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행성 과학자인 André Izidoro와 Baibhav Srivastava는 고급 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 목성의 빠른 초기 팽창이 어린 태양을 둘러싸고 있는 가스와 먼지 원반을 교란시키는 것을 발견했습니다. 행성의 강한 중력으로 인해 원반 전체에 잔물결이 발생하여 작은 입자가 태양으로 떨어지는 것을 방지하는 “우주 교통 체증”이 발생했습니다. 대신, 이 입자들은 촘촘한 띠로 축적되어 행성의 고체 전구체인 미행성체로 합쳐지게 됩니다.

2세대 소행성체와 콘드라이트의 기원

이번 연구의 주요 발견은 이러한 띠 내에서 형성되는 미행성체가 태양계의 원래 구성 요소가 아니라는 것입니다. 그들은 후기 세대의 일부였으며 태양계 초기 시대의 화학적, 연대적 단서를 모두 포함하는 돌질 운석 클래스인 많은 콘드라이트의 탄생과 일치하는 시기에 형성되었습니다.

라이스 대학의 지구, 환경 및 행성 과학 조교수인 Izidoro는 “콘드라이트는 태양계가 탄생했을 때의 타임캡슐과 같습니다.”라고 말했습니다. “그들은 수십억 년에 걸쳐 지구에 떨어졌고, 과학자들은 우주 기원에 대한 단서를 풀기 위해 이를 수집하고 연구했습니다. 미스터리는 항상 이렇습니다. 왜 이 운석 중 일부는 최초의 고체가 생성된 지 200만~300만 년 후에 그렇게 늦게 형성되었는가? 우리의 결과는 목성 자체가 이들의 지연된 탄생을 위한 조건을 만들었다는 것을 보여줍니다.”

콘드라이트는 과학적 연구에 사용할 수 있는 가장 손길이 닿지 않은 물질을 보존하기 때문에 특히 중요합니다. 행성을 건설하는 1세대 물체에서 나온 운석은 녹고 변형되어 원래 구조의 대부분을 잃었습니다. 대조적으로, 콘드라이트는 원시 태양계 먼지뿐만 아니라 콘드룰이라고 불리는 작은 용융 방울도 보유하고 있습니다. 그들의 예상외로 늦은 형성은 수십년 동안 연구자들에게 도전을 안겨주었습니다.

Srivastava는 “우리 모델은 이전에는 적합하지 않았던 두 가지 특징, 즉 두 가지 형태로 나타나는 운석의 동위원소 지문과 행성 형성의 역학을 연결합니다”라고 설명했습니다. “목성은 일찍 성장하여 가스 원반에 틈을 열었으며, 그 과정은 태양계 내부와 외부 물질 사이의 분리를 보호하여 뚜렷한 동위원소 특성을 보존했습니다. 또한 행성상이 훨씬 나중에 형성될 수 있는 새로운 영역을 만들었습니다.”

목성이 내부 태양계 형성을 어떻게 도왔는지

이 연구는 또한 또 다른 수수께끼에 대해 밝힙니다. 지구, 금성, 화성이 왜 다른 별 주위에서 관찰되는 많은 행성계에서 흔히 나타나는 결과인 나선형으로 안쪽으로 회전하는 대신 태양으로부터 1천문 단위 근처에서 공전하는 이유입니다. 가스의 내부 흐름을 차단함으로써 목성은 젊은 행성이 태양을 향해 이동하는 것을 막았습니다. 결과적으로 이 세계는 지구와 그 주변 행성이 결국 형성되는 지구 영역에 남아있었습니다.

Izidoro는 “목성은 단지 가장 큰 행성이 ​​된 것이 아니라 내부 태양계 전체의 구조를 설정했습니다”라고 말했습니다. “그것이 없었다면 우리는 우리가 알고 있는 지구를 가질 수 없었을 것입니다.”

연구팀의 결론은 칠레 북부의 ALMA(Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) 망원경을 통해 관찰된 젊은 별계의 원반에서 볼 수 있는 고리 및 간격 패턴과 일치합니다. 이러한 구조는 거대한 행성의 형성이 주변 환경을 어떻게 바꿀 수 있는지 보여줍니다.

Izidoro는 “이 어린 원반을 보면 거대한 행성이 탄생 환경을 형성하고 재형성하기 시작하는 것을 볼 수 있습니다”라고 말했습니다. “우리 태양계도 다르지 않았습니다. 목성의 초기 성장은 지구로 떨어진 운석 안에 갇혀 오늘날에도 읽을 수 있는 흔적을 남겼습니다.”

이 연구는 NSF(National Science Foundation), NSF가 자금을 지원하는 빅 데이터 프라이빗 클라우드 연구 사이버 인프라 및 Rice의 연구 컴퓨팅 센터의 지원을 받았습니다.

“기후 모델의 SAI 시뮬레이션이 정교하더라도 반드시 이상화될 것입니다. 연구자들은 완벽한 크기의 완벽한 입자를 모델링합니다. 그리고 시뮬레이션에서 그들은 정확히 원하는 만큼의 입자를 원하는 위치에 배치합니다. 그러나 우리가 실제로 어디에 있는지 고려하기 시작하면 이상적인 상황과 비교할 때 예측에 많은 불확실성이 드러납니다.”라고 Columbia 기후 학교 및 Columbia Engineering의 대기 화학자이자 에어로졸 과학자인 V. Faye McNeill은 말합니다.

“이렇게 하려고 하면 다양한 일이 일어날 수 있습니다. 그리고 우리는 가능한 결과의 범위가 지금까지 누구도 인식해 온 것보다 훨씬 더 넓다고 주장하고 있습니다.”

태양 지구공학의 한계 탐구

에 발표된 연구에서 과학 보고서McNeill과 그녀의 팀은 SAI를 이론보다 현실에서 훨씬 더 복잡하게 만드는 물리적, 정치적, 경제적 장벽을 조사했습니다. 그들은 기존 연구를 검토하여 SAI의 결과가 SAI의 배포 방법 및 위치에 대한 세부 사항에 따라 어떻게 달라지는지 이해했습니다. 주요 요인에는 입자 방출의 고도와 위도, 연중 시간, 대기에 주입된 물질의 총량이 포함됩니다.

이러한 변수 중에서 위도가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 보입니다. 예를 들어, 극 근처에 집중된 SAI 노력은 열대 몬순을 방해할 수 있는 반면, 적도 근처의 방출은 제트 기류를 변경하고 전 세계 공기 순환을 방해할 수 있습니다.

McNeill은 “5테라그램의 유황을 대기 중으로 배출하는 것만이 문제가 아닙니다. 언제 어디서 하는지가 중요합니다.”라고 말합니다. 이러한 변동성은 SAI가 발생하면 중앙 집중적이고 조정된 방식으로 수행되어야 함을 시사합니다. 그러나 지정학적 현실을 고려할 때 연구자들은 그럴 가능성이 낮다고 말합니다.

화산의 교훈

SAI를 연구하는 대부분의 기후 모델은 화산 폭발로 생성된 화합물과 유사한 황산염 에어로졸의 사용을 가정합니다. 예를 들어, 1991년 피나투보 산이 폭발했을 때 지구 온도는 몇 년 동안 거의 섭씨 1도나 떨어졌습니다. 이 사건은 SAI가 일시적으로 지구를 식힐 수 있다는 증거로 자주 인용됩니다.

그러나 화산 활동은 위험을 강조하기도 합니다. 피나투보의 폭발은 인도의 몬순 시스템을 혼란에 빠뜨리고 남아시아 전역의 강수량을 줄였으며 오존층 파괴에 기여했습니다. 산성비 및 토양 오염을 포함한 인공 황산염 방출로 인해 유사한 부작용이 발생할 수 있습니다. 이러한 우려로 인해 과학자들은 잠재적으로 더 안전한 다른 물질을 조사하게 되었습니다.

더 나은 재료 검색

제안된 대안에는 탄산칼슘, 알파 알루미나, 금홍석 및 아나타제 티타니아, 입방 지르코니아, 심지어 다이아몬드와 같은 광물이 포함됩니다. 이러한 물질이 햇빛을 얼마나 잘 산란시킬 수 있는지에 대해 많은 관심이 집중되었지만 가용성 및 실용성과 같은 다른 필수 질문은 덜 탐구되었습니다.

“과학자들은 실제적인 한계가 실제로 매년 대량의 에어로졸을 주입하는 능력을 제한할 수 있다는 점을 거의 고려하지 않은 채 에어로졸 후보물질의 사용에 대해 논의해 왔습니다.”라고 컬럼비아 대학의 에어로졸 과학자이자 새 논문의 주저자인 미란다 핵(Miranda Hack)은 말합니다. “제안된 자료 중 상당수는 특별히 풍부하지 않습니다.”

예를 들어, 다이아몬드는 광학적으로 성능이 뛰어나지만 사용하기에는 너무 희소하고 비용이 많이 듭니다. 큐빅 지르코니아와 금홍석 티타니아는 이론적으로는 수요를 충족할 수 있지만 컬럼비아 팀의 경제 모델링에 따르면 수요가 증가하면 생산 비용이 급등할 것으로 예상됩니다. 탄산칼슘과 알파 알루미나만이 대규모로 실행 가능할 만큼 풍부하지만 둘 다 분산 중에 심각한 기술적 문제에 직면합니다.

작은 입자, 큰 문제

SAI가 작동하려면 입자가 1미크론 미만의 매우 작은 크기로 유지되어야 합니다. 그러나 광물 대안은 더 큰 집합체로 함께 뭉치는 경향이 있습니다. 이러한 더 큰 클러스터는 햇빛을 덜 효과적으로 분산시키고 대기에서 예측할 수 없게 행동합니다.

“이러한 완벽한 광학 특성을 갖는 대신 훨씬 더 나쁜 것이 있습니다. 황산염과 비교할 때 논의된 기후 이점의 유형을 반드시 볼 수는 없을 것입니다. “라고 Hack은 말합니다.

불확실성으로 가득 찬 전략

연구원들에 따르면, 배치 물류부터 재료 성능까지 SAI를 둘러싼 많은 알려지지 않은 요소로 인해 이전에 생각했던 것보다 기술이 더욱 불확실해졌습니다. 정책 입안자와 과학자들이 태양 지구공학의 미래를 논의할 때 이러한 과제를 분명히 인식해야 합니다.

Columbia Business School의 기후 경제학자이자 Climate School의 긴밀한 협력자인 Gernot Wagner는 “태양 지구공학을 살펴보면 위험 상쇄에 관한 것입니다.”라고 말합니다. SAI의 지저분한 현실을 고려할 때 “이러한 논문의 99%가 모델로 삼은 방식으로 발생하지는 않을 것”이라고 그는 말합니다.

이 연구에는 컬럼비아 전기화학 에너지 센터(Columbia Electrochemical Energy Center)의 공동 책임자인 Daniel Steingart도 공동 저자로 나와 있습니다. 팀은 SAI가 지구 온난화에 대한 매력적인 빠른 해결책처럼 보일 수 있지만 실제로 지구를 냉각시키는 길은 보이는 것보다 훨씬 더 위험하고 예측 불가능할 수 있다고 강조합니다.

최근까지 두 대의 양자 컴퓨터는 몇 킬로미터에 걸쳐 광섬유 케이블을 통해서만 연결할 수 있었습니다. 이러한 제한은 시카고 대학교 사우스 사이드 캠퍼스의 시스템이 윌리스 타워의 시스템과 통신할 수 없음을 의미합니다. 둘 다 같은 도시 내에 위치해 있음에도 마찬가지입니다. 현재 기술로는 거리가 너무 멀었습니다.

11월 6일에 발표된 새로운 연구 네이처커뮤니케이션즈 시카고 대학교 프리츠커 분자 공학 대학(UChicago PME) Asst. Tian Zhong 교수는 이 경계가 훨씬 더 멀리까지 확장될 수 있다고 제안합니다. 그의 팀의 작업은 양자 연결이 이론적으로 최대 2,000km(1,243마일)까지 확장될 수 있음을 나타냅니다.

이 방법을 사용하면 한때 윌리스 타워에 도달하는 데 어려움을 겪었던 시카고대 양자 컴퓨터가 대신 유타주 솔트레이크시티 외부에 있는 장치와 연결할 수 있었습니다.

최근 이 연구로 권위 있는 스터지상(Sturge Prize)을 수상한 Zhong은 “처음으로 글로벌 규모의 양자 인터넷을 구축하기 위한 기술이 손에 닿을 수 있게 되었습니다”라고 말했습니다.

양자 일관성이 중요한 이유

고성능 양자 네트워크를 만들기 위해 연구자들은 신호가 광섬유 케이블을 통해 이동할 때 원자를 얽히고 그 얽힘을 유지해야 합니다. 얽힌 원자의 일관성 시간이 길수록 연결된 양자 컴퓨터는 더 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.

새로운 연구에서 Zhong 팀은 개별 에르븀 원자의 일관성 시간을 0.1밀리초에서 10밀리초 이상으로 높이는 데 성공했습니다. 한 실험에서 그들은 24밀리초의 일관성을 달성했습니다. 이상적인 조건에서 이러한 개선은 UChicago PME와 콜롬비아 Ocaña 사이의 거리인 약 4,000km 떨어진 양자 컴퓨터 간의 통신을 가능하게 할 수 있습니다.

새로운 방식으로 동일한 재료 만들기

팀은 낯설거나 이국적인 소재로 전환하지 않았습니다. 대신, 그들은 재료가 어떻게 구성되었는지 재구상했습니다. 그들은 표준 Czochralski 방법 대신 분자선 에피택시(MBE)라는 방법을 사용하여 양자 얽힘에 필요한 희토류 도핑 결정을 생산했습니다.

“이 재료를 만드는 전통적인 방법은 본질적으로 용광로에 의한 것입니다”라고 Zhong은 Czochralski 접근 방식을 언급하면서 말했습니다. “재료를 적당한 비율로 넣고 다 녹이면 됩니다. 섭씨 2,000도 이상으로 올라가서 천천히 냉각되면서 재료 결정이 형성됩니다.”

그 후 연구자들은 냉각된 결정을 화학적으로 조각하여 사용 가능한 구성 요소로 만듭니다. Zhong은 이것을 최종 형태가 나올 때까지 대리석을 깎아내는 조각가에 비유합니다.

MBE는 매우 다른 아이디어를 사용합니다. 3D 프린팅과 유사하지만 원자 규모입니다. 이 공정은 극도로 얇은 층에 결정을 내려놓아 결국 장치에 필요한 정확한 구조를 형성합니다.

Zhong은 “우리는 아무것도 없이 시작한 다음 이 장치 원자를 원자 단위로 조립합니다”라고 말했습니다. “이 물질의 품질이나 순도가 너무 높아서 이러한 원자의 양자 일관성 특성이 탁월해집니다.”

MBE는 재료 과학의 다른 분야에서도 사용되었지만 이전에는 이러한 유형의 희토류 도핑 재료에 적용되지 않았습니다. 이 프로젝트를 위해 Zhong은 재료 합성 전문업체인 UChicago PME Asst와 협력했습니다. Shuolong Yang 교수는 MBE를 필요에 맞게 조정합니다.

연구에 참여하지 않은 광자 과학 연구소 교수 Hugues de Riedmatten 박사는 이번 결과를 중요한 진전이라고 설명했습니다. “이 논문에서 입증된 접근 방식은 매우 혁신적입니다.”라고 그는 말했습니다. “이것은 상향식의 잘 제어된 나노제조 접근 방식이 뛰어난 광학 및 스핀 일관성 특성을 갖춘 단일 희토류 이온 큐비트의 실현으로 이어질 수 있으며, 모두 섬유 호환 장치 아키텍처에서 통신 파장에서 방출되는 수명이 긴 스핀 광자 인터페이스로 이어질 수 있음을 보여줍니다. 이는 제어된 방식으로 많은 네트워크 가능 큐비트를 생산할 수 있는 흥미로운 확장 가능한 방법을 제공하는 중요한 발전입니다.”

실제 테스트 준비

프로젝트의 다음 단계는 향상된 일관성 시간이 실제로 이론적 모델 외부의 장거리 양자 통신을 지원할 수 있는지 여부를 결정하는 것입니다.

Zhong은 “실제로 시카고에서 뉴욕까지 광섬유를 배치하기 전에 우리 연구실에서 이를 테스트할 것”이라고 말했습니다.

팀은 1,000km의 코일형 섬유를 사용하여 Zhong의 실험실 내부에 있는 별도의 희석 냉장고(“냉장고”)에 보관된 두 개의 큐비트를 연결할 계획입니다. 이 단계는 더 큰 규모로 이동하기 전에 시스템이 예상대로 작동하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

“우리는 이제 내 연구실에서 세 번째 냉장고를 만들고 있습니다. 모두 합쳐지면 로컬 네트워크가 형성될 것입니다. 먼저 내 연구실에서 로컬로 실험을 수행하여 미래의 장거리 네트워크가 어떤 모습일지 시뮬레이션할 것입니다.”라고 Zhong은 말했습니다. “이것은 모두 진정한 양자 인터넷을 만들겠다는 원대한 목표의 일부이며, 우리는 이를 향한 또 하나의 이정표를 달성하고 있습니다.”

조정 가능한 줌 및 향상된 대비와 같은 디지털 기능의 도움으로 일부 참가자는 20/42 비전에 필적하는 시각적 선명도를 달성했습니다.

이번 연구 결과는 10월 20일자 학술지에 게재됐다. 뉴잉글랜드 의학저널.

기능적 시력 회복의 이정표

PRIMA라고 명명되고 Stanford Medicine에서 개발된 이 임플란트는 치료할 수 없는 시력 손실이 있는 개인에게 사용 가능한 시력을 회복시키는 최초의 인공 눈 장치입니다. 이 기술을 통해 환자는 모양 비전으로 알려진 비전 수준인 모양과 패턴을 인식할 수 있습니다.

“보철 장치를 사용하여 시력을 제공하려는 이전의 모든 시도는 실제로 시력을 형성하는 것이 아니라 기본적으로 감광성을 초래했습니다”라고 안과 교수이자 논문의 공동 저자인 Daniel Palanker 박사는 말했습니다. “우리는 형태 비전을 최초로 제공합니다.”

이번 연구는 피츠버그 의과대학 안과 교수인 José-Alain Sahel 박사와 수석 저자인 독일 본 대학의 Frank Holz 박사가 공동 주도했습니다.

PRIMA 시스템 작동 방식

이 시스템은 안경에 부착된 소형 카메라와 망막에 이식된 무선 칩이라는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 카메라는 시각적 정보를 캡처하고 이를 적외선을 통해 임플란트에 투사하여 전기 신호로 변환합니다. 이러한 신호는 일반적으로 빛을 감지하고 시각적 데이터를 뇌에 보내는 손상된 광수용체를 대체합니다.

PRIMA 프로젝트는 수많은 프로토타입, 동물 실험, 초기 인간 실험을 포함한 수십 년간의 과학적 노력을 나타냅니다.

Palanker는 20년 전 눈 질환을 치료하기 위해 안과 레이저를 사용하면서 이 아이디어를 처음 구상했습니다. “눈이 투명하고 빛으로 정보를 전달해야 한다는 사실을 활용해야 한다는 것을 깨달았습니다.”라고 그는 말했습니다.

“2005년에 우리가 상상했던 장치는 이제 환자들에게 매우 잘 작동합니다.”

손실된 광수용체 교체

최신 시험에 참여한 참가자들은 중심 시력이 점진적으로 파괴되는 지도형 위축으로 알려진 노화 관련 황반변성의 진행 단계를 갖고 있었습니다. 이 질환은 전 세계적으로 500만 명이 넘는 사람들에게 영향을 미치고 있으며 노인들 사이에서 회복 불가능한 실명의 주요 원인입니다.

황반 변성에서는 중심 망막의 빛에 민감한 광수용체 세포가 악화되어 주변 시야가 제한됩니다. 그러나 시각 정보를 처리하는 많은 망막 뉴런은 그대로 유지되며 PRIMA는 이러한 살아남은 구조를 활용합니다.

크기가 2mm x 2mm에 불과한 임플란트는 광수용체가 상실된 망막 부위에 배치됩니다. 가시광선에 반응하는 천연 광수용체와 달리 이 칩은 안경에서 방출되는 적외선을 감지합니다.

Palanker는 “우리는 임플란트 외부의 나머지 광수용체에 그것이 보이지 않는지 확인하기를 원하기 때문에 적외선으로 투사를 수행합니다”라고 말했습니다.

자연 시각과 인공 시각의 결합

이 디자인을 통해 환자는 자연적인 주변 시력과 새로운 보철 중심 시력을 동시에 사용할 수 있어 방향을 잡고 이동하는 능력이 향상됩니다.

Palanker는 “보철 시력과 주변 시력을 동시에 볼 수 있다는 사실은 시력을 최대한 통합하고 사용할 수 있기 때문에 중요합니다”라고 말했습니다.

임플란트는 빛에만 의존하여 전류를 생성하는 광전지이므로 무선으로 작동하며 망막 아래에 안전하게 배치할 수 있습니다. 이전 버전의 인공 눈 장치에는 외부 전원과 눈 외부로 확장되는 케이블이 필요했습니다.

다시 읽기

새로운 임상시험에는 연령 관련 황반변성으로 인해 지도형 위축이 있고 적어도 한쪽 눈의 시력이 20/320보다 나쁜 60세 이상의 환자 38명이 포함되었습니다.

한쪽 눈에 칩을 이식한 지 4~5주 후에 환자들은 안경을 사용하기 시작했습니다. 일부 환자는 즉시 패턴을 알아낼 수 있었지만 모든 환자의 시력은 수개월 간의 훈련을 통해 향상되었습니다.

Palanker는 “최고 성능에 도달하려면 수개월의 훈련이 필요할 수 있습니다. 이는 인공와우가 보철 청력을 마스터하는 데 필요한 것과 유사합니다”라고 말했습니다.

1년간의 실험을 마친 32명의 환자 중 27명은 읽을 수 있었고 26명은 시력 차트에서 최소 2개의 추가 선을 읽을 수 있는 능력으로 정의되는 시력의 임상적으로 의미 있는 개선을 보였습니다. 평균적으로 참가자의 시력은 5줄 향상되었습니다. 하나는 12줄로 개선되었습니다.

참가자들은 일상생활에서 책, 식품 라벨, 지하철 표지판을 읽는 데 보철물을 사용했습니다. 이 안경을 통해 대비와 밝기를 조정하고 최대 12배까지 확대할 수 있었습니다. 3분의 2는 기기에 대한 사용자 만족도가 중간에서 높음으로 보고되었습니다.

19명의 참가자는 고안압증(눈의 높은 압력), 말초 망막 열상, 망막하 출혈(망막 아래 혈액 수집) 등의 부작용을 경험했습니다. 생명을 위협하는 것은 없었으며 거의 ​​모든 것이 2개월 이내에 해결되었습니다.

미래 비전

현재 PRIMA 장치는 중간 음영 없이 흑백 비전만 제공하지만 Palanker는 곧 전체 범위의 회색조를 지원하는 소프트웨어를 개발하고 있습니다.

“환자들이 원하는 목록 중 1위는 독서이고, 2위는 바로 얼굴 인식입니다.”라고 그는 말했습니다. “그리고 얼굴 인식에는 회색조가 필요합니다.”

그는 또한 더 높은 해상도의 비전을 제공할 엔지니어링 칩을 담당하고 있습니다. 해상도는 칩의 픽셀 크기에 따라 제한됩니다. 현재 픽셀 너비는 100미크론이며 각 칩에는 378픽셀이 있습니다. 이미 쥐를 대상으로 테스트한 새 버전은 폭이 20미크론에 불과하며 각 칩에는 10,000픽셀의 픽셀이 있을 수 있습니다.

Palanker는 또한 광수용체 상실로 인한 다른 유형의 실명에 대해서도 장치를 테스트하려고 합니다.

“이것은 칩의 첫 번째 버전이며 해상도가 상대적으로 낮습니다”라고 그는 말했습니다. “더 작은 픽셀을 갖춘 차세대 칩은 더 나은 해상도를 가지며 더 매끄럽게 보이는 안경과 짝을 이룰 것입니다.”

20 마이크론 픽셀의 칩은 환자에게 20/80 시력을 제공할 수 있다고 Palanker는 말했습니다. “하지만 전자 줌을 사용하면 20/20에 가까워질 수 있습니다.”

독일 본대학교 연구진; 병원 Fondation A. de Rothschild, 프랑스; 무어필드 안과병원 및 유니버시티 칼리지 런던; 루트비히스하펜 대학 교육 병원; 로마 토르 베르가타 대학교; 뤼베크 대학교 슐레스비히-홀슈타인 의료 센터; L’Hôpital Universitaire de la Croix-Rousse 및 Université Claude Bernard Lyon 1; Azienda Ospedaliera San Giovanni Addolorata; Centre Monticelli Paradis 및 L’Université d’Aix-Marseille; Créteil 및 Henri Mondor 병원의 공동 병원; Knappschaft 병원 자르; 낭트대학교; 대학 안과병원 튀빙겐; 뮌스터 대학교 의료 센터; 보르도 대학 병원; Hôpital National des 15-20; 에라스무스 대학 의료 센터; 울름 대학교; 사이언스 코퍼레이션; 캘리포니아 대학교, 샌프란시스코; 워싱턴 대학교; 피츠버그 대학교 의과대학; 그리고 Sorbonne Université가 연구에 기여했습니다.

이번 연구는 사이언스 코퍼레이션(Science Corp.), 국립보건의료연구소(National Institute for Health and Care Research), 무어필드 안과병원 국립보건서비스재단 신탁(Moorfields Eye Hospital National Health Service Foundation Trust), 유니버시티 칼리지 런던 안과연구소(University College London Institute of Ophalmology)의 자금 지원을 받았습니다.

Penn State 대학의 Verne M. Willaman 천문학 교수이자 최근 논문의 공동 저자인 Suvrath Mahadevan은 “우리는 이러한 유형의 행성을 찾는 이유는 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회이기 때문입니다.”라고 말했습니다. 천문 저널. “외계 행성은 거주 가능 구역, 즉 ‘골디락스 존(Goldilocks Zone)’에 있습니다. 이는 대기가 적절하다면 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 항성으로부터 적절한 거리에 있습니다.”

20년 간의 관찰을 통해 획기적인 발전이 이루어졌습니다.

수년 동안 액체 상태의 물을 수용할 수 있는 행성을 찾는 천문학자들은 별빛의 극히 희미한 변화를 감지할 수 있는 더욱 발전된 망원경과 모델링 도구를 개발해 왔습니다. Mahadevan에 따르면, 이 새로운 결과는 20년 이상의 관찰에서 비롯되었으며 잠재적으로 거주 가능한 세계를 조사할 수 있는 가장 강력한 기회 중 하나를 나타냅니다.

외계 행성은 별빛을 구성 요소로 분리하는 정교한 프리즘 역할을 하는 고정밀 근적외선 분광기인 거주 가능 구역 행성 찾기(HPF)의 데이터를 사용하여 식별되었습니다. HPF는 텍사스 맥도널드 천문대에 있는 하비-에벌리 망원경에 설치되어 있으며, 펜실베이니아 주립대 연구진은 근처 별을 공전하는 지구와 같은 행성에 대한 검색을 지원하기 위해 HPF의 설계와 건설을 주도했습니다.

Mahadevan은 “우리는 그것을 거주 가능 구역 행성 찾기(Habitable Zone Planet Finder)라고 부릅니다. 왜냐하면 우리는 표면에 액체 물이 존재할 수 있는 별로부터 적절한 거리에 있는 세계를 찾고 있기 때문입니다. 이것이 이번 조사의 핵심 목표였습니다”라고 Mahadevan은 말했습니다. “이 발견은 향후 5~10년 안에 다른 곳의 대기에 있는 생명체의 특징을 찾는 데 있어 가장 좋은 후보 중 하나를 나타냅니다.”

미묘한 별의 흔들림 감지

Mahadevan과 그의 팀은 20년 동안 전 세계에서 수집된 대규모 측정 세트를 연구했습니다. 그들의 분석은 궤도를 도는 행성의 중력에 의해 발생하는 호스트 별 GJ 251의 작지만 측정 가능한 “흔들림”에 초점을 맞췄습니다. 이러한 움직임은 별빛의 약간의 도플러 이동으로 나타납니다.

그들은 먼저 이전에 알려진 내부 행성인 GJ 251 b에 대한 측정을 개선했습니다. GJ 251 b는 14일마다 궤도를 완료합니다. 연구진은 장기간의 관측과 새로운 고정밀 HPF 데이터를 결합하여 54일마다 반복되는 더 강력한 신호를 감지하여 더 거대한 두 번째 행성의 존재를 지적했습니다. Penn State 연구원이 제작하고 애리조나의 Kitt Peak National Observatory에서 작동하는 또 다른 장비인 NEID 분광계에서 추가 확인이 이루어졌습니다.

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스에서 천체 물리학 박사 학위를 취득하면서 연구를 수행한 논문의 교신 저자인 Corey Beard는 “우리는 이 시스템을 통해 기술과 분석 방법의 최첨단에 있습니다.”라고 말했습니다. “이 후보를 직접 촬영하려면 차세대 망원경이 필요하지만, 우리에게 필요한 것은 지역 사회 투자입니다.”

항성 활동을 극복하여 행성 신호를 밝히다

외계 행성 탐지의 주요 어려움 중 하나는 행성의 신호를 별 자체의 자기 활동에서 분리하는 것입니다. Mahadevan은 이를 항성 날씨의 한 형태에 비유했습니다. 별점과 기타 표면 특징은 궤도를 도는 행성에 의해 생성되는 주기적인 변화를 모방하여 행성이 존재하는 듯한 착각을 불러일으킬 수 있습니다. 두 가지를 구별하기 위해 팀은 다양한 색상의 빛에서 신호가 어떻게 작동하는지 조사하는 고급 모델링 기술을 사용했습니다.

Mahadevan은 “이것은 별의 활동을 억제하고 미묘한 신호를 측정하고 본질적으로 거품이 이는 별 표면의 자기권 가마솥에서 약간의 신호를 알아내는 측면에서 어려운 게임입니다.”라고 Mahadevan은 말했습니다.

그는 GJ 251 c와 같은 행성을 탐지하는 것은 정교한 장비뿐만 아니라 복잡한 분석과 국제적인 팀워크에도 달려 있다고 지적했습니다. 의미 있는 발견이 나타나기까지 수십 년이 걸릴 수 있기 때문에 이러한 프로젝트에는 장기적인 자금 조달과 조정이 필요합니다.

협업 및 고급 도구로 발견 가능

펜실베니아 주립대학교 컴퓨터 및 데이터 과학 연구소(ICDS)의 연구 책임자이자 천문학 및 천체물리학 교수인 에릭 포드(Eric Ford)는 “이번 발견은 펜실베이니아 주립대학의 다학문적 연구의 힘을 보여주는 훌륭한 예입니다.”라고 말했습니다. “항성 활동 소음을 완화하려면 최첨단 장비와 망원경 접근뿐만 아니라 이 별과 장비 조합의 특정 요구에 맞게 데이터 과학 방법을 맞춤화해야 했습니다. 절묘한 데이터와 최첨단 통계 방법의 결합을 통해 우리 학제간 팀은 데이터를 미래 관측소에서 태양계 너머 생명체의 증거를 검색할 수 있는 길을 닦는 흥미로운 발견으로 변환할 수 있었습니다.”

현재 기술로는 GJ 251 c의 직접적인 이미지를 생성할 수 없지만 앞으로 나올 망원경은 행성의 대기를 조사하여 잠재적으로 생명체의 화학적 흔적을 밝힐 수 있을 것이라고 Mahadevan은 말했습니다.

차세대 망원경을 위한 준비

“우리는 항상 미래에 초점을 맞추고 있습니다.”라고 그는 말했습니다. “차세대 학생들이 최첨단 연구에 참여할 수 있도록 보장하거나 잠재적으로 거주 가능한 행성을 탐지하기 위한 새로운 기술을 설계 및 구축할 수 있는지 여부입니다.”

GJ 251 c는 미래의 첨단 망원경이 직접 연구할 수 있는 위치에 자리잡고 있다. Mahadevan과 그의 학생들은 이미 별의 거주 가능 구역 내에서 암석 행성을 이미징할 수 있는 장비를 탑재할 30미터급 지상 망원경 시대를 준비하고 있습니다.

마하데반은 “아직 GJ 251 c에 대기나 생명체가 존재하는지 확인할 수는 없지만 이 행성은 미래 탐사의 유망한 목표가 될 것”이라고 말했다. “우리는 흥미로운 발견을 했지만 이 행성에 대해 아직 배울 것이 훨씬 더 많습니다.”

미국 국립 과학 재단, NASA 및 Heising-Simons 재단은 이 연구의 Penn State 측면을 지원했습니다.

팀의 작업은 특히 장기간 변비를 앓고 있는 성인을 위한 최초의 포괄적이고 증거가 뒷받침된 식이요법 권장 사항을 나타냅니다. 연구에서는 또한 차전자피 섬유, 특정 프로바이오틱스, 산화 마그네슘과 같은 보충제가 추가적인 완화를 제공할 수 있음을 발견했습니다.

대조적으로, 일반적인 “고섬유질 다이어트” 및 센나 보충제(일종의 완하제)를 포함하여 변비 관리를 위해 종종 홍보되는 일부 인기 있는 방법은 효과에 대한 설득력 있는 과학적 뒷받침이 부족한 것으로 밝혀졌습니다.

강력한 증거와 전문가의 지지를 바탕으로

새로운 지침은 두 개의 주요 국제 저널에 게재되었습니다. 인간 영양 및 영양학 저널 그리고 신경위장병학 및 운동성영국 영양학 협회(BDA)의 승인을 받았습니다. 목표는 의료 전문가에게 명확하고 증거 기반의 도구를 제공하여 임상 환경에서 변비를 치료하는 방법을 변화시키는 것입니다. 또한 이 지침은 개인에게 식이요법과 수분 공급을 통해 자신의 상태를 보다 효과적으로 관리할 수 있는 능력을 제공합니다.

변비는 삶의 질에 심각한 영향을 미치고 의료 비용도 증가시킬 수 있는 만성 질환입니다. 이전의 임상 권장 사항은 일반적으로 식이섬유와 수분 섭취량을 늘리는 것에 의존해 왔지만, 현재 연구자들은 이러한 접근 방식이 지나치게 단순하고 시대에 뒤떨어질 수 있다고 말합니다.

새로운 지침 뒤에 숨은 과학

이전 지침과 달리 새로운 권장 사항은 광범위한 체계적 검토와 메타 분석을 기반으로 합니다. 증거 품질을 평가하기 위해 GRADE 프레임워크를 사용하여 영양사, 영양사, 위장병 전문의, 장 생리학자 및 일반의로 구성된 전문가 패널이 75개 이상의 임상 시험에서 얻은 데이터를 조사했습니다. 이들의 작업을 통해 59개의 권장 사항이 도출되었고 향후 연구를 위한 12개의 핵심 영역이 확인되었습니다.

King’s College London의 영양학 리더이자 주저자인 Eirini Dimidi 박사는 다음과 같이 설명했습니다. “만성 변비는 누군가의 일상생활에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 처음으로 우리는 어떤 식이요법 접근 방식이 실제로 도움이 될 수 있는지, 어떤 다이어트 조언에 근거가 부족한지에 대한 지침을 제공했습니다. 식이 변화를 통해 이 상태를 개선할 수 있으면 사람들은 자신의 증상을 더 많이 스스로 관리할 수 있고, 희망적으로는 삶의 질도 향상될 수 있습니다.”

맞춤형 영양 및 글로벌 적용

지침은 또한 배변 빈도 및 일관성, 긴장 및 삶의 질과 같은 측정 가능한 결과를 강조합니다. 이러한 실용적인 초점을 통해 의료 전문가는 개별 증상 패턴에 맞게 식이요법 조언을 맞춤화할 수 있습니다. 구현을 지원하기 위해 연구원들은 전 세계적으로 사용할 수 있는 임상의에게 친숙한 도구를 만들었습니다.

또한 이 검토에서는 여러 식품과 보충제가 효과적인 것으로 보이지만 대부분의 기존 연구의 질은 여전히 ​​낮은 것으로 나타났습니다. 많은 임상시험에서 포괄적인 식이 패턴 대신 단일 개입을 조사하여 변비 관리에 있어 보다 강력한 영양 연구의 필요성을 강조했습니다.

섬유와 미래 방향에 대한 재고

Dimidi 박사는 고섬유질 식단이 전반적인 건강에 유익한 것으로 홍보되는 경우가 많지만, 새로운 연구 결과는 변비 완화에 있어 특정 효과에 대한 증거가 제한적이라는 점을 지적했습니다. “고섬유질 식단을 섭취하는 것은 전반적인 건강에 많은 이점을 제공하며 변비에 대한 권장 사항이었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “그러나 우리의 지침에서는 변비에 실제로 효과가 있다는 증거가 충분하지 않다는 사실을 발견했습니다. 대신 우리의 연구는 환자에게 실제로 도움이 될 수 있는 몇 가지 새로운 식이 요법을 보여줍니다. 동시에 효과가 있는 것과 그렇지 않은 것에 대한 증거를 강화하기 위해 더 높은 수준의 임상시험이 시급히 필요합니다.”

수석 저자이자 King’s College London의 영양학 교수인 Kevin Whelan 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이 새로운 지침은 건강 전문가와 환자가 식이 요법을 통해 변비를 관리할 수 있도록 하는 유망한 단계입니다. 이는 이제 전 세계 변비로 고통받는 사람들이 이제 증상과 웰빙을 개선하기 위해 최선의 증거를 바탕으로 최신 조언을 받을 수 있다는 것을 의미합니다. 지속적인 연구를 통해 이 지침은 삶의 질을 지속적으로 개선할 수 있는 실질적인 잠재력을 가지고 있습니다.”

요크 대학의 연구자들은 빛이 암흑 물질을 만나면 미묘하게 색이 변할 수 있다고 제안하여 암흑 물질을 직접 감지할 수 있는 잠재적인 방법을 제시합니다. 이번 발견은 암흑물질과 빛이 측정 가능한 방식으로 상호작용하지 않는다는 오랜 믿음에 도전한다.

“보이지 않는” 힘에 대한 재고

지금까지 암흑물질은 은하계를 하나로 묶고 구조를 형성하는 중력 영향을 통해서만 알려졌습니다. 빛을 방출하거나 반사하지 않기 때문에 과학자들은 전통적으로 광학 수단을 통해 감지할 수 없다고 가정해 왔습니다.

그러나 새로운 연구에서는 이러한 견해가 불완전할 수 있음을 시사합니다. 요크 팀에 따르면, 우주를 여행하는 빛은 만나는 암흑물질의 종류에 따라 약간 붉은색이나 푸른색을 띠게 될 수 있습니다. 이러한 미묘한 변화를 감지하면 우주를 지배하는 보이지 않는 물질을 연구할 수 있는 새로운 창이 열릴 수 있습니다.

입자에 대한 “6개의 핸드셰이크 규칙”

이번 연구는 ‘6회의 악수 법칙’과 유사한 개념에 기초하고 있다. 이는 두 사람이 짧은 지인으로 연결되어 있다는 생각입니다. 과학자들은 아원자 입자들 사이에서도 비슷한 일이 일어날 수 있다고 제안합니다.

암흑물질이 빛과 직접 상호작용하지 않더라도 다른 입자를 통해 간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. WIMP(Weakly Interacting Massive Particles)라고 불리는 특정 암흑 물질 후보는 힉스 보손과 상부 쿼크와 같은 중간 입자 사슬을 통해 연결되어 빛에 영향을 줄 수 있습니다.

어둠 속의 색의 흔적

요크대학교 물리공학기술대학의 미하일 바쉬카노프(Mikhail Bashkanov) 박사는 다음과 같이 설명했습니다. “대부분의 연구자들이 암흑 물질이 어둡다는 데 동의하기 때문에 과학계에서 묻는 것은 상당히 특이한 질문입니다. 그러나 우리는 상상할 수 있는 가장 어두운 종류의 암흑 물질조차도 여전히 일종의 색상 특성을 가질 수 있다는 것을 보여주었습니다.

“이것은 매우 흥미로운 아이디어이며 더욱 흥미로운 점은 특정 조건에서 이 ‘색’이 실제로 감지될 수 있다는 것입니다. 올바른 종류의 차세대 망원경을 사용하면 이를 측정할 수 있습니다. 이는 천문학이 암흑 물질의 본질에 대해 완전히 새로운 것을 알려줌으로써 암흑 물질 검색을 훨씬 더 간단하게 만들 수 있다는 것을 의미합니다.”

암흑물질 탐지의 새로운 방향

이 연구는 과학자들이 특정 암흑 물질 모델을 제거하고 다른 모델을 개선할 수 있도록 향후 실험에서 이러한 간접적인 상호 작용을 테스트할 수 있는 방법을 설명합니다. 팀은 또한 이러한 발견을 미래 망원경 설계에 통합하는 것의 중요성을 강조합니다.

암흑물질은 물리학의 가장 큰 미스터리 중 하나로 남아 있으며 중력을 통해서만 그 모습을 드러냅니다. 이러한 결과를 확인하면 이를 탐지하는 완전히 새로운 접근 방식이 제공되고 우주가 어떻게 결합되어 있는지에 대한 이해가 깊어질 수 있습니다.

Bashkanov 박사는 “현재 과학자들은 다양한 실험을 구축하는 데 수십억 달러를 지출하고 있습니다. 일부는 WIMP를 찾고, 다른 일부는 액시온 또는 암흑 광자를 찾는 데 사용됩니다. 우리의 결과는 우리가 하늘에서 어디를 어떻게 바라보아야 하는지를 좁혀 잠재적으로 시간을 절약하고 이러한 노력에 집중하는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다.”

해당 연구는 저널에 게재되었습니다. 물리학 편지 B.

지구, 에너지 및 환경부의 박사 과정 후보자인 보리스(Voris)는 새로 식별된 이 티라노사우루스가 약 8,600만 년 전에 살았다고 설명합니다. 다른 대형 육식공룡이 멸종한 후 진화한 중형의 빠르게 움직이는 포식자였습니다.

티라노사우루스 진화에 대한 간략한 소개

보리스에 따르면, “이 새로운 종은 우리에게 티라노사우루스 진화의 상승 단계를 엿볼 수 있는 창을 제공합니다. 작은 포식자에서 최상위 포식자 형태로 전환하는 바로 그 순간.” 칸쿠울루 다음과 같은 영화를 통해 대중화된 거대한 티라노사우루스의 가장 가까운 알려진 조상으로 간주됩니다. 쥬라기 공원.

이름 칸쿠울루 몽골어에서 유래되었으며 “용의 왕자” 또는 “용의 왕자”로 번역됩니다. 그 이름은 티라노사우루스 가계도에서 “왕” 앞에 “왕자”로 서 있는 위치를 반영합니다. 티라노사우루스 렉스. 약 750kg(말 크기 정도)의 이 공룡은 거대한 후손에 비해 2~3배 작았지만 많은 특징을 공유했습니다.

신체적 특성과 사냥 스타일

칸쿠울루 머리에 작은 뿔 같은 구조가 있었는데, 이 특징은 나중에 다음과 같은 티라노사우루스 종에서 더욱 뚜렷해졌습니다. 알베르토사우루스 그리고 고르고사우루스짝짓기 표시 또는 협박에 사용되는 것으로 보입니다. 길고 얕은 두개골은 뼈를 부수는 물린 힘이 부족했음을 나타냅니다. T. 렉스. 대신 과학자들은 다음과 같이 설명합니다. 칸쿠울루 현대 코요테와 유사한 중포식자로서 사냥 속도와 민첩성에 의존합니다.

몽골의 화석이 새로운 이야기를 말하다

이 화석은 몽골 남동부의 바얀셔리 층(Bayanshiree Formation)에서 발굴되었으며, 1970년대 고생물학자 알탄게렐 페를레(Altanangerel Perle)에 의해 처음 연구되었습니다. 알렉트로사우루스 중국에서. 보리스는 2023년 몽골 고생물학 연구소에서 화석을 조사했을 때 화석과 구별되는 미묘하지만 중요한 차이점을 발견했습니다. 알렉트로사우루스.

대륙 간 티라노사우루스의 여행

Zelenitsky 박사는 다음과 같이 설명합니다. 칸쿠울루 또는 밀접하게 관련된 종이 약 8,500만 년 전에 아시아에서 북미로 이주했을 가능성이 높습니다. “우리의 연구는 대형 티라노사우루스가 이 이주 사건의 결과로 북미에서 처음 진화했다는 확실한 증거를 제공합니다”라고 그녀는 말합니다.

연구에 따르면 아시아와 북미 사이의 이러한 이동은 이전에 생각했던 것보다 더 드물고 제한적이었습니다. 칸쿠울루 티라노사우루스는 북미에서 다양화되기 전 아시아의 마지막 조상으로 알려져 있습니다.

“용왕자”에서 폭군왕까지

과학자들은 그렇다고 믿는다. 칸쿠울루또는 그 친척 중 한 명이 육교를 건너 북아메리카로 건너갔고, 그곳에서 강력한 정점 포식자 티라노사우루스로 진화했습니다. 화석 증거에 따르면 티라노사우루스는 수백만 년 동안 북미에서 번성한 후 아시아로 돌아왔습니다. 그곳에서 티라노사우루스의 계통은 두 갈래로 나뉘었습니다. 하나는 다음과 같은 거대한 포식자로 진화했습니다. T. 렉스다른 하나는 “피노키오 렉스”라는 별명을 가진 더 가늘고 긴 주둥이를 생산했습니다.

연구의 다음 단계

앞으로 팀은 티라노사우루스 진화 이야기의 남은 공백을 메우기 위해 이러한 정점 포식자의 더 일찍, 덜 이해된 조상을 연구할 계획입니다.

소화관에 살고 있는 미생물 집합을 장내 미생물군집이라고 합니다. 모든 사람이 하나를 가지고 있지만 일부 사람들의 미생물군집은 많은 양의 메탄을 생성하는 반면 다른 사람들은 거의 생성하지 않습니다.

섬유질에 숨겨진 미생물과 에너지

연구에 따르면 미생물군집이 더 많은 메탄을 생성하는 사람들은 고섬유질 식품에서 더 많은 에너지를 추출하는 경향이 있는 것으로 나타났습니다. 이는 동일한 식사가 결장에 도달하면 개인마다 다른 칼로리 수치를 제공할 수 있는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구자들은 섬유질이 많은 식품이 여전히 유익하다고 강조했습니다. 사람들은 일반적으로 메탄 수준에 관계없이 가공 식품이 많이 함유된 전형적인 서양식 식단에서 더 많은 칼로리를 흡수합니다. 그럼에도 불구하고 섬유질이 풍부한 식단의 칼로리 흡수는 사람의 내장에서 생성되는 메탄의 양에 따라 달라집니다.

이러한 발견은 장내 메탄이 개인화된 영양, 즉 각 사람의 소화 시스템의 고유한 미생물 활동에 맞춰 식단이 조정되는 미래의 핵심 요소가 될 수 있음을 시사합니다.

이번 연구의 주저자이자 미생물군집을 통한 건강을 위한 바이오디자인 센터(Biodesign Center for Health Through Microbiome)의 대학원 연구원인 블레이크 더크스(Blake Dirks)는 “이 차이는 다이어트 개입에 중요한 영향을 미칩니다. 이는 동일한 다이어트를 하는 사람들이 다르게 반응할 수 있다는 것을 보여줍니다. 그 중 일부는 장내 미생물군집의 구성 때문입니다”라고 말했습니다. Dirks는 ASU 생명과학부의 박사 과정 학생이기도 합니다.

메탄 제조자를 만나보세요

에 게시됨 ISME 저널이 연구는 주요 플레이어인 메탄 생성균으로 알려진 메탄 생성 미생물을 식별합니다. 이러한 미생물은 보다 효율적인 소화 및 더 높은 에너지 흡수와 관련이 있는 것으로 보입니다.

미생물군집의 주요 역할은 신체가 스스로 소화할 수 없는 음식을 분해하는 것입니다. 미생물은 섬유질을 단쇄지방산(SCFA)으로 발효시켜 귀중한 에너지원을 제공합니다. 이 과정에서 수소 가스가 방출됩니다. 수소가 너무 많으면 발효가 느려질 수 있지만 다른 미생물은 수소를 소비하여 이를 방지하여 소화 화학의 균형을 유지합니다.

메탄생성물질은 수소 소비자입니다. 수소를 섭취하면서 부산물로 메탄을 방출합니다. 그들은 인간의 장에서 이 가스를 생성하는 유일한 미생물입니다.

“인체 자체는 메탄을 생성하지 않고 미생물만이 생성합니다. 따라서 우리는 이것이 단쇄 지방산의 효율적인 미생물 생산을 나타내는 바이오마커가 될 수 있다고 제안했습니다”라고 연구 교신저자이자 미생물군집을 통한 건강을 위한 바이오디자인 센터 소장인 Rosy Krajmalnik-Brown은 말했습니다.

미생물이 신진대사를 형성하는 방법

ASU 연구진은 이들 미생물 간의 상호작용이 신진대사에 직접적인 영향을 미칠 수 있다는 사실을 발견했습니다. 더 많은 메탄을 생산한 참가자들은 단쇄 지방산 수치도 더 높았으며, 이는 장에서 더 많은 에너지가 생성되고 흡수된다는 것을 나타냅니다.

이러한 효과를 테스트하기 위해 각 참가자는 두 가지 다른 다이어트를 따랐습니다. 하나는 고도로 가공된 저섬유질 식품을 포함하는 반면, 다른 하나는 전체 식품과 섬유질을 강조했습니다. 두 식단 모두 동일한 비율의 탄수화물, 단백질, 지방을 함유했습니다.

이 연구는 전문 시설에 대한 접근을 제공하는 AdventHealth 중개 연구소(AdventHealth Translational Research Institute)와 협력하여 수행되었습니다. 각 참가자는 전체 방 열량계라고 불리는 밀폐된 호텔과 같은 방에서 6일을 보냈습니다. 이러한 환경을 통해 연구자들은 신진대사와 메탄 생산량을 정확하게 측정할 수 있었습니다.

단일 호흡 테스트에 의존하는 기존 방법과 달리 이 설정은 호흡 및 기타 배출물(에헴)을 통해 방출되는 메탄을 지속적으로 포착하여 미생물 활동에 대한 보다 정확한 보기를 제공합니다.

“이 연구는 임상 중개 과학자와 미생물 생태학자 사이의 협력의 중요성을 강조합니다. 전체 방 열량계를 통한 에너지 균형의 정확한 측정과 ASU의 미생물 생태학 전문 지식의 결합으로 핵심 혁신이 가능해졌습니다.”라고 연구소의 공동 저자이자 부연구원인 Karen D. Corbin은 말합니다.

에너지 및 미생물 활동 추적

혈액 및 대변 샘플에서 수집된 데이터는 참가자가 음식에서 흡수하는 에너지의 양과 장내 미생물이 얼마나 활동적인지 보여줍니다. 그런 다음 연구자들은 메탄 생산량이 높은 사람들과 수준이 낮은 사람들을 비교했습니다.

거의 모든 참가자가 가공식품 식단에 비해 고섬유질 식단을 섭취하는 동안 더 적은 칼로리를 흡수했습니다. 그러나 메탄 생산량이 많은 사람들은 시스템에 메탄이 ​​적은 사람들보다 섬유질이 풍부한 식품에서 더 많은 칼로리를 흡수했습니다.

맞춤형 건강을 향한 한 걸음

이번 발견은 향후 연구와 의료 응용을 위한 중요한 토대를 마련했습니다.

이 연구는 미래 연구와 의학 치료의 기반을 마련합니다.

“우리 연구에 참여한 사람들은 상대적으로 건강했습니다. 제가 살펴볼 가치가 있다고 생각하는 것 중 하나는 비만, 당뇨병 또는 기타 건강 상태가 있는 사람들과 같은 다른 인구 집단이 이러한 유형의 다이어트에 어떻게 반응하는지입니다.”라고 Dirks는 말합니다.

이 연구는 체중 감량을 유도하는 것을 목표로 하지 않았지만 일부 참가자는 고섬유질 식단을 따르는 동안 소량을 감량했습니다. 향후 연구에서는 메탄생성 물질이 체중 감량 노력이나 전문 영양 프로그램에 어떻게 영향을 미치는지 탐구할 수 있습니다.

Krajmalnik-Brown은 “미생물군집이 개인화되는 것이 얼마나 중요한지 알 수 있습니다.”라고 말합니다. “구체적으로, 우리가 이 실험을 위해 미생물군집을 강화하기 위해 매우 신중하게 설계한 식단은 각 사람에게 서로 다른 영향을 미쳤습니다. 부분적으로는 일부 사람들의 미생물군집이 다른 사람들보다 더 많은 메탄을 생성했기 때문입니다.”

ASU 연구팀의 다른 구성원으로는 Bruce Rittmann 교수와 대학원 연구원 Taylor Davis가 있습니다.

이 프로젝트는 국립 보건원 산하 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소의 자금 지원을 받았습니다.