과학기술
안구의 가장 안쪽을 덮고 있는 신경조직이 망막(retina)이다.
얇고 투명한 막으로 빛에 의한 자극을 받아들이는 시세포가 분포하는데 빛에 대한 정보를 전기적 정보로 전환해 뇌로 전달하는 역할을 맡고 있다.
그런 만큼 망막 시신경이 잘못되면 빛의 세기와 휘도, 빛 파장에 따른 색도, 도형‧문자 크기·형태·배치 등에 따른 공간 정보, 빛의 깜빡임이나 움직임 같은 시공간 정보를 획득하지 못하는 심각한 사태가 발생한다.
사람의 눈 시신경 광수용체 안에 분포돼 있는 600만개의 추체(cones) 들을 모자이크 형상화한 영상. 최근 과학자들이 망막 안에 있는 세포 분석을 통해 시력 강화와 저하의 원인을 밝혀내고 있다. ⓒWikipedia
망막의 수수께끼 처음으로 밝혀내
녹내장, 황반변성, 당뇨망막병증 등은 가장 안쪽의 망막의 시신경이 손상되면서 나타나는 대표적인 질환이다.
그동안 과학자들은 망막 치료를 위해 시신경을 연구해왔다. 신경세포들이 어떤 과정을 통해 시각 정보(visual information)를 인지해 뇌세포로 전달하고 있는지 그 과정을 알아내려고 많은 노력을 기울여왔다.
그리고 그 수수께끼를 풀었다는 소식이다.
19일 ‘사이언스 데일리’는 일본 요코하마국립대 연구진이 시신경 내 멜라놉신(melanopsin) 세포를 분리해 빛과 관련 어떤 일을 수행하고 있는지 밝혀냈다고 보도했다. 이 세포가 주변 빛 환경에 따라 빛의 양과 질에 대한 정보를 획득해 뇌에 전달하고 있다는 것.
과학계는 이번 발견이 시각 기능 저하로 나타나는 합병증 치료에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 보고 있다. 또한 새로운 빛을 개발해 디스플레이, 3D, 로봇 등 다양한 분야에 영상 기술을 발전시켜나갈 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
연구팀은 논문을 통해 망막 안쪽에는 감광 능력을 지닌 광수용체(photoreceptors)가 분포돼 있다고 설명했다.
오랜 기간 동안 과학자들은 광수용체 안에는 약 1억 개의 간체(rod)와 600만개의 추체(cone)가 들어 있다고 판단해왔다. 그러나 최근 이전에 찾아낸 것과 다른 유형의 새로운 타입의 광수용체를 발견했다.
‘ipRGCs(감광신경절세포)’라 불리는 광수용체를 말한다.
이전에 광수용체가 간체와 추체로 이루어졌다고 판단한 것과 달리 ‘ipRGCs’는 멜라놉신(melanopsin)이라 불리는 빛에 민감한 세포를 지니고 있었다.
그리고 이 세포가 빛을 받아들여 뇌의 중추신경으로 신호를 보내 우리 몸의 체내 시계가 ‘아침’ 이라는 것을 인식하게 한다는 사실을 알아냈다. 사람을 비롯한 포유류가 생체시계가 작동하는데 중요한 역할을 하고 있다는 것.
치료, 로봇 등 영상 기술개발에 도움
그러나 과학자들은 이 세포가 빛의 색상 등으로 나타나는 질과 양에 어떤 영향을 미치고 있는지 명확히 설명하지 못하고 있었다.
연구진은 이 수수께끼를 밝혀내기 위해 6가지 색도의 빛을 분사할 수 있는 고성능 프로젝터를 만들었다. 그리고 빛을 가했을 때 ‘ipRGCs’ 안에서 멜라놉신이 얼마나 활성화하는지 그 반응도를 관찰했다.
전체적으로 망막 활동에 어떤 영향을 미치고 있는지 분석하기 위해 추가적으로 동공(눈동자)의 지름도 함께 측정했다.
그리고 색도에 따라 멜라놉신 분출도를 나타내는 곡선이 약 50%까지 상승할 수 있다는 것을 확인했다. 또한 더 강한 자극을 가했을 경우 멜라놉신의 활동이 더 활성화돼 주변 빛 환경에 민감하게 반응하고 있는 것으로 나타났다.
이는 멜라놉신이 주변 빛 환경에 따라 빛의 양과 질에 대한 정보를 획득해 뇌에 전달하고 있다는 것을 말해주는 것이다.
연구에 참여한 요코하마 국립대학의 카츠노리 오카지마(Katsunori Okajima) 교수는 “이전까지 멜라놉신 세포가 무슨 일을 하는지, 특히 명암 인지와 관련 어떤 일을 수행하고 있는지 설명하지 못해왔다.”고 말했다.
그러난 그는 “이번 연구를 통해 멜라놉신이 주변에 빛이 어떻게 비춰지고 있는지 그 정도를 감응하고 있다는 사실을 밝혀냈다.”고 말했다.
아울러 카츠노리 오카지마 교수는 “이번 연구 결과를 통해 사람의 망막 기능을 두 가지 유형, 즉 빛의 밝기(brightness)뿐만 아니라 빛의 양적인(amount) 측면에서 그 기능을 이분화할 수 있는 길이 열렸다.”고 설명했다.
그는 또 “향후 연구를 통해 멜라놉신에 다양한 자극을 가하면서 시신경의 제3의 기능을 찾아낼 수 있다.”고 주장했다.
연구 논문에서도 광수용체 안에 있는 멜라놉신이 추체(cone)와 간체(rod)과 협력해 빛에 감응하고 있는지 설명하고 있다. 추체, 간체와 별개로 신호를 주고받고 있는데 이는 보다 세분화된 빛 정보를 감지하기 위한 것으로 보고 있다.
연구팀은 이번 실험을 위해 매우 약한 자극에도 민감하게 감응할 수 프로젝션을 제작했으며, 광수용체와 빛과의 상관관계를 측정할 수 있었다고 말했다.
연구 논문은 최근 ‘네이처’ 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’에 게재됐다. 제목은 ‘A quantitative analysis of the contribution of melanopsin to brightness perception’이다.
(8603)
- 이강봉 객원기자
- aacc409@naver.com
- 저작권자 2019.08.19 ⓒ ScienceTimes
관련기사
목록 보기전체 댓글 (0)
로그인후 이용 가능합니다.
-
‘ISS 탈퇴 선언’ 러시아, 독자 우주정거장 모형 공개
2024년 이후 국제우주정거장(ISS) 프로젝트 탈퇴를 선언한 러시아가 독자적으로 건설할 우주정거장의 실물 모형을 공개했다고 15일(현지시간) 로이터통신, 영국 일간 가디언 등이 보도했다. 러시아 연방우주공사(로스코스모스)는 이날 모스크바 외곽에서 열린 한 군사 산업 전시회에서 새로운 우주정거장 모형을 선보였다. 러시아 국영매체는 이 모형을 '로스'(Ross)라고 불렀다. 새로운 우주정거장은 2단계로 발사될 예정이다.
-
UNIST “남극 앞바다 기후변화가 열대 비구름 옮겨”
울산과학기술원(UNIST) 연구진이 남극 앞바다의 기후 변화가 태평양 수온과 열대 지역 비구름에 미치는 효과를 규명했다. 16일 UNIST에 따르면 도시환경공학과 강사라 교수 연구팀은 기후 모델(Climate Mode) 실험으로 남극 앞바다의 냉각이 적도 태평양의 수온을 낮춘다는 내용을 입증했다. 특히 남극 앞바다의 온도와 열대강우(비구름) 사이의 상관관계를 명확히 밝혔다. 남극 앞바다가 차가워지면 열대 동태평양의 수온이 낮아지고, 그 영향으로 열대강우가 북쪽으로 이동하는 현상이 나타난다는 것이다.
-
온난화시대 ‘체감온도’ 인체가 겪는 실제 온도 반영 못 해
기온이 같아도 습도가 높으면 더 덥고 불쾌하게 느껴지는데, 상대습도를 반영해 산정하는 체감온도인 '열파 지수'(HI)가 최근 잦아진 극단적인 기온에서 실제 인체가 느끼는 온도를 반영하지 못하고 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 국립기상청(NWS)을 비롯한 많은 나라가 열파 지수를 토대로 여름철 위험 경보를 발령하는데 인체가 느끼는 온도와 많게는 20℉ 이상 차이가 나는 것으로 제시됐다. 버클리 캘리포니아대학에 따르면 이 대학 기후학자 데이비드 롬프스 교수가 이끄는 연구팀은 NWS가 이용해온 기존 열파 지수의 한계를 보완한 연구 결과를 학술지 '환경연구 회보'(Environmental Research Letters)에 발표했다.
-
암세포가 미토콘드리아를 싫어한다고? 진짜 이유 따로 있다
음식물에 들어 있는 글루코스(포도당)는 우리 몸이 필요한 에너지를 만드는 데 쓰인다. 암세포도 자기 복제를 하는 데 엄청난 양의 포도당이 필요하다. 종양이 성장하려면 암세포의 복제에 필요한 여러 가지 합성 작용이 빠르게 이뤄져야 한다. 지금까지 과학자들은 암세포가 포도당을 효율적으로 이용하지 않는다고 생각했다. 암세포가 흡수한 포도당에서 가능한 한 많은 에너지를 뽑아내지 않고 대부분 폐기물로 반출한다고 여겼다.
-
상용 디젤에서 ‘수소’ 생산… KAIST, 개질 촉매 개발
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 배중면·이강택 교수와 한국에너지기술연구원(KIER) 이찬우 박사 공동 연구팀이 상용 디젤에서 수소를 생산할 수 있는 개질(Reforming) 촉매를 개발했다고 16일 밝혔다. 디젤은 수소 저장 밀도가 높고 운반·저장이 쉬워, 개질을 통한 수소 공급 장치를 트럭 보조전원장치 등 모바일 연료전지 시스템에 적용하려는 연구가 지속돼왔다. 연구팀은 촉매 입자 내부의 금속 나노입자가 표면으로 올라오는 용출 현상을 통해 합금 나노입자를 형성해 촉매 성능을 향상하도록 촉매를 설계했다.
-
적색초거성 ‘베텔게우스’ 표면 일부 날아가는 대폭발 겪어
광도(밝기)가 급격히 떨어졌던 오리온자리의 가장 밝은 α별인 적색초거성 '베텔게우스'가 별의 표면인 광구(光球)의 일부가 대형 폭발로 날아가는 '표면질량분출'(SME)을 겪고 서서히 회복 중이라는 연구 결과가 나왔다. 베텔게우스의 SME는 태양의 바깥 대기에서 플라스마를 대량 방출하는 '코로나질량분출'(CME)의 약 4천억 배에 달하는 관측 사상 전례가 없는 것으로 제시됐다.
-
KAIST “콜레스테롤 치료제 로미타피드, 항암효과도 있어”
한국과학기술원(KAIST)은 생명과학과 김세윤 교수 연구팀이 가족성 고콜레스테롤혈증 체료제인 '로미타피드'가 항암 효과까지 있음을 확인했다고 12일 밝혔다. 연구팀은 인공지능에 기반한 약물 가상 스크리닝 기술을 이용해 이런 성과를 냈다. 기존 약물의 새로운 적응증을 찾는 약물 재창출은 신약 개발에 투입되는 시간과 비용을 크게 줄이지만, 모든 약물을 실험적으로 검증하기에는 시간과 비용이 많이 드는 어려움이 있다.