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2019년 12월 31일 화요일

도구 사용법을 자녀에게 전수하는 침팬지


(Credit: CC0 Public Domain)


 오랬동안 인류는 사람만이 도구를 사용한다고 믿어 왔습니다. 하지만 1960-1970년대 제인 구달 등 여러 과학자들이 야생 침팬지를 연구하면서 침팬지의 도구 사용 능력이 생각보다 뛰어나다는 사실을 확인했습니다. 이들은 다양한 도구를 사용해 보통은 구할 수 없는 흰개미를 사냥하거나 단단한 과일 껍질을 깨 먹었습니다. 이후 침팬지의 도구 사용에 대한 연구는 지금까지 계속되고 있습니다. 


 워싱턴 대학, 마이애미 대학, 플랭클린 & 마셜 칼리지 (Washington University in St. Louis, the University of Miami and Franklin & Marshall College)의 연구팀은 서로 다른 침팬지 집단에서 도구 사용의 전파가 다르게 일어나는 과정을 확인했습니다. 침팬지의 도구 사용은 사람처럼 지역과 집단에 따라 다른데, 이는 본능에 의한 도구 사용이 아니라 스스로 습득하거나 전수받은 도구 사용이라는 점을 시사합니다. 연구팀은 집단에 따라 다른 도구 사용법의 전수를 확인했습니다. 


 연구팀은 콩고 공화국의 고우알로우고(Goualougo Triangle, Republic of Congo)와 탄자니아의 곰베(Gombe, Tanzania)에 있는 야생 침팬지 무리를 비교했습니다. 이 침팬지 무리는 지난 수십 년간 관찰되어 다양한 도구를 사용할 뿐 아니라 전수한다는 사실이 알려져 있습니다. 연구팀은 아마도 침팬지가 사용하는 것 가운데 가장 복잡한 도구인 흰개미 낚시대를 조사했습니다. 


 흰개미 단백질과 지방, 미네랄 등 풍부한 영양분을 지닌 곤충으로 아프리카 곳곳에 위치한 흰개미 탑에서 구할 수 있습니다. 하지만 흰개미 역시 쉽게 잡히지 않기 때문에 의외로 이를 잡아 먹을 수 있는 동물 많지 않습니다. 침팬지는 본래 흰개미를 잡아먹게 진화한 동물이 아니지만, 도구를 통해 이를 낚을 수 있습니다. 다만 여기에 맞는 도구를 만들고 적절하게 사용할 수 있는 기술이 있어야 합니다. 


 과거 연구에서 어미 침팬지는 새끼에게 도구 자체나 사용법을 전수한다는 사실이 알려져 있습니다. 연구팀은 고우알로우고의 침팬지 어미가 곰베 침팬지보다 자신이 사용한 도구를 새끼에게 줄 가능성이 3배나 높을 뿐 아니라 적극적으로 도구를 전수한다는 사실을 발견했습니다. 아울러 고우알로우고의 침팬지들이 특수한 종의 나무를 이용해서 낚시대를 만들 뿐 아니라 여러 번 사용할 수 있는 도구를 만든다는 사실도 확인했습니다. 


 이와 같은 차이가 어디에서 기인하는지는 잘 모르지만, 침팬지가 단순히 본능에 의해 도구를 사용하는 것이 아니며 집단마다 서로 다른 방식으로 다른 도구를 전파하는 일종의 '문화'를 지녔다는 점은 확실합니다. 어쩌면 이것이 인류의 오랜 조상이 진화한 방식일수도 있기 때문에 과학자들은 침팬지의 행동을 주의 깊게 연구하고 있습니다. 


 물론 영화 혹성 탈출 같은 일은 불가능하지만, 수백만 년 후 미래에 침팬지가 후손을 남길 수 있다면 지금보다 더 정교한 도구를 사용할 수 있는 똑똑한 후손이 나오지 말라는 법은 없을 것입니다. 다만 당장에는 침팬지의 개체수가 크게 줄어 멸종 위기 걱정부터 해야할 상황입니다. 


 참고 


Stephanie Musgrave el al., "Teaching varies with task complexity in wild chimpanzees," PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1907476116




배터리 없이 작동하는 초소형 센서


(The tiny biosensor, seen here within the tip of a needle. Credit: National University of Singapore)


 싱가포르 국립 대학의 과학자들이 주사바늘로 체내에 투여할 수 있는 초소형 센서를 개발했습니다. 이들이 개발한 센서는 0.9mm 길이로 일반적인 주사기를 통해 주입이 가능하며 실제로 실험용 쥐의 피하에 주사해 호흡 및 심박동수를 모니터링 했습니다. 이렇게 초소형 센서를 개발하는 경우 한 가지 골치 아픈 문제는 동력원입니다. 배터리를 포함할 경우 크기가 작아지기 힘들고 유독 물질을 주입하게 될 가능성이 있기 때문입니다. 


 싱가포르 국립 대학의 존 호 교수(Asst. Prof. John Ho)가 이끄는 연구팀은 공명 유도 캐파시터 (resonant inductor–capacitor) 방식의 센서를 개발해 이 문제를 해결했습니다. 외부 자기장을 이용해서 회로를 작동시키는 RFID는 이미 널리 사용되고 있으나 초소형 센서 형태로 개발하기에는 크기가 다소 큰 편이었습니다. 연구팀은 더 작은 센서 기술을 개발해 비침습적이고 간편한 이식이 가능하다는 점을 강조했습니다. 


 다만 상용화를 위해서는 더 많은 정보를 수집할 수 있어야 합니다. 전력 전송 및 데이터 수집은 손목 밴드나 부착형 밴드로 한다고 해도 수집할 수 있는 정보가 심박동수 호흡수 정도라면 굳이 센서를 삽입할 필요도 없기 때문입니다. 연구팀은 더 많은 정보를 수집할 수 있는 센서를 개발하고 있습니다. 만약 혈당처럼 중요한 정보를 수집할 수 있다면 활용도가 매우 높아질 것입니다. 


 참고 




우주 이야기 993 - 행성 생성 이론의 의문을 제기한 49 Ceti 행성계


(Composite ALMA image of the debris disk around the young star 49 Ceti. The distribution of dust is shown in red; the distribution of carbon monoxide is shown in green; and the distribution of carbon atoms is shown in blue. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.)

(ALMA image of the debris disk around the young star 49 Ceti. The distribution of dust is shown in red; the distribution of carbon monoxide is shown in green; and the distribution of carbon atoms is shown in blue. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Higuchi et al.)


 태양계의 행성과 소행성은 원시 행성계 원반 (protoplanetary disks)라는 갖 태어난 별 주변의 가스와 먼지 원반에서 생성됩니다. 이는 오랜 세월 이론적인 추정이었으나 관측 기술의 발전 덕분에 지난 수십 년간 과학자들은 여러 원시 행성계 원반을 직접 관측해 이론을 검증하고 행성 생성의 구체적인 단계를 파악할 수 있었습니다. 하지만 아직도 모르는 부분이 많으며 생각하지도 못했던 새로운 사실들이 밝혀지고 있습니다. 


 일본 국립 천문대의 히구치 아야 (Aya Higuchi, an astronomer at the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ))가 이끄는 연구팀은 10미터 구경 전파 망원경인 ASTE를 이용해서 생성된지 4000만년 정도 되는 별인 49 세티 (49 Ceti) 주변의 원시 행성계 원반을 100시간에 걸쳐 관측했습니다. 통상 이 정도 시간이 지나면 원시 행성계 원반의 가스는 대부분 행성에 흡수되어 사라지거나 항성풍에 의해 날려 사라지고 남는 것은 작은 운석과 먼지로 된 데브리스 디스크 (debris disk) 입니다. 하지만 관측 결과는 상당한 양의 가스가 남아 있음을 시사했습니다. 


 연구팀은 더 해상도가 높은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA를 이용해서 49 세티를 상세히 관측했습니다. 그 결과 기존의 원시 행성계 및 행성 생성 이론에서는 설명할 수 없을 정도로 많은 가스의 존재를 확인했습니다. 49세티 원시 행성계 원반은 기존의 모델에서 예측한 것보다 10배나 많은 가스를 지니고 있었습니다. 연구팀이 492 GHz 파장에서 확인한 일산화탄소는 너무 많아서 본래 비중이 1%도 안되는 탄소 12의 동위원소인 탄소 13이 발견될 정도였습니다. 이 동위원소는 지금까지 우주 관측에서 발견된 적이 없던 원소였습니다. 


 이 원시 행성계 원반이 왜 이렇게 많은 가스를 아직도 지니고 있는지는 알지 못합니다. 하지만 기존의 모델로 설명할 수 없는 현상을 관측한 것은 과학자들에게 가장 흥미로운 일입니다. 기존의 이론을 수정하고 더 좋은 이론을 만들 수 있는 기회이기 때문입니다. 


 참고 


 Aya E. Higuchi et al. First Subarcsecond Submillimeter-wave [C i] Image of 49 Ceti with ALMA, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab3d26

Aya E. Higuchi et al, First Detection of Submillimeter-wave [13C i] 3 P 1–3 P 0 Emission in a Gaseous Debris Disk of 49 Ceti with ALMA, The Astrophysical Journal (2019). dx.doi.org/10.3847/2041-8213/ab518d



2019년 12월 30일 월요일

우주 이야기 992 - 지구를 형성한 물질은 주로 적색거성에서 왔다?



(A red giant (AGB star) produces heavy elements such as molybdenum and palladium, which form dust (red squares), while elements like cadmium and some palladium escape as gas. Supernova explosions also produce heavier elements and eject them into space as dust (blue triangles) and gas. In the interstellar medium, the stardust mixes with dust grains formed there. In the disc made of gas and dust, more volatile dust grains close to the hot, young sun are destroyed. Stardust from red giants is more resilient than the other dust and so accumulates in regions closer to the sun. The young Jupiter served as a barrier preventing the mixing of material from the inner and regions. Credit: Mattias Ek/Maria Schönbächler)


 지구를 구성하는 물질 가운데 약간의 수소와 헬륨을 제외하면 거의 모든 물질이 별의 핵융합 반응 및 초신성 폭발의 결과로 만들어진 것입니다. 리튬보다 무거운 원소 (천문학에서 금속이라고 하는)는 우주 초기에는 없었으며 이후 핵융합 반응을 통해 만들어졌습니다. 이 과정도 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 태양 같은 비교적 가벼운 별이 적색 거성 단계를 거쳐서 우주에 물질을 방출하는 경우와 태양보다 수십 배 무거운 별이 초신성 폭발을 일으키며 훨씬 무거운 물질을 방출하는 것입니다. 


 물론 몇 세대 정도 지나면 적색 거성 역시 무거운 원소를 다량 포함하고 있어 죽을 때마다 우주에 여러 가지 물질을 방출해 다음 세대의 별과 행성을 생성합니다. 영겁의 세월 동안 물질이 섞이고 순환하기 때문에 지구를 구성한 물질이 어느 별에서 나왔는지 특정하기는 불가능합니다. 하지만 몇 가지 단서는 찾을 수 있습니다. 


 취리히 연방공과대학의 마리아 숀바흘러 교수(Maria Schönbächler, a professor at the Institute of Geochemistry and Petrology at ETH Zurich)가 이끄는 연구팀은 운석에 포함된 팔라듐 등의 동위원소 비를 연구해 과거 태양계를 형성했던 원시 행성계 원반 물질 구성을 연구했습니다.


 연구팀에 따르면 적색거성에서 유래한 물질은 열에 강한 먼지를 포함하고 있는 반면 초신성에서 유래한 물질은 훨신 휘발성이 강한 특징을 지니고 있습니다. 따라서 별에 가까운 디스크에서는 적색거성 물질이 더 흔하고 별에 먼 디스크에서는 초신성 폭발 잔해가 더 흔합니다. 초기 목성이 강한 중력으로 이 두 가지 물질이 서로 섞이는 것을 방지했기 때문에 디스크는 두 가지 물질로 분리된 것으로 보입니다. 그리고 디스크 안에서도 위치에 따라 물질 구성이 조금씩 달라집니다. 예를 들어 지구와 화성의 원소 구성은 조금 차이가 있습니다. 


 이 연구 결과에 의하면 지구를 구성한 원소 중 상당수는 적색 거성의 잔해인 셈입니다. 물론 산소와 탄소보다 무거운 원소는 기본적으로 초신성 폭발을 일으키는 무거운 별에서 나온 것입니다. 이 무거운 원소들은 적색 거성에 포함되어 있다가 태양계 생성 순간에 물질을 공급했습니다. 우주 물질 순환과 윤회는 50억년 후 태양이 죽을 때에도 계속됩니다. 이 때 지구나 다른 행성이 흡수된다면 그 물질은 새로운 세대의 별과 행성에 옮겨갈 것이고 새로운 태양계가 형성될 것입니다. 우리 몸을 구성했던 원소도 언젠가 새로운 별과 행성의 일부가 될지 모릅니다. 


 참고 


Mattias Ek et al. The origin of s-process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0948-z


10년 동안 연구한 포식자 - 피식자 사이클



(This rotifer species is common in freshwater lakes and ponds around the world and was used in the 10 year-long experiment on predator-prey relationships conducted at the University of Potsdam in Germany. Credit: Guntram Weithoff, University of Potsdam)

(The planktonic predator-prey communities were kept in flow-through cultures, so-called chemostats. The green colour indicates high algal prey concentration. When rotifer predators peak, the culture vessel becomes almost transparent. Credit: Guntram Weithoff, University of Potsdam)


 과학 실험 기간은 실험 주제에 따라 천차만별이지만, 10년 이상 장기 프로젝트가 필요한 경우가 있습니다. 오랜 시간 인구 집단에서 질병 발생을 관찰하는 코호트 연구는 수십년이 걸리는 것이 보통이며 생물 진화를 관찰하는 연구 역시 수십 년 이상의 시간이 필요할 수 있습니다. 


 맥길 대학, 올덴버그 대학 및 포츠담 대학(McGill University and the Universities of Oldenburg and Potsdam)의 과학자들은 포식자와 피식자의 관계를 보기 위해 장시간에 걸쳐 독특한 연구를 진행했습니다. 연구팀은 단세포 광합성 생물인 조류 (algae)와 이를 잡아먹는 동물성 플랑크톤인 윤형동물 (rotifer) 을 하나의 배양 용기에 담아 개체수의 변화를 관찰했습니다. (사진)


 조류가 증식해서 숫자가 늘어나면 이를 잡아먹는 윤형동물의 숫자도 따라서 같이 증가했습니다. 그러다가 포식자가 너무 많아지면 조류의 숫자는 줄어들게 됩니다. 결국 어느 시점에서 윤형동물 무리는 기아로 죽어 숫자가 크게 줄어듭니다. 그리고 다시 포식자가 줄어든 조류의 숫자가 늘어납니다. 연구팀은 10년에 걸쳐 300 세대의 포식자가 교체되면서 50회의 사이클을 겪는 것을 확인했습니다. 


 이런 사이클은 수학적 모델과 부합되게 규칙적이지만, 특별한 이유 없이 혼동이 오거나 주기가 바뀔 수 있다는 것도 관찰했습니다. 물론 조류의 숫자를 급격히 늘릴 수 있는 영양 물질 공급 등 외부 요인이 있으면 이 사이클은 얼마든지 변할 수 있습니다. 이번 연구는 자연적으로 관찰할 수 있는 개체 수 변화를 실험을 통해 테스트하고 예측할 수 있는 모델을 만들었다는데 의의가 있습니다. 


 아무튼 300세대에 걸쳐 하나의 실험 용기 안에서 수많은 시간을 함께한 포식자와 피식자가 어떻게 진화했는지도 궁금합니다. 인간으로 치면 1만년의 세월을 그들만의 세계에서 함께 하며 진화했을 것이기 때문입니다. 


 참고 


Long-term cyclic persistence in an experimental predator–prey system, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1857-0 , https://nature.com/articles/s41586-019-1857-0



80코어 ARM 서버 칩을 개발하는 암페어



(출처: 암페어) 


 ARM 계열 프로세서의 성능은 지난 몇 년간 급격히 상승해 이제는 x86을 위협하는 수준까지 발전했습니다. 이에 따라 ARM 기반의 멀티코어 서버칩을 개발하려는 시도 역시 활발해지고 있습니다. 퀄컴의 센트리크는 시장 진입에 성공적이지 못하다는 평가지만, 아마존의 그라비톤 시리즈는 AWS에 통합되어 그 비중을 높이고 있습니다 




 ARM의 서버 아키텍처인 Neoverse N1 기반의 서버칩을 만드는 곳은 하나가 아닙니다. 암페어 (Ampere)라는 다소 생소한 제조사에서도 서버 칩을 만들고 있습니다. 앞서 소개한 ARM 기반 워크스테이션 역시 이들이 개발한 32코어 ARM 칩을 사용하고 있습니다. 다만 eMAG라는 이 서버 칩은 Neoverse N1가 아닌 커스텀 디자인입니다. 




 최근 암페어는 7nm 공정으로 제조할 차세대 ARM 서버 칩인 코드네임 퀵실버 (Quicksilver)를 공개했습니다. ARM v8.2 기반 Neoverse N1 아키텍처를 사용하며 최대 80개의 코어를 사용할 예정입니다. 상세 스펙은 공개하지 않았지만, PCIe 4,0 레인 128개 이상을 지원하고 차세대 고속 인터페이스인 CCIX도 지원합니다. 또 2개의 멀티 소켓을 지원해 본격적으로 서버 부분에 사용될 수 있게 성능이 업그레이드 됩니다. 


 물론 1년 365일 24시간 돌려야 하는 서버 시장은 성능 이외에도 안전성이 최우선 과제이기 때문에 쉽사리 바뀌기는 어렵습니다. x86 CPU 역시 코어 수를 빠르게 늘려가며 성능을 높이고 있고 기존의 서버 생태계 자체가 x86에 최적화되어 있어 사실 진입 장벽이 높은 편입니다. 하지만 비용이 저렴한 ARM 서버 칩이 계속해서 나오면 조금씩 시장에서 차지하는 비중이 커질 것으로 생각합니다. 


 참고 



2019년 12월 29일 일요일

수수께끼 고대 영장류 오레오피테쿠스의 비밀




(Oreopithecus bambolii (IGF 11778) skeleton with torso reconstruction. Credit: S. Bambi (University of Florence, Florence, Italy) and Kayla Younkin (American Museum of Natural History, New York, NY).)



 인간과 가까운 영장류와 유인원의 진화 과정은 인류의 진화와 밀접한 연관이 있기 때문에 항상 흥미로운 연구 주제입니다. 1872년에 이탈리아에서 발굴된 고대 원숭이인 오레오피테쿠스 밤볼리 (Oreopithecus bambolii)역시 수수께끼 호미노이드 (enigmatic hominoid)로 불리며 오랜 세월 과학자들의 궁금증을 유발했습니다. 


 오레오피테쿠스는 670-830만년 전 이탈리아 투스카니 지방과 사르디냐 지역에 살았던 고대 영장류입니다. 논쟁이 됐던 부분은 이 원숭이의 이동 방식으로 일부 과학자들은 오레오피테쿠스가 나무를 탔다고 주장했고 다른 과학자들은 똑바로 서서 걸었다고 주장했습니다. 


 최근 저널 PNAS에 실린 논문에서 애슐리 해몬드 (Ashley S. Hammond)가 이끄는 국제 과학자 팀은 1958년 발견된 오레오피테쿠스의 가장 완벽한 골격 화석을 분석해 이들이 어떻게 움직였는지 밝혔습니다. 이 화석은 석탄 광산에서 발견한 것으로 30kg 정도되는 수컷의 것입니다. 


 연구팀에 의하면 오레오피테쿠스의 허리 골격은 현생 영장류 가운데 기본과 가장 닮았으며 대형 유인원과 달리 요추가 5개입니다. 골반은 현생 영장류 가운데 아무와도 닮지 않았습니다. 연구팀은 오레오피테쿠스가 다른 영장류에 비해 수직으로 걷는 능력이 뛰어나긴 하지만, 사람처럼 직립 보행 능력이 뛰어나지는 않다고 보고 있습니다. 다만 나무를 타기에도 적합하지 않은 구조로 주로는 땅위를 걸었던 것으로 결론 내렸습니다. 


 한 가지 더 흥미로운 사실은 이들이 살았던 환경입니다. 오레오피테쿠스는 섬에 살았던 원숭이로 다른 대형 포식자가 없었기 때문에 나무 위로 달아날 필요가 없었던 것으로 보입니다. 연구팀은 오레오피테쿠스가 땅 위에서 안전하고 자유롭게 돌아다녔던 것으로 보고 있습니다. 고대 지중해에는 침팬지에 견줄 만한 대형 원숭이가 평화롭게 걸어다니는 섬이 있었던 것입니다. 지금은 상상하기 어려운 생물학적 다양성입니다. 


 참고 


Ashley S. Hammond et al. Insights into the lower torso in late Miocene hominoid Oreopithecus bambolii, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1911896116


황색 포도상구균이 면역 시스템을 피하는 비결



(Credit: CC0 Public Domain)


 피부에 흔한 세균인 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus)은 심각한 감염을 일으키는 중요한 병원성 세균입니다. 건강한 정상인에서는 별 문제를 일으키지 않지만 면역이 약해진 환자나 혹은 피부 안쪽의 조직과 장기에 침투하면 쉽게 치료되지 않는 중증 감염일 일으킬 수 있습니다. 


 항생제가 개발되면서 이 문제를 극복하는 듯 했지만 안타깝게도 강력한 내성균이 출현하면서 가장 치료가 까다로운 감염 질환이 됐습니다. 강력한 항생제 내성을 지닌 MRSA 는 의료 현장에서 골치 아픈 문제 중 하나입니다. MRSA(methicillin-resistant Staphylococcus aureus)는 반코마이신 같은 일부 항생제로만 치료가 가능한데 이에 대한 내성균까지 등장한 상태입니다. 


 여기서 한 가지 궁금증은 황색 포도상구균에 대한 백신이 없는 이유입니다. 사실 항생제 내성 황색 포도상구균 감염으로 죽는 환자가 적지 않기 때문에 백신 개발이 여러 차례 시도됐습니다. 하지만 백신의 주요 기전인 B 세포 면역이 이 세균엔 통하지 않습니다. 피부 상재균으로 면역 반응을 강하게 일으키지 않기 때문입니다. 하지만 그것 이외에도 우리 몸의 면역 기전을 회피하는 비결이 있습니다. 


 워싱턴 의대의 줄리앙 부벡 워든버그 (Juliane Bubeck Wardenburg, MD, Ph.D)가 이끄는 연구팀은 모든 황색 포도상구균이 만드는 독소인 알파 톡신(alpha-toxin)을 오랬동안 연구했습니다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해 알파 톡신이 또 다른 중요한 면역 기전인 T 세포 반응을 억제한다는 사실을 알아냈습니다. 알파 톡신이 없는 경우 정상적인 T 세포 반응이 일어나 세균 감염을 더 효과적으로 대응할 수 있습니다. 연구팀은 알파 톡신에 대한 연구를 통해 백신을 개발하거나 내성 균주에 대한 효과적인 치료법을 개발할 수 있기를 희망하고 있습니다. 


 오랜 시간 인간과 함께 살아온 세균은 인체의 면역 수단에 대한 회피 방법을 지니고 있어 더 심각한 감염일 일으킬 수 있습니다. 이들이 어떻게 면역을 피하고 또 내성을 지니는지 집중적인 연구가 이뤄진다면 내성균을 치료하거나 예방할 수 있는 새로운 돌파구가 마련될 것입니다. 


 참고 


2019년 12월 28일 토요일

다리를 이용한 살충제 내성? 모기의 새로운 살충제 내성 기전 발견



(Credit: CC0 Public Domain)


 모기는 언제봐도 반갑지 않은 불청객입니다. 피를 빠는 건 성가신 정도에서 끝나지만, 말라리아 같은 질병을 옮기는 모기는 심각한 문제를 유발합니다. 특히 이런 모기가 많고 1년 내내 활동하는 열대 지방에서는 더 심각한 문제입니다. 이곳에서는 모기를 막는 방충망 하나가 생명을 구할 수 있습니다. 보건 당국은 방충망의 효과를 더 강하게 만들기 위해 살충제를 포함한 모기 침투 방지용 방충망을 보급했습니다. 문제는 여기에 대해서도 내성이 생기고 있다는 것입니다. 


 리버풀 열대 의학 교실 (Liverpool School of Tropical Medicine)의 빅토리아 잉그램 박사 (Dr. Victoria Ingham)가 이끄는 연구팀은 방충망에 쓰이는 피레트로이드 (pyrethroid) 살충제에 대한 내성을 연구했습니다. 연구는 서아프리카에서 흔한 말라리아 벡터인 두 종의 모기 (Anopheles gambiae and Anopheles coluzzii)를 대상으로 진행됐습니다. 내성을 지닌 모기 가운데 다리 부분에 SAP2 단백질 수치가 높아진 것을 확인한 연구팀은 정확한 인과 관계를 조사했습니다. 


 연구팀은 유전자 조작을 통해 SAP2 단백질 발현을 높이거나 낮추는 경우 피레트로이드 내성이 높아지거나 낮아지는 것을 확인할 수 있었습니다. 이전 연구에서 밝혀진 피레트로이드 내성 모기의 주요 기전은 이를 분해하는 사이토크롬 P450 효소 덕분이었습니다. 따라서 이를 억제하기 위해 synergist piperonyl butoxide (PBO)를 추가하고 있으나 이번 연구는 모기가 새로운 내성 기전을 빠르게 진화시키고 있음을 보여줬습니다. 이 연구 결과는 더 효과적인 방충망 개발에 도움이 될 것입니다. 


 끊임없이 내성을 진화시키는 것은 해충이든 박테리아든 마찬가지입니다. 살아있는 생물체는 진화하는 특징을 지니고 있기 때문입니다. 결국 이를 따라잡기 위해선 끊임 없는 연구 개발이 필요합니다. 


 참고


A sensory appendage protein protects malaria vectors from pyrethroids, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1864-1 , https://nature.com/articles/s41586-019-1864-1

인류세를 나누는 기준은?


 현 시대를 대표하는 동물상은 인간과 인간이 키우는 가축입니다. 과학자들은 지금 지질 시대를 인류세 라고 부르고 있습니다. 하지만 이 시기의 시작과 끝을 어떻게  정의할 것인지는 과학자들 사이에서도 의견이 분분합니다. 일리노이 대학 (University of Illinois at Chicago)의 로이 플로트닉(Roy Plotnick)과 미주리 웨스턴 주립대의 카렌 코이 (Karen Koy of Missouri Western State University)는 간단한 기준을 제시했습니다. 지층에서 인간과 인간이 기른 가축의 화석 비중이 압도적으로 많은 경우입니다. 


 이미 생물량으로 보면 지구에서 가장 비중이 큰 척추동물은 인간과 소입니다. 개체수로 보더라도 인간과 인간이 키우는 가축은 다른 척추동물을 크게 압도하는 수준입니다. 예를 들어 미시간 주에서는 사람과 가축이 동물 생물량의 96%를 차지합니다. 따라서 먼 훗날 지층을 발굴하면 인간이 남긴 엄청난 쓰레기와 함께 사람과 가축 화석이 대량으로 나올 것입니다. 


 인간의 경우 매장 방식에 따라 다르지만, 공동 묘지 같은 곳에서 온전한 골격이 많이 나올 것이고 가축의 경우 보통은 뼈가 매립될 일이 없지만, 대신 대규모 살처분을 한 경우가 많아 엄청난 양의 한꺼번에 발굴될 것입니다. 아마도 한반도는 미래에 인류세 화석이 넘치는 곳이 될 것 같습니다. 그동안 묘도 많이 만들고 살처분도 최근 엄청나게 했기 때문입니다. 


 연구팀은 그 이외의 다른 동물의 경우 온전하지 못한 작은 뼈나 이빨만 발굴되는 경우가 많을 것으로 보고 있습니다. 치수 사업으로 인해 과거처럼 홍수로 생물이 쓸려 갑자기 매립되거나 호수 바닥에 온전히 묻할 확률도 크게 줄었기 때문입니다. 사실 좋은 이야기는 아니지만, 그래도 우리는 살아야하기 때문에 가축을 키우고 농작물을 길러야 합니다. 이 과정에서 다른 생물의 서식지가 줄어드는 건 피할 수 없는 결과입니다. 다만 아무리 그렇다고 해도 생물 다양성을 위해 최소한의 서식지는 보호해야 한다는 생각입니다. 


 참고 


Roy E. Plotnick et al. The Anthropocene Fossil Record of Terrestrial Mammals, Anthropocene (2019). DOI: 10.1016/j.ancene.2019.100233


더 디테일한 모습을 공개한 Guardian XO 외골격 시스템




(The prototype that Sarcos demonstrated had all of the functionality of the version that will ship in January, but latter models will include plastic fairings over the suit as well as quick-change end-effectors. Photo: Evan Ackerman/IEEE Spectrum)


 올해 초 소개드린 바 있는 사르코스 (Sarcos)의 가디언 XO (Guardian XO) 외골격 시스템이 최근 더 상세한 언론 공개 행사를 지녔습니다. IEEE Spectrum이나 CNET 기자단을 초청한 공개 행사에서 가디언 XO는 뭔가 군용 외골격 시스템 같은 외형을 보여주며 200파운드 (90kg) 물체를 10 파운드 (4.5kg) 정도로 느끼게 해줄 수 있다는 사실을 확인시켰습니다. 





(IEEE Spectrum)



(CNET)


 가디언 XO의 활용 분야는 무거운 물체를 반복해서 들고 운반하는 작업입니다. 주로 중장비나 무기 등을 다루는 분야가 될 것으로 보입니다. 최대 작동 전력량은 500W 정도이며 교체가 가능한 500Whr 배터리 팩을 이용해서 2시간 정도 작업하고 배터리르 팩을 교체할 수 있습니다. 사르코스 측은 이 파워슈트의 가격이 1년 렌트에 10만달러 선이라고 설명했습니다. 


 그러면 인부 한명 더 고용하고도 남는 돈인데 과연 현실성이 있을까라는 의구심이 드는 부분도 있습니다. 혼자서 들기 무거우면 둘이 힘을 합쳐 운반하면 되는 것이죠. 근골격계 질환 예방이라는 측면에서는 괜찮을 것 같지만, 시장에서 성공하기 위해서는 아무래도 가격을 좀 더 낮춰야 하지 않을까 생각입니다. 


 참고 





2019년 12월 27일 금요일

턱이 없는 무악류의 멸종은 턱을 지닌 유악류 때문?


(Predation of heterostracans by Panderichthys in a Devonian ocean. Credit: Julio Lacerda)


 초기 척추동물은 턱이 없었습니다. 무악류라고 불리는 이 원시적인 그룹은 먹장어 같은 일부 후손을 제외하면 모두 멸종된 상태입니다. 턱이 있는 유악류가 본격적으로 번성한 시기는 어류의 시대로 불리는 데본기로 이 시기에 현생 어류의 주요 그룹이 대부분 등장했고 사지류의 조상 역시 등장해 육지 상륙을 준비했습니다. 무악류에서 유악류로 세대 교체가 일어난 이유는 기후 및 환경 변화, 그리고 거대 바다 전갈 같은 다른 포식자 때문으로 풀이됩니다. 


 맨체스터 대학 (University of Manchester)의 과학자들은 5000만년 동안 이빨 자국의 변화를 관찰해 무악류의 멸종 원인을 조사했습니다. 이들이 조사한 헤테로스트라칸스 (heterostracans)는 당시 흔했던 무악 어류로 머리 부분에 단단한 갑주를 두른 갑주어의 일종입니다. 연구팀은 4억 3000만년에서 이들이 멸종한 3억 7000만년 사이 발견된 화석 2800종을 조사했습니다. 이 화석에 있는 이빨 자국은 멸종 시기인 데본기 말로 갈수록 유악류의 비중이 커졌습니다. 특히 판피류와 육기어류의 비중이 컸습니다. 


 단단한 갑주를 지닌 무악류들을 통틀어 일컷는 갑주어의 등장은 고생대의 강력한 포식자인 바다전갈에 대응하기 위한 것으로 풀이됩니다. 그러나 새롭게 등장한 경골어류나 연골어류, 판피류 같은 새로운 어류들은 바다전갈보다 더 무서운 포식자였을 것입니다. 결국 이들과의 경쟁에서 밀린 것이 무악류의 몰락의 원인 중 하나였을 것입니다. (참고로 개념도에서 잡혀 먹는 쪽이 헤테로스트라칸스)


 유악류, 무악류, 판피류, 육기어류, 바다 전갈 같은 고생대 바다 생물에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비중 있게 다룬 바 있습니다. 같이 보면 좋은 내용 같습니다. 




 참고 


 Emma Randle et al. Bite marks and predation of fossil jawless fish during the rise of jawed vertebrates, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2019). DOI: 10.1098/rspb.2019.1596


우주 이야기 991 - 별과 갈색왜성, 그리고 떠돌이 행성의 경계를 관측할 제임스 웹 우주 망원경



(Scientists will use Webb to search the nearby stellar nursery NGC 1333 for its smallest, faintest residents. It is an ideal place to look for very dim, free-floating objects, including those with planetary masses. Credit: NASA/JPL-Caltech/R. A. Gutermuth (Harvard-Smithsonian CfA))


 2021년으로 발사가 미뤄진 제임스 웹 우주 망원경에는 10조원에 달하는 막대한 비용과 더불어 많은 천문학자들의 바램이 담겨 있습니다. 엄청난 비용이 들어가긴 하지만, 현재의 허블 우주 망원경보다 더 고성능의 우주 망원경을 발사하기 위해서는 다른 대안이 없기 때문입니다. 많은 과학자들이 이 망원경이 탐사해야 할 다양한 목표를 제시하면서 이 망원경을 사용하기를 희망하고 있습니다. 


 그 가운데 세인트 앤드류스 대학의 알렉스 숄츠(Aleks Scholz of the University of St Andrews in the United Kingdom)가 이끄는 연구팀은 지구에서 1000광년 떨어진 성운인 NGC 1333을 목표로 제시했습니다. 이 가스 성운에서는 여러 개의 별이 생성되고 있는데, 일반적인 별보다 훨씬 작은 갈색 왜성 (brown dwarf)과 떠돌이 행성 역시 행성되는 것으로 보입니다. 


 제임스 웹 우주 망원경에 설치된 Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)는 이런 천체들을 관측하기에 최적의 도구입니다. 갈색왜성이나 떠돌이 행성은 온도가 낮기 때문에 가시광 영역보다 적외선 영역에서 관측이 쉽습니다. 하지만 적외선 영역의 파장의 대기의 간섭 때문에 지구 표면에서 관측하는데 어려움이 있습니다. 대기의 간섭이 없는 우주에서 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 이용할 경우 NGC 1333에 있는 목성 질량의 5배 이하 천체까지 관측이 가능할 것으로 기대됩니다. 이를 직접 관측할 수 있다면 갈색왜성과 행성의 경계를 비교적 분명하게 알 수 있습니다. 


 갈색왜성은 질량이 부족해 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없는 천체입니다. 중수소 등을 이용한 비교적 약한 핵융합 반응이 일어나는 질량은 목성 질량의 13배에서 75-80배 사이로 알려져 있습니다. 하지만 사실 질량 하한선에 대해서는 직접 관측이 어렵기 때문에 검증하기가 어려운 것이 사실입니다. 이를 관측하기 위해서는 다수의 갈색왜성과 행성을 관측할 수 있는 장소가 필요합니다. NGC 1333을 목표로 제시한 것은 그 때문입니다. 


 갈색왜성 만큼이나 흥미로운 대상은 떠돌이 행성(Rogue planet)입니다. 다른 별 주변을 공전하지 않는 떠돌이 행성은 본래 항성 주변을 공전하다가 떨어져 나갔거나 혹은 아예 성운에서 생성될 때 너무 질량이 적어 갈색왜성도 되지 못한 존재로 여겨집니다. 제임스 웹 우주 망원경을 이용하면 이들의 생성 과정과 구체적인 물리적 특징을 직접 관측할 수 있을지도 모릅니다. 


 반드시 그런 날이 오기를 기대해 봅니다. 


 참고 


유전 공학으로 탄생한 도심형 미니 토마토



(When three specific genetic mutations are combined and tuned just right, scientists can turn tomato plants into extremely compact bushes ideal for urban agricultureCold Spring Harbor Laboratory)


 과학자들이 좁은 공간에서 키울 수 있는 유전자 조작 토마토를 개발했습니다. 콜드 스프링 하버 연구소와 HHMI의 연구자인 자흐 립만 (Cold Spring Harbor Laboratory Professor and HHMI Investigator Zach Lippman)이 이끄는 연구팀은 짧은 시간 안에 많은 방울 토마토가 열리면서도 줄기가 짧아 크기가 작은 토마토를 개발했습니다. 이 토마토의 정점은 도시내 농장이나 아파트 베란다처럼 좁은 공간에서 키우기에 최적화 되어 있다는 것입니다. 연구팀은 이를 도심형 농업 토마토 (urban agriculture tomatoes)라고 소개했습니다. 


 연구팀은 SELF PRUNING (SP) 및 SP5G 유전자를 조작해 성장 속도를 빠르게 했습니다. 하지만 이렇게 하면 수확되는 작물의 양과 맛이 떨어지는 문제가 생깁니다. 이를 방지하기 위해 연구팀은 다른 유전자를 조작해 줄기를 짧게 만들었습니다. 토마토가 열매에 더 투자하게 만들어 수확량과 맛을 유지하는 것입니다. 덕분에 기존의 토마토보다 작고 열매를 40일 이내에 빨리 수확할 수 있게 됐습니다. 


 이 기술에 대해 나사도 관심이 있습니다. 좁은 우주선이나 유인 우주 기지에서 키우기 쉽기 때문입니다. 예를 들어 화성 유인 탐사에서 우주 비행사가 신선한 방울 토마토를 먹을 수 있게 될지도 모릅니다. 그리고 작은 베란다나 좁은 건물 옥상에서 키우기에도 제격입니다. 


 다만 성공하기 위해서는 가격도 적당하고 맛도 좋아야 할 것입니다. 


 참고 





2019년 12월 26일 목요일

쿼드 M.2 SSD 카드 - OWC Accelsior 4M2





(출처: OWC)


 OWC에서 새로운 쿼드 M.2 SSD 카드 가속기가 나왔습니다. M.2 PCIe SSD는 이제 새로운 대세가 되가고 있지만, 대부분의 메인보드에서 1-2개 정도만 슬롯을 지원해 SATA에 비해 확장성이 떨어지는 것이 문제입니다. 대다수의 사용자들이 대용량 데이터를 HDD에 저장하긴 하지만, SSD 가격이 끊임없이 떨어지면서 대용량 SSD에 대한 수요 역시 따라서 증가하고 있습니다. PCIe 카드 형태의 쿼드 M.2 SSD 역시 그 중 하나로 통상 4개까지 M.2 SSD를 달아 레이드로 묶어 용량과 속도를 높입니다. 


 OWC의 Accelsior 4M2는 1-8TB 용량의 쿼드 M.2 SSD로 PCIe 3.0 X8 규격 카드입니다. 그런 만큼 속도도 PCIe 3.0 x8의 대역폭 이내인 최대 읽기/쓰기 6318/6775 MB/s 입니다. 쿼드 SSD라는 점을 생각하면 좀 느리긴 하지만, 일반적인 유저들이 사용하기에는 매우 크고 빠른 SSD입니다. 




1 TB
SSDACL4M201T
2 TB
SSDACL4M202T
4 TB
SSDACL4M204T
8 TB
SSDACL4M204T
Formatted
Capacity
931 GiB
1863 GiB
3725 GiB
7451 GiB
Drives
4 × OWC Aura P12 M.2-2280 drives
Phison’s PS5012-E12 controller,
SLC caching support,
DRAM cache,
Toshiba’s 3D TLC NAND memory
(7% overprovisioning)
PCIe Switch
ASMedia ASM2824
Internal RAID
SoftRAID
Peak Read Speed
6318 MB/s
Peak Write Speed
6775 MB/s
Interface
PCIe 3.0 x8
Power
Bus powered
Form-Factor
Full Height Half Length PCIe
Compatibility
macOS 10.13 or later
Windows 10 or later
Warranty
5-year warranty
Price (MSRP)
$479.99
$629.99
$949.99
$1,599.99
(스펙 비교) 


 가격은 만만치 않지만, 대용량 데이터를 빠르게 작업해야 하는 전문가들이라면 메리트가 있을 것으로 보입니다. 


 참고