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김태완

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[우주생명과학 시리즈 18] 이웃집 한스가 화성(Mars)으로 비행한다면 어떤 일이?

아폴로 11호가 Saturn V 로켓에 실려 플로리다 케네디 우주센터를 출발한 시기는 1969년 7월 16일입니다. 나흘 뒤인 7월 20일, 닐 암스트롱과 버즈 올드린은 차례로 달 착륙선에서 내려와 월면에 발을 내디뎠습니다. 인류 역사 상 외계 천체에 첫 발을 디딘 대사건이었습니다. 그후 아폴로 프로그램은 계속 이어졌고, 1972년 12월 7일 - 19일간 17호 비행을 끝으로 달 탐사 계획은 마감하게 됩니다.[1] 아폴로의 달 탐사 여정은 약 45년 뒤인 2017년 아르테미스 프로그램(Artemis Program)으로 돌아왔습니다.[2,3] 아르테미스는 그리스 신화에서 아폴로의 쌍둥이 누나이자 달의 여신으로 나옵니다. 이 계획에는 NASA를 비롯해 ESA, JAXA 등의 우주 기구들이 참여하고 우리나라도 2021년 5월부터 10번째 참여국으로 합류했으며, SpaceX, 블루오리진과 같은 민간기업들도 참여하고 있습니다. 이 사업의 핵심 중 하나는 2026년까지 우주인 장기 체류...
우주/생명
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[우주생명과학 시리즈 17] 장기간 우주 체류를 가능하게 할 인공중력 기술

미래 우주 시대를 활짝 열려면 무부하 상태에서 발생하는 뼈소실과 근위축을 비롯한 의과학적 문제들을 선결해야 합니다. 무엇보다 화성 탐사와 같은 장거리/장기간의 왕복 임무를 완수하려면 신체에 나타날 근본 문제들을 반드시 해결해야 할 것입니다. 이에 NASA와 ESA를 비롯한 각국 우주 기구들은 운동 체계 및 다양한 약제 활용에 거의 모든 역량을 기울이고 있습니다. 그러나 앞선 연재에서 보았듯, 지구 환경을 떠난 상태에서는 운동+약리적 요법이 신체기능 유지에 충분치 못하다는 결과들을 밝히고 있습니다. 따라서 장기간 우주 체류를 위한 근본 대안으로 인공중력(artificial gravity) 기술을 개발하려는 계획이 국제적 협력 하에 적극 모색되고 있는 상황입니다 (그림 1,2).[1-4] 마이크로중력 환경에서 인공중력을 제공해 줄 수 있다면 우주인의 신체 여건(신경-근-골격, 심혈관 기능 등)을 목적지의 중력에 맞춰 대비하도록 하중 부하(weight loading) 세기를 조정할 ...
우주/생명
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[우주생명과학 시리즈 15] 우주 여행 중의 불청객: 골격근 위축의 분자 기전

지난 연재에서는 우주/무부하 상태에서 발생하는 근위축과 근력 감소의 실체를 액틴-미오신필라멘트의 구조 변형 관점에서 살펴보았습니다. 전자현미경 사진 분석을 통해 액틴필라멘트의 손상과 분해가 미오신필라멘트보다 상대적으로 심각하고 이것이 활주운동을 저해하여 근력을 감소시키는 것으로 해석되었습니다.  이번 글에서는 무부하-고부하와 같은 외부 상황 변화가 근세포에 물리적 신호로 작용하여 근위축-근비대를 일으키는 분자 기전에 대해 살펴보겠습니다. 이 내용도 대단히 복잡하므로 가급적 핵심 부분만 요약하고자 하며, 보다 자세한 정보는 전문 서적과 연구 논문들을 참고하기를 권합니다.[1-7] 본 연재물이 우주-의생명과학에 초점을 두고 있으므로, 여기서는 우주 여행 중 피할 수 없는 근위축을 중점으로 다루되, 운동과 같은 고부하 상황에서 근위축을 억제하는 방안과 비교하며 설명해 보겠습니다. 근질량은 근단백질 합성과 분해의 조절 기능으로 결정됩니다. 무부하 상태에서는 잉여 단백질들이 있게 되고 ...
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[우주생명과학 시리즈 14] 우주 여행 중의 불청객: 골격근 위축-2

이번 글에서는 지난 연재에 이어 우주 여행에서 만나게 되는 골격근 위축(muscle atrophy)의 발생 기전과 근력에 미치는 영향에 대해 실험 자료들을 근거로 소개해 보고자 합니다.[1] 근위축 연구가 필자의 전문 분야이기도 하여 본 글에 소개할 자료들은 본인의 과거 연구 결과들을 위주로 정리해 보겠습니다. 본 연재물의 시리즈 10에서 소개한 것처럼, 동물을 대상으로 지상에서 수행하는 근위축 연구에는 하지현수 모델이 주로 사용됩니다. 그림 1A 사진에서 보듯, 흰쥐(Sprague Dawley rat)의 꼬리를 위로 잡아 올린 채 3주간(U3w) 유지하며, 동일 기간 동안 대조군(C3w)도 함께 준비하게 됩니다. 무부하 3주를 보낸 개체들 중 상당 수는 꼬리를 풀어주어 재부하 1시간(R1h), 5시간(R5h), 1일(R1d), 2주일(R2w) 실험을 이어갑니다. 총 7개 그룹에 대해 체질량(body mass, Mb) 대비 가자미근(soleus muscle) 질량(muscle ...
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[우주생명과학 시리즈 9] 중력변화 대응 연구를 위한 지상모델-1: 드러눕거나 떠다니거나!

우주탐사 시대를 성공적으로 열어 가려면 지구중력(1 G)에 적응해온 우리 신체를 중력 변화에 적절히 대응하도록 의과학적 대응책을 마련하는 것입니다.[1,2] 지구 궤도를 공전하거나 지구에서 멀어질 경우 우리 신체는 마이크로중력(무부하) 또는 저중력(저체중) 상황에 있게 됩니다. 목성이나 토성으로 접근한다면 고중력권에 진입하게 되겠지요(중력 개념에 대해서는 앞선 시리즈 5 ~ 8 참고하심). 중력이 변하면 에너지대사, 신경-근-골격계, 심혈관계 등이 새로운 환경에 맞춰 적응하게 됩니다.[2] 팔 드는 동작을 예로 들면, 지상(1 G)에서는 팔의 무게를 이겨낼 만큼 팔근육들이 근력을 발생할 것입니다. 하지만 무체중 또는 저체중 환경에서는 팔 무게가 거의 없거나 가벼워지기 때문에 그만큼 근육을 덜 쓸 것입니다. 이러한 여건 속에서 장기간 지내면 근육들은 당연히 약해질 것입니다. 향후 자세히 소개하겠지만, 현재의 우주기술력으로 화성 여행을 할 경우, 편도 비행에만 6 - 8개월이 소요...
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[우주생명과학 시리즈 6] 참 마이크로중력과 무체중 그리고 공중 부양

앞선 연재물 [시리즈 5]에서는 지구중력(1 G)을 기준으로 태양계 내 일부 천체들의 고중력(예, 목성)과 저중력(달, 화성) 상태를 살펴보았습니다. 그렇다면 마이크로중력(10^-6 G) 상황은 어디에서 만날 수 있을까요? 다음과 같이 두 경우로 나누어 정리해 보겠습니다. (1) 참 마이크로중력(true microgravity): 우리가 우주선을 타고 지구 반지름의 1,000배 만큼 먼 우주로 비행한다고 가정해 보겠습니다. 우주선이 지상에 있을 때 받는 중력은 1 G이지요. 앞서 보았듯, 중력은 물체간 거리의 제곱에 반비례하기 때문에[중력 = C(m1 x m2)/d^2], 우주선이 지구 반지름의 10^3배로 멀어지면 중력은 10^-6 G인 마이크로중력권에 들어간다고 하겠습니다. 지구 평균 반지름이 6,371 km이므로 지구에서 약 6,370,000 km까지 날아가면 참 마이크로중력권으로 들어가는 것이지요. 참고로, 지구에서 달까지의 평균 거리가 384,400 km이므로, 달까지...
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[우주생명과학 시리즈 2] 지구-외계의 경계 그리고 우주선의 받음각(angle of attack)

A. 카르만 라인: 맑은 밤하늘을 올려다 보노라면 무한한 허공 속에 무수한 별들을 보게 됩니다. 그럴 때면 우리는 어디까지가 지구이고 어디서부터 외계(outer space)라 하는지 궁금하게 됩니다. 이런 질문에 대해 1950-60년대 공학자들은 항공기의 고도 비행과 우주선(spaceship)의 궤도 비행을 구별하여 규정하고자 했으며, 항공 관련 기록을 관리하는 국제항공연맹(FAI)은 카르만 라인(Karman line)을 지구-외계의 경계로 채택하게 됩니다. 이 카르만 라인은 헝가리계 미국인 공학자 시오도어 폰 카르만(Theodore von Karman, 1881-1963)이 1957년에 제시한 평균 해발 고도 100 km를 지구 항공의 한계로 정의한데서 비롯되었습니다. 아래에 그 이론적 근거를 요약했습니다.[1]      우리가 비행체를 타고 계속 고도를 올라가면 공기는 점점 희박해지고 결국 공기밀도가 거의  0(zero)인 진공에 접근하게 됩니다. 이 상황에 이르면 날개로부...
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