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2020년 6월 30일 화요일

물고기가 영양가 없는 해파리를 잡아 먹는 이유


(Credit: CC0 Public Domain)


 해파리는 몸의 거의 대부분이 수분입니다. 따라서 부피나 무게에 비해 열량이 매우 작아 (대략 100g 당 6kcal) 다이어트 음식으로도 제격입니다. 하지만 반대로 물고기나 다른 해양 생물에게는 영양가 없는 먹이입니다. 바닷속 물고기가 수분이 부족해서 해파리를 먹을 이유는 없기 때문입니다. 하지만 과학자들은 생각보다 많은 어류나 다른 해양 동물이 해파리를 잡아 먹는다는 사실을 확인했습니다. 


 서던 덴마크 대학의 자밀레 자비드푸어 (Jamileh Javidpour from University of Southern Denmark)가 이끄는 연구팀은 그 이유를 알기 위해 독일 북부 해안의 킬 피요르드(Kiel Fjord)에서 매 2주 간격으로 2년간 물해파리 (moon jellyfish, Aurelia aurita)를 잡아 그 구성 성분을 조사했습니다. 그 결과 흥미롭게도 이 해파리가 물고기나 다른 해양 생물의 성장과 생식에 필요한 지방산 (fatty acid)를 지니고 있다는 사실을 확인했습니다. 이 지방산은 계절이나 해파리의 발육 상태에 따라 많은 차이가 있는데, 다 큰 해파리의 생식 기관이 가장 많은 지방산을 지녀 영양학적 가치가 높은 것으로 나타났습니다. 


 해파리를 잡아 먹는 두 번째 이유는 빠르게 헤엄치는 동물이 아니기 때문에 잡기가 쉽다는 것입니다. 물론 독이 있는 촉수가 문제지만, 이를 극복할 수 있는 포식자들에게는 매우 쉬운 먹이입니다. 따라서 낮은 영양분은 많이 먹는 것으로 상쇄할 수 있습니다. 


 연구팀은 해양 동물들이 해파리를 먹는 이유가 절대 우연이 아니라 실제로 그럴 만한 가치가 있기 때문이라고 결론 내렸습니다. 오히려 문제가 되는 부분은 해파리인 줄 알고 비닐을 먹는 경우일 것입니다. 최근 해양 플라스틱 쓰레기 오염 문제가 심각해 지면서 위에서 많은 양의 비닐이 나오는 사례가 심심치않게 보고되고 있습니다. 비닐 봉지는 명백히 영양가가 없고 해롭기 때문에 앞으로 계속해서 문제가 될 것입니다. 


 참고 


Vanessa Stenvers et al, Seasonal variability of the fatty acid composition in Aurelia aurita (Cnidaria: Scyphozoa): implications for gelativore food web studies, Journal of Plankton Research (2020). DOI: 10.1093/plankt/fbaa026

남극 절지동물 장에서도 발견된 미세 플라스틱


(Plastic pollution in the Antarctic terrestrial environment. (a) Coastal fellfield at King George Island where the PS foam item (34 × 31 × 5 cm) was collected. (b,c) close-ups of the PS surface, overgrown with microalgae, moss and lichens. Credit: Biology Letters (2020). DOI: 10.1098/rsbl.2020.0093)


 시에나 대학, 유니버시티 칼리지 더블린, Elettra–Sincrotrone Trieste의 국제 과학자팀이 남극에서 미세 플라스틱에 먹이 사슬에 들어가는 독특한 과정을 목격했습니다. 연구팀은 남극의 킹조지 섬 (King George Island) 해안에서 이끼류에 뒤덮힌 폴리스티렌 폼 (polystyrene foam)을 발견해 이끼류가 미세 폴리스티렌을 흡수한 후 다시 이를 밀리미터 크기에 불과한 남극 톡토기 (Cryptopygus antarcticusm)가 섭취한다는 사실을 알아냈습니다. 


 연구팀은 실험실로 이 작은 절지동물을 가져온 후 그 장에서 더 작은 크기의 미세 플라스틱 조각들을 찾아냈습니다. 사람이 살지 않는 남극 오지의 밀리미터 크기의 미세 절지동물의 체내에서도 미세 플라스틱이 나온 것입니다. 남극의 추운 기후에서는 곤충류를 비롯한 절지 동물이 생존하기 어렵지만, 이런 환경에서도 육각류 (Hexapoda, 곤충류를 비롯한 다리가 여섯개인 절지동물) 들이 살아갑니다. 수 밀리미터 이하 크기의 작은 톡토기들이 이끼나 지의류를 먹으며 살아가는 것입니다. 


 하지만 이렇게 외딴 환경에서 살아가는 작은 절지동물에게도 미세 플라스틱은 먼 나라 일이 아닙니다. 남극 톡토기에서 인간까지 거의 모든 동물의 장에서 미세 플라스틱이 발견되고 있기 때문입니다. 미세 플라스틱을 장기간 섭취하는 경우 인체와 생물체에 어떤 영향에 대해서 우리는 아직 잘 알지 못합니다. 큰 영향이 없다면 다행이지만, 어쩌면 우리는 시한 폭탄을 안고 살아가는지도 모릅니다. 


 미세 플라스틱이 인체와 생태계에 미치는 영향에 대한 연구와 더불어 이를 규제하기 위한 노력이 같이 병행되어야 할 것입니다. 


 참고 


Elisa Bergami et al. Plastics everywhere: first evidence of polystyrene fragments inside the common Antarctic collembolan Cryptopygus antarcticus, Biology Letters (2020). DOI: 10.1098/rsbl.2020.0093



13.5인치 프리미엄 크롬 노트북을 선보인 에이서



(출처; Acer)


 대만의 에이서가 프리미엄 크롬북인 스핀 713 (Spin 713)을 공개했습니다. 인텔 10세대 프로세서에 서피스와 같은 13.5인치 2,256 x 1,504, 3:2 비율 디스플레이를 사용하며 최대 16GB 메모리와 256GB NVMe SSD를 사용합니다. 최근 크롬을 교육용으로는 물론 구글 어플리케이션을 통해 업무용으로 사용하는 경우가 늘어나면서 이에 맞는 고성능 제품들이 출시되는 것입니다. 


 스핀 713은 밀리터리 스펙인 MIL-STD 810G 기준을 만족해서 122cm 높이에서 떨어지거나 60kg의 압력을 버틸 수 있게 제작되었습니다. 돌려서 사용하는 컨버터블 노트북인 만큼 이런 부분도 중요할 것입니다. 단자는 비교적 넉넉해서 2개의 USB 3.1 type C 포트와 USB 3.0 포트, 디스플레이 포트 및 HDMI 포트, 마이크로 SD 슬롯을 갖췄습니다. 


 스핀 713의 기본 모델은 629.99달러 이고 엔터프라이즈 모델은 1099달러인데, 가격 차이가 상당한 점으로 봐서 스펙에 많은 차이가 있는 것으로 생각됩니다. 다만 세부 사양은 공개하지 않았습니다. 11.6인치 염가형 컨버터블 크롬북인 259.99달러에 출시될 예정입니다. 크롬북은 국내에서는 거의 사용되지 않는데, 미국과 유럽에서는 나름 수요가 있는 것 같습니다. 


 참고 


2020년 6월 29일 월요일

태양계 이야기 829 - 명왕성도 처음 생겼을 때는 뜨거웠다


(Extensional faults (arrows) on the surface of Pluto indicate expansion of the dwarf planet's icy crust, attributed to freezing of a subsurface ocean. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker)


 뉴호라이즌스가 직접 촬영한 명왕성의 표면은 생각보다 매우 복잡한 지형을 지니고 있었습니다. 그리고 그 표면은 생각보다 훨씬 젊었습니다. 이 얼음 천체가 활발한 지질 활동을 겪었다는 증거입니다. 일부 과학자들은 명왕성이 현재도 액체 상태의 물을 내부에 지니고 있을 수 있다고 보고 있습니다. 그런데 과연 생성 초기에는 어떠했을까요? 


 UC 산타 크루즈 (UC Santa Cruz)의 카버 비어슨 (Carver Bierson)와 그 동료들은 두 개의 명왕성 생성 가설을 비교 연구했습니다. 첫 번째는 명왕성이 지구처럼 초기에는 뜨거운 상태로 시작했다는 뜨거운 시작 (hot start) 가설이고 두 번째는 일반적인 소행성처럼 차가운 물질이 모여 시작했다는 차가운 시작 (cold start) 가설입니다. 


 연구팀은 현재의 명왕성 표면 지형을 고려하면 차가운 시작보다는 뜨거운 시작 가설이 더 타당하다는 결론을 내렸습니다. 물이 얼면 부피가 커지는데, 명왕성 표면 지형을 보면 수축보다는 팽창의 흔적이 잘 보이기 때문입니다. 명왕성 표면에는 함몰 지형보다는 팽창에 따른 균열이 잘 보입니다. (사진 참조) 


 연구팀의 계산에 따르면 초기 명왕성을 녹인 열은 물질이 뭉치면서 생기는 중력에서 나오는 에너지와 방사성 동위원소 붕괴에 따른 열입니다. 특히 중력 에너지가 모두 열로 바뀔 경우 반드시 내부에 액채 상태의 물을 지니는 것으로 나타났습니다. 따라서 초기에는 녹은 상태로 시작했다가 표면부터 다시 얼어 현재의 상태가 되었다고 생각할 수 있습니다. 


 아마도 가장 흥미로운 질문은 그렇다면 지금 명왕성 내부에 아직 액체 상태의 물이 존재하느냐는 것입니다. 초기에 있던 열은 현재는 거의 사라졌지만, 내부 동위 원소에 의한 열은 지금도 생성될 수 있습니다. 명왕성 표면 지형은 비교적 최근에 생성된 것도 있어 여전히 내부 액체가 존재할 가능성을 시사합니다. 두 번째 질문은 명왕성 같은 형태가 다른 카이퍼 벨트 왜행성에서도 일반적인지입니다. 이 부분은 직접 탐사를 통해 밝혀야 하겠지만, 어쩌면 에리스 같은 다른 천체도 비슷한 형태일지도 모릅니다. 


 뉴호라이즌스호는 명왕성의 디테일한 모습을 관측해 많은 정보를 전달했지만, 새로운 궁금증도 많이 남겼습니다. 결국 언젠가 인류는 새로운 질문에 대한 답을 찾기 위해 명왕성과 다른 얼음 천체를 다시 방문할 것입니다. 


 참고 


Evidence for a hot start and early ocean formation on Pluto, Nature Geoscience (2020). DOI: 10.1038/s41561-020-0595-0 , www.nature.com/articles/s41561-020-0595-0




10nm급 STT-MRAM 기반 기술 등장



((a) Schematic and (b) TEM image of the developed quad -interface MTJ structure in this study. Credit: Tohoku University)


 현재 비휘발성 메모리의 대세는 낸드 플래시 메모리이지만, 이제 기술적 한계에 도달한 상황입니다. 공정 미세화에 따른 수명 단축 문제로 인해 3D 낸드 기술이 개발되었지만, 이제 QLC 낸드의 경우 100-200회에 불과한 읽고 쓰기 수명을 감수하고 사용해야 하는 상황이며 속도 역시 빨라지긴 했어도 D램을 따라잡기 버거운 수준입니다. 


 이런 배경에서 주요 반도체 제조사들은 차세대 비휘발성 메모리 개발을 서두르고 있습니다. 이 부분에서 가장 앞서가는 인텔은 옵테인 메모리를 적극 밀고 있으며 다른 제조사들도 MRAM 개발에 뛰어든 상태입니다. 그러나 최신 제조 공정도 22/28nm 급이고 용량도 1Gb 정도가 최대여서 사용 범위가 그렇게 넓지는 않습니다. 




 최근 일본 도호쿠 대학의 연구팀은  1X nm STT-MRAM (Spin Transfer Torque-Magnetoresistive Random Access Memory)를 가능하게 할 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)을 개발했습니다. 이들이 개발한 MTJ는 10ns의 빠른 속도와 10년 이상 사용이 가능한 10^11회의 쓰기 내구성을 지녀 앞으로 10nm 급 STT-MRAM 기술 가능성을 밝게 하고 있습니다. 


 이를 가능하게 한 비법은 Quad interface type iPMA-MTJ (Quad-MTJ)라는 기술로 과거 double MTJ에 비해 레이턴시를 20% 줄이고 열 안전성을 두 배로 높였다는 것이 연구팀의 설명입니다. 다만 실제로 작동하는 STT-MRAM 모듈을 개발한 건 아니고 그 기반이 될 수 있는 기술을 개발했다는 정도로 이해하면 될 것 같습니다. 


 STT-MRAM은 이미 상용화된 차세대 비휘발성 메모리 기술이지만, 아직은 기록 밀도가 낮고 가격 경쟁력도 없어 낸드 플래시나 D램을 대체하기에는 무리입니다. 대부분 임베디드 시스템 등 제한적인 용도로만 사용되고 있습니다. 솔직히 앞으로 대세가 될 수 있을지 역시 장담하기 어렵습니다. 과연 차세대 비휘발성 메모리의 대세는 누가 될지 궁금합니다. 


  
 참고 



코로나 19는 모기를 통해 감염되지 않는다.


(A colorized scanning electron micrograph of the SARS-CoV-2 virus. Credit: NIAID)


 코로나 19를 일으키는 SARS-CoV-2 코로나 바이러스는 아마도 박쥐에서 기원한 것으로 생각되고 있습니다. 그리고 최근 연구에 의하면 천산갑을 거쳐 사람으로 전파된 듯 하지만, 아직은 그 전파 과정에 대해 연구가 필요합니다. 아무튼 조류 독감 처럼 동물을 통해 바이러스가 여러 곳으로 전파될 가능성을 완전히 배제할 수 없어 항상 긴장할 수밖에 없습니다. 그런데 사실 가장 심각한 상황은 반려동물이나 박쥐보다 모기를 통해 전파되는 경우입니다. 만약 코로나 19가 말라리아처럼 모기를 통해 사람에서 사람으로 전파될 수 있다면 코로나 19 사태는 걷잡을 수 없이 확산될 것입니다. 


 다행히 이탈리아 국립 보건 연구소 (Istituto Superiore di Sanità (National Institute of Health))의 과학자들은 뎅귀열을 비롯해 여러 가지 바이러스 질환의 벡터 역할을 하는 흰줄숲모기 (Aedes albopictus, tiger mosquito)와 다른 일반적인 모기가 SARS-CoV-2를 전파하지 않는다고 발표했습니다. 연구팀은 코로나 19에 감염된 환자의 피를 먹인 후 바이러스가 모기 장내에서 더 이상 복제되지 않고 감염력을 상실한다는 사실을 확인했습니다. 적어도 지금까지는 모기에 의한 전파 가능성은 배제해도 좋다는 이야기입니다. 


 사실 모기에 의한 전파 가능서이 있다는 연구 결과에 비해 주목받지 못할 소식이지만, 그 의미는 작지 않다고 생각합니다. 다만 만약의 가능성을 고려해서 모기나 다른 벡터에 의한 전파 가능성이 있는지 지속적인 연구가 필요할 것입니다. 


 참고 


2020년 6월 28일 일요일

박쥐의 초음파는 의사 소통에도 사용된다.


(The research team tested whether M. molossus can use echolocation calls to discriminate among different group members. Credit: Irene Mendez Cruz)


 박쥐는 초음파를 이용한 반향정위(echolocation)를 통해 어둠속에서도 먹이를 찾고 장애물을 피할 수 있습니다. 하지만 과학자들은 박쥐의 초음파가 레이더 같은 기능만 하는 게 아니라 의사 소통에도 활용된다고 보고 있습니다. 멀리 까지 전파되는 음파의 특성을 생각하면 당연한 일 같지만, 과학적인 증거를 찾아내 검증하는 것은 또 다른 이야기입니다. 


 스미스소니언 열대 연구소의 제나 콜레스 (Jenna Kohles, STRI (Smithsonian Tropical Research Institute) fellow and doctoral candidate at the Max Planck Institute of Animal Behavior)이 이끄는 연구팀은 벨벳자유꼬리박쥐 (Velvety free-tailed bat, Molossus molossus)에서 반향정위를 위한 음파 신호를 통해 동료를 구분하고 반응하는지 연구했습니다. 



 박쥐가 사냥하는 나방 같은 먹이들도 순순히 잡혀주는 것은 아닙니다. 이들 역시 살기 위해 박쥐떼를 피해 다닙니다. 따라서 사냥에 앞서 먹이 수색이 먼저입니다. 수색 단계에서 서로 정보를 주고 받으면 먹이를 찾아내 실제로 잡을 가능성이 높아질 것입니다. 먹이 떼를 찾은 박쥐가 다른 박쥐에서 신호를 주는 식으로 서로 도울 수 있기 때문입니다. 아마도 이런 행동은 같은 그룹 사이에서 활발할 것입니다. 


 그런데 사람마다 목소리가 다른 것처럼 박쥐가 내는 초음파 신호는 개체마다 모두 차이가 있습니다. 따라서 같이 사냥을 하는 박쥐들이 서로를 인지하고 반응을 보인다는 가설을 세울 수 있습니다. 연구팀은 박쥐의 초음파 신호를 녹음한 후 들려주고 야생 박쥐의 반응을 조사해 개체에 따라 다르게 반응한다는 사실을 확인했습니다. 흥미로운 사실은 같이 생활을 하고 사냥을 하는 그룹 멤버라도 조금씩 다르게 반응한다는 것입니다. 박쥐가 단지 동료라는 것만 인지하는 것이 아니라 정확히 누구라는 것을 인지한다는 이야기입니다. 사람으로 치면 목소리를 듣고 누군지 인지하고 다르게 행동하는 것과 비교할 수 있습니다. 


 박쥐는 영화에서만이 아니라 실제로도 무리지어 생활하고 떼지어 날아다닙니다. 하지만 이런 행동이 공포감을 주기 위한 것은 아닐 것입니다. 박쥐는 보통 우리가 생각하는 것보다 더 사회적인 동물입니다. 과학자들은 박쥐의 신호를 분석하고 실험을 통해 박쥐의 초음파 언어를 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 


 참고 



Jenna E Kohles et al, Socially foraging bats discriminate between group members based on search-phase echolocation calls, Behavioral Ecology (2020). DOI: 10.1093/beheco/araa056


예상보다 더 심각한 북극 바다의 해양 산성화


(This pteropod, or "sea butterfly", a type of marine snail, shows damage to its shell (jagged line radiating from center) due to acidic ocean waters. Credit: © National Oceanic and Atmospheric Administration NOAA)


(The pteropod, or "sea butterfly", is a tiny sea creature about the size of a small pea. Pteropods are eaten by organisms ranging in size from tiny krill to whales. This pterapod shell dissolved over the course of 45 days in seawater adjusted to an ocean chemistry projected for the year 2100. Credit: © National Oceanic and Atmospheric Administration NOAA, David Liittschwager)


 지구 대기 중 이산화탄소 농도가 올라가면 영향을 받는 것은 지구 기후만이 아닙니다. 바다에 녹는 이산화탄소의 양이 많아지면서 바다 역시 산성화됩니다. 물론 과거 지구는 지금보다 이산화탄소 농도가 더 높았던 시기가 있었지만, 지금처럼 짧은 시간 내에 급격히 상승하는 경우는 드물었기 때문에 갑자기 산성도가 높아지면서 해양 생태계에 미치는 충격이 적지 않은 것입니다. 


 그 가운데 남극과 북극해는 낮은 온도 때문에 영향을 더 크게 받고 있습니다. 전 세계적인 수온 상승으로 인해 바닷물속 기체의 농도가 낮아지고 있지만, 극지방의 경우 아직도 상대적으로 수온이 낮은데다, 수온 상승을 상쇄하고도 남을 만큼 이산화탄소 농도가 급격히 높아지면서 산성화가 빨리 진행되기 때문입니다. 해양 산성화는 탄산칼슘 (calcium carbonate) 골격과 껍데기를 지닌 해양 무척추동물에 매우 치명적인 영향을 줄 수 있습니다. 


 베른 대학과 파리 고등사범학교의 연구팀 (Jens Terhaar from Bern and Lester Kwiatkowski and Laurent Bopp from the École normale supérieure in Paris)은 북극해의 실제 관측 데이터와 예측 모델을 기반으로 앞으로 21세기 동안 북극해가 예상보다 20% 더 많은 이산화탄소를 받아들일 수 있다고 주장했습니다. 이 주장이 옳다면 북극해의 산성화는 예상보다도 더 심각하게 진행할 우려가 있습니다. 그런데 이 연구와 상관없이 이미 북극해의 산성화가 위험한 수준에 도달했다는 보고들이 심심치 않게 나오고 있습니다. 


 유각익족류 (sea butterflies) 같은 탄산칼슘 껍데기를 지닌 작은 무척추동물이 그 대상으로 위의 사진에서 보듯이 작은 껍데기가 더 얇아지면서 훨씬 투명해지고 표면에 균열이 생기는 등 이상 소견이 관찰되고 있습니다. 만약 21세기 후반까지 지속적으로 이산화탄소 농도가 상승할 경우 이번 세기 말에는 두 번째 사진에서 볼 수 있는 것처럼 껍데기가 거의 사라져 멸종 위기에 몰릴 수 있습니다. 


 우리에게는 친숙하지 않은 생물이지만, 껍데기를 지닌 작은 무척추동물들은 해양 먹이사슬의 기초를 담당하는 중요한 생물입니다. 이들이 사라지면 먹이 사슬을 통해 연쇄적으로 수많은 해양 생물이 사라지거나 감소할 수 있습니다. 더 심각하게 진행하기 전에 우리가 해결책을 내놓아야 할 것입니다. 


 참고 




 Jens Terhaar et al, Emergent constraint on Arctic Ocean acidification in the twenty-first century, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2360-3

2020년 6월 27일 토요일

백상아리는 뭘 먹고 살까?


(Lead author Richard Grainger examines contents of a white shark's stomach. Credit: University of Sydney)


 백상아리 (great white shark)는 가장 큰 포식성 상어로 해양 생태계의 정점에 서 있는 최상위 포식자 가운데 하나입니다. 하지만 구체적으로 무엇을 먹고 크는지는 잘 알려져 있지 않습니다. 호주 시드니 대학의 리처드 그레인저 (Richard Grainger from the University of Sydney)가 이끄는 연구팀은 호주 동부 해안에서 그물망에 걸려든 청소년기 상어 40마리의 위를 해부해 호주 동부 해안에 서식하는 백상아리의 생태를 연구했습니다. 


 연구팀에 의하면 백상아리의 위에서 가장 많은 비중을 차지한 물고기는 호주 연어 (Australia salmon)처럼 중간 수심에 사는 물고기였습니다. 이들의 비중은 32%였습니다. 이는 충분히 예상할 수 있는 결과였지만, 연구팀은 바닥에 사는 물고기의 비중이 17%에 달한다는 사실을 확인하고 놀랐습니다. 어린 상어들이 생각보다 깊은 장소에서 사냥을 했던 것입니다. 


 이번 연구에서는 크기와 나이에 다른 식이 패턴의 변화도 확인했습니다. 큰 상어일수록 지방이 풍부한 먹이를 먹었으며 장어, 숭어, 대구과 등 다양한 물고기가 식단에 올랐습니다. 반면 작은 상어일수록 당연히 작은 물고기를 먹었습니다. 연구팀은 상어가 몸길이 2.2m에 도달하기 전까지는 다른 상어나 돌고래 같은 큰 먹이를 먹지 않는다고 결론 내렸습니다. 당연한 이야기지만, 큰 먹이를 사냥하려면 자신도 커져야 하기 때문입니다. 


 상어의 먹이 중 일부는 해양 포유류이지만, 인간은 극히 드문 경우라고 할 수 있습니다. 호주에서는 서핑을 하던 도중 상어의 공격을 받아 부상당하거나 죽는 경우가 있지만, 당연히 매우 드문 경우입니다. 반면 상어 지느러미를 노리고 상어를 남획하거나 상어를 막기 위한 보호 그물망에 걸려 죽는 경우는 매우 빈번하게 일어납니다. 이들이 바다의 최상위 포식자로 해양 생태계에서 중요한 역할을 담당한다는 것을 생각하면 허무하게 죽는 경우가 많은 것입니다. 다른 생명과 더불어 살아가는 지구를 위해서는 상어에 대한 보호도 반드시 필요합니다. 


 참고 



코로나 19 (SARS-CoV-2) 바이러스의 심장부를 확인하다.


(Overlapping X-ray data of the SARS-CoV-2 main protease shows structural differences between the protein at room temperature (orange) and the cryogenically frozen structure (white). Credit: Jill Hemman/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

(SARS-CoV-2 protease crystals, grown in ORNL's Protein Crystallization and Characterization laboratory and pictured in microscopic view, will be used in X-ray scattering experiments. Credit: Daniel Kneller/ORNL, U.S. Dept. of Energy)

(The protease protein is both shaped like a heart and functions as one, allowing the virus to replicate and spread. Inhibiting the protease would block virus reproduction. Credit: Credit: Andrey Kovalevsky/ORNL, U.S. Dept. of Energy)


 미국 에너지부 산하의 오크 릿지 연구소 및 아르곤 국립 연구소(Department of Energy's Oak Ridge and Argonne national laboratories)의 과학자들이 코로나 19를 일으키는 SARS-CoV-2의 중요한 효소의 구조를 X선을 통해 확인했습니다. 코로나바이러스는 사람 세포로 침투한 후 세포 내 자원을 이용해 바이러스 복제에 필요한 단백질과 RNA를 합성합니다. 바이러스의 유전 정보는 일단 한 번에 통으로 복사된 후 프로테아제 (단백질 분해효소)에 의해 쪼개져 바이러스 복사에 필요한 단백질이 됩니다. 따라서 프로테아제를 차단하면 바이러스 증식을 억제할 수 있습니다. 


 오크 릿지 국립 연구소의 안드레이 코발레프스키(ORNL's Andrey Kovalevsky)가 이끄는 연구팀은 상온에서 X선을 이용해 SARS-CoV-2의 프로테아제의 3차원적 구조를 확인했습니다. X선을 이용해 분자의 구조를 확인하는 것은 이런 연구에서 흔한 일이지만, 이번 연구의 핵심은 일반적으로 X선 연구에 활용되는 100K 정도의 저온이 아니라 상온에서 단백질 결정을 키워 X선 이미지를 확인했다는 것입니다. 바이러스가 실제로 증식하는 온도에서 프로테아제 구조를 확인했다는 데서 큰 의미가 있습니다. 


 이렇게 확인된 바이러스 프로테아제는 발렌타인 하트 모양으로 연구팀은 저온 냉동 상태와 상온 상태의 차이점을 쉽게 확인할 수 있었습니다. 그 다음 중요한 부분은 이 프로테아제에 결합해 작동을 방해할 수 있는 약물을 찾거나 개발하는 일입니다. 연구팀은 현재 슈퍼컴퓨터 서밋을 이용해 이 작업을 진행하고 있습니다. 


 하지만 이번 연구만으로 바이러스 프로테아제의 모든 모습을 확인한 것은 아닙니다. 연구팀은 오크 릿지 국립 연구소의 High Flux Isotope Reactor와 Spallation Neutron Source를 이용해 중성자 산란 (neutron scattering) 효과를 통해 프로테아제의 3차원적 모습과 다른 분자와의 상호 작용을 연구할 예정입니다. 중성자 산란을 통해 수소 원자의 반응을 예측하면 프로테아제와 더 잘 결합하는 분자를 예측할 수 있습니다. 


 현재 코로나 19 치료제로 승인된 렘데시비르는 앞서 설명한 것처럼 RNA 의존 RNA 중합효소 (RNA-dependent RNA polymerase (RdRp))를 차단합니다. 현재 개발 중인 돌기 단백질 차단제에 이어 앞으로 프로테아제 차단제를 개발하면 서로 기전이 다른 약물의 병합 요법을 통해 치료 성적을 더 끌어올릴 수 있을 것으로 기대합니다. 



 참고 




Daniel W. Kneller et al, Structural plasticity of SARS-CoV-2 3CL Mpro active site cavity revealed by room temperature X-ray crystallography, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-16954-7




밀렘 로보틱스의 Type X 로봇 전투차량 공개


(The Milrem Type-X combat robot. Credit: Milrem Robotics)


 군용 지상 무인 차량 및 로봇을 개발하는 에스토니아의 밀렘 로보틱스 (Milrem Robotics)가 보병 전투차량에 탑재하는 무인 터렛을 탑재한 무인 로봇 전투 차량인 Type-X 로봇 전투차량 (Type-X Robotic Combat Vehicle)을 공개했습니다. 과거 밀렘이 선보였던 소형 전술 무인 차량인 Tracked Hybrid Modular Infantry System (THeMIS)보다 대형 플랫폼 위에 더 강한 화력을 지닌 무인 터렛을 설치한 것으로 앞으로 실전 배치까지 이어질 수 있을지 궁금합니다. 




 Type-X 로봇 전투차량 위에는 벨기에의 존 코커렐 디펜스 (John Cockerill Defense)사의 Cockerill Protected Weapons Station Generation II (CPWS II) 터렛이 실치됐습니다. CPWS II 터렛은 M242 25 mm x 137 mm Bushmaster 기관포나 혹은 230LF 30 mm x 113 mm 기관포, 7.62mm 동축 기관총, 그리고 두 기의 대전차 미사일 (Alcotan, MMP, Javelin, SPIKE)을 탑재할 수 있습니다. 무인포탑으로 사수는 원격으로 터렛을 조종할 수 있습니다. 물론 Type X 로봇 전투차량 자체가 무인 원격 조종 전투차량이므로 내부에는 사람이 탑승하지 않습니다. 




(Cockerill Protected Weapon Station Generation 2)


 Type X는 소형 무인 전투차량의 미래를 엿볼 수 있는 제품으로 보이지만, 실전 배치까지 가능할지는 두고봐야 알 수 있습니다. 아직 인공지능에 인명 살상을 포함한 전투를 맞기기에는 신뢰성이 부족하고 원격으로 조종할 경우 재밍 등의 문제가 있을 수 있습니다. 생김새는 그럴 듯 한데 과연 실제로 그럴 듯한 성능을 보여줄 수 있을지 미래가 궁금합니다. 


 참고 


2020년 6월 26일 금요일

호주의 티라노사우루스? 신종 대형 수각류 공룡의 발자국이 발견되다.


(University of Queensland. Credit: Anthony Romilio)


 중생대에는 지금과 대륙의 모양이 달랐지만, 각 대륙별로 강력한 초대형 수각류 육식 공룡의 흔적은 여기 저기서 발견되고 있습니다. 예를 들어 북미의 타라노사우루스, 남미의 기가노토사우루스 (Giganotosaurus), 그리고 아프리카의 스피노사우루스가 대표적입니다. 하지만 중생대에 지금보다 남쪽에 있었던 호주에서는 이런 대형 수각류 공룡의 화석이 발견되지 않았습니다. 


 호주 퀸즐랜드 대학의 앤소니 로밀리오 박사 (Dr. Anthony Romilio)는 퀸즐랜드에서 발견한 대형 수각류 공룡 발자국을 토대로 1억 5100만 - 1억 6500만년 전에 티라노사우루스 렉스보다 약간 작은 크기의 대형 수각류 공룡이 존재했다고 주장했습니다. 


 이 미지의 호주 수각류 공룡은 평균적으로 50-60cm 길이의 발자국을 지니고 있었으며 가장 큰 것은 80cm에 가까운 것도 있었습니다. 로밀리오 박사는 골반까지의 높이가 3m 정도 되고 몸길이는 10m 정도 되는 대형 수각류일 것으로 추정했습니다. 이는 비슷한 시기 북미의 최상위 포식자였던 알로사우루스와 비슷한 수준이며 티라노사우루스 렉스보다 약간 작은 수준입니다. 


 이 발자국 화석이 만들어진 지역은 당시 늪이 많은 숲으로 발자국이 보존되기 좋은 조건이었습니다. 하지만 사실 가장 중요한 골격 화석은 아직 발견되지 않았습니다. 과학자들은 어딘가 있을지 모르는 거대 공룡의 화석을 찾아 조사를 계속 진행중입니다. 당시 호주의 환경에 적응된 거대 수각류 공룡은 어떤 모습일지 궁금합니다. 


 참고 


Anthony Romilio et al. Footprints of large theropod dinosaurs in the Middle–Upper Jurassic (lower Callovian–lower Tithonian) Walloon Coal Measures of southern Queensland, Australia., Historical Biology (2020). DOI: 10.1080/08912963.2020.1772252


태양계 이야기 828 - 해왕성의 위성 트로톤을 탐사할 트라이던트 임무


(This global color mosaic of Neptune's moon Triton was taken in 1989 by Voyager 2 during its flyby of the Neptune system. Credits: NASA/JPL-Caltech NASA/JPL/USGS)

(A new Discovery mission proposal, Trident would explore Neptune's largest moon, Triton, which is potentially an ocean world with liquid water under its icy crust. Trident aims to answer the questions outlined in the graphic illustration above. Credits: NASA/JPL-Caltech)


 해왕성의 위성 트리톤은 가장 독특한 위성 가운데 하나입니다. 트리톤은 대형 위성 가운데 유일하게 행성 자전 방향과 반대로 공전하는 역행성 위성인데, 아마도 해왕성 궤도에 있던 다른 소행성이 중력에 의해 우연히 포획된 것으로 생각됩니다. 그보다 더 특이한 점은 다른 위성에서는 볼 수 없는 멜론 같은 독특한 지형입니다. 그것도 위성 전체가 아닌 절반만 덮고 있습니다. 과학자들은 보이저 2호가 보내온 데이터를 통해 트리톤 표면에 크레이터가 거의 없고 1000만년 이내의 매우 젊은 지형이라는 사실을 확인했습니다. 이는 얼음 화산에 의한 지질 활동이 매우 활발함을 의미합니다. 


 하지만 트리톤을 가까이에서 관측한 탐사선은 보이저 2호가 유일합니다. 그것도 스쳐지나가면서 관측을 했기 때문에 트리톤 표면의 40% 밖에 관측을 못했습니다. 지금까지 트리톤 연구는 매우 제한적이고 오래된 데이터에 의존할 수밖에 없었습니다. 따라서 나사의 차세대 탐사 프로젝트인 디스커버리 프로그램에는 트리톤 탐사선인 트라이던트 (Trident)가 포함되어 있습니다. 




 만약 순조롭게 개발이 진행된다면 트라이던트는 2020년대 말에 발사될 예정입니다. 따라서 실제 트리톤에 도착하는 것은 훨씬 이후의 일이 될 것입니다. 바다의 신 넵튠의 삼지창을 의미하는 트라이던트는 세 가지 중요한 목표를 지니고 있습니다. 


 첫 번째 목표는 트리톤의 자기장을 세밀하게 측정해 내부에 바다가 있는지 여부를 검증하는 것입니다. 유로파나 엔셀라두스처럼 트리톤 역시 얼음 지각 아래 액체 상태의 바다가 있을 수 있으며 이로 인해 간헐천과 얼음 화산 활동이 나타났을 가능성이 큽니다. 만약 실제로 그렇다면 자기장에 영향을 주기 때문에 이를 측정해 알아 낼 수 있습니다. 동시에 자기장 및 이온의 측정은 대기 구조와 표면 활동을 알아내는데도 도움을 줄 것입니다. 


 두 번째 목표는 트리톤이 완전하고 세밀한 지형도를 작성하는 것입니다. 반 세기만에 트리톤을 방문하는 트라이던트는 최신 기술이 집약된 고성능 카메라와 이미지 센서를 장착해 트리톤의 표면을 상세히 관측할 것입니다. 마지막 목표는 트리톤의 표면이 어떻게 이렇게 새롭게 유지되는지 표면의 얼음 지질 활동을 밝히는 것입니다. 만약 분출하는 얼음 화산이나 간헐천을 발견한다면 태양계 탐사에서 새로운 이정표가 될 것입니다. 특히 분출하는 수증기 속에 유기물이 있는지를 발견한다면 큰 의미를 지닐 수 있습니다. 


 트라이던트가 순조롭게 진행되도 그 결과를 보는 것은 수십 년 후가 될 것입니다. 그 때가 되면 이미 한 세대가 흐른 뒤일 것입니다. 거리가 워낙 멀기 때문에 해왕성과 그 궤도 너머의 태양계 외곽 천체 탐사는 이렇게 느리게 진행될 수밖에 없습니다. 하지만 인류는 탐사를 멈추지 않을 것이고 언젠가 트리톤을 비롯한 태양계 외곽 천체들의 비밀도 밝혀질 것입니다. 



 참고 



우주 이야기 1041 - 바다를 지닌 외계 행성은 얼마나 흔할까?


(This illustration shows NASA's Cassini spacecraft flying through plumes on Enceladus in October 2015. Credit: NASA/JPL-Caltech)

(This animated graph shows levels of predicted geologic activity among exoplanets, with and without oceans, compared to known geologic activity among solar system bodies, with and without oceans. Credit: Lynnae Quick & James Tralie/NASA's Goddard Space Flight Center)


 우주에는 수많은 행성이 존재합니다. 그 가운데 지구 같이 액체 상태의 물이 있고 생명체가 존재할 수 있는 행성이 어디에 존재하는지는 21세기 과학이 풀어야할 가장 큰 숙제 중 하나입니다. 비록 4천여 개의 외계 행성을 찾았지만, 이 가운데 대부분은 지구와 비슷한 행성이 아니고 설령 비슷하다고 해도 생명체가 존재할 수 있는지를 검증할 방법이 만만치 않다는 것이 큰 문제입니다. 


 나사의 행성 과학자인 린내 퀵 (Lynnae Quick)이 이끄는 연구팀은 외계 행성 가운데 액체 상태의 물을 지닐 수 있는 행성을 연구했습니다. 연구팀이 말하는 액체 상태의 물은 지구처럼 표면에 바다를 지닌 행성은 물론 엔셀라두스나 유로파처럼 얼음 지각 내부에 물을 지닌 경우도 포함합니다. 


 여러 가지 모델링과 이론적 예측을 통해 연구팀은 TRAPPIST-1을 비롯한 53개의 외계 행성 후보를 찾아냈습니다. 이 행성들은 지구 질량의 8배 이하인 행성들로 가스 행성보다는 암석 행성으로 예상되는 행성들입니다. 그 다음 연구팀은 액체 상태의 물을 존재하게 만들 수 있는 여러 가지 열원의 존재를 계산했습니다. 이는 내부 지질 활동에 의한 지열일수도 있고 유로파나 엔셀라두스처럼 모항성에 의한 조석 마찰일수도 있습니다. 


 그런데 만약 얼음 행성이라도 적당한 수준의 내부 지열과 지질활동이 존재할 경우 반드시 다른 천체의 중력에 의한 마찰열이 아니라도 내부의 바다를 지닐 수 있으며 종종 화산의 형태로 물을 뿜어낼 수 있습니다. 물론 지구와 비슷하게 액체 상태의 바다를 지닌 행성이라면 상당한 수증기를 대기 중에 품고 있을 것입니다. 만약 이 신호를 포착할 수 있다면 액체 상태의 물을 지니고 있다는 결정적인 증거가 되는 셈입니다. 


 불행히 현존하는 어떤 망원경으로도 지구형 외계 행성의 수증기를 포착하기는 어렵습니다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경이라면 가능할수도 있습니다. 특히 중요한 관측 목표는 지구에서 39광년 떨어진 TRAPPIST-1 e, f, g, h 외계 행성이 될 것입니다. 물론 물이 존재한다는 것만으로 생명체의 존재를 확신할 순 없지만, 이를 검출하면 외계 행성 연구의 한 획을 긋는 연구가 될 것입니다. 


 참고 



Lynnae C. Quick et al, Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Cryovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds, Publications of the Astronomical Society of the Pacific (2020). DOI: 10.1088/1538-3873/ab9504

2020년 6월 25일 목요일

우주 이야기 1040 - 초거성 안타레스의 거대 대기를 관측하다.


(Artist impression of the atmosphere of Antares. Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)


 밤하늘에서 15번째로 밝은 별인 안타레스 (Antares)는 사실 쌍성계로 그 가운데 크고 밝은 쪽은 이제 수명이 얼마 남지 않은 적색 초거성 (red giant)입니다. 초거성은 마지막 순간 막대한 물질을 우주로 뿜어내면서 초신성 폭발을 일으키기 때문에 그 숫자가 많지는 않더라도 우주 진화에 매우 중요한 존재입니다. 이들이 없다면 지구 같은 행성도 없고 그 안에 살아가는 인간 같은 생물체도 없었을 것입니다. 그런 의미에서 지구에서 550광년 떨어진 비교적 가까운 초거성인 안타레스는 과학자들의 주요 관측 대상 중 하나입니다. 


 최근 국제 과학자팀은 세계 최대의 전파 망원경인 Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)과 미 국립 과학 재단의 Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) 전파 망원경을 이용해 안타레스의 거대한 대기 구조를 관측했습니다. 이번 관측에서 ALMA는 비교적 짧은 파장에서 별의 표면인 광구 (optical photosphere) 주변의 채층 (chromosphere)을 관측하고 VLA는 긴 파장에서 별의 외곽 대기를 관측했습니다. 


 안타레스처럼 마지막 순간에 가까워진 별은 주변으로 강력한 항성풍을 내놓으면서 크게 부풀어 오릅니다. 안타레스의 질량은 태양의 12배이지만, 지름은 680배에 달합니다. 하지만 이번 연구에서 새로 밝혀진 사실은 안타레스의 대기는 별 지름의 12배에 달한다는 사실입니다. 가까운 대기인 채층의 지름만 별의 2.5배에 달합니다. 태양의 채층이 지름의 1/200 수준인 것과 대조적입니다. 다만 온도는 최고 섭씨 3500도 정도로 태양의 2만도에 비해 낮습니다. 거대하게 커진 대신 온도는 낮아진 것입니다. 채층 밖의 대기는 이보다 온도가 낮으며 태양계의 토성 궤도 밖까지 넓게 퍼져 있습니다. 


 과학자들은 이미 관측을 통해 안타레스 같은 거성의 표면이 균일하지 않다는 사실을 확인했습니다. 따라서 대기 역시 균일하지 않은 구조로 되어 있을 것입니다. 주변으로 물질을 뿜어내고 있지만, 그 밀도와 온도는 지역에 따라 큰 차이가 있다는 이야기입니다. 별 자체가 태양계보다 약간 작은 크기인점을 생각하면 모두 균일하기는 어렵습니다. 하지만 현존하는 가장 강력한 전파 망원경을 통한 관측에서도 이점을 밝혀내지는 못했습니다. 연구팀은 추후 연구를 통해 초거성 주변의 대기 구조를 밝힐 수 있기를 기대하고 있습니다. 


 참고 


E. O'Gorman et al. ALMA and VLA reveal the lukewarm chromospheres of the nearby red supergiants Antares and Betelgeuse, Astronomy & Astrophysics (2020). DOI: 10.1051/0004-6361/202037756

43%만 면역을 지녀도 코로나 19 집단 면역 가능?


(This scanning electron microscope image shows SARS-CoV-2 (yellow)—also known as 2019-nCoV, the virus that causes COVID-19—isolated from a patient, emerging from the surface of cells (blue/pink) cultured in the lab. Credit: NIAID-RML)


 코로나 19 사태가 길어지면서 언제쯤 되야 대유행이 종식될 수 있을지 모두가 궁금해하고 있습니다. 대개 이런 유행병이 종식되는 것은 인구 집단의 상당수가 면역을 지녀 더 이상 서로에게 질병을 전파하지 못할 때입니다. 이를 집단 면역이라고 합니다. 문제는 이미 수많은 사람이 희생되었음에도 불구하고 코로나 19의 항체 양성률은 집단 면역에 필요한 60% 선에 한참 미치지 못한다는 것입니다. 


 노팅햄 대학과 스톡홀름 대학의 수학자들은 나이와 인구 구조에 따른 집단 면역이 임계점을 다시 계산했습니다. 연구 결과 코로나 19 집단 면역에 필요한 면역력을 지닌 인구 비유은 43%로 생각보다 낮은 것으로 나타났습니다. 이는 모든 사람이 같은 전파력을 지닌 것이 아니라 젊은 층, 그리고 사회적 활동이 많은 사람일수록 전파력이 큰 데, 이 인구 집단이 다른 인구 집단 대비 감염이 많이 되 집단 면역을 만들기 때문입니다. 


 다만 이 주장이 옳다고 해도 자연스럽게 집단 면역을 획득하기까지는 상당한 시간과 적지 않은 희생이 필요합니다. 인구 집단의 43%라고 해도 결국 전 세계적으로 수십 억명이 감염되어야 하기 때문입니다. 엄청난 인명 피해와 경제적 손실에도 불구하고 코로나 19에 대해 면역을 지닌 사람의 비율은 대부분의 국가에서 43%는 커녕 5%, 10%에도 미치지 못하고 있습니다.


 더 중요한 변수는 면역이 얼마나 잘 생기고 오래 가는지 입니다. 코로나 19에 감염되었다고 해서 100% 중화항체가 생기는 것은 아니며 항체가 제대로 생겼다고 해도 이를 회피할 수 있는 돌연변이가 생겼다면 중화항체를 무력화 할 수 있습니다. 따라서 속단하기에는 이르지만, 집단 면역이 자연스럽게 생기기를 기다리는 것보다 효과적인 백신을 개발해 접종하고 백신을 회피하는 변이가 생기면 이에 맞춰 새로운 백신을 보급해 집단 면역을 유지할 필요가 있습니다. 


 참고 


미국 내 코로나 19 사망자는 10월에 23.5만명에 도달?


(미국 내 신규 코로나 19 환자, 회복 환자, 사망자. 출처: 위키피디아) 


 미국 내 코로나 19 확산세가 약간 주춤하면서 여러 주에서 경제가 재개되고 있지만, 코로나 19 확산에 대한 공포는 여전한 상황입니다. 텍사스 테크 대학 (Texas Tech University's Department of Mechanical Engineering)의 연구팀은 코로나 19에 대한 새로운 역학 모델 (epidemiological model)을 통해 코로나 19가 미국 내 6개 주 (California, Louisiana, New Jersey, New York, Texas and Washington)에서 앞으로 어떻게 확산될 것인지를 예측했습니다. 


 연구팀에 따르면 미국 내에서 봉쇄(lockdown) 조치를 시행하더라도 코로나 19 감염은 적어도 2년간 지속될 수 있습니다. 다만 봉쇄를 완화하거나 풀 경우 감염률은 빠르게 상승해 두 달 후 최고치에 도달할 것으로 예측했습니다. 그리고 어쩌면 인플루엔자처럼 매년 유행하게 될지도 모릅니다. 반복적인 봉쇄와 완화는 지속적인 유행을 완전히 막을 수 없을 것으로 예측했습니다. 이는 14일간 신규 확진자가 감소해야 봉쇄를 완화한다는 백악관 지침 뿐 아니라 더 엄격한 28일 기준으로도 마찬가지입니다. 


 연구팀은 현재와 같이 봉쇄 - 완화가 이뤄지는 상황에서 10월 1일에는 미국 내 총 사망자 숫자가 23.5만명에 도달할 것으로 예측했습니다. 현재 추정 사망자 숫자가 10만명을 넘어선 가운데 앞으로 3개월 동안 지금까지 죽은 사람만큼 많은 사람이 추가로 사망하게 될 것이란 예측입니다. 이미 한국 전쟁과 베트남 전쟁 사망자를 합친 것보다 더 많은 사람이 죽었지만, 앞으로 사망할 사람이 더 많다는 우울한 예측입니다. 물론 예측일 뿐이고 여러 가지 변수와 사람의 노력에 따라 결과는 얼마든지 달라질 수 있다는 것은 분명합니다. 이 연구은 저널 Nature Medicine에 실렸습니다. 


 현재 상황에서 근본적인 해결책은 효과적인 백신을 개발해 유행을 종식시키는 것 뿐입니다. 하지만 백신 개발 및 접종은 아무리 빨라도 올해 말이나 내년 초에 가능할 예정이며 급하게 개발하다보니 얼마나 효과적일지 아직은 판단하기 어렵습니다. 결국 코로나 19 사태는 내년까지 끌고가게 될 가능성이 높습니다. 이런 상황에서 개인이 할 수 있는 일은 개인 위생에 힘쓰고 마스크 착용 및 거리 두기 등 방역 수칙을 생활화하는 것입니다. 결국 단기간에 끝날 일이 아니고 장기전을 준비해야 할 상황으로 생각됩니다. 


 참고 


Khan et al., A Predictive Model for COVID-19 Spread Applied to Six US States. arXiv:2006.05955 [q-bio.PE]. arxiv.org/abs/2006.05955