해양과학도서관

2012년 10~12월 주목할만한 학술성과 

해양과학도서관에서는 연구원들의 창조적인 연구활동 지원 및 선도적인 연구동향 파악을 위해 국내외 해양과학분야 동향 및 연구성과를 모니터링하여 제공하고 있습니다. 


매일 매일 쏟아지는 방대한 정보홍수 속에서 해양분야의 우수한 연구성과만을 엄선하여 제공하고자 최선의 노력을 기울이겠습니다. 


그럼 지난 2012년 10~12월에는 어떠한 내용의 세계적인 연구성과가 발표되었는지 확인해볼까요? 


● 2012년 10~12월 주목할만한 학술성과 BEST 10 [출처 : R&D 전문정보 포털사이트 KISTI 미리안] 




1. 남극 빙하밑 호수의 생명체 탐사 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=234617 


남극의 얼음 밑 3킬로미터 밑에 존재하는 피요르드에 위치한 잃어버린 세계인 엘스워스 호수 (Lake Ellsworth)는 십여년 전부터 얼음 밑에 존재하는 환경에 대한 연구를 해오고 있는 마틴 지거트 (Martin Siegert)의 꿈에 종종 나타나는 곳이다. 마침내 이 신비스러운 호수에 대한 탐사가 실현되고 있다. 다음 주에 영국 브리스톨 대학 (University of Bristol)의 빙하학자인 지거트는 지구 반대편의 세계로 여행을 위해 떠나게 된다. 일단 그가 남극 반도의 끝에 위치한 영국남극탐사대 (British Antarctic Survey, BAS)의 로테라 연구기지 (Rothera Research Station)에 도착하게 되면 그의 연구팀은 서부 남극지역으로 1,000킬로미터를 비행하게 된다. 오는 12월 5일에 실제적인 작업이 시작될 것이다: 즉, 얼음을 시추하여 원시적인 빙하 밑 호수에 도달하는 것이다. 이곳에 존재하는 물에서 연구자들은 수 백만 년 동안 한 번도 태양빛을 본 적이 없는 생명체를 찾을 수 있을 것이라는 희망을 갖고 있다. 그리고 이 호수의 바닥에 존재하는 지층에서 연구팀은 서부 남극지역의 빙상 (ice sheet)에 대해 이해할 수 있는 기록을 찾게 될 것이다. 이를 통해서 잠재적으로 어떻게 이 엄청난 빙하가 미끄러져 지나갔으며 시간이 지나면서 쇠퇴했는가를 알 수 있을 것이다. 




2. 반 고흐의 위대한 걸작을 보존하는 방법 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=234336 


유명한 후기 인상파 화가였던 빈센트 반 고흐(Vincent van Gogh)의 걸작인 “Sunflowers, the Yellow House, Wheatfield with Crows” 등에 사용된 황납 염료(chrome yellow pigmen)는 특히 빛에 민감하기 때문에 이들은 반드시 어두운 곳에 보관되어야 한다. 이러한 연구 결과가 최근 ACS` journal Analytical Chemistry지에 게재되었으며, 이는 반 고흐나 고갱(Gauguin), 세잔(Cezanne) 등 다른 유명한 화가의 작품을 보존하는 데도 이용될 수 있을 것으로 보인다. 

Koen Janssens과 동료 연구자들은 황납 염료(chrome yellow pigmen)가 19세기와 20세기 반 고흐 및 몇몇 화가들에 의해 이용되었다는 사실을 설명했다. 예를 들어, 1세기가 흐르면 이들의 작품은 갈색으로 변해 사라져 버릴지도 모른다. Analytical Chemistry지에 실린 이전 연구에서, 연구자들은 이러한 종류의 염료들은 시간이 지남에 따라 크롬(chromium)의 산화 상태에 있어서 변화가 일어나기 때문에 필수적으로 변형이 생길 수 밖에 없다고 말한다. 이번 연구에서 그들은 황납 염료 상에서 서로 다른 빛을 가해 색 변화의 효과를 보기를 원했다. 




3. 남아프리카 콩고, 수력발전기술 동향 분석 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?tab_code=MO&totalSearch=콩고&reCheck=N&cont_cd=GT&record_no=233816 


콩고민주공화국(Democratic Republic of Congo)은 남아프리카 공화국(South Africa), 보츠와나(Botswana), 나미비아(Namibia) 등에 2,500MW 규모의 전력시설이 수정된 계획 하에 건설되고 있으며, 이번 프로젝트 이름은 Inga III 수력발전소 개발 프로젝트라고 프로젝트 관리자는 말하였다. 


콩고민주공화국의 Inga III 조절위원회 구성원인 Vika di Panzu 의원은 400MW 규모의 수력발전설비를 건설하기 위해 한국 포스코(POSCO), 중국의 Sinohydro Corp.사 등을 포함한 기업들로부터 세 번의 경매를 다음 달에 치를 것임을 강조하였다. Inga III 수력발전소는 건설하는 데에만 6년의 시간이 걸릴 것이며, 90억 달러의 비용이 들어갈 것이라고 Vika di Panzu 의원은 말하였다. 그는 콩고의 수도인 킨샤사(Kinshasa)에서 개최된 iPAD 광산 및 인프라 관련 컨퍼런스에서 이 같은 말을 하였다. 




4. 올해의 노벨 생리·의학상 수상자: 세포의 시곗바늘을 거꾸로 돌린 과학자들 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=233558 


"세포를 역분화시켜 배아유사 상태(embryonic-like state)로 만들 수 있다"는 사실을 발견한 과학자들이 올해의 노벨 생리·의학상을 수상했다. 영광의 두 얼굴은 줄기세포 분야의 연구를 이끌어 가는 두 명의 선구자, 존 거든(John Gurdon)과 야마나카 신야(山中伸?)다. 


역분화된 세포는 만능성(pluripotency)을 회복하는데, 만능성이란 「다양한 성숙 세포로 분화할 수 있는 능력」을 의미한다. 많은 과학자들은 이 같은 방식으로 창조된 유도만능줄기세포(iPSC: induced pluripotent stem cell)가 궁극적으로 재생의학 분야에 응용되어, 부상이나 질병으로 인해 손상된 조직을 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이제 iPSC는 생물학 분야에서 가장 각광을 받는 분야 중 하나가 되었지만, 거든이 처음으로 iPSC의 이론적 근거를 제공하고 야마나카가 이를 실천에 옮겼을 때만 해도 과학계에서는 이를 둘러싸고 뜨거운 논쟁이 벌어졌었다. 





5. 운반할 수 있는 마이크로칩으로 극미량 마이크로 RNA 고속 검출 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=234133 

- 암, 알츠하이머 병, 당뇨병 등의 초기 재택 진단에 위력 / 운반할 수 있는 자율 구동형으로 장소에 상관없이 진단이 가능한 마이크로칩을 개발 / 아트몰(amol. 10-18) 미만인 극미량 마이크로 RNA 검출 성공 / 검출 시간을 기존 수 시간에서 20분으로 대폭 단축 - 

독립 행정법인 이화학 연구소(이하, Riken)는 펌프나 전원 등의 외부 구동력이 불필요하고 운반이 가능한 자율 구동형 마이크로칩을 개발하여 아트몰 미만인 극미량 마이크로 RNA(miRNA)(주 1)를 0.5 마이크로 리터(μl : 10-6분의 1리터)의 모델 시료로부터 단 20분에 검출하는 것에 성공하였다. 이것은 Riken 기간 연구소 바이오 공학 연구실 연구팀에 의한 성과라고 한다. 

단백질로 번역하지 않고 유전자의 발현을 조절하는 등의 기능을 가지는 코딩하지 않은 RNA(non-coding RNA, ncRNA)(주 2)의 일종으로 짧은 한 개 쇠사슬의 마이크로 RNA(miRNA)가 있다. miRNA 안에는 암, 알츠하이머병, 파킨슨병, 당뇨병 등이 진행하는 것과 동시에 체액 중에서 증가하는 것이 있다. 이로 인해 어느 특정의 miRNA는 이러한 질병의 조기진단 마커로서 주목받고 있다. 현재 PCR(polymerase chain reaction)(지식리포터 주)이나 시퀀서(Sequencer), 마이크로 어레이(micro-array)라는 검출법에 의한 진단이 일반적이다. 그러나 이러한 검출법은 고감도나 동시 대량 처리 성능에서는 우수하지만 수 시간에서 수십 시간의 검출 시간이 걸리고 대규모 장치와 고도의 조작 기술이 필요하였다. 이로 인해 운반이 가능하고 자율 구동형이면서 단시간에 간단하게 검출할 수 있는 miRNA 검출 칩이 요구되고 있었다. 





6. 포식자에게 잘 보이지 않게 하는 물고기의 은빛색 비늘 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=233860 


일부 물고기는 포식자들에게 잘 보이지 않는다. 그 이유는 그들의 은색 비늘이 반사된 빛을 편극시키지 않기 때문이라고 영국의 과학자들은 말하였다. 이들 과학자들은 세 가지 다른 종류의 물고기를 연구하였으며 그들의 비늘이 두 가지 종류의 “구아닌 결정”을 포함하고 있다는 것을 발견하였다. 이 결정들은 각각 다른 종류의 광학적 특성을 가지고 있다. 연구진은 물고기들이 자신이 잘 보이지 않게 만드는 메커니즘이 인위적인 광학적 디바이스를 만드는데 쉽게 적용될 수 있을 것이라고 말하였다. 예를 들면 전반적인 효율을 향상시킬 수 있는 비편극 반사기를 요구하는 인위적인 광디바이스등에 응용될 수 있을 것이다. 

많은 물고기들은 보는 방향에 따라 색이 변하는 은빛 피부를 가지고 있으며 이런 특성은 많은 과학자들에게 오랫동안 흥미를 일으켰다. 영국 브리스톨 대학의 니콜라스 로버트는 물고기들이 포식자들로부터 스스로를 위장하기 위해서 가능하면 더 은색으로 보이게 하려고 한다고 말하였다. 브리스톨 대학 연구진은 유럽 정어리와 알래스카 청어와 같은 은빛색을 가진 물고기들이 왜 그런 색을 가지게 되었는지를 정확하게 이해하려고 노력하였다. 빛이 표면에서 반사되면, 그것은 보통 편광된다. 물고기 피부는 빛이 반사될 때 완전히 편광시켜 전반적인 반사도를 떨어뜨리려 할 것이라고 이전에 생각하였다. 그러나 이것은 포식자에게 더 눈에 띄어 물고기에게 위험이 될 수 있다. 




7. 수소생산효소의 메커니즘을 밝혀줄 새로운 현미경 기술 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=234028 


독일의 한 연구팀이 수소를 생산하는 효소의 활동을 현미경으로 정밀하게 관찰하는데 성공했다. 막스플랑크 화학에너지변환연구소(Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion, MPI CEC)와 보훔대학교(Ruhr-Universitat Bochum, RUB) 연구진은 생물체 내의 효소에서 일어나는 수소 생산과정을 현미경으로 관찰할 수 있게 되었다. 효소 내에서 일어나는 수소 생산과정은 매우 효율적이어서 수소에너지 생산 기술에 분야에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 

수소생산효소는 원래 세포질(cytoplasm)에 존재하면서, 전자와 양성자를 환원하여 수소를 만들면 수소는 쉽게 확산되어 막 바깥으로 나가게 된다. 나간 수소는 수소소비효소(uptake hydrogenase)에 의해 다시 전자와 양성자로 분해되고 전자는 쉽게 전자 전달 단백질에 의해 세포질로 들어와 전자 공여체(전자를 다른 물질에 줄 수 있는 화합물)가 그것을 받는다. 반면 양성자는 생체 내의 고분자 에너지 물질인 ATP 생성에 쓰인다. 즉, 수소가스는 세포 내에서 만들어지며, 궁극적인 역할은 세포 내의 에너지를 보존하는 것이다. 




8. 풍력발전성능을 정확하게 분석할 수 있는 하이테크 기술 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=234130 


미국립재생에너지연구소 컴퓨터 과학센터의 Steve Hammond 센터장과 선임연구원인 Kenny Gruchalla 연구원은 3D 모델의 풍력발전소 공기역학을 논의하고 있다. 3D 모델은 낮은 속도의 항적(자국)과 다운스트림 터빈(downstream turbine) 관련 영향력 등을 보여주고 있다. 멀리서 이를 보면 풍력발전단지는 거의 잔잔한 것처럼 보일 수 있다. 그리고 풍력터빈 역시 매우 천천히 그리고 안전하게 회전을 하는 것처럼 보일 수 있으며, 전기를 대량 생산하는 것처럼 보일 것이다. 하지만, 실제 우리들의 눈으로 보는 것보다 더 많은 것이 담겨져 있을 것이다. 풍력발전단지에는 말이다. 

비록 이러한 사실이 일치하는 것처럼 보일 수 있지만, 풍력터빈 성능에 영향을 줄 수 있는 다양한 돌풍이 불곤 한다. 냉난방은 하루에 걸쳐 불어오는 다양한 풍속 변화로 인해 변화를 경험하게 된다. 풍력발전단지 터빈들은 성능을 줄일 수 있는 그리고 풍력터빈에 구조적 부하량을 더할 수 있는 방법에 상호작용을 하게 된다. 그 결과, 유지보수 비용과 풍력에너지의 전반적인 비용을 증가시키게 된다. 미에너지부 국립재생에너지연구소 연구진은 이러한 문제를 좀 더 잘 이해하는 방법을 학습하고 있다. 그리고 풍력발전산업을 위한 좀 더 효과적인 솔루션(solution)을 제공하기 위해 노력하고 있다. 




9. 금보다 더 뛰어난 나노구조의 가치 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=233866 


작업장에서 보다 효과적으로 오염의 정도를 파악하는 것이 금으로 만들어진 미세 구조(microscopic structure)를 만들어내는 방법을 개발함으로써 가능하게 되었다. 나노 구조를 측정하는 단위인 1나노미터(nanometre)는 10억분의 1미터이며 일반적인 머리카락 두께의 1/50,000에 해당한다. 금을 포함하여 이 작은 크기 위에 엔지니어링되는 물질들은 큰 크기에서 엔지니어링 되는 것에 비해 화학적, 물리적인 속성이 많이 달라진다. 


모나쉬대(Monash University)의 조교수인 Udo Bach과 그의 연구팀, 그리고 호주 싱크로트론(Australian Synchrotron)은 금 나노입자들로 나노구조를 조작하는 전략을 이용했다. 그 결과 현재 존재하는 화학적, 생물학적 오염을 탐지할 수 있는 모니터링 장치에 이용 가능한 뛰어난 성능의 금 나노입자가 만들어졌다. 이들은 현재의 상업적인 센서에 비해 36배나 뛰어난 성능을 자랑한다. 이 금 나노구조들은 또한 태양 에너지를 태양 전지로 만드는 방법에도 이용될 수 있을 것으로 보인다. 




10. 해수온도 상승에 따른 열대성 해양 플랑크톤 군집 변화 

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=233958 


미세하며 식물과 유사한 생물이고, 해양 먹이사슬의 기초 생산자인 열대성 해양 플랑크톤의 생장 공간이 기후 온난화로 인해 점차 제한되고 있다. 미시간 대학 연구진이 최근 발표한 논문에 따르면, 지구 기온이 점차 올라감에 따라 다양한 플랑크톤 종(種)의 군집이 열대 기후지역에서 극지역 쪽으로 이동할 것으로 보인다. 연구진에 따르면 기온 상승이 지속될 경우, 2100년까지 열대성 플랑크톤의 최대 1/3이 열대 기후 지역에서 내몰릴 것으로 예상되었다. 서던캘리포니아 대학의 해양 생태학자 David Hutchins에 따르면, 플랑크톤은 다양한 화학적· 영양학적 순환구조에서 중요한 역할을 하고 있으며, 대기 중 이산화탄소를 탄소원으로 이용하여 이를 해양 먹이사슬을 통해 순환되게 하거나 심해에 고정되도록 한다. 또한 Hutchins는 “플랑크톤이 바다에 존재하지 않는다면, 우리는 물고기와 해산 포유류를 보지 못했을 것”이라고 덧붙였다. 





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