The Science Times

“세상은 양자인데 양자역학 원리에 따라 완벽하게 작동하는 기계로 세상을 시뮬레이션할 수 없을까?” 1980년대 세계적인 물리학자 리처드 파인만의 질문은 양자컴퓨터 태동에 결정적인 영향을 준다. 이후 수많은 과학자들이 양자컴퓨팅 연구에 몰두했지만 양자컴퓨터는 1990년대 중반까지 그야말로 ‘꿈의 기술’에 불과했다. 그리고 60년이 지난 현재 양자컴퓨팅은 완전하지는 않지만 일부 상용화되면서 꿈의 조각을 맞춰가고 있다. 양자 컴퓨팅이 실현되면 인류는 어떤 변화를 겪게 될까. 지난 11일 온라인 웨비나로 열린 ‘양자 컴퓨팅 시대 (The Quantum Computing Era)’에서 세계적인 양자 컴퓨터 권위자 데이비드 어샬롬 미국 시카고대학교 교수와 김정상 미국 듀크대 교수는 “양자 컴퓨팅이 금융, 신약, 화학, 에너지, 기후변화 등 인류의 모든 산업의 구조를 바꿀 것”이라고 전망했다.

고래는 땅에 살던 포유류가 바다속에 사는 삶으로 적응한 흥미로운 종이다. 계통발생학적으로는 하마와 친척 관계에 있다. 최근 연구는 이들의 유전체를 비교 분석하고, 이들에게서 공통적으로 보존되어 있는 진화의 흔적이 있고, 이에 더해, 각자 반수성과 바닷속 삶에 적응한 흔적이 피부와 관련된 유전자상에 남아 있다고 전했다. 모든 생물이 물에서 왔다는 것을 상기하면 이들 몇 포유류는 다시 물로 돌아갔다고도 말할 수 있을 것이다. 다만, 이렇게 다시 바다라는 새로운 환경에 적응하기 위해서는 동물의 거의 모든 장기가 진화해야 한다. 고래류의 경우 바다속에서 움직이는데 적응하기 위해 앞다리는 지느러미발이 되고 뒷다리는 사라지게 되었다. 시각이나 후각 기능도 크게 쇠퇴했다. 이들의 몸을 감싸고 있는 피부의 경우에도 물리적, 온도적인 변화로부터 몸을 보호하기 위해 상당히 두꺼울 뿐 아니라 그 세포도 계속해서 재생하도록 변화했다.

베트남 하노이의 길거리나 식당에서는 바닥에 떨어진 나뭇잎을 종종 볼 수 있다. 바로 넴쭈어(Nem Chua)에서 벗겨낸 바나나 나뭇잎들이다. 넴쭈어란 다진 돼지고기에다 마늘과 야채, 양념 등을 섞은 다음 바나나 나뭇잎에 싸서 숙성시켜 먹는 베트남식 소시지다. 길거리나 기차 내에서도 판매할 만큼 베트남 국민들의 사랑을 받고 있는 이 음식은 생돼지고기가 재료지만 식중독을 일으키지 않는다. 호주 로열멜버른공과대학(RMIT)의 연구팀은 베트남을 여행하면서 덥고 습한 기후에도 불구하고 아무데서나 팔리고 있는 이 국민 간식에 주목했다.

호주 퀸즈랜드 연구팀이 '양자 얽힘'을 활용한 양자현미경을 처음 개발해 과학저널 '네이처' 최근호에 발표했다. 이번 개발로 생명공학 분야와 내비게이션 및 의료 영상 분야 등에서 새로운 기술 개발이 촉발될 것으로 전망된다. 보웬 교수는 양자 얽힘을 기술에 적용하면 무한한 가능성이 열려 있다고 말했다. 컴퓨팅과 통신 및 센싱에서 양자 얽힘은 일대 혁명을 일으킬 것이라는 것. 그는 “완벽하게 안전한 통신은 수십 년 전 기존 기술보다 절대적인 이점을 가진 양자 기술이 처음 시연됨으로써 입증됐다”라고 말했다. 또 기존의 최고 성능 컴퓨터보다 더 빠른 양자 컴퓨팅은 구글이 2년 전 양자 컴퓨터의 절대적인 이점을 처음 보여줌으로써 증명됐다. 이 퍼즐의 마지막 조각이 센싱 기술인데, 이번 연구팀이 그 간격을 메웠다는 것. 보웬 교수는 이번 연구 결과가 “광범위한 기술 혁명의 문을 열 것”이라고 전망했다.

1929년 미국 천문학자 허블(Edwin Powell Hubble)은 관측을 통해 먼 은하일수록 빠른 속력으로 멀어지고, 그 속력은 지구에서 그 은하까지의 거리와 비례 관계에 있다는 논문을 발표했다. 이 허블의 논문을 통해 천문학자들은 우주가 팽창한다는 사실을 알게 되었다. 그런데 우주가 팽창하려면 물질이 서로 잡아당기는 힘인 중력을 이겨내야 하는 에너지가 필요하다. 과연 이 에너지는 무엇일까? 과학자들은 암흑 에너지의 밀도가 앞으로 시간의 흐름에 따라 변할 수 있다고 보고 우주의 미래를 다음과 같이 추측하고 있다.

본 연구에서는 인간 진피 섬유아세포의 세포노화 신호전달 네트워크의 컴퓨터 모델을 개발하고, 이를 대규모 시뮬레이션 분석하여 노화된 인간 진피 섬유아세포를 젊은 세포로 되돌리는데 필요한 핵심 인자를 규명하는 시스템생물학 연구를 수행하였습니다. 연구팀은 모델의 동역학 분석 결과를 통해 세포노화 상태에서 활성화되는 양성 피드백 루프를 구성하며 하위의 mTOR와 NF-kB를 동시에 활성화시키는 상위 조절자인 3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1(PDK1)을 노화된 세포를 정상적인 젊은 세포로 되돌릴 수 있는 역노화 단백질 타겟으로서 세계 최초로 발굴하였습니다.

백신이란 감염위험을 낮추거나, 불활성화시켜 만든 항원을 이용해 인간의 후천성 면역을 얻는 물질, 혹은 그 물질을 담은 의약품을 뜻한다. 그런데 드물게 병원체 그 자체보다, 병원체가 만들어 낸 독소(毒, Toxin)를 항원으로 삼는 경우도 있다. 병원체가 아니라, 병원체가 생성한 독소가 질병을 일으키는 경우, 독소 그 자체에 대응하는 특이한 형태의 백신인 셈이다. 흔히 ‘톡소이드 백신’이라고 부르는 경우다.

22번째로 국제우주정거장(ISS)에 도착한 ‘펠콘9(Falcon9)’. 이번 발사체에 실린 화물에는 과학실험을 위한 특별한 생물이 실렸다. ‘물곰(Water bear)’, 짧은꼬리오징어(Euprymna scolopes), 목화(Gossypium hirsutum) 등이다. 이 생물은 무중력에 가까운 우주정거장에서 생리적, 형태적 반응을 실험하기 위해서다. 특히, 동물과 박테리아 사이의 관계를 증명하는 실험이 가장 돋보인다. 인간과 연관된 박테리아 종은 2,000여 개지만, 그중 확인된 병원균은 100종 미만이다. 앞으로 10년 동안 인간이 주도하는 우주 탐사는 낮은 궤도를 넘어 더 깊은 우주로 향할 것으로 보인다. 이런 장기적인 우주 탐사에서 비행사의 체력을 유지하려면 미생물 군집에 관한 이해가 필요하다는 점에서 이번 실험은 의미가 크다.

개미는 번식과 노동의 분담을 계급적으로 나눠 분담하는 특징이 있다. 일개미들 사이에서도 나이에 따라 맡는 일이 다르다고 알려져 있는데, 젊은 개미들은 여왕과 아기들 돌보는 일을, 나이 든 개미들은 먹이를 모아 오는 일을 하는 식이다. 최근 연구는 직접 개미를 추적해, 이 같은 전환이 특정 나이에 일괄적으로 일어나는 것은 아니고, 수학적 확률 분포를 따라 일어나는 것으로 보인다고 보고했다. 연구진은 이번 연구가 일개미들의 계급을 나이에 따라 엄격히 구분할 수 있다고 본 이전의 연구들과 달리, 이들의 계급은 연속적인 분포의 형태를 하고 있다는 것을 보여준다고 강조했다. 그리고 이 같이 확률적으로 분포되어 있는 일개미들의 계급 전환은 진화의 산물일 가능성이 있다고도 덧붙였다.

최근 ‘전자 코’가 질병 진단에 활용되면서 의료인공지능 기술이 급속히 발달하고 있다. ‘전자 코’는 사람의 냄새 인식 과정을 재현하여 VOC를 측정·분별하고, 데이터화하는 기술이다. '전자 코'는 냄새를 수용하는 센서의 감도가 높아지고, 인공지능과 딥러닝을 기반으로 디지털화·패턴화된 데이터를 분석하는 기술이 발달하면서 다양한 분야에서 활용이 기대된다.