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과학과 놀자세포에서 단백질의 발현·이동·분해 보여주는 표지자 역할
백문이 불여일견, 보아야 믿지, 보고 나서 이야기하자. 우리가 일상생활에서 빈번하게 사용하는 말이다. 눈으로 보고 확인하는 것이 사실관계 확인에서 얼마나 중요한지를 알려주는 말이다. 많은 생명과학적 연구와 발견이 17세기 네덜란드 과학자 안톤 판 레이우엔훅이 현미경을 발명한 이후 시작됐다.맨눈으론 볼 수 없는 미생물, 우리 몸속 다양한 기관을 구성하는 세포 등을 눈으로 관찰하게 된 뒤에야 과학자들과 의학자들은 질병의 원인체를 규명하고, 그것이 우리 몸속에서 어떤 과정을 거쳐 질병을 일으키는지를 연구해 치료제를 개발하게 됐다. 현재는 전자현미경 등 다양한 기기를 통해 우리 몸속 세포뿐 아니라 세포 내 소기관, 소기관을 구성하는 단백질과 유전물질인 DNA까지도 눈으로 관찰할 수 있는 경지에 이르렀다.그렇다면 눈에 보이면 모든 게 해결될까. 구슬이 서 말이어도 꿰어야 보배라는 말이 있듯이 세포 속의 핵이며 미토콘드리아 등을 눈으로 들여다볼 수 있다 해도 그것이 어떤 기능을 하는지, 어떤 상호작용을 해 우리가 숨 쉬고 살아갈 수 있는지를 이해하려면 보다 세부적인 연구가 필요하다. 생명과학에서는 생명체를 구성하는 많은 요소 가운데 특히 단백질에 주목하고 있다. 이는 단백질이 생명체의 기본 체조직을 구성하는 주요 성분일 뿐 아니라 호르몬과 효소, 항체 등 주요 생체 기능을 수행하는 물질이기 때문이다. 유전적, 환경적 요인에 의해 일어나는 대부분의 질병이 유전자 변형에 따라 발생하는 단백질의 구조와 기능적 이상이라는 것을 고려할 때, 생체 내 주요 단백질에 대한 연구는 생명과학 및 의학 발전을 위해 필수불가결하다고 할 수 있다.지구상의 생명체가
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과학과 놀자미꾸릿과 어류의 천국 한반도
국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (6) 지난달 울릉도를 방문해 생태 환경을 조사하다가 민물고기인 미꾸리를 발견했다. 화산암 지형인 울릉도는 물이 땅속으로 잘 스며들어 민물고기가 살기 어려운 환경이다. 그런 곳에서 미꾸리를 발견하니 참 반가웠다. 예전에 육지에 살던 미꾸리를 가져다 울릉도 하천에 풀어 놓은 일이 있는데, 이번에 보고 온 미꾸리는 그들의 후손일 것이다.미꾸리는 미꾸라지와 같은 ‘미꾸릿과’에 속하는 물고기다. 미꾸릿과 어류는 약 2200만 년 전 나타난 것으로 추정된다. 인류보다 훨씬 오래전부터 지구에 살고 있었던 것이다.우리나라에는 미꾸리와 미꾸라지를 포함해 총 17종의 미꾸릿과 어류가 살고 있다. 이들의 조상은 오랜 옛날 중국 황허와 러시아 아무르강 유역에 살았던 물고기다. 이들은 과거 어느 시점에 강의 지류(큰 강에서 갈라진 작은 물줄기)를 따라 한반도에 들어왔을 것이다. 그러다 해수면 상승, 지진 등으로 지형이 바뀌면서 서로 떨어져 살게 됐을 것이다. 그렇게 떨어져 살게 된 민물고기는 다시 한데서 만나기 어렵다. 자신이 살고 있는 강의 물줄기를 벗어나지 못하기 때문이다. 일정한 수계(큰 강의 물줄기)에 갇혀 살면서 환경에 맞춰 각기 다른 모습으로 진화한다.따라서 원래는 같은 종이었던 물고기도 오랜 시간이 지나면 완전히 다른 종이 되곤 한다. 우리나라에 사는 미꾸릿과 어류도 서식하는 지역에 따라 각기 다른 모습을 하고 있다.우리나라에서 볼 수 있는 다양한 미꾸릿과 어류는 지리적으로 분리돼 살아가는 생물이 서로 다른 종으로 나뉘는 ‘종 분화’의 구체적인 사례다. 별로 눈여겨보지 않았던 작은 물고기에도
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과학과 놀자물체의 원형복원 속성에 따라 탄성·점탄성·소성 분류
우리는 다양한 소재로 구성된 물체와 접촉하면서 살고 있습니다. 일상에서는 다양한 물체의 움직임과 변형에 관한 경험을 체득하고, 이를 통해 대화에서 소재가 된 물체의 움직임을 머릿속으로 그려볼 수 있습니다. 예를 들어 ‘테니스공처럼 튀어 올랐다’는 표현이나 ‘알루미늄 캔처럼 찌그러졌다’는 표현을 통해 듣는 사람은 대화 속 물체가 어떻게 변형되고 움직이는지 상상할 수 있습니다.반면 온라인 게임에서부터 메타버스나 디지털트윈 등 다양한 이름을 갖는 디지털 공간에서 물체의 운동이나 변형을 현실감 있게 표현하려면 사람 사이의 언어가 아니라 수식으로 표현된 물리학적 개념이 컴퓨터 언어로 코딩돼야 합니다. 디지털 공간에서 현실 세계와 같은 다양하고 세밀한 물리적 현상을 표현할 수 있다면 외부에서 작용하는 힘에 대해 제품 또는 구조물의 운동이나 변형을 미리 예상해볼 수 있습니다. 관심 있는 환경 조건에서 물체의 운동이나 변형을 소프트웨어로 구체화해 놓고 검토하는 방법을 공학 분야에서는 CAE(computer-aided engineering)라고 합니다.일반적으로 외력이 작용해 물체에 발생한 변형이 원래 형태로 회복 가능한지 여부나 변형이 점차 크거나 작아지는가에 따라 탄성(elasticity) 점탄성(viscoelasticity) 소성(plasticity) 개념을 활용할 수 있습니다.탄성은 단단한 스프링같이 외부에서 작용한 힘(외력)에 의해 조금이라도 즉각적으로 변화하면서 원래의 형태로 복원하려는 성질이라고 정의할 수 있는데, 물체가 변형하는 정도가 작용한 힘에 정비례하는 것으로 가정합니다. 튀어오르거나 복원되는 느낌을 나타내는 ‘탄성이 좋다’는 표현과 크게 다르지 않지만, 물리
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과학과 놀자토양 성분 따라 파랑·분홍·보라색 꽃으로 피어나
초여름인 6월이면 피어나 아름다운 색깔과 자태로 사람들의 눈길을 끄는 꽃이 있다. 변심, 변덕, 소녀의 꿈, 냉정 같은 다양한 꽃말을 가진 수국(水菊·hydrangea)이다. 물을 좋아해 이름에 물(水)이 들어 있는 이 아름다운 꽃에 변심, 변덕 같은 꽃말이 지어진 이유는 무엇일까.파란색, 분홍색, 보라색, 연두색까지 수국은 다양한 색을 가지고 있다. 피어날 때는 연두색이다가 파란색 또는 분홍색으로 변해버리기도 한다. 심지어 작년에는 파란색이었다가 이듬해엔 분홍색 꽃이 피기도 한다. 파란색이 예뻐서 사들인 뒤 애지중지 가꾼 수국이 다음 해엔 분홍색으로 피어나면 좋아하던 사람의 마음이 변해버린 것 같은 배신감을 느낄 수도 있다. 그래서 변심이라는 꽃말이 생겼을 것이다. 수국은 왜 이렇게 색이 달라지는 것일까.수국의 색은 꽃 안에 들어 있는 색소에 의해 결정된다. 델피니딘(delphinidin)이라는 이름의 이 색소는 흙에서 흡수된 알루미늄 이온과 결합하면 파란색, 그대로 있으면 분홍색이 된다. 흙 속 알루미늄 이온의 양은 무엇에 따라 달라질까. 바로 흙의 산성도, pH다. 흙이 산성이면 알루미늄 이온이 뿌리로 흡수돼 파란 꽃이 피고, 염기성이면 알루미늄 이온이 흙 속 수산화 이온(OH -)과 결합해 물에 녹지 않는 앙금이 돼버리기 때문에 흡수되지 못해 분홍색이 된다. 그러니 산성 토양에서는 파란색, 염기성 땅에서는 분홍색으로 핀다는 말은 절반만 맞는 셈이다. 식초를 부어 땅을 산성으로 만든다고 해도 알루미늄 이온이 없다면 파란색 꽃을 볼 수 없기 때문이다.이 원리를 이용하면 수국의 꽃 색깔을 바꿀 수 있다. 예를 들어 파란 꽃을 원한다면 땅을 산성으로 만들어주면서도 알루미늄 이온
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과학과 놀자우리 조상들의 냉장고, 석빙고에 담긴 과학
국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (5)음식을 신선하고 시원하게 보관할 수 있는 냉장고는 특히 여름철에 없어선 안 될 생활필수품이다. 우리 조상들에겐 냉장고는 없었지만 더운 여름에도 얼음을 보관할 수 있는 특수한 시설이 있었다. 바로 ‘석빙고(石氷庫)’다. 돌로 지은 얼음 창고라는 뜻이다.경주 석빙고(보물 제66호)는 1471년 만들어졌으며, 내부는 길이 14ｍ, 폭 6ｍ, 높이 5.4ｍ 크기다. 땅을 깊게 파고 들어간 반지하의 화강암 건축물로 외부 공기가 들어오는 것을 최소화하고, 내부를 서늘하게 유지할 수 있는 구조를 갖췄다. 석빙고 지붕은 2중 구조인데 바깥쪽은 단열(열의 이동을 막음) 효과가 높은 진흙으로, 안쪽은 열전달이 잘되는 화강암으로 만들었다. 지붕 바깥쪽에는 잔디를 심어 태양열이 석빙고 내부로 직접 들어오는 것을 차단했다.내부 천장에는 아래쪽 구멍은 넓고 위쪽 구멍은 좁은 직사각형 기둥 모양의 환기구가 세 개 있다. 더운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 향하는 성질이 있는데, 석빙고 내부 온도가 올라갈 경우 위쪽 더운 공기는 천장 환기구로 나가고 아래쪽 찬 공기는 계속 머물도록 한 것이다.또 얼음 사이에는 열을 차단하는 효과가 있는 왕겨와 짚을 넣어 얼음이 녹지 않도록 했다. 얼음이 약간 녹았을 때는 융해열로 주변 열을 흡수해 왕겨와 짚의 안쪽 온도가 낮아지면서 얼음을 더 잘 보관할 수 있었다. 이렇게 해서 석빙고는 여름철에도 냉기를 유지했다.<삼국사기>에는 신라 지증왕 6년(505년)에 왕이 얼음을 보관하라는 명을 내렸다는 기록이 있다. 현재 남아 있는 석빙고는 경주 안동 창녕 청도 현풍 영산 해주(북한) 등 일곱 개로, 모두 조선 시대에
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과학과 놀자충전하기 불편한 전기차, 태양광으로 달리게 할수 없을까
요즘 길을 다니다 보면 파란색 번호판을 단 전기차를 심심치 않게 볼 수 있다. 전기차는 내연기관을 사용하는 차에 비해 적은 환경 오염과 소음, 저렴한 충전 요금 등 다양한 장점이 있다. 브레이크와 타이어 관련 부품 말고는 거의 손댈 것이 없다는 것도 장점이다. 환경 오염을 막기 위해 전기차 구매 시 정부로부터 지원금을 받을 수 있으며, 고속도로 통행료도 50% 할인받을 수 있다. 이 외에 차량 내부가 넓고 주행 성능이 좋다는 장점은 덤으로 딸려온다.그런데 2021년 미국 인터넷 금융매체 마켓인사이더 연구에 따르면 전기차 소유자 5명 중 1명은 다시 내연차로 전환했다. 왜 그럴까. 전기차 충전의 번거로움 때문이라고 한다. 전기차의 주행거리는 보통 500㎞ 정도지만, 차량을 이용할 때 에어컨이나 난방 등도 이용하다 보니 실주행 거리는 짧아진다. 배터리 성능이 떨어지는 겨울철에는 주행거리가 더 줄어든다. 충전 인프라가 부족하고 충전에 오랜 시간이 걸리는 것도 불편 요인이다.이에 따라 자동차업계에서는 태양전지가 큰 이슈가 되고 있다. 자동차 지붕에 태양광 패널을 넣어 전기차 충전의 단점을 극복하고자 하는 것이다. 이를 솔라 루프(태양광 패널 지붕)라고 부른다.솔라 루프 상용화는 2009년 도요타 프리우스에 장착하며 시작됐다. 현대도 2019년 쏘나타 하이브리드에 솔라 루프를 장착해 하루평균 3.6㎞를 더 달릴 수 있도록 했다. 최근 인기 있는 아이오닉 5에도 솔라 루프 옵션을 넣었다. 테슬라는 2016년 11월 17일 부채가 많은 솔라시티를 인수해 태양광산업 관련 첫 제품으로 솔라 루프를 출시했다.태양전지는 무엇으로 만들어졌으며 어떤 원리로 작동되는 걸까. 태양전지는 반도체로 만들어
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과학과 놀자적응과 진화의 왕 곤충의 생존 전략
국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (4)우리는 곤충을 작고 하찮은 존재로 여긴다. 기껏해야 다리가 여섯 개 달린 신기한 동물 정도로 생각한다. 마음에 안 드는 사람을 향해 "벌레만도 못한 놈"이라고 욕을 하기도 한다. 하지만 생물의 역사를 돌이켜보면 곤충은 결코 무시할 만한 존재가 아니라는 사실을 알게 된다.곤충은 약 4억8000만 년 전 지구상에 처음 등장했다. 그에 비해 인간의 역사는 20만 년밖에 안 된다. 약 2억 년 전 공룡이 살던 시대에도 곤충은 있었다. 곤충은 살기 좋은 온대지방은 물론 무더운 열대지방, 추운 극지방 등 지구상 모든 곳에 분포한다.수로만 따지면 전 세계 생물의 절반이 곤충이다. 열대우림처럼 인간이 접근하기 어려워 조사하지 못한 지역까지 포함하면 지구상 생물의 80%가 곤충일 것이라고 곤충학자들은 말한다. 곤충이 오래도록 살아남은 비결은 무엇일까.나비의 날개 무늬는 천적으로부터 몸을 감추는 역할도 하지만 중요한 기능이 하나 더 있다. 체온 조절이다. 북극에 사는 네발나빗과 나비들은 몸통이 검고, 날개에 검정 무늬가 있다. 검은색은 빛을 흡수하는 성질을 지닌다. 북극의 나비들은 날개로 빛에너지를 흡수해 체온을 유지한다. 반면 더운 지방에 사는 나비들은 빛을 반사하는 흰색 날개를 갖고 있다.초여름 해질녘이 되면 우리 눈앞에서 알짱거리는 귀찮은 벌레가 있다. 깔따구라는 곤충이다. 깔따구는 남극에도 산다. 깔따구 애벌레는 남극의 차가운 얼음 속에서 2년이나 견뎌내야 어른벌레가 된다. 깔따구 애벌레는 단단한 껍질 속에 들어가 추위를 버텨낸다. 나방 애벌레들은 나뭇잎 사이에 숨거나 자신만의 집을 만들어 천적으로부터 스스로를
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과학과 놀자빙하 시추해보면 생성 당시 대기환경 알 수 있어
사진은 1972년 12월 7일 아폴로 17호에서 찍은 지구의 모습이다. 푸른 구슬(The Blue Marble)이라 불리는 이 사진을 보면 남극이 하얀 얼음으로 덮여 있다. 북극과 남극은 혹독한 추위로 사람이 접근하기 힘든 곳이었다. 지금은 극지연구소가 설치돼 극지방의 생물, 해양, 지질, 빙하 및 우주를 연구하고 있다.우리나라도 1988년 남극세종과학기지를 세웠고, 그후 2004년 북극다산과학기지, 2014년 남극장보고기지를 열어 운영하고 있다. 극지연구소의 과거 환경을 이해하려는 노력은 귀중한 결실을 보고 있다. 특히 과거 대기의 기록보관소 같은 빙하 연구가 주목받고 있다.빙하는 지구의 물 중 바닷물을 제외한 육지 물의 약 63%를 차지하며, 중력과 압력으로 천천히 움직이는 거대한 얼음덩어리다. 빙하는 얼음이 압력을 받거나 온도 변화에 의해 융해와 동결을 되풀하면서 더 압축돼 만들어진다. 극지방 대륙 전체를 덮고 있는 빙하는 대륙빙하, 히말라야나 알프스산맥같이 높은 산에 있는 빙하는 곡빙하다. 남극과 북극의 두꺼운 대륙빙하는 평균 얼음 두께가 1600~1700m나 되고, 아래쪽 부분은 수십만 년 전에 쌓인 얼음이다. 빙하를 시추공으로 뚫어 캐내는 긴 원통모양의 빙하 코어를 이용하면 수십만 년 전의 비밀을 알 수 있다. 남·북극 빙하는 수십만 년 전 쌓인 얼음빙하 코어에는 빙하가 만들어질 당시의 연간 변화가 줄무늬로 나타난다. 이를 통해 빙하의 생성 시기를 알아낸다. 빙하 속에 포함된 작은 공기 방울은 당시의 대기 조성을 알려준다. 온실가스인 메테인이나 이산화탄소, 해양 기원의 에어로졸(Na, Cl, K, Ca, Mg, SO), 육상 기원의 미세먼지 입자나 에어로졸(Ba, Al, Fe, Rb), 화산 활동에 의한 물질, 인간