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2019년 6월 23일 일요일

태양계 이야기 750 - 장주기 혜성 탐사선을 계획하는 유럽 우주국


(Comet Interceptor will be used to fly by comets that have never visited the inner solar system before(Credit: ESA))


 유럽 우주국이 장주기 혜성이나 오무아무아처럼 갑작스럽게 태양계로 진입하는 외계 천체를 관측할 수 있는 혜성 인터셉터 (Comet interceptor)를 계획하고 있다는 소식입니다. 유럽 우주국은 로제타 임무를 통해 성공적으로 혜성을 탐사했지만, 이미 태양계 안쪽에서 여러 번 태양을 지나간 단주기 혜성이라는 문제가 있습니다. 


 오르트 구름에서 태양계 안쪽으로 진입하는 장주기 혜성은 아직까지 한번도 상세히 연구된 적이 없지만, 분명히 태양계 초기의 역사를 간직한 천체일 것입니다. 다만 태양계 안쪽으로 처음 진입하는 혜성을 확인하고 탐사선을 발사하면 이미 늦어버린다는 문제가 있습니다. 따라서 아예 지구 근처에 탐사선을 대기시켜 놓는다는 아이디어입니다. 


 혜성 인터셉터는 무게 1000kg 이하의 중형 탐사선으로 지구에서 150만 km 떨어진 라그랑주 점(L2)에서 대기합니다. 탐사선은 A1, B1, B2 세 개의 모듈로 구성되어 있으며 B1 모듈은 일본 JAXA가 개발을 담당합니다. A 모듈은 고해상도 카메라와 다중 스펙트럼 적외선 장치 (high-resolution camera, multispectral infrared instrument)로 먼지, 플라스마, 자기장을 조사하며 B1 모듈은 수소 이미저, 플라스마 장치, 그리고 광각 카메라 (hydrogen imager, another plasma instrument, and a wide-angle camera)를 가지고 있습니다. B2 모듈은 질량 스펙트로미터와 혜성 지형 관측 장치(mass spectrometer and coma mapper)를 가지고 있습니다. 


 아직 완전히 결정된 프로젝트는 아니지만, 유럽 우주국은 2028년에 혜성 인터셉터를 발사할 수 있기를 희망하고 있습니다. 실제 탐사가 이뤄지는 시점은 당연히 알 수 없지만, 어쩌면 생각치 않았던 대어를 낚을 가능성도 있습니다. 바로 오무아무아처럼 외계에서 날아오는 천체입니다. 오무아무아의 경우 탐사선을 보낼 시간이 없었지만, 지구 궤도 근처에서 대기 중인 우주선이 있다면 기회가 있을 것입니다. 만약 이런 천체가 다시 온다면 혜성 인터셉터의 가장 완벽한 목표가 될 것입니다. 


 참고 




스크램제트 극초음속 미사일을 만들기 위해 협력한 레이시온과 노스럽 그루만


(Artist's concept of an air breathing hypersonic missile(Credit: Northrop Grumman))


 미 공군 및 미국 방위고등연구계획국(DARPA) 의 합작 프로젝트인 초음속 미사일 개발을 위해 방산 업계의 두 거인인 레이시온과 노스럽 그루만이 서로 협력하기로 결정했습니다. 파리 에어쇼에서 발표한 내용에 따르면 이 두 회사는 스크램제트 엔진 기반의 마하 극초음속 미사일 개발을 위해 협력할 것입니다. 



 지대공 및 공대공 미사일은 점점 빨라지고 있지만, 마하 5 이상의 극초음속 미사일을 만들 수 있는 방법은 로켓 엔진을 사용하는 것 뿐입니다. 하지만 로켓 엔진은 연소 시간이 짧고 연료 대비 사정 거리가 짧은 편입니다. 제트 엔진은 대기 중 산소를 산화제로 이용해 효율이 좋고 연소 시간이 길지만, 마하 5 이상에서는 램제트 엔진도 효율이 급속히 감소합니다. 



 기존의 램제트 엔진의 대안으로 제시되고 있는 것이 스크램제트 엔진입니다. 스크램제트 엔진은 극초음속 영역에서도 효율이 좋아 차세대 우주 항공기 엔진으로 자주 거론되고 있지만, 아직 실용화 되지 못하고 있습니다. 두 회사는 2억 달러에 달하는 미 공군 및 DARPA의 극초음속 공기 흡입 무기 컨셉 Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC) 사업 계약을 맺고 미사일에 탑재할 소형 스크램제트 엔진을 개발할 계획입니다. 


 스크램제트 엔진 개발이 기술적으로 매우 어렵긴 하지만 미사일에 탑재할 소형 엔진 개발은 상대적으로 쉬울 것입니다. 따라서 시작을 미사일로 한다는 것은 매우 타당해 보입니다. 과연 어떤 결과가 나올지 궁금합니다. 


 참고 




에디아카라기의 저녁 만찬


(Artistic reconstruction of a gregarious community of Ernietta. Credit: Dave Mazierski)


(Artistic reconstruction of a cross section of Ernietta. Note the laminations of sediment within the cavity, and the particles within the surrounding water that settles into the cavity. Credit: Dave Mazierski)


(Well preserved Ernietta with bottom suture and individual modules visible. Credit: Charlotte Kenchington)


(Turbulent energy flowlines in multi-model CFD simulation showing recirculating turbulent patterns within and downstream of Ernietta cavities. Credit: Dave Mazierski)


 지금으로부터 6억 3500만년 전에서 5억 4100만년 전 지질 시대에는 에디아카라 동물군이라고 불리는 최초의 다세포 동물군이 있었습니다. 이들은 이빨이나 팔 다리 같은 부속지가 없는 생물로 대부분 여과 섭식자이거나 혹은 공생 조류에 의존해 살았던 생물로 생각됩니다. 이 시기 생물상에 대해서는 제 책인 포식자에서 일부 다룬 바 있습니다. 에디아카라기는 다세포 동물이 다른 다세포 생물을 잡아먹는 포식 활동을 벌이지 않았던 평화로운 시대였습니다. 




 밴더빌트 대학의 고생물학자인 사이먼 다로치 교수(Paleontologist Simon A.F. Darroch, assistant professor of earth and environmental sciences at Vanderbilt University)와 그 동료들은 5억 4000 - 5억 7000만년 전 바다 밑에서 살았던 에르니에타 (Ernietta)라는 생물 군집의 생활사를 복원했습니다. 이 생물은 위가 열린 주머니 같은 구조를 지니고 있으며 모래를 아래 품고 고정해 바닥에서 생활했던 것으로 보입니다. 연구팀은 아프리카 나미비아에서 발견된 군집 화석 (사진)을 토대로 이들이 어떻게 먹고 살았는지를 복원했습니다. 


 연구팀의 시뮬레이션에 의하면 에르니에타 군집은 가까이 있지만, 물의 흐름이 충분한 장소에서 충분한 먹이를 흡수하고 배설물을 버리는데 곤란을 겪지 않았을 것이라고 합니다. 당시에는 지금처럼 움직이는 여과섭식자도 없고 다른 상위 포식자도 없어 유기물이 현재보다 풍부했으며 이를 통해 에디아카라 생물군이 크게 번성한 것으로 보입니다. 이들의 저녁 파티 (dinner party)는 매우 평화롭고 사이좋게 진행되었을 것입니다. 


 하지만 캄브리아기에 이르러 다른 동물을 잡아먹는 포식자가 등장하게 되고 이후 생물계의 모습은 그전과는 완전히 달라지게 됩니다. 에디아카라기의 평화로운 만찬은 이후에는 일부 생물의 전유물이 되고 나머지는 살기 위한 생존 경쟁을 벌이게 되는 것이죠. 이 화석은 당시 최후의 만찬을 그린 부조물일지도 모릅니다. 


 참고 


B.M. Gibson el al., "Gregarious suspension feeding in a modular Ediacaran organism," Science Advances (2019). advances.sciencemag.org/content/5/6/eaaw0260


2019년 6월 22일 토요일

돌을 갉아먹는 배좀벌레



(Morphology of Lithoredo abatanica: (a) juvenile specimen (PMS-4313H); (b) small adult specimen (PMS-4134 W); (c) large adult specimen (holotype PMS-4312Y); (d) pallet pair outer face; (e) pallet pair inner face; (f) shell valves; (g) scanning electron micrograph of shell valve; (h) magnified region from (g) showing valve denticulation; (i) magnified region from (h). In, intestine; MC, mantle collar; Pa, pallet; Si, siphon; SV, shell valve. Scale bar (a–c) = 5 mm, (d–f) = 1 mm, (g–i) = 200 µm, 100 µm and 5 µm respectively. Credit: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2019). DOI: 10.1098/rspb.2019.0434)


 배좀벌레(shipworm)는 우리에게는 그다지 친숙하지 않지만, 이름처럼 배를 좀먹는 생물입니다. 이들은 나무를 분해해 살아가는 연체동물로 바다로 유입되는 나무를 분해해 다시 생태계에 순환시키는 중요한 역할을 담당합니다. 단지 목재를 파먹기 때문에 오래전부터 선박을 훼손시키는 해충으로 인식된 것이죠. 



 배좀벌레는 생김새는 매우 징그러운 벌레지만, 사실은 조개류인 이미패류에 속합니다. 단지 나무를 파먹는 습성 때문에 패각이 작고 긴 몸을 지닌 것입니다. 그런데 최근 과학자들은 나무가 아니라 암석 속에서 배좀벌레를 찾아냈습니다. 미국내 다기관 연구자들은 나무 대신 바위를 갉아먹는 배좀벌레의 생태를 연구했습니다. 



 바위를 파먹는 배좀벌레는 최대 15cm정도의 몸길이를 지니고 있으며 나무 대신 암석을 갈게 위해 크고 평평한 이빨을 가지고 있습니다. 이들은 나무를 갉아먹는 친척과 달리 나무를 소화시키는데 필요한 주머니도 없었습니다. 연구팀은 암석 배좀벌레가 사실은 나무를 먹는 배좀벌레에서 진화한 것이 아니라 사실은 독립적으로 진화한 이미패류일 가능성이 높다고 설명했습니다. 




(동영상)


 하지만 가장 궁금한 부분은 이 벌레가 뭘 먹고 사냐는 것입니다. 암석에 구멍을 뚫는 건 아마도 은신처를 확보하기 위한 것이고 사실은 돌을 먹고 살지는 않을 것입니다. 연구팀은 이들이 공생 박테리아를 지니고 있긴 하지만 스스로 사냥을 할 가능성도 배제하지 않았습니다. 아직 알려지지 않은 부분이 많은 이 독특한 생물체에 대해 더 많은 연구가 필요합니다. 


 참고 


 J. Reuben Shipway et al. A rock-boring and rock-ingesting freshwater bivalve (shipworm) from the Philippines, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2019). DOI: 10.1098/rspb.2019.0434


곰팡이 효소에서 나온 2세대 바이오 연료 촉매



(Using a protein produced by a fungus that lives in the Amazon, Brazilian researchers developed a molecule capable of increasing glucose release from biomass for fermentation (sugarcane bagasse at Santa Fé mill in Nova Europa, São Paulo State. Credit: Eduardo Cesar / Pesquisa FAPESP magazine)


 브라질의 캄피나스 대학 (University of Campinas (UNICAMP) )및 브라질 국립 바이오재생에너지 연구소 (Brazilian Biorenewables National Laboratory (LNBR))의 과학자들이 2세대 바이오 연료 개발에 필요한 새로운 효소를 개발했습니다. 


 브라질은 사탕수수를 이용한 바이오 연료 생산에서 선두 주자이긴 하지만, 사실 팔 수 있는 설탕 원료를 값싼 연료로 개발한 것으로 지금처럼 저유가 시대에는 그다지 남는 장사가 아닙니다. 여기에 사람 먹을 식량도 부족한 시대에 식량을 연료로 바꾸는 일 역시 문제가 있습니다. 따라서 많은 연구자들이 먹지 못하는 줄기나 농업 폐기물을 연료로 바꾸는 연구를 진행하고 있습니다. 통상 이를 2세대 바이오 연료라고 합니다. 


 사실 줄기나 껍질 등 여러 부산물에는 셀룰로오스를 비롯한 식물성 다당류가 풍부하며 이를 분해하면 포도당이나 에탄올처럼 연료로 전환할 수 있는 물질을 얻을 수 있습니다. 문제는 이 다당류가 매우 단단히 결합되어 있어 쉽게 분해되지 않는다는 것입니다. 목적을 생각하면 당연한 이야기입니다. 아무튼 그렇기 때문에 이를 분해하는데 드는 에너지가 너무 많아 2세대 바이오 연료 생산이 어려운 것입니다. 


 연구팀은 이 문제를 해결할 실마리를 찾기 위해 자연적으로 존재하는 곰팡이를 연구했습니다. 이들이 식물을 분해하는 능력이 탁월하기 때문입니다. 아마존 열대우림에서 서식하는 Trichoderma harzianum라는 곰팡이에서 찾은 베타 글루코시다제 (β-glucosidase)는 글리코사이드 가수분해 효소 패밀리 1 (glycoside hydrolase family 1 (GH1))에 속하는 효소로 바이오매스를 포도당으로 효과적으로 변환하지만 산업적으로 사용하기에는 몇 가지 문제가 있습니다. 



 이 효소의 활성은 섭씨 40도에서 최고가 되는데 이는 대부분의 반응로 온도가 50도 이상이라는 점을 생각하면 개선의 필요성이 있습니다. 더구나 포도당 농도가 높아지면 효율이 떨어지는 것도 문제입니다. 연구팀은 자연적인 효소의 화학 구조를 변형해 효율이 300% 높은 새로운 효소를 개발했습니다. 물론 더 많은 연구가 필요하지만 2세대 바이오 연료 개발에 고무적인 결과입니다. 


 이번 연구에서 본 것처럼 아마존의 자연 생태계는 수많은 생물 자원을 가지고 있습니다. 이를 보호하는 일 역시 중요할 것입니다.


 참고 


 Clelton A. Santos et al, An engineered GH1 β-glucosidase displays enhanced glucose tolerance and increased sugar release from lignocellulosic materials, Scientific Reports (2019). DOI: 10.1038/s41598-019-41300-3



공룡 화석이 현대 미생물의 보금자리?



(Centrosaurus, the Triceratops relative whose bones contained modern microbes. Credit: Nobu Tamura)

(A fluorescence microscopy image showing lit-up modern microbes that took up residence in a Centrosaurus fossil. Credit: Evan Saitta, Field Museum)


 쥐라기 공원에서처럼 공룡의 DNA를 추출해서 공룡을 복원한다는 일은 사실 불가능에 가까운 일입니다. 어떤 장소에서든 DNA 같은 복잡한 고분자 물질이 장기간 보존되기는 힘들기 때문입니다. 예외적으로 영구 동토 속에 보존된 고인류나 고대 생물의 DNA가 일부 복원되긴 했지만, 6600만년 이전으로 거슬러 올라가기는 어렵습니다. 사실 DNA보다 훨씬 단순한 단백질도 수백만년 이상 보존되기는 어렵습니다. 그러나 종종 공룡 화석에서 단백질의 흔적을 찾아냈다는 보고는 있어 왔습니다. 


 필드 박물관의 에반 사이타 (Evan Saitta, a postdoctoral researcher at the Field Museum)와 그 동료들은 이 주장에 의문을 품고 화석 속에서 발견된 단백질의 기원을 추적했습니다. 연구팀은 7500만년 된 작은 뿔공룡인 센트로사우루스 (Centrosaurus)와 수천년 된 상어 이빨, 그리고 닭 뼈를 비교 대상으로 연구를 진행했습니다. 그 결과 충분한 무균술을 사용해서 샘플을 채취해도 박테리아에 의한 오염을 피할 수 없는 것으로 나타났습니다. 


 박테리아는 지구 어디서나 볼 수 있으며 심지어 깊은 지층에 있는 암석 속도 예외가 아닙니다. 따라서 화석 속으로 파고 들어간다고 해서 이상한 일은 아닙니다. 화석 역시 다른 암석과 같이 균열이 있을 수 있으며 일부 화석은 다공성 구조를 지니고 있습니다. 이 틈을 통해서 물과 박테리아가 들어갈 수 있으며 여기에는 인을 포함한 무기 영양분이 풍부해 박테리아에게 유리한 환경을 만들 수 있습니다. 물론 충분한 주의를 기울였음에도 샘플을 채취하는 과정에서 오염될 위험성은 항상 존재합니다. 그 결과 박테리아나 혹은 박테리아의 분비물은 생물막이 섞여 들어가 연구자에게 혼동을 일으킬 수 있습니다. 


 이 연구는 연구자들이 결과를 해석하는데 있어 매우 주의를 요한다는 점을 보여줍니다. 예를 들어 네안데르탈인 화석에서 추출한 DNA는 박테리아와 쉽게 구분되기 때문에 문제가 없지만, 단백질의 경우 세균에 의한 것일 가능성을 배제하기 어렵습니다. 더구나 화석이 이빨처럼 단단하고 쉽게 균열이 일어나지 않는 것이 아니라 연조직이 대체된 화석이거나 균열이 있다면 오래 전 과거나 현재에 미생물에 오염될 가능성은 얼마든지 존재합니다. 


 아무튼 과학은 의심의 학문이기 때문에 연구자들은 의심할 수 없는 분명한 결과를 제시하기 위해 노력할 수밖에 없습니다. 그런 과정을 통해 과학이 발전하는 것이겠죠. 


 참고 





2019년 6월 21일 금요일

무독성 친환경 연료를 테스트하는 나사


(Ball Aerospace engineers perform final checks before the spacecraft shipped to NASA’s Kennedy Space Center in Florida. GPIM is one of four unique NASA technology missions aboard the June 2019 SpaceX Falcon Heavy launch of the U.S. Air Force Space and Missile Systems Center’s Space Test Program-2 (STP-2). Credits: Ball Aerospace)


 나사가 독성이 없고 효율이 좋은 친환경 로켓 연료를 실제 우주에서 테스트할 계획입니다. 올해 6월 스페이스 X의 팔콘 헤비 로켓에 의해 발사되는 미공군 및 미사일 시스템 센터(U.S. Air Force Space and Missile Systems Center)의 위성에 탑재되는 하이드록시기 질산암모늄 (hydroxyl ammonium nitrate)은 로켓 연료로 오랜 세월 사용되었던 하이드라진 (hydrazine)과 비교해 독성도 없고 효율도 50%나 높은 차세대 친환경 연료입니다. 나사의 Green Propellant Infusion Mission (GPIM) 임무를 통해 앞으로 그 효율성과 안전성을 테스트하게 될 것입니다. 


 무독성 친환경 연료의 장점은 유인 임무에서 더 두드러지게 나타날 것입니다. 사진에서 보듯이 하이드록시기 질산암모늄은 특수 방호복 없이 주입이 가능하며 (물론 인공 위성 조립은 클린룸에서 해야 하기 때문에 장갑 및 마스크, 작업복은 필수) 유출시에도 인체에 해롭지 않기 때문에 유인 우주선에서도 안심할 수 있습니다. 


 참고로 액체 수소나 산소의 경우 극저온 상태에서 단기간 로켓 연료로 사용하기 때문에 지상에서 발사하는 로켓에서 주로 사용할 수 있으며 인공위성이나 유인 우주선의 경우 낮은 압력에서도 보존이 가능한 하이드라진 같은 액체 연료를 사용해 왔습니다. 


 GPIM 임무가 성공하면 이후 하이드록시기 질산암모늄의 역할은 매우 커질 것으로 예상합니다. 무독성인 것은 물론이고 효율이 50% 정도 더 좋아 연료를 적게 싣거나 혹은 같은 연료로 더 먼 거리까지 갈 수 있기 때문입니다. 특히 현재 진행 중인 유인 달 탐사 임무에서 빠르게 채택되어 사용될 가능성이 있어 보입니다. 


 참고 


9인승 전기 비행기 앨리스 (Alice)







(Credit: Eviation)


 이스라엘의 스타트업인 에비에이션 (Eviation) 이 9인승 전기 비행기를 개발하고 있다는 소식입니다. 앨리스 (Alice)라는 이름의 이 전기 비행기의 목표는 상용 경비행기에 비교할 수 있는 성능으로 최고 시속 445km, 승객을 태운 상태에서 최대 1046km 거리를 비행할 수 있습니다. 동체 길이는 12.2m 날개폭은 16.12m 이고 전기 모터의 출력은 260kW입니다. 


 현재 계획은 2021년 항공 인증을 받고 2022년부터 상업 비행에 들어간다는 것입니다. 스펙상으로 보면 충분히 가능해 보이지만, 과연 배터리 성능이 충분히 받쳐줄지 궁금합니다. 배터리를 정확히 얼마 탑재하는지는 모르겠지만, 스펙처럼 비행하려면 상당히 고용량 배터리가 필요할 것입니다. 


 아무튼 외형은 상당히 나름 미래적인데 실제로 하늘을 나는 모습이 궁금합니다. 그 단계까지 순조롭게 개발이 가능할지도 궁금하네요. 


 참고 



우주 이야기 927 - 우리 은하와 충돌한 위성은하



(An artist's rendition of ripples in the outer disc of the Milky Way, which are believed to have been caused by a collision with the "ghost" galaxy Antlia 2(Credit: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO))

(An image from the simulation, showing the path of the ghostly dwarf galaxy Antlia 2 (bottom cluster) after it passed through the Milky Way (middle)(Credit: Sukanya Chakrabarti))


 천문학자들은 작년에 가이아 데이터를 이용해 우리 은하의 숨은 위성 은하인 안틀리아 2(Antlia 2)를 발견했습니다. 이 은하는 대마젤란 은하에 견줄 만큼 큰 은하지만, 별이 거의 없는 매우 어두운 은하로 최근에서야 그 존재가 알려졌습니다. 우리 은하와의 거리는 최소 13만 광년 정도입니다. 




 로체스터 대학의 연구팀은 이 은하가 지닌 더 흥미로운 이야기를 밝혀냈습니다. 연구팀은 가이아 데이터를 분석해 안틀리아 2의 이동 경로를 계산했습니다. 그 결과 흥미롭게도 안틀리아 2가 수억 년전 우리 은하의 디스크와 충돌한 후 지금 거리로 이동했다는 증거를 발견했습니다. 정교한 시뮬레이션 결과는 이 은하 충돌 후 우리 은하 디스크에 물결 무늬 흔적이 남아 있음을 보여주고 있습니다. (두 번째 사진)


 은하 충돌은 우주 역사에서 그렇게 드물지 않은 일입니다. 특히 대형 은하의 중력에 이끌려 온 작은 은하가 충돌해 흡수되거나 흔적을 남긴 경우는 제법 흔할 것입니다. 그리고 이런 충돌이 우리 은하와 위성 은하의 형태에 큰 영향을 미쳤을 것입니다. 앞으로 연구를 통해 그 역사를 밝힐 수 있을 것입니다.


 참고 





2019년 6월 20일 목요일

ARM을 위한 엔비디아의 인공지능 및 고성능 컴퓨팅 지원




(출처: 엔비디아)


 엔비디아가 슈퍼컴퓨터 및 인공지능 분야에서 ARM 아키텍처 지원을 늘리기로 결정했습니다. 현재 엔비디아의 GPU 는 고성능 병렬 컴퓨팅과 인공지능 분야에서 널리 사용되고 있지만, 대부분의 응용 소프트웨어와 생태계가 x86 CPU에 최적화된 상태입니다. 당연히 사용자가 가장 많기 때문입니다. 


 하지만 엔비디아 GPU를 코프로세서로 사용하는 것은 x86의 전유물은 아닙니다. 서밋(summit)  슈퍼컴퓨터의 경우 IBM power 프로세서를 사용하며 엔비디아의 SoC는 ARM 프로세서를 쓰고 있습니다. 하지만 CUDA 지원에서 x86이 중심이라는 점은 분명합니다. 


 엔비디아는 앞으로 CUDA stack이 ARM에서도 지원이 가능하게 만들겠다고 밝혔습니다. 여기에는 (1) 모든 CUDA X AI 및 HPC 라이브러리, (2) GPU 가속 AI 프레임워크 (GPU-accelerated AI frameworks) (3) 소프트웨어 개발 도구 (PGI compilers with OpenACC support)가 포함됩니다.  


 하지만 엔비디아의 자체 ARM 기반 SoC를 제외하고 얼마나 널리 쓰일 수 있을지는 미지수입니다. 스마트폰과 태블릿에 탑재된 고성능 프로세서에는 엔비디아 GPU가 사용되지 않고 엔비디아 GPU를 설치할 수 있는 메인보드에는 ARM CPU가 대개 사용되지 않기 때문입니다. 물론 엔비디아는 올해 초 고성능 ARM 기반 SoC인 젯슨 AGX 개발자 킷을 포함해 다양한 ARM 기반 SoC를 제공하고 있으며 이를 이용해서 자율 주행 및 기타 인공지능이 필요한 영역에 활용할 수 있도록 생태계를 확장하고 있습니다. 




 개인적인 생각이지만, 엑시노스에 라데온 대신 지포스가 탑재되면 대박이지 않을까 생각합니다. 다만 엔비디아가 자사의 SoC를 쓰라고 강요했을 가능성이 커 현실적으로 힘든 일이고 이미 결정된 사안이라 그럴 일은 없을 것 같습니다. 


 참고 




해양 생태계를 변화시키는 산소 농도 감소


(The four crustacean amphipod species which were the subject of the study -- Paraceradocus miersi, Shraderia gracilis, Probulisca ovata and Prostebbingia brevicornis. Credit: John Spicer)


 대기중 이산화탄소 농도가 올라가는 것과 반대로 바닷물의 산소 농도는 내려가고 있습니다. 기온이 올라가면서 물에 녹는 기체의 양이 줄기 때문입니다. 이산화탄소는 대기 중 농도가 올라갔기 때문에 더 많이 녹지만, 대기 중 산소 농도는 그대로라 바닷물 속 산소 농도만 감소합니다. 


 과학자들은 20세기 중반 이후 전세계 바다의 용존 산소 농도가 2-5% 가량 감소했다는 사실을 발견했습니다. 이는 수온 상승은 물론 영양 염류 유입에 따른 오염 등 여러 이유가 있습니다. 아무튼 이 현상은 이미 해양 생물에 큰 영향을 주고 있으며 앞으로 더 심해질 것으로 보입니다. 


 플리머스 대학의 존 스파이서 교수와 영국 남극 조사단의 사이먼 몰리 박사 (John Spicer, Professor of Marine Zoology at the University of Plymouth, and Dr. Simon Morley, an Ecophysiologist with the British Antarctic Survey (BAS))는 산소 농도 감소가 남극 해양 생태계의 기초를 이루는 갑각류인 단각류(amphipod)에 미치는 영향을 조사했습니다. 


 연구팀에 의하면 산소 농도 감소가 이들에게 미치는 영향은 매우 복합적입니다. 일단 덩치가 큰 생물일수록 상대적으로 불리합니다. 따라서 산소 농도 감소는 몸집을 줄이려는 방향의 진화압을 주게 됩니다. 그러나 종에 따라 산소를 추출하는 능력이 다르고 산소 요구량 역시 달라 일괄적인 영향을 미치지는 않는다는 게 연구팀의 설명입니다. 


 다만 이런 환경 변화가 해양 생물에 유리한 것은 아닙니다. 과거 지구 기온이 크게 상승했던 시기에도 적도 부근에는 거의 화석이 없었습니다. 더구나 남극 생태계는 낮은 기온에 적응한 생물이 많아 수온 상승은 이들 중 상당수의 생존을 위협하고 있습니다. 특별한 이변이 없는 이상 남극 생태계의 미래는 어두울 것으로 생각합니다. 


 참고


 Will giant polar amphipods be first to fare badly in an oxygen-poor ocean? Testing hypotheses linking oxygen to body size, Philosophical Transactions of the Royal Society B (2019). DOI: 10.1098/rstb.2019.0034


단세포 기생충도 짝이 있다?


(The single-celled parasite Leishmania can reproduce sexually, according to a study from Washington University School of Medicine in St. Louis and the National Institutes of Health (NIH). The finding could pave the way towards finding genes that help the parasite cause disease. Credit: Michael Worful)


 본래 무성생식을 통해 번식한다고 여겨졌던 단세포 기생충이 연애도 할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 여러 동물에서 감염을 일으키는 라슈마니아 (Leishmania)는 말라리아처럼 단세포 동물이면서 기생충으로 사람도 감염시킬 수 있습니다. 하지만 말라리아 원충과는 달리 무성 생식만 하는 것으로 알려졌습니다. 


 워싱턴 의대와 미 국립 의료원 (Washington University School of Medicine in St. Louis and the National Institutes of Health (NIH))의 연구팀은 라슈마니아의 유전자를 연구하던 중 이들이 가끔 유성 생식도 한다는 증거를 발견했습니다. 일부 라슈마니아의 유전자가 분명하게 섞여 있었던 것입니다. 


 연구를 이끈 NIH 데이빗 스텍스 박사 (David Sacks, Ph.D., the chief of the intracellular parasite biology section at the National Institute of Allergy and Infectious Diseases at the NIH)은 2009년 이 유전를 발견한 후 라슈마니아가 실제로 유성 생식을 한다는 명확한 증거를 찾기 위해 노력했습니다. 왜냐하면 유전자가 섞여 있다는 곳이 반드시 유성 생식을 의미하지는 않기 때문입니다. 


 만약 생식력이 없는 후손을 만든다면 이는 진정한 유성 생식이라고 할 수 없습니다. 우연히 유전자가 섞였을 뿐이지 생식을 한 건 아니니까요. 이번에 PLOS Genetics에 발표한 연구에서 연구팀은 라슈마니아가 모래 파리의 장에서 짝짓기를 통해 생식력이 있는 후손을 낳는다는 사실을 확인했습니다. 하필 파리 체내에서만 짝짓기를 하는지 이유는 알 수 없지만, 유전자를 혼합하고 이를 자손에게 물려주는 유성 색식을 분명히 할 수 있다는 점은 확실해 보입니다. 


 별로 로맨틱해 보이지는 않지만, 아무튼 단세포 기생충도 짝이 있다니 흥미롭습니다. 그림이 뭔가 웃기는 것 같습니다. 참고로 세포가 하나 뿐인 생물이라 난자나 정자가 있을 수 없습니다. 생식은 두 개의 세포가 말 그대로 합체된 후 유전자를 섞고 다시 분열해서 이뤄지게 됩니다. 


 참고 


Ehud Inbar et al, Whole genome sequencing of experimental hybrids supports meiosis-like sexual recombination in Leishmania, PLOS Genetics (2019). DOI: 10.1371/journal.pgen.1008042


2019년 6월 19일 수요일

PCI Express 6.0 스펙 공개




(출처: PCI - SIG)


 PCI 규격을 정하는 PCI Special Interest Group (PCI-SIG)이 PCI Express 6.0 스펙에 대해서 공개했습니다. 이번에 공개한 것은 6.0 스펙의 목표와 기술적 개요이며 최종 완성은 2021년까지입니다. PCIe 4.0 메인보드가 이제 막 나오는 참이고 아직 5.0 적용 기기도 없는 상태이지만, 미래를 위한 준비라고 할 수 있습니다. 최근 PCIe x4 슬롯을 사용하는 M.2 SSD의 속도가 PCIe 3.0 규격을 넘어서고 있고 그래픽 카드 역시 점차 대용량 정보 처리를 요구하고 있어 스펙 업그레이드는 반드시 필요합니다. 


 PCIe 6.0은 x16의 경우 최대 128GB/s, x4의 경우 32GB/s의 대역폭을 지니며 이를 통해서 PCIe 3.0 시절에 비해 8배의 대역폭을 제공할 수 있습니다. 실제 기기를 시장에서 볼 수 있는 것은 2025년 정도가 되지 않을까 생각합니다. 현재는 PCIe 4.0으로 이전이 시작된 단계로 앞으로 등장할 M.2 SSD를 고려할 때 PCIe 4.0 지원 메인보드를 좀 기다렸다 구매하는 것이 좋은 선택으로 생각합니다. 


 참고 


우주 이야기 926 - 우리 은하 중심 블랙홀이 조용한 이유


(Streamlines showing magnetic fields layered over a color image of the dusty ring around the Milky Way’s massive black hole. The Y-shaped structure is warm material falling toward the black hole, which is located near where the two arms of the Y-shape intersect. The streamlines reveal that the magnetic field closely follows the shape of the dusty structure. Each of the blue arms has its own field that is totally distinct from the rest of the ring, shown in pink.
Credits: Dust and magnetic fields: NASA/SOFIA; Star field image: NASA/Hubble Space Telescope)


 은하 중심에는 대부분 거대 질량 블랙홀이 존재합니다. 우리 은하 역시 예외가 아니라서 태양 질량의 400만배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 존재합니다. 하지만 우리 은하와 블랙홀의 질량을 생각하면 우리 은하 중심 블랙홀은 매우 조용한 편입니다. 다시 말해 우리 은하 중심 블랙홀은 많은 물질을 흡수하는 편이 아니라 내놓는 에너지와 제트 역시 그렇게 크지 않은 편입니다. 하지만 그 이유는 정확히 몰랐습니다. 


 나사와 독일의 합작 공중 관측소인 소피아 (SOFIA. 항공기에 설치된 망원경임)는 최근 업그레이드 된 고해상도 공중 와이드밴드 카메라 플러스 (High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus, HAWC+)를 이용해 우리 은하 중심 주변의 입자의 흐름을 관측했습니다. 사실 자기장 자체는 망원경으로 관측이 어렵지만, 입자의 움직임을 파악해 간접적으로 볼 수 있습니다. HAWC+는 우주의 먼지 입자가 내놓는 파장을 편광 극적외선 (polarized far-infrared light) 영역에서 관측해 자기장의 모습을 재구성했습니다. (사진) 


 이 자기장의 모습을 보면 블랙홀 방향으로 입자를 보내는 것이 아니라 주변을 공전하면서 입자의 유입을 방해하는 것을 알 수 있습니다. 결국 우주 자기장이 블랙홀의 활동을 억제한 것으로 볼 수 있습니다. 하지만 어떤 은하에서는 이런 일이 발생하지 않고 일부 은하에서는 이런 일이 발생하는 이유는 아직 모릅니다. 앞으로 더 연구가 필요한 부분입니다. 


 아무튼 멀리 떨어진 은하 중심 블랙홀 주변의 자기장을 관측할 수 있다는 것 자체로 흥미로운 이야기 같습니다. 


 참고 




기후 변화가 오징어에게는 오히려 유리하다?



(Dr. Blake Spady observes one of the squid, which is doing surprisingly well in acidic water(Credit: Blake Spady))


 기후 변화는 많은 생물들의 생존을 위협하고 있지만, 이 상황에서 오히려 더 번성하는 생물도 있습니다. 최근 해양 생태계에서 개체수가 크게 증가하는 해파리나 오징어가 바로 그런 경우입니다. 이들의 개체수가 증가한 것은 무분별한 남획으로 천적들이 줄어든 것과 해양 오염이 중요한 원인으로 생각되고 있습니다. 이에 더해 해양 산성화와 기후 변화 역시 중요한 이유입니다. 


 호주 제임스 쿡 대학의 연구팀은 기후 변화 자체가 오징어에 유리하다는 증거를 발견했습니다. 연구팀은 호주 해안에 서식하는 두 종의 오징어(two-toned pygmy squid and bigfin reef squid)들을 수조 안에 넣고 이번 세기말에 도달할 것으로 예상되는 이산화탄소 농도 및 수온을 만들어 이들의 행동을 조사했습니다. 두 종의 오징어는 이들의 생애의 20-36%에 해당하는 시간 동안 계속해서 흐르는 수조 속에서 움직였습니다. 그 결과 이들은 환경 변화에 잘 적응해 별 영향을 받지 않는 것으로 나타났습니다. 


 대기 중 이산화탄소 농도 증가는 기온 상승으로 이어져 물속에 녹은 기체 농도의 감소를 가져옵니다. 다만 대기 중 산소 농도는 그대로인데 비해 이산화탄소 농도는 크게 증가했기 때문에 물에 녹은 산소는 적어져도 이산화탄소는 많아지게 됩니다. 해양 산성화와 용존 산소 감소는 어류 같은 척추 동물에 불리한 상황이지만, 해파리나 두족류 같은 무척추동물은 상대적으로 단순한 몸 구조 덕분에 이런 환경에서 더 유리합니다. 여기에 천적까지 크게 줄어든 것이 번성의 원인으로 생각됩니다. 


 사정이 이러니 앞으로 해파리 및 오징어 요리를 더 먹어야 할지도 모르지만, 아마도 그것이 해결책은 아닐 것입니다. 근본적인 해결책은 기후 변화를 막고 지속 가능한 어업을 위한 노력일 것입니다. 


 참고 



2019년 6월 18일 화요일

약물 흡수에 영향을 미치는 장내 미생물의 기전이 밝혀지다.



(Balskus has not only identified a species of bacteria responsible for consuming the Parkinson's drug levodopa, she figured out how to stop the microbe's meal. Credit: Kris Snibbe/Harvard Staff Photographer; Harvard University)


 우리 몸에는 수많은 장내 미생물의 살고 있습니다. 이 장내 미생물은 우리가 소화시키지 못하는 여러 영양소를 분해하고 외부 세균의 침입을 막아 인체를 건강하게 유지하는데 도움을 줍니다. 최근에는 이들이 건강에 미치는 영향이 매우 크다고 알려지면서 관련 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 


  하버드 대학의 마이니 레크달 (Maini Rekdal)와 그의 지도 교수인 에밀리 발스쿠스 교수 (Professor Emily Balskus)는 약물을 분해하는 장내 미생물에 대한 연구를 진행했습니다. 많은 장내 미생물이 약물 흡수에 영향을 주는데, 그중 일부는 장내 환경에서 약물을 대부분 분해할 수도 있습니다. 


 파킨슨병의 치료제인 레보도파 levodopa (L-dopa)는 경구로 투여할 경우 1-5%만이 목표 장기인 뇌에 도달합니다. 과학자들은 장내 미생물에 의한 대사가 그 이유라고 생각했지만, 정확한 기전은 밝히지 못했습니다. 연구팀은 최초로 장내 미생물에 의한 레보도파 분해과정을 규명했습니다. 


  원인은 레보도파와 유사한 구조를 지닌 아미노산인 티로신을 대사하는 미생물 가운데 레보도파도 대사할 수 있는 효소를 지닌 미생물이 있었던 것입니다. 우유나 오이 피클에 풍부한 Lactobacillus brevis 같은 유산균과 Enterococcus faecalis (E. faecalis) 같은 장내 상재균이 그 원인이었습니다. E. faecalis는 PLP-dependent tyrosine decarboxylase (TyrDC)라는 효소를 통해 끊임없이 레보도파를 도파민으로 바꾸고 있습니다. 


 흥미로운 사실은 이것이 끝이 아니라는 점입니다. 또 다른 미생물이 도파민을 meta-tyramine로 바꾸고 있었습니다. 이 물질은 레보도파의 부작용과 연관이 있습니다. 이런 장내 미생물의 약물 대사는 사람에 따라 약물 흡수 정도가 다른 이유 중 하나입니다. 과학자들은 이 과정을 더 상세히 연구해 효과적으로 흡수되고 부작용은 적은 약물을 개발할 수 있을 것입니다. 


 참고 


V. Maini Rekdal el al., "Discovery and inhibition of an interspecies gut bacterial pathway for Levodopa metabolism," Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aau6323

"Gut microbes metabolize Parkinson's disease drug," Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aax8937





역대 가장 강력한 자기장을 구현한 소형 초전도 코일



(출처: 플로리다 주립대학) 


 미 국립 고자기장 연구소 National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) 및 플로리다 주립대의 연구팀이 인간이 만든 자기장 가운데 가장 강력한 자기장을 만들어내는데 성공했습니다. 이것 자체는 놀랍지 않을 수도 있지만, 정말 놀라운 일은 390g에 불과한 장치로 이를 달성했다는 것입니다. 


 매그랩의 한승용 (MagLab engineer Seungyong Hahn, 이름으로 보면 분명 한국분)은 초전도체 소재인 REBCO (rare earth barium copper oxide)를 이용한 초전도 전자석을 이용해 45.5T의 자기장을 달성했습니다. 이는 과거 45-tesla hybrid instrument를 45T보다 더 강력한 것입니다. 다만 그 무게는 35톤에 달합니다. 비교도 안될 만큼 작고 간단한 초전도 코일을 이용해서 역대 가장 강력한 자기장을 만들었다는데 큰 의의가 있습니다. 강력한 MRI의 자기장도 2-3T 정도인 점을 생각하면 놀라운 성과입니다. 




(동영상) 



 구체적인 기술적 내용은 복잡해서 제가 상세히 설명하기 어렵지만, 아무튼 이런 새로운 기술 덕분에 훨씬 강력한 MRI나 핵융합 반응로 제작이 가능할 것으로 기대됩니다.


 참고 

Seungyong Hahn et al. 45.5-tesla direct-current magnetic field generated with a high-temperature superconducting magnet, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1293-1



바이러스가 숙주의 생존에 도움을 준다?



(Jennifer Brisson, an associate professor of biology at the University of Rochester, and her former postdoctoral student Benjamin Parker uncovered genes that influence whether aphids produce wingless (aphid on the left) or winged (aphid on the right) offspring in response to crowding in their environment. Credit: University of Rochester / Omid Saleh Ziabari)


 바이러스는 다른 세포에 기생해서 자신을 증식시키는 유기체입니다. 사실 증식 외에는 하는 일이 없고 반드시 다른 세포의 물질을 이용해 증식하기 때문에 일반적으로 숙주에 해를 끼치는 존재라고 할 수 있습니다. 하지만 항상 그렇듯이 예외는 존재합니다. 놀랍게도 바이러스에서 유래한 유전자가 숙주에 이롭게 작용하는 경우도 있습니다. 


 로체스터 대학의 제니퍼 브리슨 교수 (Jennifer Brisson, an associate professor of biology at the University of Rochester)와 그 동료들은 진딧물(pea aphid)의 유전자에서 이런 증거를 찾아냈습니다. 진딧물은 환경이 좋을 때는 매우 빠른 속도로 증식하는데 이 때는 아예 날개가 없는 후손을 대량으로 낳습니다. 어차피 한 식물에서 수액을 최대한 빨아먹기 때문에 날개가 필요 없습니다. 하지만 너무 많은 진딧물이 모여 있으면 날개를 지닌 후손을 낳아 개체수를 분산시킵니다. 


 연구팀은 이에 관련된 유전자를 확인하던 중 날개를 만들도록 촉진하는 유전자가 사실은 바이러스에서 유래했다는 사실을 발견했습니다. 이 바이러스는 덴소바이러스 (densoviruses)라는 곤충에 감염되는 바이러스로 날개가 생기도록 촉진하는 이유는 바이러스를 더 널리 전파하기 위한 목적으로 생각됩니다. 감기 바이러스가 기침을 유발해 더 많이 전파되는 것과 유사합니다. 덴소바이러스 유전자는 완전히 숙주 유전자와 통합된 후 이제는 숙주의 이익을 위해 같이 협동하는 것으로 보입니다.


 사실 유전자의 궁극적인 목표가 자기 증식이라는 점을 생각하면 매우 합리적인 결합인지도 모르겠습니다. 물론 이런 사례는 진딧물만이 아니라 인간을 포함한 다른 종에서도 발견되고 있습니다. 많은 기생 생물이 공생 관계로 진화한 것처럼 바이러스 역시 예외가 아닐 수 있음을 보여주는 사례입니다. 


 참고 


Benjamin J. Parker et al. A Laterally Transferred Viral Gene Modifies Aphid Wing Plasticity, Current Biology (2019). DOI: 10.1016/j.cub.2019.05.041