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[우주의 속삭임(144)] 영국 앞바다 실버핏 크레이터, 4천200만년 전 소행성 충돌 흔적
- 북해 해저에 묻혀 있던 '실버핏 크레이터(Silverpit Crater)'가 소행성 충돌로 형성됐다는 사실이 20여 년 만에 과학적으로 확정됐다. 영국 요크셔 해안에서 약 129㎞ 떨어진 북해 해저 700m 지점에서 발견된 이 크레이터는 지름이 약 3㎞에 달한다. 2002년 처음 보고된 이후 원형의 형태와 중심부 돌출 등 충돌 흔적을 갖추고 있음에도 불구하고, 염분 지층 이동이나 화산 활동 등 다른 지질학적 원인 가능성이 제기돼 논쟁이 이어져 왔다. 초기 연구에서는 이 분화구가 충돌 분화구일 가능성이 제기됐다. 분화구의 중앙 봉우리, 원형 모양, 그리고 동심원 형태의 단층들은 초고속 충돌과 관련된 특징이다. 그러나 다른 과학자들은 분화구 구조가 분화구 바닥 아래 깊숙이 소금이 이동했거나 화산 활동으로 인해 해저가 붕괴되어 발생했다고 주장했다. 스코틀랜드 해리엇와트대학의 위스딘 니콜슨 교수 연구팀은 최신 3차원(3D) 지진파 탐사 자료와 1980년대 석유 시추 당시 확보된 암석 절편을 재분석해 소행성 충돌의 명확한 증거를 확보했다고 20일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 발표했다. 지진 영상을 사용하고 암석 샘플을 분석한 새로운 연구에 따르면, 이는 폭 160m(535피트) 소행성이 지구에 충돌한 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 충돌 당시 서쪽에서 비스듬히 날아든 소행성이 초속 15㎞ 속도로 해저를 강타해 1.5㎞ 높이의 바위·해수가 치솟은 뒤 100m가 넘는 거대한 쓰나미로 이어졌다. 충돌체의 크기는 길이 160m, 축구장 1개 반 크기에 해당하는 규모로 추정된다. 에든버러 헤리엇-와트 대학의 준교수인 위스딘 니콜슨 박사는 새로운 기술이 분화구의 기원에 대한 미스터리를 푸는 데 도움이 되었다고 말했다. 그는 "자연환경연구위원회의 자금 지원을 받은 연구팀이 희귀한 '충격을 받은' 석영 샘플을 회수해 논쟁을 종식시켰다"고 말했다. 연구팀은 시추 샘플에서 극한 충격압에서만 형성되는 석영·장석 미세 입자의 흠집을 확인한 것. 니콜슨 교수는 "지구상 어떤 지질 과정도 이런 흔적을 남길 수 없다"며 "이번 발견은 소행성 충돌 기원설을 의심의 여지 없이 입증한다"고 강조했다. 지진 기록에 따르면 이 충돌은 약 4,200만년에서 4,600만년 전인 에오세(Eocene, 신생대 고제3기의 두 번째 시기로 시신세라고도 함)에 발생한 것으로 여겨진다. 실버핏 크레이터는 전 세계적으로 확인된 250여 개의 충돌구 가운데 보존 상태가 탁월한 사례로 꼽힌다. 연구진은 이를 멕시코의 칙술루브(Chicxulub) 크레이터, 서아프리카 앞바다 나디르(Nadir) 크레이터와 함께 지구 진화사 연구에 중요한 단서로 평가하고 있다. 치술루브 크레이터는 약 6,600만년 전 소행성 충돌로 인해 발생했으며, 이 충돌로 공룡이 멸종한 것으로 여겨진다고 BBC는 전했다. 전문가들은 이번 성과가 과거 지구 생태계에 대한 이해뿐 아니라, 미래 잠재적 소행성 충돌에 대한 대비에도 기여할 수 있다고 보고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(144)] 영국 앞바다 실버핏 크레이터, 4천200만년 전 소행성 충돌 흔적
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
- 화성 내부에 지구와 유사한 핵 구조가 있다는 사실이 밝혀졌다. 국제 연구진이 화성에 고체 내핵이 존재한다는 첫 지진학적 증거를 확인했다고 어스닷컴이 21일(현지시간) 보도했다. 이는 화성의 진화를 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공하는 성과로 평가된다. 이번 연구는 중국과학기술대학(USTC) 후이싱 비(Huixing Bi) 연구원을 중심으로 진행됐다. 연구팀은 NASA의 착륙선 '인사이트(InSight)'가 2018년부터 2022년까지 수집한 지진파 데이터를 분석해 이같은 결과를 얻었다. 팀은 화성에서 발생한 지진파가 핵을 통과하거나 반사되는 특성을 면밀히 추적해 고체 내핵의 존재를 입증했다. 분석 결과, 화성 내핵은 행성 반지름의 약 18%에 해당하는 규모로 추정되며, 이는 지구와 달의 내핵과 구조적 유사성을 보여준다. 특히 PKiKP(내핵 경계 반사파)와 PKKP(외핵 통과파)라는 두 가지 지진파가 핵심적 증거로 제시됐다. PKiKP는 액체 외핵과 고체 내핵의 경계에서 반사되는 파동으로, 지구의 내핵 연구에도 활용되는 주요 자료다. 연구진은 또 내핵이 순수한 철·니켈로만 구성된 것이 아니라, 산소와 같은 가벼운 원소가 혼합된 상태임을 시사하는 속도 변화를 확인했다. 이는 내핵이 오랜 시간에 걸쳐 결정화 과정을 겪고 있으며, 화성 내부의 열적·화학적 진화를 반영한다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 과거 연구에서는 화성이 액체 외핵을 보유하고 있음이 확인됐지만, 고체 내핵의 존재는 불분명했다. 이번 발견은 화성이 지구와 마찬가지로 액체 외핵과 고체 내핵을 동시에 갖춘 행성임을 보여주며, 과거 화성이 강력한 자기장을 가졌던 이유와 이후 소멸 과정에 대한 이해를 넓히는 데 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 전문가들은 이번 연구가 단일 탐사선 관측만으로도 행성 내부를 정밀 분석할 수 있음을 보여준 사례라며, 향후 다수의 착륙선을 통한 관측망이 구축된다면 화성뿐 아니라 다른 천체 내부 연구에도 큰 진전을 가져올 것으로 전망하고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
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[기후의 역습(167)] 화석연료 기업, 전 세계 폭염과 직접 연관⋯법적 파장 주목
- 세계 과학자들이 특정 화석연료 및 시멘트 기업들의 탄소 배출이 전 세계 폭염 발생 가능성과 강도를 높였다는 정량적 근거를 처음으로 제시했다. 이번 연구는 폭염의 원인을 개별 기업과 연결지었다는 점에서 향후 법적 책임 공방에도 영향을 미칠 수 있다는 평가가 나온다. 지난 10일(현지시간) 국제학술지 네이처(Nature) 에 발표된 연구에 따르면, 2000년부터 2023년까지 전 세계에서 발생한 213건의 폭염을 분석한 결과, 이들 중 최대 25%는 주요 화석연료·시멘트 생산 기업의 배출이 없었다면 사실상 발생할 수 없었던 것으로 나타났다. 연구진은 특히 전 세계 탄소 배출의 상당 부분을 차지하는 '카본 메이저스(Carbon Majors)' 14개 기업이 폭염 강도 증가의 절반을 책임지고 있다고 밝혔다. 엑손모빌(ExxonMobil), 셰브론(Chevron) 등 글로벌 석유 기업뿐 아니라 과거 소련과 같은 주요 산유국도 포함된다. 스위스 취리히연방공대(ETH Zurich) 얀 퀼카이유(Yann Quilcaille) 연구원은 "산업혁명 이전과 비교해 최근(2010~2019년) 폭염의 중간 강도가 섭씨 1.68도 상승했는데, 이 중 0.47도는 상위 14개 카본 메이저스의 배출만으로 설명된다"고 설명했다. 이번 연구는 단일 사건에 국한되지 않고 수백 건의 폭염 사례를 종합적으로 분석했다는 점에서 의미가 크다. 또한 기존 연구에서 분리돼 다뤄지던 ‘탄소 메이저스의 기여도’와 ‘폭염 발생 확률’을 직접 연결한 것이 특징이다. "법적 책임 근거 강화" 논문 공저자인 코리나 헤리(Corina Heri) 틸뷔르흐 로스쿨 교수는 CNN과의 인터뷰에서 "법원이 탄소 메이저스의 책임을 묻는 데 과학적 확실성을 요구해왔는데, 이번 연구가 그 공백을 일정 부분 메웠다"고 말했다. 실제로 미국과 유럽에서는 기후변화로 인한 피해 보상 책임을 화석연료 기업에 묻는 소송이 증가하고 있으며, 이번 연구가 새로운 근거 자료로 활용될 가능성이 제기된다. 폭염 영향 과소평가 가능성도 다만 전문가들은 이번 결과가 아프리카·남미 지역의 보고되지 않은 폭염 사례를 충분히 반영하지 못했을 수 있다고 지적했다. 영국 임페리얼칼리지 그랜섬연구소의 클레어 반스(Clair Barnes) 박사는 "실제 피해는 연구에서 제시된 것보다 훨씬 심각할 수 있다"고 평가했다. 기후 책임 논의 새 국면 기후책임연구소의 리처드 히디(Richard Heede) 소장은 "이번 연구는 화석연료 기업의 채굴·가공·유통·연소 전 과정이 폭염 발생에 어떤 영향을 미쳤는지 보여주는 초기 단서"라며 "향후 홍수, 산불 등 다른 극단적 기상 현상 연구로 확장될 수 있다"고 말했다. 전문가들은 이번 연구가 기후 과학과 법학의 교차점에서 중요한 이정표가 될 수 있다고 본다. 폭염이라는 구체적 기상 재난을 개별 기업의 배출과 직접적으로 연결한 만큼, 기후위기 대응과 법적 책임 규명 논의가 한층 더 치열해질 전망이다.
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- ESGC
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[기후의 역습(167)] 화석연료 기업, 전 세계 폭염과 직접 연관⋯법적 파장 주목
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[우주의 속삭임(140)] 류구 모체 소행성에서 액체 상태의 물 흔적 발견⋯행성 형성 이론에 새 시각
- 일본 우주탐사선 '하야부사2'가 채취한 소행성 류구(Ryugu)의 암석 샘플에서 액체 상태의 물이 장기간 존재했음을 보여주는 증거가 확인됐다고 스페이스닷컴이 10일(이하 현지시간) 보도했다. 과학자들은 이번 발견이 태양계 형성 초기 조건과 지구 물의 기원에 대한 기존 가설을 바꿀 수 있다고 평가했다. 이날 국제학술지 네이처(Nature)에 발표된 연구에 따르면, 도쿄대 우주화학과 츠요시 이이즈카 교수 연구팀은 류구 암석 샘플에 포함된 루테튬·하프늄 방사성 동위원소 비율을 분석한 결과, 약 10억 년 전에도 유체 활동이 있었음을 밝혀냈다. 이는 물의 존재가 태양계 형성 초기 짧은 시기에만 국한됐다는 기존 정설을 뒤흔드는 결과다. 류구는 태양계 형성 초기 얼음과 먼지로 생성된 탄소질 소행성으로, 원시 지구에 물을 전달했을 가능성이 제기돼 왔다. 이번 연구는 특히, 충돌로 인한 충격이 얼음을 녹여 암석 내부로 액체가 스며들었을 가능성을 보여준다. 이 과정에서 루테튬이 용해돼 독특한 화학적 기록이 남은 것으로 추정된다. 연구팀은 "류구와 같은 천체가 지구에 훨씬 더 많은 양의 물을 공급했을 가능성이 있다"고 설명했다. 재패니즈타임스에 따르면 동위원소 비교 결과 류구와 같은 소행성에서 나온 물질이 지구 질량의 약 6%를 차지하는 것으로 나타났다. 만약 이 소행성들이 엄청난 양의 얼음을 가지고 있었다면, 지구로 운반된 물의 총량은 지구 질량의 최대 1.8배에 달했을 것이라고 이 매체는 전했다. 연구는 쌀알보다 작은 극미량의 샘플로 정밀 동위원소 분석을 수행하는 신기술을 통해 이루어졌다. 향후 연구팀은 류구 시료 내 인산염 광맥을 추가 분석해 물 흐름의 정확한 시기를 규명할 예정이다. 또한 연구진은 2023년 9월 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 탐사선이 지구로 귀환시킨 소행성 베누(Bennu) 시료와의 비교 분석도 추진할 예정이다. 이를 통해 류구의 모체 소행성에서 늦은 시기에 발생한 물 흐름이 이 천체에서만 독특한 것인지, 아니면 다른 소행성에서도 비슷한 물 활동으 보존되었는지 확인할 수 있다. 이이즈카 교수는 "류구가 장기간 얼음을 보존했다는 사실은 지구 형성의 출발 조건이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 습윤했음을 시사한다"며 "이는 지구 생명 탄생의 환경을 재해석하는 중요한 단서"라고 강조했다. 그는 또한 연구팀이 지구 형성 중에 얼마나 많은 물이 우주로 빠져나갔는지, 얼마나 많은 물이 지구의 맨틀과 핵 깊숙한 곳에 저장되어 있었는지, 그리고 오늘날 이곳에서 생명을 지탱하는 대륙과 바다의 균형을 이루기에 충분한 물이 지구 표면에 얼마나 남아 있었는지를 조사할 것이라고 밝혔다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(140)] 류구 모체 소행성에서 액체 상태의 물 흔적 발견⋯행성 형성 이론에 새 시각
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[기후의 역습(166)] 기후변화가 불러온 '단맛의 유혹'⋯미국, 더위에 설탕 섭취 급증
- 미국에서 기온 상승이 국민들의 식습관까지 바꾸고 있다는 연구 결과가 나왔다. 기온이 오르면 특히 저소득·저학력 계층을 중심으로 탄산음료 등 당분이 많은 음료 소비가 늘어나면서 전체 설탕 섭취량이 크게 증가하는 것으로 나타났다고 KSL닷컴이 9일(현지시간) 보도했다. 영국 사우샘프턴대 듀오 찬 박사와 카디프대 판허 연구원 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 2004~2019년 약 4만~6만 가구의 소비 기록을 날씨 자료와 비교 분석해 이 같은 결론을 도출했다. 이번 연구는 9일 국제 학술지 네이처 기후변화(Nature Climate Change)에 실렸다. 연구팀은 미국 전역의 기온, 바람, 강수, 습도 자료를 소비자의 구매 기록과 대조해 기온 상승이 설탕 섭취량 증가에 미치는 영향을 측정했다. 분석 결과 섭씨 12도(화씨 54도)에서 30도(화씨 86도) 사이 구간에서 기온이 높아질수록 설탕 섭취가 늘어났으며, 이 범위를 넘어서는 고온에서는 오히려 감소세를 보였다. 추가 섭취량은 개인당 하루 한 개의 초콜릿바에도 못 미칠 정도였으나, 연간 누적하면 1억 파운드(약 4만5000 톤)에 이르는 당분 소비 증가로 이어졌다. 이는 15년 전과 비교할 때 크게 늘어난 수치다. 특히 저소득 가정과 옥외 노동자, 교육 수준이 낮은 가구일수록 기온 상승에 따른 당분 섭취 증가 폭이 더 컸다. 흑인과 백인 가정에서는 증가세가 뚜렷했으나, 아시아계 미국인의 경우 통계적으로 유의미한 변화가 없었다. 연구팀은 "기후변화가 식습관을 바꾸고 있으며 이는 장기적으로 건강 불평등을 심화시킬 수 있다"고 경고했다. 실제로 미국 내에서 하루에 탄산음료 한 캔이 추가되면 당뇨병 발병 위험이 29% 늘어난다는 분석도 있다. 미국은 1895년 이후 평균 기온이 약 1.2도(화씨 2.2도) 상승했다. 연구진은 기온이 계속 오르면 설탕 섭취량 증가세가 더 가팔라질 수 있다고 전망했다. 전문가들은 이번 결과가 작은 변화처럼 보일 수 있으나, 영양 불균형과 기후변화가 결합해 건강 불평등을 키울 가능성을 보여주는 사례라고 지적했다. 세계 기후 및 보건 동맹(Global Climate and Health Alliance)의 코트니 하워드 부의장은 "이미 취약한 계층에서 기후 변화가 건강 격차를 더욱 확대할 수 있다는 점이 우려스럽다"고 말했다. 다만 워싱턴대 크리스티 에비 교수는 "기후변화가 초래할 더 심각한 문제들에 비해 설탕 섭취 증가는 상대적으로 작은 이슈일 수 있다"고 지적했다. 그럼에도 불구하고 연구진은 "더운 날씨에 당분 섭취가 늘어나는 경향은 분명하다"며 정책적 대응의 필요성을 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(166)] 기후변화가 불러온 '단맛의 유혹'⋯미국, 더위에 설탕 섭취 급증
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[우주의 속삭임(138)] 소행성 '류구'에서 지구에 없는 미지의 광물 발견
- 일본의 소행성 탐사선 하야부사2가 2020년 지구로 가져온 소행성 '류구(Ryugu)' 시료에서 지구상에서는 한 번도 확인된 적 없는 신종 광물이 발견됐다고 과학 전문매체 사이언스얼럿이 5일(현지시간) 보도했다. 이는 태양계 형성과 초기 화학 반응을 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 뿐 아니라, 생명 기원의 단초와도 연결될 수 있다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다. 수십억 년 전 태양계의 흔적 류구는 탄소질 소행성으로, 태양계 형성 초기의 화학적 기록을 거의 오염되지 않은 상태로 간직하고 있다. 지구는 화산 활동, 판 구조 운동, 풍화 작용 등으로 원시 기록이 사라졌지만, 류구는 그러한 변화를 겪지 않아 상대적으로 '원형'에 가까운 물질을 보존하고 있다. 하야부사2는 2020년 총 5.4g의 시료를 지구로 반입했으며, 국제 연구진은 이 가운데 불과 9.3mg만을 확보해 분석을 진행했다. 이처럼 극히 제한된 물질로도 학계는 놀라운 결과를 얻어냈다. X선 분석으로 드러난 희귀 성분 미국 에너지부 브룩헤이븐 국립연구소(BNL)와 미국 스토니브룩대학 지구과학팀은 두 가지 X선 이미징 기법을 통해 류구 시료를 비파괴 방식으로 관찰했다. 표면과 내부를 동시에 화학적으로 분석할 수 있어 귀중한 시료를 손상시키지 않는 것이 특징이다. 분석 결과, 시료에는 셀레늄, 망간, 철, 황, 인, 규소, 칼슘 등 다양한 원소가 포함돼 있었다. 특히 인(Phosphorus)은 지구에서 흔히 발견되는 '인산염(우리 치아와 뼈에서 발견되는 미네랄)' 형태와 함께, 지구상에 존재하지 않는 희귀한 '인화물' 형태의 두 가지로 존재하는 것이 확인됐다. 지구에 없는 결정체 'HAMP' 연구팀은 후속 분석에서 '수화 암모늄 마그네슘 인산염(HAMP, Hydrated Ammonium Magnesium Phosphate)'이라는 새로운 광물을 특정했다. 이는 지구에는 존재하지 않는 결정체로, 지구에서 발견되는 스트루바이트(Struvite)와 유사한 성질을 지녔다. 스트루바이트는 생물학적 과정과 밀접하게 연관된 광물로, 인간의 신장 결석의 주요 구성 성분이기도 하다. 이에 대해 미국 사우스플로리다대 매슈 파섹 교수(우주생물학)는 학술지 네이처 애스트로노미(2024년) 기고문에서 "류구에서 발견된 HAMP는 외계 물질이 지구 생명 탄생 과정에 기여했을 가능성을 보여주는 또 하나의 증거"라고 평가했다. 생명 기원 연구로 확산 지구 생명 기원 연구에서 외계 기원 물질의 역할은 오래전부터 논의돼 왔다. 혜성이나 소행성이 원시 지구에 충돌하며 물과 유기물을 공급했다는 '범세계적 씨앗설(판스페르미아)'은 대표적인 가설이다. 이번 HAMP 발견은 이러한 논의를 한층 구체적으로 뒷받침할 수 있는 성과로 꼽힌다. 연구를 이끈 폴 노스러프 스토니브룩대 교수는 "시료의 내부와 외부 화학 성분을 동시에 확인할 수 있는 기술 덕분에, 귀중한 자료를 훼손하지 않고 태양계 형성 초기의 흔적을 직접 관찰할 수 있었다"고 밝혔다. 희소성과 연구 경쟁 류구 시료의 양은 고작 5.4g에 불과하다. 전 세계 수백 명의 과학자들이 연구 기회를 얻기 위해 경쟁하고 있으며, 각 연구팀에 배분된 양은 수 mg 단위에 지나지 않는다. 이번 연구 역시 9.3mg만으로 성과를 도출했으며, 이는 과학자들이 얼마나 정밀하고 신중하게 분석을 진행하는지를 보여준다. 이 같은 희귀성과 중요성 때문에 국제 공동연구의 필요성은 더욱 커지고 있다. 제한된 물질에서 최대한 많은 정보를 추출하는 것이 과학계의 과제다. 태양계 형성의 비밀 열쇠 류구 시료 연구는 단순히 새로운 광물을 찾는 데 그치지 않는다. 각 원소와 광물의 형태는 태양계 형성 당시의 온도, 압력, 화학 반응 환경을 반영한다. 이번에 발견된 HAMP와 같은 광물은 초기 태양계에서 인과 질소, 수소가 어떤 방식으로 결합했는지, 그리고 이러한 결합이 생명체가 이용 가능한 분자로 이어졌는지에 대한 단서를 제공한다. 학계는 이번 발견을 토대로 향후 추가 연구를 통해 태양계 형성과 생명 기원의 연결 고리를 구체적으로 규명할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 류구에서 가져온 미세한 암석 입자는 인류가 우주와 생명 기원을 이해하는 데 있어 귀중한 열쇠가 되고 있다. 지구에는 존재하지 않는 새로운 광물이 발견되면서, 외계 물질이 생명 탄생 과정에 영향을 미쳤을 가능성에 무게가 실리고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 지오사이언스(Geosciences)에 게재됐다. 과학계는 류구 시료 분석이 앞으로도 태양계 형성과 생명 기원의 연결고리를 규명하는 핵심 연구 과제가 될 것으로 보고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(138)] 소행성 '류구'에서 지구에 없는 미지의 광물 발견
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[기후의 역습(165)] 뜨거워진 바다, 지구의 탄소흡수능력 10% 감소
- 세계 최대 탄소 흡수원인 바다가 기후 변화로 인한 기록적인 고수온에 직면하며 탄소 흡수량이 크게 줄어든 것으로 나타났다. 국제 연구진은 2023년 바다가 이산화탄소(CO₂)를 흡수한 규모가 최근 추세치보다 약 10% 감소했다고 밝혔다. 이는 유럽연합(EU) 연간 배출량의 절반에 해당하는 수준이다. 2023년 한 해동안 해수면 온도가 전례 없는 수준으로 치솟았다. 열대 지방에서는 엘리뇨 현상이 극심했고, 북대서양 전역에서는 엄청난 더위가 찾아왔다. 그로 인해 바다의 CO₂ 흡수율이 무려 10% 이상 급감했다. 스위스 취리히연방공과대(ETH) 주도의 연구팀은 선박, 부표, 위성 관측 자료를 바탕으로 인공지능(AI) 분석을 수행해 2023년 전 세계 해수면 CO₂ 농도를 재구성했다. 그 결과, 북대서양을 비롯한 북반구 해역에서 이례적 고수온 현상이 나타나면서 바다가 CO₂를 흡수하기보다 방출하는 상황까지 관측됐다. 연구진은 "차가운 물이 더 많은 기체를 머금는 기본 물리 원리가 작동했다"며, 해수 온도가 높아질수록 CO₂ 용해도가 떨어져 흡수 능력이 약화된다고 설명했다. 다만 해수면에서 발생한 일시적 CO₂ 고갈, 수온 상승에 따른 성층 강화로 심층의 탄소 공급이 제한된 점, 그리고 플랑크톤의 '생물 펌프' 작용 등 세 가지 요인이 충격을 완화했다고 덧붙였다. 엘니뇨는 열대 태평양의 심해 용승을 줄여 해당 지역의 CO₂ 방출을 억제하는 효과를 냈지만, 북반구 해역의 이례적 고온이 이를 상쇄했다. 이번 연구는 관측 기반 분석이라는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 수십 년간 축적된 해양 CO₂ 데이터를 머신 러닝으로 보완해 매일의 전 지구 해양 탄소 흡수량을 산출, 2023년의 변화를 정밀하게 비교했다. 전문가들은 이번 결과가 바다의 탄소 흡수력이 기후 위기 속에서 얼마나 취약해질 수 있는지를 보여준다고 지적했다. ETH의 니콜라스 그루버 교수는 "2023년은 바다 탄소 흡수원의 스트레스 테스트였다"며 "바다가 여전히 많은 CO₂를 흡수하고 있지만, 이 역할을 전적으로 기대할 수는 없다"고 경고했다. 이번 연구는 국제 학술지 네이처 클라이밋 체인지(Nature Climate Change)에 게재됐다.
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[기후의 역습(165)] 뜨거워진 바다, 지구의 탄소흡수능력 10% 감소
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[신소재 신기술(193)] 세계 최초 '올주파수' 6G 칩 개발⋯중국 연구진, 100Gbps 속도 구현
- 차세대 통신인 6세대(6G) 이동통신 시대가 성큼 다가왔다. 중국 베이징대와 홍콩시립대 공동 연구팀이 초당 100기가비트(Gbps)를 구현할 수 있는 세계 최초의 '올주파수(all-frequency)' 6G 칩을 개발했다고 국제 학술지 네이처(Nature)가 2025년 최신호를 통해 전했다. 연구팀에 따르면 이번에 개발된 칩은 11mm × 1.7mm 크기의 손톱만 한 초소형 반도체로, 0.5GHz부터 115GHz까지 폭넓은 주파수 대역을 아우른다. 기존 기술이 동일한 범위를 커버하기 위해 아홉 개의 개별 무선 시스템을 필요로 했던 것과 달리, 단일 칩으로 모든 대역을 처리할 수 있다는 점이 최대 강점이다. 연구진은 논문에서 "제안한 시스템은 미래 전 주파수·전 시나리오 무선 네트워크로 가는 중요한 도약"이라며 "기존 포토닉스 기반 무선통신 대비 대역폭·데이터 전송 속도·시스템 기능이 크게 향상됐다"고 설명했다. 이번 성과의 핵심은 무선 시스템의 핵심 부품을 '박막 리튬 나이오베이트(TFLN, thin-film lithium niobate)' 소재의 칩 하나에 집적한 점이다. 또 무선 신호를 광 신호로 변환하는 초광대역 전기광 변조기와, 이를 이용해 안정적이고 깨끗한 전파 신호를 만들어내는 광전자 발진기 기술을 접목해 6GHz 대역의 주파수 튜닝 속도를 180마이크로초로 끌어올렸다. 이는 기존 기술 대비 월등히 빠른 속도다. 6G는 5G의 후속 세대로 초고속 데이터 전송과 초저지연, 인공지능(AI) 기반 네트워크 최적화 기능을 통해 통신 환경에 혁신을 가져올 것으로 전망된다. 이를 위해 마이크로파에서 테라헤르츠(THz) 대역까지 전 주파수 활용이 필수적이며, 이번 칩 개발로 6G 상용화의 핵심 기술 장벽이 하나씩 허물어지고 있다는 평가다. 전문가들은 이번 칩 개발이 상징적인 진전임에도 불구하고 상용화까지는 여전히 시간이 필요하다고 본다. 본격적인 6G 상용 서비스는 2030년 전후로 예상되며, 인프라 구축과 단말기 호환성 확보, 표준화 작업이 선행돼야 한다. 초고속·초저지연 통신이 실현되면 스마트시티, 자율주행, 원격의료 등 혁신 서비스가 본격화되며, "인터넷 활용의 패러다임이 근본적으로 바뀔 것"이라는 전망이 나온다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(193)] 세계 최초 '올주파수' 6G 칩 개발⋯중국 연구진, 100Gbps 속도 구현
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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
- 인류의 역사를 관통하며 부와 권력의 상징으로 여겨졌던 금(金). 그 영원할 것 같던 가치의 근원이 이제 원자 단위에서 새롭게 쓰이고 있다. 스웨덴 린셰핑 대학교 연구진이 주축이 된 국제 공동 연구팀이 두께가 원자 한 겹에 불과한 2차원 형태의 금, '골딘(Goldene)'을 세계 최초로 합성하는 데 성공했다. 이 이름은 탄소 원자 한 층 물질인 '그래핀(graphene)'의 명명법을 따라 '금(gold)'과 접미사 '-ene'을 결합한 것이다. 이는 2004년 '꿈의 신소재' 그래핀의 등장 이후 재료과학계에 또 하나의 거대한 이정표를 세운 것으로 평가된다. 물질을 극한의 두께로 제어할 때 그 본성이 어떻게 변모하는지를 극명하게 보여주는 이번 발견은 전자, 에너지, 의료 등 미래 산업의 패러다임을 바꿀 잠재력을 품고 있다. 난제 중의 난제, '2차원 금'을 향한 도전 물질을 원자 한 겹 수준으로 얇게 펴면, 3차원 덩어리 상태에서는 볼 수 없었던 놀라운 특성들이 나타난다. 원자들의 궤도가 바뀌면서 전자의 움직임이 자유로워지고 전기적 특성을 마음대로 조절할 수 있게 되며, 빛과 상호작용하는 능력이 극대화된다. 또한, 거의 모든 원자가 표면에 노출되면서 촉매 반응의 효율이 비약적으로 상승한다. 인류가 원자 두께의 금에 주목하는 이유다. 하지만 금속 원자는 평평하게 퍼지기보다 서로 뭉쳐 구슬 같은 입자를 형성하려는 성질이 매우 강해, 지지대 없이 독립적으로 존재하는 2차원 금속판을 만드는 것은 오랫동안 재료과학계의 난제로 남아있었다. 연구팀은 이 난제를 해결하기 위해 완전히 새로운 접근법을 고안했다. 마치 샌드위치처럼 서로 다른 원자층이 겹겹이 쌓인 'MAX상(MAX phase)'이라는 특수한 세라믹 결정 구조에서 해법을 찾은 것이다. MAX상은 M(전이금속), A(A족 원소), X(탄소 또는 질소) 원자로 구성된 층상 세라믹 물질로, 특정 층만 선택적으로 제거하기 용이한 구조를 가지고 있다. 연구팀은 먼저 티타늄(Ti), 규소(Si), 탄소(C)로 이루어진 결정(Ti₃SiC₂)에 금을 코팅한 뒤 670°C의 고온으로 가열했다. 그러자 금 원자들이 결정 내부로 스며들어 규소 원자의 자리를 밀어내고 차지하면서, 티타늄-탄소 층 사이에 원자 한 겹의 금 층이 삽입된 새로운 물질(Ti₃AuC₂)이 탄생했다. 샌드위치 속 금 꺼내기…'선택적 식각'의 묘수 이번 연구의 수석 저자인 린셰핑 대학교의 라르스 훌트만 재료과학자는 "좋은 소식은 원자 한 개 두께의 금 층을 얻었다는 것이고, 나쁜 소식은 그것이 모체 결정 내부에 갇혀 있었다는 것"이라며 당시의 상황을 설명했다. 연구의 가장 핵심적인 과제는 이 샌드위치 구조에서 금 층은 손상시키지 않으면서 주변의 티타늄-탄소 층만을 깨끗하게 제거하는 것이었다. 연구팀은 이를 위해 '무라카미 시약'이라는 고전적인 식각액을 활용했다. 이 시약은 특정 조건에서 티타늄과 탄소에는 강하게 반응해 녹여내지만, 금에는 거의 영향을 주지 않는다는 특성을 지닌다. 하지만 공정은 생각처럼 간단하지 않았다. 식각액의 농도가 너무 강하면 골딘 구조 전체가 나노입자로 부서져 버렸고, 너무 약하면 공정이 한없이 길어지며 오히려 골딘 판이 손상되었다. 연구팀은 수많은 실험 끝에 낮은 농도의 식각액을 사용하되, 식각 과정 동안 골딘이 말리거나 덩어리로 뭉치는 것을 막기 위해 계면활성제를 투입하는 최적의 조건을 찾아냈다. 부피가 큰 양쪽성 분자인 CTAB과 황(S)을 포함해 금과 잘 결합하는 시스테인 같은 분자로 구성된 계면활성제는 갓 노출된 골딘 표면에 달라붙어 교통 통제관처럼 서로 뭉치지 않고 평평한 구조를 유지하도록 도왔다. 또한, 빛이 금을 녹일 수 있는 시안화물을 생성하는 부가 반응을 막기 위해 모든 공정은 철저히 빛이 차단된 암실에서 진행됐다. 베일 벗은 골딘, 새로운 물질의 증거들 이렇게 탄생한 골딘을 전자 현미경으로 관찰한 결과, 연구팀은 마침내 원자 한 겹 두께의 독립적인 금 판을 확인했다. 그 크기는 수 나노미터에서 최대 100나노미터에 불과했지만, 이는 분명 지지체 없이 스스로 존재하는 최초의 2차원 금이었다. 흥미롭게도 골딘의 원자 구조는 일반적인 3차원 금과 미묘한 차이를 보였다. 이웃한 금 원자 사이의 거리가 일반 금보다 약 9% 더 짧아진 것이다. 이는 원자들이 2차원 평면에 갇히면서 서로 더 강하게 결합했음을 의미하는 구조적 증거다. 관찰된 표면의 자연스러운 물결무늬와 가장자리 말림 현상은 그래핀에서도 나타나는 2D 구조 고유의 불안정성을 반영한다. X선 광전자 분광법 분석에서도 골딘의 전자가 일반 금보다 약 0.88전자볼트(eV) 더 높은 결합 에너지를 갖는다는 사실이 밝혀졌다. 이는 골딘이 단순히 얇은 금박이 아니라, 덩어리 금과는 완전히 다른 고유한 전자 환경을 지닌 새로운 물질임을 명확히 입증하는 결과다. 원소 분석 결과 역시 티타늄이나 탄소 같은 불순물이 없는 순수한 금 원자 층임이 확인되었고, 시뮬레이션에서는 골딘이 상온에서도 구조적으로 안정할 수 있음이 증명됐다. 반도체부터 암 치료까지…무한한 가능성의 문 골딘의 등장은 다양한 산업 분야에 혁신을 예고한다. 기존에도 금은 뛰어난 전도성과 안정성 덕분에 차세대 반도체 및 포토닉스 소자 등 전자, 광학, 센서, 의료 분야에서 핵심 소재로 사용되어 왔다. 골딘은 모든 원자가 표면에 노출된 구조 덕분에 기존의 금 나노입자보다 훨씬 적은 양으로도 월등한 촉매 효율을 낼 수 있다. 이는 CO₂ 전환이나 고부가가치 화합물 합성 등 친환경 화학 공정의 비용을 획기적으로 낮출 수 있음을 의미한다. 태양광 부품에 적용하면 빛을 수확하는 효율을 높일 수 있고, 암세포에 선택적으로 붙어 빛을 열에너지로 바꿔 종양만 정밀하게 파괴하는 광열 치료의 효과를 극대화할 수도 있다. 이는 곧 값비싼 금의 사용량을 줄이면서도 성능은 향상시켜, 귀금속의 채굴 및 정제 과정에서 발생하는 환경 부담까지 덜 수 있다는 뜻이다. 연구팀은 층상 결정 내부에 단일 원자층의 금을 가둔 뒤, 주변부를 섬세하게 녹여내면서 동시에 계면활성제로 금을 보호해 평평한 상태를 유지하는 독창적인 방법론을 확립했다. 이는 금으로 만든 최초의 독립적인 2차원 물질이자, 오랜 시간 과학자들의 희망 목록에만 머물러 있던 개념을 마침내 현실의 물질로 구현해낸 쾌거다. 만약 그래핀처럼 넓은 면적으로 안정적인 합성이 가능해진다면, 차세대 양자소자, 나노광학 분야까지 그 파급력은 상당할 것이다. 다만 현재는 나노미터 수준의 미세한 크기로만 제작이 가능해, 향후 수율과 안정성 확보라는 기술적 난제를 해결하는 것이 상용화의 핵심 과제로 남아있다. 그래핀이 탄소 소재의 역사를 새로 썼듯, 골딘은 금속 소재의 새로운 장을 열 준비를 마쳤다. 한편 이번 연구는 네이처 신세시스(Nature Synthesis) 저널에 게재되었다.
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[퓨처 Eyes(99)] 스웨덴 린셰핑대, 원자 한 겹 '2차원 금' 세계 최초 개발
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
- 인류가 마주할 먼 미래의 지구는 어떤 모습일까. 빙하기와 대규모 감염병, 소행성 충돌과 거대 화산 폭발 등 수많은 큰 재앙을 극복해 온 인류지만, 앞으로 닥칠 위기는 과거와 비교할 수 없이 오랜 시간에 걸쳐 지구 전체에 영향을 미친다는 암울한 과학계 예측이 나왔다. 연구자들은 수억 년에서 수십억 년에 걸친 시나리오를 들어 지구가 생명체가 살기에 극도로 가혹한 환경으로 변할 수 있다고 경고한다. 첫 번째 시나리오는 영국 브리스톨대학교 연구팀이 최근 과학 저널 '네이처 지오사이언스'에 발표했다. 연구팀은 판구조론(plate tectonics)에 근거해 약 2억 5000만 년 뒤 유라시아와 아메리카 등 여러 대륙이 하나로 합쳐져 거대한 '판게아 울티마 대륙'이 생겨날 수 있다고 예측했다. 문제는 이 거대 대륙의 환경이다. 대륙 이동의 영향으로 화산 폭발이 늘며 대기 중 이산화탄소가 쌓이고, 바다와 멀리 떨어진 광활한 내륙에는 열이 그대로 축적된다. 이 탓에 대륙의 연평균 기온은 현재보다 약 20도 높은 35.1도에 이르고, 여름철에는 일부 지역의 기온이 40도에서 최고 70도까지 치솟을 것으로 예측됐다. 고온과 함께 바다로부터 수증기 공급이 끊긴 내륙은 바싹 마른 사막으로 변한다. 인류가 거주할 수 있는 땅은 지구 전체의 8%, 현재의 9분의 1 수준으로 급감하며 극심한 물과 식량 부족에 부딪힌다. 이러한 환경 변화가 초래할 생태계 붕괴는 '제6차 대멸종'에 버금가는 규모일 수 있다. 연구팀은 이를 두고 '(공룡 멸종 등) 지구 역사상 5번 일어났던 대멸종에 맞먹는 규모의 위기'라고 지적했다. 70도 불볕더위…거주지 9분의 1로 줄어든 초대륙 설령 인류가 이 가혹한 환경을 극복해도, 제2의 위기가 기다린다. 일본 도쿄과학대학교의 오자키 가즈미 준교수는 2021년 '네이처 지오사이언스'에 발표한 논문을 통해 '지금으로부터 약 10억 년 뒤 대기 중 산소가 현재의 1% 밑으로 줄어 대부분의 생물이 생존할 수 없다'고 밝혔다. 오자키 준교수는 이러한 현상이 오랜 시간에 걸친 지질 작용으로 대기 중 이산화탄소가 점차 고갈되기 때문이라고 설명한다. 이산화탄소가 거의 사라지면 식물의 광합성이 멈추고, 더는 산소가 만들어지지 않아 대기는 질소와 메탄이 주를 이루는 태고의 모습으로 돌아간다는 것이다. 이 환경에서 고등 생명체는 살아남지 못하며, 산소 호흡이 없는 박테리아나 고세균(archaea)만이 살아남는 ‘원시 지구’로 돌아갈 수 있다. 위협은 지구 밖에서도 찾아온다. 미국 플래니터리 사이언스 인스티튜트는 앞으로 40억 년 안에 외톨이 항성이 태양계를 통과할 수 있다고 밝혔다. 이때 항성의 강력한 중력 탓에 지구는 0.2% 확률로 태양계 밖으로 튕겨나가거나, 궤도가 바뀌어 기온이 급변하는 재앙을 맞을 수 있다. 이처럼 우주에서 오는 변수가 지구의 생존 환경 자체를 크게 뒤흔들 수 있다. 시간이 더 흘러 50억 년 뒤에는 지구가 물리적으로 사라질 것이라는 전망이 우세하다. 핵융합 연료가 고갈된 태양이 '적색 거성(Red Giant)'으로 팽창하며 지구 궤도까지 삼켜버리는 시나리오다. 이러한 예측은 미국 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 등 천문학계가 공통으로 내놓은 지구의 마지막 모습이다. 산소 고갈 넘어 태양 팽창까지…피할 수 없는 종말 인류 또한 과학기술로 대응책을 찾고 있다. 하늘 높이 미세 입자를 뿌려 태양 빛을 막는 '기후 공학(Geoengineering)' 기술이 나오며, 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)을 활용한 위험 예측, 합성생물학을 통한 새로운 먹을거리 확보 같은 연구도 한창이다. 근본 해결책으로는 미국 스페이스X 등이 추진하는 화성 식민지 건설을 넘어, 태양계 밖 ‘외계 행성(Exoplanet)’으로 이주하는 것이 유일한 해법일 수 있다. 과학계가 제시하는 미래 예측은 인류가 기후 변화나 핵전쟁 같은 눈앞의 위협뿐 아니라, 수억 년 단위의 아주 먼 미래의 생존까지 함께 고민해야 하는 문명사 단계에 들어섰음을 뜻한다. 지구의 종말은 피할 수 없지만, 인류의 종말은 우리의 선택에 달렸다는 점을 이들 시나리오는 보여준다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
- 기후 변화로 전 세계 빙하가 급속도로 녹고 있는 가운데, 머신 러닝(Machine Learning)을 활용해 전 세계 빙하의 침식 속도를 정밀하게 추정한 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 장기적인 지형 변화뿐만 아니라, 핵폐기물 저장지 선정 및 퇴적물 이동 모니터링 등 다양한 분야에 기초자료로 활용될 수 있을 전망이라고 웹사이트 Phys가 7일(현지시간) 전했다. 캐나다 빅토리아대학교(University of Victoria)의 지리학자 소피 노리스(Sophie Norris) 박사 연구팀은 국제 공동 연구를 통해 전 세계 18만 개 이상의 현대 빙하 중 약 85%에 해당하는 빙하에 대해 침식 속도를 예측했다. 이들은 러닝 머신 기반 회귀 분석을 통해 빙하 침식 속도의 99%가 연간 0.02~2.68밀리미터(mm) 범위에 있다는 정량적 결과를 도출했다. 이는 신용카드 두께와 유사한 수준이다. 노리스 박사는 "빙하 하부에서 발생하는 침식은 생각보다 훨씬 복잡한 메커니즘에 의해 이뤄진다"며 "기온, 빙하 하부 수량, 암석 유형, 지열 등 다양한 요소가 침식 속도에 영향을 미친다"고 설명했다. 해당 연구 결과는 학술지 '네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)'에 발표됐다. 최근 10년간 지구에서 사라진 빙하 2,700Gt…해수면 8mm 상승 기여 지난 10년간 지구 전역에서 사라진 빙하의 총량이 2700기가톤(Gt)에 달하는 것으로 나타났다. 이는 약 1조 리터의 물을 의미하며, 스위스 전역이 6m 깊이로 잠길 수 있는 엄청난 양이다. 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(나사·NASA)의 지구의 중력장 측정 위성 그레이스(Grace)와 그레이스 포(GRACE-FO)의 데이터 분석에 따르면, 2014년부터 2024년까지 연평균 약 270Gt의 빙하가 손실된 것으로 추산된다. 이로 인해 지난 10년간 해수면은 약 8mm 상승했으며, 이는 동기간 전체 해수면 상승의 약 3분의 1에 해당한다. 특히 손실이 두드러진 지역은 알프스, 알래스카, 히말라야, 남미 안데스 산맥 등 중위도 및 고산 지역이다. 알프스 지역은 10년 사이 빙하 면적의 30~40%가 소멸됐으며, 알래스카와 히말라야는 세계에서 가장 빠르게 빙하가 줄어드는 지역으로 지목되고 있다. 히말라야는 연간 약 810Gt의 빙하를 잃고 있으며, 이는 아시아 주요 강 유역의 수자원 안보에도 위협을 줄 수 있다는 지적이다. 과학 학술지 네이처에 실린 연구(Nature, Hugonnet et al. 2021)와 IPCC 제6차 평가보고서(AR6, 2021)에 따르면, 21세기 중반까지 전 세계 빙하의 절반 이상이 사라질 것으로 전망되고 있다. 특히 인구 밀집 지역 인근의 저지대 소규모 빙하 후퇴 속도가 빠르게 가속화되면서 식수, 농업, 수력발전 등 생활 기반 전반에 영향을 미칠 가능성도 제기되고 있다. 이번 논문의 공동 저자인 캐나다 달하우지대학교(University of Dalhousie)의 존 고스(John Gosse) 교수는 "실제 빙하 환경에서 침식 속도를 측정하는 것이 매우 어렵다는 점을 감안할 때, 이번 연구는 전 세계 오지의 빙하 침식 과정을 예측할 수 있는 귀중한 자료"라고 평가했다. 이번 연구는 노리스 박사가 달하우지대 박사후연구원 시절 시작해 빅토리아대에서 마무리했으며, 프랑스 그르노블알프대(University of Grenoble Alpes), 미국 다트머스대(Dartmouth College), 펜실베이니아주립대, UC어바인 등과의 공동 연구로 진행됐다. 캐나다 핵폐기물관리기구(NWMO)의 재정 지원과 협력 아래 수행됐다. 연구팀은 향후 이 예측 모델을 활용해 기후변화에 따른 빙하 후퇴와 지형 변화, 유사 퇴적 및 영양염류 순환 등 지구 시스템 전반의 변화 양상을 보다 정밀하게 예측할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 지구 빙하는 단순한 자연경관을 넘어 해수면, 강수량, 지형 변화, 생태계 순환에까지 영향을 미치는 핵심 요소다. 전문가들은 기후 변화의 '가장 눈에 보이는 지표'로서 빙하의 지속적인 관측과 대응이 절실하다고 지적하고 있다.
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
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[먹을까? 말까? (111)] 최소 가공 식단, '건강한 초가공식'보다 체중 감량 효과 2배 높아
- 영국에서 진행된 대규모 임상시험에서, 가공을 최소화한 식단을 섭취한 참가자들이 '건강 기준에 부합하는 초가공식'을 섭취한 참가자들보다 두 배 많은 체중을 감량한 것으로 나타났다고 CNN이 5일(현지시간) 보도했다. 이 연구는 세계적으로 드문 초가공식품 관련 통제 임상시험을 진행해온 미국 국립보건원(NIH) 전임 수석연구원 케빈 홀 박사를 포함한 국제 공동 연구진에 의해 수행됐으며, 8월 5일 국제 학술지 '네이처 메디신(Nature Medicine)'에 게재됐다. 연구는 총 55명의 과체중 또는 비만 성인 영국인을 대상으로 8주 단위 식단을 제공하는 방식으로 이뤄졌다. 참가자들은 먼저 최소 가공 식단 또는 초가공 식단 중 하나를 섭취한 뒤, 휴식기를 거쳐 다른 식단으로 교체해 다시 8주간 섭취하는 방식으로 진행됐다. 양쪽 식단 모두 영국 정부의 공식 영양지침인 '잇웰 가이드(Eatwell Guide)'를 준수하도록 구성됐으며, 초가공 식단 역시 섬유소는 늘리고 당·지방·나트륨은 줄이는 등 '건강하게 설계된' 초가공식으로 제공됐다. 초가공식도 '건강하게'설계했지만⋯체중 감량 효과 여전히 낮아 연구에 따르면, 최소 가공 식단을 섭취한 그룹은 평균적으로 하루 섭취 열량을 290kcal 줄였고, 2%의 체중 감량과 일부 체지방 감소 효과를 얻었다. 반면 초가공 식단을 섭취한 그룹도 의외로 하루 평균 120kcal 섭취량이 줄어들며 소폭 체중 감소가 나타났지만, 감량 폭은 전자의 절반 수준이었다. 이번 연구의 제1저자인 유니버시티칼리지런던(UCL) 비만연구소의 새뮤얼 디켄 연구원은 "8주 동안 체중의 2%가 줄어드는 것은 작아 보일 수 있지만, 이는 참가자들이 식사량을 조절하지 않은 상태에서 나타난 결과"라며 "이를 1년간 확대하면 남성은 13%, 여성은 9%의 체중 감량이 가능할 것으로 보인다"고 설명했다. 특히 참가자들은 하루 4000kcal 상당의 식사를 자유롭게 섭취하도록 했으며, 각 식단군 모두 '비슷한 칼로리와 영양 성분'을 갖도록 조정된 점에서 연구 설계가 견고 했다는 평가를 받는다. 식품 가공도가 건강에 미치는 영향 연구팀은 초가공 식단도 가공식품 중 비교적'건강한 제품'을 선정해 구성했다. 과일·견과류·단백질바, 플랜트 밀크, 샌드위치, 마시는 요거트 등으로 이뤄졌으며, 일반적으로 초가공 식품이 비판받는 과도한 열량, 설탕, 지방, 염분을 상당 부분 조절했다. 스탠퍼드대학교 예방의학센터 크리스터퍼 가드너 교수는 "이 연구는 건강하게 설계된 초가공식단 조차도 최소 가공 식단보다 체중 감량 효과가 떨어질 수있다는 점을 보여준다"며 "참가자 대부분이 연구 이전부터 초가공식 위주의 식단에 익숙했덤 점을 고려하면, 오히려 실험용 식단이 개선 식단이었을수도 있다"고 설명했다. 그는 "사람들은 초가공식 중에서도 가장 좋지 않은 음식을 선택하는 경향이 있으며, 문제는 가공 그 자체보다 어떤 제품을 고르느냐에 있다"고 지적했다. 실제 맛 선호도와 체중 변화 간 상관관계도 제기돼 연구의 편집자 논평을 맡은 뉴욕대학교 마리온 네슬 교수는 "참가자들이 최소 가공 식단을 기존 식사보다 덜 맛있다고 평가했으며, 오히려 초가공 식단 쪽을 더 선호하는 경향이 있었다"며 "맛 선호도와 체중 변화 사이에 일정한 상관관계가 존재할 가능성도 있다"고 말했다. 연구 결과에서 초가공 식단군은 뜻밖에도 LDL(저밀도지단백) 콜레스테롤 수치가 더 큰 폭으로 감소했는데, 이는 가공 방식 자체보다 식단 구성 요소가 건강에 더 중요한 영향을 줄 수 있음을 시사한다는 해석도 나왔다. 옥스퍼드대 다이어트·비만행동과학과 디미트리오스 쿠토우키디스 교수는 "이러한 LDL 수치 감소는 기존 상식과 다소 어긋나는 결과지만, 식품의 성분 구성이 가공 여부보다 중요한 변수일 수 있음을 보여주는 대목"이라며 "추가 연구가 필요하다"고 설명했다. '덜 가공된 건강식'이 여전히 우위…단, 식품 선택이 핵심 연구를 이끈 홀 박사는 "초가공 식단의 열량 밀도를 낮추고 과도한 기호성을 줄이면 일부 부작용은 상쇄할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 가공도가 낮은 식품의 체중 감량 효과가 더 분명했다"고 밝혔다. 전문가들은 단순히 '가공 여부'보다는, 영양 기준을 충족하는 건강한 식품 선택이 핵심이라고 조언했다. 염분, 당, 포화지방이 적고 식이섬유가 풍부한 식품을 선택하고, 첨가물이 지나치게 많은 제품은 피하는 것이 건강한 식단의 기본이라는 것이다. 초가공식품이 일상 식탁에서 차지하는 비중이 한국을 포함한 선진국 전반에서 증가하고 있는 상황에서, 이번 연구는 식단 선택의 방향성을 제시하는 중요한 임상 근거로 주목된다.
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[먹을까? 말까? (111)] 최소 가공 식단, '건강한 초가공식'보다 체중 감량 효과 2배 높아
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[퓨처 Eyes(95)] 최고 정밀도 인간 게놈 지도 공개⋯'정크 DNA'·구조 변이 비밀 풀었다
- 인간 게놈 프로젝트가 완성된 지 22년 만에 인류 역사상 가장 방대하고 정밀한 인간 유전 변이 목록이 나왔다. 전 세계 1,084명의 유전체를 긴 DNA 조각으로 정밀하게 연결하고 비교한 이번 연구는 그간 베일에 싸여 있던 '구조 변이'의 실체를 대거 밝혔다. 구조 변이란 DNA 설계도에서 글자 하나가 바뀌는 작은 오류가 아니라, 문단 전체가 통째로 빠지거나 다른 곳에 복사되는 것처럼 유전 정보의 큰 덩어리가 변하는 현상이다. 또한 쓸모없다고 여겨졌던 '정크 DNA'와 스스로 복제해 이동하는 '점핑 유전자'의 새로운 기능을 확인했다. 과학계는 이번 성과가 난치성 질환 진단의 새로운 문을 열고 정밀 의료의 미래를 앞당길 획기적인 전환점이 되리라 기대를 모으고 있다. 코네티컷 대학교의 바버라 멜로니 분자세포생물학 교수는 "기념비적인 논문"이라며 "오랫동안 접근이 어려웠던 진단 사례들을 해결할 문을 열었다"고 평가했다. 국제 공동 연구팀은 지난 23일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 두 편의 논문을 내고 이 같은 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 최신 장문 염기서열 분석 기술을 써서 5개 대륙 26개 인구 집단을 대표하는 1,019명과, 이와는 별개로 5개 대륙 28개 인구 집단에서 확보한 65명의 게놈을 고해상도로 분석했다. 이는 2003년 인간 게놈 프로젝트 초안 발표, 2022년 최초의 '틈 없는(gapless)' 인간 게놈 완성, 2023년 '판게놈(pangenome)' 발표에 이은 또 하나의 중요한 이정표다. 판게놈은 한 사람의 유전 정보가 아닌, 여러 인종과 집단의 유전 정보를 합쳐 인류 전체의 다양성을 보여주는 일종의 '종합 게놈 지도'다. 이번 연구는 여기서 한발 더 나아가 인간 게놈 데이터에서 기존에 빠져 있던 92%를 채우며 유전체 지도의 완성도를 크게 높였다. 네이처에 이번 주 게재된 두 편의 논문은 유럽계 중심의 기존 유전체 분석을 넘어, 보다 다양한 인류 집단의 유전적 다양성을 조명하는 중요한 진전을 이뤘다. 첫 번째 논문에서 국제 공동연구팀은 다섯 대륙 26개 인구 집단을 대표하는 1,019명의 유전체를 분석했다. 연구진은 각 염기서열이 수만 개의 염기쌍으로 이루어진 '롱 리드(long read)' 데이터를 활용해 정밀도를 높였다. DNA는 이중나선 구조로, 염기쌍 하나는 그 사다리의 가로막대 하나에 해당한다. "기존의 100개 염기쌍 안팎의 짧은 읽기로는 서로 유사하게 생긴 유전체 영역들을 정확히 구분하기 어렵다"고 이번 연구에 참여한 바르셀로나 유전체조절연구소(CGR)의 박사과정 연구원 헤수스 에밀리아노 소텔로-폰세카는 설명했다. "반복서열이 많은 유전체에서는 이런 문제가 특히 심각하지만, 2만 염기쌍 수준의 장기 읽기를 사용하면 각 염기서열을 유전체 상의 고유한 위치에 정확히 할당할 수 있다"고 그는 전했다. 이번 연구에서 밝혀진 새로운 유전체 변이의 절반 이상은 이러한 반복 영역에서 발견됐다. 특히 그중 많은 수가 '점핑 유전자(jumping genes)'로 알려진 전이인자(transposon)에서 유래한 것으로 분석됐다. 전이인자는 유전체 내 여러 위치로 '이동'하면서 자신의 염기서열을 복사·붙여넣는 기능을 갖고 있다. 이들이 어디에 착지하느냐에 따라 유전체를 불안정하게 만들거나, 유해한 돌연변이를 유발해 암 등 질환을 일으킬 수 있다. 공동저자인 CGR의 독립 연구원 베르나르도 로드리게스-마르틴은 라이브 사이언스와 이메일 인터뷰에서 "이번 연구는 일부 전이인자가 조절 서열을 '탈취'해 자신들의 활성을 증폭시킬 수 있음을 보여준다"고 밝히며, "이는 이들의 돌연변이 유발 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다"고 설명했다. 특히 이번 연구에서는 일부 점핑 유전자가 특정 조절 분자인 '비암호화 장기 RNA(long noncoding RNA)'와 결합함으로써, 보통보다 훨씬 많은 복제본을 만들어내는 메커니즘도 포착됐다. 유럽분자생물학연구소(EMBL) 코르벨 연구실 출신의 로드리게스-마르틴 박사는 "이처럼 점핑 유전자가 조절 분자와 ‘동승’하는 방식은 매우 이례적인 생물학적 전략"이라며 "우리에게도 놀라운 발견이었다"고 밝혔다. 정밀도 높인 '원투 펀치' 분석 기술 이번 연구의 핵심 성과는 유전 정보의 큰 덩어리가 변하는 '구조 변이'에 대한 이해를 크게 넓힌 데 있다. 특히 과거 '정크 DNA'로 불리며 별다른 기능이 없다고 알려졌던 반복 서열에서 유전체 변이의 절반 이상이 발견돼, 그 생물학적 중요성을 새롭게 조명했다. 이러한 성과는 옥스퍼드 나노포어(Oxford Nanopore)와 퍼시픽 바이오사이언스(Pacific Biosciences)의 기술을 조합한 덕분이다. 옥스퍼드 나노포어의 기술은 DNA의 매우 긴 조각을 한 번에 읽어 전체적인 뼈대를 잡는 데 쓰였고, 퍼시픽 바이오사이언스의 기술은 각 글자(염기)를 아주 정확하게 읽어내 정밀도를 높이는 데 활용됐다. 코네티컷 대학교 보건센터의 크리스틴 벡 수석 저자 겸 유전학자는 이 '원투 펀치' 전략 덕분에 과거의 기술 장벽을 넘어 빠져 있던 게놈 영역을 밝힐 수 있었다고 설명했다. 연구팀은 각 개인의 염기서열을 부모에게서 함께 물려받는 유전자 묶음인 '하플로타입(haplotypes, 일배체형)'으로 나눈 뒤, 이를 기준 게놈과 비교해 질병을 유발할 수 있는 구조 변이를 찾아냈다. 암·당뇨병 등 질병 핵심 유전자 첫 해독 연구팀은 당뇨병, 척수성 근위축증 같은 질병과 연관된 가장 복잡한 유전 영역 일부를 완벽하게 해독했다. 대표적인 예로 면역 반응의 핵심인 '주조직적합성복합체(MHC)' 영역이 있다. MHC는 우리 몸의 세포가 '나'인지 아니면 외부에서 침입한 '적'인지를 구별하는 신분증 역할을 하는 중요한 부분이다. 이 영역의 유전 정보는 암, 제2형 당뇨병, 바이러스 감수성의 개인차와 관련이 깊다. 또한, 척수성 근위축증 치료제 표적인 SMN1 및 SMN2 유전자의 서열과, 녹말 음식 소화를 돕는 아밀라아제 유전자 묶음도 완전히 해독했다. 세포 분열의 중심 역할을 하는 '동원체(centromere)'의 숨겨진 특징도 드러났다. 동원체는 세포가 분열할 때 염색체가 양쪽으로 정확하게 나뉘도록 밧줄(방추사)을 거는 고리 같은 역할을 한다. 이 고리를 이루는 '알파 위성 배열'이 개인에 따라 그 길이가 최대 30배까지 차이 날 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 벡 박사는 이런 동원체 변이가 다운 증후군, 에드워즈 증후군, 파타우 증후군과 같은 삼염색체성 질환, 즉 특정 염색체를 3개 갖는 염색체 이상을 일으킬 수 있다고 설명했다. '단일 염기' 넘어 '구조 변이'로…정밀 의료의 새 길 이번 연구 결과는 정밀 의료에 중대한 영향을 미친다. 서던캘리포니아 의과대학의 찰스턴 치앙 의학 집단 유전학자는 "이번 연구는 개인의 질병 위험도를 더 명확히 정의하는 데 근본 구실을 한다"고 말했다. 그는 과거 유전병 진단 연구가 대부분 DNA 글자 하나만 바뀌는 작은 변이(단일 염기 다형성, SNP)를 찾는 데 집중해, 이번 연구에서 다룬 '문단' 단위의 큰 변화(구조 변이)를 지나쳐왔다고 지적하며, 이번 연구가 이를 보완할 초석을 마련했다고 평가했다. "유전 다양성 보고는 아프리카"…편중된 연구에 경종 연구의 또 다른 뜻은 샘플의 다양성에 있다. 이번 연구에서 아프리카계 혈통 샘플에 가장 많은 구조적 다양성이 나타났는데, 이는 인류 유전적 다양성의 가장 깊은 원천이 아프리카에 있다는 기존 이론을 뒷받침한다. 멜로니 교수는 전통적으로 유럽계에 치우쳤던 기준 게놈을 생각할 때 이 발견이 꼭 필요하다고 덧붙였다. 물론 치앙 박사는 표본 크기가 여전히 적다는 점을 지적하며, 전 세계 인구 전체를 대표하려면 더 많은 분석이 필요하다고 말했다. 그럼에도 그는 "우리 분야가 유전 변이 데이터 생성 쪽에서 나아가고 있는 명백한 방향"이라며 "오랫동안 논의해 온 생각들이 하나씩 실현되고 있다"고 기대를 나타냈다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(95)] 최고 정밀도 인간 게놈 지도 공개⋯'정크 DNA'·구조 변이 비밀 풀었다
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메타, 손 제스처만으로 컴퓨터 제어 AI손목밴드 공개
- 페이스북 모회사 메타플랫폼(이하 메타)이 손 제스처를 이용해 컴퓨터를 제어하는 인공지능(AI) 기술을 선보였다. 메타는 23일(현지시간) 학술지 네이처에 실린 논문을 통해 멀리 떨어진 곳에서도 손의 움직임만으로 컴퓨터를 제어할 수 있게 해주는 손목밴드를 공개했다. 이 손목밴드를 차고 손을 부드럽게 돌리면 노트북 화면에서 커서를 움직일 수 있고, 엄지와 검지를 맞대면 데스크톱 컴퓨터에서 앱이 실행된다. 연필을 쥐고 있는 것처럼 공중에 이름을 쓰면 글자가 스마트폰 화면에 나타난다. 손목밴드는 손가락을 움직일 때 근육을 통해 흐르는 전기 신호를 읽는다. 이 신호는 뇌에서 보낸 명령으로 생성되며, 사람이 실제로 움직이기 전에 이미 무엇을 하려는지 파악할 수 있다. 이 프로젝트 책임자이자 메타의 리서치 부사장인 토머스 리어든은 "실제로 움직일 필요는 없다"며 "단지 움직이려는 '의도'만 있으면 된다"고 말했다. 단순한 생각만으로는 작동하지 않지만, 움직이려는 '의도'를 가졌을 때 이를 감지할 수 있다는 것이다. 메타의 손목밴드는 신경과 근육에서 발생하는 전기적 신호를 분석하는 근전도(EMG)라는 기술을 활용해 팔 근육에서 나오는 전기 신호를 수집한다. 이 신호는 뇌나 척수에서 내려오는 명령을 받아 근육을 움직이게 하는 알파 운동 뉴런에서 생성되는데, 이 뉴런이 근섬유에 직접 연결돼 생성되는 전기 신호가 피부 바깥에서도 감지될 정도로 강하다는 점을 활용했다. 신호는 실제 손 움직임보다 훨씬 빠르게 전달돼 손목밴드와 같은 기기가 감지하면 손가락보다 훨씬 빠르게 타이핑할 수 있다. 리어든 부사장은 "손가락이 움직이기도 전에 전기 신호를 감지할 수 있다"고 말했다. 이 손목밴드는 사용자가 기기를 직접 만지지 않고도 제어할 수 있는 기술 개발의 하나로, 노트북과 스마트폰은 물론 현재 우리가 사용하는 디지털 기기를 대체할 수 있는 새롭고 간편한 인터페이스를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 메타는 그동안 기술을 외부에 비공식적으로 시연해 왔지만, 이제는 일반에 공개할 만큼 성숙했다고 보고 연구 결과를 공유했다. 메타는 시제품을 실험한 1만 명의 데이터를 수집해 챗GPT와 같은 AI 기술인 '신경망'(neural network)을 활용해 공통된 패턴을 찾아냈다. 이에 새로운 사용자가 착용해도 바로 작동이 가능하다고 설명했다. 리어든 부사장은 메타가 "향후 수년 내에 이 기술을 제품에 통합할 계획"이라고 밝혔다. 메타는 작년 9월 이 손목밴드를 통해 사진 촬영과 동영상 녹화, 음악 재생, 시각 정보 설명 등이 가능한 스마트 안경을 제어하는 모습을 시연했다. 메타는 지난 2019년 신경망을 연구하는 'Ctrl 랩스'라는 스타트업을 인수했다. 리어든 부사장은 공동 창업자로, 이 스타트업은 메타의 '리얼리티 랩스'라는 연구 조직 산하에서 운영 중이다.
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- IT/바이오
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메타, 손 제스처만으로 컴퓨터 제어 AI손목밴드 공개
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
- 양자 기술의 상용화를 향한 중요한 진전을 알리는 연구 성과가 미국에서 나왔다. 미국 보스턴대학교, UC버클리, 노스웨스턴대학교 공동 연구진은 세계 최초로 전자 회로·광자 소자·양자 광원을 단일 칩 위에 통합한 양자-전자-광자 집적 칩(quantum–electronic–photonic chip)을 구현했다고 밝혔다. 이번 칩은 상용화된 45나노미터급 CMOS(상보성 금속산화막 반도체) 제조 공정을 활용해 제작된 것으로, 상업용 반도체 제조라인에서 양자광학 수준의 정밀성과 실시간 제어 기능을 구현했다는 점에서 주목된다. 이는 향후 양자 컴퓨팅, 양자 센싱, 양자 암호통신 등 다양한 응용 분야의 확장성을 크게 높일 것으로 기대된다. 해당 연구 결과는 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐으며, 과학 기술 전문 매체 인터레이스팅엔지니어링, 텍크 익스플로어 등 다수 외신이 14일(현지시간) 보도했다. 연구를 주도한 보스턴대학교 밀로시 포포비치 교수는 "양자 기술은 수십 년간 개념에서 현실로 나아가는 긴 여정을 걷고 있다"며, "이번 연구는 소규모지만, 상용 반도체 공정을 통해 재현 가능하고 제어 가능한 양자 시스템을 제작할 수 있음을 증명했다는 점에서 매우 중요한 발걸음"이라고 평가했다. 노스웨스턴 대학교 전기컴퓨터공학과 교수이자 양자 광학 분야의 선구자인 프렘 쿠마르는 "이 연구에 필요한 학제 간 협력은 바로 양자 시스템을 실험실에서 확장 가능한 플랫폼으로 옮기는 데 필요한 것"이라면서 "전자공학, 광자공학, 그리고 양자 측정 분야의 공동 노력이 없었다면 이 연구는 불가능했을 것"이라고 밝혔다. 이번에 개발된 칩은 가로세로 1㎟ 이하 면적에 독립된 12개의 양자광원을 탑재하고 있으며, 각 광원은 마이크로링 공진기를 통해 상관된 광자 쌍(photon pairs)을 생성한다. 이 광자 쌍은 양자 얽힘 기반 통신 및 계산, 고감도 센싱 등에 핵심적으로 활용된다. 다만 마이크로링 공진기는 온도 변화 및 제조 편차에 매우 민감해 광자 생성을 불안정하게 만드는 한계가 있었는데, 이를 해결하기 위해 연구팀은 칩 내부에 실시간 제어 회로 및 피드백 루프를 삽입했다. 광 다이오드가 레이저 정렬 오차를 감지하고, 내장된 히터와 제어 로직이 자동으로 온도 및 공진 조건을 보정해주는 방식이다. 이 과정을 이끈 노스웨스턴대 박사과정 아니루드 라메시는 "양자 시스템의 실시간 안정화 제어를 온칩(on-chip) 방식으로 구현한 것은 확장 가능한 양자 시스템을 향한 핵심 진전"이라며 기술적 의의를 강조했다. '온칩(on-chip)' 방식이란, 하나의 반도체 칩 내부에 다양한 기능이나 소자를 통합하여 구현하는 방식을 의미한다. 다시 말하면, 온칩 방식은 복잡한 기능을 하나의 칩에 통합해 고성능·소형화·자동화를 가능하게 하는 핵심 기술이다. 칩 설계 측면에서는 양자광학 소자의 고성능 요건을 충족하면서도 상업용 CMOS 플랫폼의 물리적·전기적 제약을 동시에 만족시키는 것이 가장 큰 도전이었다. 포토닉 설계를 주도한 보스턴대 임버트 왕 박사과정 연구원은 "기존 양자광학 설계방식을 넘어, CMOS 공정 한계 내에서 설계 최적화를 이뤄야 했다"고 설명했다. 이번 칩은 AI 연산 및 고속 데이터 전송을 위한 상용 집적 플랫폼으로도 알려진 45nm CMOS 공정을 활용해 제작됐다. 해당 공정은 보스턴대, UC버클리, 글로벌파운드리즈(GlobalFoundries), 아야랩스(Ayar Labs) 등이 공동 개발한 것으로, 이번에는 노스웨스턴대가 양자 시스템 통합에 협력하며 응용 범위를 한층 확장했다. UC버클리의 칩 설계를 총괄한 대니얼 크람닉 박사과정 연구원은 "양자 시스템, 전자 회로, 광학 설계라는 서로 다른 영역의 긴밀한 협력이 없었다면 불가능한 성과였다"고 말했다. 한편 이 연구에 참여한 일부 학생 연구원들은 이미 사이퀀텀(PsiQuantum), 아야랩스, 구글X 등 실리콘 포토닉스 및 양자컴퓨팅 스타트업과 연구소에 진출해 기술 상용화를 이어가고 있다. 이번 연구는 미국 국립과학재단(NSF), 패커드 펠로우십(Packard Fellowship), 글로벌파운드리즈의 지원을 받아 진행됐다.
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[신소재 신기술(187)] 상용 반도체 공정으로 세계 최초 '전자–광자–양자 통합칩' 구현
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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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[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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- 포커스온
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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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