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2019년 11월 30일 토요일

뿔공룡의 뿔은 완벽한 좌우 대칭이 아니었다.



(Paleontologist Scott Persons, pictured alongside the partially-uncovered skull. The Styracosaurus skull has implications for how horned dinosaurs are identified. Credit: Scott Persons.)

(Hannah's skull, seen from all sides. The jacket used to recover Hannah’s skull weighed 2500 kilograms—requiring a helicopter to retrieve from the field! Credit: Scott Persons.)


 트리케라톱스를 비롯한 뿔공룡은 멋진 뿔과 프릴 덕분에 공룡학자만이 아니라 어린이들에게도 인기가 많습니다. 하지만 앨버타 대학의 과학자들은 사실 우리가 보는 뿔공룡 복원도가 잘못된 부분이 있다는 사실을 발견했습니다. 앨버타 대학의 스콧 퍼슨스 (Scott Persons)와 로버트 홈즈 교수 (Robert Holmes, professor in the Department of Biological Sciences)는 2015년에 발견한 스티라코사우루스 (Styracosaurus )의 두개골 화석에서 이 공룡의 뿔이 좌우 대칭이 아니라는 사실을 발견했습니다. 


 흔히 고생물학자들은 동물의 한쪽 화석을 발견하면 발견되지 않은 반대편이 일단 좌우 대칭일 것으로 보고 똑같이 복원합니다. 사실 온전한 화석이 발견되지 않은 이상 그것이 가장 합리적인 판단일 것입니다. 문제는 공룡처럼 큰 동물의 화석의 경우 좌우가 온전한 화석이 많지 않다는 것입니다.


 연구팀은 2015년 Dinosaur Provincial Park 에서 스티라코사우루스의 완벽한 두개골 화석을 발견했습니다. 일반적으로 완전히 보존되지 않는 얼굴 주위의 프릴과 뿔까지 완전히 보존된 드문 화석이었습니다. 연구팀은 기반암과 함께 2.5톤에 달하는 암석을 분리한 후 화석을 조심스럽게 암석과 분리했습니다. 참고로 스티라코사우루스 자체는 몸길이 5터 정도의 뿔공룡입니다. 


 연구팀은 레이저 3D 스캔을 통해 이 두개골 화석을 정밀하게 분석했습니다. 그리고 이 데이터를 공개했습니다. 스콧 퍼슨스는 자신이 키운 개의 이름을 따 이 화석에 한나 Hannah 라는 이름을 붙였습니다. 과학자들은 오늘날 뿔을 지닌 많은 동물과 마찬가지로 한나의 뿔 역시 완전히 좌우 대칭은 아니라는 사실을 발견했습니다. 아마도 뿔의 모양 역시 각 개체간의 차이가 있었을 것입니다. 물론 대략적으로는 좌우 무게가 같겠지만, 완벽한 좌우 대칭 모양을 필요까지는 없는 것이죠. 


 새로운 화석이 발견되고 연구가 진행되면서 공룡을 포함한 고대 생물에 대한 우리들의 인식은 크게 바뀌었습니다. 우리는 과정을 거쳐 공룡의 실제 모습에 점점 가까이 갈 것입니다. 


 참고 


Robert B. Holmes et al, Morphological variation and asymmetrical development in the skull of Styracosaurus albertensis, Cretaceous Research (2019). DOI: 10.1016/j.cretres.2019.104308





우주 이야기 983 - 우주 초기 재이온화 과정을 연구하는 Murchison Widefield Array



(The Murchison Widefield Array radio telescope, a portion of which is pictured here, is searching for a signal emitted during the formation of the first stars in the universe. Credit: Goldsmith/MWA Collaboration/Curtin University)


 과학자들이 우주 태초에 있던 신호에 한 걸음 접근했습니다. 빅뱅 직후 우주는 온도가 매우 뜨거워서 현재와 같은 원자가 존재하지 않았습니다. 우주가 팽창하면서  온도가 떨어진 후에야 전자와 원자핵이 결합해 수소와 헬륨 같은 초기 원소를 만들었습니다. 이 시기가 지난 후에야 빛이 직진할 수 있게 되는데 이때 해방된 빛의 잔재가 우주 배경 복사입니다. 


 우주가 더 팽창하면서 한동안 우주에는 새로운 빛이 없었습니다. 그러다가 은하를 구성할 가스가 모이고 여기서 1세대 별이 탄생하면서 우주가 다시 빛나기 시작했습니다. 이 때 나온 에너지로 인해 우주의 수소 원자들이 다시 양성자와 전자로 분리되면서 재이온화 과정을 겪습니다. 여기서 나온 빛은 우주 배경 복사보다 약하지만 우주 진화 과정을 밝혀줄 중요한 정보를 지니고 있습니다. 재이온화기 Epoch of Reionization (EoR)의 신호를 찾는 일은 그래서 중요합니다. 


 미국, 호주, 유럽, 중국, 일본 등 다국적 과학자팀은 호주의 넓은 사막에 Murchison Widefield Array (MWA) 전파 망원경을 건설해 이를 관측하고 있습니다. 다국적 컨소시엄이 건설한 이 전파 망원경은 독특하게 생긴 망원경 어레이로 구성되어 있습니다. 4x4m의 공간에 메쉬 구조의 철망을 깔고 그 위에 16개의 특수한 안테나를 설치한 타일 (tile, 사진 참조)을 128개 넓개 전개시킨 것이 MWA의 구조입니다. 


 MWA의 일차 목표는 중성 수소 원자가 내놓는 70–300 MHz 파장을 관측하는 것입니다. 본래 수소 원자가 내놓는 파장은 21cm 이지만 120억년의 거리를 지나 지구까지 오면서 이 파장은 큰 적색 편이 때문에 파장이 2m까지 늘어난 상태입니다. 하지만 앞서 이야기했듯이 미약한 신호이고 인간이 쓰는 전파 신호와 겹치는 파장이라 관측이 쉽지 않습니다. 따라서 과학자들은 100m 지름 안에 전체 타일의 1/4을 모아 놓고 나머지를 1.5km 지름 구간에 분포시킨 후 16개 정도는 지름 3km의 넓은 지역에 배치했습니다. 




(동영상) 


 MWA는 2016년 이후 phase II로 연구를 확장하면서 타일 수를 두 배인 256개로 늘렸습니다. MWA 팀은 MWA Phase II EoR 관측 데이터를 공개했습니다. 이 데이터는 앞으로 상세한 분석을 거쳐 해석될 것입니다. 참고로 이를 분석하기 위해 별도의 슈퍼컴퓨터인 Correlator가 사용됩니다. 이를 통해 초기 우주에 어떤 일이 있었고 어떤 과정을 거쳐 재이온화가 이뤄졌는지 많은 연구 결과가 하나씩 나올 것으로 예상됩니다. 


 참고 


First Season MWA Phase II EoR Power Spectrum Results at Redshift 7, arXiv:1911.10216 [astro-ph.CO] arxiv.org/abs/1911.10216






작은 뇌에도 뛰어난 시력을 지닌 갯가재의 비밀


(With exceptionally keen vision and the fastest strike in the animal kingdom, mantis shrimp are formidable predators of coral reefs around the world. Credit: Roy L. Caldwell/University of California, Berkeley)

(Researchers stained mantis shrimp brain specimens with antibodies to obtain highly detailed images showing various types of neuronal processes. The reniform body (inset) is connected to the eye's visual (middle- and upper-left) and learning and memory center (small, blue structure at bottom). Credit: Marcel Sayre/Lund University Sweden and Roy L. Caldwell/University of California, Berkeley)



 갯가재 (mantis shrimp)는 매우 독특한 갑각류입니다, 자연계에서 가장 빠른 주먹을 지닌 생물로 이를 이용해 사냥을 하는데, 엄청난 충격을 견딜 수 있는 특수한 구조를 지녀 소재 공학을 연구하는 과학자들의 주목을 받고 있습니다. 1만G의 가속도를 견디면서도 가벼운 생체 소재를 모방할 수 있다면 소재 공학의 혁신이 될 것입니다. 





 그런데 사실 갯가재에서 놀라운 부분은 주먹만이 아닙니다. 호주, 미국의 과학자들 (Hanne Thoen and Justin Marshall at Queensland Brain Institute at the University of Queensland in Brisbane, Australia, teamed up with Nicholas Strausfeld at the University of Arizona,)이 이끄는 국제 과학자팀은 갯가재의 시력에 대해서 조사했습니다. 


 사실 갯가재는 몸집에 비해 작은 뇌를 지니고 있지만, 시력은 매우 우수합니다. 기본적으로는 절지동물의 겹눈 구조에서 벗어나지 않지만, 놀랍게도 편광을 포함 12가지 파장을 감지할 수 있기 때문입니다. 사람은 사실상 가시광 영역에서 일부 파장만 볼 수 있을 뿐입니다. 물론 카메라 같은 눈을 지닌 사람이 물체의 형태를 파악하는데 훨씬 유리하지만, 갯가재 역시 인간은 볼 수 없는 다양한 파장을 감지해 먹이의 위치를 정확하게 파악하고 주먹을 날립니다. 


 연구팀은 갯가재의 뇌 앞쪽에 있는 reniform body 라는 신경핵에 그 비밀이 숨겨져 있다는 것을 발견했습니다. reniform body는 갯가재의 뇌에서 기억을 담당하는 버섯체 (mushroom body)와 연결되어 빠른 속도로 시각적 정보를 처리하고 숨어 있는 먹이를 파악할 수 있게 합니다. 버섯체는 후각 정보도 처리하기 때문에 갯가재는 시각 및 후각 정보를 통합해 주변 환경과 먹이를 감지할 수 있습니다. 


 갯가재 자체는 척추동물보다 단순한 구조를 지닌 갑갈류에 불과하지만, 이들 역시 수억 년의 진화 과정을 통해 획득한 놀라운 능력들이 있습니다. 뛰어난 시력과 작지만 효율적인 뇌, 그리고 엄청난 속도로 움직이는 주먹과 그 힘을 견디는 외골격 등 과학자들의 흥미를 끄는 요소가 하나 둘이 아닙니다. 앞으로도 이 갑각류에 대한 연구는 계속될 것입니다. 


 참고 


 Hanne Halkinrud Thoen et al, The reniform body: An integrative lateral protocerebral neuropil complex of Eumalacostraca identified in Stomatopoda and Brachyura, Journal of Comparative Neurology (2019). DOI: 10.1002/cne.24788




2019년 11월 29일 금요일

설탕의 안전한 대용품? 타가토스의 생산 효율을 높이는 방법


 설탕 자체는 안전한 물질이지만, 지속적으로 과량 섭취할 경우 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 과거에는 설탕이 쉽게 구할 수 없는 물질이었지만, 이제는 너무 흔한 식품 첨가물이 되면서 비만은 물론 당뇨, 대사증후군, 고혈압 등 다양한 만성 질환의 원인이 되고 있습니다. 이 내용은 제 책인 과학으로 먹는 3대 영양소에서 자세히 다룬바 있습니다.




 음식의 단맛을 그대로 유지하면서 칼로리를 줄인 저칼로리 음식을 만들기 위해 여러 인공 감미료가 나와 있지만, 설탕의 단맛을 100% 재현하기는 쉽지 않습니다. 약간 쓴맛이나 금속 맛을 남겨 진짜를 완전히 대체하기 어려운 것입니다. 자연계에 있는 천연 감미료인 타가토스 (tagatose) 는 설탕과 같은 맛을 내면서도 열량이 38% 수준입니다. 지금까지 발견된 문제점도 없고 FDA에서 승인을 받은 일반적으로 안전한 물질입니다.




 하지만 타가토스는 과당이나 설탕에 비해 상대적으로 추출하기도 어렵고 인공적으로 생산하기도 힘들었습니다. 이런 이유로 가격이 비싸 식품 첨가제로 설탕이나 과당만큼 널리 사용되지는 않고 있습나다. 터프트 대학의 니크힐 네어 (Assistant Professor Nikhil Nair) 교수와 포탁 펠로우인 요세프 보버(Josef Bober) 는 박테리아 효소를 이용해 흔한 당류인 갈락토스에서 타가토스를 85%의 수율로 변환하는 방법을 발견했습니다.




 갈락토스를 타가토스로 바꾸는 L-arabinose isomerase (LAI) 는 열에 약한 효소입니다. 따라서 반응 온도가 섭씨 37도에서 50도로 오르면 효율은 39%에서 16%로 감소합니다. 연구팀은 인체에 무해한 Lactobacillus plantarum라는 박테리아의 내부에서는 효소가 안정화되 오히려 효율이 83%까지 향상됩니다. 연구팀은 상당히 높은 효율로 타가토스를 생산할 수 있다고 보고 있습니다.




 하지만 높은 효율이 반드시 낮은 가격을 의미하는 것은 아닙니다. 사실 타가토스는 우리나라 기업인 CJ 제일제당이 가장 중요한 제조사로 이 회사가 개발한 전환 효소는 안전할 뿐만 아니라 이미 대량으로 생산에 들어가 가격 경쟁력도 지니고 있습니다. 박테리아가 아무리 효율이 좋아도 가격이 저렴하지 않다면 이 벽을 넘기가 어려울 것입니다. 반대로 지금보다 더 저렴하게 생산할 수 있다면 CJ에서도 도입하지 않을 이유는 없을 것입니다. 성공 여부를 떠나 이런 시도가 계속되야 언젠가 타가토스가 설탕만큼이나 저렴해질 것으로 생각합니다.




 참고



 Josef R. Bober et al. Surpassing thermodynamic, kinetic, and stability barriers to isomerization catalysis for tagatose biosynthesis, (2019). DOI: 10.1101/547166



https://phys.org/news/2019-11-bacteria-low-calorie-sugar.html

1600만년 전 히치하이킹 하는 톡토기 화석 발견




(Distribution of springtails on termite and ant hosts within ~ 16 Ma old Dominican amber. Credit: N. Robin, C. D'Haese and P. Barden)


 과학자들이 1600만년 전 다른 곤충에 무임승차한 톡토기들을 발견했습니다. 뉴저지 공대 (New Jersey Institute of Technology (NJIT))와 도미니카 자연사 박물관 (Museum national d'Histoire naturelle)의 과학자들은 도미니카 공화국에서 발견된 1600만년 전의 호박 속에서 큰 날개달린 흰개미와 25마리의 톡토기(springtails (Collembola))를 확인했습니다. 이들은 우연히 같이 나무 수액에 갖혀 호박이 된 것이 아니라 같이 붙어서 이동 중에 화석이 된 경우입니다. 아직도 일부 톡토기 (작은 점처럼 보임)가 날개와 다리에 붙어 있는 것을 확인할 수 있습니다. 


 톡토기처럼 땅에서 사는 작은 절지동물의 경우 먼 거리를 이동하는 것이 매우 어렵습니다. 이 점은 흰개미나 개미도 비슷하지만, 이들은 번식할 때가 되면 날개가 있는 여왕이 새로운 서식처를 찾아 나설 수 있습니다. 이런식으로 본래 땅에서 살던 절지동물이 번식할 때만 날개가 생겨 먼 거리를 이동하는 경우는 매우 흔합니다. 사실 나비나 하루살이 등도 다 같은 경우입니다. 


 하지만 날개가 없는 톡토기는 다른 곤충에 무임승차해 새로운 서식지를 찾습니다. 작은 크기를 생각하면 사실 이쪽이 더 합리적인 해결책이라고 할 수 있는데, 큰 곤충이 더 멀리 날아가기 때문입니다. 무임승차이기 때문에 톡토기는 날개처럼 지불할 비용이 없다는 것도 큰 장점입니다. 


 톡토기의 오랜 역사를 생각하면 이런 히치하이킹은 아마도 역사가 꽤 오래됐을 것입니다. 비록 무임승차를 하려던 톡토기들은 불운한 흰개미와 더불어 뜻을 이루지 못하고 호박 속에서 화석이 됐지만, 덕분에 과학자들 이 과정을 상세히 연구할 수 있는 기회를 얻었습니다. 


 참고 


Ninon Robin et al, Fossil amber reveals springtails' longstanding dispersal by social insects, BMC Evolutionary Biology (2019). DOI: 10.1186/s12862-019-1529-6


섭씨 1000도의 고온 집중식 태양열 시스템 헬리오젠 (Heliogen)





(출처: Heliogen)


 태양 에너지를 이용해서 전기를 얻는 방법은 여러 가지가 있겠지만, 가장 대표적인 방법은 태양전지 (PV)를 이용하는 태양광 방식과 태양열을 집중시켜 열을 이용해 터빈을 돌리는 태양열 방식입니다. 후자 가운데 여러 개의 거울을 이용해 태양에너지를 한 곳에 집중시키는 방식을 집중형 태양열 발전 concentrated solar power (CSP) 이라고 부릅니다.


 CSP는 태양광 발전에 비해 구조가 복잡한 단점이 있지만, 태양광에는 없는 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어 높은 열에너지를 용융염 등에 저장하거나 혹은 이 열에너지를 발전 이외에 다른 용도로 사용할 수 있습니다. 빌 게이츠가 후원하는 헬리오젠 (Heliogen)은 바로 이 분야에 도전하는 스타트업으로 최근 섭씨 1000도의 고온을 달성하는데 성공했습니다. 


 사실 발전을 위해서는 절반 정도의 온도만으로도 충분합니다. 온도가 높을 수록 열기관의 효율이 높아지긴 하지만, 너무 높은 온도는 시스템에 큰 부하를 줄 수 있어 실용적이지 못합니다. 따라서 이 온도 이상으로 가열하는 것은 다른 목적이 있는 것입니다. 헬리오젠에 따르면 이 정도 고온은 시멘트나 금속 제련 등 열이 많이 드는 분야에 활용될 수 있습니다. 


 온실가스 배출의 상당 부분이 이런 고온 과정을 이용하는 공장에서 니오는데 이 중 일부만 태양열로 대체할 수 있다면 화석연료 사용과 온실가스 배출을 상당히 줄일 수 있습니다. 비용적인 측면을 생각하면 100% 태양열보다는 하이브리드 시스템을 활용해 배출량을 크게 줄일 수 있을 것입니다. 


 헬리오젠 측은 온도를 섭씨 1500도까지 올리면 더 많은 일을 할 수 있다고 보고 있습니다. 예를 들어 이산화탄소를 직접 분해해 화석 연료와 흡사한 합성 연료를 제조하거나 물을 분해해 수소를 추출할 수 있습니다. 이런 시도가 성공할 수 있을지 결과가 주목됩니다. 


 참고 


2019년 11월 28일 목요일

미니 터널을 이용한 도심 운송 수단


(출처: Magway)


 미래 운송 수단 가운데 하나로 연구 중인 것이 화물 운송 전용의 지하철입니다. 일반 지하철보다 작은 크기의 터널에 자동화된 기차나 운송 차량을 이용해 도심 주요 거점까지 물건을 실어나르는 것입니다. 물론 건설비가 만만치 않겠지만, 혼잡한 도심 교통체증을 완화할 수 있고  물건을 신속하게 운반할 수 있다는 장점이 있습니다. 또 이산화탄소 및 대기 오염 물질을 배출하지 않습니다. 이런 장점 때문에 다양한 지하 터널식 물류 운송 시스템이 제안되고 있습니다. 


           


 영국의 스타트업 기업인 매그웨이 (Magway)는 폭 1m 이내의 작은 터널 안에 리니어 모터를 이용한 화물 운반 장치를 제안했습니다. 이 터널 안은 압력이 낮아 작은 에너지로도 쉽게 화물 운송이 가능합니다. 다만 크기와 목적을 감안하면 최적의 속도는 시속 31마일 (50km) 정도입니다. 


 당연히 이 프로젝트는 작은 민간 사업자가 감당하기 어려운 규모입니다. 하지만 영국 최대의 슈퍼마켓 체인인 오카도 (Ocado Innovation Limited)나 교통 연구소 Transport Research Laboratory (TRL) 같은 다른 기업과 기관에서도 관심을 가지고 있습니다. 이 프로젝트가 실제로 진행된다면 처음에는 100km 이하의 짧은 구간에 건설될 것입니다. 건설 장소는 런던 히스로 (London Heathrow) 공항처럼 교통 및 화물 수요가 많은 장소가 유력합니다. 매그웨이는 2023년에는 착공응 목표로 하고 있습니다. 


 사실 이런 프로젝트는 그렇게 낯설지 않습니다. 이미 비슷한 시도가 여기저기 진행 중이기 때문입니다. 하지만 막대한 비용이나 관련 규제를 생각하면 소규모 스타트업에서 주도하기는 어렵고 국가나 대형 물류 회사가 주도해야 할 것입니다. 이론적으로는 그럴 듯 한데 실제로 건설될 수 있을지 앞으로 결과가 궁금합니다. 


 참고 






산호초를 지키기 위한 인공 배양 시스템



(출처: Juergen Freund)


 전 세계적으로 산호초는 심각한 위기에 처해 있습니다. 수온 상승과 이산화탄소 농도 증가로 인한 해양 산성화, 그리고 기타 해양 오염으로 인해 광범위한 지역에서 산호초의 백화 현상이 일어나고 있습니다. 산호초가 해양 생태계에서 매우 중요한 의미를 갖고 있기 때문에 이를 보존하려는 노력이 필요하지만,  사실 중과부적이라고 할 수 있습니다. 


 호주 서던 크로스 대학(Southern Cross University)의 연구팀은 호주의 자랑거리인 그레이크 배리어 리프(Great Barrier Reef)를 보존하기 위해 어린 산호를 인공적으로 수정하고 키우는 시스템을 고안하고 있습니다. 이 대학의 피터 해리슨 교수 (Professor Peter Harrison)가 이끄는 연구팀은 산호의 정자와 난자, 그리고 산호의 공생 미생물을 바다 한가운데 부유식 구조물에 띄워 키우는 연구를 진행했습니다. 안전한 보호 장치 안에서 시험관 아기처럼 인공 수정 (IVF)을 한 후 어느 정도 키워 산호초로 내보내는 것입니다. 그냥 난자와 정자가 자연 상태에서 만났을 때보다 훨씬 높은 생존율을 기대할 수 있습니다. 




(동영상) 



 이런식으로 인공적 수정한 후 어린 치어를 방생하는 일은 현대 어업에서 그렇게 드물지 않지만, 산호의 경우 양식장에서 키우기가 어렵다는 문제가 있습니다. 산호는 사료가 아니라 햇빛을 받고 공생 미생물과 함께 자라야 하기 때문입니다. 그래서 연구팀은 바다 한가운데 어린 산호와 공생 미생물을 함께 보호할 구조물을 만들었습니다. 여기서 자란 어린 산호는 마치 터보 차지(turbo charged)를 탑재한 것처럼 빨리 성장합니다. 


 물론 호주의 그레이트 배리어 리프는 워낙 큰 크기이고 필요한 산호의 양은 워낙 많기 때문에 이를 인공적 수정해서 키운 후 방생하는 일은 만만치 않은 과제가 될 것입니다. 하지만 연구팀은 이런 인공 산호 양성이 산호초의 빠른 회복을 촉진하는데 도움이 될 것으로 보고 있습니다. 물론 더 근본적인 대책은 환경을 보호하고 온실가스 배출을 줄이는 것이지만, 그것이 어려울 때 차선책도 필요할 것입니다. 



 참고 



태양계 이야기 787 - 달과 화성에 활약할 원격 조종 로봇을 개발하는 유럽 우주국





(출처: ESA/Genevieve Porter)


 나사는 지금까지 4대의 로버를 화성에 보냈습니다. 그리고 그 가운데 큐리오시티 로버가 현역으로 임무를 수행 중입니다. 이 로버는 지구에서 원격으로 조정하는데, 지구 - 화성간 거리 때문에 아무래도 이동 속도나 반응이 매우 느릴 수밖에 없습니다. 사람이라면 몇 분 정도면 가능한 작업도 로버를 이용하면 몇 주가 걸릴 수 있습나다. 하지만 사람을 달이나 화성으로 보내는 일은 많은 비용과 더불어 상당한 위험 부담이 있는 일입니다. 


 유럽 우주국 (ESA)가 개발하는 Analog-1 로버는 사람과 기존의 로버 사이의 중간을 목표로 하고 있습니다. 원격 조종 로버라는 점에서는 기존의 로버와 다를 것이 없지만, 지구와 화성 궤도에서 원격 조종하는 시나리오를 염두에 두고 개발되었다는 점이 다릅니다. Analog-1은 가까운 장소에서 원격으로 조종하는 만큼 훨씬 빠르게 반응하고 움직일 수 있게 개발되고 있습니다. 


 지난 11월 18일부터 유럽 우주국의 우주 비행사인 루카 파미타노 Luca Parmitano는 국제 유인 우주 정거장 (ISS)에서 원격으로 네덜란드에 설치된 모의 환경에서 Analog-1 로버를 컨트롤 하고 있습니다. 임무 컨트롤 센터는 독일 쾰른에 있습니다. 지구에서 400km 떨어진 궤도에서 원격으로 조종하는 일 자체는 어렵지 않을 것 같지만, 사실 ISS 자체도 지구를 공전하면서 상대적 거리가 계속 변하고 지구 반대편에 위치하는 경우도 있어 그렇게 만만치는 않습니다. 


 Analog-1의 테스트는 2022년부터 건설에 들어갈 루나 게이트웨이 달 궤도 정거장을 염두에 둔 것으로 보입니다. 달에 우주 비행사를 내려보낼 수 있는 시간은 길지 않습니다. 지속적인 달 탐사를 위해서는 로버의 도움이 절대적으로 필요할 것입니다. 지구는 물론 루나 게이트웨이에서 직접 조종할 로버 역시 필요할 것입니다. 아직은 프로토타입 테스트 단계인데, 앞으로 어떤 결과물이 나올 지 궁금합니다. 


 참고 





2019년 11월 27일 수요일

1분에 2회까지 느려지는 대왕고래 심장의 비밀



(Researchers from the Goldbogen Lab place a suction-cup tag on a blue whale in Monterey Bay. Credit: Goldbogen Lab/Duke Marine Robotics and Remote Sensing Lab; NMFS Permit 16111)

(Illustration depicting how the blue whale's heart rate slowed and quickened as it dove, fed and surfaced. Credit: Alex Boersma)


 과학자들이 지구에서 가장 큰 생물체인 대왕고래 (흰긴수염고래, blue whale)의 심박동수를 측정하는 데 성공했습니다. 일반적으로 큰 동물일수록 심박동수가 느립니다. 심장이 커진다고 근육의 수축 속도가 빨라지지 않는데다 상대적으로 대사율도 느려져 빨리 펌프질할 필요가 없기 때문입니다. 따라서 대왕고래의 심박동수가 포유류 가운데 가장 느릴 것으로 예측할 순 있지만, 정확하게 측정하기는 불가능했습니다. 지구상에서 가장 거대한 생물을 잡아서 심박수를 측정하기 어렵기 때문이죠. 물론 센서를 부착하는 일 역시 매우 어려웠습니다. 


 스탠포드 대학의 제레미 골드보겐 교수(Jeremy Goldbogen, assistant professor of biology in the School of Humanities Sciences at Stanford)와 그의 동료들은 거의 미친 것 같은 연구를 진행했습니다. 바로 살아있는 대왕고래에 사람이 수작업을 센서를 부착해 다양한 상황에서 심박수를 측정하는 것입니다. 두꺼운 피부를 통해 심박음을 측정하면서 일정 기간 동안 대왕 고래 피부에 붙어 있어야 하는 센서를 개발한다 해도 거대한 대왕고래에 센서를 직접 가서 부착하는 일은 대단히 위험한 일이었습니다. 하지만 과학자들은 그 일을 결국 해냈습니다. 




(동영상) 


 이번 연구에서 놀라운 일은 예상보다도 30-50% 정도 심박동수가 느릴 뿐 아니라 변동이 심하다는 것입니다. 대왕고래는 먹이 사냥을 위해 잠수할 때는 심박동수를 분당 4회로 줄여 에너지 소비를 줄이는데 심한 경우 분당 2회까지 줄어들기도 합니다. 잠수 후 크릴 등을 흡입하는 과정은 많은 에너지를 소비하기 때문에 심박동수는 8회 정도로 증가합니다. 한번에 엄청난 양의 물과 크릴을 흡입한 후 이를 내보내는 과정은 상당한 에너지를 소비합니다. 그리고 이런 과정을 거쳐 충분히 먹고 나면 다시 물위로 떠올라 숨을 쉬는데, 놀랍게도 이 과정에서 가장 심박동수가 빠르게 증가해 분당 30-35회로 증가합니다. 빠르게 산소를 보충하기 위한 것으로 오히려 숨쉬는 과정에서 가장 많은 일을 하는 것입니다. 


 한 가지 더 흥미로운 사실은 이렇게 심박동수가 느려져도 생존이 가능한 이유입니다. 연구팀은 거대한 심장을 보조할 수 있는 대동맥궁 (aortic arch)의 수축이 그 이유 중 하나라고 보고 있습니다. 대동맥궁은 심장에 연결된 대동맥 입구 부분으로 아치 모양으로 생겼기 때문에 이런 이름이 붙었습니다. 대동맥은 그냥 피가 통과하는 파이프가 아니라 근육으로 둘러쌓인 장기로 필요시 수축을 통해 혈압을 더 높일 수 있습니다. 대왕고래에서는 이 기능이 더 극단적으로 진화해 심장의 기능을 보조할 수 있게 혈액을 보관했다가 수축해 몸에 보내는 일을 하는 것으로 보입니다. 


 연구팀은 이런 변화가 사실 대왕고래의 심장의 극단적인 상황까지 진화했음을 보여주는 증거라고 보고 있습니다. 이미 한계에 이르렀기 때문에 더 커지기는 어렵다는 것입니다. 이는 대왕고래가 지구 역사상 가장 큰 동물임을 생각할 때 설득력이 있는 주장이지만, 개인적으로는 생물의 진화 능력은 우리의 상상을 초월하는 만큼 불가능한 일은 아니라고 생각합니다. 


 참고 


J. A. Goldbogen el al., "Extreme bradycardia and tachycardia in the world's largest animal," PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1914273116



고대 뱀의 진화를 보여주는 백악기 뱀 나자쉬




(A render of Najash by Raúl O. Gómez, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina. Credit: Render of Najash by Raúl O. Gómez, Universidad de Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina)

(Najash specimens from LBPA as published in Science Advances. Credit: Science Advances)


 플린더스 대학(Flinders University)의 과학자들이 이끄는 국제 과학자팀이 백악기 후기 남반구에 살았던 고대 뱀인 나자쉬 (Najash)의 완전한 골격 화석을 발견해 중생대에 뱀이 어떻게 진화했는지에 대한 중요한 정보를 확인했습니다. 뱀이 도마뱀 같은 조상에서 어떻게 진화했는지는 최근 하나씩 발견되는 백악기 고대 뱀 화석을 통해서 밝혀지고 있지만, 아직도 모르는 부분이 많습니다. 참고로 나자쉬 속은 9000만년 전에 살았던 뱀으로 이보다 더 오래전 뱀의 화석도 최근 발견되어 많은 정보를 제공했습니다. 




 이번에 발견된 화석은 가장 중요한 부분인 두개골 부분이 특히 완전히 보존되어 가치가 높습니다. 연구팀은 고해상도 CT 스캔을 통해 나자쉬의 두개골이 어떤 형태인지를 확인했습니다. 뱀의 진화에서 가장 중요한 변화 중 하나는 길어진 몸통과 팔다리가 사라진 것이지만, 사실 이런 변화는 일부 도마뱀과 양서류, 어류에서도 볼 수 있습니다. 


 하지만 이런 형태 가운데 뱀처럼 성공한 부류가 없는 비결 중 하나는 매우 유연하고 크게 넓어지는 두개골에 있습니다. 뱀의 입은 매우 크게 벌어지기 때문에 엄청나게 큰 먹이도 삼킬 수 있으며 덕분에 길쭉한 몸통에도 불구하고 가리지 않고 먹을 수 있습니다. 나자쉬의 두개골은 현대적인 뱀과 도마뱀 사이에 있는 형태로 현생 뱀처럼 큰 먹이를 삼킬 순 없지만, 비교적 큰 먹이도 삼킬 수 있습니다. 


 또 다른 흥미로운 사실은 작은 뒷다리의 존재입니다. 과학자들은 뱀의 뒷다리가 잠시 남은 흔적 기관이 아니라 상당히 오랬동안 존재했다는 사실에 주목하고 있습니다. 만약 단순한 흔적 기관이라면 수백만년 이내로 자취를 감췄겠지만, 뱀의 뒷다리는 완전히 기능이 가능한 형태로 초기 7000만년 간 존재했습니다. 작은 뒷다리가 뭔가 유용한 기능을 하지 않았다면 설명하기 어려운 현상입니다. 


 뱀은 지구에서 가장 성공한 동물 가운데 하나입니다. 그리고 사실 상당히 오랜 시간 성공적으로 번성했습니다. 이들의 진화 과정 역시 흥미로운 주제 중 하나입니다. 


 참고 


F.F. Garberoglio el al., "New skulls and skeletons of the Cretaceous legged snake Najash, and the evolution of the modern snake body plan," Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aax5833 , https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax5833






수냉식 외장 그래픽 카드 - 기가바이트 Aorus RTX 2080 Ti Gaming Box






(출처: 기가바이트) 


 기가바이트가 썬더볼트 3를 이용한 수냉식 외장 그래픽 카드를 선보였습니다. Aorus RTX 2080 Ti Gaming Box는 WaterForce 수냉 시스템을 이용한 GeForce RTX 2080 Ti 탑재했습니다. 외형은 일반적인 외장 그래픽 카드 케이스와 유사하며 크기는 300×173×140 mm 입니다. 무게는 3.8kg으로 노트북과 함께 휴대할 수 있는 가방도 제공합니다. 하지만 휴대성 보다는 보관이나 가끔 이동할 때 쓰는 용도일 것입니다. 

 입출력 단자로는 그래픽 카드 자체가 DisplayPort 1.4 세 개 HDMI 2.0b  한 개, VirtualLink (USB-C) 한 개를 지녔고 박스는 3개의 USB 3.0 포트와 GbE 하나를 추가로 제공합니다. 물론 전원은 독립입니다. 가격은 1499달러로 지포스 RTX 2080 Ti 가격을 생각하면 적당한 수준입니다. 아마도 국내가는 200만원은 나올 것 같습니다. 


 아무래도 가성비가 좋다고 말할 순 없는 물건이지만, 그래도 누군가 이런 물건을 필요로 하는 사람이 있으니까 나오는 제품일 것입니다. 주변에서 쓰는 사람을 보지 못해서인지 썬더볼트 eGFX를 이용한 제품군이 꾸준이 나온다는 사실이 더 신기합니다. 


 참고 



2019년 11월 26일 화요일

우주 이야기 982 - 블랙홀의 제트가 만드는 별




(Credit: X-ray: NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al; Radio: NRAO/VLA; Optical: NASA/STScI)


 은하계 중심에 있는 거대 질량 블랙홀은 일반적으로 은하계의 별의 생성을 억제합니다. 주변에서 가스를 흡수할 뿐 아니라 흡수하고 남은 가스는 강력한 제트의 형태로 방출하기 때문입니다. 이렇게 방출하는 에너지는 주변 가스의 온도를 올려 별이 생성되는 것을 막기 때문에 우리는 은하의 제트 방향에 있는 별을 보기 어렵습니다. 만약 제트 방향에 별이 생성된다면 팽이처럼 원반 모양 은하에 막대기가 수직으로 달려 있는 희한한 모습의 은하도 가능하겠지만, 그럴 일은 없습니다. 


 하지만 항상 예외는 존재합니다. 은하는 아니지만, 은하단 가운데서 블랙홀이 오히려 별의 생성을 촉진하는 드문 경우가 발견되었습니다. 지구에서 58억 광년 떨어진 피닉스 은하단 (Phoenix Cluster)이 그 주인공으로 2012년 대규모의 별이 생성된다는 사실이 처음 밝혀졌던 은하단입니다. MIT의 마이클 맥도날드 (Michael McDonald, astronomer at the Massachusetts Institute of Technology (MIT))가 이끄는 연구팀은 나사의 찬드라 X선 위성과 허블 우주 망원경, 그리고 미 국립 과학재단(NSF)의 Karl Jansky Very Large Array (VLA) 전파 망원경을 이용해서 이 은하단을 상세히 관측했습니다. 


 피닉스 은하단 중심에도 거대 질량 블랙홀이 존재하는데, 이 블랙홀은 뜨거운 가스를 흡수해서 제트의 형태로 방출하고 있었습니다. 하지만 이 제트는 상대적으로 뜨거운 은하단 가스에서 X선을 방출하면서 차가워져 오히려 은하단 내 가스의 온도를 낮추면서 수많은 별을 생성하도록 촉진했습니다. 그 속도는 일 년에 500개로 이는 우리 은하에서 일 년에 한 개 정도의 별이 생성되는 것과 비교해서 매우 빠른 것입니다. 




(동영상) 


 왜 이 은하단만 이런 독특한 현상이 일어나는지는 아직 확실치 않지만, 상대적으로 작은 크기의 블랙홀과 뜨거운 은하단 가스 등이 그 원인일 것으로 생각됩니다. 아무튼 파괴의 대명사처럼 생각되는 블랙홀이 오히려 별을 창조한다는 사실이 흥미롭습니다. 


 참고 


M. McDonald et al. Anatomy of a Cooling Flow: The Feedback Response to Pure Cooling in the Core of the Phoenix Cluster, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab464c , https://arxiv.org/abs/1904.08942

2018년 역대 최고치인 407.8 ppm를 달성한 대기 중 이산화탄소 농도



 세계 기상 기구 (World Meteorological Organization, WMO)가 2018년 대기 중 평균 이산화탄소 농도가 407.8 ppm을 기록했다고 저체 보고서인 온실가스 회보 (Greenhouse Gas Bulletin)를 통해 발표했습니다. 이는 산업화 시대 이전의 280ppm보다 거의 1.5배 정도 증가한 수치입니다. 세계 기상 기구 의장인 페테리 탈라스 (Petteri Taalas, Secretary-General of WMO)는 이것이 300-500만년 사이 역대 최고 수치라고 설명했습니다. 그리고 과거 이정도로 이산화탄소 농가가 높은 시기에는 지구 평균 기온이 지금보다 섭씨 2-3도 더 높았고 해수면도 10-20m 정도 더 높았습니다. 



 이렇게 이산화탄소 농도가 높은 것도 문제지만, 사실 더 큰 문제는 상승 속도가 빨라지고 있다는 사실입니다. 2017년 이산화탄소 농도는 405.5ppm이었습니다. 일년 사이 2.3ppm 증가한 것입니다. 2005-2015년 사이에는 연간 2.06ppm이 증가했고 1995-2005년 사이에는 1.86ppm, 1985-1995년 사이에는 1.42ppm 증가한 것과 비교해 확연하게 빨라지고 있습니다. 이 기간 동안 화석 연료 소비가 꾸준히 늘었다는 점을 생각하면 당연한 결과이지만, 매우 걱정되는 상황입니다. 



 이대로라면 대기 중 이산화탄소 농도는 2019년에 410ppm을 넘을 가능성이 높으며 이미 일부 관측소에서는 415ppm이라는 수치를 보고하기도 했습니다. 기온 상승을 산업화 이전 대비 섭씨 1.5 - 2도 사이에서 억제하기가 매우 어려운 상황입니다. 여기에 이산화탄소에 이은 인위적 온실가스 2,3위인 메탄과 산화질소 농도 역시 각각 1,869ppb와 331.1ppb라는 신기록을 수립해 앞으로 전망을 어둡게 하고 있습니다. 


 이와 같은 객관적인 관측 자료와 증거에도 불구하고 여러 가지 경제적 이유와 과학에 대한 무지 때문에 온실가스 감축을 위한 국제 공조에 어려움이 있는게 사실입니다. 기본적인 사실 관계는 인정하고 현실적인 대안을 찾아야 하지 않을까 생각합니다. 


 참고 




AMD 라이젠 스레드리퍼 3960X 및 3970X 리뷰 공개




(출처; AMD/아난드텍) 


 3세대 라이젠의 벤치마크 결과가 공개됐습니다. 성능을 높인 Zen 2 코어에 7nm 공정 적용으로 클럭이 올라가고 캐쉬 메모리가 두 배로 늘어난데다 더 빠른 DDR4 3200 메모리를 사용하는 만큼 전 세대인 TR 2970/2990WX 대비 성능이 늘어날 것이라는 점은 확실했지만, 실제 벤치 결과는 기대 이상의 모습을 보여주고 있습니다. 심지어 2세대와 비교해 싱글은 물론 멀티쓰레드 테스트에서조차 3세대 24코어가 비슷하거나 더 나은 모습을 보여주고 있습니다. 


 벤치 모음





 이와 같은 높은 성능을 감안하면 높은 가격 역시 어느 정도 납득이 되는 수준입니다. 가성비라는 측면에서 가격이 올랐음에도 3세대 스레드리퍼가 2세대 보다 더 나은 모습을 보여주고 있습니다. 다만 280W로 높은 TDP를 지니고 있으며 실제 벤치에서는 2세대 대비 현저히 증가한 전력 소모를 보이고 있어 반드시 우수한 파워서플라이와 쿨러가 필요합니다. 풀로드시 전력 소모는 24코어 3960X와 32코어 2990WX가 비슷한 수준입니다. 이는 클럭 상승에 따른 효과로 풀이됩니다. 


 3세대 스레드리퍼는 일부 코어를 비활성화해서 게임 성능을 높이는 게임모드나 전체 성능을 좀 더 높일 수 있는 PBO 모드처럼 다양한 옵션을 제공하며 경쟁사가 제공하지 못하는 넉넉한 PCIe 4.0 레인 같은 큰 장점도 있습니다. 한동안 고성능 HEDT 시장에서 스레드리퍼의 강세가 예상됩니다. 


2019년 11월 25일 월요일

소똥구리에서 밝힌 진화의 비밀


(The left image shows thoracic horns in a typical dung beetle. The right image shows the effect of reducing the expression of a gene in the wing gene network in beetles, which results in the thoracic horn transforming into an extra third set of wings. Credit: Indiana University)

(This image illustrates the evolutionary origin of horns and wings from arthropods to insects. The second and third thoracic sections (in green) evolved into the fore and hind wings of modern insects, respectively. The first thoracic segment, however, facilitated the evolution of diverse innovations, such as horns in the scarab beetles (in blue) family, which include dung beetles. Credit: David Linz, Indiana University)


 생물 진화 과정에서 새로운 기관이나 부속지가 생기는 과정은 전에 있던 부분이 변형되는 경우가 많습니다. 하늘 아래 새로운 것이 없다는 속담처럼 완전히 없던 기관이 생기는 것이 아니라 이전에 있던 것이 변한다는 이야기입니다. 대표적으로 박쥐의 날개나 고래의 지느러미 모두 사실 팔이 변형된 것입니다. 물론 단순한 박테리아에서 인간으로 진화하기까지 수많은 것들이 새로 생겨나긴 했지만, 그래도 완전히 0에서 새로 만드는 것보다 있는 것을 변형해 진화하는 것이 더 간단한 해결책이기 때문에 진화에서 가장 일반적인 방식이라고 할 수 있습니다. 


 하지만 인디애나 대학의 아르민 모첵 교수(Armin Moczek, professor in the IU Bloomington College of Arts and Sciences' Department of Biology)가 이끄는 연구팀은 세 종의 소똥구리 (Onthophagus sagittarius, O. taurus, O. binodis)를 대상으로 날개와 뿔의 발현과 억제를 연구했습니다. 그러자 흥미롭게도 유전자 네트워크를 조절해서 뿔의 발현을 억제하거나 아예 날개처럼 만들 수 있다는 (사진) 사실을 확인했습니다. 


 하지만 연구팀의 목적은 소똥구리의 뿔과 날개의 진화가 아니라 곤충의 첫번째 흉부 체절 (thoracic body segment)가 곤충 진화에서 어떤 역할을 했는지 알아내는 것입니다. 연구팀은 소똥구리의 뿔과 다른 곤충의 날개, 눈 등 다양한 기관이 이 체절에서 유래했으며 따라서 유전자를 억제하거나 변형하므로써 뿔을 날개처럼 변형할 수 있다는 사실을 확인했습니다. 이는 날개가 뿔이 된 것이 아니라 하나의 공통 체절에서 유래했다는 것을 의미합니다. (두 번째 사진) 


 물론 이 연구가 박쥐의 날개나 돌고래의 지느러미가 앞다리가 변형된 것이라는 사실을 부정하지는 않습니다. 그보다는 진화의 과정과 단계가 하나의 과정이나 원리로 설명되는 것은 아니라는 이야기입니다. 그리고 곤충류의 성공이 여러 가지 형태로 다양하게 변할 수 있는 체절에서 비롯되었을지 모른다는 사실도 시사합니다. 


 다른 자연 현상도 놀라움이지만, 진화는 지구에서 일어난 가장 놀라운 자연 현상 중 하나입니다. 과학자들은 이 기적같이 보이는 과정 뒤에 숨은 과학적 원리를 하나씩 밝혀내 단순한 세균에서 현재의 지구 생태계가 등장한 과정을 알아내고 있습니다. 아직도 많은 사실을 밝혀내야 하지만, 지금까지 알아낸 사실만으로도 충분히 경이롭습니다. 


 참고 


 Y. Hu el al., "Beetle horns evolved from wing serial homologs," Science (2019). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aaw2980

"The multistep morphing of beetle horns," Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaz9010