냉동인간 선택한 英 14세 소녀, 200년 후 깨어날 수 있을까

2016.12.02 07:00

냉동인간을 보관하는 액체 질소 용기. – 알코어생명연장재단 제공

“저는 지금 죽지만 200년 안에 다시 살아 돌아올 거예요.”

11월 17일 영국 말기암 환자인 14세 소녀 JS(영문 이니셜)가 가족에게 유언을 남기고 세상을 떠났다. 소녀는 최초로 법정 싸움 끝에 냉동인간이 됐다. 소녀는 냉동보관을 반대하는 아버지에 맞서 소송을 제기했고, 영국 고등법원으로부터 승소 판결을 받았다.

현재 소녀의 시신은 미국 냉동보존연구소, 영하 196도의 액체질소가 담긴 용기에 보관돼 있다. 소녀의 변호를 맡은 조 플릿우드 변호사는 “JS는 냉동보존에 대해 충분히 알아본 뒤 선택했고 재판부는 그의 선택을 존중했다”고 말했다.

  
JS가 냉동인간의 길을 선택한 건 언젠가 의학 기술이 발전하면 자신이 치료받을 수 있을 것으로 믿었기 때문이다. 그러나 아직까지 한 생명체 전체를 장기간 얼렸다 해동시킨 사례가 없어 논란을 낳고 있다.

1946년 프랑스 생물학자 장 로스탕은 글리세롤을 이용해 개구리의 생식세포를 얼리는 데 처음으로 성공했다. 세포를 그대로 얼리면 세포액이 얼며 부피가 늘어나고, 이때 얼음 결정이 세포막을 찔러 세포가 손상된다.

하지만 세포액을 글리세롤로 바꿔 넣어 얼리면 얼음 결정이 생기는 것을 막을 수 있다. 현재 과학자들은 사람 같은 고등동물의 세포도 손상을 입지 않게 냉동할 수 있다. 물의 결정 형성을 막는 ‘DMSO’라는 용액을 넣어 세포액이 얼지 않도록 막는다. DMSO와 세포 배양액을 섞고, 그 안에 세포를 넣은 뒤 온도를 1분에 1도씩 떨어뜨려 얼린다. 천천히 얼려야 얼음 결정이 생기는 것을 최소화할 수 있다.

세포나 조직을 넘어 장기나 개체 전체를 냉동보관 하는 일은 좀 더 복잡하다. 혈액을 모두 빼고 혈관에 DMSO를 섞어 만든 부동액을 채워야 하기 때문이다. 냉동인간 업체들은 회원이 있는 각 지역에 응급요원을 두고 회원의 사망 즉시 혈액을 부동액으로 대체하는 작업을 진행한다. 

하지만 이런 작업을 거친 냉동인간이 무사히 되살아날지는 아직 미지수다. DMSO는 상당한 독성이 있기 때문이다. 또 세포나 작은 조직은 모든 부분을 균등하게 얼리고 녹일 수 있었던 반면 장기나 개체에선 부피가 커 늦게 얼고 늦게 녹는 부분이 생기는 것도 문제다. 이 과정에서도 세포가 손상될 수 있다.

그럼에도 최근 몇 해 동안 JS처럼 냉동인간이 되려는 사람의 수는 점점 늘고 있다. 2000년 당시 미국의 냉동인간 회사 ‘알코어생명재단’엔 약 40구의 냉동인간이 보관돼 있었으나 15년 뒤 그 수가 3배가량으로 늘었다. 2016년 9월까지 148구의 시신이 맡겨졌으며 1101명이 사망 후 냉동인간이 되겠다며 회원으로 가입했다.

박한기 연세대 세브란스병원 냉동조직은행장은 “냉동 보존액의 독성과 불균등한 냉동, 두 가지가 가장 큰 문제”라며 “세포나 조직은 일부가 손상돼도 이식 후 회복이 가능한 경우가 있지만 냉동인간의 경우 일부 세포의 손상도 치명적인 결과를 가져올 수 있다”고 설명했다.

[잠깐과학]말라리아로부터 인류를 구한 군의관

2020.08.15 14:00

게티이미지뱅크 제공

세상에서 사람을 가장 많이 죽이는 동물은 바로 ‘모기’다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 모기는 매년 약 72만 5000명의 목숨을 빼앗아 간다. 인간을 제외한 위험한 동물 2위인 뱀의 피해자(약 5만 명)보다 14.5배나 많은 수치다. 

모기가 위협적인 이유는 사람에게 치명적인 질병을 옮기기 때문이다.  모기는 피를 빨면서 일본뇌염, 황열, 뎅기열 등 다양한 병을 옮긴다. 그중에서도 가장 심각한 병은 바로 ‘말라리아’인데, 말라리아에 걸리면 심한 발열과 오한이 2~3일 주기로 찾아오다 합병증이 발생하면 목숨을 잃을 수도 있다. 2018년 한 해에만 2억 2800만 명이 감염되어 약 40만 명이 사망할 정도였다. 

말라리아 연구는 19세기, 열대 지방을 식민지로 만든 유럽 국가에서 많이 이루어졌다. 처음 말라리아의 증거를 발견한 사람은 프랑스의 의사 샤를 루이 알퐁스 라브랑이다. 그는 1880년, 말라리아 환자의 혈액에서 꿈틀꿈틀 헤엄치는 ‘열원충’을 발견했다. 그런데 이 미생물은 도대체 어떻게 환자의 몸에 들어온 걸까? (샤를 루이 알퐁스 라브랑은 열원충을  발견한 공로로 1907년 노벨 생리의학상을 받았다.) 

로널드 로스

이 문제를 해결한 사람은 영국인 군의관 로널드 로스였다. 모기가 말라리아 환자를 물면 모기 속으로 열원충이 옮겨가지 않을까? 인도에서 일하던 로널드 로스는 일부러 말라리아 환자들의 병실에 모기를 풀어놓기도 했다. 하도 말라리아에만 정신을 팔자, 불만을 품은 상관들이 그를 말라리아가 없는 지역으로 보낼 정도였다.

그러나 사람 대신 종달새로 연구를 이어나간 로널드 로스는 마침내 1897년, 현미경으로 모기의 위 속에서 부화한 열원충이 침샘으로 몰려가는 장면을 발견했다. 말라리아는 모기의 침샘에 모여있던 열원충이 피를 빨 때 사람에게 옮겨가면서 전염되는 거였다. 이 연구로 수많은 목숨을 구하게 된 로널드 로스는 1902년 노벨 생리의학상을 받게 되었다. 그가 말라리아의 감염 경로를 밝혀낸 8월 20일은 ‘세계 모기의 날’로 지정됐다.

 

행성사냥꾼 테스 2년간 찾아낸 외계행성만 2100개

2020.08.12 22:00

미국항공우주국(NASA)의 ‘행성사냥꾼’ 테스(TESS) 위성의 모습이다. 2018년 발사된 테스는 지구 밖에서 하늘을 관찰해 외계 행성을 찾아내는 임무를 수행하고 있다. 미국항공우주국 제공

지구를 닮은 행성을 외계에서 찾아내며 ‘행성사냥꾼’이라는 별명을 가진 미국항공우주국(NASA)의 차세대 우주 망원경 ‘테스(TESS)’가 지난 2년간 주어진 첫 임무에서 66개의 외계행성과 2100개의 행성 후보군을 찾은 것으로 나타났다.

미국항공우주국(NASA)은 테스가 2018년 4월 발사된 후 궤도에 안착한 2018년 6월부터 지난달 4일까지 약 2년간 진행된 지구에서 보이는 하늘의 75%를 관측하는 첫 임무를 성공적으로 완수했다고 이달 12일 밝혔다.

테스는 ‘천체면통과 외계행성 탐색위성’의 영문 앞글자를 모은 이름이다. 이름 그대로 천체면을 통과하는 외계행성을 찾아낸다. 태양과 같은 항성 주위를 도는 행성이 항성면을 통과하면 항성이 내는 빛의 밝기가 어두워진다. 항성이 주기적으로 어두워졌다 다시 밝아지면 행성이 별 주위를 돌고 있다는 뜻이 된다.

테스가 1년간 촬영해 구성한 남반구 전체의 하늘 모습이다. 테스는 하늘을 24도씩 나눠 27일간 관찰하며 외계 행성을 찾는다. 미국항공우주국 제공

테스는 13.7일에 한 바퀴씩 지구를 돌며 외계 행성을 탐사해 왔다. 테스에는 하늘을 관찰하는 4대의 카메라가 장착됐다. 카메라는 하늘을 상하와 좌우로 24도씩 나눠 볼 수 있는데 테스는 네 대의 카메라를 이용해 좌우 24도, 상하 96도의 하늘을 관찰한다. 24도로 나눈 하늘을 27일간 관찰하며 외계 속 행성을 찾는다. 테스는 임무 첫 1년간은 남반구 하늘을 13개 구역으로 나눠 관찰해 남반구 전체의 별 지도를 만들었다. 이후 1년간은 북쪽 하늘을 관찰했다.

2년간의 관찰을 통해 테스가 찾아낸 외계행성만 66개다. 지난해 지구로부터 73광년 떨어진 곳에서 태양보다 작은 별을 도는 슈퍼지구 행성 1개와 미니 해왕성급 행성 2개를 발견한 것이 대표적인 예다. 이들 행성 중 별에서 가장 멀리 떨어진 행성은 평균 온도가 66도로 물이 표면에 존재할 수 있어 생명체가 살 가능성이 큰 것으로 확인되기도 했다. 올해 1월에는 두 개의 태양이 뜨는 쌍성계 속 행성도 처음으로 찾아냈고, 6월에는 적색왜성을 도는 해왕성 크기의 행성을 찾아낸 연구결과가 국제학술지 ‘네이처’에 실리기도 했다. 이외에도 천문학자들이 탐구할 만한 2100개의 행성 후보군을 찾아냈다.

테스가 발견한 지구로부터 73광년 떨어진 곳의 TOI 270 행성계다. TOI 270d는 평균 온도가 66도로 낮은 행성이다. 미국항공우주국 제공

행성만 찾아낸 것도 아니다. 테스는 태양계 내 혜성을 비롯해 여러 별들이 폭발하는 장면도 포착하는 등 별에 관한 정보도 제공해 왔다. 고대 이집트에서 북극성으로 활용하던 별인 ‘투반’ 쌍성계에서 별이 서로를 가리는 일식이 주기적으로 일어난다는 것을 밝혀내기도 했다. 지구로부터 3억 7500만 광년 떨어진 은하 속 초거대 블랙홀이 별을 국수가락 뽑듯 빨아들이는 장면도 포착해냈다.

다음 임무는 2022년 9월까지 26개월간 진행된다. 같은 지역을 전보다 3배 빠른 속도로 촬영하는 ‘고속 촬영’이 목표다. 기존에는 30분마다 전체 하늘을 찍었으나 이제는 10분마다 촬영하게 된다. 이를 통해 테스는 기존처럼 2분마다 별 수만 개의 밝기를 수집하는 동시에 20초마다 별 수천 개 밝기도 측정하게 된다. 측정 속도가 빠를수록 별의 특성을 알려주는 진동 현상을 관찰하는 데 유리하다.

테스가 찾아낸 쌍성계 속 행성의 모습을 상상한 그림이다. 쌍성계 속 행성은 하루에 태양이 두개가 뜨는 장면을 보게 된다. 미국항공우주국 제공

패트리샤 보이드 NASA 고다드우주센터 테스 임무 책임자는 “테스는 여러 과학 분야에 걸쳐 귀중한 데이터를 제공하는 고품질 자료를 만들고 있다”며 “확장된 임무에 들어가기 전에 테스는 이미 엄청난 성공을 거뒀다”고 말했다.

소리로 화학반응 제어할 방법 나왔다

2020.08.11 00:00

기초과학연구원(IBS) 복잡계자기조립연구단 연구팀이 개발한 ‘소리를 이용한 화학반응 유도기술’로 액체 표면에 다양한 물결 무늬를 만들어 시각화학 작품이다. IBS가 주최한 ‘아트인사이언스’ 전시에 지난해 출품됐다. 스피커의 소리가 그 위 염료에 파동을 만들고, 그에 따라 표면의 산소 용해도가 위치에 따라 변했다. 용액 대신 산소 용해 정도에 따라 푸른색이 사라지는 염료를 넣고 실험한 결과 용기 형태와 소리 주파수에 따라 다양한 무늬가 형성됨을 확인했다. IBS 제공

스피커 위에 손을 대면 진동이 느껴진다. 스피커 위에 종이를 올리고 고운 모래를 뿌린 뒤 스피커를 틀면 실제로 모래가 진동하는 모습을 관찰할 수 있다. 마찬가지 현상을 액체를 이용해 해보면 어떨까. 호기심 많은 화학자들이 언뜻 간단해 보이는 이 아이디어를 실제 실험으로 확인했다. 엉뚱한 발상이었지만 이 실험 덕분에 인류가 한번도 시도하지 않았던 ‘소리를 이용한 새로운 화학 반응 조절 기술’을 최초로 개발하는 데 성공했다. 

김기문 기초과학연구원(IBS) 복잡계자기조립연구단장과 황일하 연구위원, 라훌 무코파드히아이 선임연구원팀은 소리를 이용해 액체의 물결 패턴을 조절하는 방법으로 용액 내 서로 다른 위치에서 각기 다른 화학 반응을 유도하는 데 성공하고 연구결과 ‘네이처 화학’ 10일자(현지시간)에 발표했다.

연구팀은 스피커 위에 납작하고 얕은 접시를 올리고 물을 넣었다. 그 뒤 스피커를 통해 주파수를 바꾸며 소리를 가하면 소리가 만든 미세한 상하 진동에 의해 접시 안에 동심원 모양의 물결을 만들 수 있다는 사실을 확인했다. 소리의 주파수를 높이면 물결 사이 간격이 좁아졌고 낮추면 넓어졌다. 액체를 담은 용기의 형태를 바꿔도 패턴이 바뀌었다. 

연구팀은 물결 패턴이 달라질 경우 액체와 공기의 접촉면에서 산소나 이산화탄소가 녹는 정도(용해도)도 변화할 수 있다는 사실에 주목했다. 용기 형태와 주파수 변경을 통해 산소와 이산화탄소 용해를 조절하고, 이를 통해 ‘산화-환원 반응’ 또는 ‘산-염기 반응’이라는 화학반응을 제어할 수 있다는 사실을 확인한 것이다.

산화는 산소를 얻거나 전자를 잃는 과정이고 환원은 산소를 잃거나 전자를 얻는 과정이다. 산은 두 물질이 결합할 때 다른 원자와 결합하지 않은 전자 두 개(고립전자쌍)를 내놓는 물질이고, 염기는 고립전자쌍을 받는 물질이며 산-염기 반응은 산과 염기가 서로 결합하는 반응이다.

연구팀은 산소와 반응하면 색이 사라지는 파란 염료(바이올로젠 라디칼)를 이용해 산소 용해도를 시각적으로 표현할 방법도 개발했다. 실제 실험 결과 물결에서 이동이 없는 부분은 색이 변화하지 않는 반면, 위아래로 주기적인 운동을 하는 물결의 꼭대기(마루)와 가장 낮은 부분(골)에서 산소 반응이 활발해 무색으로 변하는 현상을 확인했다.

또 산성도에 따라 색이 변하는 BTB용액을 이용해 이산화탄소 용해에 따른 산-염기 반응을 시각화한 결과, 역시 물결에 따라 이산화탄소가 많이 또는 적게 녹으며 산성과 중성, 염기성 상태를 보인다는 사실을 확인했다.

연구진은 소리에 의한 유체의 떨림 현상을 이용해 화학반응을 조절할 수 있는 시스템을 개발했다. 스피커 위에 지시약이 담긴 페트리 접시를 올린 뒤, 소리를 들려주며 변화를 관찰했다. 그 결과 용액과 기체의 접촉면에서 일어나는 기체의 용해 현상으로 인해 산화‧환원 반응(왼쪽)이나 산‧염기 반응(오른쪽)을 조절할 수 있음을 확인했다. 소리를 들려주지 않을 때 무작위한 패턴을 보이던 용액은, 소리의 주파수에 따라 패턴을 형성했다.

이번 연구는 실제 자연과 같은 상태에서 매우 낮은 에너지를 갖는 평범한 소리를 이용해 화학반응을 조절할 수 있다는 사실을 밝힌 첫 사례다. 김 단장은 “소리를 이용해 분자의 거동을 조절했다”며 “화학반응과 유체역학을 접목해 발견한 새 현상으로 소리를 이용해 다양한 화학반응을 조절할 수 있도록 후속연구를 진행할 계획”이라고 말했다.

[표지로 읽는 과학] 목성 대기에서 치는 새로운 번개의 비밀

2020.08.08 07:01

네이처 제공

국제학술지 네이처는 어두운 구름이 가득한 하늘을 우주에서 내려다 본 모습을 상상한 그림을 이번주 표지에 실었다. 잘 보면 매우 복잡하게 엉켜 하늘을 가득 덮은 구름 내부에서 번개가 치고 있다. 번개는 크고 밝은 푸른 번개와 좀더 규모가 작은 붉은 번개 두 가지다. 붉은 번개는 다른 구름보다 좀더 위로 솟구친 구름에서 발견된다.

헤이디 베커 미국 항공우주국(NASA) 제트추진연구소 연구원과 코넬대, 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 공동연구센터는 NASA가 2011년 발사한 목성 탐사선 ‘주노’의 관측 데이터를 분석해 목성 표면에 기존에 알려지지 않은 새로운 번개가 치고 있다는 사실을 밝히고 그 발생 원리를 규명해 ‘네이처’ 6일자에 발표했다.

주노는 2016년 목성에 도달해 목성 주변을 공전하며 과학 관측을 하고 있는 탐사선이다. 한 차례 임무 기간이 연장돼 2021년 7월까지 목성 대기 및 오로라의 특성과 중력, 자기장 등을 관측한 뒤 목성 대기권에 돌입해 마지막 대기 관측을 한 뒤 임무를 종료할 예정이다.

연구팀은 주노에 탑재된 광학 카메라로 관측한 대기 표면 영상에서 이전에 발견하지 못한 새로운 작은 번개 현상을 발견했다. 목성 표면에 거대한 번개가 치고 있다는 사실은 1979년 NASA 탐사선 ‘보이저’에 의해 이미 발견돼 있었다. 이 번개는 지구에서 치는 번개와 발생 원리가 비슷한 것으로 추정됐다. 목성 표면으로부터 45~65km 아래는 온도가 섭씨 0도를 유지해 물과 얼음, 심지어 수증기가 공존하는 환경으로 추정되는데, 천문학자들은 이 곳 환경이 지구의 구름과 비슷해 번개가 만들어질 수 있다고 추정했다.

하지만 이번에 주노 팀이 발견한 번개는 이전에 발견된 번개와 달랐다. 이 번개는 겨우 5.4밀리초(ms, 1ms는 1000분의 1초) 지속됐으며 수십 밀리초마다 반복해서 발생했다. 특이한 것은 발생한 고도였다. 기존 번개를 만들던 수증기와 물, 얼음으로 된 구름층보다 25km 이상 높은 곳에서 발생했다. 목성에서 이 고도는 온도가 영하 88도로 낮아 순수한 물이 액체로 존재할 수 없는 지역이다. 지구의 구름과 환경이 달라 번개가 칠 수 없다.

베커 연구원은 “이 지역에서는 암모니아가 존재해 물과 섞여 물의 어는 점을 낮췄을 것”이라며 “암모니아와 물이 뒤섞여 만들어진 액체 방울이 떨어져 그 아래에 존재하는 물이나 얼음 결정과 부딪히며 방전 현상을 일으키고 번개를 만든 것으로 추정된다”고 말했다. 

목성 대기에 형성된 버섯 모양의 독특한 구름 구조와 내부에서 두 종류의 번개가 치는 원리를 설명한 그림이다. 고도에 따라 온도와 물의 어는점이 달라 형성되는 액체방울의 성분이 달라지고, 그 결과 각기 다른 성분의 액체가 각기 다른 번개를 형성하는 것으로 추정된다. NASA 제공

이런 추정은 또다른 관측을 통해 확인됐다. 주노에 탑재된 마이크로파 관측기구를 통해 대기 성분을 관측한 결과 암모니아 성분이 대기에서 사라지고 있으며 암모니아 농도가 고도에 따라 변화한다는 사실이 발견됐다. 연구팀은 암모니아가 액체 비를 형성하고 일부는 액체 위에 얼음이 코팅되며 일종의 우박을 형성해 아래로 내리고 있다는 증거라고 설명했다. 

연구팀은 이런 현상이 일어나는 독특한 구름 형태도 발견했다(위 그림). 목성 대기 안에 마치 버섯처럼 불쑥 솟아 있는 구름으로, 이 안에서 고도에 따라 물과 암모니아가 비 또는 우박으로 내리며 다양한 번개를 형성한다고 추정했다.

[표지로 읽는 과학]나이를 먹으며 바뀌는 뇌 시냅스의 복잡성

2020.07.19 05:00

사이언스 제공

국제학술지 ‘사이언스’는 나이가 들어가며 변화하는 쥐의 뇌의 시냅스 모습을 17일 표지로 실었다. 시냅스는 신경세포의 신경돌기 끝이 다른 신경세포와 접합하는 부위다. 시냅스를 통해 한 신경세포의 흥분을 다음 신경 세포로 전달한다. 시냅스는 신경세포 간 소통창구의 역할을 한다고 볼 수 있다. 

표지 상단에 있는 그림이 생후 하루가 지난 쥐의 뇌다. 다음으로는 2주, 3주, 3달, 12달 순이다. 생후 3달이 지난 후 뇌의 시냅스의 활동성이 최고점을 기록한다. 이후 나이가 들면서 감소하는 모습도 볼 수 있다. 뇌의 시냅스가 어떻게 활성화되고 어떻게 떨어져 가는지를 보여준다. 파란색에서 초록색, 노란색, 빨강색으로 색깔이 변할수록 흥분 전달이 많아졌다는 의미다.

세스 그랜트 영국 에딘버러대 임상뇌과학센터 교수 연구팀은 쥐의 수명에 따라 변화하는 뇌의 시냅스 지도를 그렸다는 연구결과를 이번주 사이언스에 발표했다.

시냅스는 전시냅스와 후시냅스로 구성된다. 전시냅스에서 나온 신경전달물질을 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면 신경전달이 일어난다. 시냅스는 신경회로가 정상 작동하기 위한 뇌의 최소 구조단위이며 위치와 기능 등 다양한 요소에 따라 고유의 특성을 지닌다. 

전시냅스와 후시냅스에는 시냅스 접착 단백질이 각각 존재한다. 시냅스 접착 단백질들은 서로 상호작용하며 시냅스를 생성하는데, 이 때 서로 ‘코드’가 맞으면 두 신경세포가 연결돼 소통이 가능해진다. 여러 종류의 시냅스 접착 단백질들이 그동안 확인됐지만 각 단백질의 생체 내 기능에 대해서는 알려진 바가 거의 없다.

연구팀은 시냅스에 대한 비밀을 풀기 위해 ‘시냅톰 매핑’이라는 기술을 이용해 쥐의 뇌 속 시냅스지도를 그렸다. 시냅톰 매핑은 시냅스의 활동성을 보여주는 기술로 지난 2018년 그랜트 연구팀이 개발했다. 연구팀은 쥐가 태어난 이후부터 18개월까지 뇌의 시냅스를 관찰했다.

그 결과 연령에 따라 시냅스 구성이 지속해서 변경되는 것으로 나타났다. 연구팀은 “시냅스의 활동성이 보통 초기에 많이 늘어나고 나이가 들면서 줄어들었다”며 “다만 뇌의 영역마다 그 디테일들은 조금씩 차이가 있었다”고 설명했다. 

연구팀은 또 뇌의 시냅스 구성 변화가 크게 유아기 및 청소년기, 초년 성인기, 후기 성인기 세 개의 시기로 나뉜다고 분석했다. 연구팀은 “이런 변화 때문에 뇌의 네트워크와 해마의 생리학적 특성에 변화가 생긴다”며 “나이가 들어가며 인간의 인지능력과 동물들의 행동들이 변화하는 것도 이 때문인 것으로 보인다”고 설명했다.  

그랜트 교수는 “이런 뇌의 변화와 관련된 연구를 강화해야 한다”며 “나이가 들어가며 생기는 문제들에 대한 해결의 실마리가 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.