노벨상을 꿈꿔라 3

2017 노벨 과학상, 누가 왜 받았을까?

우리 시대 최고의 학자에게 주어지는 영예인 노벨상은 어떻게 세상을 변화시켜 왔을까? 2017 노벨상은 ‘생체시계’, ‘중력파’, ‘전자현미경’과 같이 많이 들어 보거나 친숙한 분야가 상을 수상했다. 2017 노벨 생리의학상은 ’낮과 밤이 바뀜에 따라 몸이 하루 주기로 돌아가는 생체시계의 비밀’을 푼 제프리 홀, 마이클 로스배시, 마이클 영 교수가 공동 수상했다. 2017 노벨 물리학상은 약 100년 전 아인슈타인이 이론으로 예측했던 중력파를 실험으로 검증한 이후 ‘노벨상 1순위’로 주목받아 온 킵 손, 배리 배리시, 라이너 바이스 교수가 받았다. 마지막으로 2017 노벨 화학상은 자크 뒤보셰, 요아힘 프랑크, 리처드 헨더슨 교수에게 돌아갔다. 이들은 생체분자를 3차원 고화질로 보여주는 ‘극저온 전자현미경’을 개발한 공로를 인정받았다.
수상자들 가운데는 베스트셀러인 책이나 영화로 잘 알려진 사람들도 많다. 노벨 물리학상 수상자 중 한 사람인 킵 손 교수는 우리나라에서 천만 명이 넘는 관객을 모은 영화 <인터스텔라>의 과학 자문을 맡으며 유명해졌다. 노벨 문학상 수상자인 가즈오 이시구로 작가 역시 «남아 있는 나날»과 «나를 보내지 마» 등의 대표작들이 영화로 만들어져 대중에게 잘 알려져 있으며 인간의 불합리한 감정이나 사회적 요소가 경제에 미치는 영향을 연구한 ‘행동경제학’으로 노벨 경제학상을 수상한 리처드 세일러 교수도 베스트셀러 «넛지»의 작가다. 2017 노벨 평화상은 지구상 모든 국가의 핵무기 전면 폐기를 주장하는 비정부기구(NGO) 연합체 ‘핵무기폐기국제운동(ICAN)'이 받았다. 그들은 인류가 핵무기를 사용하면 어떤 재앙이 닥칠지 세간의 관심을 불러일으키고, 핵무기 금지의 기반이 되는 조약이 체결되도록 노력한 공로를 인정받았다.
이 책에는 노벨상이 발표되기 보름 정도 전에 발표되는 이그노벨상 이야기도 수록되었는데, 2017년에는 ‘약한 충격이 있을 때 커피가 넘치는 현상 연구’라는 논문으로 커피를 덜 쏟는 방법을 연구한 한국인 수상자 한지원 씨가 유체역학상을 받아 특히 관심을 모았다.

2017 노벨 과학상 수상자들의 주요 업적
극저온전자현미경, 중력파, 생체시계를 조절하는 분자 메커니즘의 비밀을 밝히다!

2017 노벨 과학상의 특이점 가운데 하나는 모두 각각 3명의 연구자가 공동 수상했다는 것이다. 실제로 국제 교류를 통해 여러 분야의 과학자들이 공동으로 연구해 성과를 내는 사례가 늘고 있어, 과학 연구가 이제 더 이상 혼자 힘으로는 성과를 내기 어려움을 알 수 있다.
2017 노벨 물리학상을 받은 킵 손, 배리 배리시, 라이너 바이스 교수는 중력파의 비밀을 밝힌 레이저간섭계중력파관측소(LIGO·라이고)를 설계하고 건설했으며 40년간의 노력 끝에 아인슈타인이 예측한 중력파를 관측하는 데 성공해, 우주의 탄생과 진화 과정을 새로운 관점에서 접근할 수 있게 됐다. 빛은 시공간 속에서 다른 물질의 영향을 받아 왜곡되기도 하지만, 중력파는 시공간 자체가 일렁이는 것이기 때문에 왜곡되지 않는다. 따라서 중력파는 발생했을 때의 정보, 즉 온갖 별들과 우주의 역사를 고스란히 지니고 있다. 이러한 중력파 검출 덕분에 인류는 우주의 기원과 진화 과정의 비밀에 한걸음 더 다가설 수 있게 됐다.
2017 노벨 화학상을 받은 자크 뒤보셰, 요아힘 프랑크, 리처드 헨더슨 교수는 생체분자를 3차원 고화질로 보여주는 ‘극저온 전자현미경’을 개발한 공로를 인정받았다. 기존 전자식 현미경은 강한 전자선을 뿜어 살아 있는 상태로 세포를 정밀하게 관찰할 수 없었다. 그런데 수상자들이 만든 현미경으로는 세포를 3차원 구조로 원자 수준에서 정밀하게 관찰할 수 있어 생화학의 새 시대를 열었다. 특히 생체분자의 구조를 자세히 파악하면 질병이 일어나는 원리를 파악하고 효과가 높은 약물을 개발하는 데 큰 도움이 되어 과학자들은 신약 개발에 필요한 강력한 도구를 얻게 됐다.
2017 노벨 생리의학상을 받은 제프리 홀, 마이클 로스배시, 마이클 영 교수는 생체시계 유전자들을 발견했을 뿐 아니라, 여러 유전자들이 복합적으로 생체시계처럼 작동한다는 사실을 알아냈으며 세포마다 들어 있는 DNA에서 어떤 유전자들이 생체시계에 관여하는지 구체적으로 알아냈다. 생체시계는 하루를 주기로 정해진 리듬에 따라 변하는 우리 몸의 조절 기능으로, 매일 수면과 식욕뿐만 아니라, 호르몬 분비량과 체온, 혈압과 맥박수 등이 생체시계에 따라 변하고 있다. 이러한 생체시계의 원리를 밝혀냄으로써 생체리듬이 깨짐에 따라 발생할 수 있는 수면장애와 우울증, 면역성 질환 등을 예방하고 치료하는 길도 열릴 것으로 기대된다.

물리학, 생화학 및 생리의학 분야의 새 획을 그은
노벨상에 대한 친절한 가이드북

2017 노벨 생리학상 분야인 생체시계에 대한 연구는 우리나라에서도 활발히 이뤄지고 있다. 2011년 KAIST 생명과학과 최준호 교수팀은 미국 노스웨스턴대 연구팀과 함께 새로운 생체시계 유전자인 트웬티포(Twenty-four)를 발견했다. 그리고 그 유전자가 생체리듬을 주기적으로 유지하는 데 어떤 작용을 하는지 메커니즘을 밝혀낸 연구 결과를 국제 학술지 «네이처»에 싣기도 했다. 하지만 안타깝게도 우리나라는 아직 노벨 과학상 수상자를 한 명도 배출하지 못했다. 기초과학 분야 투자가 부족하고 연구비 지원체계가 장기적 안목으로 뒷받침되지 못하고 있기 때문이다.
2017 노벨 물리학상, 노벨 화학상, 노벨 생리학상을 받은 과학자들의 공통점은 눈에 보이는 단기간의 성과보다는 오랜 기간 꾸준히 연구한 성과가 빛을 발했다는 것이다. 이들의 연구 업적을 통해 영예로운 노벨상 수상자를 배출하기 위해서는 기초학문에 대한 투자를 과감히 확대해야 할 뿐만 아니라 연구자 개개인의 끊임없는 열정과 의지가 필요함을 알 수 있다. 노벨 과학상 관련 연구가 국내에서도 꾸준히 이루어지고 있고 한국인이 이그노벨상을 수상하는 등 발전 가능성이 보이는 만큼 앞으로 한 걸음 한 걸음 나아가 언젠가는 한국인이 노벨 과학상을 타게 될 날을 기대해 본다.

본문 속으로

2017년 이그노벨상 유체역학 부문에 한국인 수상자가 선정됐어요. 주인공은 미국 버지니아대 물리학과에 재학 중인 한지원 씨예요. 그는 고등학생 때 ‘약한 충격이 있을 때 커피가 넘치는 현상 연구’란 제목의 15쪽짜리 논문을 썼어요. 커피가 담긴 컵을 들고 걸을 때 어떻게 해야 덜 넘치는지 궁금증을 품고 직접 실험을 통해 연구했지요. 실험 결과 원통형 머그잔에 담겨 있을 때 와인 잔에서보다 더 많이 넘치는 것을 알 수 있었어요. 또 손바닥을 펼쳐 컵의 윗부분을 잡으면 중간이나 아랫부분을 잡을 때보다 커피가 덜 넘친다는 사실도 발견했지요. 윗부분을 잡으면 진동이 줄어들기 때문이랍니다.
시상식에서 그는 “연구는 당신이 몇 살인지, 얼마나 똑똑한지가 중요한 게 아니라 얼마나 많은 커피를 마실 수 있는지의 문제”라며 이그노벨상 수상자다운 유쾌한 수상 소감을 말했어요.
-<01 2017 노벨상>에서


2015년 라이고 연구팀이 처음 검출한 중력파는 두 개의 블랙홀이 충돌하며 하나로 합쳐지는 과정에서 나왔어요. 두 블랙홀은 각각 태양보다 36배, 29배나 무거운 천체들이었어요. 두 블랙홀은 약 13억 년 전 충돌했어요. 이때 중력파가 발생해 시공간을 따라 우주로 전파됐지요. 중력파는 다른 물질에 의해 성질이 변하거나 전파 속도가 느려지는 일이 거의 없어요. 그래서 소행성 같은 물질이 있어도 거의 영향을 받지 않고 빛의 속도로 뚫고 지나가지요.
중력파가 지나가면 시공간이 출렁거리며 변화가 생겨요. 지난 2015년 9월, 라이고 연구팀은 13억 년 전에 출발한 중력파가 지구의 시공간을 출렁거리게 하자 이를 감지했어요. 최초로 실제 중력파를 검출하는 데 성공한 거지요.
-<02 2017 노벨 물리학상>에서

극저온전자현미경은 세포나 수용액 속에 녹아 있는 생화학 분자의 구조를 고해상도 영상으로 직접 관찰할 수 있게 해 주는 장치예요. 수용액에 담긴 생화학 분자를 영하 200℃ 이하의 극저온 상태로 급냉각시킨 뒤 정밀 관찰하는 방식이지요. 단백질이나 바이러스와 같은 생체분자들이 자연스럽게 살아 있는 모습을 포착한 ‘스냅샷’을 얻을 수 있답니다. 노벨위원회의 새러 스노게루프 린세 위원장은 “이제 더 이상의 비밀은 없어졌다. 수상자들 덕분에 우리 세포의 구석구석, 체액 한 방울의 생체분자까지 복잡한 세부 사항을 있는 그대로 볼 수 있게 됐다”며 “이제 우리는 생체분자가 어떻게 형성되고 움직이며 협력하는지를 이해할 수 있다. 생화학의 혁명을 맞이하고 있는 것이다”라고 밝혔답니다.
-<03 2017 노벨 화학상>에서


피어리어드 단백질이 많아지면 발현을 방해해 줄어들게 만들고, 너무 줄어들면 다시 유전자가 발현되도록 해 단백질을 많이 생성하게 만드는 피드백 작용으로 생체시계가 작동합니다. 지금도 수많은 전 세계 과학자들은 이 피드백 과정에 관여하는 미세한 작용들에 대해 추가적으로 연구하고 있답니다. 이 과정은 초파리뿐만 아니라 사람을 비롯한 포유류에서도 나타납니다. 전사와 번역 과정뿐 아니라 이미 만들어진 단백질이 변형되거나 분해되는 과정에서도 여러 가지 피드백 과정이 있으며, 이런 모든 과정들이 복합적으로 관여해 생체시계처럼 작동한다는 사실도 밝혀지고 있답니다.
이외에도 과학자들은 생체리듬이 깨지면 수면장애와 우울증, 면역성 질환이 생길 위험이 높아진다는 것을 밝혀내고, 이런 질환을 예방하고 치료하기 위해 생체리듬을 일정하게 유지하는 방법에 대해 연구하고 있어요. 또한 생체리듬을 깨뜨리는 환경적인 요인에 대해서도 연구하고 있지요.
-<04 2017 노벨 생리의학상>에서