안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 야간투시경의 원리가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.가시광선에 가까운 적외선(근적외선)을 직접 비춘 다음 반사되어 오는 적외선을 광음극을 통해 전자로 변환, 20kV 정도의 고전압을 가해 가속시킨 후 형광스크린에 충돌시켜 가시광선으로 바꿔주는 초보적인 방식을 썼다. 직접(액티브) 적외선을 비추어서 그것으로 보는 것이므로 액티브식 야간투시장비라고 부르는 것이다. 밤에 어두우면 전등으로 비추어서 보는 것과 같은 원리인데, 다만 비추는 전등을 적외선 전등으로 바꾸고 보는 장비를 그냥 눈이 아니라 적외선을 감지할 수 있는 광음극으로 바꿔 썼다고 보면 된다.광음극은 광전효과를 통해 입사된 광자를 통해 광전자를 생성한다. 입사된 빛(광자)이 특정 물질에 닿으면 그 에너지로 인해 물질에서 전자가 방출되는 원리이다. 광전효과는 일반적으로 강한 에너지를 띈 가시광선, 자외선, X-선, 감마선같은 짧은 파장의 빛을 통해서만 발생한다. 따라서 광자당 124meV 이하의 에너지를 갖는 적외선과 전파를 통해서는 일어날 수 없다. 하지만 광전효과를 이용하는 야간투시경의 광음극은 적외선을 감지할 수 있다. 이는 대단히 낮은 일함수(work function)을 가진 알칼리 금속, 특히 모든 금속 원소 중 가장 낮은 이온화 에너지를 가진 세슘을 주로 사용한 코팅을 광음극에 적용했기 때문이다. 사실 세슘 원자도 적외선으로 광전효과를 일으키기에는 너무 높은 이온화 에너지(427meV 이상)를 요구하지만, 은-산화세슘 복합음극(S-1 광음극)또는 수은-카드뮴-텔룰라이드, 나트륨-칼륨-안티몬-세슘(S-20 광음극) 같은 적절한 합금을 제작하여 광자당 124meV이하의 에너지로도 전자를 방출할 수 있는 광음극을 제작한 결과 적외선으로도 광전효과를 일으킬 수 있게 되었다.
Q. DNA를 이용하면 멸종한 동물들도 만들어낼 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.멸종한 동물에서 처음으로 유전물질인 RNA(리보핵산)가 복원됐다. RNA는 DNA(디옥시리보핵산)의 정보대로 단백질을 만든다는 점에서 멸종동물의 유전자가 실제로 어떤 일을 하는지 처음으로 확인할 길이 열린 것이다. 앞으로 멸종동물을 연구하고 복원하는 노력에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.스웨덴 스톡홀름대 동물학과의 러브 달렌(Love Dalén) 교수와 분자생명과학과의 마크 프리들랜더(Marc Friedländer) 교수 연구진은 19일(현지 시각) 국제 학술지 ‘게놈 연구(Genome Research)’에 “132년 된 태즈메이니아 주머니늑대(학명 Thylacinus cynocephalus)의 표본에서 RNA를 추출해 수백만개의 염기를 복원하는 데 성공했다”고 밝혔다.태즈메이니아 주머니늑대는 호주에서 1936년 마지막 개체가 죽으면서 완전히 멸종했다. 늑대라고 하지만 캥거루처럼 새끼가 어미 보육낭에서 자라는 유대류이다.연구진은 스톡홀름 자연사박물관에서 1891년부터 보관 중이던 태즈메이니아 주머니늑대 표본에서 근육과 피부 시료 80mg을 채취했다. 여기서 RNA를 뽑아낸 것이다. 과학자들은 멸종한 동물의 RNA를 복원하면 새로운 차원의 연구가 가능하다고 본다.세포핵에는 생명의 설계도인 DNA가 있다. 생명체는 그중 일부를 전령리보핵산(mRNA)으로 복사해 원하는 단백질을 만든다. DNA가 생명체라는 건물의 전체 설계도라면 RNA는 그때그때 계단이나 벽을 만드는 세부 설계도에 해당한다. RNA는 태즈메이니아 주머니늑대의 유전자가 실제로 어떤 일을 하는지 알려줄 수 있다는 말이다.DNA는 100만년 이상 된 화석에서도 추출할 수 있을 만큼 안정적인 구조이지만, RNA는 쉽게 조각난다. 프리들랜더 교수는 “살아있는 세포 밖에서 RNA는 몇 분 안에 분해되거나 파괴된다”고 말했다. 연구진은 기존 추출법을 변형해 오래 된 태즈메이니아 주머니늑대의 RNA를 추출하는 데 성공했다.미국 콜로설 바이오사이언스는 태즈메이니아 주머니늑대 표본에서 유전자를 추출해 복제하는 계획을 추진하고 있다. 사진은 복제한 태즈메이니아 주머니늑대 상상도./콜로설 바이오사이언스미국 콜로설 바이오사이언스는 태즈메이니아 주머니늑대 표본에서 유전자를 추출해 복제하는 계획을 추진하고 있다. 사진은 복제한 태즈메이니아 주머니늑대 상상도./콜로설 바이오사이언스◇근육과 피부에서 유전자 506개 확인DNA와 RNA 같은 유전물질은 4가지 종류의 염기들이 연결된 형태이다. 이 순서대로 단백질을 합성해 생명 현상을 관장한다. 유전자를 해독하는 것은 이런 염기서열을 확인하는 과정이다. 연구진은 태즈메이니아 주머니 늑대 표본의 근육과 피부에서 각각 염기 8190만여개와 2억23600만여개를 복원했다. 중복된 부분과 단편을 제거하고 최종적으로 근육에서 150만개, 피부에서 280만개의 RNA 염기서열을 확인했다.연구진은 근육 시료에서 유전자 236개를 확인했다. 그중에는 근육의 수축과 이완을 담당하는 액틴과 티틴 단백질을 만드는 유전자도 있었다. 피부 시료에서는 유전자 270개를 확인했는데, 동물의 뿔이나 털, 손발톱에 있는 케라틴 단백질 유전자도 포함됐다.논문 제1 저자인 에밀리어 마르몰-산체스(Emilio Mármol-Sánchez) 박사후연구원은 “RNA는 다양한 조직에서 유전자 발현이 달리 나타나는 정보를 제공한다”고 말했다. 같은 근육 DNA라도 팔다리에서는 RNA가 빠르고 힘센 속근을 만들고, 등에는 느리지만 지구력이 좋은 지근을 발현하는 식이다.이번 연구진은 RNA 중에는 바이러스에서 온 것도 있었다고 밝혔다. 바이러스가 태즈메이니아 주머니늑대에 침투한 흔적이다. 이번 연구가 과거 동물이 감염된 바이러스를 연구할 수 있는 길도 연 것이다.벤 람 콜로설 바이오사이언스 대표(왼쪽)와 조지 처치 하버드대 교수. 뒤로 멸종한 매머드 복원상이 보인다. 콜로설은 매머드 사체에서 추출한 유전자를 오늘날 코끼리에 넣어 복원하는 프로젝트를 진행하고 있다./Colossal Biosciences벤 람 콜로설 바이오사이언스 대표(왼쪽)와 조지 처치 하버드대 교수. 뒤로 멸종한 매머드 복원상이 보인다. 콜로설은 매머드 사체에서 추출한 유전자를 오늘날 코끼리에 넣어 복원하는 프로젝트를 진행하고 있다./Colossal Biosciences◇멸종동물 복원에도 도움 가능이번 연구는 멸종동물을 복원하는 데 중요한 정보를 줄 수 있다. 미국 바이오기업인 ‘콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)’는 매머드와 태즈메이니아 주머니늑대 복원 프로젝트를 추진해왔다. 2021년 세계적인 유전학자인 조지 처치(George Church) 하버드대 교수가 설립한 이 회사는 지금까지 2억2500만 달러(한화 2992억원)를 투자받았다. 세계적인 투자사뿐 아니라 힐튼 호텔 창업자의 증손녀인 패리스 힐튼 같은 유명인들도 콜로설의 멸종 동물 복원에 투자했다. 콜로설은 올 초 인도양 모리셔스 섬에 살다가 멸종한 도도새를 복원하겠다는 계획도 밝혔다.조지 처치 교수는 이종(異種) 유전자 편집 분야에서 세계 최고의 능력을 보였다. 그는 먼저 빙하기에 살다가 4000년 전 멸종한 매머드를 복원하는 연구를 시작했다. 이미 시베리아의 얼음 속에 보존된 매머드 사체에서 DNA가 담긴 세포도 추출했다. 중간에 빠진 부분은 오늘날 코끼리 유전자로 채운다.처치 교수는 매머드의 유전자를 오늘날 코끼리에 이식해 10년 내 추위에 잘 견디는 시베리아 맞춤형 코끼리를 탄생시킬 계획이다. 콜로설은 그동안 아시아와 아프리카코끼리 유전자를 해독하고 줄기세포도 확립했다고 밝혔다. 태즈메이니아 주머니늑대 복원도 같은 방법으로 추진된다. 콜로설은 태즈메이니아 주머니늑대 복원을 위해 같은 유대류의 줄기세포를 확립했다고 밝혔다.과학자들은 유전자 복제를 통한 멸종동물 복원이 단기간에 달성되기 어렵지만 불가능한 일은 아니라고 본다. 하지만 멸종동물을 복제할 가치가 있는지 의문을 제기하는 사람들이 많다. 모리셔스 야생동물 재단의 보존 책임자인 비카시 타타야(Vikash Tatayah)는 지난 2월 네이처에 “그렇게 많은 돈이 있다면 모리셔스의 생태계를 보전하고 현재 생물 종들이 멸종하지 않도록 하는 데 쓰는 게 더 낫지 않은지 물어야 한다”고 말했다.
Q. [생물] 심장은 어떻게 작동하며 혈액을 공급하는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.혈액순환 시스템의 중심에는 심장이 위치합니다. 심장은 강력한 근육으로, 혈액을 몸 전체로 펌핑합니다. 심장은 4개의 강심실로 나뉘어 있으며, 왼쪽과 오른쪽의 두 개의 심실로 구성되어 있습니다. 왼쪽 심실은 산소 풍부한 혈액을 몸의 모든 조직으로 펌핑하고, 오른쪽 심실은 산소가 부족한 혈액을 폐로 다시 보냅니다.
Q. 나무를 얼마나 심어야 지구온난화 문제 및 이산화탄소 문제를 해결할 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우선 개발을 멈추거나 제한해야 합니다. 그리고 나무도 많이 심어야 하고 지구 온난화도 막아야 합니다. 그러기 위해서 전 세계 국가들이 머리 맞대고 논의해야 합니다. 탄소 배출 줄이고, 친환경 애너지 개발과 친환경적 삶을 살아가야 합니다.
Q. 로봇이 발전하면 인간도 불사신이 될 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.로봇이 발전하고 이를 인간 치료에 잘 쓰인다면 좋은 것 같습니다. 하지만 악한 부분에 남용된다면 불사신도 나올테고, 로봇에 점령된 인류가 되어 터미네이터 처럼 점쟁을 하기도 할 것 같습니다. 과학의 발전에 분명 윤리적인 측면을 강하게 만들어야 할 것 같습니다.