과학과 놀자 | 생글생글

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전 세계 산호초 84%, 백화현상에 고사 위기

지구 생물의 80%가 살고 있는 것으로 알려진 바다. 고래와 물고기, 해파리, 해초, 플랑크톤 등 수많은 생명체가 바닷속에 터를 잡아 살아가고 있다. 그중에서도 산호초는 해양생물이 많이 모여 산다. 이곳에 서식하는 물고기 종류만 해도 1500종에 이른다. 그런데 최근 해양생물들이 산호초를 떠나기 시작했다고 알려졌다. 어떻게 된 일일까?산호초는 원래 해양생물들에 바다 최고의 서식지로 손꼽힌다. 산호와 공생관계인 조류가 있고, 이를 먹이로 삼는 물고기들이 모이고, 포식자를 피해 숨을 공간이 많고! 여러 면에서 살기 좋은 서식지다 보니, 많은 동물이 모여 살게 된 것이다. 덕분에 산호가 군락을 이루는 산호초는 ‘바다의 열대우림’이라는 별명을 갖고 있다.문제는 산호가 예민한 편이라는 점이다. 수온, 산성도, 탁도 등 주변 환경이 바뀌면 쉽게 스트레스를 받는다. 바닷물의 온도가 1~2℃만 높아져도 스트레스를 받기 시작한다. 지구온난화로 수온이 지속적으로 오르고, 염도가 높아지고 산성화가 심해지자 결단을 내린다. 공생하던 조류를 몸 밖으로 내보내기로!사실 산호는 혼자서는 살 수 없는 해양 무척추동물이다. ‘조잔텔라(zooxanthellae)’라는 조류와 서로 도우며 함께 살아간다. 조류는 광합성을 해서 에너지를 만들고, 이걸 산호에게 나눠준다. 그 대신 산호는 조류들이 살 수 있는 집과 광합성에 필요한 이산화탄소를 내어준다. 공생하는 조류의 색에 따라 산호의 색도 노란색, 갈색, 초록색 등 다양한 색을 띤다. 이렇게 서로 상부상조하며 살아가는 관계를 ‘공생’이라고 한다.스트레스로 인해 조류를 내보낸 산호는 에너지를 얻을 수 있는 방법이 없다. 그럼 산호의 화
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날카로운 칼로 천천히…"톡 쏘는 물질 덜 나와요"

양파는 묘한 식재료다. 생으로 먹으면 톡 쏘는 매운맛이 입안을 자극하는데 열을 가하면 달콤한 맛이 살아나 볶음밥, 자장면, 카레 등 다양한 요리에 쓰인다. 여기에 식이섬유와 세포 손상을 막아주는 항산화 물질이 풍부해 혈압을 낮추고 면역력을 높이는 데도 도움이 된다. 그런데 이 매력적인 식재료에 꽤 성가신 면이 있다. 바로 칼로 썰기만 하면 눈물을 쏟게 해 손질하기가 골치 아프다는 점이다. 이 문제를 과학적으로 해결할 수는 없을까.우선 무엇이 눈물을 유발하는지 살펴보자. 양파 세포에는 황화아미노산이라는 물질과 이를 분해하는 효소가 분리된 상태로 들어 있다. 그런데 양파를 칼로 자르거나 치아로 으깨면 세포가 파괴되면서 두 물질이 화학반응을 일으키고, 이 과정에서 새로운 물질이 생성된다. 그중 하나는 양파 특유의 매운맛을 내는 ‘티오설피네이트’고, 다른 하나가 바로 눈 점막을 자극해 눈물이 나게 만드는 ‘프로파네티올-S-옥사이드’다.원인 물질이 무엇이든 우선 양파를 썰 때 눈이 자극받지 않는 게 급선무다. 사람들은 보통 양파를 물에 담가두거나 고글을 쓰고 손질하는 방법을 택한다. 경험에서 얻은 지혜다. 한편에서는 이 익숙한 불편함을 과학적으로 해결하려는 움직임도 있다. 실험을 통해 양파를 자를 때 정확히 어떤 현상이 일어나는지, 어떻게 하면 눈물을 덜 흘릴 수 있는지를 규명하는 것이다. 최근 미국 코넬대학교 연구팀이 논문 사전 공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 발표한 연구가 좋은 예다.연구팀은 고속카메라와 미세입자 추적 기술을 이용해 양파를 자를 때 세포 속에서 어떤 물질이 어떤 형태로 방출되고, 어떤 속도로 공기 중으로
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플라스틱 폐기물로 해열진통제 만들었다

2030년, 감기에 걸려 약국에서 해열진통제를 샀다. 그런데 약사가 건네준 이 해열진통제의 원료는 작년에 내가 마시고 버린 음료수병이다. 말도 안 되는 이야기 같지만, 곧 현실이 될지 모른다. 최근 과학자들이 플라스틱 폐기물로 해열진통제를 만드는 데 성공했기 때문이다. 그것도 대장균을 이용해서 말이다.영국 에든버러대학교 연구팀은 유전자 변형 대장균을 이용해 폴리에틸렌 테레프탈라이트(PET)를 파라세타몰(아세트아미노펜)로 바꾸는 데 성공했다. 우리가 자주 먹는 타이레놀에 들어 있는 성분이 바로 이 파라세타몰이다. 연금술도 아니고, 어떻게 이런 일이 가능했을까?연구팀은 ‘로센 재배열’이라는 유기화학 반응에 주목했다. 이 반응은 1872년 독일의 화학자 빌헬름 로센이 발견한 것으로, 하이드록삼산(hydroxamic acid)의 원자 배열이 바뀌어 이소시아네이트라는 물질로 변환되는 반응이다. 이소시아네이트가 물과 만나면 최종적으로 ‘아민’이 만들어진다. 150년 가까이 된 이 반응은 유기화학에서 중요한 역할을 해왔다. 아민은 의약품, 플라스틱, 염료 등 다양한 물질을 만드는 데 필수적인 화합물인데, 로센 재배열 반응은 특정 구조의 아민을 합성하는 데 특히 유용하다.하지만 이 반응은 고온과 강한 염기가 있는 혹독한 조건에서 독성이 있는 시약을 사용해야 일어난다. 그래서 특수 장비와 안전시설을 갖춘 실험실에서만 가능했다. 그런데 연구팀은 이 반응을 살아 있는 대장균 내에서 구현하는 데 성공했다.연구팀은 유전자 편집 기술을 이용해 대장균을 작은 화학 공장처럼 개조했다. 로센 재배열 반응과 파라세타몰을 합성할 수 있는 대사 경로를 가진 새로운 대장균을 만
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실험실에서 배양된 연어살, 식탁 위에 올랐다

미국 오리건주 포틀랜드의 한 레스토랑에서는 저녁 특선 메뉴로 딸기와 토마토를 곁들인 생선 요리가 나온다. 선홍빛 생선 살과 흰 지방이 줄무늬처럼 늘어져 있는 이 요리를 보면 누구나 연어를 떠올린다. 그러나 요리를 한 주방에는 생선 뼈도, 비늘도 남아 있지 않다. 요리에 쓰인 생선은 바다가 아닌 실험실에서 왔다.전 세계적으로 육류와 생선 소비는 꾸준히 늘고 있다. 유엔식량농업기구(FAO)에 따르면, 1961년부터 2015년까지 1인당 육류 소비량은 23kg에서 42kg으로 83% 상승했고, 생선 소비량은 9kg에서 20.2kg으로 124% 증가했다. 이에 미국 스탠퍼드대 연구팀은 2050년까지 전 세계 생선 소비량이 1998년 대비 약 80% 늘어날 것으로 예측했다.육류와 생선 소비 증가는 식량 공급에 문제를 일으킨다. 실제로 해양 어획량은 이미 한계에 가까워졌다. 동물 도축을 둘러싼 윤리적 논란도 제기되고 있다. 가축 사육 과정에서 발생하는 환경문제 역시 무시할 수 없다. 이런 배경에서 대체 단백질 시장이 떠오르고 있다. 대체 단백질은 환경 부담이 적고, 식량 공급을 원활하게 조절할 수 있어 미래 식량를 확보하는 대안으로 꼽힌다.대체 단백질은 ‘대체육’과 ‘배양육’이 대표적이다. 대체육은 콩과 같은 식물성 원료로 고기와 유사한 맛을 낸 식품이다. 한편 배양육은 동물세포를 추출해 배양액에서 키워 만든 식품이다. 배양육은 동물세포를 사용하지만 동물을 도축할 필요가 없다. 또한 기존 고기의 맛, 질감, 영양 성분 등이 거의 유사해 식물성 대체육의 한계를 보완한다.배양육은 동물 줄기세포를 이용해 만든다. 줄기세포는 자가복제 능력이 있는, 아직 분화되지 않은 세포다. 배양육을 생산하기 위해

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미세플라스틱 방출…토양 벌레 번식 방해하죠

코로나19 확산으로 우리는 어마어마한 양의 마스크를 소비했다. 팬데믹이 한창이던 2020년부터 2022년까지 3년간 전 세계에서 사용한 일회용 마스크는 약 9000억 개로 추산된다. 이는 코로나19 유행 전과 비교해 20배 이상 증가한 수치다. 그런데 지난 6월 30일, 코로나19 확산으로 사용이 급증한 일회용 마스크가 토양 생태계에 심각한 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 광주과학기술원(GIST)과 독일 베를린자유대 공동연구팀은 마스크에서 나온 미세플라스틱 섬유가 토양에 영향을 미칠 것이라 가정하고 실험을 진행했다. 실험에서는 KF94 일회용 마스크에서 발생한 미세플라스틱을 표준 토양에 넣고 토양 생물인 예쁜꼬마선충의 반응을 살폈다. 예쁜꼬마선충은 1㎜ 남짓한 크기의 토양생물로, 토양 속 유기물 분해와 영양 순환에 결정적 역할을 하는 생명체다. 즉 예쁜꼬마선충의 건강 상태는 곧 토양의 건강 상태를 나타내는 지표라 할 수 있다.실험 결과, 토양에 KF94 마스크의 미세플라스틱 농도가 0.3%일 때 예쁜꼬마선충의 번식력은 33%까지 떨어졌다. 미세플라스틱은 예쁜꼬마선충에게 물리적으로 해를 끼치는 수준을 넘어 대사 경로 자체를 교란했다. 연구팀이 대사 작용을 분석한 결과, 생식에 중요한 역할을 하는 화합물인 폴리아민(polyamine)의 합성을 방해해 생식을 불가능하게 하는 것으로 나타났다. 한 가지 주목할 점은 마스크의 원료인 폴리프로필렌을 직접 토양에 혼합했을 때는 예쁜꼬마선충의 번식력에 변화가 없었다. 연구팀은 마스크 제조 과정에서 사용되는 가소제나 안정제 같은 화학첨가제가 독성 작용을 일으키는 요인이 되었을 것으로 추측했다.실제 토양에서 검출되는 미세플라
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매머드 털 가진 쥐, 유전자 편집으로 태어났다

영화 ‘쥬라기 공원’을 아시나요? 영화 속 과학자들은 호박에 갇힌 모기 화석에서 공룡의 DNA를 추출하고, 개구리를 활용해 공룡을 태어나게 했어요. 이미 수천 년 전에 지구에서 멸종된 생명체를 되살린 거예요. 영화 속에서나 가능할 것 같은 연구가 실제로도 일어났습니다. 최근 지구에서 멸종된 매머드의 털을 가진 쥐가 탄생했거든요. 영화 ‘쥬라기 공원’이 현실이 되는 걸까요?미국 바이오 회사인 콜로설 바이오사이언스가 최근 ‘콜로설 털복숭이 쥐’를 탄생시켜 세상에 공개했어요. 콜로설 털복숭이 쥐를 봤을 때 가장 먼저 눈에 띄는 점은 온몸을 북슬북슬하게 뒤덮은 황토색 털이에요. 이 털은 지구에서 오래전에 멸종된 매머드의 특징이기도 해요. 그러니까 유전자 기술을 활용해 매머드의 특징을 가진 쥐를 만든 거예요.콜로설 바이오사이언스는 멸종된 동물을 복원하는 연구를 하고 있어요. 그중에서도 매머드에 주목했죠. 매머드는 몸길이 4m, 몸무게 약 8톤으로 매우 거대한 포유류예요. 또 긴 코와 그 옆으로 길게 난 상아가 코끼리와 매우 닮았어요. 특히 피부 아래에 두꺼운 지방층이 있어서 추위에 매우 강했어요. 덕분에 북극의 차갑고 넓은 초원인 툰드라 지역에서 풀을 먹으며 살았습니다. 지금으로부터 약 4000년 전쯤 빙하기가 끝난 시기에 지구에서 완전히 자취를 감췄어요.그러다 최근 매머드가 다시 발견되기 시작했어요. 지구온난화로 지구의 기온이 오르자 동토층이 녹았고, 그 안에 완벽하게 보존된 상태의 매머드 사체가 세상 밖으로 나오게 된 거예요. 과학자들은 매머드가 지구에 존재했다는 사실을 확인하는 것은 물론, 유전자를 채취해 매머드 복원 연구
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충치로 이 빠지면 새로 자라게 한다?

음식을 먹고 나면 이를 닦아야 한다. 여간 귀찮은 일이 아니지만, 어쩔 수 없다. 한번 충치가 생기면 그 고통은 물론이고, 치료 비용 또한 상상을 초월하니 말이다. 그런데 만약 충치가 생겨도, 이가 빠져도 전혀 걱정할 필요가 없는 시대가 온다면 어떨까? 썩은 이를 새 치아로 교체할 수 있는 날이 온다면?인간의 치아는 크게 앞니, 송곳니, 작은어금니, 큰어금니로 나뉘며, 각 치아는 위치와 형태에 따라 고유의 기능을 맡고 있다. 예를 들어 앞니는 음식을 자르고, 송곳니는 찢고, 어금니는 갈아 으깨는 역할을 하며 소화를 돕는다.이러한 기능이 가능한 건 치아를 구성하는 독특한 조직 덕분이다. 치아는 법랑질, 상아질, 치수로 이뤄져 있는데, 이 중 법랑질은 인체에서 가장 단단한 조직으로 치아를 외부 충격과 부식으로부터 보호한다. 상아질은 치아의 형태를 유지해주고, 가장 안쪽에 있는 치수는 혈관과 신경이 분포해 치아에 영양분을 공급한다. 이처럼 정교하게 구성된 치아는 우리가 평생 음식을 섭취하는 데 필수적인 역할을 한다.하지만 문제는 인간의 치아가 한번 손상되면 재생되지 않는다는 것이다. 유치 20개가 빠지고 나오는 영구치 32개를 평생 써야 한다. 그래서 우리는 정기적으로 치과의사의 도움을 받는다. 충치가 생기면 때우고, 더 심하게 손상되면 임플란트 같은 인공 치아 시술을 받는다. 임플란트는 잇몸 뼈에 티타늄 나사를 심고 그 위에 인공 치아를 씌우는 방식이다. 현재로서는 가장 효과적인 치료법이지만, 자연 치아만큼 완벽하지 않다.인간과 달리, 동물은 놀라운 치아 재생능력을 지니고 있다. 특히 파충류와 어류에서 쉽게 찾아볼 수 있는데, 이 분야에서 가장 유명한 동물은 상
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우주에서 발효시킨 된장이 더 맛있다?

최초의 우주식량은 튜브에 담긴 퓨레였다. 간편하게 식사를 마칠 수 있다는 장점이 있었지만, 우주비행사들은 마치 접착제나 치약을 먹는 것 같다며 '끔찍한 수준'이라고까지 악평했다. 영양학적으로는 우수한 식사였음에도 지구에서 먹던 음식과는 영 딴판이었기에 우주비행사들은 한결같이 적응하기 어려워했다. 심지어는 맛과 향, 질감 모두 만족스럽지 못한 식사로 인해 우울감을 호소하는 우주비행사도 있었다. 성공적인 우주 탐사를 위해서는 우주식량 연구가 절실했다.그로부터 50년 동안 수많은 연구를 거치며 우주식량은 계속해서 진화했다. 과거 오직 가볍고 오래가는 식품을 목표로 하던 우주식량에서 벗어나 맛과 향까지 신경 쓴 우주식량을 개발한 것이다. 지금은 우주에서 스파게티, 토마토수프, 오트밀, 카레, 마파두부 같은 가공식품을 먹을 수 있게 됐다. 그리고 최근 또 한번의 진보를 이루었다. 우주에서 직접 된장을 발효시키는 데 성공했다는 연구가 발표된 것이다. 이 연구는 지난 4월 국제 학술지 ‘아이사이언스(iScience)’에 발표됐다.2020년 3월 미국 매사추세츠공과대(MIT)와 덴마크공대 연구팀은 미소된장 1kg을 용기 3개 에 나눠 담은 뒤, 각각 미국 MIT와 덴마크공대 실험실, 국제우주정거장(ISS)에서 30일 동안 발효시켰다. 세 곳의 발효 조건을 파악하기 위해 발효 기간 동안 환경 감지 장치를 설치해 온도, 습도, 압력, 방사선을 꼼꼼하게 모니터링했다. 30일 후, 3개의 미소된장이 어떤 차이를 보이는지 여러 측면에서 살펴봤다.실험 결과, 우주에서 발효된 된장은 외관, 향, 맛 모두 정상 범주 안에 있었다. 우주에서 ‘정상 된장’을 발효시키는 데 성공한 것이다. 총 14

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