저장과 기능 수행이라는 생명의 두 가지 핵심 역할을 혼자 해낼 수 있는 다재다능한 분자다. 과학자들은 이런 RNA가 스스로 복제하며 점차 복잡한 생명 시스템으로 진화했을 것으로 추정하고 있다. 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 제임스 애트워터 박사는 RNA를 두고 "이것이 생물학을 움직인 분자였다"고 표현하며 그 중요성을 강조했다. 하지만 이 RNA 세계 가설에는 큰 어려움이 있었다. 첫째, 현재 살아있는 생물에게서 이 '최초 RNA 복제자'의 명확한 흔적을 찾기 어렵다는 점이다. 둘째, 초기 지구와 비슷한 환경에서 RNA가 스스로 복제하는 과정을 실험실에서 성공적으로 재현하지 못했다는 점이다. RNA 분자는 DNA처럼 두 가닥이 서로 꼬인 이중 나선 구조를 이룰 수 있는데, 이 RNA 이중 나선은 DNA와 견주어 결합력이 훨씬 강하다. 이 때문에 두 가닥을 분리해 각각을 바탕으로 새로운 RNA 가닥을 만드는 복제 과정이 매우 어렵다. 마치 단단히 붙은 테이프 두 장을 떼어 복사본을 만들려는 것과 비슷하다. 풀리지 않던 RNA 복제의 수수께끼 영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL)과 케임브리지 MRC 분자생물학 연구소 공동 연구팀은 이러한 어려움을 극복하기 위해 RNA에 대한 새로운 접근을 시도했다. 연구팀은 국제 학술지 '네이처 케미스트리'에 발표한 논문에서 특정 조건으로 RNA의 부분 자가 복제를 이끄는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀이 주목한 것은 '트리뉴클레오타이드', 즉 세 개의 RNA 문자(핵산의 기본 단위인 뉴클레오타이드가 세 개 이어진 것)로 이루어진 짧은 RNA 조각인 '삼중항 RNA'였다. 애트워터 박사는 "우리가 사용한 삼중 뉴클레오타이드라고 불리는 RNA의 삼중항 또는 세 글자 구성 요소는 오늘날 생물학에서는 찾을 수 없지만, 훨씬 쉬운 복제를 가능하게 한다. 가장 초기 형태의 생명체는 우리가 알고 있는 어떤 생명체와도 상당히 달랐을 것이다"라고 설명했다. 오늘날 세포 안에서 단백질을 만드는 정보 단위가 세 개의 염기(코돈)로 이루어진다는 점을 생각하면 이 삼중항 RNA의 역할은 흥미롭다. 애트워터 박사는 "생물학이 과거에 RNA를 복사하는 방식과 오늘날 생물학이 RNA를 사용하는 방식 사이에 관계가 있을 수 있다"고 언급했다. 실험실에서 찾은 생명 탄생의 조건 연구팀의 실험 과정은 초기 지구의 특정 환경 변화를 따랐다. 먼저, 복제의 바탕이 될 긴 RNA 가닥과 많은 양의 삼중항 RNA 조각들을 물에 넣고 용액을 산성으로 만든 뒤 80°C까지 가열했다. 뜨거운 온도와 산성 조건은 긴 RNA 가닥의 이중 나선 구조를 풀어 헤쳐 단일 가닥으로 만들고, 이 단일 가닥에 상보적인 삼중항 RNA 조각들이 달라붙도록 이끈다. 마치 긴 사다리의 한쪽 면에 짧은 가로대 조각들이 붙는 것과 같다. 이렇게 삼중항 RNA 조각들이 달라붙으면 원래 RNA 가닥들이 다시 서로 강력하게 결합하는 것을 막는 효과가 있다. 다음으로, 연구팀은 이 용액을 알칼리성으로 바꾸고 영하 7°C로 빠르게 냉각해 얼렸다. 물이 얼면서 RNA와 삼중항 RNA 조각들은 얼음 결정 사이의 좁은 액체 공간에 높은 농도로 모인다. 바로 이 조건에서 RNA 효소(화학 반응을 돕는 RNA)가 활성화해, 주형 RNA 가닥에 붙어 있던 삼중항 RNA 조각들을 마치 구슬을 꿰듯 하나로 길게 이어 새로운 RNA 가닥을 만든다. 연구팀이 녹인 뒤 수소 이온 농도(pH)와 온도를 조절하자 RNA는 거듭 복제됐다. 애트워터 박사는 "우리가 설계한 변화하는 조건이 예를 들어 밤낮의 온도 변화나 뜨거운 암석이 차가운 대기와 만나는 지열 환경과 같이 자연스럽게 생길 수 있다"고 말했다. 그는 또한 " 오늘날 지구에서 그 재료들을 찾을 수 있다. 아이슬란드 온천은 우리가 실험실에서 사용하는 것만큼 산성인 것을 포함해 다양한 이온 농도(pH)를 가질 수 있다"고 덧붙이며, 이런 과정이 자연적인 담수 환경 예를 들어 지열 활동이 활발한 연못이나 호수에서 일어났을 가능성을 내비쳤다. 소금물은 어는 과정을 방해해 이 과정에 알맞지 않다고 한다. 한 걸음 다가선 생명의 기원, 남은 과제들 이번 실험으로 연구팀은 약 180개 문자로 이루어진 RNA 효소 가닥 가운데 약 17%인 최대 30개 문자까지 성공적으로 복제했다. 이는 완전한 자가 복제에는 이르지 못하지만, RNA가 스스로 복제할 수 있는 가능성을 실험으로 보여준 중요한 성과다. 연구팀은 사용한 RNA 효소의 효율을 높이면 완전한 복제도 가능할 것으로 기대한다. MRC 분자생물학 연구소 필리프 홀리거 박사는 "생명은 정보를 통해 순수 화학과 분리된다. 이 정보는 유전 물질에 암호화된 분자 기억으로 한 세대에서 다음 세대로 전달된다. 이 과정이 일어나려면 정보가 복사, 즉 복제되어 전달되어야 한다"고 강조하며 이번 연구의 뜻을 설명했다. 정보의 복제와 전달이야말로 생명 현상의 바탕이기 때문이다. 또한 이번 연구에서 사용한 삼중항 RNA의 역할을 두고 위스콘신-매디슨 대학교 재커리 애덤 박사는 "RNA 뉴클레오타이드 삼중항은 모든 세포에서 번역 때 매우 특정한 정보 기능을 수행한다"며, "이 논문은 RNA 뉴클레오타이드 삼중항이 살아있는 세포가 나타나기 전에 했을 수 있는 순전히 화학 역할, 즉 비정보 기능을 가리킬 수 있다는 점에서 흥미롭다"고 평가했다. 이는 삼중항 RNA가 정보 전달 기능 이전에 구조나 화학 역할을 먼저 했을 가능성을 보여준다. 연구팀은 과거 자연 복제에 가장 많이 관여했을 삼중항들이 가장 강하게 결합하며, 최초 유전 코드가 이런 삼중항 세트로 이루어졌으리라는 또 다른 흥미로운 연결고리도 내놓았다. 물론 이번 연구 결과가 생명 기원의 모든 궁금증을 풀어주는 것은 아니다. 아직 부분 복제에 머물고 있으며, 초기 지구의 복잡하고 다양한 환경 조건을 실험실에서 완벽히 재현하기에는 한계가 있다. 그럼에도 이번 성과는 지구의 오랜 RNA 세계가 실제로 자가 복제 능력을 가졌을 수 있다는 구체적인 증거를 보여주며, 생명 탄생이라는 궁극적인 물음을 향한 과학 탐구에 중요한 이정표를 세웠다고 할 수 있다. 인류의 오랜 궁금증을 풀려는 과학자들의 여정은 앞으로도 계속될 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(88)] RNA, 스스로 복제하다⋯생명 기원 미스터리 풀 실마리
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[기후의 역습(145)] 기후변화, 토양 내 '슈퍼박테리아' 확산 부추긴다⋯항생제 내성 새 경로 주목
- 기후변화가 토양 속 항생제 내성균 확산을 가속화하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 해수면 상승이나 폭염, 허리케인 등 기후 재난과는 달리 눈에 보이지 않는 위협이지만, 인류의 공중보건에 심대한 영향을 미칠 수 있는 조용한 변화라는 점에서 주목된다. 영국 더럼대학교(Durham University)를 포함한 국제 연구팀은 최근 발표한 연구에서 지구 평균기온 상승이 토양 속 항생제 내성 유전자(antibiotic resistance genes, ARGs)와 병원성인자(virulence factors)의 증가와 밀접한 연관이 있다는 사실을 확인했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 쿨다운,어스닷컴 등이 보도했다. 연구 결과는 과학 저널 '네이처 생태학 및 진화(Nature Ecology & Evolution)'에 게재됐다. 연구팀은 전 세계 토양 샘플의 메타게놈 분석, 현장조사, 실험실 실험을 종합해 온도 상승과 항생제 내성 유전자(ARGs) 발현의 상관관계를 도출했다. 그 결과, 기온이 오를수록 토양 내 박테리아가 생존에 유리한 항생제 내성 유전자를 더 많이 보유하고, 새로운 내성 균주가 출현할 가능성도 커지는 것으로 나타났다. 특히 이러한 유전자는 환경 속 세균에서 인간 감염원으로 전이될 가능성이 있다는 점에서 공중보건에 심각한 위협이 될 수 있다. 더럼대 환경공학자 데이비드 W. 그레이엄 교수는 "이번 연구는 인간 건강과 환경 변화가 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 잘 보여준다"며, "대다수 전염병의 병원체는 환경에서 유래하는 만큼, 토양 내 내성 증가가 곧 치료 불가능한 감염증 확산으로 이어질 수 있다"고 강조했다. 기후변화가 항생제 내성 문제에 영향을 준다는 사실은 2023년 유엔환경위원회 보고서 '슈퍼버그에 대비하기(Bracing for Superbugs)'에서도 예견된 바 있다. 이번 연구는 그 예측을 실증적으로 뒷받침하는 최초의 정량적 결과로 평가된다. 연구에 따르면, 토양 내 ARGs는 지구온난화가 지속될 경우 금세기 말까지 최대 23% 증가할 수 있다. 특히 프로테오박테리아(Proteobacteria)와 박테로이데테스(Bacteroidetes, 의간균류) 등 항생제 내성과 병원성 유전자를 보유한 세균군의 활성이 높아질 것으로 예상된다. 이는 기존 항생제의 효과를 무력화할 새로운 '슈퍼박테리아' 출현 가능성과 직결된다. 기후변화로 인해 과거엔 병원체가 생존하기 어려웠던 미국 알래스카주 북부, 핀란드 북부와 동부, 스웨덴 북부, 아이슬란드 북부, 러시아 연방 북부, 칠레 최남부 등 한대 지역조차 이들의 서식지로 전환되고 있다는 점도 우려를 키운다. 연구진은 "저온 환경에서는 일반적으로 세균 생존이 어렵지만, 기온이 상승하면서 이들 지역에서도 내성균이 살아남고 진화할 여지가 커지고 있다"고 지적했다. 실험실에서 이뤄진 온도 상승 실험 결과도 경고 신호를 보낸다. 대장균(Escherichia coli)을 대상으로 한 연구에서 온도가 높을수록 항생제 내성 유전자의 발현이 증가했으며, 이는 세균이 항생제를 배출하는 '에플럭스 펌프'나 스트레스 대응 단백질을 더 많이 생성하게 했다는 설명이다. 전문가들은 기후변화를 단순한 환경 문제가 아닌, 보건 위기와 직결된 다층적 문제로 인식해야 한다고 강조한다. 특히 '원헬스(One Health)' 접근법을 통해 인간, 동물, 환경 건강을 통합적으로 고려하는 대응 전략이 요구된다고 지적한다. 연구진은 시민 과학의 참여도 요청했다. 고온 지역의 토양 변화, 항생제 내성균 출현 사례 등에 대한 기록과 시각 자료가 향후 데이터 축적과 대응 정책 수립에 기여할 수 있다는 설명이다. 보이지 않는 토양 속 미생물 생태계의 변화는 곧 인간 사회로 연결될 수 있다. 코로나19 등 인수공통감염병의 경험이 말해주듯, 미생물의 환경 내 진화와 확산은 언제든 인류에게 새로운 도전을 안겨줄 수 있다. 연구진은 "우리가 보는 것 너머의 생태계 변화에 주의를 기울이지 않는다면, 항생제 내성 문제는 기후 위기의 또 다른 재난이 될 것"이라고 경고했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(145)] 기후변화, 토양 내 '슈퍼박테리아' 확산 부추긴다⋯항생제 내성 새 경로 주목
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[기후의 역습(143)] 지구촌 가뭄 확산⋯원인은 '대기의 갈증'
- 기후변화로 인해 지구촌 곳곳에서 가뭄이 더 자주, 더 심각하게 발생하고 있다는 경고가 나왔다. 단순히 강수량 감소만이 원인은 아니었다. 새로운 연구에 따르면, 대기의 '갈증'이 심화되며 가뭄의 강도와 확산을 가속하고 있는 것으로 나타났다고 더 컨버세이션이 지난 4일(현지시간) 보도했다. 국제학술지 '네이처(Nature)'에 최근 게재된 연구에 따르면, 1981년부터 2022년까지 지난 40여 년간 가뭄 악화의 약 40%는 '대기증발수요(AED, Atmospheric Evaporative Demand)'의 증가에 기인한 것으로 분석됐다. 연구진은 이 현상을 '대기의 갈증(atmospheric thirst)'으로 비유했다. 해당 논문의 주저자는 영국 옥스퍼드대학교의 수문기후학자(hydro-climatologist)로 활동하고 있는 솔로몬 게브레초르코스(Solomon Gebrechorkos) 박사다. 공동 저자로는 미국 캘리포니아대학교 샌타바버라 캠퍼스(UC Santa Barbara) 기후위험센터(Climate Hazards Center)의 크리스 펑크(Chris Funk) 소장 등이 참여했다. 이 논문은 1981년부터 2022년까지 40여 년간의 고해상도 기후 데이터를 분석하여, 대기증발수요(AED, Atmospheric Evaporative Demand)의 증가가 전 세계 가뭄 심화에 미친 영향을 정량화했다. 연구 결과에 따르면, AED의 증가는 가뭄 심화의 약 40%를 설명하며, 특히 유럽과 동아프리카 지역에서 강수량 감소 없이도 가뭄이 악화되는 현상이 관찰됐다. AED는 대기가 지표와 식물로부터 요구하는 수분의 양을 의미한다. 온도가 높고 햇볕이 강하며, 바람이 많이 불고 공기가 건조할수록 대기가 요구하는 수분량은 증가한다. 이로 인해 강수량이 큰 폭으로 줄지 않았더라도 토양과 수역, 식생에서 수분이 빠르게 증발해 가뭄이 심화될 수 있다. 연구팀은 "강수량이 일정하더라도 AED가 늘면 지표의 수분 수지는 적자로 전환된다"며 "이는 마치 소득은 그대로인데 지출만 늘어나는 가계의 재정 적자 상황과 같다"고 설명했다. 실제로 2018년부터 2022년 사이, 가뭄이 영향을 미친 전 세계 육지 면적은 74% 증가했으며, 이 중 58%는 AED 상승에 따른 것으로 조사됐다. 2022년은 40여 년 사이 가장 가뭄이 심했던 해로 기록됐고, 세계 육지의 30% 이상이 중등도 이상 가뭄을 겪었다. 특히 유럽과 동아프리카 지역은 이례적인 건조 현상에 직면했다. 강수량이 크게 줄지 않았음에도 AED가 급증하면서 상황이 악화됐다. 유럽의 경우, 하천 유량 감소로 수력 발전이 차질을 빚고, 농작물 수확량이 급감했으며, 도시 곳곳에서 물 부족 현상이 나타나는 등 물, 농업, 에너지 부문 전반에 심각한 충격이 가해졌다. 연구는 고온, 풍속, 습도, 일사량 등 AED에 영향을 미치는 주요 기상 데이터를 통합해 전 세계적 분석을 수행했다. 이 데이터를 강수량과 결합해 가뭄 강도를 나타내는 지수로 활용함으로써, 기후가 어떻게 가뭄을 유발·심화시키는지 보다 정확하게 규명했다. 연구진은 AED를 간과하면 정부와 지역사회가 실질적인 가뭄 리스크를 과소평가할 수 있다고 경고했다. 특히 서아프리카, 동아프리카, 호주 서부와 남부, 미국 남서부 지역에서는 지난 20년간 AED가 가뭄 심화의 60% 이상을 설명한 것으로 나타났다. 전문가들은 가뭄 대응 전략 수립에 있어 원인을 정확히 진단하는 것이 중요하다고 강조했다. 강수량 부족이 주된 원인이라면 저수지 확보나 물 절약 정책이 효과적일 수 있지만, AED가 주요 요인일 경우에는 증발 손실을 줄이고 식물의 수분 스트레스를 완화하는 방향의 대응이 필요하다는 것이다. 구체적으로는 건조에 강한 작물 재배, 물 효율을 높이는 관개 시스템 도입, 토양 건강 개선, 생태 복원 등을 통해 토양 수분 보존 능력을 높이는 전략이 요구된다. 연구팀은 "기후변화로 인한 지구 온난화는 대기의 갈증을 더욱 가중시킬 것이며, 앞으로 가뭄은 더 자주, 더 넓게, 더 심하게 나타날 가능성이 크다"며 "AED를 기반으로 한 감시 및 계획 체계가 기후 적응 전략의 핵심이 되어야 한다"고 강조했다. 이 연구는 기후변화로 인한 대기 수분 수요 증가가 가뭄의 주요 원인 중 하나임을 밝혀내어, 향후 가뭄 예측 및 대응 전략 수립에 중요한 시사점을 제공한다.
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[기후의 역습(143)] 지구촌 가뭄 확산⋯원인은 '대기의 갈증'
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[우주의 속삭임(119)] 태양 코로나의 미세 구조 첫 포착⋯지상관측 기술 한계 넘었다
- 태양의 가장 바깥층인 코로나의 미세 구조가 지상 관측 사상 최초로 고해상도로 포착됐다. 미국 국립태양관측소(NSO)와 뉴저지공과대(NJIT) 공동연구진은 최근 고차 적응광학(adaptive optics, AO) 기술을 이용해 태양 코로나의 섬세한 구조를 촬영하는 데 성공했다고 밝혔다고 사이언스 얼럿, 라이브 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 캘리포니아의 지상 망원경이 태양의 코로나 비(태양 표면에서부터 태양 대기의 가장 바깥쪽 부분인 코로나까지 뻗어 있는 플라스마 흐름과 거대한 아치)를 놀랍도록 새로운 세부 묘사로 포착한 것. 지구 대기로 인한 흐릿함을 제거하기 위해 새로운 기술을 활용한 타임랩스 영상에서 촬영한 이미지 중에는 코로나 비(태양 표면에서부터 태양 대기의 가장 바깥쪽 부분인 코로나까지 뻗어 있는 플라스마 흐름과 거대한 아치)가 있는데, 이는 식어가는 플라스마가 응축되어 자기장 선을 따라 태양 표면으로 다시 떨어질 때 발생하는 현상이다. 관측된 다른 특징들로는 홍염(태양물리학자들이 아치와 고리 모양을 묘사할 때 사용하는 용어)과 미세하게 구조화된 플라스마 기류가 있다. 이 이미지들은 망원경이 포착한 수소 알파선을 인공적으로 채색하여 분홍색으로 표현했다. 코로나는 태양의 광구(photosphere) 바로 위에 위치한 고온 플라스마층으로, 온도가 수백만 켈빈에 달해 태양 표면보다 더 뜨겁다. 이 '코로나 가열 문제(coronal heating problem)'는 태양물리학 최대 난제로 꼽혀 왔다. 코로나는 또한 자기장에 의해 형성되며, 태양 플레어 및 코로나 질량 방출(CME)의 근원이기도 하다. 이러한 CME는 지구 자기장과 충돌해 오로라나 지자기 폭풍을 유발한다. 문제는 코로나의 밝기가 태양 표면보다 훨씬 어둡다는 점이다. 통상적으로 코로나는 개기일식이나 우주기반 코로나그래프를 통해서만 관측이 가능했다. 그러나 연구진은 이번에 1.6m급 구드 태양망원경(Goode Solar Telescope)에 적응광학 시스템을 접목해, 지상에서도 코로나의 미세 구조를 명확히 포착할 수 있게 됐다. 이 망원경에는 지구 상층 대기의 난류를 보정하기 위해 레이저를 사용하는 코나(Cona)라는 새로운 기술이 탑재되어 있다. 이번 성과는 학술지 '네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)'에 '고차 적응광학을 이용한 태양 코로나 미세 구조 관측(Observations of fine coronal structures with high-order solar adaptive optics)'이라는 제목으로 발표됐다. 이 연구의 공동 저자이자 뉴저지 공과대학의 연구 교수인 바실 유리신은 성명을 통해 "이것은 이런 종류의 관찰 중 가장 자세한 것이며, 이전에 관찰되지 않았던 특징을 보여주고 있으며, 그것이 무엇인지는 아직 명확하지 않다"고 밝혔다. 연구팀은 기존 광구용 적응광학 기술을 한층 발전시켜 코로나 관측에 맞게 최적화한 시스템을 구현했다. 적응광학은 대기의 난류로 인해 일그러진 파면(wavefront)을 실시간으로 보정해 고해상도 이미지를 구현하는 기술로, 컴퓨터 제어 변형 거울 등이 핵심 장비다. 이번 시스템은 해당 망원경의 회절 한계인 약 63km 해상도를 달성했다. 이는 종전보다 해상도가 10배 개선된 수치다. NSO의 적응광학 과학자인 디르크 슈미트(Dirk Schmidt)는 "대기 난류로 흐려졌던 태양의 이미지를 보정함으로써, 이제껏 한 번도 본 적 없는 태양을 들여다볼 수 있게 됐다"며 "이번 기술은 게임 체인저가 될 것"이라고 말했다. 공동 저자인 필립 구드(NJIT)는 "이 기술은 하와이 인우에 태양망원경 등 전 세계 관측소로 확산될 것"이라며, 향후 지상기반 태양관측의 패러다임을 바꿀 것으로 내다봤다. 이번 연구로 확인된 코로나의 세밀한 구조는 그동안 예측이나 모델링으로만 존재하던 플라스마 흐름, 태양비(rain), 자기 루프 등의 동역학을 실측 데이터로 분석할 수 있는 기반을 제공한다. 예를 들어, 고온의 코로나에서 냉각된 플라스마 물질이 중력에 의해 표면으로 낙하하는 현상인 '코로나 비'는 폭이 20km에 불과한 미세한 가닥들로 구성돼 있으며, 자기력선을 따라 곡선 경로를 그리며 이동하는 것이 이번에 확인됐다. 태양의 활동은 우주환경에 직접적 영향을 미치기 때문에 코로나의 정밀 관측은 단순한 천문학적 의미를 넘어, 인공위성 통신, 항공, 전력망 등의 안정성과 직결된다. 특히 코로나의 열원이 무엇이며, 어떻게 거대한 플레어가 방출되는지에 대한 이해는 향후 우주기상 예보의 정밀도를 좌우할 것으로 전망된다. NSO의 기술책임자인 토마스 림멜레는 "이번 적응광학 시스템은 지난 수십 년간 공백으로 남아 있던 기술적 한계를 극복한 결정적 진전"이라며 "지금이야말로 코로나 물리학의 새로운 시대가 시작되는 순간"이라고 평가했다. 연구진은 향후 이 시스템을 하와이에 있는 세계 최대 태양망원경(4m)인 다니엘 K. 이노우에 태양망원경에도 적용해 더욱 정밀한 코로나 연구를 이어갈 계획이다.
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[우주의 속삭임(119)] 태양 코로나의 미세 구조 첫 포착⋯지상관측 기술 한계 넘었다
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[기후의 역습(142)] 북극 해빙, 미국 동부 해안 침수 위기 불러올 수도
- 지구 온난화로 인한 북극권의 이상 고온 현상이 대서양 해류 시스템을 뒤흔들 수 있다는 경고가 과학계에서 제기됐다. 이는 향후 미국 동부 해안 지역에 해수면 상승과 대규모 침수 위험을 초래할 수 있다는 분석과 맞닿아 있다. 스웨덴 예테보리대학 기후학자인 셀린 외제(Céline Heuzé) 박사를 비롯한 노르웨이, 독일, 영국 등 국제 공동 연구진은 최근 발표한 연구를 통해 북극의 해빙 가속화가 북대서양 해류 순환(AMOC, Atlantic Meridional Overturning Circulation)에 중대한 영향을 미칠 가능성이 있다고 지적했다고 네이처, 어스닷컴 등 다수 외신이 전했다. 연구진은 북극의 부포르 해류(Beaufort Gyre)에 담긴 담수가 일정 한계를 넘길 경우, 대서양의 온난 해류 흐름이 약화되거나 붕괴될 수 있다고 분석했다. AMOC는 남북을 오가는 해류 순환으로, 북반구의 기후 안정성과 밀접한 관련이 있는 핵심 시스템이다. 특히 미국 플로리다. 조지아, 캐롤라이나 등 동부 해안 지역은 AMOC가 느려질 경우 따뜻한 해류가 북쪽으로 이동하지 못하고 해안에 정체되어 해수면 상승을 가속화 시킬 수 있다. 미 해양대기청(NOAA)은 이미 미국 동부 일부 지역에서 평균보다 빠른 해수면 상승이 진행중이라고 경고했다. 이와 같은 해류 변화는 단순히 해수면 상승을 넘어, 폭풍 강도 강화와 강수 패턴 변화 등 기후 전반에 걸친 영향을 미칠 수 있다. MIT 해양학자 라파엘레 페라리(Raffaele Ferrari) 교수는 "AMOC의 붕괴는 '기후 티핑 포인트(Climate Tipping Point)'에 해당한다"며 "예측 불가능한 규모의 변화가 갑작스럽게 일어날 수 있다"고 우려했다. NASA 연구에 따르면 북극 해빙이 줄어들면, 기존의 밝은 얼음 표면이 어두운 해수면으로 바뀌며 태양열을 더 많이 흡수하게 된다. 이로 인해 해수 온도가 상승하고, 추가적인 해빙 및 담수 유입으로 이어져 AMOC의 균형이 더욱 위협받는 악순환이 반복된다는 분석이다. 미국 동부 해안 도시들은 이에 대응해 해안 방벽, 배수 펌프, 해수 유입 방지 시설 등 인프라 개선에 나서고 있다. 버지니아주 노퍽(Notfolk)등 일부 도시는 조례 개정과 함께 침수 위험 지역에 대한 신규 개발 제한도 검토 중이다. 국제 연구진은 다행히 일부 관측 결과 AMOC가 기존 모델보다 다소 강인한 모습을 보이고 있다고 설명했으나, 온실가스 배출이 지속될 경우 향후 수십 년 내에 해류 악화 가능성은 여전히 유효하다고 강조했다. 이에 따라 과학자들은 장기적으로 탄소 배출 저감, 재생에너지 확대, 해양 생태계 보호를 통한 기후 완화 정책이 반드시 병행돼야 한다는 입장이다. 아울러 연안 지역의 주민, 지방 정부, 교육기관, 기업 등이 협력해 기후 회복력 강화를 위한 행동에 나설 것을 주문했다. 해양 전문가들은 "해류 변화는 단지 물의 흐름이 아니라, 생태계와 농업, 도시계획, 사회경제 전반에 연쇄적 영향을 주는 대형 구조"라며, "북극에서 일어난 변화가 곧 뉴욕과 마이애미 해안에 파문을 일으킬 수 있음을 간과해서는 안 된다"고 경고했다. 이번 연구 결과는 네이처 자매지 '지구·환경 커뮤니케이션(Communications Earth & Environment)'에 게재됐다.
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[기후의 역습(142)] 북극 해빙, 미국 동부 해안 침수 위기 불러올 수도
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[먹을까? 말까?(103)] 노화 방지 칵테일 '라파마이신-트라메티닙' 병용 생쥐 수명 30% 연장
- 노화 억제제로 알려져 있는 '라파마이신과- '트라메티닙'을 병용한 생쥐 수명 약 30% 연장돼 노화 질환 예방 가능성을 제시했다. 독일 막스플랑크 노화생물학연구소(Max Planck Institute for Biology of Aging) 연구진이 항암제로 사용되는 라파마이신(Rapamycin)과 트라메티닙(Trametinib)을 병용 투여할 경우, 생쥐의 수명이 약 30% 연장된다는 연구 결과를 발표했다. 해당 내용에 대해서는 네이처, 의학전문 매체 메디컬 익스프스, 과학 전문 매체 사이언스얼럿 등 다수 외신이 전했다. 이번 연구는 국제학술지 '네이처 에이징(Nature Aging)'에 게재됐다. 이번 연구에 따르면, 트라메티닙 단독 투여 시 생쥐 수명은 약 5~10%, 라파마이신 단독 투여 시에는 약 15~20% 늘어났으며, 두 약물을 함께 투여했을 때는 그 효과가 더해져 약 30%까지 수명이 연장됐다. 연구진은 "단순 용량 증가에 의한 결과라기보다는, 병용 투여에 따른 새로운 유전자 발현 조절 효과로 보인다"고 설명했다. 해당 약물 병용은 수명 연장뿐 아니라 노년기 건강 개선에도 긍정적인 영향을 미쳤다. 만성 염증이 줄어들고, 뇌와 체내 조직의 염증 수치도 낮아졌으며, 암 발생 시점 역시 지연된 것으로 나타났다. 라파마이신과 트라메티닙은 각각 노화에 핵심적인 역할을 하는 Ras/인슐린/TOR 신호전달계에서 서로 다른 경로를 조절한다. 특히 라파마이신은 이미 수명 연장 효과가 입증된 대표적 '노화 억제제(geroprotector)'로 알려져 있으며, 트라메티닙은 Ras/MEK/ERK 경로를 억제하는 기전으로 작용한다. 연구진은 약물 단독 투여와 병용 투여 간의 유전자 발현 차이를 비교한 결과, 병용 투여 시 특정 유전자 군에서만 나타나는 독특한 활성 변화가 관찰됐다고 밝혔다. 이는 단순한 효과 누적이 아니라, 상호작용을 통한 새로운 생리적 효과임을 시사한다. 이번 연구를 이끈 세바스티안 그렝케 박사는 "트라메티닙은 라파마이신과 병용할 경우 유력한 노화 억제 후보로 임상시험 적용이 가능하다"며 "동물모델에서 최적의 용량과 투여 방법을 조율해 향후 사람에게도 적용 가능성을 높이고자 한다"고 말했다. 공동 책임저자인 린다 패트리지 교수(UCL 건강노화연구소)는 "비록 인간에게서 생쥐만큼 극적인 수명 연장을 기대하기는 어렵겠지만, 해당 약물이 노년기 질병 예방과 건강 수명 연장에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 트라메티닙은 이미 인간 대상 치료제로 승인받은 약물로, 연구진은 향후 임상시험을 통해 사람에게 적용할 수 있는 가능성을 검토할 예정이다. 연구 결과는 고령화 사회에서 노인성 질환 예방과 건강 수명 연장을 위한 신약 개발 전략에 중요한 전환점을 제공할 수 있다는 평가를 받고 있다. ◇ 참고 문헌: '노화 방지제 트라메티닙과 라파마이신, 병용 시 생쥐의 건강수명과 전체 수명 연장에 시너지 효과(The geroprotectors Trametinib and Rapamycin combine additively to extend mouse healthspan and lifespan)', 네이처 에이징(2025). DOI: 10.1038/s43587-025-00876-4
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[먹을까? 말까?(103)] 노화 방지 칵테일 '라파마이신-트라메티닙' 병용 생쥐 수명 30% 연장
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[우주의 속삭임(117)] 태양계 형성의 실마리, 초기 목성은 현재보다 2배 컸다
- 목성이 형성 초기에는 지금보다 훨씬 큰 규모였으며 자기장도 최대 50배 강력했다는 연구 결과가 나왔다. 이 발견은 태양계 전체의 기원과 구조를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 미국 캘리포니아공과대학(칼텍, Caltech) 행성과학 교수 콘스탄틴 바티긴와 미시간 대학교 물리천문학 교수인 프레드 C. 애덤스가 이끄는 연구팀은 5월 20일자 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 발표한 논문에서 목성의 초기 상태를 역산한 계산 결과를 공개했다. 칼텍은 홈페이지를 통해 "목성은 예전에는 현재 크기의 두 배였고 훨씬 더 강한 자기장을 가지고 있었다"고 밝혔다. 흔히 우리 태양계의 '설계자'라고 불리는 목성의 중력은 다른 행성들의 궤도를 형성하고, 그 행성들이 형성된 가스와 먼지 원반을 조각하는 데 중요한 역할을 했다. 논문에 따르면, 태양계의 최초 고체 물질이 생성된 지 380만 년 후, 즉 태양 주위의 물질 원반(원시행성상 성운으로 알려짐)이 소멸하는 중요한 시점에 목성은 지금보다 반지름이 두 배 가까이 컸으며, 자기장은 현재보다 최소 50배 강했다. 연구진은 기존 행성 형성 모델에서 자주 활용되는 가스 축적 속도 등 가정에서 벗어나, 목성의 내측 위성인 아말테아(Amalthea)와 테베(Thebe)의 공전 궤도 기울기를 분석하는 방식으로 접근했다. 이 위성들은 목성의 네 개의 큰 갈릴레이 위성 중 가장 작은 이오보다 목성에 더 가까이 공전한다. 즉, 이들 소형 위성은 목성에 가깝고 공전 궤도가 약간 기울어져 있는데, 이는 태양계 초기부터 거의 변하지 않았을 것으로 추정된다. 이를 통해 연구진은 목성의 원시적 크기와 자기장을 재구성할 수 있었다. 계산 결과 당시 목성은 현재보다 부피가 2000개 이상의 지구를 담을 수 있을 정도로 거대했다. 현재는 약 1321개의 지구를 수용할 수 있는 크기다. 바티긴 교수는 "우리가 어디서 왔는지를 이해하는 것이 궁극적인 목표이며, 이를 위해서는 행성 형성 초기 단계를 파악하는 것이 필수적"이라며 "이번 연구는 목성뿐 아니라 태양계 전체의 형성과 진화를 이해하는 데 중요한 진전을 의미한다"고 말했다. 애덤스는 과거가 오늘날 태양계에 남긴 놀라은 흔적을 강조했다. 그는 "45억 년이 지난 지금도 목성의 초기 물리적 상태를 재구성할 수 있는 충분한 단서가 남아 있다는 것은 놀라운 일이다"라고 말했다. 이번 연구는 초기 목성의 거대한 질량과 자기장이 태양계 전체 구조에 어떤 영향을 미쳤는지에 대해서는 직접 언급하지 않았지만, 목성의 형성과 초기 진화가 태양계의 형성에 '중추적인 역할'을 했다는 점을 강조했다. 해당 논문 제목은 '목성의 원시 물리적 상태 결정(Determination of Jupiter's Primordial Physical State)'이다. 칼텍, 데이비드 및 루실 패커드 재단, 국립과학재단, 미시간대학교, 미시간대학교 이론물리센터가 연구비를 지원했다.
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[우주의 속삭임(117)] 태양계 형성의 실마리, 초기 목성은 현재보다 2배 컸다
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AI, 설득도 넘본다⋯GPT-4, 인간보다 64% 더 효과적
- 인공지능(AI)가 토론에서 인간보다 설득력이 훨씬 뛰어나는 연구 결과가 발표됐다. 일상적으로 온라인에서 수많은 논쟁이 벌어지지만, 실제로 상대방의 생각을 바꾸는 경우는 드물다. 그러나 최근 연구에 따르면, 대규모 언어모델(LLM)이 인간보다 더 설득력 있는 주장을 펼칠 수 있다는 결과가 나왔다. 미국과 유럽의 여러 대학 연구진이 공동으로 수행한 이번 연구에서는 AI 스타트업 오픈AI(OpenAI)의 GPT-4가 인간보다 우수한 설득 능력을 보였으며, 특히 상대방의 개인정보를 바탕으로 주장을 조정했을 때 그 효과가 더욱 두드러졌다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 학술지 네이처, 영국 일간지 가디언, 미국 일간지 워싱턴 포스트, MIT 테크놀로지 리뷰 등 다수 외신이 보도했다. 이 논문은 국제 학술지 '네이처 휴먼 비헤이비어(Nature Human Behavior)'에 게재됐다. 연구진은 미국에 거주하는 성인 900명을 모집해 성별, 나이, 인종, 교육 수준, 직업, 정치 성향 등의 개인정보를 수집한 후, 참가자들에게 찬반이 갈릴 수 있는 30개 사회적·정치적 주제를 무작위로 배정해 토론을 진행하게 했다. 참가자는 인간 혹은 GPT-4와 10분간 찬반 토론을 벌였으며, 일부 경우에는 상대의 개인정보를 사전에 제공받았다. 개인정보 활용시 인간보다 설득 능력 64%↑ 그 결과 GPT-4는 전반적인 주제에서 인간과 동등하거나 더 나은 설득력을 보였다. 특히 GPT-4가 상대방의 개인정보를 활용할 수 있었던 경우, 단순한 설득력에서 인간보다 64% 더 효과적인 것으로 나타났다. 반면, 인간이 개인정보를 기반으로 설득을 시도했을 때는 오히려 일반적인 경우보다 설득력이 약간 낮아지는 경향이 나타났다. 연구에 참여한 이탈리아 브루노 케슬러 재단(Fondazione Bruno Kessler)의 물리학자 리카르도 갈로티(Riccardo Gallotti)는 "AI가 최소한의 개인 정보를 가지고도 정교하고 전략적인 설득 논리를 구성할 수 있다는 점에서, 인공지능 기반 허위정보 캠페인에 대한 경각심이 필요하다"고 지적했다. 그는 "자동화된 AI 계정들이 여론을 조직적으로 움직이는 수준에 이르렀다"며 정책 입안자들과 온라인 플랫폼의 대응을 촉구했다. 참가자들은 토론 후 자신이 논쟁한 상대가 인간인지 AI인지에 대한 인식을 공유했다. 흥미롭게도, 참가자들이 상대가 AI라고 인식했을 때 의견 변화가 더 두드러졌으며, 연구진은 이러한 반응의 원인에 대해서는 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 참가자들이 'AI라면 져도 괜찮다'는 심리에서 의견을 바꾼 것인지, 아니면 의견이 바뀌었기 때문에 '상대는 AI였을 것'이라고 인식한 것인지 명확하지 않다는 것이다. "GPT-4 여론 조작 잠재력" 경고 이번 연구는 LLM이 단순히 정보를 제공하는 수준을 넘어, 여론을 형성하거나 설득하는 역할까지 수행할 수 있다는 점을 부각시킨다. 갈로티 박사는 "AI가 개인화된 반론을 자동 생성해 허위정보에 노출된 이들에게 맞춤형 교육을 제공하는 등 긍정적 활용 가능성도 있다"며 "다만 이러한 기술이 악용될 소지가 큰 만큼, 관련 위협을 완화하기 위한 추가 연구가 시급하다"고 강조했다. 미국 다트머스대학의 연구원 알렉시스 팔머(Alexis Palmer)는 "우리는 사람 간 설득과정의 심리에는 익숙하지만, AI와의 상호작용에서 어떤 심리가 작동하는지는 거의 알려진 바가 없다"며 "AI가 인간처럼 말을 흉내 내는 것만으로도 동일한 설득 결과를 유도할 수 있는가, 아니면 인간만이 줄 수 있는 설득 요소가 있는가 하는 것이 앞으로의 핵심 질문"이라고 말했다.
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AI, 설득도 넘본다⋯GPT-4, 인간보다 64% 더 효과적
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[ESGC] 지구 지각 속 '청정 수소' 17만 년치 잠자다⋯전 세계에 숨은 에너지 금맥
- 지구 지각 속에 존재하는 천연 수소가 인류에게 최대 17만 년간 사용할 수 있는 청정 에너지를 제공할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 18일(현지시간) 과학기술 전문매체 사이테크 데일리에 따르면 영국 옥스퍼드대, 더럼대, 캐나다 토론토대 등 국제 공동연구진은 수소가 지하에 자연적으로 생성·축적되는 조건을 규명하고, 이를 산업적으로 탐사할 수 있는 전략을 제시했다. 이번 연구는 세계적 학술지 네이처 리뷰스 지구 및 환경(Nature Reviews Earth & Environment)에 5월 13일자로 발표됐다. 연구진은 "지구의 대륙 지각은 수백만 년에 걸쳐 수소를 생성하고 있으며, 이 중 상당량이 특정 암석층에 축적돼 아직 사용되지 않은 채 존재한다"고 밝혔다. 특히 이번 연구는 수소가 포획되는 암석 유형, 온도, 유체, 지질학적 역사 등을 바탕으로 '탐사 레시피'를 체계화해 업계가 천연 수소를 산업적으로 추출할 수 있는 기반을 마련했다는 점에서 주목된다. 수소는 비료와 정유, 철강 등 산업 전반에서 이미 1350억 달러 규모로 활용되고 있으며, 향후 청정 에너지 전환의 핵심 축으로 시장 규모가 2050년까지 1조 달러에 이를 것으로 전망된다. 하지만 현재 생산되는 대부분의 수소는 화석연료에서 나오며, 이 과정에서 전 세계 탄소배출의 2.4%를 유발하고 있다. 이에 따라 태양광·풍력 기반 수전해나 탄소포집 기술이 대안으로 떠오르고 있지만, 아직 경제성이 부족하다는 한계가 있다. 반면, 천연 수소는 탄소 배출 없이 지구 내부에서 자연 생성되며, 기존 석유·가스 시추 기술을 응용할 수 있어 상업화 가능성이 높다는 평가다. 연구 공동저자인 더럼대 존 글루야스 교수는 "헬륨 탐사 경험에서 얻은 지질학적 탐사 원칙을 수소에도 적용할 수 있다"고 강조했다. 또 토론토대 바버라 셔우드 롤러 교수는 "지하 미생물이 수소를 소비할 수 있어, 미생물이 없는 환경을 탐색 대상으로 삼아야 한다"고 지적했다. 옥스퍼드대 지구과학과 크리스 볼런타인 교수는 "수소 탐사는 정확한 지질 조건의 조합이 필요한데, 이는 마치 수플레 요리와 같다"며, "이 레시피가 상업적으로 반복 가능할 경우, 저탄소 청정수소의 새로운 전환점이 될 수 있다"고 말했다. 연구진은 이번 발견을 바탕으로 천연 수소 탐사 전문 기업 '스노우폭스 디스커버리(Snowfox Discovery Ltd.)'를 설립해 본격적인 상용화에 나설 계획이다. ◇ 참고 문헌: '대륙 지각의 천연 수소 자원 축적' 작성자 크리스 발렌타인(Chris J. Ballentine), 루타 카롤리테, 안란 쳉, 바바라 셔우드 랄라, 존 글루야스, 마이클 데일리, 2025년 5월 13일, Nature Reviews 지구 및 환경. DOI: 10.1038/s43017-025-00670-1
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[ESGC] 지구 지각 속 '청정 수소' 17만 년치 잠자다⋯전 세계에 숨은 에너지 금맥
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[신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길
- 미국 MIT, 하버드대, 브로드연구소 공동 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 인간 세포 내 거의 모든 단백질의 위치를 예측할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 단백질 이상 분포가 원인이 되는 알츠하이머병, 낭포성 섬유증, 암 등 다양한 질환 진단과 신약 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 15일(현지시간) MIT뉴스에 따르면 이번 연구는 단일 세포 수준에서 단백질 위치를 예측할 수 있는 AI 기반 모델 'PUPS(Protein localization Using Protein and cell representationS)'를 중심으로 소개됐다. 해당 연구는 15일 국제 학술지 네이처 메서즈(Nature Methods)'에 게재됐다. 단일 세포 내 단백질 분포 예측⋯기존 한계 돌파 단백질은 세포 내 위치에 따라 기능이 달라지며, 잘못된 위치에 존재할 경우 각종 질병을 유발할 수 있다. 하지만 인간 세포 하나에 존재하는 단백질과 그 변이 수는 7만여 개에 달하며, 실험실에서 이들을 일일이 검출하는 데는 시간과 비용이 과도하게 소요된다. 기존의 AI 기반 예측 모델들은 훈련 데이터로 활용된 단백질 및 세포에 국한된 분석만 가능하거나, 세포 단위 평균치만을 예측하는 데 그쳤다. 이에 반해 PUPS는 개별 단백질 서열 정보와 세포 염색 이미지를 결합해, 실험에 사용된 적이 없는 단백질과 세포에서도 단일 세포 수준의 위치 예측이 가능하다는 점에서 큰 진전을 이뤘다. 단백질 언어모델+영상 AI 결합⋯미지 영역 탐색 PUPS는 두 개의 AI 모델을 결합한 형태로 구성됐다. 첫 번째는 단백질 서열 기반 언어모델로, 아미노산 서열을 통해 3차원 구조와 세포 내 위치 결정에 영향을 미치는 특성을 분석한다. 두 번째는 '이미지 인페인팅(image inpainting)' 기법을 적용한 컴퓨터 비전 모델로, 세포의 핵, 미세소관, 소포체 등 세 가지 염색 이미지를 바탕으로 세포의 형태, 스트레스 상태 등 전반적 특성을 파악한다. 연구진은 이 두 모델이 생성한 정보 표현을 통합해 특정 단백질이 어느 세포 소기관에 위치할지를 시각적으로 예측하는 시스템을 구현했다. 사용자 입장에서는 아미노산 서열과 세포 염색 이미지를 입력하면, 단백질이 존재할 것으로 예상되는 세포 부위를 이미지로 출력받을 수 있다. 단백질-세포 간 조합 없이도 예측 가능⋯신규 치료 타깃 발굴 기대 PUPS의 강점은 기존 데이터에 포함되지 않은 단백질과 세포 간 조합에도 적용할 수 있다는 점이다. 이를 위해 연구진은 모델 학습 시 단백질의 위치를 예측하는 주된 작업 외에, 단백질이 속한 소기관의 이름을 직접 추론하도록 하는 ‘부가 학습 과제’를 부여해 정확도를 높였다. 공동 제1저자인 MIT 시스템생물학 대학원생 Yitong Tseo는 "이전에는 단백질에 직접 염색 시약을 붙이고 실험을 해야만 위치를 알 수 있었지만, 이제는 연구실 벤치에 손대지 않고도 그 과정을 컴퓨터에서 선별적으로 예측할 수 있다"며, 실험 설계의 효율성을 크게 높일 수 있다고 밝혔다. 실제 세포 실험으로 검증…"기존 AI보다 오차 작아" 연구팀은 PUPS의 예측 결과가 실제 단백질 위치와 얼마나 일치하는지를 검증하기 위해 실험실 실험을 병행했다. 비교 대상이 된 기존 AI 모델보다 평균적으로 오차가 적은 것으로 나타났다. 향후 연구진은 PUPS가 단일 단백질이 아닌 다중 단백질 상호작용을 반영할 수 있도록 모델을 확장할 계획이며, 궁극적으로는 배양 세포를 넘어 실제 조직 단위의 예측으로 발전시킬 수 있도록 연구를 지속할 방침이다. 이번 연구는 브로드연구소 산하 에릭 앤 웬디 슈미트 센터와 미국 국립보건원(NIH), 국립과학재단(NSF), 해군연구청(ONR), 에너지부(DOE) 등 주요 기관의 지원을 받아 진행됐다.
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[신소재 신기술(176)] MIT·하버드 연구팀, AI로 단일 세포 수준 단백질 위치 예측⋯질병 진단·신약 개발 새 길
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[기후의 역습(137)] 2020년 이후 출생 아동 절반, '역대급' 기후 극단현상에 노출
- 극심한 더위와 가뭄, 산불 등 기후변화로 인한 인류의 장기적 영향이 구체화되고 있다. 최근 국제학술지 네이처(Nature)에 게재된 연구에 따르면, 2020년 이후 태어난 전 세계 아동의 절반 이상이 생애 전례 없는 수준의 기후 극단현상에 직면할 가능성이 높다고 경고했다. 14일(현지시간) 세계경제포럼에 따르면 해당 연구는 산업화 이전 대비 지구 평균기온 상승폭을 1.5도 이내로 억제하더라도, 폭염·가뭄·산불 등 극단적 기후 사건의 평생 노출 빈도는 이전 세대와 비교해 현저히 증가할 것으로 분석했다. 예를 들어, 브뤼셀을 사례로 든 분석에서는 2020년생이 일생 동안 겪게 될 폭염 횟수가 11회에 달할 것으로 추산됐으며, 이는 동일 조건에서 산업화 이전 세대의 3배 수준이다. 연구진은 이러한 노출을 "산업화 이전 기후에서는 1만 분의 1 확률로만 발생하는 정도의 이례적 현상"이라고 정의했다. 특히 사회경제적 취약계층일수록 이 같은 위험에 더욱 크게 노출될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 하와이, 기후위기 대응 위해 숙박·크루즈 관광세 인상 추진 한편, 미국 하와이주는 기후변화 대응 재원을 마련하기 위해 '그린 피(Green Fee)' 법안을 통과시켰다. 이 법안은 숙박세를 인상해 기후재난 복구와 환경보호 예산으로 활용하는 내용을 담고 있으며, 현재 주지사의 최종 서명만을 남겨두고 있다. 해당 법안에 따르면, 호텔·리조트·에어비앤비 등 단기 숙박시설에는 기존 숙박세에 0.75%의 추가 세율이 부과된다. 또한 하와이 항구에 정박하는 크루즈 선박에는 최대 11%의 세율이 적용되며, 이는 선박이 머무는 기간에 따라 차등 계산된다. 조시 그린 하와이 주지사는 "하와이는 기후위기에 대응하는 새로운 기준을 제시하고 있다"며, 법안 서명 마감일인 7월 9일 이전에 최종 결정을 내릴 예정이다. 기타 주요 자연·기후 관련 최근 이슈 우리나라도 지난 3월 봄 철 지속된 건조한 날씨로 산청과 의성에서 산불이 발생해 천문학적인 재산 피해를 입었다. 3월 21일 발화해 3월 31일 진화된 산청 산불은 연기가 멀리까지 타고 번져 진주시, 사천시, 광양시 등에서 탄내가 진동하고 미세먼지 농도가 치솟는 등 간접적인 피해를 입었다. 의성 산불은 3월 22일 의성군 3곳에서 동시 다발적으로 발생한 초대형 산불로, 28명이 사망하고 32명이 부상을 입었으며, 3만6674명의 이재민이 발생했다. 두 지역 모두 최근 수년 째 이어진 봄철 극심한 가뭄과 3월 고온건조한 환경 조성으로 인한 기후위기의 증거로 거론됐다. 로이터통신에 따르면 유럽연합(EU)의 지속가능성 보고 기준 변경안이 시행될 경우, 유럽 기업들이 기후 관련 소송에 더 많이 노출될 수 있다는 우려가 법학자들 사이에서 제기됐다. 노후 인공위성의 환경 악영향에 대한 우려도 커지고 있다. 지구물리학 연구 대기 저널(Journal of Geophysical Research Atmospheres)에 발표된 연구에 따르면, 궤도상에서 연소되는 위성은 오존 회복에 악영향을 줄 수 있으며 대기 오염 물질을 방출할 가능성이 있다. 국제기상연구단체인 세계기상기여연구소(World Weather Attribution·WWA)에 따르면 지난 4월 미국 중부 미시시피 계곡에서 발생한 4일간의 홍수성 폭풍은 인간이 유발한 기후변화로 인해 강도가 9% 더 높아지고, 발생 가능성은 40% 증가한 것으로 나타났다. 네이처 보고서에 따르면 기후변화로 유발된 산불로 인한 미세먼지 지난 15년간 미국에서 약 1만5000 명의 조기 사망 원인으로 작용했으며, 수십억 달러 규모의 경제적 손실을 야기했다는 연구 결과도 발표됐다. 피해는 캘리포니아, 오리건, 워싱턴주에 집중됐다. 이처럼 기후·환경 이슈 대응의 시급성이 날로 강조되는 가운데, 개인과 국가 뿐만 아니라 국제사회가 다양한 제도적·기술적으로 힘을 모야야 할 때다.
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[기후의 역습(137)] 2020년 이후 출생 아동 절반, '역대급' 기후 극단현상에 노출
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
- 미국항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 태양계 최대 행성인 목성의 오로라에서 기존과는 다른 새로운 특징을 포착했다. 이번 관측은 목성 자기권과 대기 상층부의 상호작용을 보다 정밀하게 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다. NASA는 13일(현지시간) 웹 우주망원경이 2023년 12월 25일 관측한 목성 북극 오로라에 대한 연구 결과를 발표했다. 연구는 영국 레스터대학의 조너선 니콜스(Jonathan Nichols) 박사가 이끄는 국제 공동연구진이 수행했으며, 주요 내용은 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다. 목성의 오로라는 지구의 북극광·남극광처럼 태양에서 방출된 고에너지 입자들이 자기장을 따라 대기 상층에 유입돼 형성된다. 그러나 목성에서는 이와 더불어 위성 '이오(Io)'에서 방출된 화산 분출물도 중요한 기여 요인으로 작용한다. 이오의 강력한 화산 활동으로 방출된 입자들은 목성 주변의 자기장에 포획돼 초고속으로 가속되며, 대기와 충돌해 강력한 오로라를 만들어낸다. 특히 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)를 활용한 이번 관측에서는 오로라 내에서 생성된 삼수소양이온(H₃⁺)의 방출선이 이전보다 훨씬 불규칙하게 변화한다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 이는 목성 상층 대기의 열적 구조와 방출 메커니즘에 대한 기존 가설을 재검토할 필요성을 시사한다. 니콜스 박사는 "오로라가 15분 간격으로 천천히 희미해졌다 다시 밝아질 것이라 예상했지만, 실제로는 전 영역이 초 단위로 변화하며 '튀고 터지는 듯한' 역동적인 모습을 보였다"고 밝혔다. 그는 "이번 자료는 말 그대로 크리스마스 선물 같은 발견"이라고 덧붙였다. 연구진은 또한 웹 망원경과 동시에 허블 우주망원경의 자외선 센서를 활용해 목성 오로라를 관측했지만, 웹에서 관측된 가장 밝은 빛이 허블에는 나타나지 않는 이상 현상을 발견했다. 니콜스 박사는 "두 망원경의 데이터를 종합해도 기존 이론으로 설명이 되지 않는다"며 "매우 저에너지 입자가 대량으로 대기에 유입됐을 가능성이 있으나, 이는 현재의 물리학적 예측을 넘어서는 것"이라고 설명했다. 이 같은 관측 결과는 향후 목성의 자기권 구조뿐 아니라 외계행성 오로라 연구에도 새로운 방향을 제시할 것으로 보인다. 연구진은 향후 NASA의 주노(Juno) 탐사선의 데이터와 추가적인 웹 망원경 관측을 결합해 분석을 이어갈 계획이다. 한편 제임스 웹 우주망원경은 NASA, 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 공동으로 개발한 세계 최고 성능의 적외선 천문관측 장비로, 우주의 기원과 행성 시스템의 진화를 밝히기 위한 핵심 도구로 활용되고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
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[우주의 속삭임(114)] "금성 지각, 예상보다 얇고 역동적"⋯NASA, 새로운 지질 순환 모델 제시
- 미 항공우주국(NASA)이 지원한 최신 연구에서 지구의 '뜨거운 쌍둥이'로 불리는 금성의 지각이 기존 예측보다 얇고, 독자적인 방식의 지각 변화 과정을 겪고 있다는 분석이 제기됐다. 12일(현지시간) 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 발표된 논문에 따르면, 금성의 평균 지각 두께는 약 40km, 최대 65km에 불과한 것으로 나타났다. 이는 높은 열과 압력을 지닌 금성의 환경을 감안할 때 의외로 얇은 수준이다. 지구의 지각은 여러 개의 거대한 판으로 구성되어 천천히 이동하며, 충돌, 융기, 침강을 반복한다. 이 같은 판 구조운동(plate tectonics)은 지각의 두께와 성분을 결정짓는 핵심 매커니즘으로 작용해왔다. 두 판이 충돌할 경우, 밀도가 낮은 판이 위로 올라가고, 무거운 판은 지구 내부 맨틀로 끌려 들어가게 되는 데, 이 과정에서 고온 고압 환경에 노출된 암석은 성질이 변하는 '변석작용(metamorphism)'을 겪는다. 그러나 금성에서는 이러한 판 운동의 증거가 발견되지 않는다. NASA 존슨우주센터 산하 행성과학부문의 저스틴 필리베르토(Justin Filiberto) 부소장은 "금성은 단일 지각판 구조를 가지고 있으며, 지구처럼 판 충돌에 의한 지각 침강 현상이 없다"고 설명했다. 그럼에도 불구하고 연구진은 금성 지각의 하부가 시간이 지나며 점점 더 조밀해져, 일정 두께를 넘어서면 아래 맨틀로 떨어지거나, 고온으로 인해 녹아내리는 과정을 거친다는 모델을 제시했다. 이 과정 역시 지각 물질을 내부로 되돌려 보내고, 화산 활동을 유발하는 메커니즘으로 작용할 수 있다. 판 구조운동이 없는 금성에서, 암석의 밀도와 열 변화에 기반한 이러한 지각 순환이 새롭게 주목받고 있다. 필리베르토 부소장은 "지각이 더 두꺼워지면 바닥층이 밀도 증가로 인해 멘틀에 흡수거나 용융되며, 이로 인해 수분과 원소가 다시 내부로 순환될 수 있다"며 "이는 금성에서 용암이 생성되고 화산이 분출되는 메커니즘을 설명할 수 있는 새로운 틀"이라고 설명했다. 이번 연구는 금성의 내부 구조와 화산, 대기 진화를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공할 것으로 보인다. NASA는 앞으로 금성 표면과 대기를 직접 관측할 수 있는 탐사 미션을 준비 중이다. 다빈치(DAVINCI·금성의 대기 성분 조사), 베리타스(VERITAS·표면 지형 및 화산 활동 탐사), 유럽우주국(ESA)의 엔비전(EnVision) 등 차세대 탐사선들이 금성의 지각 구성과 활동성을 정밀 분석할 예정이다. 필리베르토는 "금성의 화산 활동이 실제로 얼마나 활발한지에 대해서는 아직 명확한 데이터가 없다"며 "다양한 탐사를 통해 지질 및 대기 활동의 상호 작용을 밝혀낼 수 있기를 기대한다"고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(114)] "금성 지각, 예상보다 얇고 역동적"⋯NASA, 새로운 지질 순환 모델 제시
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