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내 성격 알려주는 MBTI 맹신은 금물?! 1 난 ISTJ형이야. 책임감이 강하지. 그래? 난 상상력이 풍부한 ENTF형인데? 최근 SNS를 타고 많은 곳에서 유행하는 성격 검사가 있다. [마이어스-브릭스 유형 지표]가 그것. 2 일명 MBTI라 불리는 이 검사는 세계에서 가장 유명한 성격검사 중 하나다. 단순 흥밋거리 외에도 몇몇 기업이나 학교에서 활용할 정도로 널리 실효성을 인정받고 있다. 3 그런데 정말 질문 몇 가지로 성격을 재단하는 것이 가능한 일일까? 의외로 많은 학자들은 이 검사의 신빙성에 의구심을 나타내고 있다. 4 MBTI는 캐서린 쿡 브릭스와 그의 딸 마이어스가 카를 융의 이론에 근거해 만든 성격 분류 테스트다. 카를 융은 1920년대를 주름잡은 분석심리학의 대가지만, 100년이 지난 지금 시점으로 봤을 땐 완벽하지 않다. 5 무엇보다 수많은 테스트를 통해 실증을 진행하는 실험 심리학이 본격적으로 자리 잡기 이전의 시기다. 객관적 검증 없이 만들어진 MBTI 테스트에 허점이 많이 있을 수밖에 없다는 얘기다. (허점 관련 이미지.. 그물에 구멍이 뚫려 있다거나... 하는 식으로 부탁드려요) 5 가장 대표적인 비판이 같은 사람의 결과값이 바뀐다는 것. 실제 MBTI를 진행한 많은 이들이 다음 번 결과값이 달라지는 것에 의구심을 표하는 사례가 많다. 6 왜 이런 일이 일어날까? 기본적으로 자기 보고(self-report)식 검사의 한계로 보는 시각도 있다. 상황이나 심리에 따라 응답이 매번 달라질 수 있다는 것. 다만 이는 꼭 MBTI만의 문제는 아니다. 6 가장 큰 문제는 16가지 범주로 수많은 성격을 재단한다는 점이다. 실제 사람이 갖고 있는 다양한 성격을 지나치게 단순화한다는 분석 7 MBTI는 기본적으로 대립되는 2가지 유형으로 사람을 살펴본다. // 외향(E)-내향(I) 감각(S)-직관(N) 사고(T)-감정(F) 판단(J)-인식(P) // 8 문제는 실제 사람의 성격은 그 중간 어디쯤이라는 것. 외향적인 사람이라 해도 어느 정도는 내향적 인간의 특징이 섞여있다는 점이다 9 그러나 16가지 분류에서는 한 유형에 해당되냐 안되냐만이 중요하다. 사람은 그렇게 극단적 존재가 아니기에 어찌 보면 그때 그때 결과값이 달라지는 것도 당연한 일일지 모른다. 10 최근에는 신경성, 신경증 혹은 신경증적 경향성이라 불리는 요인을 정확하게 반영하지 못한다는 비판이 많다. 쉽게 말해 예민하고 걱정이 많으며, 부정적인 성격이다. 11 당연히 이런 신경성과 현대인의 정신 건강은 밀접한 관계가 있기 마련. 그러나 MBTI로는 이러한 경향을 파악할 수 없기에, 그 활용도에 있어서 치명적 결함이 있다고 볼 수 있다. 12 결국 MBTI의 명확한 과학적 근거는 없다고 보는 것이 심리학계의 주류. 가볍게 나 자신을 성찰해 보거나 서로를 알아가는 흥밋거리 정도가 전문가들이 전하는 MBTI의 용도라 할 수 있겠다. 2020-10-26 조회수 : 2
인류를 구한 곰팡이, 페니실린의 발견 류 최초의 항생제는 영국의 알렉산더 플레밍이 찾아낸 페니실린(Penicillin)이라 할 수 있다. 플레밍은 1881년 스코틀랜드에서 농부의 아들로 태어나 세인트 메리 의과대학에 들어가 미생물학자가 됐다. 그는 페트리접시라는 특수한 배양접시에 미생물을 키우면서 미생물의 성장을 억제하는 물질을 찾아내는 일에 관심을 가지고 있었다. 이런 연구를 통해 눈물에서 추출한 라이소자임(Lysozyme)이라는 효소가 몇몇 박테리아의 성장을 억제한다는 사실을 밝힌 바 있다. 우연이 가져다 준 발견 종종 위대한 발견에는 행운이 따르는 법이다. 플레밍이 일하던 실험실의 아래층에서는 곰팡이를 연구하던 라투슈가 실험을 하고 있었다. 1928년 여름 플레밍은 포도상구균을 기르던 접시를 배양기 밖에 둔 채로 휴가를 다녀왔다. 휴가에서 돌아온 플레밍은 페트리접시를 확인하던 중 푸른색 곰팡이가 페트리 접시 위에 자라있고 곰팡이 주변의 포도상구균이 깨끗하게 녹아있는 모습을 발견했다. 그냥 재수 없는 일이라고 넘길 수도 있었다. 그러나 그는 곰팡이가 포도상구균의 성장을 막고 있다는 것을 알아차렸다. 나중에 알려진 사실이지만, 푸른곰팡이의 대부분은 페니실린을 만들지 못하고 오직 페니실리움 노타툼(Penicillium notatum)만이 페니실린을 만든다. 그리고 이 특별한 곰팡이는 아래층의 라투슈의 연구실에서 올라와 플레밍의 페트리 접시에서 자리를 잡고 자란 것이었다. 플레밍은 문제의 곰팡이를 배양했다. 그리고 배양된 곰팡이를 새로운 액체 배지에 옮기고, 다시 1주일이 지난 뒤 배양액을 1000분의 1까지 희석했는데도 포도상구균의 발육이 억제됐다. 이로써 곰팡이가 생산해 내는 어떤 물질이 강력한 항균작용을 나타낸다는 점이 확실해졌다. 그 곰팡이는 페니실리움(Penicillium)속에 속했으므로 그 이름을 따서 곰팡이가 만든 물질을 페니실린(penicillin)이라고 불렀다. 페니실린은 포도상구균 외에도 여러 종류의 세균에 대해 항균작용을 나타냈다. 특히 연쇄상구균, 뇌수막염균, 임질균, 디프테리아균 등 인간과 가축에 무서운 전염병을 일으키는 병원균들에 효과가 컸다. 이와 더불어 페니실린은 다른 약물들에 대체로 취약한 인간의 백혈구에 전혀 해를 끼치지 않는다는 점과 페니실린을 생쥐에 주사해도 거의 해가 없다는 사실을 확인했다. 플레밍은 이듬해인 1929년 연구결과를 영국 실험병리학회지에 발표했다. 사진. 페니실린의 원료인 곰팡이, 페니실리움 노타툼. (출처: wikipedia) 페니실린의 약제화 그러나 페니실린 상용화에는 중요한 장애물이 있었다. 곰팡이를 직접 인간에게 투입할 수는 없기 때문에 페니실린을 약품으로 정제해야 하는데 플레밍에게 쉬운 일이 아니었다. 다행히 플레밍의 위대한 발견은 오스트리아 출신 플로리와 유대계 독일인 체인 덕분에 사장되지 않고 세상에 나올 수 있었다. 1935년 옥스퍼드 대학의 병리학교수로 발령받은 플로리는 곧 체인을 화학병리학 실험 강사로 채용했다. 플로리는 전부터 눈물과 침 등 점액에 들어있는 라이조자임에 관한 플레밍의 논문에 관심이 있었다. 플로리는 1937년 체인과 공동으로 라이조자임을 정제하는데 성공했다. 그들은 라이조자임을 연구하는 동안 항균물질에 대한 논문을 많이 읽었는데 특히 플레밍의 페니실린 논문을 읽고 흥미를 느꼈다. 1939년 플로리와 체인은 페니실린 연구에 착수했고 반년 동안의 노력 끝에 페니실린을 정제해 결정을 얻는데 성공했다. 그들은 정제된 페니실린으로 동물실험을 거듭해 1940년 의학 저널 란셋에 페니실린이 강력한 전염병 치료 효과를 갖고 있다는 연구결과를 발표했다. 이제 남은 것은 인간 대상의 임상시험이었다. 이듬해인 1941년 인간에게 최초로 페니실린이 투여됐다. 패혈증으로 회복 가능성이 전혀 없는 앨버트 알렉산더에게 페니실린 200mg이 투여된 것이다. 페니실린은 3시간 단위로 투여됐는데 그 효과는 놀라웠다. 24시간도 안 돼 알렉산더의 상태가 눈에 띄게 좋아진 것이다. 체온이 정상으로 떨어지고, 곪아가던 상처가 낫기 시작했으며 입맛도 돌아왔다. 사람들은 기적이 일어낫다고 생각했다. 엿새 만에 임상약이 떨어지는 바람에 알렉산더는 사망했지만, 이 임상시험 페니실린의 효능을 세상에 확실하게 알린 사건이었다. 페니실린은 제2차 세계대전 중 상용화에 성공해 1943년부터 사용되기 시작했다. 1944년부터는 민간에도 사용돼 수많은 전염병 환자의 목숨을 구할 수 있었다. 플로리와 체인은 페니실린의 개발자인 플레밍과 함께 1945년 노벨 생리의학상을 수상했다. 이렇듯 페니실린의 발견은 인간이 미생물과의 싸움에서 엄청난 무기를 획득하게 된, 역사적으로 매우 중요한 사건이다. 글 : 서홍관 과학칼럼니스트 2020-10-26 조회수 : 0
코로나 바이러스의 숙주세포 침입을 막는 250개 후보 분자군 선정 최근 프랑스 연구팀은SARS-CoV-2가 단백질가위TMPRSS2를 통해 세포 내 침입하는 기전을 밝히기 위해 시중에 나와있는 천여개 이상의 약물정보를 컴퓨팅하는 작업을 수행했다. 코로나를 표적으로 하는 새로운 약물 개발에는 최소 10년 이상이 소요되며, 여러 차례의 임상 단계를 거쳐야 하는 등 실질적인 제약요소가 많다. 이에 따라, 연구자들은 빠른 치료제 개발을 위해 기존의 약물을 활용하는therapeutic repositioning 방식을 채택하고 있다. 이는 기존에 성능과 부작용이 알려진 약물 분자들을 활용하여 새로운 바이러스에 어떠한 작용을 미치는 지 살펴보는 방식이다. 이와 같은 방식을 기반으로 프랑스 연구팀은 코로나 바이러스가 세포에 침입하는 것을 막을 수 있는 수십가지의 분자 목록을 확인하는 데 성공했다. SARS-CoV-2는 표면 단백질 인 Spike (S 단백질)를 숙주의 ACE2 수용체와 결합시키는 방식을 통해 숙주세포로 침입할 준비를 마친다. 바이러스가 숙주 세포와 결합을 마치면, TMPRSS2라는 또 다른 세포 단백질이 바이러스가 숙주세포로 침입하는 것을 돕는다. 이 과정에서 세린 프로테아제 억제제를 활용할 경우, 바이러스의 S 단백질을 절단하여, 바이러스가 숙주세포에 침투하는 것을 막을 수 있는 것으로 알려져 있다. 프랑스 연구팀은 이 중 TMPRSS2의 기전에 주의를 기울이고 있으며, TMPRSS2가 비활성화 될 경우, 바이러스가 숙주세포로 침투하는 데 큰 어려움을 겪는다는 사실을 확인했다. 현재까지 TMPRSS2의 삼차원 구조는 실험적으로 밝혀진 바가 없지만, 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션인 인실리코(in-silico) 방식을 통해 단백질 모형을 구현하는 데 성공했다. 또한 연구팀은 전 세계에서 수집한 약 10,000개의 약물 분자 데이터를 활용하여 S단백질 및 TMPRSS2단백질의 작용을 막는 분자들을 찾아내는 데 성공했다. 이 분자 후보군들은 실험관 및 세포 실험을 거친 후, 임상단계로 이어질 예정이다. 본 연구에 관한 최종결과는 올해 말에 발표될 예정이다. 2020-10-26 조회수 : 0
마스크가 어린이의 감정 인지에 영향을 줄 수 있다? 우리나라가 코로나 방역에서 성공하고 있는 것은 전 국민이 모두 마스크를 잘 착용하기 때문이다. 전문가들은 입을 모아 마스크가 최고의 백신이라는 말한다. 이제 우리는 언제 어디서나 마스크를 쓰는 새로운 시대를 맞이했다. 하지만 마스크 때문에 불편한 점도 있다. 답답하고 숨 쉬기 어렵고 마스크를 사는 비용도 쌓이면 만만치 않다. 특히 바깥에서 마음껏 뛰어 놀아야 할 어린이들이 마스크 때문에 활발히 활동하지 못하는 모습을 보면 안타깝기도 하다. 그런데 아동 발달 전문가들은 신체 활동 외에도 아동의 인지 발달 능력에 마스크가 좋지 않은 영향을 줄 수도 있다고 경고한다. 마스크는 표정이라는 비언어 의사소통을 가린다 인간은 말로만 의사소통을 하는 것이 아니다. 웃고, 찌뿌리고, 인상 쓰는 것 같은 표정으로도 상대방과 대화한다. 즉 우리는 감정을 통해 상대방의 마음을 읽고 공감하는 것이다. 하지만 어릴 때부터 마스크를 쓴 얼굴만 보아 사람의 얼굴 표정을 볼 수 없다면 타인의 감정을 읽어내는 인간의 독특한 능력이 저해될 가능성이 있다. 예를 들어 이런 상황을 생각해 보자. 아이가 불이 켜져 있는 뜨거운 가스렌지로 다가간다. 그때 어머니가 인상을 찡그린 무서운 얼굴을 하며 쳐다보자 멈칫 한다. 그럼 아이는 뜨거운 가스레인지에 가까이 가는 것은 위험한 일이라는 것을 표정을 통해 알게 된다. 사진 1. 인간은 언어뿐만 아니라 표정으로도 의사소통한다. 마스크는 의사소통 능력을 키워가는 어린이가 타인의 감정을 알아차리기 힘들게 할 수 있다. (출처: shutterstock) 이는 아직 걷지 못하는 유아들을 대상으로 한 연구에서도 확인됐다. 시각적으로 절벽처럼 보이게 하는 바닥에 아이를 놓고 그 앞에는 엄마가 장난감을 들고 있다. 그리고 엄마는 웃거나 무서운 얼굴을 하도록 연구자에게 지시를 받았다. 실험 결과 대부분의 경우 웃는 얼굴을 볼 때는 절벽처럼 보이는 곳까지 기어갔지만 무서운 얼굴을 볼 때는 기어가지 않았다. 요컨대 얼굴 표정은 아이들이 자기 자신뿐만 아니라 타인과 세계를 바라보고 긍정적인 관계를 맺는 데 영향을 미친다. 하지만 얼굴이 가려져 있다면 아이는 자신의 행동을 옳은지 그른지 객관적으로 평가하고 행동을 더 낫게 교정할 수 있는 기회가 사라진다. 게다가 표정으로 상대의 마음을 읽고 상대의 기분에 맞추어 배려하는 사회적 예절 능력을 함양하기도 어려워 진다. 새 시대에 맞는 감정 교육이 필요해 그렇다고 해도 마스크를 벗을 수는 없다. 어찌 되었든 가장 중요한 것은 바이러스를 무찌를 수 있을 때까지 최대한 조심하는 것이기 때문이다. 이에 아동발달 전문가들은 마스크 시대에 맞는 새로운 아동 교육법이 필요하다고 주장한다. 몇 가지를 소개하겠다. 첫째, 자녀에게 마스크를 벗으며 웃는 얼굴을 보여주는 행동을 여러 번 반복한다. 그럼으로써 보이지 않더라도 자녀에게 미소를 보내고 있다고 확신시킨다. 이는 부모와 자녀가 애착 관계를 형성하는 데 주요하게 작용한다. 둘째, 아이에게 눈과 눈썹을 주의 깊게 보라고 가르친다. 부모는 최대한 눈과 눈썹으로 자신의 감정을 표현하고 어떤 감정을 표현했는지 아이와 대화한다. 이를 마치 퀴즈 놀이처럼 진해해 반복함으로써 아이가 다른 사람의 눈과 눈썹을 보고도 감정을 짐작할 수 있게끔 연습한다. 사진 2. 이제 코로나 시대에 걸맞은 새로운 감정 교육이 필요하다. (출처: shutterstock) 분명히 우리 사회는 과거와는 완전히 달라졌다. 바이러스와 함께 살아가는 팬데믹 시대에는 그에 맞는 교육법이 필요하다. 교육 현장에서는 아이들이 최대한 비언어적 의사소통 학습을 할 수 있도록 다양한 비디오 자료를 활용하는 것이 좋다. 방역 당국도 혹 입이 드러나는 형태의 마스크도 바이러스를 막을 수 있다면 교사와 부모들이 이를 사용할 수 있도록 장려하는 것도 필요해 보인다. 글: 홍종래 과학 칼럼니스트/일러스트: 이명헌 작가 2020-10-19 조회수 : 2
에오세 시대의 이산화탄소와 기후 간의 연관성에 대한 새로운 연구결과 독일 GEOMAR Helmholtz-Zentrum fr Ozeanforschung Kiel, 영국 카디프 대학(Cardiff University), 개방 대학(The Open University), 브리스톨 대학(University of Bristol), 미국 캘리포니아 대학(University of California)의 연구진은 고대 해양 플랑크톤의 화석을 통해서 대기 중의 CO2가 어떻게 변화되었는지에 대한 비밀을 밝혀내었다. 수 세기 후의 지구 온난화를 더 잘 예측할 수 있는 한 가지 방법은 과거의 기후 변화를 조사하는 것이다. 그래서 이번 연구진은 약 3천만년 전의 에오세(Eocene Epoch)의 기후를 면밀히 조사했다. 그 때는 현재보다 14 ℃ 더 따뜻했다. 이번 연구를 통해서 대기 중의 이산화탄소의 영향은 이전에 예상했던 것보다 훨씬 더 클 수 있다는 것을 발견했다. 에오세는 5천6백만년 ~ 3천4백만년 사이를 말하고, 북미와 유럽 일부가 습한 늪지대이었고, 남극 대륙은 열대 우림이었다. 그러다가 대기는 급격하게 냉각되었고, 남극 대륙은 빙하로 덮이게 되었다. 지금까지 에오세 동안에 기후와 CO2 간의 연관성을 알지 못했다. 최근 기후 모델 연구에서는 따뜻한 기후가 추운 기후보다 CO2 변화에 더 민감하다고 제안하고 있다. 이것은 CO2가 증가하고 지구가 점점 더 따뜻해짐에 따라 CO2의 양이 기후에 특히 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 보여준다. 이번 연구진은 이것을 세계 최초로 광범위하게 조사했다. 우선, 이번 연구진은 지표수 산성도(pH)와 바다의 방해석 포화(calcite saturation) 상태를 조사함으로써 대기 중의 CO2가 에오세 기간 동안에 어떻게 변화되었는지를 계산했다. 사용된 데이터는 에오세 기간 동안 해저에 퇴적된 고대 해양 플랑크톤 화석 껍질의 붕소 동위원소 조성을 조사함으로써 얻었다. CO2에 대한 새로운 연구결과는 에오세 기후 변화에 대한 새롭고 포괄적인 관점을 제공하고, CO2 정도와 따뜻한 기후 상태 간에 연관성을 가졌다는 강력한 증거를 제공한다. 이것은 화산 활동, 암석 풍화, 유기 물질의 매장이 CO2의 농도와 기후에 어떤 영향을 끼치는지를 보여준다. CO2에 대한 이러한 연구는 가장 따뜻했던 에오세 초기 부분 동안에 지구가 CO2 변화에 더 민감했다는 것을 보여주고 있다. 이번 연구에는 질량 분석기와 청정 실험실을 사용해서 수행되었고, 세계 최고의 키트를 사용함으로써 유공충(foraminifera) 속의 붕소 양을 매우 정밀하게 측정할 수 있었다. 따뜻한 에오세 동안에 기후가 더 민감하게 반응했다는 것이 증명되었기 때문에, 다음 연구 단계는 이것이 왜 그런지에 대한 원인을 파악해서 미래 기후를 예측하는 것이 될 것이다. 이러한 방법을 사용하면 과거에 기후가 어떻게 변했는지를 알 수 있고 그 이유에 대한 통찰력을 얻을 수 있다. 실제로 과거의 대기 CO2를 재구성할 수 있다면 수백만 년 전의 기후 민감도를 알 수 있고, 이를 최첨단 기후 모델 속에 삽입함으로써 미래 기후를 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있게 될 것이다. 2020-10-19 조회수 : 0
악어에게 헬륨가스 주입하고, 똥으로 칼 만든다? 황당무계한 2020 이그노벨상 1 청명한 하늘이 많은 이들의 감성을 건드리는 가을이다. 매년 이맘 때가 되면 모든 과학기술인의 가슴을 두근거리게 하는 노벨상 시상식이 열리기도 한다. (노벨상 관련 이미지) 2 이와 함께 진행되는 조금 특별한(?) 시상식 역시 많은 이들에게 웃음과 감동을 준다. 다소 황당무계하지만, 창의성이란 가치를 누구보다 중요시하는 이그노벨상이 그것이다. 3 노벨상의 패러디인 이그노벨상은 또 어떤 기발한 연구를 우리에게 전해줄까. 2020 이그노벨상의 주인공들을 사진과 함께 알아보자. 4 음향학상(ACOUSTICS PRIZE): 악어가 헬륨가스를 마시면? 오스트리아, 스웨덴, 일본, 미국, 스위스라는 다국적(?) 공동 연구진은 파충류가 내는 몸집과 소리의 연관관계를 입증하고자 했다. 5 연구진이 이를 위해 암컷 악어를 헬륨가스가 있는 통에 넣어 보았더니 실제로 몸집에 따라 소리 주파수가 달라졌다. 특히 번식기에 자신의 크기를 과시하기 위해 악어들이 큰 소리를 낸다는 분석이다. 6 심리학상(PSYCHOLOGY PRIZE): 눈썹 진할수록 나르시시스트? 캐나다 토론토대 미란다 지아코민 박사 연구팀은 눈썹과 자기애와의 상관관계를 분석했다. 눈썹이 진할수록 자기애가 강하다는 것이 연구팀이 내린 흥미로운 결론이다. 7 한편 온라인으로 생중계된 이번 시상식에서 수상자들은 화려한 세레모니(?)로 기발한 웃음을 주기도 했다. 심리학상을 수상한 니콜라스 룰 박사가 지폐를 눈썹에 붙인 모습이 유쾌하다. 8 경제학상(ECONOMICS PRIZE): 소득 높을수록 키스 자주해 스코틀랜드 애버테이 대학 크리스토퍼 왓킨스 연구팀은 약 3천명을 대상으로 설문조사를 진행했다. 주제는 경제 수준과 키스의 상관관계 9 그 결과 실제 소득이 높을수록 키스를 자주 하는 것으로 나타났다. 당연한 말이겠지만, 소득이 높고 키스를 자주 하는 부부일수록 관계 역시 안정적인 것이라는 사실도 드러났다. 10 곤충학상(ENTOMOLOGY PRIZE): 곤충학자도 거미는 무서워 곤충 연구자인 리처드 베터 박사의 연구 역시 흥미롭다. 곤충학자들이 가장 무서워하는 생물체는 곤충이 아닌 거미라는 것. 11 베터 박사에 따르면 단지 2개 더 있는 다리와 많은 털이 큰 영향을 끼친다고 한다. 악몽에도 자주 나온다는 걸 보면, 전문가도 공포는 어쩔 수 없는 모양이다. 12 재료과학(MATERIALS SCIENCE PRIZE) 가장 엽기적인 연구는 인분을 얼려 만든 칼. 영-미 과학자 7명은 이누이트 족이 배설물로 칼을 만들었다는 이야기를 과학적으로 검증하고자 했다. 13 영하 50℃에서 꽁꽁 언 인분칼은 실제 고기를 썰 수 있었을까? 실제 실험 결과 이러한 시도는 전혀 통하지 않았다고 한다. 14 이밖에도 살아있는 지렁이에 고주파를 가한 물리학상(MEDICINE PRIZE), 정치인이 의사보다 더 생사에 큰 영향을 미친다며 코로나 위기를 정치적으로 이용했음을 비꼰 의학교육상(MEDICAL EDUCATION PRIZE) 등이 많은 호응을 얻었다. 때론 반면교사의 교훈을, 때론 기발한 창의성을 전해주는 이그노벨상의 유머야말로 삭막한 세상의 오아시스가 아닐까. 2020-10-12 조회수 : 8
매듭 속에 있는 수학적 세계 요즘은 블루투스 이어폰을 쓰기 때문에 경험하기 어렵지만 줄이 있는 이어폰을 쓸 때는 꼬여버린 매듭을 푸는 데 한참 시간을 보내고는 했다. 도대체, 왜, 어쩌자고 이어폰 줄은 이렇게 거듭거듭 꼬여 매듭을 이루는 걸까? 주머니 속에서 벌어지는 이어폰 줄의 조화를 이해하는 데 수학이 도움이 될 수 있다. 바로 매듭을 분류하고 이들의 변형을 연구하는 매듭론 덕분이다. 매듭론은 위상수학의 한 분야로 순수수학치고는 꽤나 구체적인 현실을 다룬다. 다만 여기서 말하는 매듭이란 일상생활에서 접하는 매듭과는 약간 다르다. 흔히 접하는 매듭은 그저 실을 꼬아서 묶는 것을 일컫지만, 매듭론에서 다루는 매듭은 처음과 끝을 이어놓은 실, 즉 완전한 폐곡선(closed curve) 형태를 말한 다. ■ 매듭론의 기원, 소용돌이 매듭론이 폐곡선 형태의 구체적인 대상을 다루는 이유는 그 기원이 물리학의 소용돌이(vortex)를 설명하는 과정에서 탄생했기 때문이다. 여기서의 소용돌이란 흔히 생각하듯 물이나 공기가 뱅뱅 돌며 휘몰아치는 그 소용돌이가 맞다. 과학적으로 엄밀하게 정의하자면, 소용돌이는 유체의 일부가 원운동을 하는 부분을 이르는 말로 별다른 방해가 없는 이상적인 상황에서는 폐곡선을 따라 영원히 회전한다. 인스턴트 커피에 물을 붓고 휘저을 때를 생각해 보자. 잔속의 물은 한 덩어리로 원운동을 하는 것처럼 보이지만, 자세히 보면 찻잔에 가까운 부분의 커피 분말은 물을 따라 회전하지 않고 제자리에서 뱅뱅 맴도는 경우가 있다. 물의 흐름 근처에 작은 크기의 소용돌이가 생기는 것이다. 이는 산속 개울에서 종종 볼 수 있는, 물가의 나뭇잎이 하류로 떠내려가지 않고 제자리에서 맴도는 것과 비슷한 현상이다. 이를 더욱 미시적으로 살펴보면 한 방향으로 흘러가는 듯 보이는 유체(fluid, 액체와 기체를 합쳐 부르는 용어)들도 미세한 소용돌이의 연쇄로 이루어진다는 사실을 알 수 있다. 이를 체계화한 이론이 바로 유체에서의 소용돌이 이론, 흔히 보텍스(vortex)라고 말하는 이론이다. 보텍스 이론은 미세한 소용돌이가 최소 단위를 이루고 이들이 모여 커다란 유체의 움직임을 구성한다고 본다. 따라서 단위 소용돌이의 성질과 변화를 분석하면 전체 유체의 흐름도 예측할 수 있을 것이다. ■ 현실을 설명하는 수학, 과학을 바꾸는 수학 매듭은 그것을 이루는 실이 서로 교차돼 꼬인 부분이 몇 개인지에 따라 구분한다. 가장 기본적인 형태의 매듭은 교차된 부분이 없는 원형이다. 원형매듭을 중간을 끊지 않은 채 이리저리 복잡하게 꼬아 놓아도 꼬인 부분을 신중하게 풀어나가면 끈을 자르지 않고도 원래의 원형으로 되돌릴 수 있다. 이때 원래의 원형 매듭과 복잡하게 꼬아 놓은 매듭은 동일한 매듭이다. 실뜨기 놀이를 할 때 고리로 묶어 놓은 실의 모양이 다양하게 변화하지만 손에서 빼는 것만으로 간단하게 원래의 원형 고리로 되돌릴 수 있다는 점을 생각해보면 된다. 그림 1. 가장 기본적인 매듭인 원형 매듭(왼쪽)과 그 변형(오른쪽). 두 매듭은 얼핏 달라 보이지만 원형 매듭을 적당히 꼬아 놓으면 오른쪽의 매듭이 나온다. 이 과정에서 매듭의 중간을 자르거나 하는 일이 없었으므로 두 매듭은 같은 매듭이다. (출처 : wikipedia) 그렇다면 복잡하게 얽힌 두 매듭이 같은지 다른지 어떻게 알 수 있을까? 이를 설명한 사람이 독일의 수학자 쿠르트 라이데마이스터(Kurt Reidemeister)다. 라이데마이스터는 하나의 매듭이 같은 종류의 다른 매듭으로 변할 때 세 가지 변형을 거친다는 사실을 알아냈다. 막상 그림으로 보면 맥 빠지게 간단하고 자명해 보이는 개념이지만, 이를 통해 하나의 매듭이 어떤 매듭으로부터 변형된 것인지 증명할 수 있다. 바꾸어 말하면 라이데마이스터 변형으로는 결코 변하지 않고 보존되는 수학적인 양이 있어, 이 양에 따라 매듭을 구분할 수 있다는 뜻이다. 매듭이 꽤나 매력적인 주제였는지 많은 수학자들이 매듭에 지속적으로 관심을 두고 연구했다. 20세기 들어서는 대수구조를 이용하여 매듭을 함수 형태로 분석하기 시작하면서 본격적으로 체계화됐으며, 이 과정에서 땋임(braid)과 통합된다. 땋임이란 머리카락을 땋듯 몇 가닥의 실을 꼬아 놓은 모양을 일컫는다. 매듭과 달리 양쪽이 연결되지 않은 실 여러 가닥이 얽힌 모양이다. 땋임을 연결한 형태는 특정한 대수적 구조인 군(群)으로 정의할 수 있으며 이를 땋임군이라고 한다. 땋임군의 구조를 매듭에 적용하면, 서로 땋인 실의 아래쪽과 위쪽을 서로 연결할 때 매듭이 만들어진다는 사실을 확인할 수 있다. 별 걸 다 연구한다 싶겠지만 의외로 매듭과 땋임 연구는 매우 중요하다. 복잡한 3차원 구조를 수학적으로 분석함으로써 어떻게 변형이 가능한지 예측할 수 있게 해 주기 때문이다. 대표적으로 활용되는 분야가 바로 분자 생물학이다. 분자생물학에서 가장 중요한 연구 대상 중 하나가 DNA다. 유전 정보를 담은 DNA는 평소에는 차지하는 공간을 줄이기 위해 빽빽하게 꼬인 상태로 존재한다. 그러다 유전정보를 복제하거나 단백질을 만들어내야 할 때 잔뜩 꼬인 나선 구조를 풀어야 하는데, 효소가 가장 효율적으로 꼬임을 풀 수 있도록 DNA의 적당한 부분을 끊는다. 매듭이론은 이 과정을 분석하는 데 매우 요긴하다. 그림 2. 세 가지 유형의 라이데마이스터 변형. 첫 번째 그림의 1종 변형은 한 가닥, 두 번째 그림의 2종 변형은 두 가닥, 세 번째 그림의 3종 변형은 세 가닥의 실이 있을 때의 변형 방법이다. 세 경우 모두 왼쪽의 실을 중간에 자르거나 다시 붙이는 일 없이 적당히 변형시키면 오른쪽의 형태를 얻을 수 있으며 화살표 양쪽의 매듭은 수학적으로 서로 동일하다. (출처 : wikipedia) 생물학 외에도 매듭론은 여러 분야에 응용된다. 국내에서 발표된 것 중 중요한 사례로는 땋임군을 이용한 암호 이론이 있다. 이는 세계에서 최초로 한국의 연구자가 개발한 독자적인 암호 체계로 후속 연구가 계속 진행 중이다. 물리학의 최전선인 양자장 이론에서도 매듭론은 중요한 역할을 한다. 단순한 고리에서 시작된 연구가 세상의 근본 원리를 탐구하는 열쇠가 된 것이다. 글 : 김택원 과학칼럼니스트 2020-10-12 조회수 : 2
코로나 대유행으로 배우는 기후 안정화 방안 독일 포츠담 기후 영향 연구소(Potsdam Institute for Climate Impact Research), 베를린 샤리테 의과대학(Charit- Universittsmedizin Berlin), 포츠담 대학(University of Potsdam)의 연구진은 코로나 대유행과 기후 변화 간의 유사점을 강조하면서 이런 문제들의 해결을 위한 글로벌 노력을 이끌어낼 수 있는 새로운 연구를 발표했다. 코로나 위기는 글로벌 비상 예방 및 관리를 위한 테스트 케이스이다. 코로나 대유행은 반응 시간을 최소화할 때 더 큰 공중 보건 위기를 피할 수 있다는 것을 보여주었다. 이런 교훈을 마음에 새기고 이것을 기후 비상 관리에 적용하면 현재의 기후 변화를 지연시키거나 해결할 수 있을 것이다. 이번 연구진은 진단, 예후, 치료, 재활의 4 개의 차원으로 위험 관리를 분류했다. COVID-19 대유행은 지구 평균 기온을 안정시키는데 기여를 했을 것으로 이번 연구에서 추론했다. 코로나 바이러스와 기후 위기의 위험 및 원인을 과학적으로 평가하고 정량화할 필요가 있다. 그러나 진단만큼이나 중요한 것은 예후적인 접근 방식이다. 뉴질랜드와 독일 같은 국가는 발병 가능성을 예측해서 즉각적인 조치를 취할 수 있었다. 같은 맥락으로 기후 위기의 위험 및 원인을 알 수 있다면 글로벌 커뮤니티들은 기후 위험 평가를 이용함으로써 즉각적인 조치(의사결정 및 법률)를 취할 수 있을 것이다. 이번 연구에서는 전염병에 대한 통찰력이 기후 변화의 원인과 증상을 해결하는데 도움을 줄 수 있을 것이라고 주장하고 있다. 코로나 바이러스와 기후 위기는 인간에 의해서 발생하고 있다. 좋은 점은 정부 조치와 개인의 생활 방식 변화가 결합될 때 전염병 피해를 예방할 수 있다는 것을 증명했다는 것이다. 의지가 있다면 길은 분명하게 존재한다. 이번 연구진은 사회적 정의 원칙을 기반으로 국제적인 기후 코로나 협약을 제안했다. 젊은 세대는 사회적 거리두기 조치를 취함으로써 COVID-19로부터 노인을 보호해야 하고, 노년층은 파리 협약에 따라 지구 온난화를 감소시키는 조치를 취함으로써 깨끗한 지구를 후세에게 물러줘야 할 것이다. 코로나 대유행 이후에 새로운 형태의 사회적 상호 작용이 쏟아져 나온다면 지구 기후를 안정화시킬 수 있는 협력에 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 즉, 현재의 COVID-19 대유행은 기후 변화를 완화하려는 노력에 귀중한 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. 2020-10-12 조회수 : 13
금성에서 생명 활동의 증거를 발견하다! 이렇게 광활한 우주에 오로지 지구에만 생명체가 있다면 이 어찌 낭비가 아니겠는가? 인류는 이미 오래전부터 외계의 생명체를 찾으려고 노력해 왔다. 하지만 인간을 닮거나 인간보다 똑똑한 지적생명체는 아직까지 보고된 바 없다. 그렇다면 우리 태양계에는 지구 이외의 곳에 미생물이라도 없는 걸까? 최근 과학자들을 흥분하게 하는 발견에 따르면 금성 대기에서 생명 활동의 존재를 암시하는 물질이 발견됐다. 어쩌면 지구만이 생명이 있는 유일한 행성이 아닐지도 모른다! 이번에 발견된 물질은 인의 수소화합물인 포스핀(PH3)이라는 물질이다. 수소 원자 3개가 인 원자 1와 결합한 물질로 가연성의 썩는 것 같은 악취가 나는 기체다. 왜 포스핀이 생명 활동의 근거가 될까? 생명 활동 없이는 포스핀의 존재 설명할 수 없어 그것은 포스핀이 산소가 없는 곳에서 서식하는 혐기성 미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 생성되는 물질이기 때문이다. 이 물질 금성에서 더욱 중요한 이유는 그동안 금성의 환경이 가혹해 포스핀이 발견되리라고는 전혀 기대하지 않아서이다. 이번 연구를 수행한 영국 카디프대 연구진은 금성 대기 중 포스핀이 20ppb로 극미량 관찰됐다고 발표했다, 이는 분자 1억 개당 고작 20개에 해당하는 매우 적은 양이지만 금성에서는 너무나 많은 양이다. 포스핀은 쉽게 분해되는데, 과학자들은 강산성인 금성의 대기 조건에선 16분 정도면 포스핀이 분해될 것이라고 봤다. 따라서 20ppb의 농도를 유지하려면 분해되는 만큼 포스핀이 많이 생성돼야 한다는 의미이다. 금성의 표면은 온실효과로 섭씨 500℃에 달한다. 게다가 대기에는 유황이 있어 단백질을 녹인다. 도저히 생명체가 존재할 수 없는 환경인 것이다. 이 때문에, 실제로 포스핀 가스가 있음을 발견한 연구팀도 이게 오류가 아닌지 확인하는데 1년을 추가로 연구했다. 연구진은 금성의 조건을 반영해 번개나 광화학 반응 등으로 포스핀을 생성해보려고 했으나, 금성에서 관측된 포스핀 양의 0.01%도 채 만들어내지 못했다. 결국 생명 활동의 결과일 가능성이 높다는 것이다. 표면과 달리 고도 수십km 상공의 금성 대기는 온도와 기압은 지구와 유사하고 물은 액체 상태를 유지하고 있다. 이번에 포스핀을 발견한 과학자들은 구름의 물방울에서 세포가 번식하고 이 방울이 표면으로 떨어지면서 건조한 포자가 되는 생명체가 있는 것은 아닌지 추측했다. 이 포자 중 일부는 바람을 타고 다시 구름으로 올라가 물방울 속에 흡수돼 번식하는 것이다. 사진 1. 가혹한 환경 때문에 생명이 살 수 없으리라고 여겼던 금성에서 생명 활동의 증거를 찾았다. (출처: shutterstock) 이제 생명 탐사의 무대는 화성이 아니라 금성이다! 금성은 이제 생명의 기원과 진화를 연구하는 새로운 장으로 조명 받고 있다. 그동안은 화성에서 물이 있었던 흔적이 발견되어 주로 화성에서 생명의 기원을 탐색했었다. 미국 NASA는 이미 화성에 무인탐사선을 보내 생명체가 존재하는가 실험한 적이 있었다. 지구와 같은 물질 대사 반응이 일어나는지 총 세 차례에 걸쳐 합성 대사(동화) 실험, 분해 대사(이화) 실험, 가스 교환 실험을 했다. 결과는 모두 실패였다. 화성에 마지막으로 물이 흘렀던 시기는 적어도 수억 년 전일 것으로 추정되므로 지구와 같은 환경을 기반으로 살아가는 생명체는 존재하기 어려운 것 같다. 이번 금성의 생명 활동 발견으로 금성 탐사는 더욱 활발해질 전망이다. 30년 동안 금성 탐사선을 보내지 않았던 미국은 두 가지 금성 프로젝트를 추진하고 있다. 하나는 베리타스(VERITAS) 궤도선 프로젝트다. 베리타스는 금성의 지형과 중력, 토양 성분 같은 표면을 자세히 관찰하는 여행을 떠난다. 다른 하나는 착륙선 다빈치(DAVINCI) 프로젝트다. 착륙에 앞서 낙하산을 타고 금성 표면으로 내려가 1시간 동안 대기 성분을 수집해 검사한다. 사진 2. 이제 생명의 기원과 진화를 다루는 생명 탐사의 무대는 금성이 될 전망이다. (출처: NASA) 물론 모든 과학자가 포스핀 발견이 금성에 생명이 있음을 결정적으로 보여준다고 생각하는 것은 아니다. 여전히 다른 활동의 부산물로 포스핀이 생길 수도 있기 때문이다. 이에 앞으로 과학자들은 금성 탐사를 통해 새로운 증거를 모을 계획이다. 이제 더 이상 지구가 외로운 행성이 아니게 되기를! 글: 이인호 과학칼럼니스트/일러스트: 유진성 작가 2020-10-05 조회수 : 2
최악의 기후변화 시나리오대로 되고 있는 지구 해수면 상승 녹는 속도가 빠른 그린란드와 남극 대륙의 빙하는 1990년대 이후 지구 해수면을 1.8cm 상승시켰고, 정부간 기후변화위원회(IPCC, Intergovernment Panel on Climate Change)의 기후 온난화 최악시나리오와 일치하고 있다. 영국 Leeds 대학교와 덴마크 기상연구소의 새로운 연구에 따르면 만약 이러한 비율이 계속된다면 해수면이 17cm 더 높아지고 세기말까지 매년 1,600만 명이 추가로 해안 홍수를 입을 것으로 예상되었다. 1990년대 인공위성에 의해 처음으로 감시된 이후 남극 대륙에서 녹으면서 세계 해수면이 7.2mm 상승했고 그린란드는 10.6mm를 기여했다. 그리고 최근에는 지구 해수위가 매년 4mm씩 증가하고 있다. Leeds 대학 극지관측 및 모델링센터 연구원이 자 이번 연구의 수석 저자인 Tom Slater 박사는 빙하가 바다와 대기 온난화에 따라 녹게 될 것이라고 예상했지만 그 속도가 상상했던 것보다 훨씬 빨라졌다고 경고했다. 또한 녹는 속도가 사용 중인 기후모델을 앞지르고 있으며 해수면 상승에 따른 위험에 대비하지 못할 위험에 처해 있다고 덧붙였다. 이번 연구에서는 인공위성 조사를 통한 IMBIE(Ice Sheet Mass Balance Intercomparison Exercise) 최근 결과를 기후모델 계산값과 비교하여 IPCC 보고서 상의 최악 온난화 시나리오가 예측한 속도로 지구의 빙하가 녹고 있음을 알아냈다. 이 추세가 계속되면 17cm의 해수면이 추가로 상승하게 되며 세계 많은 해안 대도시의 폭풍홍수 빈도를 두 배로 늘릴 것으로 예상된다. 지금까지 지구 해수면은 대부분 열팽창(해수면이 따뜻해질수록 바닷물의 부피가 팽창)이라는 메커니즘을 통해 증가했는데 지난 5년 동안 대륙빙하와 산악빙하에 지구 온난화를 덮쳐 해수면 상승의 주요 원인이 된 것이다. 2020-10-05 조회수 : 2

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