푸앵카레의 추측

-쥘 앙리 푸앵카레(Jules-Henri Poincare)

쥘 앙리 푸앵카레는 프랑스의 수학자, 물리학자, 천문학자로 수학, 수리물리학, 천체역학 등 많은 분야에서 중요한 기본 원리들을 확립하였다. 그는 밀레니엄 문제들 중 하나인 ‘푸앵카레 추측’을 최초로 고안한 수학자로 유명하다. 대수적 위상수학에서 호몰로지를 정의하였으며, 이를 바탕으로 푸앵카레 추측을 제기하였다. 또한, 삼체문제에 대한 연구로 결정론적 복잡계를 발견하여, 현대적인 혼돈 이론의 기초를 마련하였다.

-푸앵카레의 추측

푸앵카레의 추측이란 우주의 모양은 구와 연결 상태가 같거나 도넛과 연결 상태가 같다는 것이다. 즉 우주로켓에 밧줄을 매달고 우주 끝가지 갔다가 되돌아 왔을 때, 밧줄의 양끝을 잡고 끌어 당겨 밧줄이 한 점에서 모이면 우주는 구와 위상도형이고 밧줄이 모아지지 않는다면 우주는 구멍이 뚫린 도넛과 같은 모양이라는 것이다.

이 추측은 7대 난제로 선정되어 클레이 연구소에서 100만 달러의 상금을 걸었던 난제였다. 이렇게 100년 동안 아무도 풀지 못했던 문제를 러시아의 수학자 그레고리 펠레만이 풀어낸다. 그는 수학의 노벨상인 필즈상 수상자로 선정되었으며 상금이 주어졌지만, 모두 거부하였다고 한다.

 푸앵카레는 이 추측 말고도 다양한 우주의 모양을 제시하였으며 이는 다음과 같다.

복제 동물과 윤리적 논란에 대한 개인적 견해

복제 동물(Clone animal)

먼저 복제 동물에 대해서 간단히 알아보도록 합시다.

복제동물(cloned animal)

 이것을 만드는 방법에 따라 배세포(또는 수정란) 클론동물과 체세포 클론동물의 2종류로 분류할 수 있다.
배세포 클론은 발생 초기의 배세포로부터 얻을 수 있는 클론이며, 체세포 클론은 체세포에서 유래된 세포로부터 클론을 만드는 방법이다.
체세포 클론이 배세포 클론과 크게 다른 점은, 분화한 세포가 다시 분화전능성(分化全能性), 
즉 1개의 세포에서 각종 조직이나 기관으로 분화하여 완전한 개체를 형성하는 능력을 얻어 개체로 발생한다는 것이다.
체세포 클론동물은 1997년 영국 로슬린연구소에서 태어난 복제 양 돌리가 세계 최초의 성공 사례이다. 
 그 후 동연구소 그룹은 돌리에 이어 사람의 혈액응고인자의 유전자를 가진 복제양 폴리를 탄생시켰다.
체세포 복제 기술을 활용하면 유전자 이식동물의 제조 성공률이 종래 방법에 비해 20배 이상 높아진다. 
이것은 의약품 또는 이식용 장기를 동물의 몸을 이용하기 위해 유전자 변환동물을 제조하는 공장을 만들 수 있는 가능성을 보여주는 것이다.
영국에서 1999년 5월, 체세포 복제기술과 유전자 변환기술을 병용해서 만든 유전자 이식 양은 이런 목적에서 만들어진 것이다.
 2000년 3월 영국의 PPL 세라뷰틱스사가 이식용 장기의 생산을 목적으로 한 체세포 복제 돼지를 탄생시키는 데 성공했다.

Source: 두산백과

 현재에는 복제 동물을 만드는 기술이 굉장히 발전해서, 많은 동물들이 복제되어 왔습니다. 이번에는 그중에서 중요하다고 여겨지는 복제동물 몇 종류를 소개하려고 합니다.

1. 올챙이 (1952년 필리핀) : 최초의 복제 동물이라고 여겨지는 동물

 2. 복제잉어 (1963 중국) : 첫 복제 물고기, 복잡한 생물체 중 처음으로 복제된 동물

3. 복제양 돌리 (1996년 영국): 최초의 성체 체세포 복제 포유동물. 각종 질환에 시달리다가 6살까지 밖에 못살고 사망

4. 복제쥐 큐물리나 (1997년 미국 하와이): 1986년 '마샤'라는 복제쥐가 배아 세포로 복제. 성체의 세포로 복제되었다.

5. 복제 염소 미라, 미라, 미라(1999년 미국): 모두 똑같은 복제동물. 이름이 모두 '미라'이다.

6. 복제 고양이 CC (2001년 미국 텍사스): 최초의 복제 고양이. 체세포를 준 고양이와 생김새와 성격이 너무 달라서 놀라움을 줌.

7. 복제 개 스너피 (2005년 한국): 한국 황우석박사 팀이 복제한 최초의 복제개 스너피. 서울대학교의 영문 머리글자 SNU와 강아지의 puppy의 합성어

이어서 다음으로는 복제 기술중 가장 큰 논란거리인 인간의 복제에 대한 논란에 관한 제 개인적 견해를 몇 자 적어보려고합니다.

1. 인간 복제는 현대, 그리고 미래 사회에 꼭 필요한 기술이며 개발이 불가피합니다.

인간 복제기술은 불치병을 치료하는 데 꼭 필요한 기술입니다. 또한 인간복제를 연구하게 되면 사람 수정란의 발생, 분화과정을 좀 더 깊게 이해할 수 있게 됩니다. 사람 몸에서 줄기세포를 추출한 뒤,

이 줄기세포가 원하는 장기로 분열할 수 있도록 조절할 수도 있게 되고 이를 통해 골수, 혈액, 심지어는 복부지방까지, 우리몸속 곳곳에 들어있는 줄기세포를 꺼내서 이 줄기세포로 원하는 장기만 만들어낸 뒤 이식하는 것이 목적입니다. 인간 복제는 꼭 필요한 기술이며, 필요 외에도 과학자들은 '인간'을 복제할 수 있는지 없는 지에 대한 지적 호기심과 탐구심을 가지고 있고, 각 국에서도 이에 대한 관심이 끊이지 않고 있기 때문에 현재는 불법이지만 언젠가는 개발이 되고 보급이 될 기술입니다.

2. 인간의 존엄성을 해친다는 의견에 대하여.

복제 인간이 만들어 질 시, 모 영화에 등장하는 설정처럼 복제 인간들이 인간의 인권을 가지지 못하고 도구로만, 즉 군대나 의료용으로만 이용될 수 있고, 각자의 개성을 해칠 것이라는 의견이 있습니다. 저 또한 복제 인간을 찬성함에도 이 주장은 옳다고 생각합니다. 그리고 이에 대한 대안으로써 이에 관련한, 즉, 복제 인간에 관련한 법률을 규정하고 사람들의 의견을 하나로 모아 타협점을 찾아야한다고 생각합니다. 복제 인간을 사람으로 대할 것인지, 혹은 도구로써 대할 것인지에 대한 의견들의 타협점을 찾아 국제적인 회의를 통해 해결방안을 찾고 기술을 신중히 도입하는 것이 옳다고 생각합니다.

금달의 활동계획 및 토론주제 (5월)

5월달 토론주제:

 요즈음 존엄사가 큰 화제가 되고 있습니다. 2014년에 30년대 중년 남성이 투병 중이던 아내를 살해한 사건이 사람들에게 충격을 주며 존엄사가 화제가 되게 되었습니다. 존엄사에 대한 찬반 여부와 그 이유를 함께 작성해 주시기 바랍니다.

5월 활동계획:

 실생활 과학 정보 찾아서 계시하고 토론주제에 관하여 개인의 찬반여부와 그 이유를 함께 작성해 주시기 바랍니다.

생물계의 혁명, DNA와 이중 나선 구조의 발견

DNA(deoxyribonucleic acid):

DNA가 유전 물질이라는 것은 20세기들어 밝혀졌으며 이전까지는 염색체의
단백질 안에 유전 정보가 들어있을 것으로 믿었다.

영국의 세균학자 프레드 그리피스가 생쥐를 이용한 폐렴균 실험을 통해 '형질전환 물질'이 본래 감염성이 없던 폐렴균을 폐렴균에 걸린 생쥐에게 주입했을때 이 생쥐의 몸속에서 폐렴을 발생시키는 균으로 형질을 전환시켜서 폐렴에 감염된다는 것을 밝혀 냈다.

DNA가 유전정보의 매개체로 작용한다고 하는 실험은 1944년 미국 오즈월드 에이버리 등에 의해 진행되었고 에이버리 외의 과학자들은 그리피스의 실험을 기초로, 감염성 S형의DNA가 비감염성 폐렴균 R형의 DNA에 전이되어 감염성 S형으로 형질 전환이 된다는 것을 확인하였다.

분꽃을 이용한 실험으로 유명한 그레고르 멘델의 '멘델의 유전법칙'이 주목을 받기 시작하자, 유전에 대한 이론적 기초가 세워지기 시작했고 유전자의 정체가 무엇인지 연구를 하다
처음에 학자들이 복잡한 정보를 가진 단백질을 유전물질로 지목했었다.

DNA는 1860년대 스위스 생리화학자인 프리드리히 미셰르가 처음 발견했다. 당시 독일에서 활동하던 미셰르는 병원에서 수술한 환자의 붕대에 묻어있는 고름에서 백혈구 세포를 채취, 이로부터 단백질을 추출하던 중 인산 성분이 매우 높고 단백질 분해효소로 분해되지 않는 물질을 발견했고 당시 미셰르는 이 물질을 '뉴크레인(nuclein)'이라고 이름 붙였고 이것이 오늘날 우리가 알고있는 DNA이다. 이것이 최초 DNA의 발견이었고 오늘날, 이 사건이 있었던 1869년을 유전학 연구의 이정표를 세운해로 기록하고 있지만 미셰르의 성과는 초기에 그다지 주목 받지 못했었다.

1950년, 앨프리드 허시와 체이스가 대장균에 감염하는 박테리오파지를 이용한 실험을 통해 DNA가 유전물질이라는 사실을 결정적으로 밝히게 되었고 파지는 DNA와 단백질로 이루어진 바이러스로 숙주인 대장균을 감염시켜서 새로운 파지들을 만들어낸다. 이러한 사실을 기초로 허시와 체이스는 2가지 종류의 파지를 준비했다, 한 종류는 방사선 동위원소로 파지의 단백질을 표지하고 다른 종류는 파지의 DNA를 표지했다. 이들 파지를 각각 대장균에 감염시킨 후 방사선 동위원소의 위치를 확인한 결과, 숙주의 체내로 들어가서 새로운 파지를 만드는 유전물질이 DNA임을 확인했다. DNA는 거의 모든 생물의 유전물질이지만, 레트로바이러스와 같은 바이러스들은 유전물질로 DNA 대신 RNA를 가지고 있다.

*RNA(ribo nucleic acid)
source: http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=933244&cid=43667&categoryId=43667

핵산의 일종으로, 유전자 본체 DNA(디옥시리보 핵산)이 가지고 있는 유전정보에
따라 필요한 단백질을 합성할 때 직접적으로 작용하는 고분자 화합물이다.
리보오스, 염기, 인산의 세 가지 성분으로 되어있으며 DNA의 염기인 티민(T)대신
우라실(U)을 가진다. RNA는 DNA로부터 만들어지고 DNA는 핵 속에서
transcription factor의 작용에 의해 RNA를 생성한다. RNA는 DNA의 정보를
직접저긍로 받는 mRNA, mRNA로부터 폴리펩타이드(단백질)을 합성하는 데 작용
하는 tRNA, 단백질 합성에 작용하는 리보솜의 작용에 관여하는 rRNA로 구분한다.
DNA는 RNA와 사슬 구조에서 차이가 나는데, DNA의 염기는 A, G, C, T이며
RNA의 염기는 A, G, C, U이다. 그리고 DNA는 이중나선인 반면, RNA는 단일사슬이다.


*리보솜
source: 두산 백과

RNA와 단백질로 이루어진 복합체로서 세포질 속에서 단백질을 합성하는 역할
리보솜에서 단백질이 합성되면 단백질이 효소로 작용해 세포 내의 특수한 화학반응
을 진행시키고 여러 가지 화학 반응 결과 유전 형질이 나타나게 된다.



DNA의 분자구조는 1953년 미국의 제임스 왓슨과 영국의 프랜시스 크릭에 의해 해명되었다. 이 구조는 2중나선(二重螺旋:double helix)구조로, 뉴클레오티드 (뉴클레오티드?)의 기다란 사슬 두 가닥이 새끼줄처럼 꼬여있는 형태이다. 마치 사다리를 비틀어서 꼬아놓은 것과 같은 것이라고도 할 수 있다.

오른쪽- 제임스 왓슨
왼쪽- 프랜시스 크릭

1953년 4월에 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)은 DNA가 이중나선 구조임을 '네이처'에 발표했고 이로부터 9년 후 생물학계의 가장 중요한 수수께끼를 푼 공로를 인정받아, DNA의 구조를 밝히는데 기여한 또 다른 과학자 모리스 윌킨스와 함께 노벨 생리의학상을 수상하였다.

당시 저명한 과학자 라이너스 폴링과 왓슨과 크릭이 경쟁관계에 있었는데, 폴링은 물질과 결정들의 화학결합 및 구조연구에 대한 공로를 인정받아 1954년 화학분야에서 노벨상을 받았다. 그는 DNA구조가 삼중나선이라고 가정하고 인산의 뼈대가 안쪽, 염기가 바깥쪽에 있는 모델을 제시했으나 설명할 수 없었던 부분들이 많았다.

당시 네이처에 실린 이중나선구조에 대한 논문

로잘린드 프랭클린의 실험 데이터(X선 사진)가 DNA의 구조를 밝히는 과정에서 매우 중요한 단서를 제공했기 때문에 많은 사람들이 로잘린드 프랭클린도 함께 노벨상을 받았어야 한다고 안타까워하지만 1958년 그녀의 실험으로 방사능에 노출된 탓에 백혈병으로 죽어, 살아있는 사람에게만 상을 주는 노벨상의 관례에 따라 제외되었다. 훗날 왓슨은 'Scientific American'에 실린 인터뷰에서 윌킨스와 프랭클린은 노벨 화학상을, 자신과 크릭은 노벨 생리의학상을 받았더라면 좋았을 것이라고 말하기도 하였다.

A,G,C,T 는 아데닌(Adenine), 구아닌(Guanine), 사이토신(Cytosine), 타이민
(Thymine)의 4종의 염기를 표시, S는 디옥시리보오스(C5H10O4), P는 인산(H3PO4)을 나타낸다. 사다리의 두 다리는 디옥시리보오스와 인산의 연결에 해당하고 사다리의 발판은
두다리에서 직각으로 뻗어나와 서로 마주보고 있는 염기에 해당한다고 할 수 있다.

A, G, C, T의 4가지 염기는 반드시 3개가 자유롭게 만나 암호문을 만드는데, 따라서
AGC, AGT등 총 64가지의 암호문을 만들 수 있다. 이와 같이 3개의 염기로 된 DNA
의 트리플렛 코드(triplet code, 3염기설)는 독특한 아미노산을 지정하게 되므로
DNA 가닥의 염기 배열 순서에 따라 만들어지는 단백질의 종류가 달라진다. 그래서 DNA
가닥의 염기 배열 순서가 바로 유전 정보가 된다.

위의 구조에서 A는 T, G는 C와 서로 짝을 이루고 있는데 그들 사이의 점선은 이 두 염기 사이에 형성된 약한 결합인 수소결합( 수소결합 )을 의미한다. A와 T는 두 곳에서 수소결합이 형성되어 있고, G와 C 사이에는 세곳에서 형성되어 있다. 이 수소결합으로 2개의 서로 마주보는 염기가 붙들려 있어 사다리의 두 다리 또는 새끼의 두 가닥이 서로 붙어 있는 형상을 하게 된다. 염기와 염기와의 결합은 비교적 약한 수소 결합이어서 이중 나선은 단일 나선으로 풀릴 수 있으며 이를 위해서는 헬리카제(helicase, DNA에서 수소 결합을 전단해
나선 구조를 풀게 해주는 효소의 일종)나 그 밖의 여러 조건이 필요하다. 그러다 외부의
힘이 사라지면 다시 염기가 결합해 이중나선 구조를 이룬다.

DNA의 2중 나선 구조에서는 A는 반드시 T, G는 반드시 C와 마주보고있는데
그 이유는 4종 염기의 화학구조 때문이다. 그리고 이렇게 짝지었을 때 비로소
두 가닥이 일정한 간격을 가지고 2중나선 구조를 유지할 수 있다.

DNA를 뉴클레오티드로 완전히 분해한 다음 4종의 염기의 함량비를 측정해보면
A의 함량은 T와 같고 G의 함량은 C와 같다.(어윈 샤가프의 '염기동량설'- 염기쌍의
원리를 밝히는데 결정적인 단서를 제공했다.)
그리고 이 A와 T, G와 C의 짝은 DNA가 유전자로서의 기능을 나타내는 데 매우 중요한 의미가 있다. 또한 DNA의 2중나선 구조에서 나선의 한 바퀴 수직길이는 3.4nm이고 뉴클레오티드
10개가 나선 한 바퀴를 형성한다. 나선의 지름은 2nm이다.


추가자료:
DNA 이중나선 구조 EBS 동영상 <공감의 시대, 왜 다윈인가> 1강 귀뚜라미의 소통과 비빔밥의 창발성
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2449380&cid=51642&categoryId=51643

EBS 특별기획 통찰(洞察) - <이기적 유전자, 이타적 인간을 말하다>https://www.youtube.com/watch?v=4QyWZxm1bOg

출처:
두산백과, 네이버 백과사전, 네이버 캐스트

아스피린

전 세계에서 가장 많이 팔린 약은 무엇일까?

 열이 나면 해열제를 먹고 아프거나 염증이 생기면 진통제나 항염제를 먹어야한다. 이 때 가장 먼저 떠오르는 약은 아스피린이다. 아스피린은 펠릭스 호프만이 1897년 개발한 해열, 진통, 항염에 작용하는 가정상비약이자 심혈관 질환 예방 의약품이다. 우리가 쉽게 접할 수 있는 의약품에도 산이나 염기가 들어 있는데 아스피린의 주성분은 아세틸살리실산이라는 산성물질이다. 그러나 우리는 아스피린을 의사의 처방 없이도 약국에서 사 먹을 수 있다.

 아스피린의 역사는 꽤 깊다. 수천 년 전에 서양 의학의 선구자인 그리스의 히포크라테스는 버드나무 껍질이 해열 작용을 하는 것을 발견하였다. 그 후, 19세기에 이탈리아의 화학자가 그 성분이 살리실산임을 밝혔다. 이후 1978년 아스피린의 아세틸살리실산 성분이 혈소판의 응집을 차단한다는 사실이 밝혀졌고, 1899년에는 독일의 한 제약 회사에서 살리실산의 부작용을 없앤 현재의 아스피린을 처음 판매하였다.

 아스피린은 지난 100년간 전 세계에서 가장 많이 팔린 약이다. 좋은 약은 효과가 뛰어나고 부작용이 적으며, 복용 방법이 간편하고 가격이 저렴해야 한다. 아스피린은 이러한 조건을 잘 충족시키는 대표적인 약이다. 아스피린은 진통, 해열 작용뿐만 아니라 심장병 치료나 치매 예방 효과도 있는 것으로 알려져 있다.

디즈니식 주기율표: 올라프가 산소?

 디즈니에서 1년 전인 2015년에 자사의 애니메이션과 그 캐릭터의 이름을 이용해 재미있는 주기율표를 만들었는데, 혹시 아시나요?

출처: https://ohmy.disney.com/movies/2015/03/23/the-periodic-table-of-disney-will-make-you-love-science/

위 주기율표를 보시면 원자번호 1번 수소(H)는 애니메이션 '빅 히어로'의 주인공 '히로(Hiro)'로 써져 있고, 탄소(C)는 신데렐라(Cinderella), 산소(O)는 겨울왕국의 올라프(Olaf)가 되었네요. 그 외에도 디즈니 초창기 캐릭터부터 가장 최근의 '굿 다이노(2015)'까지 여러 캐릭터들이 원소 이름 대신 들어가 있어 자신이 알고 있거나 좋아하는 캐릭터들을 찾아 보는 것도 재미있을 것 같습니다ㅎㅎ

(어떤 기사에서는 이과생과 디즈니 덕후 모두 관심을 가질 만한 주기율표라고 말하던데, 이과생 더하기 디즈니 덕후인 저는 이제야 알았...)

*위 그림 출처는 디즈니 공식 사이트로 링크를 통해 들어가보면 디즈니에서 올린 다른 글도 볼 수 있습니다.

Woman in science: 우리나라 여성 수/과학 연구자들의 현실

아래는 학교 수행평가 자료로 사용한 인포그래픽입니다. (제가 직접 Piktochart(인포그래픽 제작 사이트)에서 편집했습니다)
우리나라는 물론이고 전 세계적으로 여성 과학자 실태가 그렇게 긍정적이지 못하네요...
 앞으로는 좀 더 상황이 개선되어 '여성'이라서 주어지는 어려운 연구환경 때문에 좋은 재능을 가지고도 중도에 일을 포기하는 여성 연구자들이 없어졌으면 좋겠습니다.

*픽토그램 출처-the noun project