화성 탐사선이 화성 표면에 물이 존재할 수도 있다는 소식과 함께 천문학계에선 우리가 살고 있는 은하계 중심부에 거대한 블랙홀이 존재한다는 직접적인 증거를 발표해 또 한번 세계를 놀라게 했다. 유전자분야에서도 우리의 상상력을 자극할 만큼 흥미진진한 사건들이 많았다. 몇 년 전 새끼 양 돌리를 탄생시킨 복제기술을 실생활에 응용, 최근에는 이식용 인간장기를 복제하기까지 했다. 또한, 인간 유전자 지도를 완성하고 인류의 먼 조상일 수도 있는 원숭이 화석을 발견, 생명의 신비와 인류의 진화과정을 밝혀내는 초유의 과학적 업적을 달성했다. 이런 과학적 성과 이외에도 과테말라 정글 속에 묻혀 있던 마야 궁전의 발견도 있다. 또 거대한 플로리다 에버글레이즈 습지를 복원한다는 계획이 수립돼 온갖 종류의 습지식물과 300종이 넘는 동물의 생태계를 복원하여 후손에게 길이 물려줄 수 있는 길도 열렸다. 한편 지구의 화석연료가 고갈되는 미래에 대비해 일부 과학자들은 습지에서 무공해 수소 연료를 생산하는 데 깊은 관심을 보이기 시작했다.
하지만, 이런 새천년을 여는 중요한 과학적 사건들보다도 더 놀라운 것은 과학을 보는 시각의 변화이다. 즉, 미래에는 더 놀라운 발견들이 얼마든지 펼쳐져 있다는 사실을 믿고 있다는 점이다.
생명의 수수께끼를 밝혀주는 유전자 지도
염색체 DNA 구조의 베일을 벗겨 인간 생명의 실체를 보여줄유전자 지도 초안 완성
인간이 동물들과 다른 이유는 무엇일까? 과학자들은 그 동안 유전자 정보를 해독하는데 고전했었지만 최근에 이 수수께끼에 대한 해답을 내놓았다. 생명 탄생의 모든 비밀이 인간의 유전자 속에 들어 있다는 것을 확실히 밝혀낸 것이다.
지난해 6월, 국제공공 컨소시엄인 인간게놈프로젝트(HGP) 연구진 및 민간기업인 셀레라 게노믹스의 합동발표에서 두 연구진들은 인간게놈을 형성하는 약 30억 개의 DNA 유전자 지도 초안을 완성했다고 발표했다. 이 발표 시기는 본래 연구 마감 예정일을 무려 5년이나 앞당긴 것이었다. 이렇게 빨리 그 베일을 벗길 수 있었던 이유는 무엇일까? 그것은 바로 모든 DNA 샘플의 배열을 밝히는데 필요한 시간을 컴퓨터 기술을 활용, 절반으로 단축할 수 있었기 때문이다.
결과적으로 의사들은 환자의 신체적인 증상이 아닌 각자의 유전자에 맞는 신약개발은 물론 여러 의료기술 개발을 가속화할 수 있게 됐다. 나아가, 유전자배열 규명작업이 진행되면 선사시대에 이뤄진 인류의 이동 경로까지도 밝혀낼 수 있다. 여기에 인간의 유전자 배열을 다른 종과 비교하면 인간 진화에 대해 아직까지 알려지지 않은 새로운 사실을 밝힐 수 있다.
이렇게 인간 유전자 정보가 데이터베이스화 되어 있긴 하지만, 정작 수십 억 개의 A(아데닌), G(구아닌), C(시토신), T(티민)형 유전자를 분석할 소프트웨어와 하드웨어는 아직 연구 개발중이다. 올해 이뤄진 인간 유전자 지도 초안의 완성은 이제 시작에 불과하다. 앞으론 유전자 각각의 기능 규명, 유전자 진단·치료제 개발 등 유전자공학 분야의 큰 발전을 기대해야 할 것이다.
과연 인류의 최초 조상은 원숭이인가?
원원류와 유인원을 연결한 결정적인 ‘진화 퍼즐 조각’ 발견
땅콩 몇 알 정도에 해당하는 몸무게에 쌀 낱알 크기 만한 발로 걸어 다니던 동물이 인류의 조상이라면 믿을 수 있을까? 이 문제를 놓고 아직도 논란이 일고 있지만 중국과 미국의 합동 고고학 연구진이 중국 중부에서 4천 5백만 년 된 영장류 화석을 발견한 후, 이 작은 영장류가 인간의 먼 조상일 가능성이 강하게 제기되고 있다. 일부 과학자들은 이 작은 다리뼈를 ‘화석의 보고’라 불리는 한 석회암 채석장에서 발견했고, 바로 그 옆에서 원시 영장류 이어시미아스의 골격도 찾아냈다. 이 골격으로 미루어 짐작해 본 동물의 몸집은 현재 살아 있는 가장 작은 원숭이 크기 정도다.
노던 일리노이 대학의 다니엘 게보 교수, 노스웨스트대 의대, 카네기 자연사 박물관, 중국과학원의 고생물학자들은 이 멸종된 원숭이의 발목과 발 뼈 화석을 공동으로 연구하여 그 분석 결과를 지난해 3월 발표했다. 이들은 뒤꿈치 뼈의 길이와 이어시미아스 골격으로 보아 이 화석 원숭이는 지금 원숭이처럼 두 발과 팔을 이용해 나무 위를 걸어 다녔을 것으로 추측했다. 이어시미아스는 원시 영장류와 고등 영장류 사이를 이어주는 원숭이로, 현재 원시 영장류는 여우원숭이, 늘보원숭이, 아프리카 여우원숭이, 안경원숭이 같은 원원류로 진화했고 고등 영장류는 원숭이, 유인원류, 인간으로 진화했다.
돼지를 이용한 장기 이식
돼지가 인간 장기까지 생산하는 시대가 곧 도래할 것이다.
장기 기증자가 절대적으로 부족해 장기를 이식 받아야 하는 수많은 환자들을 애태우고 있는 현실 속에서 돼지를 이용한 이식용 장기를 만들 수 있다는 소식은 그야말로 복음이다. 돼지의 간, 콩팥, 심장은 어떤 동물보다 그 크기나 모양이 인간의 장기와 비슷하다. 단 돼지 유전자와 사람 유전자가 완전히 일치하지 않아 이식한 후에도 치명적인 면역거부반응을 일으킬 수 있다. 지난 몇 년 동안 과학자들은 돼지 유전자를 조작하여 사람의 면역체계와 비슷하게 만들기 위해 힘을 쏟아왔다. 하지만 인간 유전자를 돼지의 태아에 주입해야 하는 등 연구 과정이 매우 어려울 뿐만 아니라 면역 거부반응을 일으키는 유전자를 추출하는 것도 상당히 어려운 일이다.
돼지는 다른 동물에 비해 복제하기가 상당히 까다로운 동물이다. 그러던 중 작년 일본 쯔꾸바에 있는 국립 축산업연구소의 아키라 오니시의 팀이 복제기술을 사용하여 ‘제나’라는 새끼 돼지를 만들었다고 발표했다. 에디버그의 PPL 치료연구소 과학자들 또한 새끼 돼지 다섯 마리를 복제했다고 보고했다. 그러나 외과의사들이 돼지 기관을 사람에게 이식하기 전에 과학자들이 먼저 인체가 돼지 바이러스에 걸리지 않게 하는 방법을 찾아내야만 한다.
인류 최대 생태계 복원계획 에버글레이즈 프로젝트
미 연방정부와 플로리다 주 정부의 에버글레이즈강 복원 공사 승인으로 인류최대의 생태계 복원역사가 시작됐다.
플로리다 에버글레이즈강은 오키초비 호수에서 시작하여 남쪽으로 장장 160km 이상을 흘러 플로리다만에 도달하는 거대한 강으로 독특한 생태계를 유지하고 있었다. 그러나, 호수 부근과 강 유역에 홍수방지용 제방과 목장, 사탕수수와 오렌지 농장들이 들어서고 무분별한 도시 확장으로 인해, 습지가 사라지고 생태계가 파괴되어 악어, 흑표범, 해오라기 등 야생동물과 각종 식물이 사라졌다.
최근 미 육군 공병대, 남 플로리다 수자원관리기구와 주정부기관, 지역 환경단체가 합심하여 에버글레이즈 복원사업의 청사진을 내놓았다. 미국 역사상 가장 야심에 찬 이번 계획은 미 대륙의 허리 부분을 원래 모습대로 사행화 하는 등 60개가 넘는 수자원 프로젝트에 78억 달러의 경비를 투입할 예정이다.
프로젝트 기획자들은 88kha 규모의 용수지를 조성, 저장되는 물의 80%를 자연 강수패턴을 모방하여 에버글레이즈로 흘려보내게 된다. 이 계획에 따라 자연스런 물의 흐름을 방해하는 400km가 넘는 홍수 방지용 제방과 수로는 없애야 한다. 에버글레이즈 종합 복원계획에 필요한 14억 달러는 이미 미 하원의 승인이 난 상태다. 앞으로 공사는 20년 이상이 걸릴 예정이며 소요 예산은 연방정부와 주정부가 공동 부담하게 된다.
박테리아를 이용한 전력 생산
해양 박테리아는 엽록소 없이 광합성을 통해 태양 에너지를 전기 에너지로 바꾼다.
그동안 해양박테리아는 해양 수면에 널리 퍼져 주로 부패 유기물을 먹고 살 것이라 추정해 왔다. 그러나 일부 해양박테리아는 식물처럼 태양으로부터 세포에 필요한 에너지를 직접 얻는다는 사실이 최근에서야 드러났다. “이 작용은 광합성의 일종으로 해양 생물에서는 절대 불가능한 것으로 여겨졌던 것”이라고 캘리포니아 몬터레이베이 수족관 연구소의 연구원 에드 드 롱은 밝혔다.
실험실에서는 해양박테리아의 대량 배양이 불가능하기 때문에 미생물학자들은 해양 박테리아의 생태를 연구하고, 해양내 먹이사슬에서의 역할을 규명하기가 쉽지 않다고 한다. 해결방안이 있다면, 큰 유전자 한 쌍을 추출, 실험실에서 배양한 박테리아의 유전자와 비교해 보는 것이다. 드 롱이 이끄는 미생물학 연구진들은 이 방법을 통해 감광물질인 로돕신을 만들어 내는 유전자를 찾아냈다. “박테리아에서는 로돕신이 발견된 적이 없어 이번 발견은 대단한 것”이라고 드롱 박사는 놀라워했다.
해양박테리아의 세포막에서 발견한 로돕신은 빛에너지를 생화학에너지로 전환하는 역할을 하는 감광물질. 태양광선이 로돕신 분자에 닿으면 분자 구조가 변화돼 내부의 양성자가 세포 밖으로 튀어나온다. 양성자가 다시 세포 속으로 들어갈 때 마치 작은 건전지처럼 에너지를 생성한다는 원리다. 드롱 박사에 따르면 해양박테리아의 로돕신은 “본래 단세포 광스위치”이므로 실용적으로 활용하여 광컴퓨터에도 활용할 수 있을 것이라고 한다.
한편, 루거스 대학의 해양생물학자인 폴 포쿼스키의 연구진은 해양수면 근처에 서식하는 일부 박테리아는 엽록소를 갖고 있어 녹색식물처럼 빛에너지를 생화학에너지로 전환시킨다는 사실을 확인했다. 이 두 가지 발견만으로도 해양생물학자들은 자신들이 가지고 있던 해양생태학에 대한 기존 지식에 한계가 있었음을 시인했다.
마야 신비 벗길 마야 궁전
발굴170개의 침실과 17개의 정원이 있는 1300년 된 마야 궁전이 발견됐다. 발굴에 참가하려면 최첨단 발굴기술과 조경기술이 필요하다.
과테말라 북부 열대 우림 정글 깊숙한 곳에서 마야 궁전이 발견됐다. 이 궁전은 지금까지 발견된 마야 유물 중 가장 보존이 잘된 건축물이다. 이 발굴 프로젝트의 책임자인 밴더빌트 대학 고고학 교수인 아더 디마레스는 ‘금세기 최고 발견’이라는 찬사를 아끼지 않았다.
이 잃어버린 궁전은 8세기에 건축한 것으로 사행천인 패션강가에 세워져‘뱀의 자리’라는 뜻의 고대도시 카쿠윈 한 가운데에 위치해 있으며, 전체 넓이가 25,000평방미터나 된다. 주로 석회암을 사용하였으며 보존상태는 거의 완벽하다고 디마레스 교수는 덧붙였다. 그는 과테말라 발레대학의 토마스 바리엔토스와 함께 이 조사탐험대를 이끌었다. 수세기 동안이나 궁전을 찾지 못한 이유는 사원, 피라미드, 무덤과 같은 유적지를 나타내는 흔적이 전혀 없었기 때문이다.
마야 왕족들은 궁전 지역을 돌로 깔아 경작이 불가능해 인근에 사는 농부들도 이 궁전의 존재를 알 수 없었다. 고대 카쿠윈은 상업의 중심지로 수천 명이 넘는 주변 고산지대 주민들이 모여들었고 주로 보석을 거래했던 것으로 추측된다. 일반 평민들도 비취로 치아를 장식할 만큼 풍요로웠다. 일반적으로 마야 도시들은 끊임없이 전쟁에 시달렸지만 카쿠윈은 큰 전쟁 없이 수백 년 동안 번성했다. 멸망 시기와 원인은 아직 밝혀지지 않았는데, 이에 대한 해답은 앞으로 수십 년은 족히 걸릴 발굴작업이 끝나야만 알 수 있을 듯하다.
위용을 드러낸 은하수의 블랙홀
천문학자들이 은하수 한 가운데에 있을 것으로 추정하는 거대한 블랙홀의 직접적인 증거 정확히 찾아내
그동안 천문학자들은 초대형 블랙홀이 우리 은하계의 중심에 존재할 것이라는 추측만 내놓은 상태였다. 은하수 중심에서 끊임없이 발신되는 강력한 전파신호로 어느 정도 심증은 있었으나 밝은 별빛과 두꺼운 먼지로 뒤덮인 옅은 성운 때문에 시각적으로 확실하게 이 이론을 증명할 수 없었다. 하지만, UCLA의 천문 연구진들은 5년 간의 연구 결과, 이 문제를 완전히 새로운 방법으로 접근하여 마침내 지난 가을, 은하수에 초대형 블랙홀이 있다는 뚜렷한 증거를 찾아냈다. 천문학자들은 블랙홀 자체를 볼 수는 없었지만 블랙홀이 주변 물질에 미치는 ‘영향’을 추적했다. 벌집 둘레의 벌떼처럼 모여 있는 블랙홀 부근의 별무리도 관찰했다. 연구진은 블랙홀이 근거리의 별들을 끌어당기는 속도를 측정, 거대한 크기와 정확한 위치를 밝혀냈다.
발견된 블랙홀은 지구가 공전하는 크기의 공간 내에 2,600,000개의 별을 압축해 넣을 정도로 거대하다. 또한 천문학자들이 블랙홀의 위치를 찾아낸 정확도는 마치 보스톤에서 로스앤젤레스의 친구가 있는 위치를 1m 오차범위 내로 집어낼 정도다.
하지만 이에 대한 이견도 만만치 않다. 블랙홀이 추정한 크기를 가지고 있다면 별과 가스를 빨아들일 때에 발생하는 열이 높기 때문에 지금의 밝기보다는 훨씬 더 밝아야 한다는 것이다. 이번 은하수 블랙홀의 발견으로 천문학자들은 블랙홀이 다른 일반물질과 어떻게 상호작용을 하는지 다시 한번 생각해야 할지도 모르겠다.
연못의 녹조를 이용한 수소전지
녹조류의 신진대사 스위치를 이용, 수소 생산에 성공
화석연료가 고갈되면 다음에는 어떤 자원을 이용해야 할까? 일부 과학자들은 미래에는 수소전지로 자동차나 집에 전기를 공급하리라 생각한다. 그렇다면 수소는 어디서 얻을 수 있을까? 다름아닌 연못이나 개울에서 볼 수 있는 녹조류에서 얻는 방법이 있다. 일반적으로 녹조류는 아주 극소량의 수소를 만들어내지만, 버클리대 연구진과 국립재활용에너지연구소(NREL)는 수소의 대량 생산 방법을 찾아냈다. 즉, 녹조류인 해캄에 황 공급을 중단하면 광합성이 느려진다는 사실을 알아낸 것이다.
“녹조류는 황이 없으면 자동으로 산소 생산을 중단하고 수소를 만들어 낸다”고 버클리대학 미생물교수인 태시오스 멜리스 교수가 밝혔다. 그에 따르면, 이렇게 녹조류가 전환되는 작용은 일종의 필사적인 생존전략으로 보인다고 한다. 즉, 필수영양소나 황의 공급이 중단되면 광합성을 멈추고 20시간 내에 물질대사를 전환, 자기 지방을 태우며 무공해 수소를 생산한다는 것이다.
이론적으로는 4,000평방미터 크기의 연못에 최적의 조건을 갖췄을 때, 하루 동안 생산되는 수소의 양은 최신형 포드 수소자동차를 1,500km 이상 운행할 수 있는 정도다. 하지만 현재 실험실의 녹조류 배양기로는 최대 생산량의 15%에도 미치지 못하는 수소를 생산한다. NREL의 마이클 세이베르트는“생산량을 더욱 높일 수 있는 방법을 찾아내는 게 급선무”라고 말한다.
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