과학과 놀자 | 생글생글

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"껌 씹으면 독감 걸렸는지 알 수 있죠"

감기와 독감, 증상은 비슷하지만 감기는 대부분 자연스럽게 회복되는 반면 독감은 매년 전 세계 수십만 명의 목숨을 앗아갈 정도로 치명적이다. 독감의 전파를 막기가 유독 어려운 이유는 감염 시점에 바로 진단하기가 어렵다는 한계 때문이다. 독감(인플루엔자) 바이러스 감염자 대부분은 증상이 심해지고 나서야 병원을 찾는데, 독감은 증상이 나타나기 전에도 전염성이 있어 진단 전에 이미 주변에 바이러스가 퍼져 있는 경우가 많다. 그런데 최근 독일 뷔르츠부르크 대학교 로렌츠 마이넬 교수가 이끄는 연구팀이 독감 진단의 한계를 극복할 수 있는 새로운 진단법을 개발했다. 해당 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 센트럴 사이언스’ 10월 1일 자에 게재됐다.현재 독감 진단을 위해 가장 많이 쓰이는 방식은 PCR 검사와 신속항원 검사 두 가지다. PCR 검사는 콧속 깊은 곳에서 면봉으로 검체를 채취하고 실험실에서 증폭해 분석하는 방식으로, 정확도는 높지만 비용과 시간이 든다. 독감 환자가 검사를 기다리는 하루이틀 동안 주변 사람들에게 바이러스를 퍼뜨릴 수도 있다. 한편 신속항원 검사는 바이러스에 있는 특정 단백질 항원의 존재 여부를 빠르게 확인하는 방식으로, 코 벽면에서 채취한 검체를 용액과 섞어 키트에 떨어뜨리면 바로 결과가 나온다. 아주 간단하고 빠르지만, 바이러스양이 적은 감염 초기에는 잘못된 결과가 나올 가능성이 높다.두 방법의 한계를 극복하기 위해 로렌츠 마이넬 교수가 이끄는 연구팀은 감염자의 혀에 주목했다. 복잡한 진단 기기 없이 혀 자체가 감지기가 되는 아이디어를 떠올린 것이다. 원리는 아주 간단하다. 독감 바이러스의 종류는 H1N1·H3N2 등과 같이 다
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원거리 돌진, 근거리 연타…뱀 따라 사냥법 달라

자연 다큐멘터리에서 묘사되는 독사의 공격은 늘 비슷하다. 풀숲에 웅크린 채 혀를 날름거리며 기회를 노리다가 번개처럼 몸을 튕겨 사냥감을 물고 재빠르게 도망치는 식이다. 그런데 실제 독사의 공격은 우리가 보는 것보다 훨씬 복잡하고 정교하다. 선풍기 날개가 빠르게 회전하면 멈춰 보이는 것처럼 독사의 0.1초는 눈이 잡아내지 못하는 디테일로 가득하다.최근 호주 모나시 대학교(Monash University) 연구팀이 이를 과학적으로 규명해 국제 학술지 ‘실험생물학저널(Journal of Experimental Biology)’에 발표했다. 연구팀은 다양한 독사를 고속카메라로 촬영하고, 이를 3D 영상으로 만들어 공격 동작을 분석해 독사의 공격이 단순 돌진이 아니라 속도, 가속도, 각도 조절이 동시에 이뤄지는 고도의 생체역학적 행동이라는 점을 정량적으로 밝혀냈다.연구팀은 실험을 위해 살모사과(Viperidae), 코브라과(Elapidae), 뱀과(Colubridae)에 속하는 서로 다른 36종의 독사에게 의료용 젤로 만들어진 더미 모형을 물게 했다. 그리고 여러 각도에서 초당 1000프레임 이상의 고속카메라로 촬영한 후 3D 영상으로 재구성해 송곳니가 어디에 어떤 각도로, 어느 정도의 힘으로 박히는지 정밀하게 분석했다.그 결과 독사들은 몇 가지 공통된 기술을 사용했다. 먼저 몸을 S자로 접은 상태에서 순식간에 힘을 폭발시키며 초속 3m가 넘는 속도로 튀어나가고, 물기 직전에는 송곳니가 목표에 정확히 들어가도록 머리를 몇 도 단위로 미세하게 회전해 궤적을 조정한다.마지막으로 한번 문 것으로 끝내지 않고, 송곳니를 살짝 뺐다가 다시 찌르는 ‘재배치’ 동작을 통해 독이 더 깊고 효과적으로 퍼지도록 만든다. 이전까지는 빠르게 물고
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가속에서 감속으로? 암흑에너지 상식 뒤집히나

138억 년 전, 거대한 폭발인 ‘빅뱅’이 일어나며 우주가 탄생했다. 그리고 그날 이후 우주는 멈추지 않고 계속 팽창해왔다. 더 놀라운 점은 시간이 흐를수록 팽창 속도도 빨라졌다는 것이다. 그런데 최근, 이 오랜 믿음에 균열을 내는 연구가 나왔다. 우주의 팽창 속도가 점점 느려지고 있다는 것이다.빅뱅 이후 우주가 계속 팽창해왔다는 사실은 현대 우주론의 기본 전제다. 1929년, 미국의 천문학자 에드윈 허블은 멀리 떨어진 은하일수록 우리에게서 더 빠르게 멀어지고 있다는 ‘허블의 법칙’을 발견하며 우주 팽창의 증거를 제시했다.그리고 1998년, 천문학자들은 Ⅰa형 초신성의 관측 데이터를 분석하던 중 놀라운 사실을 발견했다. Ⅰa형 초신성은 백색왜성이라는 별의 잔해가 주변 물질을 끌어모으다가 특정 임계 질량에 도달하는 순간 폭발하면서 생긴다. 이 폭발은 우주 어디에서 일어나든 조건이 동일해 방출하는 에너지가 거의 일정하기 때문에 우주에서 거리를 측정하는 기준, 즉 ‘표준 촛불’이 된다. 고유한 밝기를 이미 알고 있으므로 지구에서 이 초신성이 얼마나 어둡게 보이는지를 측정해 그 거리를 알 수 있는 것이다. 과학자들이 관측한 결과, 먼 곳의 초신성은 예상보다 훨씬 더 어둡게 보였다. 더 어둡다는 것은 더 멀리 있다는 뜻이기에, 과학자들은 우주의 팽창이 점점 빨라지고 있다는 결론을 내렸다.이 가속 팽창을 설명하기 위해 도입한 개념이 바로 ‘암흑에너지’였다. 암흑에너지는 우주 전체 밀도의 약 68%를 차지하며, 중력과는 반대로 작용해 우주를 팽창시키는 힘으로 알려져왔다. 이 우주 가속팽창 이론은 2011년 노벨 물리학상을 받았고, 표준 우주론의
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"나의 빨강이 곧 너의 빨강"…뇌 속의 '색깔 코드'

“내가 보는 빨간색과 네가 보는 빨간색, 과연 똑같을까?” 오랫동안 철학자와 과학자를 괴롭혀온 난제다. 이 질문에 최근 뇌과학이 해답을 내놓았다. 결론적으로 우리는 서로 같은 빨간색을 본다. 사람 눈의 물리적 구조는 제각각이지만, 뇌가 신호를 처리하는 방식은 생물학적으로 표준화돼 있기 때문이다.빨간 사과를 보면 입안에 침이 고이고, 특정 브랜드를 상징하는 노란 로고를 보면 당장이라도 물건을 사고 싶은 마음이 생긴다. 이처럼 색깔은 단순히 세상을 보는 것을 넘어 우리의 생각과 감정까지 움직이는 강력한 힘을 지녔다. 하지만 여기서 근본적인 의문이 생긴다. 과연 내가 보는 빨간색과 다른 사람이 보는 빨간색은 똑같을까? 최신 연구에 따르면 답은 ‘그렇다’다. 개인의 주관적 느낌과 별개로, 인간의 뇌는 보편적 패턴으로 색상 정보를 처리하기 때문이다.흔히 사람의 눈은 카메라에 비유된다. 하지만 우리 눈은 공장에서 찍어낸 균일한 센서와 다르다. 인간의 망막 구조는 근본적으로 불공평하다. 색을 감지하는 원뿔세포는 시야 정중앙인 황반에 빽빽하게 밀집해 있고, 주변부로 갈수록 그 숫자는 급격히 줄어든다. 정면의 물체는 선명하지만, 곁눈질로 본 물체의 색은 흐릿한 이유도 그래서다.세포의 분포도 지문처럼 사람마다 제각각이다. 마치 초코칩 쿠키 위에 박힌 초콜릿 위치가 쿠키마다 다른 것과 같다. 누군가는 빨간색 감지 세포가 시야 위쪽에, 누군가는 아래쪽에 더 많이 분포한다. 이처럼 똑같은 빨간 점을 보더라도, ‘하드웨어’인 망막 구조가 다르기에 눈이 뇌로 보내는 초기 신호(입력값)는 물리적으로 다를 수밖에 없다. 입력값이 상이한데도, 어떻

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"임산부에게 위험" vs "근거 없다" 팽팽

두통이 생기면 찾는 약, 진통제! 그중에서도 타이레놀은 전 세계 많은 사람이 찾는 진통제다. 그런데 지난 9월 도널트 트럼프 미국 대통령이 타이레놀의 부작용과 위험성에 대해 지적했다. 타이레놀이 자폐증을 일으킬 수 있기 때문에 임산부가 복용하면 안 된다는 내용이다. 의사들은 트럼프 대통령의 주장을 강력하게 부인했다. 논란의 타이레놀, 도대체 어떤 약일까?타이레놀은 대표적 진통제로, 제약 회사에서 만든 상품 이름이다. 이 진통제의 주요 성분은 ‘아세트아미노펜’. 열을 내리고 통증을 줄이는 역할을 한다. 아세트아미노펜을 주성분으로 만들어진 진통제 상품은 여러 가지이며, 진통 효과가 있는 또 다른 성분으로 만들어진 진통제도 있다. 진통제는 크게 마약성 진통제와 비마약성 진통제로 나뉘는데, 타이레놀은 비마약성 진통제로 분류된다.마약성 진통제는 이름 그대로 마약으로 알려진 아편에서 유래된 성분으로 제조한 약물이다. 중추신경계에 작용해 진통 효과를 낸다. 그러나 부작용이 나타나기 쉽고, 또 반복해서 먹다 보면 중독될 수 있어 전문가인 의사의 처방으로만 약을 쓸 수 있다. 주로 통증이 심한 암 환자나 만성 통증 환자들에게 사용된다. 우리가 일상에서 느끼는 통증을 줄이는 데에는 비마약성 진통제로도 충분하다.과학자들은 아세트아미노펜이 신체에서 어떻게 작용하는지 완전히 명확하게 밝혀지지 않았다고 말한다. 그래서 이를 확인하기 위한 연구가 여러 곳에서 진행하고 있으며, 지금까지는 중추신경계에 작용한다는 원리가 가장 잘 알려져 있다. 우리 몸에서 염증반응이 일어나거나 조직이 손상되면 중추신경계에 ‘프로스타글란딘’이라는 물질
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장티푸스가 나폴레옹 군대 패퇴시켰다

1812년 6월, 유럽을 제패한 나폴레옹은 60만 대군을 이끌고 러시아를 향해 진군했다. 하지만 결과는 참패. 나폴레옹 군대는 러시아군을 격파하기는커녕 폐허가 된 모스크바에 고립됐다. 결국 그해 10월, 나폴레옹 군대는 후퇴를 결정하고 폴란드 국경을 따라 이동했다. 그러나 병사 대부분은 유럽으로 돌아오지 못했다.러시아군의 공격이 아닌, 전염병으로 인해 대부분이 러시아에서 죽음을 맞은 것이다. 최근 프랑스 파스퇴르 연구소 미생물 유전체학 그룹의 리더인 니콜라스 라스코반의 연구팀은 나폴레옹 군인들의 DNA를 분석해 나폴레옹 군대의 목숨을 앗아간 전염병의 정체를 밝혀냈다. 해당 연구는 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지(Current Biology)’ 11월 3일 자에 실렸다.나폴레옹 군대가 전염병의 공격을 받았다는 사실은 원정에 함께했던 의사 J.R.L 드 키르호프가 책을 발표하며 세상에 알려졌다. 책에는 1812년 겨울, 나폴레옹 군대는 혹독한 추위와 굶주림을 견뎌야 했고 엎친 데 덮친 격으로 발진티푸스 전염병이 퍼졌다고 기록돼 있었다. 발진티푸스는 리케차 프로와제키(Rickettsia prowazekii)균에 감염되어 발생하는 급성전염병으로, 사람 몸에 기생하는 곤충인 ‘몸니(body lice)’가 옮긴다. 발진과 심한 발열을 동반하며 사망률이 매우 높은 전염병이다.J.R.L 드 키르호프의 책뿐 아니라 군대 장교들의 기록도 비슷했기 때문에 다수의 역사학자는 나폴레옹 군대가 몰락한 원인이 발진티푸스라고 믿어왔다. 2006년 프랑스 과학자들이 나폴레옹 군대 유해의 DNA 조각에서 발진티푸스를 일으키는 세균인 리케차 프로와제키의 서열을 확인하며 가설은 사실로 굳혀지는 듯했다. 하지만 해당 연구는 일부
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실명 환자에 전자칩 이식, 시력 되살렸다

미래를 배경으로 한 SF 영화에는 종종 ‘인공눈’을 단 인물이 등장한다. 사고나 질병으로 시력을 잃은 사람이 첨단 기계장치의 도움으로 다시 세상을 보는 설정이다. 그런데 이런 장면이 더 이상 허구만은 아니다. 최근 미국 스탠퍼드대학교 의대 연구팀이 국제 학술지 ‘뉴잉글랜드 저널 오브 메디슨(New England Journal of Medicine, NEJM)’에 발표한 연구에서 실명한 환자에게 전자칩을 이식해 시력을 되살리는 데 성공했다고 밝혀 눈길을 끌고 있다.이 연구는 ‘노인성 황반변성’으로 시력을 잃은 사람들을 대상으로 이뤄졌다. 노인성 황반변성은 노화가 진행되면서 눈의 망막 중심부에 있는 시각세포가 서서히 파괴돼 시력이 떨어지는 질환으로, 노인이 실명하는 흔한 원인으로 꼽힌다. 한번 손상된 시각세포는 재생하지 않기 때문에 지금까지는 잃은 시력을 되돌릴 방법이 없었다.연구팀은 이 질병을 극복하기 위해 망막 아래에 이식할 수 있는, ‘프리마(PRIMA)’라는 이름의 초소형 실리콘 칩을 고안했다. 이 장치는 지름이 2밀리미터(mm), 두께는 30마이크로미터(㎛)에 불과하지만, 그 안에는 빛을 전기자극으로 바꾸는 초미세 광다이오드 378개가 들어 있다. 환자는 카메라가 달린 특수 안경을 착용해야 하는데, 이 카메라가 외부 풍경을 포착해 눈으로 보내면 칩이 그 빛 신호를 전기신호로 바꿔 망막 신경세포를 자극한다. 망막이 해야 할 일을 칩이 대신 수행해 뇌가 다시 ‘보는 감각’을 느끼도록 돕는 것이다.연구팀은 영국, 독일, 프랑스 등 5개 국가의 17개 병원에서 노인성 황반변성으로 시야를 잃은 환자 38명을 대상으로 임상시험을 진행했다. 칩 이식 후 1년간 추적 관찰 결
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리튬이 신경세포 보호…퇴행성 뇌질환 막는다

리튬은 원자번호 3번의 알칼리금속이다. ‘리튬’ 하면 대부분 스마트폰의 리튬이온 배터리를 떠올릴 것이다. 그런데 이 금속이 우리 뇌에서도 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다. 더 놀라운 점은 리튬이 알츠하이머병의 발생과 관련이 깊다는 것이다.알츠하이머병은 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 뇌 속의 신경세포(뉴런)가 서서히 죽어가면서 뇌가 쪼그라들고, 기억력과 판단력을 포함한 인지기능이 점점 떨어져 일상생활이 어려워지는 질병이다.현재 전 세계적으로 5000만 명이 넘는 사람이 치매를 앓고 있다. 나이가 들수록 발병 위험이 커지는 탓에, 인구 고령화가 진행되면서 환자 수는 급격히 늘고 있다. 세계보건기구(WHO)는 2050년경 전 세계 치매 환자 수가 지금의 3배인 1억5000만 명에 이를 것으로 전망한다. 알츠하이머병은 미래 보건과 사회경제 전반에서 인류가 맞닥뜨릴 가장 큰 도전 과제다.이 때문에 과학자들은 알츠하이머 원인을 규명하고 치료법을 찾기 위해 끊임없이 연구를 이어왔다. 지금까지 밝혀진 주요 원인은 두 가지 독성단백질이다. 첫째는 ‘아밀로이드 베타’라는 단백질 조각이다. 이 단백질이 제대로 분해되지 못하고 신경세포 바깥에 끈적하게 뭉쳐 플라크를 형성한다. 플라크는 세포 사이의 쓰레기 더미처럼 작용해 정보 전달을 방해하고 염증을 일으켜 세포를 손상시킨다.둘째는 ‘타우’ 단백질이다. 타우는 원래 신경세포 안에서 미세소관이라는 구조물을 안정화하는 역할을 한다. 미세소관은 세포 안에서 영양분이나 정보를 운반하는 고속도로와 같다. 그런데 알츠하이머 환자의 뇌에서는 타우가 비정상적으로 인산화되는, 즉 과인

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