과학과 놀자 | 생글생글

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생명체에 필요한 '6대 원소' 모두 발견돼

태양계에서 두 번째로 큰 행성인 토성은 태양계에서 가장 많은 145개 위성을 품고 있다. 과학자들이 토성 위성에 주목해온 이유는 단지 수가 많기 때문이 아니다. 인류가 오랫동안 질문해온 '태양계에 생명체가 존재할까?'라는 물음에 답을 찾아줄 것으로 기대하고 있기 때문이다. 그 근거로는 '바다'가 있다. 바다의 존재가 곧 생명체의 존재를 의미하진 않지만, 과거 지구에서는 바다로부터 생명체가 탄생했기에 생명체 존재의 가능성이 훨씬 높아진다.토성 위성에 존재하는 바다는 지구와 달리 지하 깊숙한 곳에 존재한다. 지난 2월 8일, 프랑스 및 영국 등 국제공동연구팀이 토성 위성 ‘미마스(Mimas)’에 지하 바다가 존재할 가능성이 높다는 연구 결과를 국제학술지 <네이처>에 발표했다. 이번 연구는 미항공우주국(NASA)가 1997년 발사해 2017년 임무를 끝낸 토성 탐사선 카시니호에서 보낸 관측 자료를 바탕으로 이뤄졌다.미마스는 토성으로부터 18만6000km 떨어진 10번째 위성이며, 지구의 달처럼 앞면이 행성을 향해 고정된 채로 0.9일 주기로 공전한다. 연구팀은 2014년 미마스가 자전과 공전을 하는 도중에 흔들리는 현상을 발견했는데, 이런 현상은 미마스 내부에 단단한 암석 핵이 있거나 액체 지하 바다가 있다는 증거다. 이후 추가로 카시니호가 보낸 관측 자료를 분석한 결과, 카시니 탐사선이 토성을 탐사한 13년 동안 미마스 궤도가 약 10km 이동한 것이 확인됐다. 연구팀은 이 결과를 토대로 시뮬레이션을 한 뒤 미마스에는 암석 핵이 아닌 지하 바다가 존재한다고 추론했다.연구팀은 추가 분석을 통해 미마스 지하 바다의 탄생 시기는 지질학적 관점에서 비교적 최근인 약 2500만~200만
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빈혈 치료에 사용 승인…유전성질환 극복 길 열어

인간이 태어날 때부터 질병에 걸릴 위험 없이 건강하게 살 수 있다면 어떨까. 질병을 일으키는 유전자만 없애고 유전질환을 근본적으로 치료할 수 있다면 의학 분야에 엄청난 혁명이 될 것이다. 2012년에 등장한 '크리스퍼(CRISPR)' 유전자가위 기술은 인류에게 이런 희망을 품게 해주었다. 그리고 최근, 최초의 크리스퍼 유전자가위 치료제가 등장했다.크리스퍼 유전자가위는 원하는 위치의 DNA를 잘라내는 기술이다. 원래 이 기술은 바이러스의 침입을 막는 세균의 면역체계에서 비롯됐다. 세균은 바이러스의 공격을 받으면 해당 바이러스의 DNA 일부를 자신의 유전체에 끼워 넣어 그 바이러스를 기억한다. 이 위치를 ‘크리스퍼’라고 부른다. 이후 비슷한 바이러스가 침입하면, 바이러스 DNA에 결합하는 ‘가이드 RNA’를 만들고, ‘캐스9(Cas9)’이라는 효소가 바이러스 DNA를 자른다. 이 시스템을 이용한 것이 크리스퍼 유전자가위 기술이다. 가이드 RNA를 만들어 편집하고자 하는 DNA의 위치를 찾은 뒤, 캐스9 효소로 자르는 것이다.이 기술은 의학 분야에 새로운 시대를 열었다는 평가를 받았다. 질병을 일으키는 유전자변이를 정확히 찾아 없애거나 교정함으로써 유전질환을 치료할 수 있기 때문이다. 이 공로로 크리스퍼 유전자가위 기술을 개발한 제니퍼 다우드나 미국 UC버클리 교수와 에마뉘엘 샤르팡티에 독일 막스플랑크연구소 교수는 2020년 노벨화학상을 받았다. 현재 많은 제약 회사에서 난치성 유전질환을 치료하기 위해 크리스퍼 유전자가위를 이용한 치료제를 개발하고 있다.이 중 낫 모양의 적혈구 빈혈증과 베타-지중해빈혈 치료제인 ‘카스거비(Casgevy)’가 지난해 말
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핵융합으로 강한 입자 방출…통신망 마비시키기도

올해 태양활동이 극대기에 접어들면서 역대급으로 강한 태양폭풍이 지구를 강타할 것으로 예상된다. 태양폭풍은 태양 대기에 있는 고에너지 입자가 고속으로 방출되는 현상이다. 이때 함께 뿜어져나오는 자기장은 지구를 둘러싼 자기장을 교란하는데, 이로 인해 전산망이 마비되거나 전자 장비가 먹통이 되기도 한다. 우리 생활에 영향을 줄 수 있는 태양폭풍은 왜 생기는 걸까.우리 눈에 보이는 태양은 조용히 빛을 발하고 있는 것 같지만 실제로는 매순간 폭발하고 있다. 폭발의 근원은 수소의 원자핵이 태양의 강한 중력에 의해 결합하는 ‘핵융합’이다. 이 과정에서 발생하는 높은 열에너지는 태양을 구성하는 수소, 헬륨 등의 물질을 플라즈마(이온과 전자가 분리된 기체 상태의 물질. 일반적인 고체, 액체, 기체 상태와 구분된다)로 만든다. 이 플라즈마 상태의 입자들이 태양자기장 등의 영향으로 대략 초속 450km로 방출되는 ‘입자의 바람’을 태양풍이라고 한다. 태양풍은 평소에도 일정한 세기로 흘러나오며 지구자기장과 상호작용해 오로라나 자기폭풍 같은 현상을 발생시킨다.태양폭풍은 근본적으로 태양풍과 같은 현상이다. 태양활동이 활발해지면서 플레어(별의 표면에서 엄청난 양의 빛과 에너지가 표출되는 현상) 같은 거대 폭발이 일어날 때 발생하는 거센 태양풍이라고 볼 수 있다. 태양풍보다 방출되는 입자의 에너지가 높고, 빠르기는 초속 2000km를 웃돌 때도 있어 지구자기장에 훨씬 더 강력하게 영향을 준다. 이 때문에 태양폭풍이 몰아치면 지구에서는 인공위성, 항공기 등에 통신장애가 발생하거나 전력망이 망가지기도 한다. 극지방 인근에서만 볼 수 있는 오로라가 극지
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인간 세포로 만든 로봇…척수 치료 등에 큰 도움 기대

인간 세포로 만든 바이오로봇이 개발됐다. 로봇처럼 스스로 움직이며, 치유 능력도 지닌 것으로 확인됐다. 순수 인간 세포로만 이뤄져 있다는 것은 인체 내에서 면역반응을 일으키지 않는다는 의미다. 환자가 자가세포를 이용해 바이오로봇을 생성하면 치료 중에 발생하는 부작용을 최소화할 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 그렇다면 세포가 어떻게 로봇처럼 스스로 움직일 수 있는 것일까.로봇은 대개 금속 부품이나 전기 배선 같은 기계적인 부분으로 이뤄져 있어 동력이 필요하다. 이런 이유로 기존의 바이오로봇은 고분자 탄성 중합체에 금속을 증착한 뒤 금속 위에 세포를 배양해 근육조직을 형성하는 방식으로 만들어졌다.그러던 2021년, 미국 터프츠대와 하버드대 공동 연구팀은 동물세포로만 이뤄진 로봇을 개발했다. 세포의 특성을 이용해 세포가 마치 기계처럼 움직이도록 만든 것이다. 연구팀은 아프리카발톱개구리(Xenopus laevis)의 줄기세포를 이용해 로봇을 제작하고, ‘제노봇’이라 이름 붙였다.제노봇은 개구리의 피부 세포와 심장 근육 세포를 이용해 만들었다. 피부 세포는 몸통 역할을, 수축·이완 운동을 하는 심장 세포는 엔진 역할을 하며 몸통 세포를 움직였다. 이후 연구팀은 세포 표면에 섬모를 추가해 움직임을 빠르게 할 수 있는 ‘제노봇 2.0’을 선보였다. 이는 손상을 입어도 원래 모습으로 회복되는 자가 치유 능력도 보여줬다.이듬해 연구팀은 자가 복제가 가능한 ‘제노봇 3.0’을 공개하기도 했다. 자가 복제 능력은 상처 부위에 세포재생을 촉구해 치료를 도울 수 있다. 하지만 과학계에서는 제노봇의 자가번식 능력이 양서류의 특징으로 나온 결과라며

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아파트 48층 높이·100명 탑승…우주 개척 관심

사람 100명을 태울 수 있는 인류 최대의 로켓이 곧 우주로 향할 예정이다. 일론 머스크가 이끄는 민간 우주 기업 스페이스X가 만든 스타십(Starship)이다. 1·2단부를 합친 전체 길이는 120m로, 아파트 한 층을 2.5m로 가정했을 때 무려 48층에 해당하는 규모다. 추력은 7500톤이며, 최대 150톤의 화물을 지구 저궤도에 올려놓을 수 있다.스타십은 ‘슈퍼 헤비(Super Heavy)’라고 불리는 1단계 추진체와 ‘스타십 우주선’이 연결된 형태다. 슈퍼 헤비는 차세대 엔진이라 불리는 ‘랩터 엔진’을 33개 장착했다. 로켓의 엔진은 케로신(등유)을 사용하는 것이 일반적인데, 랩터 엔진은 액체 메탄을 추진제로 사용한다. 메탄은 침전물이 쌓이는 코킹 문제가 없어 로켓을 재사용하는 데 유리할 뿐 아니라 경제적이다. 언젠가 화성에 갈 경우 대기의 이산화탄소를 이용해 연료를 조달할 수 있다는 장점도 있다. 스타십은 현재 본격적으로 우주로 날아오르기 전, 가능성을 검증하는 시험 발사 단계에 있다.작년 4월 20일, 스타십의 첫 번째 시험 발사가 있었다. 이륙에는 성공했지만 1단인 슈퍼 헤비와 2단인 스타십 우주선이 분리되지 못하고 약 4분 만에 공중에서 폭발했다. 당시 발사 시 엔진 추력이 너무 강력해 지상 발사대까지 크게 파손됐다. 미국 연방항공청(FAA)은 스타십의 1차 발사를 정밀 분석한 결과를 스페이스X에 전달했는데, 시정 조치 사항이 63가지인 것으로 밝혀졌다.1차 실패 이후, 반년 정도가 흐른 작년 11월 18일. 스페이스X는 스타십을 다시 한번 발사대에 세웠다. 발사 직후 이륙 2분 41초 만에 1단부와 2단부가 성공적으로 분리됐다. 1차에서는 성공하지 못한 단분리를 해낸 것이다. 하지만 발사
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기상데이터 학습…슈퍼컴 없이도 빠르고 정확

전 세계가 이상기후로 몸살을 앓고 있다. 2023년은 세계 평균기온이 사상 최고치를 기록하며 관측 이래 가장 더운 해를 기록했다. 올해도 시작부터 심상치 않다. 북반구는 북극 한파와 이례적인 겨울 폭풍·폭설 등 혹독한 추위가, 남반구는 40℃가 넘는 폭염이 이어지고 있다.구글 '그래프캐스트' 등 선보여기후변화로 예측하기 어려운 기상이변이 늘어나면서, 일기예보의 정확도가 더욱더 중요해지고 있다. 이에 최근 인공지능(AI)을 활용해 일기예보의 정확도를 높이려는 시도가 주목받고 있다.우선 기상학자들이 날씨를 어떻게 예측하는지 알아보자. 기상학자들은 ‘수치예보 모델’을 이용해 일기예보를 만든다. 수치예보 모델은 지구의 기상시스템을 대기 상태와 운동을 지배하는 역학 및 물리 방정식으로 나타낸 것이다. 먼저 전 세계 땅, 하늘, 바다에 설치된 기상관측소, 위성 및 해양 장비 등을 통해 기온, 기압, 습도, 바람 등의 기상관측 데이터를 수집한다. 그리고 이 관측 자료를 바탕으로 수치예보 모델을 이용해 미래의 날씨를 예측한다.수치예보 모델은 두 가지로 이뤄져 있다. 먼저 대기의 큰 흐름이나 운동을 정의하는 역학 방정식을 계산한다. 지구를 바둑판처럼 수평과 연직 방향의 수많은 격자로 나눠, 대기의 움직임과 날씨 변화를 예측하는 물리 방정식을 푸는 것이다. 다음은 강수, 대류현상, 난류 등과 같이 작은 규모에서의 물리적 현상을 계산하는 과정이다. 연산량이 엄청나므로 일반 컴퓨터로는 불가능해 슈퍼컴퓨터를 사용한다. 슈퍼컴퓨터의 계산 결과를 바탕으로, 기상학자들은 후처리 및 검증 과정을 거쳐 최종 일기예보를 완성한다.정확한 일기예보의 중요성은
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어린 쥐의 혈장 넣은 쥐 평균수명 10개월 길어

나이를 먹는다는 것은 과학적으로 노화를 뜻한다. 노화는 신체적·정신적 기능이 줄어들고 그 끝에 죽음을 떠올리게 되므로 부정적 개념으로 받아들여진다. 그래서 많은 사람이 노화를 거스르고 젊음을 유지하기 위해 운동을 하고, 건강한 음식도 챙겨 먹는다. 그런데 최근엔 피를 이용해 노화를 막는다는 연구가 연이어 나와 많은 사람의 주목을 받고 있다. 피로 젊어질 수 있다니, 어떤 원리일까.피를 통해 젊음을 유지한다는 아이디어는 그 역사가 꽤 길다. 주인공은 바로 드라큘라. 문학작품 속 드라큘라는 피를 마시는 순간 상처가 아물고 생기가 살아난다. 젊은 사람들의 피를 마시며 영생을 누리는 꿈을 실현한 것이다. 최근엔 미국의 억만장자가 드라큘라를 그대로 재현했다. 피로 젊음을 유지하는 데 성공했다고 SNS에 발표한 것이다. 40대인 브라이언 존슨은 자신의 피를 아버지에게 주입했고, 그 결과 70대인 아버지의 신체 나이가 25년 젊어졌다고 주장한 것이다. 물론 그의 주장이 사실인지 확인되지는 않았다. 신체 나이가 젊어졌다는 사실을 증명할 수 있는 명확한 기준이 없기 때문이다.하지만 피로 나이를 젊게 만들려는 과학자들의 시도는 여기저기서 이어지고 있다. 1950년대 미국의 코넬 대학교 연구진이 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 나이 든 쥐와 젊은 쥐가 서로의 혈액을 공유하면 어떤 변화가 나타나는지 관찰하는 것이다. 이를 위해 연구진은 각 쥐의 몸에서 피가 나도록 옆구리에 상처를 내고, 해당 부위가 서로 맞닿게 한 뒤 붙여버렸다. 상처가 만난 곳에서 혈관이 자라 마치 한 몸처럼 되고, 그 혈관을 따라 피가 흐르는 것이다. 실험 결과 일부 늙은 쥐의 골밀도와 체중이 젊은 쥐
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2050년 인천 해수면 4cm↑…폭풍해일 등 위험

빙하가 빠르게 녹아내리고 있다. 연구에 따르면 20년 전 연평균 5~6m씩 녹던 빙하가 현재는 25m씩 녹고 있는 것으로 나타났다. 빙하의 용융 가속화 여파에 북극 생태계와 그린란드의 원주민들이 직격탄을 맞고 있다. 북극해에 서식하는 동물의 개체 수는 줄어들어 멸종 위기에 처해 있으며, 그린란드에 살며 4000년 넘게 고수해 온 이누이트족의 생활방식은 뒤흔들리고 있다. 최근 연구에 따르면 20년 안에는 한국 해안도 빙하 용융의 피해를 볼 것으로 예측된다.북극과 남극 같은 극지방에는 얼음이 녹지 않고 거대한 덩어리로 존재한다. 이 얼음덩어리는 크게 바닷물이 언 해빙과, 민물이 언 빙하로 나뉜다. 기온이 낮은 극지방에서는 녹지 않고 쌓인 눈이 융해와 동결 과정을 반복하며 공기, 수분과 함께 눈층을 만든다. 계속해서 쌓이는 눈의 무게로 눈 결정이 압축되면서 단단한 얼음층이 형성되는데, 이것이 바로 빙하다.이때 빙하가 깨져 물에 떠다니는 얼음덩어리를 ‘빙산’이라 하고, 영토를 5만㎢ 이상 덮은 빙하를 ‘빙상(대륙빙하)’이라고 한다. 대륙빙하는 남극대륙과 북극에 위치한 그린란드에만 존재하며, 그린란드 대륙의 약 80%는 빙상으로 덮여 있다.그런데 기후변화로 단단한 빙하가 녹아내리고 있다. 동시에 북극 생태계는 처절하게 무너지고 있다. 얼음이 줄어들자 좁은 얼음 위에 바다코끼리 여러 마리가 몰리며 압사당하는 일이 발생했다. 얼음 사이의 거리가 멀어 헤엄치다 지쳐 익사한 북극곰도 있다. 심지어 기후변화로 북극해 남쪽에 서식하던 갈색곰이 영역을 확장하면서 북극곰과 먹이경쟁까지 벌이고 있다.비극은 인간에게도 찾아왔다. 가장 큰 피해자는 그린란드 거주자

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