애플이 아이폰과 아이패드를 출시한 2009년은 정보기술 분야에서 ‘스마트’의 원년이었고 이러한 스마트 트렌드는 당분간 계속될 것 같다. 정보기술을 놓고 스마트라는 용어를 쓴 것이 최근이 아니라는 것은 전문가가 아니더라도 알고 있는 일이다. 영화에도 나타났던 인공지능이 그러하고, 체스를 두는 IBM의 딥블루로 대표되는 전문가 시스템도 그러한 예이다.  이정우 연세대 교수·정보통신학종래 스마트 머신의 개념에 반하여 요즘의 ‘스마트’ 트렌드는 모빌리티와 인텔리전스를 겸비한 개념이라는 점에서 새롭다. 모빌리티와 인텔리전스로 인해 예상되는 미래 노동의 모습을 ‘스마트워크’로 통칭하고, 이러한 미래상을 위한 정책을 정부도 그려내고 있다. 노동인구의 30%가 시간과 장소에 구애받지 않고 업무를 효율적으로 수행할 수 있는 스마트워크 환경을 2015년까지 구축해 나가겠다는 비전을 지난해 발표했고, 스마트워크 센터를 건축하고 기술을 개발하고 인사제도를 개정하는 조치를 단행하고 있다. 스마트워크는 우리 생활에 있어서 다가올 변화를 통괄하는 개념이다. 시간의 측면에서는 개인이 좀 더 시간을 자유롭게 활용할 수 있는 형태로 근로방식이 바뀔 것이고, 이에 따른 근무시간의 유연화를 넘어서 근무한 시간에 상관없이 성과 중심으로 관리할 수 있는 형태의 미래형 제도가 나타날 것이다. 장소의 측면에서는 텔레커뮤팅에서 한 발 더 나아가 어디서든지 일할 수 있는 환경이 구축돼 있음을 전제로 한다. 하지만 이러한 시간, 장소, 기술의 변화와 더불어 조직과 제도에 있어서도 우리 선조가 겪었던 산업혁명 당시의 패러다임 변화에 필적하는 변화가 일어날 것이다.이러한 변화의 영향에 대해서 연구와 준비가 필요하다. 경험적으로 보건대 이러한 변화는 우리에게 ‘양날의 칼’로 작용할 것이다. 스마트워크와 유사한 텔레커뮤팅이나 유연 근무에 관한 기존의 연구를 살펴보면 기술의 영향은 양날의 칼을 함께 가지고 있다. 예를 들어 텔레커뮤팅이 잘되면 일과 삶의 균형을 이루어 근로자의 생산성이 높아지는 반면에 일과 삶의 경계가 모호해져 스트레스가 가중돼 업무 성과가 떨어지는 경우도 있다. 스마트 기기들로 의사소통이 원활해지는 사례와 더불어 의사소통의 효율성이 떨어지는 사례도 설득력이 있다.이러한 상반된 연구결과는 스마트워크 도입과 관련한 여러 가지 걱정과 궤를 같이하고 있다. 동일한 목적 달성을 위한 사람들이 함께 모여 집중할 수 있도록 구성된 업무공간인 사무실이 아닌 자유로운 다른 공간에서 업무를 효율적으로 수행할 수 있는가에 대한 의문에서부터, 워킹맘이 스마트워크를 통해 육아와 동시에 회사 업무를 처리할 수 있는가에 대한 민감한 의구심에 이르기까지, 과연 한국사회에서 상사의 얼굴을 보지 않고 수행한 업무성과만 가지고 적절한 성과 평가와 보상을 받을 수 있느냐는 걱정으로 이어져 스마트워크 활성화의 장애로 이어지고 있다.스마트워크란 결국 각각 개인의 일하는 방식을 변화시켜야 하는 것으로, 산업혁명 이후 우리 생활을 지배해온 관리와 모니터링의 패러다임이 바뀌어야 함을 의미한다. 인프라 구축과 스마트 기기의 연동이 기술적으로 중요하지만 개인의 스마트워크를 위해서는 업무의 시간과 장소, 이를 수행하는 방법 자체, 그리고 성과의 측정과 관련해 제도적인 재설계가 절대적으로 필요하다. 업무 형태 분석이 선행돼야 하고 분해하고 통합하는 과정이 필요하다. 개인도 책임과 권한에서의 변화를 주도해야 하며, 스마트워크를 위한 새로운 기업문화를 만들고 받아들여야 한다. 새 술은 새 부대에 담아야 하는데 새 부대를 먼저 만들어야 할까, 아니면 새 술 빚기를 먼저 시작해야 할까.이정우 연세대 교수·정보통신학

교육과학부 발표에 따르면 올해 한국은 과거 어느 해보다 많은 4개의 인공위성을 쏘아올린다. 현재 5개의 위성이 임무 중인 것을 고려하면 더욱 다양한 위성사진이 제공될 전망이다. 아울러 위성사진의 분석기술이 발달하면서 활용도 넓어지고 있다. 특히 홍수, 폭풍, 쓰나미 등 자연재해의 피해를 줄이기 위한 방재분야 활용이 주목을 받고 있다. 김계현 인하대 교수·지리정보공학위성은 주기적으로 동일지점에 대한 사진을 제공하므로 자연재해 발생 전후의 위성사진을 분석하면 현장방문 없이 피해액 산정이 가능하다. 즉, 물, 흙, 나무, 건물 등 피해지역에 존재하는 물체에 따라 위성사진에 나타나는 밝기 값의 차이를 이용해 피해지역의 유형, 경계, 면적, 피해 정도의 추정이 가능하다. 물론 재해로 인한 침수, 산사태, 건물·교량 붕괴 등 피해 유형의 구별은 난해하다.최근에는 패턴인식기술이 발달해 85% 정도의 분석정확도를 갖게 됐다. 전문가가 육안으로 검증하는 과정을 추가하면 정확도는 95%대로 향상된다. 여기에 피해지역을 대상으로 국가GIS(지리정보시스템)사업에서 구축된 지형도, 시설물도, 지적도 등 제반 지도를 중첩한다. 그러면 피해지역의 지목, 토지가격, 시설물 현황 등을 파악할 수 있어 더욱 정확한 피해액 산정이 가능하다. 이를 근거로 복구비용과 국가 보상액 등도 쉽게 산정할 수 있어 신속한 복구 예산 확보가 가능하다. 여기에 산사태와 침수발생 빈도를 보여주는 제반 재해지도 등을 추가하면 향후 재해피해를 최소화하기 위한 중점관리 지역도 확인이 가능하다.이러한 피해산정기술은 지자체 공무원이 피해현장을 방문하는 수작업 조사에 비해 시간 단축, 정확성 제고, 업무 효율성 증진 등 이점이 크다. 재해가 발생하면 도로 단절로 접근이 어렵고, 많은 지역에서 동시 다발적 피해 발생으로 신속한 조사가 안 돼 2차 피해발생의 위험도 크다. 실제 2002년 태풍 루사 때 1만곳이 넘는 피해지역이 동시 발생했다. 따라서 위성사진을 이용한 피해액의 자동 산정은 기후변화 시대에 대형화되는 재난 피해를 줄이는 데 필수이다. 실제 국내의 연평균 자연재해 피해가 1990년대 8000억원 정도에서 2000년대 들어 2조원대로 급격히 늘고 있다. 여기에 지난해 태국에서 50년 만의 최악 홍수로 사망자 800여명, 이재민 200만명, 피해액 52조원의 피해는 우리에게 경각심을 일깨운다.관건은 재해발생 이후 신속하게 공간해상도가 높은 위성사진을 얻는 것이다. 그래야 재해발생 전후의 사진을 비교해 정확한 피해 추정이 가능하다. 국산 아리랑 2호 위성은 1호보다 회전주기가 28일에서 4일로, 공간해상도는 6.6m에서 1m로 성능이 향상됐다. 하지만 4일이 지나야 동일 지점의 사진을 얻는다는 점에서 만족스럽지 못하다. 공간해상력이 높은 외국 위성을 활용할 수 있으나 이 역시 회전주기가 다양하고 가격이 비싸며 구입 등 절차에 시간이 걸려 의미가 없다. 항공사진은 공간해상력이 높고 임의 시간대 촬영이 가능하지만 재해 발생 시 열악한 기상으로 비행기를 띄울 수 없고 무인항공기 역시 조종이 불가하다.따라서 차제에 방재위성을 띄우는 발상의 전환이 필요하다. 회전위성이 아닌 정지위성으로 운영하면 실시간으로 한반도의 폭풍, 홍수, 산불 등 대규모 재해발생 전후의 정밀 모니터링이 가능해 재해예방에 최적이다. 또한 외국에 의존하는 기상자료의 상당 부분을 자체 확보할 수 있어 대외 의존도를 낮추고 외화 지출도 줄일 수 있다. 나아가 국가 기술경쟁력을 높이고 상존하는 북한 수공(水攻)에 대응하는 최적의 방안이다. 3500억원 정도의 위성개발과 발사를 위한 비용을 고려하면 밑질 것 없는 투자다.김계현 인하대 교수·지리정보공학

미국의 대통령이었던 레이건이 자신의 부인인 낸시 여사를 알아보지 못해 세계를 놀라게 한 치매는 노인성 치매, 파킨슨병, 헌팅턴병 등과 같이 다양한 형태의 퇴행성 뇌신경 질환으로 알려져 있다. 치매가 큰 관심을 불러일으키는 것은 의료선진국인 미국의 대통령조차도 예방할 수 없었고 일단 발병하면 치료가 불가능하다는 점 때문이다. 한국보건사회연구원의 보고서에 따르면 국내 65세 이상의 노인성 질환자 수는 2002년 26만3000명에서 2009년 67만2000명으로 155% 증가했다. 우리나라의 빠른 고령화 속도를 감안할 때 노인성 질환은 현재는 물론 미래 한국사회의 가장 두려운 병으로 공포감을 주고 있다. 뇌과학은 인간의 대표적인 미개척지다. 그러면 난제 중의 난제로 일컬어지는 치매는 극복할 수 없는 것일까.이종호 과학저술가역사를 살펴보면 어려운 문제가 생길 때마다 인간의 능력은 한껏 발휘됐다. 치매도 예외는 아니다. 뉴질랜드 오클랜드 대학의 커티즈 박사와 스웨덴 살그렌스카 연구소 에릭손 박사팀은 사망한 사람의 뇌로부터 얻은 조직을 전자현미경으로 분석한 결과 뇌의 일부 영역에서 새로운 뇌세포가 생성돼 냄새가 처리되는 후각망울(olfactory bulb) 부위로 세포들이 이동한 것을 발견했다. 인간의 후각이 동물만큼 효율적은 아니지만 썩은 음식을 순간적으로 구별해 낼 만큼 생존에 중요한 일익을 담당한다. 학자들이 이 연구에 주목하는 것은 후각소실이 파킨슨병 같은 뇌세포가 파괴됨으로써 나타나는 질환의 초기 징후를 예시한다고 생각하기 때문이다. 즉 이들 생물학에 대한 연구로 손상된 인간의 뇌세포를 복구시킬 수 있다면 퇴행성신경질환을 사라지게 할 수 있다는 것이다.또 학자들을 고무시킨 것은 심장은 한번 손상되면 스스로 복구할 능력이 없는 대표적인 장기로 간주됐다. 그러나 그동안 줄기세포의 활용분야에서 제외됐던 심장에 극적인 변화가 발견됐다. 사건의 발단은 여성의 심장을 이식받은 남성이었다. 여성은 XX염색체, 남성은 XY염색체를 갖고 있으므로 남성에게 이식된 여성의 심장 세포에는 원래 갖고 있던 X염색체만 있었다. 그런데 심장이식을 받은 지 몇 달이 지난 뒤 남성의 심장에서 Y염색체가 발견됐다. 이것은 남성의 줄기세포가 골수로부터 심장으로 와서 심장을 보수했다는 것을 의미한다.나이를 먹으면 줄기세포의 수가 점점 줄어든다. 줄기세포의 감소는 자신의 몸에 발생하는 손상을 보수할 능력이 감소하는 것을 뜻하므로 더 이상 젊음과 회춘을 보장할 수 없다는 것이 정설이다. 그런데 일부 80, 90대 노인에게 이상한 현상이 일어난다. 흰머리가 검어지고 치아가 다시 나는 것이다. 회춘한다는 뜻인데 학자들은 노인들의 회생이 두뇌의 줄기세포가 다시 살았기 때문이라는 것을 발견했다.가장 놀라운 연구는 줄기세포를 인공적으로 조절하는 방안이 제시됐다는 점이다. 최근 영국 과학전문지 ‘네이처’ 최신호는 미국 뉴욕 슬론-케터링 연구소의 로런스 스투더 박사가 인간 배아줄기세포를 신경전달물질 도파민을 생산하는 신경세포로 분화시킨 뒤 이를 파킨슨병 쥐의 뇌에 주입하자 파킨슨병 증상이 3∼5개월에 걸쳐 완전히 사라졌다고 발표했다. 이제 학자들이 인간의 두뇌에 있는 줄기세포를 보다 활성화시킬 방법을 찾아낸다면 치매 등 불치병을 원천적으로 치료할 날이 머지않았음을 보여준다.생명·보건의료산업은 21세기 가장 강력한 성장 선도산업으로 각광받고 있다. 정부가 줄기세포 산업을 신성장동력 산업으로 중점 육성할 방침이라고 한다. 줄기세포 연구로 세계 희귀·난치병 환자들에게 새 희망이 싹트길 기대해 본다.이종호 과학저술가

지식경제부 장관이 연구개발(R&D)의 실패율을 늘리겠다고 언급해 업계의 주목을 받고 있다. 지식경제부 연구개발 성공률이 98%에 이르는 것은 안전하게 성공 가능성이 높은 연구에만 집중하는 자세에 기인한 것인데, 이래서는 상상력을 발휘한 미래형 연구개발이 어려우니 실패율이 높아도 성과가 큰 과제를 찾아 지원하겠다는 것이다. 이러한 자세는 다른 분야에도 적용이 필요한 이야기이겠지만 소프트웨어(SW) 분야에는 매우 중요한 전기를 마련할 수 있다는 점에서 눈여겨볼 만하다. 이정우 연세대 교수·정보통신학소프트웨어 분야의 선구자인 프레드릭 브룩스는 이미 1986년에 소프트웨어 개발의 본질적인 문제로 네 가지를 지적하면서 소프트웨어의 개발은 오류와 실패를 통해서만 성공할 수 있음을 강조했다.첫째는 소프트웨어가 그 사이즈에 비해 복잡한 구성으로 돼 있다는 점이다. 표준화된 부품으로 구성된 다른 산업시대의 산물과는 달리 소프트웨어의 각 부분이 고유한 특성과 모양새를 가지고 있어서 복잡하게 얽힌 구조로 이루어져 있다. 이러한 본질적인 복잡성(complexity) 때문에 수백억원이 투자된 BC카드 차세대시스템이 중도하차의 물망에 오르고 있고, 우리 고유의 모바일 플랫폼으로 역시 많은 돈을 들여 개발한 위피(WIPI)가 불완전성으로 인해 사장돼 가고 있다. 또 다른 특징은 합치성(conformity)으로 정보기술(IT)은 IT 자체로서의 가치보다는 외부의 다른 개체와의 연계와 융합이 중요한데 이러한 외부와의 연계성을 확보하기가 쉬운 일이 아니다. 치명적인 인명사고를 일으키곤 하는 자동차 급발진의 원인으로 전자제어장치(ECU)에 내장된 소프트웨어가 자동차의 다른 메커니즘과의 연계에 오류가 있지 않나 하는 의심을 받고 있다.셋째는 변화성(changeability)인데 자동차나 건물과는 달리 소프트웨어는 납품 후에도 지속적으로 그 기능성을 바꾸어 줄 것을 요구받고 있다. 사용자가 보기에는 단순해 보이는 카카오톡 같은 소프트웨어에서도 지속적으로 그 기능이 추가되고 있다. 문제는 이렇게 기능을 추가하는 것이 복잡성과 합치성으로 인해서 쉬운 일이 아니라는 점이다. 더군다나 이러한 기능의 추가가 지속적으로 일어나야 한다는 점이다.마지막으로 비가시성(invisibility)을 본질적 문제의 하나로 들고 있다. 겉을 뜯어내면 그 부품과 구성이 들여다보이는 다른 제품과는 달리 소프트웨어는 그 내용이 보이지 않고 모형을 만드는 것도 쉽지가 않아 다른 공학분야와는 달리 도식화의 표준도 정립되지 못하는 실정이다.소프트웨어가 가지고 있는 본질적인 문제에도 불구하고 앞으로의 세상에서 소프트웨어의 중요성이 점점 더 커질 것은 두말할 필요가 없다. 기기들이 스마트해지고 네트워크로 연결돼 우리 전체의 삶을 좀 더 편하고 효율성을 높이는 방향으로 우리의 미래는 바뀌어 가고 있으며, 여기서 소프트웨어의 역할은 더할 나위 없이 중요하다.세상을 떠나면서 우리의 미래를 어떻게 준비해야 하는지 다시 한번 돌아보게 만든 스티브 잡스. 본인이 만들었던 회사에서 몇 번을 쫓겨났었는지? 어떠한 실수와 실패를 겪었는지? 조금 더 살았으면 혹시 다시 실수를 하지 않았을까? 스티브 잡스 한 명이 나타나기까지 비슷하지만 실패한 사례들이 얼마나 많았을까?‘진실은 헷갈림보다는 오류로부터 찾아내기가 더 쉽다’고 말한 프랜시스 베이컨의 말이 우리나라 소프트웨어 산업 발전의 단초를 제시하는 것 같다. 자라나는 디지털 세대들이 자유로운 상상력을 발휘해 용기를 내서 실수를 하고, 이를 통해 다시 일어설 수 있는 희망의 안전망을 어떻게 만들어 주어야 할지 마음을 모아 궁리하는 것이 기성세대의 책임이 아닐까 싶다.이정우 연세대 교수·정보통신학

약 400년 전까지만 해도 우주는 지금 우리가 알고 있는 것과는 비교도 안 되게 작은 것으로 인식됐다. 지구가 우주의 중심에 자리하고, 태양과 행성이 지구를 중심으로 회전하고, 그보다 멀리 떨어진 곳에 별들이 매달려 있는 천구가 있는 것이 우주라고 생각했다. 따라서 당연히 지구가 우주의 중심이어야 했던 것이다. 김호일 한국천문연구원 광학천문본부장제정일치의 시기에 케플러나 갈릴레이 등이 주장한 지동설은 교황청의 권위에 위협을 가하는 위험한 사상이었다. 지구가 더 이상 우주의 중심이 아니라면 인간 또한 우주를 지배하는 위치에서 내려와야 하기 때문이고, 교황청이 지동설을 인정하지 않으려 했던 이유이다. 우주는 변함이 없었건만 어떻게 이해하느냐에 따라 인류의 지위가 바뀌고 세상의 지배구조가 바뀌는 변화가 수반된다. 이것이 천문학이 사회에 미치는 영향력이다.망원경이 발명되고 그 크기가 커지면서 보다 어두운 별을 자세히 볼 수 있게 됐다. 그 결과 은하수가 수많은 별의 무리이며 호떡처럼 납작하게 생겼다는 것과, 태양이 은하의 중심이 아닌 변두리에 있고 다른 별과 다를 바 없는 평범한 별이라는 것이 밝혀졌다. 또 지난 세기에는 우주에는 우리 은하 같은 은하가 수없이 많다는 것이 밝혀졌다. 자연스럽게 과연 인간이 우주의 주인 혹은 우주에 존재하는 유일한 지적 존재인가 하는 의문이 대두되기 시작했다.외계인이 남긴 전파신호를 찾겠다는 지구외문명탐사연구소(SETI) 계획같이 직접적인 방법으로 의문에 답을 얻을 수도 있겠지만, 그보다는 생명체가 살 수 있는 외계행성을 발견해 가는 것이 확률이 높을 것이라고 생각된다. 수십년 전부터 이런 노력이 있어 왔지만, 외계행성 발견을 목적으로 쏘아올린 케플러라는 위성 덕분에 현재까지 발견된 외계행성이 700개를 넘어서고 있다. 하지만 이들 대부분은 목성을 닮은 것들로, 생명체가 살 수 있는 환경을 가지지는 못한 것이다. 최근 미국 항공우주국은 케플러 22-b라는 지구를 닮은 외계행성을 발견했다고 밝혀 세인의 관심을 끌고 있다. 행성이 모항성(母恒星) 앞을 지날 때 일식처럼 어두워지는 현상을 관측해 발견한 이 행성은 우리로부터 약 600광년 떨어져 있으며, 지구지름의 2.4배의 크기이고 290일을 주기로 공전하고 있다고 한다. 별에서 먼 행성일수록 공전주기가 길다는 케플러법칙을 적용하면 이 행성은 별로부터 너무 멀지도, 가깝지도 않아 생명체가 살 수 있는 온도를 가지는 거리 범위인 골디락스 지대에 있으며, 연평균 기온이 섭씨 22도 정도일 것이라고 한다.모항성에서 적절한 거리에 있다고 해도 행성의 질량이 너무 크면 중력 또한 커서 대기층이 너무 두꺼워지고, 반대로 질량이 너무 작으면 중력이 약해 가스를 모두 잃어버려 대기를 가질 수 없다. 이 두 경우 모두 생명체가 살 수 없다. 따라서 생명체가 살 수 있는 행성의 조건은 골디락스 지대에 있어야 하고 질량도 지구와 크게 다르지 않아야 한다는 것이다. 슈퍼지구형 행성이라고 불리는 지구 질량의 10배 이내의 질량을 갖는 외계행성이 이미 여럿 발견됐으나 골디락스 지대에 있지 못한 것이었다. 반면 케플러 22-b의 경우 두 가지 조건을 모두 만족하고 있다는 점에서 생명체가 있을 가능성이 있는 첫 외계행성의 발견인 셈이다. 비록 첫 발견은 놓쳤지만, 2014년에 한국천문연구원에서 지구형 행성 발견을 목적으로 구축하고 있는 관측망이 완성되면 케플러 22-b와 같은 외계행성을 매년 10개 정도 발견할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그중에서 생명체의 흔적을 찾을 수 있다면 지동설이 그랬던 것과 같은 영향을 인류에 미칠 수 있을지도 모를 일이다.김호일 한국천문연구원 광학천문본부장

1845년에 창간된 미국 과학지 ‘사이언티픽 아메리칸’은 올 12월호에서 ‘세계를 바꿀 10개 아이디어’를 발표했다. 사이언티픽 아메리칸은 세계를 바꿀 만한 기술적인 혁명이 종종 작은 아이디어에서 나온다고 지적하면서 옥수수, 밀 등 한해살이 농작물을 물과 비료를 덜 쓰는 여러해살이로 바꿔주는 유전자 조작 기술을 포함시켰다. 이종호 과학저술가식량이 삶에 중요하다는 것은 수레와 청동기 없이 제국을 형성했던 마야제국이 멸망한 이유로도 알 수 있다. 마야가 멸망한 데는 여러 가지 이유가 있겠지만 늘어나는 인구를 먹여 살릴 수 있는 식량이 부족했다는 점도 한 요인이다. 밀림 속에서 화전(火田)으로 계속 농산물을 기르다보니 지력이 약해져 많은 식량을 생산하는 데 차질이 생긴 것이다. 지구상의 모든 생물은 질소가 없으면 생명을 유지할 수가 없다. 유전정보를 담은 DNA는 물론이고, 몸 안에서 일어나는 모든 화학반응을 정교하게 조절하는 단백질도 질소의 화합물이다. 그런데 지구를 구성하는 공기 중 질소는 79%나 되지만 공기 중 질소 분자는 너무 단단하게 결합돼 있어 생물이 이를 이용한다는 것은 간단한 일이 아니다.지금까지 노벨화학상을 받은 화학자 150여명 중 노벨상 수여 취지에 가장 적합한 사람으로 프리츠 하버를 꼽는다. 그가 20세기 초 공기 중에서 분리한 질소로 생산한 암모니아를 화학비료로 사용하면서 녹색혁명이 가능해졌기 때문이다. 실제로 현대의 많은 나라가 인구 급증에도 불구하고 식량 부족이 아니라 초과 생산으로 고민하는 것은 하버의 화학비료 개발이 결정적인 역할을 했다. 식물의 생장을 돕는 방법으로 화학비료가 아니더라도 질소를 고정하는 생물 이용 방법도 있다. 뿌리혹박테리아 등으로 이들은 식물의 뿌리에 들어가서 질소를 암모니아로 전환시킨다. 식물은 이들 암모니아를 이용해 글루탐산이나 글루타민, 아스파라긴이나 아스파라긴산을 만든다. 이 때문에 콩과식물은 척박한 땅에서도 자랄 수 있어 우리 선조들은 지력이 떨어진 밭에 콩을 심었다. 박테리아를 이용해 공기 중의 질소 분자를 활용하는 방법을 찾아낸 것이다. 뿌리혹박테리아 외에도 몇몇 생물이 공기 성분의 질소를 고정시켜 질소 화합물을 형성할 수 있지만 활동 범위가 한정된다는 단점이 있다.이에 학자들은 왜 특정 생물에서만 질소고정이 이루어질 수 있는지를 연구했다. 미국 캘리포니아대학의 토비 키어스 교수는 콩의 뿌리를 두 가닥으로 나눠 한쪽은 정상 공기, 나머지는 질소 대신 아르곤이 들어있는 공기에 뒀다. 박테리아는 아르곤이 포함된 공기에서는 질소를 고정할 수 없으므로 아르곤에 둔 뿌리혹의 크기는 정상 공기에 놓인 뿌리혹에 비해 작았다. 키어스 교수는 콩이 박테리아의 질소고정 실적에 따라 보상을 달리했기 때문이라고 설명했다. 많은 학자들은 일반 식물로 질소를 고정하게 만드는 것이 간단하지 않기에 낙담했다.그런데 유전공학자들은 매우 놀라운 사실을 발견했다. 미국 캘리포니아대학의 버지니아 워터스 교수가 박테리아를 햄스터의 난소 세포와 함께 배양한 결과 박테리아의 DNA가 난소 세포로 전달된 것을 확인했다. 즉 우리 몸 속의 세포가 일종의 유성생식을 통해 박테리아 DNA를 전달받은 것이다. 학자들이 주목하는 것은 박테리아가 식물 세포에도 DNA를 전달한다는 것이었다. 결국 뿌리혹박테리아를 이용해 그동안 질소 고정이 불가능한 식물에도 적용할 수 있는 길이 열린 것이다. 이제 학자들의 꿈은 뿌리혹박테리아 등의 능력을 보다 업그레이드해 한해살이인 주요 농작물에 접목시켜 여러해살이로 바꿔 주는 것이다. 기존 생태계를 파괴하는 화학비료가 지구상에서 사라지게 될 날도 머지않았다.이종호 과학저술가

화장품 업계에서 그들의 마지막 숙제인 피부노화 방지를 위해 극한의 기후에도 강한 생명력을 이어가는 남극 생물을 이용한 원료 개발에 나섰다는 소식이다. 뿐만 아니라 후쿠시마 원전사고와 구제역 등 각종 재난과 질병으로 원료의 오염가능성이 커지면서 최근 청정이미지의 원료를 얻기 위해 남극 연구가 활발해지고 있다. 김계현 인하대 교수·지리정보공학한반도의 60배 크기인 남극은 인류에게 남은 마지막 미개척지로서 지구상 유일하게 원시적 자연환경을 보전한 거대한 자연과학의 실험실이자 자원의 보고이다. 1400년 남극 탐험이 시작된 이래 세계 각국이 남극개발의 기득권 주장을 위해 연구기지를 설치하고 남극의 환경과 자원 연구에 열을 올리고 있다. 현재 23개국 45개 상주기지에 890개의 과학기지, 4000여명이 상주하고 있다. 남극은 1998년 체결된 남극조약에 의해 2048년까지 지하자원 개발이 금지돼 있다. 순수한 과학목적의 연구활동만 허용되고 영유권 분쟁도 잠정 중지됐다. 그러나 각국의 영향력 확대를 위한 보이지 않는 경쟁이 치열하다. 우리나라도 1988년 킹조지섬에 세종과학기지를 만들어 세계 18번째로 과학기지를 건설했다.그런데 남극에서 조사연구 활동을 위한 가장 우선적인 작업이 바로 지도 제작이다. 지도가 있어야 보다 용이한 조사연구가 가능하고 그 결과를 효율적으로 표현하며 보급할 수 있기 때문이다. 우리의 남극 지도 제작은 2008년에 시작돼 다른 나라보다 매우 늦다. 반면 일찍이 다른 나라에서 제작한 지도는 1대 100만 정도의 소축척 종이지도 형식이 많아 활용에 제약이 크다.우리는 상대적으로 앞선 지리정보시스템(GIS) 기술을 적용해 정밀한 수치지도를 제작했다. 세종기지와 장보고기지 주변 150㎢ 지역은 1대 1000과 1대 5000의 대축척 정밀지도를, 외곽의 5500㎢ 지역은 1대 2만5000의 중축척 일반지도를 제작했다. 남극의 열악한 기후 때문에 국내에서 흔히 사용되는 항공측량에 의한 지도 제작은 불가능하기에 공간해상도 1m의 고해상도 입체 인공위성 영상을 이용해 대축척지도를 만들었다. 중축척지도는 고해상도 영상으로 제작이 불가능해 합성개구레이더(SAR) 자료를 사용했다. 대축척지도 제작에 사용된 고해상도 위성자료는 지표면에서 자연 반사되는 빛의 세기를 이용해 지형을 파악하기에 야간에는 사용할 수 없고 구름도 통과할 수 없어 좁은 지역 지도 제작에 유리하다. 하지만 SAR는 위성에서 직접 지표면으로 전파를 발사해 반사되는 값으로 지형을 파악하므로 야간 사용은 물론 구름도 통과할 수 있어 넓은 지역 지도 제작에 유리하다.지도는 등고선과 하천, 바둑판과 같은 격자형식의 표고데이터(DEM), 시설물, 그리고 우리말 지명이 담겨 있어 보다 안전하고 효율적으로 남극연구에 기여하는 바가 크다. 아울러 현재 만들어진 지도를 스마트폰에 입력하고 애플리케이션을 개발해 다양한 용도로 활용할 계획으로 위성위치정보시스템(GPS) 신호를 이용해 위치 확인은 물론 통신도 가능해질 예정이다. 물론 우리가 만든 지도와 스마트폰 애플리케이션은 다른 나라에도 활용이 높을 것으로 예상된다. 남극에서 영향력 확대를 위한 보이지 않는 치열한 경쟁에 우리 IT와 GIS 강국의 덕을 톡톡히 보는 셈이다. 지도를 바탕으로 그간 남극에서 조사연구된 모든 자료를 웹기반의 포털로도 구축한다고 한다. 따라서 남극자료를 보다 손쉽게 연구에 활용하고 일반 국민에게도 제공할 수 있어 향후 남극에 대한 관심도 더욱 커질 것으로 생각된다. 이제 좁은 국토에서 벗어나 우리의 미래를 향한 꿈, 내일을 향한 도전을 남극 지도 제작으로 펼칠 날이 머지않았다.김계현 인하대 교수·지리정보공학

촛불문화제부터 서울시장 선거에 이르기까지, 광우병 논란부터 여고생 괴담에 이르기까지 인터넷과 소셜네트워크서비스(SNS)가 우리 사회에 끼치는 지대한 영향을 보면서 앞으로 네트워크 사이언스에서 연구돼야 할 내용이 정말로 많다는 생각이 든다.  이정우 연세대 교수·정보통신학인간은 사회적 동물이라 집단의 일원으로 사회활동을 한다. 혈연·지연·학연에 신경을 쓰고 선후배, 동료와의 연계가 두터워야 친구가 많고 출세를 한다고 한다. 아주 친한 친구와 우연한 계기로 싸우고 인연을 끊게 되면 사회적 네트워크의 일부를 잃었다고 외로워한다. 그런데 네트워크 사이언스의 ‘약한 연계(weak ties)’이론에 의하면 슬퍼할 필요가 없다. 친근도가 높고 만남의 빈도가 높은 ‘강한 연계(strong ties)’보다도 약한 연계가 실제로는 개인에게 더 필요하고 사회구조의 안정성에도 미치는 영향이 크다.예를 들면 이직을 할 때 친한 친구의 도움보다는 몇 번의 면식이 있는 약한 연계를 통한 정보나 영향력이 더 중요하다는 그라노베타 교수팀의 연구가 이론의 시발점이다. 핀란드 오넬라 교수 연구팀이 최근 휴대전화 네트워크를 심층 분석했는데, 휴대전화 네트워크에서 약한 연계를 제거하면 네트워크가 붕괴돼 정보가 흘러가지 못하게 되는 데 비해 강한 연계는 제거된다고 해도 네트워크 전체의 구조는 유지되고 정보의 흐름에도 영향이 없었다. 약한 연계는 여러 사회 그룹을 연결하는 장기적 상호연계인 반면 강한 연계는 그룹 내의 개인을 연결하는 단기적 상호작용이라고 설명하고 있다.비슷한 맥락이지만 다른 결과를 제시하고 있는 연구도 있다. MIT 센토라 교수팀은 ‘행태의 전파(contagious behavior)’에 관해 연구하면서 네트워크의 구조적 차이를 조사해 사이언스지에 발표했다. 온라인 커뮤니티를 ‘무작위(random) 네트워크’와 ‘뭉치(clustered) 네트워크’로 분류하는 실험을 했다. 무작위 네트워크는 개인이 무작위로 연계된 비교적 균질한 네트워크이고, 뭉치 네트워크는 군데군데 소그룹 뭉치가 형성된 네트워크이다. 회원수가 충분히 늘어난 후 각각의 네트워크에서 행태가 전파되는 양상을 관찰한 결과, 무작위 네트워크보다 뭉치 네트워크에서 행태의 전파속도가 네 배 이상 빨랐다. 아울러 뭉치 네트워크에서는 약 54%의 인구에 행태변화가 일어났는데, 무작위 네트워크에서는 38% 정도만 행태변화를 일으켰다. 뭉치 네트워크에서 가까운 동료간의 사회적 영향이 상승작용을 일으켰던 것이다.정보에는 단순한 형태와 복합적인 형태가 있다. 정보의 전파범위가 넓고 신속한 점을 강조하는 약한 연계는 구직정보와 같은 단순한 정보의 신속한 전달에 있어서 유리하다. 반면 행태의 변화와 같이 정보의 복합분석이 필요한 상황은 그 경우를 달리한다. 한 사람의 정치적인 의견이나 행태가 바뀌기 위해서 복합적인 정보처리가 필요한데, 문제는 온라인의 약한 연계를 통해 개인에게 전달되는 정보들은 속도는 빠르지만 복합돼 있지 못하고, 더군다나 순차적으로 들어오는 정보라는 점이다. 여러 통로를 통해 정보가 전달되고 이를 모아 복합적 분석을 통해 수용하는 과정이 필요하다.단순한 정보를 접하고 생각을 바꾸는 경우도 있겠지만 스스로 분석하고 이해해야 마음과 행태를 바꾸는 존재가 호모사피엔스이기 때문이다. 온라인 커뮤니티가 늘어나고 많은 사람이 여러 커뮤니티에 참여하는 인터넷 세상에서 개인의 종합적 분석력은 더 중요해질 것이다. 흘러다니는 괴담에 실시간으로 흔들리지 말고 정보를 모아 종합하고 분석해야 한다. 일시적 불확실성을 참아내는 톨레랑스가 필요한 시절이다.이정우 연세대 교수·정보통신학

며칠 전 검은 코뿔소가 헬리콥터에 매달려 안전한 지역으로 이송되는 모습을 담은 사진이 가슴 한 편을 찡하게 했다. 그 거대하고 아름다운 코뿔소가 인간의 무자비한 포획으로 자연상태에서는 결국 멸종됐다는 보도가 이어졌다. 하루에 지구상에서 사라지는 동식물이 50∼100종이나 된다고 하니 놀라울 따름이다. 이러다가는 지구상의 모든 동식물이 사라지는 날이 오지 말라는 법도 없다. 동식물이 사라져 가면 먹이사슬이 깨지고, 서로 더불어 지낼 때 안정되게 유지되던 자연환경도 변화하고, 결국 자연의 일부로서 살아가야 하는 인류도 공멸할 것은 어렵잖게 짐작할 수 있다. 김호일 한국천문연구원 광학천문본부장과학기술의 발전은 새로운 문명을 만들어 인간의 삶을 편안하고 풍요롭게 한다. 적어도 그렇게 보인다. 보다 안전하고 쾌적한 환경을 만들기 위해 강을 막고 산을 무너뜨리고, 땅을 파헤쳐 자원을 확보하고, 바다를 폐기물처리장으로 삼는다. 비행기는 분주히 하늘을 날아 세상을 하루생활권으로 만드는가 하면, 우주에서는 인공위성이 지구 곳곳에서 벌어지는 일을 실시간으로 중계한다. 그러나 불행하게도 풍족한 삶을 얻기 위해 가뭄과 사막화, 온난화와 기상이변, 그로 인한 생태계의 변화를 감수해야 한다. 거기에 더해 전쟁, 교통사고, 심지어 인공위성의 추락까지 우리가 걱정해야 하는 것이 한둘이 아니다.인간만이 자연과 인류의 안위를 위협하는 유일한 존재는 아니다. 자연은 그 자체로서 이 땅을 안전하지 못한 곳으로 만들기도 하니까 말이다. 일본을 강타한 지진과 그로 인한 쓰나미의 위력을 우리는 똑똑히 보았다. 터키의 강진도 보았고 아이슬란드와 아프리카의 화산 폭발도 보았다. 위대해 보이는 인간이라지만 자연의 힘 앞에서는 아무것도 할 수 없는 미약한 존재일 뿐임을 깨닫게 해주는 사건이었다.생명체를 지구상에서 멸종시키는 것이 인간이 될 수도 있고 자연현상일 수도 있다. 여기에 두 가지 확실한 방법이 더 있다. 하나는 아주 긴 시간 후에, 그러나 확실하게 다가올 태양의 운명이다. 태양이 현재 연료로 사용하고 있는 중심부의 수소를 소진하면 헬륨이 다음 연료가 되는데 이때 발생하는 에너지는 지금보다 훨씬 크다. 발생하는 에너지와 균형을 이루기 위해 태양은 급속히 커져 약 50억년 후가 되면 토성까지도 태양 안에 들어가 있게 된다. 그러니 그 한참 전에 지상의 모든 생명체는 멸망하고야 만다. 결국 태양이 폭발해 우주에 먼지로 돌아가고, 그 먼지는 다른 별의 종말로 만들어진 먼지와 함께 뭉쳐 새로운 별로 태어난다.다른 하나는 소행성과의 충돌이다. 약 6800만년 전에 공룡이 멸종한 것이 소행성과의 충돌 때문이었다는 것이 학계의 정설이다. 실제로 소행성이 지구와 충돌해 만들어진 흔적이 곳곳에서 발견되고, 1908년 러시아 퉁구스카에 충돌한 소행성이 만들어낸 참혹한 피해 모습은 사진으로 생생하게 남아 있다. 불과 열흘 전에도 소행성 하나가 지구를 살짝 비켜 지나갔다는 뉴스가 있었다. 물론 확률은 대단히 작지만 직경 1㎞의 작은 소행성이라도 지구와 충돌하게 된다면 상상을 초월하는 피해를 입게 될 것이고, 10㎞ 이상이라면 대부분의 동식물이 멸종할 것이다. 천문학자들이 밤을 새워 소행성을 찾아내는 노력을 하고 있지만 지구와 충돌할 소행성을 찾아낸다 해도 지금으로서는 충돌을 막을 방법을 가지고 있지 못하다. SF영화 ‘아마겟돈’에서처럼 핵폭탄을 이용해 소행성을 폭파해 지구를 구한다는 것은 영화 속의 이야기일 뿐이다.어떤 이유 때문일지는 몰라도 인류가 멸종한다는 것만은 틀림없다. 다만 자연의 일부로서 자연과 행복한 관계를 맺고 살아가려는 성숙한 마음을 갖는 것이 인류가 이 땅에 더 오래, 더 행복하게 살아갈 수 있는 최선의 방법이 아닐까 싶다.김호일 한국천문연구원 광학천문본부장

중국 동진의 차윤이 초를 살 돈이 없어 반딧불이를 모아 공부했다는 이야기에서 ‘고생하면서도 꾸준히 학문을 닦는다’는 뜻의 형설지공(螢雪之功)이라는 고사성어가 생겨났다. 그렇다면 정말로 그런 일이 가능했을까. 결론부터 말하자면 가능하다. 반딧불이는 짝짓기 할 때와 먹이를 사냥할 때 꼬리에서 빛을 발하는 딱정벌레류의 곤충으로 충분히 많은 수의 반딧불이를 잡는다면 실내에서 책을 읽는 정도의 밝기를 얻는 것은 어려운 일이 아니다. 이종호 과학저술가반딧불이가 빛을 내는 것은 세포 내에서 일어나는 효소의 작용 때문이다. 즉 루시페라아제라는 효소가 루시페린이라는 물질을 변환시키는데 이 과정에서 빛이 난다. 생물의 발광에는 체외 발광과 세포 내 발광이라는 두 종류가 있다. 체외 발광을 하는 동물은 두 가지 형의 세포를 갖고 있다. 한 쪽 세포에는 루시페린이라는 커다란 황색 과립이 들어 있고, 또 다른 한 쪽 세포에는 작은 발광효소 입자가 들어 있다. 동물이 근육을 수축시키면 이들 물질이 세포 사이나 체외로 밀려나온다. 이때 루시페린이 산화돼 빛을 내는 것이다. 반면 세포 내 발광의 경우는 루시페린과 발광효소 두 가지가 세포 안에 들어 있다. 루시페라아제에 의한 발광은 비방사선으로 인체에 무해하고 신속하게 유전자 조작을 확인할 수 있는 이점을 갖고 있다.그래서 과학자들은 유전공학 기법을 사용해 기상천외한 아이디어를 도출해 냈다. 생물발광으로 얻어지는 에너지를 빛 에너지로 직접 교환해 건물 조명에 이용하는 것이다. 생물발광을 조명으로 사용할 경우 장점이 많다. 우선 전선이 필요하지 않다. 게다가 효율이 가장 좋아 봉입한 이중 코일 전구의 경우 발광 효율이 12% 정도인 데 반해 발광생물은 열을 내지 않는 냉광이므로 거의 100% 빛으로 변환시킨다. 방법은 간단하다. 발광세균을 플라스틱 컵이나 유리컵 속에서 살게 하기만 하면 된다. 세균 한 마리가 내는 빛은 매우 약하기 때문에, 1와트 정도의 빛을 내기 위해서는 컵 속의 세균수가 500조마리 이상이 돼야 하지만 세균은 대단히 미세하기 때문에 상당한 밝기의 ‘램프’를 만드는 것이 불가능한 것이 아니다. 실제로 1935년 파리해양연구소에서 국제학회가 열렸을 때 해양연구소의 큰 홀을 발광세균으로 조명했다.가장 놀라운 연구는 루시페라아제 효소를 만들어 내는 유전자를 식물 유전자와 재조합시켜 아름다운 빛을 내는 식물로 만드는 것이다. 식물과 동물은 작동 기전이 다르므로 융합이 불가능하다고 알려져 있지만 유전공학은 이들 경계에 도전했다. 바로 ‘반딧불이 가로수’이다. 반딧불이 특유의 발광 유전자를 빼내 가로수로 많이 사용되는 은행나무 유전자에 도입해 은행나무가 도입된 반딧불이의 발광 유전자의 지시에 따라 해가 지면 스스로 빛을 발하게 되는 것이다. 1986년 미국 캘리포니아대학 헬린스키 박사는 북미 반딧불이에서 루시페라아제 유전자를 분리했다. 같은 대학 하우엘 박사는 루시페라아제의 cDNA(상보적 DNA)를 당근배양세포의 프로토플라스트에 전기 펄스로 세포에 도입하는 방법인 일렉트로플레이션으로 주입시켰다. 담배에도 아그로박테리아를 통해 도입시켰다. 어두운 데서 엑스선 필름을 대어 빛을 쪼이자 뿌리와 줄기, 잎의 일부가 빛났다. 독일의 막스플랑크 연구소의 셸 그룹은 반딧불이 대신 발광세균의 루시페라아제 유전자를 사용해 담배와 당근을 빛이 나도록 하는 데 성공했다. 이 기법을 은행나무에 도입하는 것이다.이제 곧 연말이다. ‘반딧불이 가로수’가 등장한다면 연말연시마다 장식등으로 가로수를 장식하는 것보다도 도시 분위기를 보다 낭만적으로 바꿀 수 있을 것이다.이종호 과학저술가