물건의 원리가 궁금해요! [과학 잡학 사전]

과학 잡학사전 - 일상의 사물에 숨은 과학지식
와쿠이 요시유키 외 지음, 송은애 옮김 / 어젠다 / 2013년 8월

물건의 원리가 궁금해요! [과학 잡학 사전]

세상이 돌아가는 원리처럼 물건의 원리도 신기할 때가 많다.

길을 가다가 아파트나 건물 신축현장에 타워 크레인이 높이 서 있는 것을 보면 신기할 때가 많다. 얼마나 힘이 좋으면 저 무거운 철근 덩어리를 매일같이 들어 올린단 말인가.

집에서 전기밥솥이 돌아갈 때도 안내하는 여자소리가 나오는 걸 보면 신기하기도 하다.

LED 전등은 어떤 원리로 절전이 되는지도 궁금하고....

이런 물건들에 대한 궁금증을 해결해 줄 책을 만났다.

<과학 잡학 사전>

주변에 있는 온갖 물건들에 대한 궁금증에 대한 해답을 그림과 함께 설명하고 있어서 그 구조와 원리를 이해하는데 도움이 되는 책이다.

거리에서 가장 궁금했던 물건은 타워크레인이다.

고층 빌딩을 짓는데 없어서는 안 될 물건인 타워 크레인은 지상에서 조립한 후 여러 번 들어올리기를 반복하면서 건물과 함께 위로 올라가게 된다고 한다. 해체할 때는 작은 크레인으로 큰 크레인을 옥상에서부터 분해해 나가면서 해체하고, 더 작은 크레인을 옆에 설치해 가면서 이전의 크레인을 해체한다고 한다. 이런 과정을 여러 번 거쳐서 해체하고 나면 나중에는 엘리베이터를 이용해 지상으로 끌어 내린다고 한다.

생체인증시스템(바이오 매트릭스).

영화를 보면 신분증이나 열쇠가 필요 없이 얼굴인식, 지문인식, 생체인식 만으로 문을 열 때가 있다.

정맥패턴은 사람마다 모두 달라서 적외선을 쏘기만 하면 본인인지 아닌지를 인증할 수 있다고 한다. 정맥에 흐르는 적혈구 속의 헤모글로빈은 산소를 잃고 적외선을 쉽게 흡수하게 되며 개인마다 다른 패턴을 나타낸다고 한다. 안정적이고 도용 걱정 없고 편리하고 범죄조사에도 결정적 증거를 제시하기도 한다. 그러나 누군가 도용해서 악용할 경우에는 치명적이므로 신중할 필요가 있겠다.

다초점 콘택트렌즈.

렌즈에는 근시용, 원시용을 결합한 다초점 콘택트렌즈가 대세인 모양이다. 어떻게 해서 그런 일이 가능할까.

다초점 안경을 모방한 렌즈타입은 안쪽에서 바깥쪽을 향해 연속적으로 렌즈의 곡률을 바꿔, 원시에서 근시까지 그때그때 초점을 맞춰준다. 처음에는 부자연스럽지만 적응하면 익숙하다고 한다.

원시와 근시를 동심원상으로 배열하는 렌즈타입은 밖을 볼 때는 근처의 그림을, 가까운 곳을 볼 때는 먼 곳의 그림을 뇌가 지워버리기 때문에 익숙해지는데 시간이 걸리지만 시선의 움직임이 자연스럽다고 한다. 이젠 돋보기안경이 필요 없는 건가.

LED 조명(발광 다이오드 조명).

에너지 절약을 외치며 멋있게 등장한 LED조명은 어떤 원리로 절전이 되는 걸까.

LED 조명은 수명이 길고 전기가 절약되므로 환경을 위해서도 효자인 전등이다.

일반 백열등의 10%, 형광등의 30%에 해당하는 전력으로도 충분한 전등인데다가 필라멘트를 사용하지 않아서 백열등 보다 수명이 수십 배나 오래 간다고 한다.

백열등은 유리공의 필라멘트를 가열하고, 그 열로부터 발생하는 빛을 조명으로 쓴다. 그러나 전력의 대부분은 빛이 아니라 열이 되어 버린다. 그래서 에너지 낭비가 크다.

형광등은 좌우 필라멘트 전극으로부터 나온 전자에 속도가 붙어 관 속의 수은 원자와 부딪쳐 자외선을 방출한다. 그 자외선이 관에 덮여진 형광체에 닿아 가시광선을 방출한다. 에너지 낭비가 백열등과 큰 차이가 없다고 한다.

LED 조명은 발광 다이오드로 이뤄진 LED소자의 조합으로 이루어진다. 한쪽은 양의 전기를 나르고, 다른 한 쪽은 음의 전기를 나르며 경계면에서 충돌하며 소멸한다. 이때 발생하는 에너지가 빛이 된다. 집에서도 LED전기로 바꾸고 있는데......

이 책에는 다음과 같은 물건의 원리들도 설명되어 있다.

에스컬레이터, 엘리베이터, 비행기, 자동 개찰, 신호등, FM 방송과 AM 방송, 내비게이션, 하이브리드 자동차, 고성능 타이어, 와이파이와 와이맥스, 볼펜, 체지방계, 발수 스프레이, 종이 기저귀, 항균 상품, 전자 레인지, 스팀 오븐, 리모컨, 유리, 날개 없는 선풍기, 콘센트 구멍, 디지털 방송, 인터넷 방송, 3D TV, 터치 스크린.........

100년 전에는 없던 물건들이 새롭게 탄생하면서 우리의 생활을 편리하고 재미있게 해주고 있다. 그 물건들이 어떤 원리로 만들어 졌는지, 그 구조는 어떤지 알고 싶을 때가 많았는데 이 책을 읽으면서 조금이나마 해소된 것 같다.

과학기술의 결정체인 요즘의 물건들을 보면 만들어준 기술자와 과학자들에게 늘 고마움을 느낀다. 그들의 피와 땀이 오늘의 세상을 만들었기에.

사물의 원리, 기계의 원리, 기술의 원리가 가득한 책이다.

궁금한 것이 많은 청소년들이 좋아할 내용들이다.

가능성의 발견-세포의 시간을 되돌린 연구로 노벨상을 타다.

가능성의 발견 - 노벨상 수상자 야마나카 신야 교수의 자전 에세이, 놀림받던 의사에서 세계적인 과학자가 되기까지
야마나카 신야, 미도리 신야 지음, 김소연 옮김 / 해나무 / 2013년 6월

가능성의 발견-세포의 시간을 되돌린 연구로 노벨상을 타다.

이 책은 2012년 노벨 생리의학상을 받은 쿄토대 교수 야마나카 신야의 이야기다.

그는 1962년, 오사카에서 태어나 재봉틀 부품공장을 운영하는 아버지 밑에서 장인정신을 배우며 성장한다.

라디오와 시계분해가 주특기였던 어린 시절을 보내고 SF소설 읽기, 밴드활동과 학생회 활동, 유도와 마라톤 등을 다양하게 즐기며 중고교 시절을 보내게 된다. 그리고 의대 진학.....

애초에 기초의학에 관심이 있었지만 주변의 반대로 임상의의 길로 들어서게 되고 정형외과 의사를 선택하게 된다. 노련한 의사라면 20분이면 끝낼 수술을 2시간이나 질질 끌면서 의사로서의 무력감을 느끼게 되고 결국 기초의학으로 변경하게 된다.

그는 개를 대상으로 혈압강화 실험을 하면서 자신의 적성이 연구라는 걸 깨닫게 된다.

어떤 분야에 매력을 느끼면 시간가는 줄 모르게 된다더니 그는 전율을 느껴가며 기초의학의 매력에 빠져든다.

연구를 하면서 녹아웃 마우스(특정 유전자의 기능을 없앤 쥐)를 만드는 기술에 관심을 갖게 되면서 캘리포니아 대학 샌프란시스코 캠퍼스와 연관 있는 글래드스턴 연구소로 가게 되고....

그곳에서 연구와 논문 쓰는 법, 강연기술을 배우게 된다.

'간에서 APOBEC-1 이라는 유전자를 과잉 발현시키면 혈중 콜레스테롤 농도가 내려간다.'는 가설을 검증하기 위해 트랜스 제닉 마우스(유전자조작 쥐)를 만들게 된다.

그러나 콜레스테롤 농도조절에 관여할 거라고 생각했던 유전자가 암 유전자임을 알고는 유전자발견에 더욱 심혈을 기울이게 된다.

그러다 만능세포라 불리는 ES세포에 관심을 가지게 되고....

이 세포는 뛰어난 증식능력에 신경세포나 근육세포 등의 200 여 종의 세포를 만들 수 있는 다능성 세포이다.

1998년 11월, 위스콘신대학의 제임스 톰슨 교수가 사람의 ES세포 배양에 성공했다는 소식이 전해지면서 ES세포는 재생의료의 비장의 카드로 주목 받게 된다. 인간 ES세포의 대량 배양은 신경세포, 심근세포, 췌장세포 등을 대량으로 만들 수 있어서 척수손상, 심부전, 당뇨병 환자에게 건강세포이식이라는 꿈의 길을 여는 셈이었다.

그러나 인간 배아 사용은 윤리적 문제와 면역거부반응 등의 문제가 있었기에 그는 인간 배아가 아닌 체세포를 이용해 ES세포와 동일한 세포를 만들기를 목표로 삼게 된다.

1962년, 존 거든 박사의 아프리카발톱개구리의 창자세포를 이용해 올챙이로 만드는데 성공한 케이스와 1997년, 스코틀랜드의 로슬린 연구소의 핵이식으로 탄생한 복제양 돌리의 탄생을 보며 몸의 모든 세포가 체세포의 초기화를 할 수 있다는 사실에 몰두한다.

이후 쿄토대학으로 옮기며 ES세포처럼 증식능력과 다능성을 갖는 세포인 iPS세포(유도다능줄기세포)를 발견하게 된다.

그리고 끈질긴 연구 끝에 세포의 시계를 되돌려 놓을 유전자 4개를 발견하게 되고.... 이 유전자 4개를 떨어뜨리면 한 달 뒤에는 피부세포와도 같은 iPS세포로 변한다는 사실에 흥분한다. 재생의료의 가능성을 더욱 활짝 열어젖히는 셈인데......

iPS세포를 이용한 질환모델의 생산은 신약개발에도 도움이 될 수 있고......

다 자란 어른의 세포를 유전자 조작으로 배아가 시작된 것처럼 해서 심장이나 근육, 신경 등 다양한 세포를 만들어서 특정 세포가 망가진 환자들에게 새로운 세포를 이식하여 치료가 가능하다니. 치료를 목적으로 세포를 복제할 수 있다니.

이론적으로는 iPS세포를 이용해 불임환자도 치료할 수 있다고 한다. iPS세포가 온갖 세포로 분화할 수 있다면 정자, 난자로도 분화 가능한 일...물론 생명윤리 문제로 법으로 금지된 일이지만...

지금 세계는 iPS세포를 이용한 신약개발이 경쟁적이라고 한다. 재생의료의 실용화보다 범용성이 높기 때문에...

iPS세포는 환자 본인의 세포를 사용하기 때문에 ES세포가 안고 있는 생명윤리 문제나 면역거부반응 문제를 피해 갈 수 있다고 한다. 물론 고비용이 발생하지만...

지금은 전 세계적으로 연구가 진행되어 제대혈이나 말초혈 외에도 머리카락의 모근, 혹은 발치된 사랑니로도 iPS세포를 만들 수 있다고 한다.

2012년, 그가 노벨 생리의학상을 받게 된 이유는 유도만능줄기세포(iPS) 개발과 응용 과정에 기여했다는 점 때문이다.  

2010년에 이어서 다시 노벨상을 받은 교토 대는 이번이 6번째 수상자라고 한다.

일본 정부나 대학의 기초과학분야에 대한 집중적 투자로 19번째 노벨 수상자를 탄생 시켰다. 놀랍고 부럽고 고무적이다.

일본에서는 노벨 수상자가 과학 분야가 16명 ,문학상2명, 평화상 1명이다.

 특히 과학 분야에서는 물리학상 7명, 화학상 7명, 생리 의학상 2명이고...

연구자의 노고와 땀방울의 가치를 어떻게 측정할 수 있을까.

이 글을 읽으면서 연구자들의 노고와 땀방울이 고귀하게 느껴진다.

구석진 연구소 안에서 새벽부터 밤늦도록 불 밝히고 연구하고 있을 우리의 과학도에 대한 정부 지원은 어느 정도 일까....... 노벨상이 다가 아니지만 아쉽고 부러운 마음 금할 길이 없다. 언젠가 우리에게도 노벨상 수상 소식이 올 거라 믿으며....

[100자평] 과학자의 서재

과학자의 서재 - 최재천 교수와 함께 떠나는 꿈과 지식의 탐험 ㅣ 우리 시대 아이콘의 서재 1
최재천 지음 / 명진출판사 / 2011년 8월

한 소년이 책을 통해 세상을 만나고, 세상을 통해 사람을 만나서, 자신의 어릴 적 꿈을 키운 이야기이다. 꿈을 포기하지 않고 치열하게 고민하며 넓혀 간 ｀지적 탐험의 세계｀ 이야기다. 고민 많은 청춘들, 미래 과학자를 꿈꾸지만 막연히 안개 속에서 헤매는 이들에게 미래의 목표를 잡는 일에 도움됨^