외래종이 생태계에 미치는 영향에 대한 관심이 급증하고 있다. 살인개미로 불리는 붉은 불개미(붉은 열다미개미)와 뒤이어 발견된 좀벌레의 영향이 크다. 최근엔 섬진강에 외래종 조개의 출현으로 재첩 수확량의 감소가 예상되는 등 어민이 어려움을 겪고 있다. 외래종 문제가 근래에 발생한 것은 아니다. 그 역사는 길고 우리에게 미친 영향도 매우 크다. 하지만 그동안 우리는 문제가 발생할 때만 잠깐 관심을 보였을 뿐 외래종에 대해 보다 깊이 연구하고, 그 결과에 근거해 우리의 환경을 건강하게 관리하는 것을 도외시해 왔다.외래종은 원래 한국에 없던 생물이 인간 간섭의 영향으로 다른 지역에서 들어와 정착한 종(種)을 말하는데, 우리 생활에 미치는 영향은 실로 다양하고 심각하다. 동물과 식물을 가리지 않고 다른 생물에 영향을 미쳐 그 생존을 위협하고, 환경을 크게 바꿔 생태계 전체를 뒤흔든 사례도 있다. 한때 전 국토의 절반가량을 덮고 있던 소나무림이 현재 과거의 3분의 1 수준으로 감소한 것도 솔나방, 솔잎혹파리, 재선충 피해로 이어진 외래종의 영향이 크게 작용했다. 이러한 외래종은 건강한 환경에는 침입하는 경우가 드물고 주로 건강하지 못한 환경에 침입한다. 사람도 건강한 사람은 질병에 잘 걸리지 않지만 면역기능을 충분히 갖추지 못한 어린아이나 면역기능이 약화한 노인은 병에 걸리기 쉬운 것과 같다.이창석 서울여대 교수·생태학국내에 침입한 외래종을 국토 전체·지역·장소 수준으로 살펴보면, 사람들이 자주 왕래하는 도시·농경지·해안을 중심으로 분포하고 고도가 높고 경사가 급한 산지에는 거의 분포하지 않는다. 또한 외래종은 인공조림지나 사람들의 직접적 간섭이나 오염과 같은 간접적 교란으로 발생한 팥배나무 숲 같은 곳에 많이 분포한다. 숲의 종류가 많고 적음에도 차이를 보여 숲의 종류가 많은 곳에서는 외래종이 적은 경향이 있다. 숲의 종류가 많다는 것은 산이 제 모습을 갖춰 계곡·산자락·산중턱·능선·산봉우리 등을 고루 갖춰 해당하는 장소에 적합한 숲을 확보하고 있다는 의미이고, 그 종류가 적은 것은 개발로 인해 지형의 일부를 상실해 그 지형에 성립할 수 있는 숲이 없기 때문이다.그리고 외래종은 등산로 입구에 많이 분포한다. 등산로 폭과도 관계돼 폭이 넓으면 많이 분포하고 좁으면 적게 분포한다. 빛의 세기와도 밀접해 등산로 주변의 밝은 곳에는 많이 분포하고 숲 내부로 들어가며 빛의 세기가 약해지면 줄어든다. 하천변에서는 외래종의 분포가 강변식생의 질과 밀접하게 관계된다. 강변생태계가 제 모습을 갖춰 버드나무 숲이 성립된 곳은 외래종이 적지만 사람의 간섭으로 강변식생이 빈약해진 곳에는 외래종이 번성함을 볼 수 있다.이러한 결과를 종합해 볼 때 외래종의 정착과 확산에는 인위적 간섭에 기인한 교란이 중요하게 작용하고 있음을 알 수 있다. 따라서 외래종의 위협으로부터 안전한 생태계를 유지하기 위해서는 먼저 정확하고 정밀한 진단평가를 통해 훼손 정도를 파악해야 한다. 이러한 과정에서 외래종의 침입과 확산 정도를 진단하는 평가가 필수로 동반돼야 함은 물론 침입한 외래종이 어떤 생물학적 속성을 갖고 침입의 단계가 어디까지 진행됐는지도 파악해야 한다. 이후 외래종을 제거하기 위해 침입·확산의 정도와 단계, 그리고 대상 생물의 생물학적 속성에 따라 물리적·화학적·생물학적 방법을 적용하면 된다. 그러나 어떤 방법을 적용하든 결국에는 해당 지역의 자연 및 인문환경을 포괄하는 생태 정보를 수집해 생태적으로 건전하고 환경변화에 능동적으로 대처할 수 있는 생태계를 구축해야 한다.그러나 무엇보다도 중요한 것은 사람과 같이 생태계도 건강하게 유지시켜 악성 외래종이 침입할 틈을 주지 않는 예방 차원의 대책이 구비돼야 한다. 아울러 해당 분야의 전문지식이 크게 부족한 국내의 현실을 고려할 때 다양한 분야의 연구자, 정책 개발·실행자, 그리고 관심 있는 시민이 지식과 지혜를 공유할 수 있는 연구의 장이 마련돼야 하며 정보를 서로 공유하는 데이터베이스(DB) 체계도 완비돼야 할 것이다.이창석 서울여대 교수·생태학

10월 초 발표된 노벨 물리학상과 화학상은 새로운 연구장비 개발에 공헌한 학자에게 수여됐다. 물리학상은 라이고(LIGO)를 개발해 100년 전쯤 아인슈타인이 예측했던 중력파를 측정한 3명의 물리학자에게, 화학상은 생물체의 미세구조를 볼 수 있는 저온 전자현미경(cryo-EM) 개발에 공헌한 3명의 학자에게 돌아갔다.역사적으로 연구장비의 개발은 과학 발전에 매우 중요한 역할을 했다. 서구의 획기적인 과학 발전을 이룬 16세기 이후 근대 과학혁명은 망원경이라는 연구장비의 개발이 크게 기여했다. 당시 먼 곳을 볼 수 있는 망원경이 만들어졌다는 소식을 들은 갈릴레오는 원리를 공부해 렌즈를 직접 만들어 망원경을 제작했다. 그리고 달, 해, 목성 등을 관찰해 그 이전에 제안된 코페르니쿠스의 지동설이 맞는다는 것을 확인했고, 이를 사람들에게 전파시키며 과학혁명을 이끌었다. 현대과학을 이끌고 있는 가장 중요한 분야인 양자역학의 완성에도 연구장비는 중요한 역할을 했다. 원자 내에 음전하(-)를 띠고 있는 전자가 존재한다는 것을 알게 된 음극선실험장비와 원자 내부의 구성입자를 밝혀준 입자가속기와 안개상자 장비 등이 그것이라고 볼 수 있다.연구장비는 규모와 가격면에서 아주 작고 값싼 장비에서 웬만한 소규모 국가의 정부예산에 맞먹는 규모가 되는 거대 장비 등 다양한 것이 있다. 그러나 과학 발전에 기여도는 규모와 가격에 비례하지 않는다. 이번 물리학상의 LIGO는 1980년대 이후 미국 정부기관인 과학재단에서 제작하는 데 3000억원을 지원했고, 매년 운영비로 300억원을 지원하고 있으며, 참여 인원도 전 세계적으로 수천명이 협력연구를 수행하는 대규모 연구장비이다. 반면 1993년 노벨 화학상이 수여된 멀리스 박사의 중합효소연쇄반응(PCR) 장비는 소규모회사에서 개발한 장비로, 현재 유전연구를 수행하는 연구실이면 어디서나 볼 수 있는 값싼 장비이지만 매우 중요한 연구장비이다.최근 대규모 연구장비 개발과 그를 활용하는 연구에서 중요한 이슈가 하나 있다. 이러한 연구에는 많은 예산이 필요할 뿐만 아니라 상당히 많은 과학자가 참여하게 된다. LIGO에 의한 중력파 측정의 경우도 수천명의 과학자가 참여해 성공시킨 연구이다. 중요한 역할을 한 학자가 1%라고 해도 수십명이 될 것이다. 우리나라 과학자들도 수십명이 연구에 참여했다고 한다. 그러면 노벨상은 왜 3명의 물리학자에게 수여하는가 하는 문제가 있다.전승준 고려대 교수·물리화학노벨상은 노벨의 유언장에 의해 수여되고 있는데, 과학상의 경우 3명까지 수상해야 한다는 구절은 없다. 단지 평화상을 제외하고는 사람 개인에게 수여해야 하는데, 문학상은 항상 한 사람에게 수여했고, 과학상의 경우 3인 이내를 선정한다. 그런데 과학상의 경우 3인이 수상하더라도 그 기여도가 같지 않을 때가 있다. 이는 상금의 배분으로 알 수 있는데, 이번 LIGO의 세 학자도 상금의 배분이 동일하지 않다. 바이스 교수가 반을, 베리시와 킵손 교수가 각각 4분의 1을 갖도록 돼 있다. 그 이유는 업적의 중요도를 기반으로 나누는 것이다.바이스 교수는 중력파의 세기가 너무 미약하기에 주변 노이즈로부터 감지할 수 있는 획기적인 방법을 고안했기에 가장 큰 기여라고 판단한 것 같다. 베리시 교수는 LIGO 장치의 제작과 중력파 감지 연구의 총괄 책임자 역할을 담당했고, 킵손 교수는 애초 중력파 측정장치를 개발하기 위한 이론적 배경을 연구해 LIGO를 개발하는 프로젝트를 제안한 학자로서 기여했다. 아마도 4분의 1 분배를 받은 학자들 정도의 기여를 했다고 생각할 수 있는 학자가 여러 명 더 있을 수 있다.필요에 따라 노벨 과학상도 기관이나 단체에도 수여해야 한다는 목소리가 나오고 있다. 어쨌든 과학자들은 최초의 아이디어를 가장 중요하게 여긴다. 따라서 장비 개발 연구에서도 새로운 장비의 아이디어가 가장 중요하고, 우리나라에서도 외제의 비싼 장비 도입보다 이러한 아이디어를 제안하는 학자가 배출되기를 기원한다.전승준 고려대 교수·물리화학

신고리 원자력발전소 5호기, 6호기가 공사를 계속하는 쪽으로 결론 났다. 하지만 장기적으로는 신재생에너지 기술 개발도 중요해졌다. 신재생에너지란 연료전지, 수소, 석탄 액화 및 가스화 등의 신에너지와 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오 등의 재생에너지를 아우르는 말이다. 이 중 태양광발전이나 태양전지라고 불리는 기술은 무한정 공급된다고 볼 수 있는 태양 에너지를 사용하며 신뢰도가 높고 유지비가 적다는 장점을 가지는 대표적인 재생에너지 기술이다.양자역학의 출발점이 됐던 플랑크의 ‘흑체복사 이론’에 따르면, 물체는 전자파를 방출하는데 온도에 따라 전자파의 파장 분포와 세기가 달라진다. 태양은 표면온도가 섭씨 5500도로 300~1800nm(나노미터) 파장의 전자파를 방출하는데, 특히 가시광선(400~700nm)에서 최대 에너지를 낸다. 태양광시장은 2006년 이후 한때 연 85%에 이르는 폭발적 성장을 했으나 2010년 이후 유럽발 경제위기와 중국회사로 인한 공급 과잉으로 모듈 가격이 폭락하며 구조조정과 함께 침체기를 겪었다. 그러나 미국과 중국 시장이 크게 성장하며 연평균 16% 이상 지속적 성장을 하고 있다.태양전지는 상용화 순서에 따라 1세대인 결정질 실리콘 태양전지, 2세대인 박막 태양전지, 3세대인 연료감응, 유기 태양전지 및 양자점, 플라스몬 이용 태양전지로 분류된다. 상용화된 태양광 모듈은 대부분 결정질 실리콘을 이용하며 일부 박막형이 쓰인다. 효율은 대개 20% 이하이다. 즉 태양전지에 비치는 태양광 에너지의 20% 이하만 전기로 바꿀 수 있다는 뜻이다.이병호 서울대교수·전기정보공학빛은 파동의 성질을 갖지만 입자의 성질도 갖는다. 그 입자를 광자(光子)라고 하는데, 이 광자를 반도체 내의 전자가 흡수하면서 전자와 정공 쌍이 생기는데 이들이 움직여 전류를 흘리게 된다. PN접합이라 불리는 하나의 반도체 구조에 대한 태양전지의 최대 효율의 이론적 한계치는 33.7%라는 것이 쇼클리와 퀘이서에 의해 일찌감치 지적됐다. 쇼클리는 트랜지스터를 만들어 노벨물리학상을 받은 사람으로 잘 알려져 있다. 최근 논문에서는 여러 가지 혁신적인 기법으로 40%대의 변환 효율이 발표되기도 했지만 실용화까지는 넘어야 할 산이 많다. 태양전지는 꼭 대전력 제공을 위해서만 연구되는 것은 아니다. 유기 태양전지는 인쇄나 잉크제트 등의 도포 공정으로 대면적으로 제조될 수 있는데 플라스틱 필름 위에도 입힐 수 있어 이동용 전자기기나 유연성 있는 착용형 전지로도 유망하다. 페로브스카이트를 이용해 만든 태양전지는 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 보이며 큰 주목을 받고 있다. 이 기술은 일본에서 시작됐지만 획기적 발전에는 우리나라 연구자들이 기여했고, 그 개발자인 국내 학자가 이번 노벨화학상 후보자로 외국 조사기관에서 거명된 바 있다.전력 단위는 와트(W)이고 전력량 단위는 여기에 시간을 곱한 와트시(Wh)로서 에너지를 뜻한다. 우리나라 최대 규모인 영월 태양광발전소는 100만㎡에 40MW의 시설 용량을 갖추고 있다. 하루 평균 약 4시간 전력을 생산하고 있어, 1년에 약 58GWh의 전력량을 생산한다. 이는 지난해 우리나라 발전량의 0.01% 정도다.태양광 발전은 천정 한계가 있는 기술이다. 쇼클리-퀘이서 한계를 극복해도 근본적으로 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 효율은 100%를 넘을 수 없다. 영월 태양광발전소에 사용된 태양전지 패널의 효율이 15%라면 이를 100% 효율 패널로 교체한다고 해도 15만㎡의 면적을 차지하게 된다. 태양광은 무공해 저비용의 대표적 에너지 생산기술이지만 근본적 한계가 있으므로 다른 발전기술과 함께 에너지 부담을 나눠 짊어져야 하는 기술이다. 한편으로 태양전지는 대전력 생산분야만이 아니라 4차 산업혁명과 관련된 모바일용, 웨어러블용 전원으로의 응용이 기대된다 하겠다.이병호 서울대교수·전기정보공학

성인 몸은 40조~60조개의 세포로 구성돼 있다. 셀 수 없이 많은 수이지만 이들은 모두 정자와 난자가 만나 만들어진 1개의 세포에서 유래한다. ‘유전병’은 부모세대에서 자식세대로 유전되는 질병을 말하는 것으로 몸을 이루는 이 모든 세포에 질병과 관련 있는 유전자에 돌연변이가 생겨 발생한다. 그러니 유전이 되는 선천성 질병이 되려면 유전자의 돌연변이가 정자나 난자, 또는 이 둘 모두에 존재해야 한다. 물론, 부모의 정자나 난자의 유전자에는 돌연변이가 없는데 어떤 이유로 자식세대부터 돌연변이가 발생할 수도 있다. 그럴 경우, 이 자식세대가 그 유전병의 첫 시작이 된다.유전병 각각은 대부분 희귀질환이다. 그러나 유전병의 종류는 최소 6000종 이상이나 되고 지구상에 3억5000만명의 환자가 있다. 유전병은 대부분 생명을 위협하거나 만성적인 쇠약을 동반하는 중증의 질환이다. 일부 유전병은 치료제가 존재하기도 하지만, 많은 경우 아직 발병 원인 자체를 모르거나 치료제가 없다.설대우 중앙대 교수 분자세포병리학유전병은 ‘편의상’ 두 종류로 나눌 수 있다. 하나는 ‘난치성 유전병’, 다른 하나는 ‘불치성 유전병’이다. 난치성 유전병은 치료제가 존재하는 경우다. 혈우병, 고셔병, 헌터병, 폼페병 등이 이 범주에 속한다. 말이 치료제이지 치료제를 투여해도 근본적인 치료는 불가능하고, 다만 치료제를 투여하면 일상생활은 가능한 경우다. 하지만, 평생 동안 투여해야 하고, 1년 약값이 대부분 수억 원에 달한다. 불치성 유전병은 발병 원인을 알든 모르든 치료제가 개발되지 못한 경우다. 적극적인 치료가 불가능하고 보존적 관리만 가능해 삶의 질이 매우 나쁘다. 몇 해 전 사망한 프로게이머 박승현씨가 앓았던 근육병인 근이영양증, 개그맨 이동우씨가 앓고 있는 안과질환인 망막색소변성증 등이 이에 속한다. 근이영양증은 평생 휠체어에 의존하다 20대에 사망하게 되고, 망막색소변성증은 결국 실명에 이른다. 치료제 존재 여부에 관계없이 유전병 환자와 가족이 겪는 고통은 이루 말할 수 없다. 이런 상황에서 최근 일부 유전병 치료에 대한 괄목할 만한 기술적 진전이 유전병 환자에게 희망을 주고 있다. 시작은, 스팍세라퓨틱스사와 파이저가 공동으로 개발 중인 B형 혈우병에 대한 결과가 작년 국제학회에서 발표되면서부터다. 지금까지 사람에게서 B형 혈우병에 대한 근본적 치료를 시도한 경우는 수없이 많았지만 모두 실패했는데, 이들 기업이 시도한 사례가 거의 완치 수준의 결과를 보인 것이다. 즉, 매주 투여해야 하는 고가 치료제 없이도 지난 2년 동안 질병 관리가 가능한 상황이 된 것이다. 이들 기업이 시도한 기술은 돌연변이가 있는 문제의 유전자는 그대로 둔 채 온전한 기능을 가진 유전자를 하나 더 환자의 세포에 넣어주는 방식이다. 과거와 유사해 보이지만 실제 이들은 완전히 새로운 방식을 찾아냄으로써 이전의 실패를 딛고 이런 성공적 결과를 얻어낸 것이다. 이 두 기업은 매년 이와 관련한 결과를 발표해 오고 있는데, 부작용과 치료효과의 지속 여부에 대한 것이다.난치성 유전병에 대한 이런 성과에 더해 불치성 유전병 치료에 대한 성과도 속속 나오고 있다. 망막색소변성증에 대한 임상시험에서 근본적 치료 가능성이 확인되고 있는 것이 좋은 예다. 뿐만 아니라, 기술적으로 가장 어렵다고 할 수 있는 근이영양증마저도 완전히 새로운 기술을 적용해 원천적 치료가 가능한 방식이 조만간 사람에게 시도되려고 한다.가지고 태어나는 유전병은 환자에게는 아무런 잘못이 없다. 천형은 더더구나 아니다. 사람으로 태어난 이상 신체의 질병과 관계없이 모든 사람은 동등하고 온전한 인격체로 대우받아야 한다. 하지만, 지금까지 우리 문화는 그러지 못했다. 다행히 기술 진보로 인해 한 줄기 희망의 빛이 보인다. 모든 유전병 환자가 건강함을 누리는 그날이 속히 오길 기대해본다.설대우 중앙대 교수 분자세포병리학

매년 이맘때면 전 세계인의 이목을 집중시키는 노벨상 수상자가 모두 공개됐다. 아쉽게도 올해도 우리나라의 노벨 과학상 수상자는 없었다. 물론 노벨상 자체가 궁극적 목적은 아니지만 연구개발 혁신, 기초과학 집중 투자 등 역대 정부에서 많은 노력을 했던 것에 비춰 본다면 부진한 결과에 대한 논의의 가치는 있다.미국에서 영어권 학생들을 가르쳐 본 경험에 비춰보면 확실히 한국 학생들이 수학에 월등한 실력을 보여주고 있다. 전체 국민이 과학의 기본인 수학에 월등하고, 국가적으로 과학기술분야와 정보통신분야를 선도하고 있으며, 국내총생산(GDP) 대비 연구개발(R&D) 투자 비중이 일본보다 높은 수준인데도 노벨상의 부진은 근본적인 문제가 내재돼 있다는 것을 암시한다.여러 측면 중에서 우리가 노벨상과 멀어진 가장 근본적 이유는 교육시스템일 수 있다. 노벨상의 가장 중요한 수상기준은 창의성과 독창성이다. 노벨상은 인류에 큰 기여를 한 연구나 발명을 한 사람에게 상을 수여한다. 그런데 국내의 교육은 창의력보다는 주입식과 암기식 교육을 지향하고 있다. 전반적으로 수학을 잘하지만 시험문제를 푸는 방식을 가르칠 뿐 세상의 실제 문제를 해결해 나갈 창의성과 개척성은 부족하다. 국내의 인력이 세계 어느 나라와 비교해도 뒤지지 않을 만큼 뛰어난 수학적 능력을 지녔다고 해도 창의력이 몸에 배지 않은 우리나라 인재에게 노벨상은 다른 트랙일 수 있다.대학의 연구 평가 척도에서도 문제점을 발견할 수 있다. 단기 업적에 치중한 연구평가는 질보다는 양적인 연구에 집착할 수밖에 없게 만든다. 과정보다는 결과를 빨리 내는 구조하에서는 장기적이고 모험적이며 혁신적인 연구를 수행하기가 어렵다. 기존의 공식이나 이론을 효과적으로 대입하고 적용하는 데 익숙해 있지만 새로운 이론이나 패러다임을 만들어 내는 데는 역부족이다.신동희 중앙대 교수 인간컴퓨터상호작용학세계에서 가장 권위 있는 과학잡지인 네이처지는 한국이 노벨과학상에서 부진한 이유 중 하나로 일관되지 않은 정부의 정책을 들었다. 새로운 정부가 들어설 때마다 정부조직을 개편하고 중점 육성분야를 새롭게 정하면서 연구자들도 정부의 정책에 따라 연구의 방향을 바꿔야 했다. 시류에 따라 지원되는 분야를 찾아 좇아감으로써 장기적인 연구가 현실적으로 어렵게 되고 있는 것이다. 노벨상을 받은 대부분의 학자들은 시류에 따른 연구를 한 것이 아닌 자신이 좋아하는 분야에 평생 집중하다 보니 상을 받게 된 것이다.국내는 연구분야를 정부가 톱다운(top down·하향식)으로 정해 나간다. 가령 이세돌과 알파고의 바둑대결 후 정부는 바로 인공지능(AI)에 2020년까지 1조원을 투자하겠다는 계획을 수립했다. 하나의 사건만으로 AI에 대해 투자 계획을 즉흥적으로 세우는 것은 일관된 전략적 정책이 부재하다는 것을 보여주는 것이다. 이러한 주먹구구식 대응은 우리가 ‘퍼스트 무버’(first mover·시장 개척자)가 아닌 선진국의 ‘패스트 팔로어(fast follower·빠른 추격자)’라는 것을 보여준다.노벨상이 최종적·궁극적 목적은 아니다. 지금 우리에게 필요한 것은 노벨상에 대한 관심이나 열망보다 학문자체를 즐기고, 경직된 연구문화를 바꾸며, 일관된 정부의 정책과 효과적 교육시스템을 만들어 가는 일일 것이다. 이러한 것들은 당연히 빠른 시일 내에 이뤄지는 것이 아니라 문화처럼 장기적인 관점에서 서서히 이뤄지는 것이다. 당장은 노벨상에 대한 물신적 열망을 내려놓는 것이 강박관념에 시달린 우리를 해방시켜 좀 더 효과적으로 노벨상에 접근하게 할 수 있는 방법일 것이다. 우리나라의 과학·산업·문학 등 사회 전반의 기반이 갖춰지지 않은 채 결과만을 기대하는 것은 모순일 수 있다.신동희 중앙대 교수 인간컴퓨터상호작용학

자연환경과 인위환경 사이의 기능적 불균형으로 환경의 건강에 이상이 생기면서 자연환경 복원에 대한 관심이 높아지고 있다. 하천의 본 모습 찾기가 그 중심에 있다. 물은 모든 생명활동의 기초가 된다. 하천을 비롯한 수생태계의 수질은 물이 모이는 유역의 토지이용 유형과 유역에서 유입되는 물이 수계로 합류하기 전에 물을 걸러주는 강변식생의 상태에 의해 결정된다. 이에 생태적으로 건전한 수질을 유지하기 위해서는 유역에서 토지이용 강도를 낮추거나 그 강도가 심할 경우는 보다 넓고 질 높은 강변식생대를 확보해 여과 수준을 높여야 한다. 하지만 유역에서 밀려드는 물을 인공제방이 막고 있는 우리나라의 하천체계에서 이러한 개념이 적어도 지금 당장 적용되기에는 어려움이 많다. 그럼에도 우리는 여러 해 전부터 수변식생벨트 조성을 목적으로 토지를 매수하고 그곳에 식생을 도입하는 사업을 진행하고 있다.그러면 인공제방을 무시하더라도 수변식생벨트를 제대로 조성하려면 어떻게 해야 할까. 강변식생대의 위치를 올바르게 파악해야 한다. 하천은 물이 흐르는 장소와 그것이 흘러넘치는 범위를 포괄해 지칭한다. 즉 하천의 공간적 범위는 수로와 범람원을 포괄한다. 지질학적으로 이 공간적 범위에는 충적토가 존재해 주변과 구분이 되고, 생물학적으로는 강변식생이 분포해 주변지역과 뚜렷하게 구분된다. 습한 지소를 선호하는 우리의 주식인 벼를 재배하기 위해 옛날부터 하천 변을 논으로 개발해 온 우리는 하천의 이러한 공간적 범위를 잊고 살아온 지 오래다.이창석 서울여대 교수·생태학농사일을 중단한 논을 잘 살펴보면 그곳에서 하천 변에 살고 있는 식물이 되살아나는 모습을 관찰할 수 있다. 또 6·25전쟁 후 사람의 출입을 통제하고 60여 년의 세월을 보낸 비무장지대(DMZ)를 비롯한 민통선 북방 지역을 보면 과거의 논이 하천 변에 자라는 식물로 뒤덮여 역시 본래 하천이었음을 입증하고 있다. 이밖에 하천에 인접한 아파트단지나 주택의 뜰에서 돋아나는 버드나무를 비롯한 식물도 그곳의 원모습을 알리기에 충분한 정보를 제공하고 있다. 이러한 정보는 자연환경 복원에서 일반적으로 활용되는 대조생태정보로 기능할 수 있고, 강변 구역의 폭을 결정하는 데도 도움을 줄 수 있다.하지만 우리의 현실은 어떠한가. 국가에서 수변식생벨트로 조성한다고 구입한 토지는 강변구역과 거리가 먼 토지가 많다. 또 본래 계획대로 비점오염물질을 잡겠다고 설치하려면 연속성이 유지돼야 하는데, 지주의 비협조나 경제적인 문제 때문이기도 하겠지만 연속적인 띠를 이루기엔 크게 부족하다. 어렵게 매립해 조성한 숲은 더욱더 문제가 많다. 강변구역임에도 도입한 나무는 대부분 산림수종일 뿐만 아니라 생태적 복원에서 철저히 배제돼야 할 외래종, 지역 특성에 어울리지 않는 외지종, 자연에서 자라는 본래 모습과 다르게 변형시킨 원예품종이 대부분을 차지하고 있다.하천변에 자라는 식물은 산에 자라는 식물과 여러 가지 차이가 있다. 줄기조직에서부터 차이가 있다. 하천 변에 자라는 식물은 연한 조직이 있어 잘 휜다. 그러기에 홍수가 나도 잘 꺾이지 않고 휘어져 물을 흘려보내고 나서 다시 곧추선다. 뿌리도 차이가 있다. 흔히 뿌리의 모임인 근계가 발달해 홍수 시에도 쓸려 내려가지 않고 버틸 수 있다. 또 물에 잠겨서도 살아남을 수 있다. 그러나 산에 자라는 나무는 조직이 연하지 않아 잘 휘지 않고, 뿌리가 발달하지 않아 홍수 시 부러지거나 뿌리가 뽑혀 물 소통에 지장을 초래할 수 있다. 또 물에 잠기면 살아남지 못하기에 하천으로 유입되는 오염물질을 거르는 작용도 부족하다.무엇보다 중요한 것은 자연환경 복원에서 기본적으로 갖춰야 할 진단평가가 제대로 이뤄지지 않고, 자연환경 복원의 모델이 되는 대조생태정보가 확보되지 않으며, 수많은 식물이 고사된 상태를 그대로 방치하고 있으니 모니터링과 순응관리가 전혀 되지 않고 있다는 점이다. 자연환경 복원의 기본 원리와 절차가 철저히 무시되고 있는 것이다. 철저한 연구관리와 함께 사업관리가 시급하다.이창석 서울여대 교수·생태학

북한은 최근 수소탄을 고공에서 폭발시켜 광대한 지역에 초강력 전자기펄스(EMP) 공격을 할 수 있다고 위협했다. 이와 함께 미국에서는 중앙정보국(CIA) 국장을 지낸 사람이 대륙간탄도미사일(ICBM)이 아니어도 인공위성에 장착하는 EMP탄으로 북한이 미국을 공격할 수도 있다고 했다. 이처럼 EMP는 정보통신기술(ICT) 사회를 위협한다.이 사회를 지탱하는 기반은 반도체 기술과 통신기술 등 전자기술이다. 19세기 최고의 이론물리학자였던 제임스 클러크 맥스웰은 전자기 이론을 확립하고 전자파의 존재를 예측했다. 전자파를 실험적으로 발견한 사람은 헤르츠였다. 마르코니는 전자파 기술을 실용적으로 발전시켜 무선통신의 길을 열었다. 전자파는 전기장과 자기장이 함께 진동하면서 퍼져나가는 파동이다. 전자파가 안테나에 닿으면 진동하는 전기장에 맞춰 전자가 움직여 전류를 만들고 이것을 전자회로에서 처리해 원하는 신호를 얻는다.반도체는 20세기 최고의 발명품이라 여겨진다. 이동식 저장매체(USB), 솔리드스테이트드라이브(SSD) 등의 메모리 소자뿐만 아니라 신호처리를 하는 칩과 전자회로도 반도체로 만든다. 과거 초기 컴퓨터는 그 크기가 엄청났는데, 지금은 그 성능과 비교도 안 되는 놀라운 정보처리 능력의 컴퓨터를 노트북이나 스마트폰 형태로 사람들이 갖고 다닌다. 더 빠르고, 전력소모가 적고, 작은 공간에 정보를 저장하기 위해 반도체 기술은 미세한 전류에 동작하도록 끊임없이 발전해 왔고 손톱 크기에 300억개의 트랜지스터를 집적시킬 수 있게 됐다.이병호 서울대 교수·전기정보공학그런데, 순간적으로 엄청난 세기를 내는 전자파 EMP는 이 모든 것을 한순간에 무력화할 수 있다. 전자파가 들어오면 통신장비뿐만 아니라 모든 전자기기가 망가진다. 전자기기란 원리상 ‘전자’를 이용해 동작하는 기기다. 반도체도 ‘전자’와 ‘정공’이란 것을 이용한다. 이들은 전하를 띠고 있어 전기장이 가해지면 그에 맞춰 움직이려 한다. 엄청난 세기의 전자파가 들어오면 전자가 단체로 움직여 과전류가 흘러 소자가 타고 회로가 녹는다. 마치 5V로 동작하는 전자소자에 5만V가 순간적으로 걸리는 꼴이라 할 수 있다.EMP에 대한 오해가 있는데, 일시적으로만 전자장비에 장애를 주는 것이라거나 전자기기의 전원을 꺼 두면 괜찮을 것이라 아는 것이다. EMP는 발생한 곳으로부터의 거리의 제곱에 반비례해 파워가 감소한다. EMP가 얼마나 강력한가에 따라 다르겠지만 답은 ‘아니요’다. 보호책을 만들어 놓지 않으면 레이더 등의 군사용 장비는 당연히 망가진다. 레이더는 전자파를 쏘아 비행체에 맞아 반사돼 오는 전자파를 증폭해 감지하는 장치로 엄청난 세기의 전자파인 EMP가 들어오면 과부하로 회로가 망가지게 된다. EMP의 영향은 거기 머물지 않고 스마트폰 통신 장치를 망가뜨리는 것은 물론, 스마트폰에 저장된 사진과 주소록 등의 정보도 모두 없앨 수 있다. 자동차도 전장사업이라 할 만큼 많은 전자부품이 들어가기에 제대로 작동하지 않게 되고, 화학공장의 안전장치도 해제될 수 있고, 신용카드도 쓸 수 없게 될 것이다. 결국 EMP가 들어오면 그 혼란에서 벗어나기까지 엄청난 시간이 소요될 것이다.그렇다면, 어떻게 해야 하는가. 일반적으로 금속 판막이나 철선으로 새장 형태의 보호장치를 만들거나 순간적 과전류를 빼내는 장치를 만들어야 한다. 하지만 모든 전자제품에 일일이 이 전자파를 차폐시키는 조치를 하기는 쉽지 않고 현실적 어려움도 있다. 통신 장비는 전자파를 발신·수신하기 위한 장치여서 무턱대고 차단하기도 어렵다. 원하는 통신에 사용되는 주파수의 전자파는 차단하지 않아야 하고, EMP로 나타나는 넓은 스펙트럼의 전자파는 차단해야 한다. 한마디로, 광범위하게 보호할 수 있는 효율적인 대책을 만들기가 비용상 쉽지 않다. 우리나라도 오래전부터 국방과학연구소(ADD)에서 EMP에 대한 연구를 진행해 온 것으로 알려지고 일부 방위산업체에서 대응기술을 연구개발하고 있다. 좋은 대책을 기대해 보지만 결국 최상의 방책은 EMP 공격이 이루어지지 않도록 하는 것이다.이병호 서울대 교수·전기정보공학

1945년 8월 6일 오전 8시 16분 2초에 일본 히로시마 상공 550m 지점에서 원자폭탄이 폭발했다. 폭발위력은 다이너마이트(TNT) 약 1만2000t으로 중심부 12㎢ 지역을 초토화시켰고, 당시 인구 40만 명이었던 히로시마는 3주 후까지 사망자가 8만 명이 나왔고, 5년 동안 사망자가 20만 명이나 됐다.20세기 초반 이론물리학자인 아인슈타인의 ‘상대성이론’은 질량이 에너지로 변환될 수 있음을 보였다. 원자는 핵과 전자로 구성되는데 핵은 원자의 중심부에 있고, 크기는 원자 지름의 10만 분의 1에 불과하지만 질량은 핵에 집중돼 있다. 이에 핵은 밀도가 매우 높아 만약 완두콩만 한 원자핵이 있다면 질량이 2억5000만t이나 된다. 원자핵이 변환되면서 적은 일부가 에너지로 변환하면 엄청 큰 에너지를 얻을 수 있게 된다. 일반적으로 TNT 같은 화학폭탄은 분자를 이루는 원자 사이의 결합에너지 변화로 에너지를 발생하는 데 반해, 원자폭탄이나 수소폭탄 같은 핵폭탄은 원자핵의 변화에서 에너지를 발생하게 된다. 핵을 구성하는 핵자라고 불리는 양성자와 중성자는 질량이 거의 비슷하고 전자는 양성자의 약 2000분의 1에 불과하다.원자는 중성이기 때문에 원자의 양전하를 가진 양성자 수와 음전하를 가진 전자 수는 같다. 그리고 양성자 수에 따라 원자의 종류가 달라진다. 예를 들어 수소 원자는 양성자 수 1개, 산소원자는 8개 등과 같다. 그리고 양성자 수를 원자번호라고 해 원자를 구별할 때 사용한다. 동일한 원자 중에 서로 질량이 다른 동위원소가 존재하는데 이들은 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 것이다. 우라늄은 양성자가 92개이고, 중성자가 146개로 핵자가 238개인 우라늄 238U와 중성자가 143개로 핵자가 235개인 우라늄 235U의 동위원소를 가진다. 원자의 종류는 전부 100여 종이 되지만 원자번호 92인 우라늄이 자연에서 얻을 수 있는 가장 큰 원자번호의 원자이다. 이러한 원자에 중성자를 충돌시키면 외곽 전자를 뚫고 들어가 원자핵과 충돌해 원자핵을 변화시켜 핵반응을 일으키는데 이것이 핵폭탄의 기본 원리이다.전승준 고려대 교수·물리화학그런데 자연에 존재하는 92개의 원자 중에 핵자당 평균결합에너지는 핵자가 57개인 철이 가장 크기에 안정하다. 그리고 철을 중심으로 핵자가 커지거나 작아지면 불안정하게 된다. 이에 따라 우라늄의 핵을 분열시키면 에너지를 발산하고 가장 작은 수소의 핵을 융합시켜도 에너지를 내놓게 되는데, 융합하면서 내놓는 에너지는 분열하는 경우보다 매우 크다. 이에 핵분열의 원자폭탄보다 핵융합의 수소폭탄의 위력이 월등히 크다. 그리고 수소폭탄은 융합할 때 원자폭탄의 폭발력을 이용하기에 그 안에 소형 원자폭탄이 있는 셈이다.1940년대 확립한 핵폭탄 제조방법은 잘 알려져 더 이상 비밀이 아니다. 그러므로 이런 위험한 무기를 제어하는 방법은 핵폭탄의 원료를 감시하는 것으로 국제원자력기구(IAEA)에서 우라늄의 생산을 감시하고 있다. 핵폭탄의 원료인 235U는 천연 우라늄 속에 오직 0.7%만 존재하고 나머지는 238U이다. 핵반응에 사용하기 위해서 235U를 농축시키는데 원자력 발전의 원료는 3∼5% 정도로 핵폭탄은 90% 이상으로 농축해야 한다. 그런데 우라늄 동위원소는 화학적 성질이 같고 원자량만 미세하게 다르기에 농축시키기 매우 어렵고 에너지가 많이 소요된다. 핵폭탄의 또 다른 원료는 원자번호 94의 인공적 원소인 플루토늄 239Pu이다. 플루토늄은 연구용이나 핵발전에 사용하는 원자로 내에서 만들어지기에 폐연료봉에 포함돼 있어 이를 재처리해 농축시키면 쉽게 얻을 수 있다.최근 북한에서 수소폭탄 실험을 했다. 북한은 농축 우라늄과 플루토늄을 다량 가지고 있다고 추정하고 있고, 핵폭탄을 만들고 운반하는 미사일기술도 상당 수준에 올랐다고 한다. 핵반응의 발견은 인류에게 축복과 재앙의 양면을 보였다. 개발한 과학자들은 불을 인류에게 선사한 ‘프로메테우스’라고도 할 수도 있지만, 첫 번째 사용은 인류 역사상 가장 큰 인공적 파괴를 경험하게 했다. 전 세계는 힘을 합쳐 북한이 핵폭탄을 사용하지 못하도록 하는 지혜를 모아야 할 것이다.전승준 고려대 교수·물리화학

유럽에서 ‘살충제 달걀’ 파동이 일었을 때 우리와는 아무런 관련이 없을 거라고 생각했다. 하지만 곧 이어 우리에게도 같은 문제가 있음이 밝혀졌다. 유럽에서와 마찬가지로 달걀에서 살충제 성분인 피프로닐, 비펜트린 등이 검출된 것이다. 살충제 달걀이 맹위를 떨치고 있을 즈음 ‘유럽산 소시지로 인한 E형 간염 바이러스’ 문제도 도마에 올랐다. 유럽산 햄과 소시지가 E형 간염 바이러스를 옮길 수 있다고 해서 판매는 물론 수입도 전면 금지된 것이다. 연이어 터진 것은 ‘맥도날드 불고기 버거’ 사태다. 불고기 버거를 먹은 초등학생과 교사가 동시에 복통, 설사, 고열 등 장염 증상을 앓았다는 민원이 제기되면서 불고기 버거 판매가 전국적으로 잠정 중단됐다.이런 일련의 사태는 먹거리에서만 끝나지 않고 급기야 ‘생리대 유해성 문제’로까지 옮겨갔다. 여성의 생활필수품이랄 수 있는 생리대에서 유해성 물질이 검출됐다는 것이다. 생애주기 긴 기간에 걸쳐 사용되고 피부에 장시간 접촉한다는 점에서, 또 건강상 매우 민감할 수 있다는 점에서 사회적으로 큰 이슈가 되고 있다.설대우 중앙대 교수·분자세포병리학‘살충제 달걀’에서 검출된 피프로닐, 비펜트린 성분은 이, 진드기 같은 곤충의 중추신경계에 작용하는 신경 독성 물질이다. 사람으로 치자면 뇌에 작용한다고 볼 수 있다. 그래서 식용이 가능한 가금류에는 사용이 금지되고 있다. 보건 당국은 달걀에서 검출된 정도는 농도가 낮아서 사람에게 안전한 수준이라고 말하고 있다. 하지만 신경 독소는 매우 예민한 문제다. 낮은 농도로도 장기간 노출될 경우 사람에게 어떤 위험이 있을지는 연구가 더 필요해 보인다.‘유럽산 소시지로 인한 E형 간염 바이러스’ 문제는 최근 영국에서 E형 간염 환자가 급증하면서 불거졌다. E형 간염은 E형 간염 바이러스에 의해 급성으로 생기는 간질환인데, 주로 E형 간염 바이러스에 오염된 물이나 돼지 등 육류를 덜 익혀 섭취할 경우 감염된다. 유럽발 E형 간염 바이러스 사태는 유럽 일부 국가에서 생산된 비가열성 소시지가 E형 간염 바이러스로 감염된 육류를 사용해 발생한 문제로 추정되고 있다. E형 간염은 건강한 성인인 경우 대부분 피로, 식욕부진 등의 증상을 보이다 자연 회복되지만 임신부, 노약자, 만성질환을 가진 환자에게는 매우 위험할 수 있다. 분명한 것은 충분히 익혀서 먹으면 감염에 대한 걱정은 하지 않아도 된다는 점이다.‘맥도날드 불고기 버거’ 사태는 기본적으로 식재료 관리, 위생 상태 및 조리 환경과 관련이 깊다. 장염은 크게 바이러스성과 세균성으로 나눌 수 있는데 증상은 식중독과 비슷하다. 음식을 완전히 익히고 청결한 조리위생을 유지할 경우 예방할 수 있다. 잘 관리되지 않을 경우 집단발병을 유발할 수 있으므로 맥도날드처럼 전국적인 프랜차이즈 체인망을 가진 사업자는 특별히 주의를 기울여야 한다. 맥도날드는 ‘햄버거병’이라 불리는 ‘용혈성요독증후군’으로도 구설에 휘말려 있는데, 이 증후군 역시 장출혈성 대장균과 관련이 있으므로 맥도날드는 위생문제에 각별한 주의가 필요해 보인다.‘생리대 유해성 문제’는 정부 당국과 시민단체 간 분석 결과에 대한 해석을 놓고 진실게임 성격으로까지 비화되고 있지만 ‘유해성이 있다고 알려져 있는 성분’이 분석에서 검출된 것은 사실이다. 하지만 이 분석 결과가 직접적으로 ‘유해성 있음’을 의미하는 것은 아니다. 유해하기 위해서는 물질의 농도, 몸으로 유입되는 경로, 몸 안에서의 잔류와 배출, 또 실제적 독성 여부 등 평가돼야 할 것이 많기 때문이다. 하지만 분명한 것은 여성의 걱정이 크다는 점이다. 보건 당국은 유해성 여부를 신속하고도 투명하게 공개할 필요가 있어 보인다.국민 안전은 국가의 존립 기반이다. 법과 제도 등을 재정비해 먹거리·생활용품에 대해서는 충분히 안심할 수 있었으면 하는 바람이다.설대우 중앙대 교수·분자세포병리학

머지않은 미래에 많은 직종이 인공지능(AI)에 의해 수행되고 고도의 인간 기능을 점차 대체할 것으로 전망된다. AI 의사·변호사·펀드매니저 등 AI와 결합한 로봇이 기술적으로 인간을 대체하는 미래가 현실화되고 있다.기술 융합으로 이뤄지는 4차 산업혁명은 AI, 로봇 기술, 생명공학 등이 중심이 되기에 트랜스휴머니즘 실현을 위한 혁명이라고도 한다. ‘트랜스휴먼’(Trans-human)은 인간과 포스트휴먼(post-human) 사이의 존재로 인간과 비슷하지만 기술에 의해 인간보다 훨씬 뛰어난 능력을 가진 객체를 말하며, 여러 기술을 이용해 현재 인간이 가지고 있는 신체적·정신적 한계를 넘어 진화하고 있다. 신동희 중앙대 교수 인간컴퓨터상호작용학사실 트랜스휴머니즘이 새로운 개념은 아니다. 이미 1980년대 마셜 매클루언은 ‘미디어는 인간의 확장’이라고 했고, 2000년대에는 미래학자 레이먼드 커즈와일은 기계가 인간 능력을 넘어서는 시점, 인간과 기계 간 경계가 무너진 점인 특이점을 예측하고 있었다. 그러한 예측이 트랜스휴머니즘이라는 이름으로 4차 산업혁명의 물결 속에 현실화되고 있는 것이다.최근 트랜스휴먼 기술은 장애인의 신체활동을 돕는 로봇 수트, 인지기능 강화, 보철 등의 신체이식 기술에 머물지 않고 인간과 기술 사이의 융합 현상으로 발전하고 있다. 현실을 증강한 증강현실뿐만 아니라 인간의 지성·감성·감각을 증강한 증강인간도 트랜스휴머니즘의 한 현상으로 볼 수 있고, AI 기반의 가상비서도 트랜스휴먼의 진보 형태로 볼 수 있다. 예를 들어 애플의 ‘시리’, 구글의 ‘구글 나우’, 마이크로소프트의 ‘코타나(Cortana)’, 아마존의 ‘알렉사’ 등의 가상비서나 페이스북과 바이두의 ‘M’과 ‘두어(Duer)’도 인간기능의 확장을 꾀하고 있다. 이들 서비스는 인간과 컴퓨터의 의사소통 영역을 획기적으로 확장시켰다. 컴퓨터 프로그램과의 상호 경험을 통해 인간의 행동과 인지가 인간 안에서부터 벗어나 인간과 모바일을 포함하는 바깥 환경으로 확장된 것이다. 또한 인간-로봇 상호작용 기술도 로봇이 사용자의 의도를 판단하고 적합한 반응과 행동을 알아서 수행함으로써 인간과의 의사소통을 넘어선 상호 협력을 가능하게 한다. 컴퓨터가 단순한 인간의 소통 매개체나 도구가 아닌 동등한 입장에서 상호작용을 하는 인간의 대상이 되고 있는 것이다. 소프트뱅크의 페퍼(Pepper)와 같은 로봇은 인간과의 정서적 코드를 맞춰 자연스럽게 상호작용이 가능하다.앞으로 인간과 컴퓨터 사이의 상호작용 기술은 더욱 고도화되는데, 인간의 뇌를 매개로 한 의사소통 기술, 즉 BCI(Brain Computer Interaction)는 커뮤니케이션 패러다임의 근본적 변환을 가져올 것으로 보인다. 신경계에 직접 칩을 삽입하고 신경 신호를 연결해 신호를 뇌로 전달하면 신경계가 손상된 환자를 치료하거나 장애인에게 로봇 보조 의수를 이식할 수 있다. 신체가 불편한 장애인에게 BCI를 통해 몸의 기능을 주려는 연구가 계속 진행되고 있다. 그러나 뇌와 뇌를 뇌파를 통해서 연결하려면 지금의 뇌과학 기술 수준에서는 2단계 과정이 필요하다. 발화자의 뇌파를 처리해 전송하는 과정과 이를 수용자가 받아들였을 때 다시 뇌파 형태로 복원하는 과정이 동시에 필요하다. 뇌의 신경세포(뉴런)가 어떻게 발화하고 어떤 패턴을 가지는지, 어떻게 정서와 연결되는지 알아내는 과정은 쉽지 않다.기술적 난제 이외에도 트랜스휴머니즘에 다른 여러 이슈도 걸림돌이 되고 있다. 종교적 맥락에서 인간의 존엄성과 도덕적 지위 훼손이 우려되며, 정치·경제적 맥락에서는 경제 양극화와 사회적 불평등 심화에 관한 문제가 제기될 수 있다. 또한 사회적으로 실업의 양산, 인간관계 변질이 나타날 수 있다. 트랜스휴머니즘 기술의 위험성에 대한 충분한 경고가 필요하고, 개발과정에서 윤리적·사회적 쟁점을 충분히 담아내야 한다. 무분별한 기술 중심 개발은 지양돼야 하고, 각 기술의 적용에 따른 잠재적 위험과 이에 결부된 부작용도 심각히 고려돼야 한다. 영화 ‘아이언 맨’이나 ‘엣지 오브 투모로우’에서처럼 로봇 슈트를 입고 초능력을 발휘하는 트랜스휴먼이 아니라 인간의 삶에 실질적으로 도움이 되는 인간중심 방향으로 발전해야 한다.신동희 중앙대 교수 인간컴퓨터상호작용학