태초에 하나님이 천지를 창조하시니라 (창세기 1:1)

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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

박테리아의 놀라운 빛 감지 능력 : 렌즈와 같은 세포 

(The Crawling Eye: Cells as Lenses)


      어떤 박테리아는 빛에 반응해서 안구(eyeball)처럼 자신의 몸 전체를 빛을 향해 돌릴 수 있다.

어쨌든 세포는 둥글다. 그렇다면 빛에 초점을 맞출 수 없는 것인가? 과학자들은 ‘연못 진흙(pond slime)’에 있는 어떤 남세균(cyanobacteria)들이 주광성(phototaxis, light order)이라 불리는 과정으로, 빛을 향해 움직일 수 있는 이유에 대해 궁금해 해왔다. eLife 지에 게재된 한 새로운 연구에 의하면, 박테리아의 전체 세포가 하나의 렌즈가 되고 있다는 것이다. BBC News(2016. 2. 9)는 논평했다.

단지 3㎛(0.003mm) 크기에도 불구하고, 그 연구에서 박테리아는 카메라나 사람의 눈과 같은 동일한 물리학적 원리를 사용하고 있었다.

이것은 그 박테리아를 세계에서 가장 작고, 가장 오래된 렌즈에 대한 사례로 만들고 있었다.

과학자들은 오랫동안 빛을 향해 움직이는, 주광성에 대해서 주목해 왔다. 조나단 웹(Jonathan Webb) 기자는 썼다. ”3세기 이상동안 과학자들은 곤충의 눈을 현미경 아래에서 살펴보아왔다. 아무도 이와 같은 것을 이전에는 주목하지 못했다는 사실이 놀랍다고, 뮬리노(Mullineaux) 교수는 말했다.” 프라이부르크 대학(University of Freiberg)의 한 언론보도는 그것에 대한 몇 가지 사실을 밝혀주고 있었다 :

빛을 향해 움직이는 과정인, 세균의 주광성을 설명하기 위한 이전의 모든 시도들은 실패해 왔다. 왜냐하면 세균의 크기는 빛의 파장에 단지 몇 배에 불과하기 때문에, 그들은 너무도 작아서 세포 앞과 뒤쪽 사이에 광도 차이를 인식할 수 없을 것으로 생각해 왔기 때문이다. 그러나 전체 박테리아가 하나의 렌즈처럼 기능을 하기 때문에, 세균은 빛을 집중시킬 수 있고, 세포내의 뚜렷한 광도 차이를 만들어낼 수 있었다.

그것은 사람의 안구)가 빛에 대해 초점을 맞추는 방법과 다르지 않다. Live Science(2016. 2. 10) 지는 말했다. ”그러나 남세균은 사람의 눈보다 5억 배 정도 작다. 그리고 그 조류는 사람의 눈이 명확하게 볼 수 있는 물체에 대해 단지 흐릿한 윤곽만을 볼 수 있을 것이다. 연구자는 말했다.” 빛에 반응하여 남세균은 섬모(pili)라 불리는 작은 촉수를 성장시킨다. 그것은 빛의 근원 쪽으로 세포를 이동시킬 수 있게 해준다.



무엇보다 더욱 놀라운 것은 그 기사나 논문의 어떠한 곳에도 진화는 언급되지 않고 있었다는 것이다.

세포가 이러한 정보를 사용하고 있다는 것에 대해 생각해보라. 그 자체가 하나의 렌즈처럼 모양을 갖추는 방법을 알아야만 한다. 또한 초점이 맞춰지는 곳에 감지 수용체가 있어야만 하고, 그 감지체는 신호를 핵으로 보내야만 한다. 그곳에서 유전자들은 그 정보를 행동으로 옮길 수 있도록 변환시켜야만 한다. 그래서 세포는 적절한 곳에 섬모를 자라게 해야 하고, 그래서 전체 세포가 빛 쪽으로 움직이도록 방향을 돌리는 것이다.

이러한 과정 중에 어떠한 하나라도 결여됐다면(각각은 복잡한 분자기계들을 가지고 있다), 주광성은 작동되지 않을 것이다. 이것은 진화가 아니라, 설계이다. 박테리아와 같은 ‘간단하고 원시적’이라고 말해지는 생명체에서 이러한 놀라운 기능의 발견은 진화론자들의 어깨를 더욱 움츠러들게 만들고 있었다.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://crev.info/2016/02/cells-as-lenses/

출처 - CEH, 2016. 2. 10.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6327

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정성수
2016-02-09

세포가 저절로 만들어졌다고?


      진화론자들은 물질들이 오랜 시간 후 저절로 단세포 생명체가 탄생되었다고 주장한다. 과연 세포는 그렇게 단순하게 만들어질 수 있을까? 자동차의 부품 수는 2-3만 개이다. 자동차 부품 한 개 한 개가 저절로 만들어졌다고 생각하는 사람은 아무도 없다. 부품이 모두 준비되었다고 자동차가 만들어지는 것은 아니다. 누군가 이를 순서 있게 조립해야 한다. 부품을 만드는 과정에서부터 조립하기까지 모두 사람의 지혜를 총 동원한 설계가 필요하다. 그리고 엔진, 동력전달장치, 바퀴 등 핵심 부품이 모두 준비되지 않으면 자동차로서의 기능을 할 수 없다. 항공기나 로켓의 경우 약 500만 개의 부품이 필요하다고 하니 실로 어마어마하다.


그러면 세포를 기계장치에 견준다면 얼마나 많은 부품이 있을까? 세포를 현미경으로 처음 발견했을 당시 학자들은 아무 것도 없는 단지 젤이 채워진 방 정도로 여겼다. 그런데 놀라지 마시라! 작은 세포 안에 적어도 무려 10억 개의 부품이 있다. 그래서 세포를 단순히 기계장치에 비유하지 않고 하나의 도시와 비교할 수 있는데 현재까지의 연구결과를 종합하면 세포는 적어도 서울시 크기만큼의 도시와도 같다. 세포를 세포도시(cell city)라고 생각해보자. 세포도시에는 여러분이 상상하는 거의 모든 것이 있다.


세포도시에는 도시를 둘러싼 성곽(세포막, 세포벽)이 있다. 누군가 출입을 하려면 사전에 약속된 표시(신호전달)를 해야만 출입이 가능하다. 이웃 세포도시와도 서로 연락하여 협력하고 있다. 세포도시에서도 의사소통의 통로가 있는가? 있다. 세포도시 안에서 신호전달을 하고 상호 의사소통을 하여 세포도시를 가꾸는 다양한 신호체계가 있다. 세포도시에서 교통 시스템이 있을까? 당연히 있다. 고속도로, 철길, 골목길 등 다양한 형태의 이동로(세포골격)가 있고 트럭에 해당하는 운송수단도 있다. 동력을 만드는 발전소 같은 설비가 있을까? 당연히 있다. 세포도시에는 화학 에너지를 양전자를 통해 터빈을 돌려서 발전하는 형태의 에너지공장(미토콘드리아)이 있다. 세포도시 전체가 이동할 떼 필요한 장치도 있다. 성곽 전체에는 헬리콥터 프로펠러와 같은 이동수단(섬모, 혹은 편모)을 준비해서 세포도시 전체가 빠르게 이동할 수가 있다. 부품을 만들어내는 공장(세포질내의 리보좀)도 있고 이를 조립하는 곳(골지체)도 있다. 오래된 장치를 해체해서 다시 재활용하는 기관도 있다. 외부의 침입자에 대해 세포는 이를 감지하는 시스템이 설계되어 있다. 만에 하나 불법 침입자가 세포도시에 들어오면 이를 잡아서 처리하는 경찰과 감옥(리소좀)도 있다.


더구나 세포도시는 자신과 똑같은 세포도시를 복제해서 만들어 낼 수 있다. 지휘소(핵)가 있어서 이를 진두지휘한다. 사실 지휘소는 세포도시를  추가로 복제하는 것 외에 기본적으로 세포도시의 모든 관리를 맡아서 하고 있다. 세포도시를 만들려면 지휘소 내의 도시정보가 내장되어있는 정보도서관(핵산)이 복제되어야 한다. 새로운 정보도서관을 만드는 것은 엄청난 일인데 세포는 이를 너무도 쉽게 처리하는 것 같다. 천 페이지 짜리 책 천 권을 글짜 순서 한번 안 바뀌고 베껴 써 내려가야 한다. 이 과정은 정밀하게 복사하는 장치가 물론 있다, 그리고 혹여 잘못 복사가 되었을 때 이를 복구하는 장치도 있다. 


세포도시는 그러면 계속 유지되는가? 일정시간 필요하면 세포내의 모든 장치는 계속 복구가 일어난다. 너무 심각하게 손상이 된 경우는 이웃도시와 몸 전체를 위해서 도시를 비우고 해체하는 작업이 일어나기도 한다. 아무 손상이 없어도 시간이 되면 자가소멸이라는 방식으로 세포도시를 청산하기도 한다. 이런 경우 왜 그런 결정을 하는지 정확히는 아직 잘 모른다.


다시 정리하면 세포는 거대도시와도 같은 기능과 역할을 할 수 있는 고도의 조직화된 시스템을 가지고 있다. 기계장치라고 한다면 자동차나 로켓보다 복잡하고 정교하며 전자동 시스템을 가지고 있다. 더구나 자기 스스로 조절하고 복제할 수 있는 능력이 있다. 이런 기능은 저절로 발생하지 않는다. 모든 부품이 처음부터 존재해야만 가능한 일이며, 각 부품 사이에 정보교환이 가능한 시스템이 이뤄져야 한다.


자동차가 설계되었다고 믿는다면 응당 세포도 설계되었다고 믿는 것이 당연하다. 우리는 안다. 그 설계자가 바로 우리를 사랑하시는 하나님이라는 사실을. 

”창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할지니라” (로마서 1:20)



구분 - 4

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Brian Thomas
2015-08-25

세포의 미토콘드리아 세망은 도시 전력망을 닮았다. 

(Cell Feature Resembles Power Grid)


      분명, 생물학 및 해부학 교과서는 개정되어야할 시점이 되었다. 우리가 지금까지 생각했던 것보다 미토콘드리아(mitochondria)에는 훨씬 더 많은 것들이 들어 있었다. 연구자들은 세포 내의 이 작은 발전소가 효율적으로 ATP 에너지를 공급하기 위해서 고도로 조직화되어 있음을 밝혀냈다. 미토콘드리아들은 근육세포들에 걸쳐 서로 연결되어 있어서, 초거대 미토콘드리아 네트워크를 형성하고 있었다. 연구자들은 이 놀라운 발견을 Nature 지에 보고하면서, 그것을 '미토콘드리아 세망(mitochondrial reticulum)'이라 부르고 있었다.[1]


상호 연결된 미토콘드리아 그물(mitochondrial net)은 근육을 움직일 수 있도록 세포 내부에서 수축하는, 긴 관으로 된, 단백질 다발 주위를 감싸고 있다. 이러한 디자인은 효율적으로 정확한 시간에, 정확한 장소에, 정확한 량으로 연료를 공급하도록 해준다. 그러나 과학자들은 더 많은 것들을 발견했다.


선임저자인 국립 건강연구소의 로버트 발라반(Robert Balaban)에 의하면, 모세혈관 옆에 위치하는 미토콘드리아 그물 지역은 미토콘드리아 막 전압을 발생시키기 위해 최적화되어 있고, 근육 내에 상호 연결된 미토콘드리아의 깊이도 ATP 생산에 필요한 전압 사용을 위해 최적화되어 있다는 것이다.[2]


네트워크를 통해 유지되고 있는 가변성의 전압은 ATP를 발생시키는 미토콘드리아 기계에 연료를 공급하고 있다. 다른 말로 해서, 탄수화물의 화학에너지가 공급원 근처의 미토콘드리아 세망으로 들어가, 근육세포 내 깊은 곳으로 이동하는 전기에너지로 변환되는 것이다. 그리고 근육 단백질이 그것을 가장 필요로 하는 곳에서 정확하게 ATP 화학에너지로 변환시킨다. 그것은 ”도시 전체에 전력을 공급하는 전력망과 너무도 유사한 멋진 구조특성 및 분포배열을 갖고 있다”는 것이다.[2]


사람들이 도시에서 전력망을 설계하고 구축했다면, 어떤 지적 설계자가 사람이 설계한 공학적 시스템보다 훨씬 더 복잡하고 엄격하게 조절되는, 근육세포 내에 있는 초소형 미세 미토콘드리아 전력망을 만들었을 것이라는 추론은 합리적인 것이다.



References

1.Glancy, B. et al. 2015. Mitochondrial reticulum for cellular energy distribution in muscle. Nature. 523 (7562): 617-620.
2.High-resolution 3D images reveal the muscle mitochondrial power grid. National Institutes for Health News. Posted on nig.gov July 30, 2015, accessed August 6, 2015.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/article/8953

출처 - ICR News, 2015. 8. 20.

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옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=6216

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Brian Thomas
2015-08-14

세균의 대사는 컴퓨터 회로판과 같이 작동된다. 

(Bacteria Metabolisms Are Like Computer Circuit Boards)


      세균(bacteria)들은 때때로 거친 삶에 직면한다. 식물과 동물 세포의 약 1/10 크기인 그들은 자신을 보호하기 위한 어떠한 피부 층도 가지고 있지 않다. 환경은 빠르게 변화하고 있다. 따라서 미생물이 적응하기 위한 적절한 도구를 가지고 있지 않다면, 그들은 오래 지속되지 못할 것이다. 생명공학자들은 박테리아들에 내재되어 있는 일련의 상호 밀접한 관계들을 밝히면서, 세균들이 끊임없이 변화하는 환경에서 살아가기 위해서 사용하는, 세 개의 상호의존적인 대사 시스템의 측면을 모델화하였다.[1] 그리고 그러한 시스템은 매우 과소평가되고 있었다고 기술했다.


생물학자들이 혐기성 세균인 클로스트리듐(Clostridium acetobutylicum) 균을 설탕이 첨가된 신선한 액체배지에서 접종했을 때, 그 미생물이 첫 번째 하는 일은 설탕 에너지를 수확하고 증식하는 것이었다.(번식하는 간단한 방법). 주변에 하수처리 시스템이 존재하지 않기 때문에, 그들의 유기산 노폐물은 그들 주위에 쌓인다. 그러나 장비가 갖추어진 박테리아에서 그것은 문제가 되지 않는다.


산(acids)이 축적되었을 때, 박테리아는 그 노폐물을 소화시키고 그것을 다른 유용한 무언가로 변환시키는 다른 내부 공장의 스위치를 켠다. 멀리서 보면 꽤 단순하게 보이는 것 같지만, 최고의 과학자들은 그러한 시스템을 만들어보려고 했을 때, 박테리아의 대사(metabolism)는 전혀 단순하지 않다는 것을 발견하게 되었다.


박테리아는 복잡한 컴퓨터 회로 기판처럼, 탐지기, 온/오프 스위치, 밝기조절 스위치(dimmer switches), 릴레이 스위치, 피드백 루프...등을 정밀공학을 사용하여 적절히 연결하고 있었다. 그것은 얼마나 복잡할까? C. acetobutylicum 대사의 단지 한 부분의 디지털 버전을 설계한 생명공학자들에게 물어보라. 그들은 실제 세균 배양을 통해 실험했던 그들의 모델을 PNAS 지에 발표했다.[1]


일리노이 공대 뉴스는 ”일리노이 대학 연구자들은 최초로, 클로스트리듐 균 대사의 복잡하고 상호의존적인 대사반응, 유전자 조절, 환경적 단서들을 발견했다”고 보도했다.[2] 박테리아 내부에서, 일련의 독특한 맞춤형 효소(단백질 기계)들이 필수적 대사과정 사슬에서 일어나는 각 화학 반응들을 촉진하고 있었다. 이 활동에 의한 부산물 농도의 증가는 세포 외부에 독성의 산성 세계를 초래한다.


두 번째 대사 시스템은 그들의 부품을 바꾸어, 이러한 잠재적으로 치명적인 부산물로부터 박테리아를 구한다. 세포는 외부 환경에 무슨 물질이 있는지, 그리고 두 번째 대사 기어를 넣어야한다는 것을 어떻게 알게 되는 것일까? 작은 기계들이 세포 내부의 산도(acidity)와 세포 외부의 산도를 비교하고, 유전자들을 관리하는 다른 분자기계들에게 그 정보를 전달한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 유전자 조절이 작동하기 시작하는 시점이 된다. 이러한 시스템의 상호의존적 측면은 정확한 시점에서, 그리고 정확한 기간 동안, 독성의 유기산을 용매로 변환시키기 일을 시작하기 위해서 어떤 유전자들을 활성화시킨다.


마침내, 이 뛰어난 전략으로도 견딜 수 없도록 환경이 악화되면, 그 시점에서 세포는 보존 모드로 전환되는 스위치를 켠다. 일부 세포는 저항성이 강한 아포(spores)로 변환되고, 환경이 개선되어 또 다른 성장 단계를 시작하기 전까지 기다린다. 일리노이 대학의 생명공학자들은 이들 박테리아의 실제 시스템의 일부분을 디지털 방식으로 모방했다. 그들은 썼다. ”그 과정의 복잡성과 시스템 특성은 매우 과소평가 되어왔다.”[2] 실제 살아있는 시스템에 내장되어 있는 복잡성을 파악하는 데에는 역공학이 매우 유효하다. 역공학(reverse-engineering)은 심도 있는 분석을 요구한다.


예를 들어, 연구자들은 박테리아의 유전자 조절 모듈의 디지털 버전을 구축하는 것에 대해 설명하면서, ”여기에 4가지 주요 분자들(Spo0A, Spo0A~P, σF, σK)의 농도가 주요 모델 변수로 채택되었다. 그리고 그들의 반응 속도는 미분방정식을 이용하여 설명했다”라고 썼다.[1]


진화적(무작위적) 과정으로 인해, C. acetobutylicum의 대사과정을 만들 수 있는 능력이나, 미래지향적 통찰력이 생겨났을까? 어떤 자연적 과정이 미분방정식을 통해 상호의존적 부품들과 모듈의 필수적 동적 네트워크를 통합시키기에 충분한, 기본 수학을 이해하고 있었단 말인가? 그것은 돌연변이인가? 부적자의 죽음인가? 집단 동력학인가? 돌연변이는 방향도 없고, 생각도 없고, 목적도 없는, 지시되지 않은, 무작위적인 복제 오류 아닌가?


그 어떠한 자연적 과정도 그러한 탁월한 전략 및 복잡성과 맞지 않기 때문에, 박테리아 대사과정의 상호의존적 측면은 지적 근원(intelligent source)에 의한 것임에 틀림없다. 그리고 그 지적 근원은 그러한 시스템을 발견하고 모방하려고 애쓰는 뛰어난 공학자들보다 훨씬 더 뛰어나고 현명함이 분명하다. 공학자들은 단순한 디지털 사본을 만들었지만, 그 분은 실제 살아있는 것을 만드셨다.



References

1.Liao, C. et al. Integrated, systems metabolic picture of acetone-butanol-ethanol fermentation by Clostridium acetobutylicum. Proceedings of the National Academy of Sciences. Posted online before print, June 22, 2015, accessed June 29, 2015.
2.Kubetz, R. Unlocking fermentation secrets opens the door to new biofuels. Posted on engineering.illinois.edu June 24, 2015, accessed June 25, 2015.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/article/8826

출처 - ICR News, 2015. 7. 20.

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바이러스는 바다를 좋게 만들 수 있다. 

(Viruses May Do the Ocean Good)


     새로운 연구는 바이러스(viruses)가 조류 대발생(algal blooms)을 억제하는데 도움을 줄 수 있음을 보여주고 있었다.


바다에는 바이러스들이 가득하다. 그들은 1리터 당 100억 마리에 이른다고 PNAS(2014. 11. 4) 지는 말한다. 이제 과학자들은 해양 생물학에서 바이러스의 역할을 탐구하기 시작하고 있었다. 바이러스는 세포를 너무도 잘 파괴하기 때문에, 적절한 환경에서 그 기술은 유익한 목적으로 사용될 수 있을 것이다. 그 논문에서 케이티 비들(Katie Bidle)은 ”통합적 중추로서 해양 바이러스 생태학을 밝히는 일”을 시도하고 있었다. 즉, 바이러스 메타게놈(virus metagenomes)으로부터 리보뉴클레오티드 리덕타제(ribonucleotide reductases, RNRs)를 통합된 분자 마커(molecular marker)로서 사용함으로써, 구별된 해양 환경에서 거주하는 다양한 바이러스들을 특성화 할뿐만 아니라, 다양한 환경에서 그들 바이러스의 생태학적 전략들을 추정해볼 수 있다는 것이다.  


한 생태학적 전략은 도움이 될 수 있을 것으로 보인다. 많은 사람들이 뉴스를 들어 알고 있는 것처럼, 바다 조류가 폭발적으로 증식하는 악명 높은 '적조(red tide)' 현상이 발생하면, 물고기들은 죽게 되고, 적조가 사라질 때까지 물은 사용할 수 없게 된다. 그러나 적조를 어떻게 사라지게 할 수 있을까? Current Biology(2014. 11. 3) 지에 게재된 한 새로운 연구는 ”바다에서 폭발적인 조류 발생 시 동물플랑크톤은 바이러스의 전달 벡터로서 역할을 할 수 있음”을 보여주고 있었다. 특히, 동물플랑크톤 중 작은 요각류(copepods)는 E. huxleyi라는 이름의 바이러스를 운반한다. 요각류의 배설물은 독성 조류에 바이러스를 감염시킬 수 있다는 것이다. ”지역적으로 식물성 플랑크톤과 인접하게 유영하고 있고, 물리적으로 분리되어 있는 물들을 가로질러 이동하고 있는, 동물성플랑크톤이 숙주-바이러스 접촉율을 증가시켜 대규모 조류들의 사멸을 가속화시킬 수 있는, 바이러스 벡터(viral vectors)로서 역할을 할 수 있음을 우리는 제안한다.” 그들은 말했다.



이것은 마스터 대학(Master’s College)의 창조 생물학자인 조 프랜시스(Joe Francis) 박사의 연구를 지지하는 흥미로운 발견이다. 그는 이미 콜레라(cholera)와 같은 '불쾌한' 세균이 사실은 의도된 환경에서 좋은 기능을 가지고 있었다는 몇몇 사례들을 발견했다. 세포를 탈수시키는 콜레라의 능력은, 강 하구의 몇몇 생물들에게는 유익하게 작동될 수 있다. (see summary by Frank Sherwin at ICR). 또한 프랜시스는 일부 숲을 황폐화시키는 껍질 딱정벌레(bark beetles)의 좋은 기능을 발견해왔다. 사람에게 고통을 주는 많은 '자연 악(natural evil)'들은 사실 좋은 목적으로 의도된 설계 시스템이었지만, 통제를 벗어나면서 발생되었을 가능성이 있다. 만약 그렇다면, 창세기에 기록된 저주가 통제를 벗어나게 된 주요 원인이었을까? 좋은 것도 엉뚱한 곳에 있거나, 적절히 통제되지 않는다면, 커다란 악이 될 수 있다. 또는, 주님이 사탄과 그의 부하들에게 유전자의 일부를 손상시킬 수 있는 능력을 허락하셨고, 그것을 통해 사람과 피조물들을 파괴했을 수도 있다. (욥기에서 볼 수 있듯이 이것은 물론 하나님이 허락하셨을 때에만 가능하다).


죄의 결과는 죽음이라고 창조주는 말씀하셨다. 그것은 하나님이 천사의 칼로 직접 아담과 하와를 죽인다는 것이 아니었다. 하나님은 아담과 하와가 그들의 불순종이 초래한, 생태적 관계가 파괴되고, 통제를 벗어난 세계를 바라보면서, 살아가도록 하셨다. 그곳에서는 무슨 위험이 언제, 어디서 일어날지 결코 알 수 없다. 만약 사람이 자신이 언제 죽는지를 안다면, 죽기 전날까지 회개를 연기할 것이다. 우리 각자는 죽음이 언제 어디서 홀연히 다가올지 알지 못한다. 그것이 우리가 살아가고 있는 세계이다. 그러나 하나님은 자신의 존재와 선하심에 대한 증거를 남겨놓으셨다. 하늘로부터 비를 내리시며, 해 아래서 살아가는 우리의 짧은 인생 동안(전도서) 음식과 기쁨을 허락하셨다. (사도행전 14:17).


바다는 물과 함께 ‘정보(information, DNA 형태)’로 가득하다는 것을 깨달을 필요가 있다. 이 세계는 정보로 가득 차 있다! 윌리엄 뎀스키(William Dembski)의 새로운 책 Being as Communion’는 현실 세계의 근본적 본질로서, 물질이나, 에너지가 아니라, 정보임을 알려주고 있다.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://crev.info/2014/11/viruses-may-do-the-ocean-good/

출처 - CEH, 2014. 11. 2.

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Brian Thomas
2013-05-14

‘최적화의 실패’로 살아남은 효모

(Yeast Survive as They 'Fail to Optimize')


       '실패(fail)'라는 단어는 일반적으로 뭔가 잘못되었다는 것을 의미한다. 학교 시험에 실패하는 것은 그 과목을 통과할 가능성을 감소시키고, 신체검사를 실패하는 것은 건강이 좋지 않다는 징후이다. 하지만 과학자들이 특정 단백질의 생산을 '최적화하는데 실패한” 효모와 박테리아를 연구했을 때, 그 실패가 사실은 아주 좋은 것이라는 것을 발견했다.
 
조사를 실시한 효모(yeast)와 박테리아(bacteria)는 생물학적 시계의 부품으로 사용되는 특정 단백질의 최대 가능 생산량을 만들어내는 데에 실패했다. 별도의 두 연구팀은 그 이유를 밝히고자 했다. 연구자들은 어떻게 이런 매우 다른 생물체들이 그들의 작은 시계들을 맞추는데 비슷한 방식을 사용하는지를 알아보았고, Nature News는 그 두 연구 결과를 요약 보도했다.[1]
 
넓은 범주의 생물들에게서 사용되고 있는 체내시계(circadian clocks)는 리듬 주기(rhythmic cycles)에 작용하는 단백질을 생산함으로서, 세포가 시간을 지키고 매일의 리듬을 유지하는 것을 돕는다. 이 과정에서 중요한 단백질 중 하나는 'FRQ”라고 불리는 것으로, 주파수(frequency)를 떠올리게 하는 이름이다. 처음 보기에, 이들 생물이 FRQ를 최대 속도로 생산해내는 것에 실패한 것이 완전히 진화되지 않았다는 표시처럼 보일 수 있다. 아마도 진화는 아직 개선의 여지가 있는 부분들을 남겨둔 채 진행되고 있는 중일 수 있다는 것이다.
 
효모를 연구한 연구팀은 효모의 생산 과정이 빨라지도록 효모의 단백질 생산 암호를 미묘하게 조정했다.[2] 그리고 이 더 왕성한 버전의 FRQ를 살아있는 효모 세포에 집어넣었다.[3] 어쩌면 이 과정이 진화적 발전을 수동으로 조작하여 효모의 생체시계를 발전시킬 것으로 생각하면서 말이다.
 
그러나 단백질의 여러 조작된 버전들은 실제로는 효모의 체내시계를 망가뜨렸다!

한 조작된 버전은 생산 속도를 너무 빠르게 만들어, FRQ가 적당한 3차원 형태로 접힐 시간을 주지 않아 체내시계를 방해했다. 저자는 ”우리의 연구는 코돈 사용(codon usage, 같은 유전적 단어들의 철자를 대체하는)이 단백질 발현 수준을 조절할 뿐 아니라, 그 구조와 기능까지 조정한다는 것을 시사한다”라고 썼다.[2] 그리고 그것은 효모의 시계 작동이 다양하게 변화하는 환경 속에서 최선이 되도록 만든다는 것이다.
 
마찬가지로, ”세균은 실제로 낮은 온도에서 최적화되지 않은 코돈을 사용함으로써 더 잘 자란다.”[1]

즉, 이러한 체내시계는 최대 생산 속도에 최적화되지 않음으로써, 시간을 지키는 그들의 임무에 이미 ”최적화된” 것으로 나타난다. 너무 빨리 생성하는 경우, 체내시계는 새 일주기에 맞추지 못한다. 세포가 올바른 단백질을 너무 많이 생산하는 경우, 시계는 너무 강해지고, 또 다시 주기를 맞추지 못한다. 질과 양 사이에 최적의 균형을 유지해야만 하는 것이다. 이것이 세포시계의 기원에 대해 무엇을 의미하는 것일까?
 
실패와는 거리가 멀게, 이 체내시계들은 분명히 미세하게 조정되어 있었다. 그들은 정밀한 설계 사양에 의해서 생물학적 시계를 조절하고 있었던 것이다. 서투른 수선이 시계를 망가뜨리는 것을 보여준 이 실험은 초월적 지혜의 시계공(Divine Horologist) 만이 유전자와 단백질에 필요한 정교함을 처음부터 즉시 모두 한꺼번에 추가하셨음을 증거하고 있는 것이다.



References

1. Hurley, J.M., and J.C. Dunlap. 2013. Cell biology: A fable of too much too fast. Nature. 495 (7439): 57-58.
2. Zhou, M. et al. 2013. Non-optimal codon usage affects expression, structure and function of clock protein FRQ. Nature. 495 (7439): 111-115.
3. They engineered more efficient codons into the gene. This produced the same amino acid sequence as the wild-type protein, but the new configuration sped more quickly off the protein assembly line.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/article/7404/

출처 - ICR News, 2013. 4. 10.

구분 - 3

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김경태
2013-04-16

드높이 날아 오른 나로호


      우리나라에서 드디어 인공위성을 쏘아 올렸다. 우주에 인공위성을 올린다는 것은 간단한 문제가 아니다. 우주의 극한 환경에서도 정상적으로 작동할 수 있는 인공위성을 제작하는 일은 여러 분야의 전문가들이 협력해야만 할 수 있는 일이다. 뿐만 아니라 인공위성을 지구 위의 특정 궤도에 갖다 놓는 일도 정밀한 추진체의 개발이 있어야 가능한 일이다. 추진 로켓이 있어야 중력을 이기고 정해진 위치까지 한 치의 오차도 없이 인공위성을 보낼 수 있는 것이다. 이와 아울러 우주 발사체를 운영하기 위한 소프트웨어와 데이터 분석에 관한 기술도 확보하여야 한다. 그리고 우주관제 시스템의 구축도 필요하다. 이번에 나로호 발사가 성공했다는 것은 이러한 모든 기술들이 함께 개발되었음을 의미한다.


나로호가 우주로 올라가는데 있어서 그 동안 많은 시행착오와 우여곡절을 겪었다. 우리나라는 발사체 기술을 확보하기 위해 2002년 8월 나로호 사업을 시작하였다. 그래서 4년 후인 2006년 10월에 러시아와 우주기술 보호협정을 체결하여 기술도입을 시도하였다. 이어 2007년에 우주센터의 건축공사를 시작하였으며, 2009년 들어와서 발사대 시스템에 대한 성능시험과 1단 로켓의 최종 연소시험을 했다. 그래서 드디어 2009년 8월 25일 나로호를 쏘아 올렸다. 하지만 이 1차 시도는 위성을 감싼 덮개가 열리지 않아 실패하고 말았다. 실패를 타산지석으로 삼고 다음 해인 2010년 6월 10일 2차 발사를 시도하였는데, 이때도 발사 후 2분 30여초 만에 진동이 일어나더니 곧 이어 내부폭발이 발생하면서 실패의 고배를 들었다. 거듭된 실패로 인해 재차 발사하는 것에 대한 우려와 걱정이 앞섰지만 묵묵히 뚝심으로 밀어 부쳤다. 그런데 3차 발사를 시도하면서도 그 과정이 순탄치 않았다. 2012년 10월 26일 시도하였으나 발사체와 발사대 연결 부위의 고무링이 파손된 사실을 발견하여 1달 정도 연기하였고, 다음 시도 때에는 발사하기 위해 카운트 다운을 하던 중 전기박스의 과전류 문제가 발생하여 또 연기할 수밖에 없었다.


그리고 약 한 달이 지난 2013년 1월 30일 오후 4시, 전 국민의 관심 속에 발사가 진행되었다. 이번에야말로 반드시 성공시켜야 한다는 절박하고도 초조한 상황 속에서 나로호는 굉음을 내며 하늘로 솟구쳐 올랐다. 발사된 그날 오후 4시 9분 16초에 지상 303km의 상공에서 과학위성이 성공적으로 분리됐다는 소식이 전해졌다. 그리고 오후 5시 26분에는 노르웨이 스발바드 수신국에서 나로과학위성으로부터 온 신호를 수신하였고, 1월 31일 새벽 3시 28분부터 14분 58초 동안 대전에 있는 KAIST 인공위성연구센터와 교신이 이루어짐으로써 나로호 발사가 완벽하게 성공하였음을 확인할 수 있었다. 이는 본격적인 우주개발 사업을 시작한 지 10년 5개월 만에 거둔 쾌거이다. 자기 나라에서 스스로 만든 위성을 자국의 발사체로 쏘아 올린 국가들의 모임을 스페이스 클럽이라 부르는데, 지금까지 스페이스 클럽에 가입한 나라는 러시아, 미국, 프랑스, 일본, 중국, 영국, 인도, 이스라엘, 이란, 북한 등 10개국이었다. 이제 우리나라도 스페이스 클럽에 이름을 올린 11번째의 나라가 된 것이다. 비록 1단 발사체가 러시아의 기술로 만들어진 것이긴 하지만 그 동안의 개발 과정과 실패를 통해 많은 경험과 소중한 기술을 습득할 수 있었다. 앞으로 우리나라의 과학자들이 지속적으로 노력하여 순수 우리 기술로 1단 발사체를 개발하여 명실상부한 우주개발 강국이 되어야 할 것이다. 이번에 쏘아 올린 과학위성은 무게가 100kg 정도 된다. 이 정도는 만족할 수준이 아니다. 우리의 목표는 이보다 15배나 무거운 1.5톤 급 위성을 우주궤도에 올리는 것이다. 이를 위해서는 추진체용 엔진을 고성능으로 만들어야 한다. 우리가 지속적인 기술개발을 통해 이 일을 해낸다면 우주발사 선진국으로서 어깨를 펼 수 있으리라 본다.


나로호 발사체를 보면 나선형의 매끈한 몸매를 가지고 있으면서 단순한 모습을 하고 있다. 하지만 이를 제작하기 위해서는 무려 15만 개의 부품들이 필요하다. 1단 로켓에만 12만 개, 2단 로켓 제작에는 약 3만 개의 부품이 들어간다. 사용된 부품들은 엔진, 유도 제어장치, 구조 경량화, 전자회로, 지상 발사대 시스템 등을 만드는데 이용되었으며 각 부품들이 자기 위치에서 정확한 작동을 해야만 한다. 단 하나의 부품이라도 정상적으로 움직이지 않을 경우, 발사체 전체는 폭발해버리거나 엉뚱한 곳으로 날아가버린다. 지난 10월 26일, 3차 발사를 시도하다가 연기할 수밖에 없었던 이유는 1단 로켓 밑에 붙어 있던 40cm 길이의 어댑터 블록에서 문제가 발생했기 때문이다. 로켓의 연료로 케로신을 사용했는데 이는 정제된 항공유로서 주입할 때 헬륨과 함께 넣는다. 헬륨은 로켓 내부에 있는 터보펌프의 압력을 대폭 높여주기 때문에 액체 연료 케로신을 액체 산소와 함께 연소실로 뿜어 낼 수 있도록 한다. 그런데 고무링이 손상되어 확실히 조여지지 않아 액체 연료를 주입하는 과정에서 가스가 새어 나왔기 때문에 발사할 수 없었던 것이다. 이처럼 작은 부품 하나라도 제 기능을 하지 못하거나 빠트리게 되면 전체 발사 프로그램이 망가지는 것이다.


마찬가지로 생명현상을 유지하기 위해서는 단백질과 핵산, 탄수화물, 지질 등으로 구성된 수 많은 요소들이 일사분란하게 움직여야 한다. 세포 하나에서 일어나는 수 많은 생화학적 반응들을 살펴 보면, 나로호 로켓 시스템과는 비교할 수 없는 복잡함과 정교함을 가지고 있다. 따라서 생명이 저절로 어느 날 출현했다고 설명하는 것은 참으로 믿기 힘들다. 왜냐하면 생명을 구성하는 단 하나의 요소도 저절로 만들어지기는 너무나 어렵기 때문이다. 나로호 로켓을 제작하는데 약 10년 간 항공우주연구원의 150여명 연구원들과 러시아 연구원 150명, 협력업체 직원 200명 등 총 500여명이 부품을 만들어 조립하고 운영체계를 개발하며 기술을 발전시킴으로써 겨우 성공할 수 있었다. 나로호 로켓이 어느 날 뚝딱 저절로 생겨났다고 믿는 사람은 단 한 명도 없을 것이다.


하물며 이 보다 훨씬 복잡한 시스템인 생명이 저절로 생겨날 수 있겠는가! 하나님께서는 우리의 형질이 이루어지기 전부터 우리를 설계하시고 우리를 향한 놀라운 사랑의 계획을 세우셨다. 그래서 다윗은 이렇게 고백했다. ”주께서 내 내장을 지으시며 나의 모태에서 나를 만드셨나이다. 내가 주께 감사하옴은 나를 지으심이 심히 기묘하심이라. 주께서 하시는 일이 기이함을 내 영혼이 잘 아나이다. 내가 은밀한 데서 지음을 받고 땅의 깊은 곳에서 기이하게 지음을 받은 때에 나의 형체가 주의 앞에 숨겨지지 못하였나이다.” 다윗은 내 안에 살아 움직이는 생명현상을 바라볼 때 너무나 오묘하고 기이하여 나를 지으신 이가 계시다는 사실을 믿지 않을 수 없노라고 노래하고 있다. 나는 저절로 우연히 이 땅에 나타난 것이 아니고 하나님께서 심혈을 기울여 나를 모태에서 만드셨고, 나를 통해 하나님 되심을 나타내시기 위해 이 땅에 보내졌다. 우리에게 참으로 정교한 생명을 주신 하나님의 솜씨는 온 세상의 과학기술자들이 모두 동원되어도 이룰 수 없는 것이다.


하나님의 뜻은 완전하여 우리를 지으신 그의 생각도 지극히 오묘하여 하나님을 알아가면 갈수록 더욱 감탄하게 된다. 사랑 받을 만한 이유가 없는데도 우리를 사랑하시기 위해 만드셨다. 하나님의 무조건적인 사랑을 누리기 위해 우리가 지음 받았다는 사실은 얼마나 감격스러운 일인가! 이 감격이 가슴에 요동치는 사람은 결코 하나님을 부정하지 못한다. 나로 하여금 창조주 하나님을 알게 하시고 인정하게 하신 은혜를 또한 감사하며, 나를 이 땅에 보내신 하나님의 뜻을 헤아리며 오늘도 그 뜻을 좇아 살기를 다짐해 본다. 


구분 - 3

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Frank Sherwin
2013-02-14

기어가 들어있는 근육은 진화론에 도전한다. 

(Muscle Motion Discoveries Challenge Evolutionism)


      사람들은 우리 몸이 만들어내는 모든 근육 운동에 대해 당연한 것처럼 여기고 있다. 그러나 사람이나 동물에서 근육 운동의 구조와 기능은 어떤 생물학적 과업을 수행하는 것처럼 복잡하다.


박쥐는 자신의 귀에 빠르게 수축하는 근육을 가지고 있다. 그리고 대부분의 박쥐들은 정교하게 설계된 반향정위(echolocation, 반향되어 돌아오는 초음파로 물체의 위치를 알아내는 능력)를 사용하여 비행 곤충을 추적한다. 자신의 귀에 작은 근육 섬유가 없다면, 박쥐는 자신이 내보내는 빠른 음파로 인해 귀가 멀어버릴 것이다.


박쥐들은 음파 펄스를 내보낼 때 자발적으로 이들 근육 섬유를 수축할 수 있다. 그리고 반향된 음파를 받아서 처리한 후에 근육은 이완된다. 이러한 근육 수축과 이완의 정확한 과정은 먹이를 잡기 전 수 초간의 추적 상황 시에 믿을 수 없는 속도로 증가된다.


어떻게 이 근육은 그렇게 신속하고 효율적으로 작동될 수 있는 것일까? 동물학자들은 그 근육이 마이오신(myosin)과 액틴(actin)이라 불리는 단백질 필라멘트로 구성되어 있는 것을 발견했다. 수축은 필라멘트가 서로 서로를 지나 미끌어질 때 발생한다. 이러한 생화학적 과정에 단순한 것은 없다. 이것은 ATP라고 불리는 한 분자에 의해서 동력을 얻으며 분자 모터(molecular motors)들에 의존하고 있다.[1]


최근 과학자들은 분자 모터들에서 또 다른 복잡성을 가지는 층을 발견했다. 그들은 나노 모터(nano-motors)에 나노 기어(nano-gears)들이 들어있음을 발견한 것이다! 디네인(dynein)이라 불리는 흔한 세포 단백질은 근육 수축에 관여한다. 진화론자들은 이 디네인 모터가 비효율적이고 느리다고 생각했다. 하지만 좀더 심층적인 연구에 의하면, 이 '느린' 모터는 실제로는 기어(gears)가 완비된 방식으로 설계되어 있었다는 것이다. 타타 기초 연구소(Tata Institute of Fundamental Research)의 루프(Roop Mallik) 박사는 설명했다 :

각 디네인은 마치 오르막길을 올라갈 때 자동차의 기어가 바뀌는 것처럼 기어를 변속시키는 특별한 능력을 보여주고 있다. 따라서 하나의 팀으로 되어있는 각 디네인들은 당겨지는 힘에 따라 속도를 올릴 수도 내릴 수도 있다. 이것은 디네인들이 끌어당길 때 함께 가까이 다발로 무리질 수 있게 한다. 무리짐(bunching)은 디네인이 그들의 부하를 공평하게 공유하도록 도와준다. 그러므로 효율적으로 큰 힘이 발생되도록 작동되는 것이다. 놀라운 것은 디네인보다 훨씬 강한 키네신(kinesin)으로 불리는 또 다른 모터들로 이루어진 모터-팀은 비교될만한 힘을 발생시키지 못한다. 그 이유는 무엇일까? 잘 생각해 본다면 추론할 수 있다! 왜냐하면 키네신은 기어를 가지고 있지 않기 때문이다![2] 

모터와 기어는 그것을 만든 훌륭한 엔지니어가 있음을 의미한다. 사도 바울은 로마서 1장 20절에서 이렇게 쓰고 있었다. ”그의 영원하신 능력과 신성이 그가 만드신 만물에 분명히 보여 알려졌나니...” 이들 경이로운 생물학적 구조들에서 창조주의 능력은 보여지는 것이다. 목표도 없고, 방향도 없고, 계획도 없는, 무작위적인 돌연변이에 의해서 어쩌다 우연히 고도로 초정밀한 기어들이 만들어졌을 것이라는 주장은 도저히 믿기 어려운 이야기이다. 자동차 기어보다 천만 배나 더 작은 극도로 정밀한 초소형 나노 모터들이 말이다![2]



Reference

1. Sherwin, F. Molecular Motors vs. Evolutionism. Institute for Creation Research. Posted on icr.org April 1, 2004, accessed January 23, 2013, and Thomas, B. Scientists Discover New Molecular Motor 'Clutch'. Creation Science Update. Posted on icr.org October 10, 2012, accessed January 23, 2013.
2. A nano-gear in a nano-motor inside you. Tata Institute of Fundamental Research via PhysOrg. Posted on phys.org January 17, 2013, accessed January 23, 2013.

* Mr. Sherwin is Research Associate, Senior Lecturer, and Science Writer at the Institute for Creation Research.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.icr.org/article/7253/

출처 - ICR News, 2013. 2. 6.

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생체모방공학 소식으로 시작되는 한 해 

(Happy New Biomimetics Year)


     자연의 해결책을 모방한 다양한 설계들은 계속해서 놀라움을 주고 있다.


시린 치아에 대한 희망 : 치과를 언제 가야할까? 만약 당신이 시린 치아(sensitive teeth)를 가졌다면, 생체모방공학에 의한 해결책이 다가오고 있다. 치아의 시림은 상아질(dentin)이 부식되어 신경이 뜨겁거나, 차거나, 달콤한, 혹은 신 시그널(신호)에 노출될 때 발생한다. 미국화학회(American Chemical Society)의 보도 자료에 근거하여 PhysOrg 지와 Science Daily 지는 홍합(mussels)에서 단서를 얻은, 에나멜과 상아질을 재건할 수 있는 방법을 발표했다. 홍합은 바위에 자신을 부착시키기 위한 방수 접착제를 만들 수 있다. 연구팀은 ”자연에서 얻은 영감”을 통해, '미네랄이 재건축 과정 동안 충분히 오래 상아질과 접촉 유지될 수 있었다”고 결론지었다. 그들은 상아질과 에나멜이 같이 자랄 수 있도록 해주는(PhysOrg 지의 그림을 보라) ”끈적거리는 성분”을 개발해왔다. 신경을 둔화시키는 특수치약으로 칫솔질하는 현재의 미봉책보다 그러한 해결책은 훨씬 더 좋은 방법이 될 것이다. 대신에 접착제는 치아의 재건을 가능하도록 해줄 것이다.


좋은 가격의 진주 : 진주와 진주층(nacre, mother-of-pearl)의 아름다움은 보석류에 있어서 매력 이상이다. 또한 그 재료는 균열에 대한 견고성도 우수하다. 생체모방 공학자들은 그와 비슷한 재료를 만들기 위해 모방하고 있지만, 어떻게 연체동물이 그것을 만들어내는지를 이해하는 것이 선결요건이 되고 있다. 그것을 모방하는 일이 이해하는 길이다; PNAS 지의 논문에서 연구자들은, ”80개의 껍질 기질 단백질들을 동정하였고, 그 가운데 66개는 완전히 독특한 것”이라고 기술하고 있었다. 비록 그들은 껍질을 만드는 것이 연체동물의 ”진화적 성공”의 열쇠라고 믿고 있었지만, 어떻게 무작위적이고 맹목적인 진화과정이 확률적으로 극도로 불가능한 이러한 독특한 단백질들 66개를 우연히 발생시킬 수 있었는지에 대해서는 설명하지 않고 있었다 (online book 참조). 프랑스의 연구팀은 다음과 같이 말했다.

기질 전체의 ”생광물질화 도구상자”는 진주 굴에서 프리즘과 진주층 껍질층의 형성을 조절하는 것으로(적어도 부분적으로는) 생각된다. 우리는 프리즘과 진주층이 서로 매우 다른 단백질 성분에서 조립되었다는 것을 분명하게 보여주었다. 이것은 이러한 층(layers)이 서로에서 파생하지 않았다는 것을 나타낸다.


신속한 스테로이드 합성을 모방하기 : 스크립스 연구소(Scripps Institute)의 연구자들은 ”하나의 업적을 이뤘는데... (오직 자연만이 대량으로 만들 수 있는) 폴리하이드록실레이트 스테로이드(polyhydroxylated steroid) 합성에 성공했다”는 것이다. ”심장부전 약물로 그리고 다른 치료제로 사용되어왔던 이 화합물을 실험실에서 합성하는 것은 악명 높게 어려웠었다”고 PhysOrg 지는 보도했다. 본 업적은 ”상당량을 오직 식물과 동물에서만 얻을 수 있었던 유용한 화합물들을 대량 합성해내고, 다양한 응용물들을 제조할 수 있는 길을 열었다”는 것이다. 그들은 합성 단계를 41에서 21 단계로 줄였지만, 자연의 기술은 여전히 우수해 보인다는 것이다.


생체 영감으로 얻은 촉매제 : 자연은 그것을 너무 쉽게 만드는 것처럼 보인다Science 지는 ”자연적으로 발생하는 금속효소(metatalloenzymes)는 호기성 산화를 위한 매력적인 촉매로 오랫동안 알려져 왔다. 왜냐하면 그것은 완전한 항성분 배양조(chemostelectivity)의 온화한 조건에서 작용할 수 있기 때문이라고 말했다. ”이러한 효소기능의 모의실험은 많은 생체모방 산화 촉매제를 발견하게 되었다”고 말했다. 마틴 라르게론(Martine Largeron)과 모리스-버나드 플러리(Maurice-Bernard Fleury)는 이 역동적인 연구 분야의 진행상황을 설명하고 있었다. 그러나 연구자들은 아직 살아있는 세포가 매일 수행하는 것을 가깝게 따라잡지는 못하고 있었다 :

순수한 분자 산소보다 상온의 대기에서 효과적으로 기능하는 생체모방 촉매 시스템의 개발을 포함하여, 많은 도전들이 남아있다. 희귀하고 비싼 금속보다는 생체 양립이 가능하며 재활용 가능한 이종의 나노집속 촉매제(nanocluster catalysts) 개발이 또한 환영받게 될 것이다. 좀 더 일반적인 관점에서, 아민산화효소(amine oxidase enzymes) 기능을 모방하는 것이 친환경적 유기물 합성이 될 것이다. 왜냐하면 공기는 더 저렴하고 오염이 적은 화학양론적 산화제(stoichiometric oxidant)이기 때문이다.


미토콘드리아에서 영감을 얻어 만든 연료전지 : 미토콘드리아와 엽록체 같은 세포기관(cellular organelles)에서 영감을 받아, 리딩 대학(University of Reading)의 연구자들은 플라스틱 기판에 설치할 수 있는 표면적을 크게 증가시킨 나노전선(nanowire) 네트워크를 구축했다. 그것은 보다 효율적이고, 값싸고, 친환경적인 연료전지와 다른 제품들을 생산할 수 있게 해주는 것이다. PhysOrg 지는 ”자연에서 영감을 얻은 나노재료가 녹색에너지의 지평을 열었다”라는 제목으로 보도했다. 한 비디오 클립은 그것의 제조 공정을 보여주고 있다.


살아있는 건물 : 과도한 이산화탄소를 흡수할 수 있는 지의류와 이끼로 된 미래의 건물을 상상해보라. Science Daily 지는 그것은 하나의 선택이 되고 있다며, 햇빛의 대부분을 활용하는 ”식물로 덮힌 외관”의 건물도면을 보도했다. 스페인 바르셀로나 대학에서 디자인된 그 새로운 재료는, ”다른 유사한 건축 해결책보다 더 환경적이고, 보온성과 미적인 장점을 제공한다”는 것이다. 그것은 또한 실내에 거주하는 사람들의 보온성과 안락함을 향상시킨다. ”이 새로운 수직 다층 건축물의 혁신적인 특징은 어떤 생물적 유기체의 생장 발달을 위해 자연적인 생물 지지대로서 작용하고 있다”는 것이다. 어떤 미세조류, 균류, 지의류와 이끼류에 특이적인 이러한 층 구조물은 유기물에 필요한 빗물을 모으고, 그들이 자랄 때 계절에 따라 건물 색체가 변하게 될 것이다. 연구자들은 그들이 특허를 낸 콘크리트 건물이 혁신적인 ”수직 정원”을 만들며, 경관과 조화되도록 한다는 것이다.



누구나 생체모방공학(biomimetics)을 사랑할 수 있다. 이상의 많은 것들이 전에는 언급되지 않았던 독특한 이야기들이다. 더 빠르고, 좋고, 값싼 것들을 만드는 방법을 자연이 우리에게 보여주고 있다. 설계된 자연에 초점을 맞출 때, 우리의 삶은 향상될 수 있으며, 다윈의 이야기는 논의에서 배제되는 것이다.



번역 - 문흥규

링크 - http://crev.info/2013/01/happy-new-biomimetics-year/

출처 - CEH, 2013. 1. 4.

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=5567

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개, 올빼미, 딱정벌레를 모방하라

: 생체모방공학은 우리의 삶을 증진시킬 것이다. 

(Make Like a Dog, Owl, or Beetle 

: How Biomimetics Will Improve Our Lives)


      의학 및 공학 분야에서 매우 획기적인 발전이 가까이 다가오고 있다. 최근 생체모방공학(biomimetics) 분야에서 일어나고 있는 14가지의 매우 고무적인 이야기를 소개한다.


개 바이러스로부터 인간 백신의 획기적 발전 : Medical Xpress 지는 당신이 강아지를 예뻐해야 할 또 다른 이유를 발표했다. ”흔한 개 바이러스(canine virus)가 사람의 치명적 질병들에 대한 새로운 백신 개발을 이끌 수 있다”고 표제는 시작하고 있었다. ”조지아 대학의 연구자들은 개에서 흔히 발견되는 바이러스가 차세대 인간 백신 개발의 혁신적인 토대로 기능할 것임을 발견했다”. 그 바이러스는 인체에서 질병을 일으키지 않기 때문에, 인간의 면역계에 도달되기 어려운 곳에 백신을 전달하는 벡터(운반체, vector)로 사용될 수 있다. ”이러한 시도는 백신의 희석이나, 약화 및 병원균의 사용이 불필요하기 때문에 백신의 완전한 노출을 보장할 뿐만 아니라 훨씬 더 안전하다”는 것이다.  


올빼미처럼 무소음 비행 날개를 만들라 : Scinece Daily 지는 깃털을 펼치고 침묵의 비행을 하는 큰 올빼미(owls)의 아름다운 사진과 함께 멋있는 이야기를 전하고 있었다. 올빼미의 특별한 깃털은 소음을 감소시키고, ”무소음의 스텔스 사냥”을 가능하게 한다고 그 논문은 밝혔다. 그것이 바로 영국 캠브리지 대학의 연구자들이 올빼미의 날개구조를 보다 잘 이해하기위한 연구를 하는 이유이다. 올빼미의 날개 구조는 소음을 줄여서 기존의 항공기 설계에 응용할 수 있다는 것이다. 공항 근처에 살면서 비행기 소음으로 고통당했던 주민들이 기뻐할 소식이다. 놀랍게도, 이것에 관하여 알려진 것이 거의 없다는 것이다. ”어떻게 올빼미가 이 방음의 스텔스를 수행하는지는 누구도 모르고 있었다. 이러한 발견을 하게 된 동기는 올빼미 깃털과 비둘기 같은 시끄러운 새들의 깃털을 생리적으로 비교함으로서 이루어졌다”. 이것은 순수한 연구 동기를 부여하는 생체모방공학의 좋은 사례가 되고 있다. 비행기의 날개는 소용돌이 회오리 바람을 만들기 때문에 시끄럽다.

그러나 올빼미는 그들의 침묵비행 능력에 기여한다고 생각되는 세 가지 이상의 독특한 물리적 특성을 가지고 있다 : 날개의 전연(leading edge)을 따라 나있는 뻣뻣한 깃털 빗(a comb of stiff feathers), 날개 위의 부드러운 솜털 물질, 그리고 날개의 후연(trailing edge, 뒷전)의 유연한 술(flexible fringe) 등이다. 현재, 이것들이 단독으로 소음 감소의 근본 원인이 되는지, 혹은 조합으로 기여하는지는 모르는 상태이다.


유용한 소음 : 소음(noise)이 실제로 기계를 움직이는 에너지가 될 수 있다는 것이다. Science Daily 지는 어떻게 세포의 분자 기계들이 열운동(thermal motion)의 소음을 유용한 일로 이용할 수 있는지에 관심을 가지고 있는 베를린 자유대학(Free University of Berlin) 연구팀을 소개했다. 만약 지적으로 설계되었다면, 무작위적 변동(fluctuations)은 귀찮은 것이 되지 않는다. ”이러한 소음은 에너지의 한 원천이며, 어떤 일을 수행하기 위해 소음을 활용하는 것은, 자연이 어떤 경우에서 가능할 수 있음을 보여주는 하나의 전형적인 사례가 되고 있다”. 어떤 일방향 톱니바퀴 장치(ratcheting device)의 설계로, 소음은 수소 분자로 하여금 수소보다 1천만 조(ten million trillion) 배 더 큰 질량의 지렛대를 움직이도록 만든다.


생분해되는 실크 스캐너 : 질병을 검사하기 위해 당신의 몸속에 이식될 수 있는 생분해성 실크로 만들어진 소형 거울을 상상해 보라. 그것은 인체에 무해하게 용해되어 없어지기 때문에, 더 이상의 관리가 필요 없다. Science Daily 지는 터프(Tufts) 대학의 연구결과를 보도하고 있었다. 그리고 그것이 놀라움의 전부가 아니다 : ”몸속에 이식 가능한 실크 광학 다기능 임무: 용해성 미세 거울은 이미지, 열처리, 약물 운반과 모니터링을 향상시킨다.” 여기에서 중요한 시사점은 ”그것이 환경친화적 일회용 사용이라는 것이며, 재흡수 장치는 종양과 같은 관심 있는 부분을 이미지화 할 수 있어서, 필요한 치료에 응용할 수 있고, 치료과정(진행사항)을 모니터링 할 수 있다”는 것이라고 한 연구자는 설명했다.


딱정벌레처럼 대기 중에서 물을 얻는 방법 : 대기로부터 물병에 물을 채우는 일이 가능할 수 있을까? 1년에 단지 13mm만 비가 내리는 매우 건조한 지역에 살고 있는 나미부 사막의 딱정벌레(beetles)는 이러한 비법을 수행할 수 있다. PhyOrg 지는, ”생체모방기술은 지속 가능한 기술에 대한 영감을 자연으로부터 얻는 것으로 정의되며, 한 젊은 벤처 기업이 나미브 사막의 딱정벌레를 모방하여, 저절로 물이 채워지는 물병 시제품을 만들어 생체모방기술의 대열에 합류했다”고 쓰고 있었다. 이것이 정말일까? 물을 채우는 데에 오랜 시간이 걸리는 것은 아닐까? 아니다. ”그 제품은 딱정벌레처럼, 공기로부터 물을 모아서 물병을 채울 수 있다”고 그들은 말했다. ”그들의 자가 충전 물병은 매시간 마다 3리터를 채울 수 있다고 말한다”. 그것은 사막에서 도보 여행자(hiker)에 필요한 물을 충분히 공급할 수 있을 것이다. 그 회사는 신기술에 대한 검증 절차에 들어갔는데, 오래잖아 시장에 나올 것으로 기대했다. 그것이 전부는 아니다. 그들은 다음과 같은 항목에서 전 세계 시장을 생각하고 있었다 : 가정용 제습기의 개량, 군사작전을 위한 휴대용 물, 식물 생장을 위한 온실의 수분 공급, 제 3세계 국가에서 식수 공급 등이다.


물고기 인도자 : 이것은 물고기에게 득이 되도록 물고기를 모방하는 생체모방공학의 한 새로운 방식이다. Science Daily 지는 소리를 내며 움직이는 제브라 물고기의 꼬리를 모방한 로봇 물고기에 관한 뉴욕 폴리텍 대학의 연구를 보도했다. 그들은 이 ”생체 영감된 로봇이 결국 위험에 빠진 살아있는 동물이나 해양생물을 안내할 수 있을지를 시험 중에 있다”는 것이다.  


눈처럼 빠른 화면 : 당신의 눈이 얼마나 빠르게 밝음과 어두움 사이에서 적응할 수 있는지 생각해본 적이 있는가? 당신의 스마트폰이나 태블릿 화면이 계속 보일 수 있다면 좋지 않겠는가? Science Daily 지는 ”수학은 휴대폰과 태블릿 화면이 밝은 곳에서 그늘진 곳으로 이동될 때 눈의 적응 능력에 도움을 준다”고 말하고 있었다. 이것은 눈(eye)이 어떤 좋은 수학을 알고 있음을 암시하는 것처럼 보인다. 그 새로운 유동(흐름) 기술은 게임에서 보안까지 애플리케이션에 ”엄청난 혜택”을 제공할 수 있을 것이다. 워릭대학(University of Warwick)의 연구원들은 ”단순하게 태양이 구름 뒤에서 움직이는 것처럼, 현실 세계에서 유례없이 빠르게 변화하는 빛의 세기에 대처하는 우리 자신의 눈의 능력에 필적하는 HDR(High Dynamic Range) 비디오를 발전시켜 왔다.”


크리스마스에 우아한 먹장어 가운을 그녀에게 선물하라 : 구역질난다고 말하지 말라 : ”나일론, 케블라, 기타 합성직물은 옆으로 비켜라. 만약 새로운 과학적 연구가 완성되면, 미래에 사람들은 먹장어(hagfish)로 불리는 생물체에서 유래된 역겨운, 초강력 점액(super-strong slime)으로 만들어진 섬유제품의 스포츠 셔츠, 블라우스, 다른 의류 등을 입게 될 것이다”. 믿거나 말거나 이다. Science Daily 지는 ”미래의 천연직물의 모델로서 먹장어의 점액(Hagfish Slime)”을 소개하고 있었다. 분명 먹장어는 수초 안에 다량의 점액을 만들 수 있는데, 그것은 미래의 소재로써 거미줄과 경쟁하고 있다. ”그 점액은 수 만의 매우 강한 미세한 실들로 구성되어 있는데, 각각은 사람의 머리카락보다 100배나 더 얇다”고 그 논문은 밝혔다. 여자 친구는 그것이 어디에서 왔는지 알 필요가 없을 것이다.


제2의 피부 같은 직물 : 보호를 위해 피부보다 더 섬세한 것이 있을 수 있을까? 그것은 숨을 쉬고, 냉각되고, 습기를 흡수하거나 방출하여 조절한다. 아담과 이브 같은 사람을 위해 만들지 않았지만, 애머스트 대학과 다른 연구소의 연구자들은 의류계에 혜택을 줄 수 있는 ”제2의 피부(second skin)” 직물을 개발하고 있었다. PhysOrg 지는 그것이 미래의 군복에 크게 기여할 것이라고 말했다. 그것은 화학적 생물학적 인자들을 격퇴하는 나노튜브에 기초한 직물로써 안락함과 보호기능 모두를 제공할 수 있다는 것이다. 국방 예산으로 지원해야할 분야가 생겼다.

연구자들은 그 직물이 외부제어 시스템의 필요 없이 환경위협 하에 반응하여 고도 통기성의 상태에서 보호기능 상태로 가역적으로 전환할 수 있다고 말했다. 보호기능 상태에서, 그 균일한 소재는 좋은 통기성을 유지하면서 화학적 위협을 차단할 것이다. ”그러한 균질성은 환경에 반응하는 똑똑한 제2의 피부가 될 것 같다”고 프란체스코(Francesco Fornasiero)는 말했다.

말미잘을 이용한 곤충기피제 : 말미잘(sea anemones)이 곤충기피제(insect repellants) 개발에 영감을 줄 것이라고 어느 누가 생각했겠는가? 말미잘은 강력한 독소(toxin)를 만들어낸다고 벨기에의 과학자들의 조사결과를 Science Daily 지는 보도하고 있었다. 독소는 친구인가 혹은 적인가? 이러한 독소를 더 많이 이해하면 할수록, 그것은 적이 아닌 친구가 될 수 있다고, 연구의 공동 저자는 말했다. 그 논문은 가능한 유익함을 이렇게 설명했다. ”이러한 독소는 통증과 염증을 중재하는 이온 채널을 무력화시키기 때문에, 고통, 심장장애, 간질과 발작장애, 그리고 다발성 경화증과 같은 면역질환에 사용할 수 있는 약물 개발에 박차를 가할 수 있다”는 것이다.


거미집을 이용한 곤충기피제 : 곤충기피제로 재료 물질만이 이야기되고 있지만, 거미집(spider web)을 보여주는 것만으로도 곤충을 겁나게 하여 쫒아내기에 충분할 수 있다는 것이다. Live Science 지는 오하이오 마이애미 대학의 연구결과를 보도했는데, 연구자들은 거미줄이 그 지역에 자연적으로 생기지 않음에도, 거미줄이 곤충에 의해 탐지되었을 때, 현장에서 식물 피해가 상당히 감소됨을 발견했다. 자연 물질로도 곤충을 쫒아낼 수 있다면, 왜 사람들은 인공적으로 살충제를 합성하여 뿌려대는 것일까?


DNA 조립 이야기 : 크기(scale)를 늘려보자. 그것은 장난감 블록, 루빅 큐브, 또는 장난감 우주선처럼 보이지만, DNA로 만들어진 것이다. Science 지는 하버드대학 연구팀이 마음대로 여러 가지 형태로 정렬할 수 있는 DNA 단편 조각으로 만들어진 레고와 같은 구조물 그림을 보여주었다. 그 이유는 무엇일까? 아이들에게는 미안하지만, ”그 방법은 생물물리학, 의학, 나노전자공학에 응용 가능한, 초정밀 손님분자(guest molecules) 배치를 위한 접속가능 주형으로 기능할 수 있는 복잡한 자가 조립되는 (3D) 나노구조로 가는 새로운 길을 열었다”는 것이다.

벌침 의학 : ”꿀벌(honeybees)은 계속 우리를 놀라게 한다”고 PhysOrg 지의 논문은 시작하고 있었다. 이제, ”꿀벌의 침(봉침)은 천연마취제를 포함하고 있다”. 자연이 이미 생산하고 있는 것을 왜 다시 발명하려고 할까? 왜냐하면 벌침의 마취는 인간과 동물에 무독하기 때문이다. ”이 천연물질은 의학과 수의학에 수많은 적용 가능성이 있는 것처럼 보인다”.


딱정벌레가 주는 또 하나의 영감 : Sciene Daily 지는 테네시 대학의 연구자들이 물매암이(whirligig beetle) 딱정벌레를 모방하기를 원한다고 보도했다. 왜일까? ”그 종의 추진력 효율성은 동물계에 있는 측정된 추진력 발생장치 중에서 가장 효율적인 것 중 하나라고 문헌에서 주장되어 왔다”고 연구자는 말했다. 그 딱정벌레는 ”수륙양용 자동차와 로봇의 개발을 위한 에너지 효율성 추진 메커니즘의 개발에 영감”을 준다는 것이다. 그 딱정벌레의 비밀은 고속카메라가 세 쌍의 다리 각각이 서로 다른 기능을 한다는 것을 발견할 때까지 미스터리로 내려왔었다. 연구자인 장민정(Mingjung Zhang)은 ”나는 자연이 어떻게 이 작은 생물체에 이러한 일을 수행했는지 항상 놀라고 있다”고 말했다.

장의 연구팀은 공학 분야의 영감을 얻기 위해 자연을 살펴보고 있다. 물매암이 딱정벌레의 움직임을 연구함으로써, 그 팀은 자연의 원리를 수영하고 다이빙하는 생물 영감된 로봇에 응용하고 있는 중이다. 그는 2011년도에 수상한 '젊은 연구자 프로그램'을 통해 해군연구소를 위해 로봇을 디자인하고 있다. 그 상으로 그는 매년 170,000$을 지원받고 있다.   

학생들은 보고 있는가? 로봇은 멋이 있을 뿐만 아니라, 생체모방공학을 통해 돈이 되고 있다.  



생체모방공학이 과학 분야에서 가장 뜨거운 관심 분야로 대두되고 있음은 분명하다. 진화가 이러한 발전에 기여한 것이 어떤 것이라도 있는가? 전혀 없다. 그 이야기의 대부분은 진화라는 단어조차 사용하지 않았다. 언급을 했을 때라도, 특히 다윈주의와 같은 진화론은 이 이야기에서 전혀 중요하지 않은 것이었다. 여기에 DNA 레고에 관한 이야기에서 사용된 진화 단어의 예가 있다 : ”DNA 나노기술은 1980년대 씨이만(Seeman)의 주기적 DNA 격자와 생물전자 장치를 만들기위한 부동의 DNA 연결을 이용하는 선구자적 아이디어에서 진화되었다.” 두말할 필요도 없이 그것은 진화론이 아니다. 그것은 지적설계(intelligent design)인 것이다.


우리가 이러한 소식을 즐겨 보도하는 것처럼, 독자들이 좋은 과학의 이러한 진실된 사례들을 즐기시기를 희망한다. 생체모방공학은 진화론의 어두운 시대로부터 과학을 벗어나게 하며, 모든 사람에게 혜택이 돌아갈 수 있는 영감되고 흥미롭고 유용한 연구의 황금시대를 열고 있는 것이다. 과거에 그러했던 것처럼, 과학의 위대한 각성에 동기를 부여하고 격려하기 위해서 이러한 이야기들을 사용하라. 자연의 이해는 세상 사람들에게 유익을 주기 위한 것이다. 



번역 - 문흥규

링크 - http://crev.info/2012/11/how-biomimetics-will-improve-our-lives/

출처 - CEH, 2012. 11. 30.

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=5551

참고 : 5504|5438|5351|5352|5382|5430|5426|5287|5088|4764|4197|4056|4041|4637|5478|1489|1629|3921|5137|5526|5513|5477|5488|5439|5335|5432|5391|5356|5045|5046|5341|4854|4433|4407|4408|5317|5327|5359|4151|5103|5224|4759|4762|4853|4856|4849|4643|5567|6199|5960|5932|5926|5894|5856|5671|5656|5600|5596



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