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인체 마이크로바이옴 – 우리 안의 또 다른 우주

  1. 인간은 혼자가 아니다 우리는 흔히 인간을 독립적인 개체라고 생각합니다. 하지만 사실 우리의 몸속에는 수십조 개의 미생물이 함께 살고 있습니다. 이들을 통틀어 **마이크로바이옴(microbiome)**이라고 부릅니다. 장, 피부, 구강, 심지어 폐와 눈까지 미생물이 없는 곳이 거의 없습니다. 흥미롭게도, 이들의 총 유전자는 인간 유전자의 수백 배에 달합니다. 어떤 학자는 “인간은 하나의 슈퍼 유기체”라고 표현합니다. 2. 장내 미생물 – 제2의 뇌 특히 장에는 엄청난 수의 세균이 살고 있습니다. 이들은 단순히 소화를 돕는 것이 아니라, 면역 체계와 뇌 기능 까지 조절합니다. 장내 세균이 분해한 식이섬유는 단쇄지방산을 만들어 장벽을 튼튼하게 하고 염증을 억제합니다. 더 놀라운 사실은, 장내 미생물이 신경전달물질 을 만들어낸다는 점입니다. 세로토닌의 상당 부분이 장에서 합성되며, 이는 뇌-장 축(gut-brain axis)을 통해 기분과 정신 건강에 영향을 줍니다. 우울증과 장내 미생물 다양성 사이의 상관관계가 연구되는 것도 이 때문입니다. 3. 면역과 마이크로바이옴 아기의 면역 체계는 태어날 때부터 완성되어 있지 않습니다. 모유 수유, 주변 환경과의 접촉을 통해 다양한 미생물에 노출되면서 면역이 훈련됩니다. 최근 연구는, 지나치게 청결한 환경에서 자란 아이가 알레르기나 자가면역질환에 더 취약할 수 있다고 보고합니다. 이를 **위생 가설(hygiene hypothesis)**이라고 부릅니다. 4. 마이크로바이옴과 질병 마이크로바이옴 불균형은 여러 질병과 연결됩니다. 비만 : 특정 세균이 에너지를 더 잘 흡수하도록 만들어 체중 증가를 촉진합니다. 당뇨 : 장내 미생물 변화가 인슐린 저항성과 관련이 있음이 밝혀졌습니다. 자폐 스펙트럼 장애 : 일부 연구는 장내 세균이 신경 발달에 영향을 준다는 가능성을 제시합니다. 암 : 장내 미생물이 항암 치료제의 효과를 좌우한다는 연구도 나왔습니다. 즉, 우리 몸의 건강...
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시간의 과학 – 우리는 시간을 어떻게 경험하는가?

  1. 인간에게 시간은 무엇인가? 시간은 누구에게나 공평하게 흐르는 듯 보이지만, 실제로는 사람마다, 상황마다 다르게 느껴집니다. 즐거운 순간은 순식간에 지나가고, 지루한 시간은 끝없이 늘어지는 것처럼 느껴집니다. 과학자들에게 시간은 단순한 감각이 아니라, 물리학·생물학·심리학이 함께 연구하는 거대한 주제입니다. 시간은 우주의 근본적 차원이자, 인간 경험의 본질입니다. 2. 물리학 속의 시간 – 절대적일까, 상대적일까? 아이작 뉴턴은 시간을 절대적 이라고 보았습니다. 우주 어디서든 동일하게 흐른다는 것이죠. 그러나 아인슈타인의 상대성이론 은 이 개념을 뒤집었습니다. 시간은 빛의 속도와 중력에 따라 늘어나거나 줄어듭니다. 중력이 강한 곳 에서는 시간이 더 느리게 흐릅니다. (GPS 위성은 지구보다 시간이 빠르게 흐르므로 보정이 필요합니다.) 빠르게 움직이는 우주선 에서는 지구보다 시간이 느리게 갑니다. 이른바 ‘쌍둥이 역설’은 이를 잘 보여줍니다. 즉, 우리가 절대적이라 믿는 시간은 사실 상대적인 개념 입니다. 3. 생물학 속의 시간 – 몸의 시계 인간의 몸은 **서카디언 리듬(circadian rhythm)**이라는 내적 시계를 가지고 있습니다. 약 24시간 주기로 수면·각성, 호르몬 분비, 체온 변화 등이 조절됩니다. 아침에는 코르티솔이 분비되어 몸이 깨어납니다. 밤에는 멜라토닌이 분비되어 졸음이 유도됩니다. 이 리듬은 빛에 민감하게 반응합니다. 그래서 스마트폰 불빛이나 늦은 밤 강한 조명은 생체 시계를 혼란시켜 불면증을 유발합니다. 또한 나이가 들면서 생체 시계가 변합니다. 아이들은 일찍 잠들고 일찍 깨지만, 청소년은 늦게 자고 늦게 깨는 경향이 있습니다. 이는 단순한 습관이 아니라 뇌 발달 과정에서 생기는 변화입니다. 4. 심리학 속의 시간 – 마음의 속도 시간의 체감은 객관적이지 않습니다. 우리의 뇌는 끊임없이 ‘지금’을 기록하고, 이를 기반으로 시간의 길이를 추정합니다. 지루할 때 : ...
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바다의 과학 – 지구의 마지막 미지의 영역

  1. 인류가 덜 탐험한 곳, 바다 우리는 인류가 우주를 향해 도전한다고 말합니다. 하지만 역설적으로, 지구에서 가장 넓은 영역인 바다는 여전히 미지의 세계 로 남아 있습니다. 지구 표면의 약 70%가 바다로 덮여 있지만, 실제로 과학이 정밀하게 조사한 해저는 고작 20% 남짓에 불과합니다. 심해는 우주보다 더 접근하기 어렵다고 할 정도로 극한 환경을 가지고 있어, 인류의 과학적 도전은 아직도 현재 진행형입니다. 2. 바다의 층 구조 바다는 깊이에 따라 층을 이룹니다. 표층(0~200m) : 햇빛이 도달하는 구간으로, 식물성 플랑크톤이 광합성을 하며 해양 생태계의 근본 에너지원이 됩니다. 중층(200~1,000m) : 어둡고 차갑지만, 발광 생물이 존재합니다. 이 구간의 생명체들은 낮에는 깊은 곳에 숨어 있다가 밤에 표층으로 올라와 먹이를 찾습니다. 이를 ‘수직 이동’이라고 합니다. 심해(1,000~6,000m) : 완전한 어둠 속, 압력이 극심한 구간입니다. 기괴한 형태의 어류와 미생물이 적응해 살아갑니다. 초심해(6,000m 이상) : 해구 같은 극한 지형으로, 마리아나 해구는 약 11km 깊이에 달합니다. 에베레스트 산을 통째로 넣어도 가려질 정도의 깊이입니다. 3. 심해 탐사의 어려움 심해는 우주 탐사보다 어렵다고 불립니다. 그 이유는 압력 과 빛의 부재 입니다. 수심 1만 미터에서는 대기압의 1,000배에 달하는 압력이 가해집니다. 햇빛은 수심 200m를 넘으면 거의 도달하지 못해, 심해는 영원한 밤입니다. 수온은 0도에 가까우며, 산소도 부족합니다. 이런 환경은 사람은 물론 기계 장비조차 버티기 어렵게 만듭니다. 심해 탐사용 잠수정이나 무인 잠수 로봇을 제작하려면 첨단 소재와 기술이 필요합니다. 4. 바다의 생명 – 끝없는 다양성 바다는 인류가 상상하지 못한 생명체들의 보고입니다. 심해에서는 자가 발광하는 오징어, 낯선 형태의 심해어, 심지어 태양광이 없는 곳에서 화학 합성을 ...
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기억의 과학 – 우리는 왜 잊고 또 기억하는가?

  1. 기억은 뇌의 보물창고 우리는 매일 새로운 정보를 접합니다. 친구의 얼굴, 오늘 들은 노래, 직장에서의 회의 내용… 이 모든 경험은 뇌 속 어딘가에 기록됩니다. **기억(memory)**은 인간의 정체성과 직결된 능력입니다. 내가 누구인지, 어떤 길을 걸어왔는지를 알려주는 것이 바로 기억이기 때문입니다. 그런데 기억은 완벽하지 않습니다. 때로는 중요한 것을 잊어버리고, 때로는 사실과 다른 기억을 만들어내기도 합니다. 과학은 이러한 기억의 작동 원리를 조금씩 밝혀내고 있습니다. 2. 기억의 단계 기억은 단일한 과정이 아니라 여러 단계를 거쳐 형성됩니다. 부호화(Encoding) – 정보를 받아들이고, 의미 있는 형태로 변환하는 단계 저장(Storage) – 변환된 정보를 뇌 속에 보관하는 과정 인출(Retrieval) – 필요할 때 기억을 불러오는 단계 이 세 과정 중 하나라도 제대로 이루어지지 않으면, 기억은 희미해지거나 사라집니다. 3. 뇌 속 기억의 자리 해마(hippocampus) : 새로운 기억을 형성하는 데 핵심 역할을 합니다. 해마가 손상되면 새로운 정보를 장기 기억으로 저장할 수 없습니다. 알츠하이머병 초기 증상에서 해마 손상이 흔히 나타납니다. 대뇌 피질(cerebral cortex) : 장기적으로 저장된 기억은 해마에서 대뇌 피질로 옮겨갑니다. 우리가 어릴 적 기억을 떠올릴 수 있는 것도 이 과정 덕분입니다. 편도체(amygdala) : 감정이 강하게 얽힌 기억은 더 오래, 더 생생하게 남습니다. 첫사랑이나 사고 순간이 선명한 것도 감정이 기억을 강화하기 때문입니다. 4. 우리는 왜 잊는가? 잊어버린다는 것은 단순히 뇌의 실패가 아닙니다. 오히려 뇌는 불필요한 정보를 지워야 중요한 것을 효율적으로 다룰 수 있습니다. 퇴색 이론 : 시간이 지남에 따라 기억 흔적이 자연스럽게 약화됩니다. 간섭 이론 : 새로운 정보가 기존 기억을 방해하거나, 오래된 기억이 새로운...
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빛공해 – 밤하늘을 잃어버린 인류

  1. 별이 사라진 밤 수천 년 동안 인간은 밤하늘의 별빛을 보며 살아왔습니다. 별자리로 계절을 예측했고, 항해의 길잡이로 삼았으며, 신화와 예술의 영감을 얻었습니다. 하지만 오늘날 도시의 밤하늘을 올려다보면, 수많은 별 대신 인공 조명의 밝음이 하늘을 가득 메웁니다. **빛공해(light pollution)**는 현대 문명이 남긴 새로운 환경 오염으로, 우리의 건강과 생태계, 문화적 경험을 빼앗아 가고 있습니다. 2. 빛공해란 무엇인가? 빛공해는 단순히 ‘불빛이 밝다’는 문제가 아닙니다. 과학적으로는 불필요하거나 과도한 인공 조명 이 환경에 부정적 영향을 미치는 현상을 말합니다. 크게 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 눈부심(Glare) : 과도한 빛이 시야를 방해하는 현상 넘침(Light Trespass) : 빛이 원래 필요하지 않은 곳으로 새어 나가는 것 하늘빛 밝힘(Skyglow) : 도시 불빛이 대기 중에 반사되어 밤하늘을 밝게 만드는 현상 혼란(Clutter) : 무분별하게 설치된 조명으로 시각적 혼란을 주는 경우 이 모든 요인이 합쳐져 도시의 밤을 지나치게 밝게 만들고, 진짜 어둠과 별빛을 사라지게 합니다. 3. 밤이 사라진 생태계 동식물은 수억 년 동안 낮과 밤의 리듬에 맞춰 진화했습니다. 그러나 인공 조명이 이 리듬을 깨뜨리면서 생태계 교란이 발생합니다. 철새 : 별빛과 달빛을 따라 이동하는데, 도시 불빛에 길을 잃고 충돌해 죽는 경우가 많습니다. 해안 거북 : 새끼 거북은 바다의 빛을 따라 이동해야 하지만, 해변 조명 때문에 도심 쪽으로 향해 목숨을 잃습니다. 곤충 : 인공 불빛에 끌려 무리 지어 몰려들다 에너지를 소모하거나 포식자에게 쉽게 잡힙니다. 빛공해는 단순히 인간의 문제를 넘어, 수많은 생명의 생존을 위협하는 심각한 환경 문제입니다. 4. 인간 건강에 미치는 영향 인공 조명은 우리의 생체 시계( 서카디언 리듬 )에도 큰 영향을 줍니다. 밤에 강한 조명에 노...
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뇌파의 비밀 – 우리의 생각은 전기 신호일까?

  1. 뇌는 전기 신호의 숲 인간의 뇌는 약 860억 개의 뉴런으로 이루어져 있습니다. 이 뉴런들은 전기 신호를 주고받으며 생각, 감정, 행동을 만들어냅니다. 그런데 수많은 신호가 동시에 오가면서 뇌 전체에는 일정한 리듬 이 형성됩니다. 이를 우리는 **뇌파(brain waves)**라고 부릅니다. 뇌파는 단순한 부산물이 아니라, 우리의 의식 상태와 깊게 연결된 중요한 신호입니다. 2. 뇌파의 종류 뇌파는 주파수 대역에 따라 나뉩니다. 델타파(0.5~4Hz) : 깊은 수면 상태에서 나타납니다. 뇌가 휴식을 취하며 신체를 회복하는 단계입니다. 세타파(4~8Hz) : 졸음, 명상, 창의적 상상과 관련됩니다. 예술가들이 영감을 얻을 때 이 뇌파가 증가한다고 알려져 있습니다. 알파파(8~13Hz) : 이완 상태, 안정된 주의 집중에서 나타납니다. 긴장이 풀리거나 조용히 눈을 감았을 때 뚜렷해집니다. 베타파(13~30Hz) : 각성 상태, 집중, 논리적 사고와 관련됩니다. 시험 공부나 회의 중일 때 많이 나타납니다. 감마파(30Hz 이상) : 고도의 인지, 문제 해결, 창의적 통합과 연결됩니다. 즉, 뇌파는 우리가 깨어 있을 때, 졸릴 때, 깊이 잠들었을 때 각각 다른 패턴을 보여줍니다. 3. 뇌파는 어떻게 측정할까? 뇌파는 보통 **뇌파검사(EEG, Electroencephalography)**로 측정합니다. 두피에 전극을 붙여 미세한 전기 신호를 감지하는 방식입니다. EEG는 비침습적이고 빠르며, 뇌의 실시간 변화를 파악할 수 있다는 장점이 있습니다. 의학적으로 EEG는 간질 발작, 수면 장애, 뇌손상 진단에 널리 활용됩니다. 최근에는 뇌파를 이용해 **브레인-컴퓨터 인터페이스(BCI)**를 개발하는 연구도 활발합니다. 4. 뇌파와 의식 상태 흥미로운 점은, 뇌파가 단순한 전기적 현상이 아니라 의식 상태의 지표 라는 것입니다. 깊은 수면 → 델타파 깨어 있으면서 안정 → 알파파 집중과 불안...
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인간의 감정 – 과학은 마음을 어떻게 설명할까?

  1. 감정은 어디에서 오는가? 사람은 하루에도 수십 번씩 기분이 바뀝니다. 기쁨, 슬픔, 분노, 두려움 같은 감정은 인간다움을 대표하는 특징입니다. 오랫동안 철학자들은 감정을 영혼의 문제로 보았지만, 현대 과학은 감정이 뇌와 호르몬, 신경 회로의 결과임을 밝혀내고 있습니다. 감정은 단순한 주관적 경험이 아니라, 생존을 위해 진화한 생물학적 시스템 입니다. 2. 감정의 뇌 – 편도체, 해마, 전전두엽 감정을 담당하는 핵심은 **편도체(amygdala)**입니다. 편도체는 공포나 위협 같은 자극에 빠르게 반응하며, ‘도망칠지 맞설지’를 결정하는 긴급 센터입니다. 예를 들어, 숲 속에서 뱀을 보았을 때 몸이 반사적으로 긴장하는 것은 편도체 덕분입니다. **해마(hippocampus)**는 기억을 저장하고 불러오는 역할을 합니다. 감정은 기억과 밀접하게 연결되는데, 특정한 냄새나 노래가 과거의 감정을 떠올리게 하는 이유가 바로 해마와 편도체의 협력 작용입니다. **전전두엽(prefrontal cortex)**은 감정을 조절하는 역할을 합니다. 편도체가 불안을 유발해도, 전전두엽이 “괜찮아, 저건 단순한 그림자일 뿐이야”라고 판단하면 공포가 진정됩니다. 따라서 감정은 본능적 반응과 이성적 조절 사이의 균형 위에서 이루어집니다. 3. 감정과 호르몬 감정은 뇌뿐 아니라 호르몬 과도 깊이 연결되어 있습니다. 아드레날린 : 위급 상황에서 분비되어 심장 박동을 빠르게 하고, 몸을 전투 태세로 만듭니다. 코르티솔 : 스트레스 상황에서 분비되지만, 과도하면 면역력을 약화시킵니다. 옥시토신 : ‘사랑의 호르몬’이라 불리며, 사회적 유대와 신뢰를 강화합니다. 세로토닌 : 기분 안정에 중요한 역할을 하며, 부족하면 우울증과 연결됩니다. 즉, 감정은 뇌와 몸 전체의 협력 결과이며, 단순한 ‘마음’이 아니라 전신 반응 입니다. 4. 감정의 진화적 의미 감정은 생존을 위해 진화했습니다. 두려움은 위험을 피하게 하고, 분노는 경쟁에서 ...
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