d라이브러리

움하하하~! ‘어린이과학동아’ 친구들 안녕?
모두들 내가 나오는 영화를 봤겠지? 내가 바로 천재적인 수퍼악당, ‘메가마인드’야!
나쁜 짓만 하는 악당이 어떻게 영화의 주인공이냐고? 그게 바로 ‘반전’의 묘미라는 거지! 그런데 지금 중요한 건 그게 아냐~! 영웅 메트로맨의 여자친구였던 기자 록산이 누군가에게 납치 됐다지 뭐야? 록산을 구할 사람은 나밖에 없어! 왜냐고? 내가 실수로 메트로맨을 없애 버렸거든! 움하하!

반전의 대명사, 메가마인드가 왔다!

그런데 무슨 악당이 착한 일을 하냐고? 이것도 나만이 가진 새로운 반전이지! 크하하~! 뭐? 내가 록산을 좋아하는 게 아니냐고? 그게 무슨 소리야! 나는 그저 메트로맨이 없으니까 심심하기도 하고…. 게다가 난 그냥 보통 악당들과는 달라. 난 과학을 아는 똑똑한 악당이라고! 흠흠. 모두들 내 말을 의심하는 것 같은데…. 좋아! 그럼 지금부터 내가 얼마나 과학적인 악당인지보여 주지!

1⃞ 머리가 클수록 똑똑하다?

우리 외계인들의 머리가 괜히 큰 게 아니야. 가장 큰 이유는 똑똑한 두뇌 때문이지. 실제 머리가 큰 아기가 훗날 높은 지능을 갖게 된다는 연구 결과도 있어. 영국 사우스햄턴대학교의 캐서린 게일 박사는 633명의 신생아들이 태어난 지 1년, 4년, 8년째 각각 두뇌 크기를 측정하고, 4세, 8세가 됐을 때 IQ테스트를 했대. 그 결과 머리가 큰 아기일수록 더 높은 지능을 가질 확률이 높았다고 하더군.

2⃞ 비듬에 있는 DNA로 영웅을 복제한다?

나의 이 대용량 큰 머리로는 못하는 게 없지! 사실 이건 비밀인데 말이야, 메트로맨이 죽고 나서부터 내가 할 일이 없어졌잖아? 영웅이 사라졌으니 악당이 필요 없어진 거지. 그래서 내가 새로운 영웅을 만들어 냈어! 어떻게 했냐고? 우선 메트로맨의 방에서 그의 비듬을 발견했어. 그리고 그 비듬에서 얻은 DNA를 평범한 인간에게 이식해 메트로맨을 닮은 영웅, ‘타이탄’을 만들어 냈지! 푸하하! 나 좀 대단하지?

"비듬은 두피의 피부 세포가 죽어서 떨어져 나간 거예요. 모든 세포에는 DNA가 있기 때문에 떨어진 지 얼마 지나지 않은 비듬에도 파괴되지 않은 DNA가 남아 있을 수 있죠. 만약 남아 있는 DNA에 뛰어난 능력을 나타낼 수 있는 유전자가 존재한다면, 이를 다른 사람 유전자에 결합해 그 형질이 나타나게 할 수 있답니다. 비듬에서 채취한 것은 아니지만, 이렇게 DNA를 사람에게 전달하는 방법은 실제로 특정 질병을 치료하기 위한 유전자 치료에 쓰이고 있지요."
김연수(인제대학교인당분자생물학연구소 소장)

3⃞ 메가마인드의 투명 자동차

나는 똑똑한 머리만 가진 게 아니야! 나만의 판타스틱 투명 자동차가 있다는 사실! 듣자 하니 지구에는 방해석을 이용해 만든 투명 물질이
있다고 하던데, 완벽한 투명은 아니라고 하더군! 진정한 메타물질을 만들지 못한 거지! 메타물질이 뭐냐고? 마치 빛이 물체를 휘어 감듯이 모든 빛을 굴절시켜 물체가 눈에 보이지 않게 만드는 물질이지. 투명 망토가 갖고 싶으면 나에게 연락하라구~!
 
이제 내가 보통 악당들과 다르다는 걸 알았겠지? 나처럼 똑똑한 악당이 놀고만 있을 수는 없지. 안 그래도 심심하던 참인데 잘됐어. 어서 록산 기자를 구하러 가야겠다. 미니온~, 출동이다!

반전 ❶
11살 차이 나는 쌍둥이가 있다?

나의 유일한 친구이자 애완 물고기인 미니온과 함께 투명 자동차를 타고 록산의 집에 도착했어. 범인은 반드시 현장에 증거를 남기기 마련! 납치범도 분명 그녀의 집에 무언가 흔적을 남겼을 거야! 증거가 어디에 있을까….
“메가마인드, 어서 여기로 와 봐! 책상에서 발견한 록산의 취재 수첩이야!”
“정말? 이리 줘 봐. 쌍둥이…, 비소 미생물…, 쥐…?”
“록산의 취재 수첩을 단서로 그녀의 행방을 찾아나서야겠어!”
“좋아! 일단 ‘11살 차이 나는 쌍둥이’부터 찾으러 가자! 그런데 진짜 이런 쌍둥이가 있기는 한 거야?”

11살 차이 나는 세 쌍둥이 자매 탄생
2010년 12월, 영국에서 11살 차이 나는 쌍둥이 자매가 탄생했어요. 자연적으로는 불가능한 일이지만 눈부시게 발달한 인공수정 기술로 가능하게 됐답니다.
영국 월솔 지방에 사는 셰퍼드 부부는 결혼하고 4년 동안 아기가 생기지 않아 고민이었어요. 그래서 인공수정으로 아기를 낳기로 결심했고, 부인의 난자 24개를 꺼내 남편의 정자와 수정시켰어요. 수정에 성공한 14개 중, 12개는 냉동시설에 보관하고, 2개를 부인의 자궁에 *착상시켜 1999년 이란성 쌍둥이인 메간과 베타니가 태어났지요. 그로부터 10년이 흐른 2009년, 셰퍼드 부부는 다시 인공수정병원을 찾았어요. 냉동시설에 보관했던 12개의 수정란 중 하나를 녹여서 부인의 자궁에 착상시켰지요. 그 결과, 한날 한시에 수정됐지만 11살 차이 나는 쌍둥이 라일리가 태어났답니다.

*착상 : 난자와 정자가 만나 수정된 배아가 엄마의 자궁에 달라붙는 것.
 
반전 ❷
엄마 없이, 아빠만 둘이라고?

우린 영국에 사는 세 쌍둥이의 막내가 말해 준 대로 미국 텍사스대학교에 도착했어. 아직 겨울이 라 추운 우리나라와 달리 텍사스는 따뜻한 봄 날씨로구나! 응? 그런데 저기 잔디밭에 돗자리를 깔고 앉아 있는 건…, 혹시 쥐?
“미니온! 저기 풀밭에 앉아 있는 게 쥐들 맞지?”
“어! 자세히 보니 넥타이를 맨 아빠 쥐 두 마리에 아기 쥐 한 마리가 있어!”
“그렇다면 바로 우리가 찾던…. 아빠만 둘인 아기 쥐?!”

아빠 둘 사이에서 쥐가 태어나기까지

보통 새로운 생명이 탄생하기 위해서는 수컷과 암컷의 정자와 난자가 필요해요. 그런데 2010년 12월, 미국 텍사스대학교의 리처드 베링거 교수 연구팀이 수컷 둘의 유전자만 물려받은 아기 쥐를 탄생시켰어요. 이 놀라운 일은 ‘유도만능줄기세포’가 있었기에 가능했답니다.

XX 여자의 염색체
XY 남자의 염색체
 

세포계의 트랜스포머! ‘유도만능줄기세포’

줄기세포는 신체 조직으로 변신할 수 있는 능력을 가진 세포이다. 특히 나중에 아기가 되는 배아로 만든 줄기세포는 우리 몸을 이루는 모든
종류의 세포로 변할 수 있다. 하지만 배아세포를 이용하는 것은 미래의 한 생명을 파괴하는 것이라며 반대하는 사람이 많다.
이런 논란을 해결한 것이 바로 유도만능줄기세포이다. 유도만능줄기세포는 다양한 세포로 변신할 수 있도록 피부세포의 유전자를 변형해서 만든 줄기세포다. 윤리적으로 논란의 여지가 없고, 또한 자신의 세포를 이용해 만들 수 있기 때문에 이식 받았을 때 면역 거부 반응도 없다. 그래서 많은 과학자들이 유도만능줄기세포가 앞으로의 질병 치료에 중요한 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

"유도만능줄기세포를 만드는 과정에서 바이러스를 이용하다 보니, 이 세포를 이식받게 되면 암을 비롯한 여러 가지 질병이 생길 수 있어요. 그래서 최근에는 바이러스 대신 단백질을 사용해 만드는 연구를 진행하고 있답니다. 유도만능줄기세포의 연구가 지금보다 발전하면 앞으로 더욱 놀라운 반전이 많이 일어나겠죠?"
김정범(울산과학기술대학교 나노생명화학공학부 교수)

반전 ❸
비소 미생물이 외계생명체의 단서라고?

헉! 커다란 장애물에 부딪혔어! 록산이 아기 쥐를 만나러 오지 않았을 줄이야….
“미니온~, 이제 우린 어떻게 해야 하지? 비소 미생물이라니, 도무지 잘 모르겠어.”
“….”
“미니온! 지금 이 상황에 자고 있는 거야?”
“조용히 하고 귀 기울여 봐. 어디서 우리에게 말하는 소리가 들리지 않아?”
“여러분은 날 보고 그냥 작은 미생물이라고 생각하겠지만, 사람들은 나를 발견하고 외계생명체가 존재할 거라는 믿음이 더 커졌다구요!”
“뭐? 외…, 외계생명체?”

독성물질인 비소로 몸이 이루어진 미생물

지구의 생명체는 탄소, 수소, 질소, 산소, 인, 황을 기본으로 이루어져 있어요. 그런데 2010년 12월 3일 미국 항공우주국 나사의 울프-사이먼 박사는 인 대신에 독성물질인 비소로 몸이 이루어진 미생물을 발견했다고 발표해 큰 화제가 되었답니다.
울프-사이먼 박사는 비소가 많이 들어 있는 미국 모노 호수에서 이 미생물을 발견했어요. 이 미생물을 채집해 인이 없고 비소가 풍부한 배양액에 넣었더니, 계속 잘 자랐답니다. 인은 생명체에서 DNA나 RNA와 같은 유전 물질을 구성하는 등 매우 중요한 역할을 해요. 그런데 이 미생물은 DNA에서도 비소가 발견됐답니다.
울프-사이먼 박사는 “우리가 알고 있는 것과 전혀 다른 구조를 가진 생명체의 존재를 밝혔다”며, “비소가 많은 외계 행성에도 생명체가 살 수 있을 것”이라고 말했어요. 하지만 일부 과학자들은 이 미생물은 ‘극한 환경에 적응한 미생물일 뿐’이라고 주장하기도 해요. 비소로 몸을 구성하고 있는 것이 아니라, 몸 어딘가에 비소를 쌓아 놓았을 뿐이라는 거죠.
 
극한 환경에서도 살아남는 ‘끈질긴’ 미생물 총집합

❶ 2억 5천만 년 전에 살았던 미생물

미국 연구팀은 소금 결정에 들어 있는 2억 5000만 년 전에 살았던 미생물을 되살렸다.

❷ 400℃에서 찜질하는 미생물

화산 물질이 분출되어 약 400℃의 열수구에 사는 고대 지구와 환경이 비슷한 미생물이 발견됐다

❸ 양잿물도 마시는 미생물

이 미생물은 염기성인 양잿물을 소화하고 분해해서 우리 인체에 해가 없는 물질로 바꿔 내놓는다

❹ 화성에서도 살아남는 미생물

나사는 1984년 남극에서 발견한 화석 운석에서 세균이 만든 것으로 보이는 자철광 결정을 발견했다.
 
"예전 같으면 비소가 많은 행성에 생명체가 없을 것이라고 단정을 지었지만, 나사가 발견한 비소 미생물 덕분에 이젠 다양한 가능성을 열어두고 연구하게 됐어요. 또한 최근 구제역 확산으로 농가들의 피해가 큰데, 사람에게 유익한 광합성 세균이나 유산균 등을 뜻하는 유용 미생물로 가축 매몰지역의 악취를 애고 2차 오염을 막기도 합니다.
눈에 보이지도 않는 미생물이 극한 환경에서 살아남을 뿐 아니라 우리 생활에 큰 도움이 되는 것을 보면, 미생물이야말로 반전의 최고봉이 아닐까요?"
천종식 (서울대학교 생명과학부 교수)

반전 ❹
고체 같지 않은 신가한 고체가 있다?

아무리 생각해도 믿을 수가 없어! 내가 메트로맨의 DNA를 이용해 만든 영웅 타이탄이 록산을 납치한 범인일 줄이야…. 메트로맨의 DNA를 가졌다면 당연히 영웅이 되어야 하는 건데, 어째서 나 같은 악당이 하는 짓을 하고 있냔 말이지!
“메가마인드! 어서 타이탄의 집으로 가자!”
“유니온! 그런데 문제가 하나 있어. 메트로맨의 집으로 들어가려면 무지 작은 쥐구멍을 통과해야해! 어쩌지?”
“뭘 망설여~. 자기 몸보다 작은 틈을 통과할 수 있는 ‘초고체’의 능력을 전수받자! 어서 차 돌려!”

작은 틈을 스윽 통과하는 ‘초고체’

원래 고체는 자기 몸의 크기보다 작은 틈을 빠져 나가지 못해요. 하지만 그 비좁은 틈을 ‘쑤욱’하고 통과하는 고체가 있답니다. 바로 ‘초고체’!
초고체는 25기압에서 고체헬륨을 영하 273℃ 정도의 온도로 낮춰 주면 생기는 물질이에요. 이 때 초고체의 약 1%가 ‘초유체’라는 물질이 되면서 독특한 특징을 가진답니다. 초유체는 끈적끈적한 성질인 점성이 없는 액체로, 벽을 타고 흐르거나 사방으로 퍼지는 성질을 가졌어요. 그래서 초고체의 크기보다 작은 구멍이 있는 곳에 초고체를 올려놓으면, 1%의 초유체 원자들이 좁은 구멍을 통과해 아래로 내려간답니다.
 
"모두들 제가 초고체에 관련된 말을 했을 때 ‘말도 안 된다’며, 다른 연구를 하는 것이 더 효율적이라고 말했어요. 사실 저도 처음엔 초고체 관련 실험을 2개월만 하다가 원래 하던 분야로 돌아가려고 했지요. 하지만 점점 확신이 생겨 두 달이 1년이 되고, 3년이 됐죠. 그 결과 대다수가 없다고 말한 초고체의 존재를 밝힐 수 있었어요. 노벨상 수상자의 대부분은 일반적으로 우리가 불가능하다고 여기는 것을 가능하게 만들었어요. 저도 노력해서 초고체를 더 확실하게 밝혀, 훗날 우리 생활에 다양하게 쓰이도록 만들고 싶습니다"
김은성(카이스트 물리학과 교수)
 
잠깐! 유리는 지금도 흐르고 있다!

우리는 흔히 유리를 고체라고 알고 있지만, 유리는 일반적인 고체와는 달라요. 유리는 고체 특유의 결정구조도 없고 녹는점도 없거든요. 이
때문에 유리는 고체가 아니라 ‘무정형 물질’이라고 해요. 초유체와 반대로 점성이 매우 큰 액체라고 생각하면 돼요.
지은 지 오래된 건물의 유리창이나 스테인드글라스를 보면 위보다 아랫부분의 두께가 더 두꺼운 것을 발견할 수 있어요. 바로 오랜 시간 동안 유리가 서서히 아래로 흘러내렸기 때문이랍니다.

반전 ❺
화성에는 '파란' 노을이 진다!

“메가마인드! 당신이 이렇게 나를 구해 줄 거라고는 꿈에도 생각 못했어요. 고마워요, 정말. 그나저나 이 은혜를 어떻게 갚죠?”
“록산, 실례가 되지 않는다면 소원이 하나 있긴 한데….”
“뭔데요? 말해 봐요~!”
“내 몸처럼 파란색 노을이 지는 곳에 함께 가 줄래요?”
“파란 노을이요? 그런 곳이 있어요?”

화성의 노을이 푸른 이유

2010년 12월 22일, NASA는 화성탐사로봇 ‘오퍼튜니티’가 화성 표면에서 찍은 노을 동영상을 공개했어요. 평소 우리가 알고 있는 붉은 노을과 달리 화성의 노을은 파란색이었지요. 화성의 노을이 파란색인 이유는 무엇일까요?
지구에서는 빛의 파장이 짧을수록 산란이 잘 돼요. 파란빛은 빨간빛보다 파장이 짧기 때문에, 낮에 지구의 하늘은 푸른색이랍니다. 하지만 저녁에는 태양고도가 낮아지면서 빛이 통과하는 대기층의 두께가 두꺼워져요. 그래서 산란이 잘 되는 파란빛은 두꺼운 대기층을 통과하지 못해 우리 눈에 보이지 않죠. 그리고 산란이 적게 되는 빨간빛은 대기를 통과해 우리 눈에 보인답니다. 이 때문에 지구의 저녁에는 붉은 노을이 지는 거예요.
반면 화성은 지구와 다른 대기를 가지고 있어요. 그래서 지구와 반대로 빨간빛은 산란이 잘되고, 파란빛은 산란이 적게 되죠. 이 때문에 화성의 낮 하늘은 붉은색이랍니다. 하지만 저녁에는 지구와 마찬가지로 대기층의 두께가 두꺼워져, 빨간빛은 대기층을 통과하지 못해요. 하지만 비교적 산란이 적게 되는 파란빛은 지면까지 도달할 수 있지요. 그래서 화성의 노을이 푸른색이랍니다.
 
잠깐! 대기의 먼지에 따라 다른 태양과 노을의 색

1883년 인도네시아의 크라카타우 화산이 폭발하고 나서 태양이 유난히 붉게 보이고, 노을은 오렌지색을 띠었다고 해요. 이는 화산이 폭발하면서 대기 중에 미세한 화산재가 많이 퍼져 빛의 산란 형태가 바뀌었기 때문이죠.
또한 1950년 캐나다 알버타 주에서 발생한 거대한 산불 때문에 많은 양의 연기와 그을음이 대기에 섞여 태양이 푸른색으로 보였다고 합니다.

"달이 검붉게 보이면 비가 온다는 속담이 있어요. 이 속담을 분석해 보면 비가 오기 전 대기에는 수증기가 많아지고, 이 수증기로 인해 빛의
산란이나 흡수가 증가하겠지요. 이 때 우리 눈에 보이는 달의 색이 평소와 다른 것은 당연하겠죠? 대기의 물질에 따라 우리 눈에 보이는 태양과 노을, 달의 색은 무척 다양하게 바뀐답니다."
권석민 (강원대학교 과학교육학부 교수)

“메가마인드, 정말 푸른 노을이 지는 곳이 있군요. 아름다워요!”
“록산, 저 노을처럼 온몸이 푸른색인 저와 만나 주시겠어요?”
“메가마인드, 전 이미 당신에게 반했는걸요!”
이렇게 나쁜 악당이던 내가 여자 주인공인 록산의 연인이 되다니, 정말 대단한 반전이지? 하지만 내가 록산을 구할 수 있게 해 준 건 놀라운
반전이 있는 과학이었어. ‘어린이과학동아’ 친구들도 반전이 숨어 있는 과학을 찾아봐. 나처럼 놀라운 경험을 하게 될 거야!