과학 전문 학술지인 사이언스(Science)는 매년말 ‘올해의 중대한 과학적 발견(Breakthrough of the Year)’을 선정합니다. 올해에는 10가지의 중대 발견들이 선정되었고, 그 중 최고의 이슈로는 중력파를 이용한 중성자별의 충돌 관측을 선정했습니다. 이번 칼럼에서는 올해의 발견으로 선정된 몇가지 이슈들에 대해 간략하게 설명드리면서 2017년도 과학계의 흐름을 정리해 보고자 합니다. 

천체물리학 분야의 새로운 장을 열다.

지난 8월 17일 미국의 라이고 관측소와 유럽의 비르고 관측소에서 중성자별의 충돌에서 발생한 중력파(gravitational wave) 관측에 성공했습니다. 2016년 중력파의 존재가 처음 실험적으로 관측된 후 과학자들은 중력파가 우주의 신비를 밝혀내는 데에 엄청난 공헌을 할 것이라고 예견했고, 일년이 채 되지 않아 벌써 중력파를 이용한 우주 관측이 전 과학계의 가장 주목받는 연구성과가 된 것입니다. 관측된 중성자별의 충돌은 약 1억 3천만년전에 일어난 것으로 계산됩니다. 1억 3천만년전 우주의 한 공간에서 벌어진 일을 관측함으로써 당시의 우주 상황을 알아볼 수 있다는 것만으로도 엄청난 성과이지만, 이는 앞으로 우리가 중력파를 이용해서 알아낼 수 있는 우주 미스테리의 아주 작은 일부분일 뿐이라는 것이 더욱 관련 과학자들을 흥분케 합니다. 중력파를 이용해 우주로부터 도착하는 신호들을 분석할 수 있게 되었다는 것은 우주가 생성된 초기부터 현재까지 사실들이 기록된  CCTV 원본 영상을 입수한 것과 비슷하다고 볼 수 있습니다. 이제 막 그 파일을 재생시켜 내용을 확인하려는 순간에 있으니 가장 관심이 있는 연구 성과로 뽑힌 것이 당연하다고 생각됩니다. 

현생 인류, 호모사피엔스의 기원이 10만년 더 앞당겨지다.

독일 막스플랑크연구소의 쟝 자크 허블린 교수와 모로코 국립고고학유산연구소 벤 은서 교수의 공동 연구진은 지난 6월 북부 아프리카 모로코에 위치한 제벨 이르후드 동굴에서 발견된 호모 사피엔스의 화석이 약 31만년전 것으로 확인되었다고 발표했습니다. 이전 아프리카에서 발견된 가장 오래된 현생 인류의 화석이 에디오피아에서 발견된 약 19만5천년전 것이므로 이번 연구결과에 의해 현재 인류의 기원이 약 10만년정도 앞당겨지게 되었습니다. 현재 전 세계에 퍼져있는 인류는 모두 아프리카에 살던 호모 사피엔스가 이주한 것으로 알려져 있기 때문에, 초기 아프리카에 살았던 호모 사피엔스에 대한 연구는 전 인류의 기원을 알아내는 것에 해당합니다. 그리고, 이번 발견에 의해 그동안 믿고있던 현생 인류 기원의 정설에 대한 수정이 불가피하게 되었습니다. 과학의 어떤 분야이던 현재 우리가 믿고 있는 소위 ‘정설’이라는 것들이 새로운 발견에 의해 언제나 수정 또는 완전한 파기도 가능하다는 것을 보여주는 중요한 예에 해당한다고 생각합니다. 

더욱 더 정교해진 유전자 편집기술

크리스퍼 원리를 이용하지만 DNA의 두 가닥을 동시에 절단하는 대신 염기 하나만을 원하는 대로 바꿀 수 있는 ‘염기 편집’ 기술이 또 하나의 획기적인 연구성과로 꼽혔습니다. DNA는 그 조합이 엄청나게 많은 가능성을 갖고 있지만, 이를 이루고 있는 염기는 아데닌, 티민, 시토신, 그리고 구아닌 4종으로만 이루어져 있습니다. 정상적인 DNA는 이 네종류의 염기들이 아데닌은 티민과, 시토신은 구아닌과 짝을 이루어 염기쌍을 이루고 있습니다. 그런데, 어떠한 이유로 이 짝배열에 문제가 생기면 이를 염기 돌연변이라고 하고, 이는 유전병의 원인이 됩니다. 이러한 염기 돌연변이가 있는 경우 ‘염기편집’ 기술을 이용하면 원하는 염기 하나만을 정확하게 교정할 수 있기 때문에, 많은 유전병 치료의 방법으로 각광을 받고 있습니다. 아직 실제 임상에 사용될 수 있는 기술은 아니지만, 수많은 유전병 치료에 대한 가능성을 넓힌 기술이기에 올해의 과학기술로 선정되었다고 생각합니다.

종합 감기약과 비슷한 종합 항암제

다국적 제약회사인 머크에서 개발한 키트루다(Keytruda)라는 항암제가 지난 5월 미국 FDA의 승인을 받으면서 세간의 주목을 받고 있습니다. 기존의 항암제는 폐암, 자궁암 등 그 위치에 따라 각기 다른 종류의 약품이 사용되어, 국부적 표적치료를 해왔습니다. 하지만, 이번에 승인된 항암제는 각각의 암세포에 주목하는 것이 아니라 환자가 갖고 있는 면역세포들이 암세포들을 좀 더 정확히 구분하여 공격할 수 있도록 도와주는 방식으로 암세포의 종류에 상관없이 작용되기 때문에 모든 암에 범용적으로 사용이 가능하다는 장점이 있습니다. 관련학계는 이 약을 통해 전체적으로 신체에 퍼져있는 암세포를 공격할 수 있게 될 것으로 희망하고 있습니다. 이는 진단이 늦어져 조금 늦게 암을 발견한 경우에도 치료의 가능성을 획기적으로 높여 줄 수 있을 것으로 기대하며, 궁극적으로 암을 완전 정복할 수 있는 밑거름이 될 것으로 생각합니다.

생물학 관련 출판전 논문 포스팅

생물학 관련 출판전 논문 포스팅이 가능해 지면서 예년에 비해 엄청나게 많은 생물학 관련 논문들이 쏟아져 나왔습니다. 과학논문이 출판되기 위해서는 까다로운 심사과정을 통해 걸러지고 수정되는 단계를 거쳐야 합니다. 저명한 학술지에 논문이 나오기 위해서 거치는 과정은 더욱 까다롭고 오랜 시간이 걸립니다. 덕분에 대부분의 연구 결과들이 신뢰도가 높고 검증된 것들이라는 장점도 있지만, 모든 것들이 급변하는 요즘 시대에는 실제 출판되는 논문들은 이미 너무 뒤쳐져 버리는 단점을 갖고 있습니다. 이를 보완하고자 물리학계에서는 이미 오래전부터 출판되기전, 그래서 아직 검증되지는 않은, 하지만 매우 따끈따근한, 논문들을 서로 공유하는 사이트가 유지되어 왔는데, 올해 생물학계에서 이와 같은 출판전 논문 공유 사이트를 운영하기 시작한 것입니다. 이는 생물학계 연구에 폭발적인 가속도를 붙여주는데 큰 기여를 했다고 연구진들은 평가하고 있습니다. 

가장 오래된 얼음을 수집하다

미국 프린스턴 대학교의 연구진은 남극의 앨런 힐(Allen Hill) 근처에서 가장 오래된 빙하 코어 샘플을 채취했다고 발표했습니다. 이전에 알려진 가장 오래된 빙핵보다 약 150만년 이상 오래된 것으로 약 270만년전 얼음으로 추정되고 있습니다. 얼음이 얼때에는 당시의 공기가 작은 기포로 포함되어 있습니다. 그래서, 빙핵의 성분을 분석하면, 당시 대기의 구성 상태를 분석할 수 있습니다. 이번에 채취된 빙핵을 분석하면 빙하기직후의 대기 상태에 대해서 중요한 정보를 얻을 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 

맥주잔 크기의 중성미자 탐지기 개발

중성미자는 우주 형성단계의 비밀을 간직하고 있는 기본입자이지만 질량이 매우 작은 입자이기에 관측이 어려운 입자로 알려져 있습니다. 이렇게 관측이 어려운 입자를 측정하기 위해서 그동안 우리는 매우 거대한 관측장비를 이용해 왔습니다. 세계적으로 유명한 중성미자 관측소인 일본의 ‘슈퍼 카미오칸데’는 폐광 깊숙한 곳에 5만톤 정도의 물을 채운 구조의 관측설비입니다. 이 외에도 몇 군데 다른 중성미자 관측소가 있지만, 공통점은 모두 거대한 규모의 관측설비라는 것입니다. 하지만, 올해 미국 오크릿지국립연구소(ORNL)에서 개발한 중성미자 관측기는 손으로 들고 다닐 수 있는 크기의 획기적인 장비입니다. 토스터 크기의 이 작은 관측기를 이용해서 연구진은 43년동안 이론적으로만 제기돼 오던 작용을 관측하는데 성공하였습니다. 중성미자 관측은 주변의 방해전파가 없어야 하기에 오지에 위치합니다. 일본의 관측장비가 폐광 깊은 곳에 위치한 것도 주변의 방해신호가 없는 곳으로 가기 위해서였습니다. 관측 장비가 휴대가 가능할 정도로 작아졌다는 것은 이를 들고 어디든 갈 수 있다는 것이며 이는 앞으로 중성미자의 연구에 커다란 변화를 가져오게 될 것으로 보입니다. 

이 외에도 유전자 치료법의 개발, 새로운 종의 유인원 발견, 그리고 저온전자현미경을 통한 원자 단위의 생명체 연구 등이 올해의 중요 연구 성과로 선정되었습니다. 각분야에서 끊임없는 발전과 새로운 발견들을 이루어낸 한해였습니다. 그중에도 유전병에 관련된 치료법, 중력파 관련 연구성과 등이 두드러진 것이 올 해 과학계의 동향이라고 정리할 수 있을 듯 합니다. 이를 통해 미스테리로 남아있는 많은 우주의 신비들이 밝혀지고, 엄청난 속도로 발전하고 있는 유전자 편집법을 통해 많은 유전병들이 곧 정복되는 날이 머지 않은 미래에 펼쳐질 것입니다. 다가오는 2018년에는 또 어떤 성과들을 인류가 만들어 낼 수 있을지 기대가 됩니다.