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이번 연구 결과는 과학 보고서레스터, 셰필드, 에든버러 대학의 국립 지구 관측 센터의 과학자들이 이끄는 것입니다. 연구에 따르면 오랫동안 대기 중 이산화탄소를 배출하는 것으로 알려진 대륙 전역의 숲이 방향을 바꿔 현재 배출에 기여하고 있는 것으로 나타났습니다.

이러한 변화는 2010년 이후에 시작되었으며 숲을 보호하기 위한 보다 강력한 글로벌 노력이 점점 더 시급해지고 있음을 강조합니다. 지난주 브라질에서 열린 COP30 기후정상회의에서 산림보호가 핵심 화두였던 시기에 나온 것이기도 합니다.

위성 데이터를 통해 10년 간의 산림 손실이 드러났습니다

무엇이 바뀌었는지 이해하기 위해 연구자들은 고급 위성 관찰과 기계 학습을 사용하여 10년이 넘는 산림 데이터를 분석했습니다. 그들은 나무와 다른 식물에 얼마나 많은 탄소가 저장되어 있는지를 반영하는 지상 산림 바이오매스에 중점을 두었습니다.

결과는 분명한 전환점을 보여줍니다. 2007년에서 2010년 사이에 아프리카의 숲에서는 탄소가 증가했습니다. 그러나 그 후 광범위한 삼림 벌채와 열대 우림의 황폐화로 인해 시스템이 쇠퇴했습니다.

2010년부터 2017년까지 아프리카는 매년 약 1,060억 킬로그램의 산림 바이오매스를 잃었습니다. 이는 대략 1억 600만 대의 자동차 무게와 맞먹습니다. 가장 큰 손실은 열대 습윤 활엽수림, 특히 콩고민주공화국, 마다가스카르 및 서아프리카 일부 지역에서 발생했습니다. 일부 사바나 지역에서는 관목 성장으로 인해 증가가 있었지만 이러한 증가는 손실의 균형을 맞추기에는 너무 작았습니다.

지구 기후 정책에 대한 경각심을 불러일으키다

수석 저자이자 레스터 대학교 환경 미래 연구소 소장인 하이코 발츠터(Heiko Balzter) 교수는 이러한 글로벌 영향을 강조했습니다. 그는 “이것은 글로벌 기후 정책에 대한 중요한 경종입니다. 아프리카의 숲이 더 이상 탄소를 흡수하지 않는다면 이는 다른 지역과 세계 전체가 파리 협약의 2°C 목표를 유지하고 재앙적인 기후 변화를 피하기 위해 온실가스 배출을 훨씬 더 많이 줄여야 한다는 것을 의미합니다. 열대림 포에버 시설(Tropical Forests Forever Facility)을 위한 기후 재정은 전 세계 삼림 벌채를 영원히 종식시키기 위해 신속하게 확대되어야 합니다.”라고 말했습니다.

산림 탄소 변화의 고급 매핑

이 연구는 NASA의 GEDI 레이저 장비와 일본의 ALOS 레이더 위성의 데이터를 기계 학습 기술 및 수천 개의 지상 기반 산림 측정과 결합합니다. 이 접근 방식을 통해 연구자들은 아프리카 전역의 바이오매스 변화에 대한 가장 상세한 지도를 생성하고 10년 동안 지역 수준에서 삼림 벌채 패턴을 포착할 수 있었습니다.

이번 연구 결과는 COP30 의장단의 열대림 포에버 시설(Tropical Forests Forever Facility) 출범과 함께 발표되었습니다. 이 이니셔티브는 기후 금융을 지원하기 위해 수십억 파운드를 모으고 열대 우림을 보존하는 국가에 지불금을 제공하는 것을 목표로 합니다.

그러나 이번 연구는 산림 손실을 막기 위한 즉각적인 조치가 없다면 세계가 탄소를 저장하는 가장 중요한 자연 시스템 중 하나를 잃을 수 있다는 점을 분명히 밝혔습니다.

역산림 손실에 대한 솔루션

레스터 대학 환경 미래 연구소 산하 국립 지구 관측 센터의 공동 저자인 Nezha Acil 박사는 추세를 바꾸는 데 도움이 될 수 있는 단계를 지적했습니다. 그녀는 “더 강력한 산림 거버넌스, 불법 벌목 단속, 2030년까지 1억 헥타르의 아프리카 경관을 복원하는 것을 목표로 하는 AFR100과 같은 대규모 복원 프로그램이 피해를 되돌리는 데 큰 변화를 가져올 수 있습니다.”라고 말했습니다.

기후 목표에 대한 글로벌 영향

NCEO와 Leicester 대학에서 많은 분석을 이끌었고 현재 Sylvera Ltd.에서 근무하고 있는 Pedro Rodríguez-Veiga 박사는 더 광범위한 영향을 강조했습니다. 그는 “이 연구는 Sylvera와 더 넓은 범위의 자발적 탄소 시장(VCM)에 중요한 위험 데이터를 제공하며 삼림 벌채가 단순히 지역적 문제가 아니라 전 세계 탄소 균형을 변화시키고 있음을 보여줍니다. 아프리카의 산림이 지속적인 탄소원으로 변하면 전 세계 기후 목표를 달성하기가 훨씬 더 어려워질 것입니다. 정부, 민간 부문, NGO는 협력하여 산림을 보호하고 강화하는 이니셔티브에 자금을 지원하고 지원해야 합니다.”라고 말했습니다.

이 프로젝트는 영국 자연환경연구위원회(NERC), 유럽우주국(ESA) 및 유럽과 아프리카 전역의 파트너 기관 네트워크의 공공 자금 지원을 받았습니다.

양자 컴퓨터는 기존 기계의 범위를 훨씬 넘어서는 문제를 해결함으로써 신약 발견 및 암호화와 같은 분야를 변화시킬 것으로 예상됩니다. 그러나 결맞음(decoherence)이라는 주요 문제로 인해 진행이 제한되었습니다. 이는 양자 비트 또는 큐비트가 주변 환경과의 상호 작용으로 인해 정보를 잃을 때 발생합니다. 소량의 전자기 잡음이라도 계산에 필요한 깨지기 쉬운 양자 상태를 방해할 수 있습니다.

“양자 시스템은 매우 강력하지만 매우 취약합니다. 이를 유용하게 만드는 핵심은 주변 환경과의 상호 작용을 제어하는 ​​방법을 배우는 것입니다.”라고 Chalmers의 응용 양자 기술 분야 박사후 연구원인 Lei Du는 말합니다.

Lei Du는 이 새로운 유형의 양자 시스템을 개괄적으로 설명하는 연구의 주요 저자입니다. 디자인은 몇 가지 중요한 기능을 결합한 거대한 슈퍼원자를 중심으로 구축되었습니다. 이러한 시스템은 결맞음 현상을 줄이고 안정성을 유지하며 단일 단위로 함께 기능하는 여러 개의 상호 연결된 “원자”로 구성됩니다.

거대 슈퍼원자란 무엇인가

거대 슈퍼원자는 양자물리학에서 이전에 분리되었던 두 가지 개념, 즉 거대 원자와 슈퍼원자를 결합한 것입니다. 각각은 자체적으로 연구되었지만 단일 시스템으로 병합된 것은 이번이 처음입니다. 이러한 구조는 원자처럼 행동하지만 자연에서는 발견되지 않습니다. 대신 과학자들이 설계했습니다(아래 사실 상자 참조).

거대 원자와 그들의 “양자 에코”

거대 원자에 대한 아이디어는 10여 년 전 찰머스 연구진에 의해 처음 소개되었으며 현재 해당 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 거대 원자는 일반적으로 큐비트(양자 정보의 가장 작은 단위)로 설계됩니다. 일반 원자와는 달리 물리적으로 분리된 여러 지점에서 빛이나 음파에 연결됩니다. 이를 통해 동시에 여러 장소에서 환경과 상호 작용할 수 있어 양자 정보를 보존하는 데 도움이 됩니다.

“하나의 연결 지점을 떠나는 파동은 환경을 통해 이동하고 다른 지점의 원자에 다시 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 말하기를 마치기 전에 자신의 목소리의 메아리를 듣는 것과 비슷합니다. 이러한 자기 상호 작용은 매우 유익한 양자 효과로 이어지고, 결맞음 현상을 감소시키며, 시스템에 과거 상호 작용에 대한 기억의 형태를 제공합니다”라고 Chalmers의 응용 양자 물리학 부교수이자 이번 연구의 공동 저자인 Anton Frisk Kockum은 설명합니다.

거리에 따라 얽힘 확장

거대 원자는 양자 거동에 대한 이해를 향상시켰지만 얽힘에 있어서는 한계가 있었습니다. 얽힘을 통해 여러 큐비트가 단일 양자 상태를 공유하고 하나의 조정 시스템으로 작동할 수 있으며, 이는 강력한 양자 컴퓨터에 필수적입니다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 거대 원자와 슈퍼원자 개념을 결합했다. 슈퍼원자는 동일한 양자 상태를 공유하고 집합적으로 하나의 더 큰 원자처럼 행동하는 여러 개의 자연 원자로 구성됩니다.

이러한 조합을 통해 양자 통신, 네트워크 및 고감도 측정 시스템에 필요한 복잡한 양자 상태를 보다 쉽게 ​​생성할 수 있을 것으로 기대됩니다.

“거대 슈퍼원자는 빛과 물질 사이의 비국소적인 상호 작용을 나타내는 여러 개의 거대한 원자가 단일 개체로 함께 작동하는 것으로 상상할 수 있습니다. 이를 통해 점점 더 복잡해지는 주변 회로가 필요 없이 여러 큐비트의 양자 정보를 하나의 장치 내에 저장하고 제어할 수 있습니다.”라고 Lei Du는 설명합니다.

이번 연구의 공동 저자이자 Chalmers 대학 응용양자물리학 교수인 Janine Splettstoesser는 “거대한 초원자는 완전히 새로운 능력의 문을 열어주어 강력하고 새로운 도구 상자를 제공합니다. 이를 통해 이전에는 극도로 어려웠거나 심지어 불가능했던 방식으로 양자 정보를 제어하고 얽힘을 생성할 수 있게 되었습니다”라고 말했습니다.

확장 가능하고 실용적인 양자 시스템을 향하여

이 작업은 확장 가능하고 신뢰할 수 있는 양자 시스템을 구축하기 위한 새로운 가능성을 창출합니다. 연구자들은 이론에서 벗어나 실제로 이러한 시스템을 구축하는 방향으로 나아갈 계획입니다. 이들 설계는 다른 양자 기술과 통합되어 다양한 유형의 양자 플랫폼을 연결하기 위한 구성 요소 역할을 할 수도 있습니다.

Anton Frisk Kockum은 “각각 고유한 장점이 있기 때문에 서로 다른 양자 시스템이 함께 작동하는 하이브리드 접근 방식에 현재 큰 관심이 있습니다”라고 말했습니다. “우리의 연구에 따르면 스마트 설계는 점점 복잡해지는 하드웨어의 필요성을 줄일 수 있으며 거대 슈퍼원자는 실질적으로 적용 가능한 양자 기술에 한 걸음 더 다가갈 수 있다는 것을 보여줍니다.”

양자 정보 흐름 제어

추가 정보: 양자 정보를 보호, 제어 및 배포하는 방법

이번 연구는 거대 슈퍼원자가 빛과 상호작용하는 방식이 내부 양자 상태에 달려 있음을 보여줍니다. 이 발견을 통해 연구자들은 양자 정보가 시스템을 통해 이동하는 방식을 더 효과적으로 제어할 수 있습니다. 그들은 유용한 결과를 얻기 위해 이러한 구조를 연결하는 두 가지 다른 방법을 설명합니다.

한 설정에서는 여러 개의 거대 슈퍼원자가 특정 배열로 밀접하게 연결되어 있습니다. 이를 통해 서로 결어어긋남 없이 양자 상태를 전달할 수 있으며, 이는 정보가 손실되지 않음을 의미합니다.

또 다른 설정에서는 원자가 더 멀리 떨어져 있지만 파동이 동기화된 상태를 유지하도록 세심하게 조정된 방식으로 연결됩니다. 이를 통해 양자 신호의 방향을 지정하고 장거리에 걸쳐 얽힘을 분산시킬 수 있습니다.

거대 원자와 초원자 이해

슈퍼원자와 거대 원자는 자연적으로 발생하는 시스템이 아닌 원자처럼 행동하도록 설계된 시스템입니다.

슈퍼원자는 단일 양자 상태를 공유하고 하나의 실체로서 빛에 반응하는 여러 개의 자연 원자로 구성된 양자 시스템입니다.

반면에 거대 원자는 공간의 여러 개별 지점에서 빛이나 음파에 연결됩니다. 그것은 상호 작용하는 빛의 파장보다 크기 때문에 “거성”이라고 불립니다.

거대 원자는 에너지 수준을 정의하고 양자 역학의 규칙을 따르지만 최대 밀리미터의 크기에 도달하여 육안으로 볼 수 있습니다. 전자기파나 음향파를 통해 동시에 여러 위치에서 주변 환경과 상호 작용할 수 있습니다. 이것을 묘사하는 한 가지 방법은 여러 먼 지점에서 파동에 연결된 단일 원자로 간주됩니다. 이러한 특이한 설정으로 인해 원자는 생성되는 파동의 영향을 받을 수 있습니다.

BRP라고 불리는 이 분자는 다르지만 관련된 생물학적 경로를 통해 작동하며 뇌의 특정 뉴런 그룹을 활성화합니다. 이는 식욕과 신진대사를 조절하는 보다 정확한 방법을 제공할 수 있음을 시사합니다.

“세마글루타이드가 표적으로 삼는 수용체는 뇌뿐만 아니라 장, 췌장 및 기타 조직에서도 발견됩니다”라고 병리학 조교수 Katrin Svensson 박사는 말했습니다. “이것이 오젬픽이 소화관을 통한 음식의 이동을 늦추고 혈당 수치를 낮추는 등 광범위한 효과를 갖는 이유입니다. 대조적으로, BRP는 식욕과 신진대사를 조절하는 시상하부에서 구체적으로 작용하는 것으로 보입니다.”

이번 연구의 수석 저자인 Svensson은 자연또한 가까운 장래에 인간 임상 시험을 시작할 계획인 회사를 공동 설립했습니다. 이 연구의 주요 저자는 선임 연구 과학자 Laetitia Coassolo 박사입니다.

인공지능이 어떻게 발견을 이끌었나

이 발견은 프로호르몬으로 알려진 대규모 분자 그룹을 분류하기 위해 인공 지능에 크게 의존했습니다. 이러한 분자는 처음에는 비활성이지만 펩타이드라고 불리는 더 작은 조각으로 절단될 수 있으며, 그 중 일부는 뇌와 신체의 신진대사와 같은 과정에 영향을 미치는 호르몬으로 기능합니다.

각 프로호르몬은 다양한 방식으로 분리될 수 있기 때문에 전통적인 실험실 방법을 사용하여 유용한 펩타이드 호르몬을 식별하는 것은 매우 어렵습니다. 연구자들은 정상적인 단백질 분해 중에 생성된 많은 비활성 조각과 이러한 희귀 신호 분자를 구별하는 데 종종 어려움을 겪습니다.

검색 범위를 좁히기 위해 연구팀은 특정 위치에서 단백질을 절단하고 비만과 관련이 있는 프로호르몬 전환효소 1/3이라는 효소에 중점을 두었습니다. 이 과정의 잘 알려진 산물 중 하나는 식욕과 혈당 조절에 도움이 되는 글루카곤 유사 펩타이드 1, 즉 GLP-1입니다. 세마글루티드는 GLP-1을 모방하여 작동합니다.

“펩타이드 예측기”로 수천 명의 후보 식별

연구자들은 전통적인 단백질 분석 방법에 의존하는 대신 Peptide Predictor라는 컴퓨터 도구를 개발했습니다. 이 알고리즘은 20,000개의 인간 단백질 코딩 유전자를 모두 스캔하여 프로호르몬이 펩타이드로 절단될 수 있는 위치를 식별했습니다.

그런 다음 팀은 호르몬의 주요 특징인 세포 외부에서 분비되고 여러 잠재적 절단 지점을 포함하는 단백질로 초점을 좁혔습니다. 이는 추가 테스트에 적합한 373개의 프로호르몬으로 목록을 줄였습니다.

Svensson은 “알고리즘은 우리 연구 결과의 절대적 핵심이었습니다.”라고 말했습니다.

이 단백질로부터 시스템은 2,683개의 가능한 펩타이드를 예측했습니다. 연구자들은 GLP-1을 포함하여 그 중 100개를 선택하여 실험실에서 배양한 뇌 세포에 어떤 영향을 미치는지 테스트했습니다.

강력한 효과를 지닌 작은 펩타이드

예상대로 GLP-1은 뉴런의 활동을 크게 증가시켰습니다. 그러나 단 12개의 아미노산으로 구성된 훨씬 더 작은 하나의 펩타이드는 훨씬 더 강한 반응을 보여 대조 세포에 비해 활동을 10배나 증가시켰습니다.

이 펩타이드는 모분자 BPM/레티노산 유도성 신경 특이적 2, 즉 BRINP2(BRINP2 관련 펩타이드)의 이름을 따서 BRP로 명명되었습니다.

동물 연구에서는 식욕 감소와 지방 감소를 보여줍니다

날씬한 쥐와 미니돼지(쥐보다 인간의 신진대사와 식습관을 더 밀접하게 반영)를 대상으로 테스트했을 때 BRP는 음식 섭취량을 크게 줄였습니다. 수유 전 한 번 주사하면 1시간 이내에 소비량이 최대 50%까지 감소했습니다.

비만 쥐에게 14일 동안 매일 주사를 했을 때 주로 지방으로 인해 평균 3g의 체중이 감소했습니다. 대조적으로, 치료받지 않은 쥐는 같은 기간 동안 약 3g의 체중이 증가했습니다. 치료를 받은 동물들은 또한 포도당과 인슐린 내성이 개선된 것으로 나타났습니다.

중요한 것은 동물의 움직임, 수분 섭취, 불안과 같은 행동 또는 소화에 변화가 나타나지 않았다는 것입니다. 추가 분석을 통해 BRP는 GLP-1이나 세마글루타이드와는 다른 뇌 및 대사 경로를 통해 작동한다는 것이 확인되었습니다.

체중 감량에 대한 보다 목표화된 접근 방식

연구자들은 현재 BRP와 상호작용하는 특정 수용체를 확인하고 BRP가 신체에서 어떻게 기능하는지 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 사람들에게 효과가 입증되면 더욱 편리하게 사용할 수 있도록 효과를 확장하는 방법도 모색하고 있습니다.

Svensson은 “인간의 비만을 치료할 효과적인 약물의 부족은 수십 년 동안 문제가 되어 왔습니다.”라고 말했습니다. “이전에 우리가 테스트한 어떤 것도 식욕과 체중을 감소시키는 세마글루타이드의 능력과 비교되지 않았습니다. 우리는 그것이 인간에게 안전하고 효과적인지 알아보고 싶어합니다.”

협업 및 자금 조달

이 연구에는 버클리 캘리포니아 대학교의 과학자들이 참여했습니다. 미네소타 대학교; 그리고 브리티시 컬럼비아 대학교. 자금은 국립 보건원(교부금 R01DK125260, P30DK116074, K99AR081618 및 GM113854)과 여러 스탠포드 프로그램, 미국 심장 협회, 칼스버그 재단 및 Wu Tsai Human Performance Alliance에서 나왔습니다.

Svensson과 Coassolo는 대사 장애를 위한 BRP 펩타이드 관련 특허의 발명자로 등재되어 있으며 Svensson은 Merrifield Therapeutics의 공동 창업자입니다.

이번 발견의 중심은 은하 J1007+3540이다. 과학자들은 은하 중심의 초대질량 블랙홀이 거의 1억년 동안 활동하지 않았다가 갑자기 강력한 제트를 다시 시작하는 것을 관찰했다.

익스트림 갤럭시 클러스터 환경과 제트기 충돌

라디오 관측에 따르면 은하계는 격동적인 투쟁에 휘말려 있습니다. 블랙홀에서 새로 활성화된 제트는 바깥쪽으로 밀려나고 있지만, 이를 둘러싸고 있는 거대한 은하단의 강렬한 압력에 의해 왜곡되고 압축됩니다.

연구 결과는 왕립천문학회 월간 공지 매우 민감한 무선 장비의 관찰을 기반으로 합니다. 여기에는 네덜란드의 저주파 배열(LOFAR)과 인도의 업그레이드된 거대 미터파 전파 망원경(uGMRT)이 포함됩니다.

반복되는 블랙홀 폭발의 증거

대부분의 은하에는 초거대 블랙홀이 포함되어 있지만 극히 일부만이 전파를 방출하는 거대한 자화 플라즈마 제트를 생성합니다. J1007+3540은 여러 주기의 활동을 명확하게 보여주어 중앙 블랙홀이 장기간에 걸쳐 켜졌다 꺼졌다는 것을 보여주기 때문에 눈에 띕니다.

이 이미지는 최근 활동을 알리는 밝고 조밀한 내부 제트를 보여줍니다. 그 주변에는 초기 폭발로 인해 남겨진 더 오래되고 희미해지는 플라즈마의 더 넓은 지역이 있습니다. 이 오래된 물질은 주변 성단의 가혹한 조건으로 인해 늘어나거나 압축된 것처럼 보입니다.

인도 미드나포어 시티 칼리지(Midnapore City College)의 쇼바 쿠마리(Shobha Kumari) 수석 연구원은 “이것은 마치 오랜 세월이 고요했다가 다시 폭발하는 우주 화산을 보는 것과 같습니다. 하지만 이 화산은 우주를 가로질러 거의 백만 광년에 달하는 구조를 조각할 수 있을 만큼 충분히 크다”고 말했습니다.

“오래되고 지친 돌출부 내부에 젊은 제트기가 극적으로 겹쳐지는 것은 간헐적인 AGN의 특징입니다. 은하계의 중심 엔진은 우주 시간 규모에 걸쳐 계속 켜지고 꺼집니다.”

과학자들은 드문 에피소드 AGN을 식별합니다

이 연구는 Kumari가 Midnapore City College의 Sabyasachi Pal 박사, 인도 Manipal 자연과학 센터의 Surajit Paul 박사, 폴란드 Jagiellonian University의 Marek Jamrozy 박사와 함께 수행했습니다.

Pal 박사는 “J1007+3540은 주위의 뜨거운 가스가 제트를 휘게 하고, 압축하고, 왜곡시키는 제트-클러스터 상호작용을 갖는 에피소드형 AGN의 가장 명확하고 가장 극적인 예 중 하나입니다.”라고 설명했습니다.

극도의 압력이 블랙홀 제트를 형성합니다

J1007+3540은 극도로 뜨거운 가스로 가득 찬 거대한 클러스터에 내장되어 있습니다. 이는 대부분의 전파 은하에서 일반적으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 외부 압력을 생성합니다. 제트가 바깥쪽으로 확장됨에 따라 밀도가 높은 환경과 상호 작용하면서 구부러지고 비틀어지게 됩니다.

LOFAR의 이미지는 은하의 북쪽 엽이 심하게 압축되고 뒤틀려 있음을 보여줍니다. 데이터는 주변 가스에 의해 옆으로 밀려나는 것처럼 보이는 곡선형 플라즈마 흐름을 보여줍니다.

한편, uGMRT의 관찰에 따르면 이 압축된 영역은 매우 가파른 무선 스펙트럼을 가지고 있습니다. 이는 입자가 매우 오래되었고 에너지를 많이 잃었다는 것을 의미하며, 이는 성단의 극한 조건의 영향을 더욱 강조합니다.

주변 환경에 의해 형성된 은하

또 다른 눈에 띄는 특징은 남서쪽으로 뻗어 있는 길고 희미한 방출 꼬리입니다. 이 구조는 자화된 플라즈마가 클러스터를 통해 끌려가고 있으며 수백만 년 동안 지속되는 확산 흔적을 남기고 있음을 보여줍니다.

연구원들에 따르면, 이는 은하가 강력한 제트를 생성할 뿐만 아니라 주변 환경에 의해 재형성되고 있음을 시사합니다.

블랙홀 주기와 은하 진화에 대한 통찰

J1007+3540과 같은 시스템은 블랙홀이 시간이 지남에 따라 어떻게 행동하는지에 대한 귀중한 단서를 제공합니다. 이는 과학자들이 블랙홀이 활성 상태와 조용한 상태 사이를 얼마나 자주 전환하는지, 제트가 노화됨에 따라 어떻게 변하는지, 주변 환경이 전체 은하계의 구조를 어떻게 변화시킬 수 있는지를 이해하는 데 도움이 됩니다.

새로운 활동, 엄청난 규모, 강력한 환경 영향의 조합으로 인해 이 은하는 은하계가 어떻게 진화하는지 보여주는 중요한 예가 됩니다. 원활하고 꾸준한 방식으로 성장하기보다는 이 과정에는 강력한 블랙홀 폭발과 주변 우주 환경의 압력 사이의 지속적인 긴장이 수반되는 것으로 보입니다.

이 시스템을 연구함으로써 천문학자들은 다음에 대한 통찰력을 얻습니다.

• 블랙홀이 활성 단계와 조용한 단계 사이를 전환하는 빈도
• 얼마나 오래된 무선 플라즈마가 뜨거운 클러스터 가스와 상호 작용합니까?
• 반복되는 폭발이 시간이 지남에 따라 은하를 어떻게 변화시키는가

다음은 무엇입니까

연구팀은 고해상도 장비를 사용해 더욱 세밀한 관찰을 수행할 계획이다. 그들의 목표는 J1007+3540의 중앙 지역을 더 자세히 조사하고 새로 다시 시작된 제트기가 이 복잡한 환경을 통해 어떻게 이동하는지 추적하는 것입니다.

J1007+3540과 같은 은하를 이해하는 것은 블랙홀이 주변 환경에 어떻게 영향을 미치는지, 우주 시간에 걸쳐 은하 자체가 어떻게 성장하고 폐쇄되고 다시 활성화되는지를 밝히는 데 중요합니다.

처음으로 과학자들은 현장에서 뼈가 발견된 개인의 생물학적 프로필을 구축할 수 있었습니다. 그들의 발견은 이 사람들이 그 지역에 살고 있는 현지 네안데르탈인 그룹에 속하지 않았음을 시사합니다. 대신에 그들은 아마도 다른 곳에서 와서 동굴로 데려왔을 것입니다.

도살 및 소비의 증거

뼈의 상태는 무슨 일이 일어났는지에 대한 중요한 단서를 제공합니다. 많은 동물이 동물을 사냥하고 음식을 준비하는 방식과 유사한 절단, 부수기 및 가공과 일치하는 흔적을 보여줍니다. 특히 하지 부분은 선별된 것으로 보이며, 영양이 풍부한 골수를 추출하기 위해 일부러 뼈를 부러뜨려 열어놓은 것으로 보인다.

이 패턴은 시신이 의식이나 의례적인 방식으로 처리되지 않았음을 강력하게 시사합니다. 대신 증거는 음식에 대한 식인 풍습을 지적합니다. 동물 먹이에 사용된 것과 동일한 기술이 인간 희생자들에게도 적용되었는데, 이는 그들이 영양 공급원으로 가공되었음을 나타냅니다.

Scientific Reports에 발표된 이 연구는 CNRS(문화, 환경 및 인류학 단위), 보르도 대학교, 엑스 마르세유 대학교의 과학자들과 환경 지구과학 연구 및 교육 센터(Aix-Marseille Univ/CNRS/INRAE/IRD)의 연구원들로 구성된 국제 팀에 의해 수행되었습니다.

후기 중기 구석기 시대의 폭력적인 시간

이러한 발견은 후기 중기 구석기 시대(대략 300,000년에서 40,000년 전의 선사 시대, 유럽에서 네안데르탈인과 가장 흔히 연관됨)에서 나온 것입니다. 이 기간 동안 북유럽의 네안데르탈인 집단은 광범위한 문화적 행동을 보였고, 초기 호모 사피엔스는 인근 지역에 나타나기 시작했습니다.

이러한 맥락에서 식인풍습의 표적화된 성격은 특히 두드러집니다. 피해자들이 외부인인 것으로 보인다는 사실은 서로 다른 집단이 갈등을 겪었을 수도 있음을 시사합니다. 연구자들은 이러한 행동이 네안데르탈인 공동체 간의 영토 긴장을 반영할 수 있으며, 이는 아마도 자원이나 공간에 대한 경쟁과 관련이 있을 수 있다고 제안합니다.

고급 기술로 새로운 세부 정보 공개

결론은 10년이 넘는 연구의 결과이다. 과학자들은 최신 분석 도구를 사용하여 벨기에 왕립 자연과학 연구소(벨기에 브뤼셀)에 소장되어 있는 Goyet 컬렉션을 재검토했습니다.

여기에는 유전적 관계를 연구하기 위한 DNA 분석, 유해의 나이를 결정하기 위한 방사성 탄소 연대 측정, 개인이 사망하기 전에 살았던 곳을 식별하기 위한 동위원소 측정이 포함되었습니다. 연구원들은 또한 디지털 재구성 기술을 사용하여 조각난 뼈를 하나로 모으고 그 모양과 구조를 더 잘 이해했습니다.

이러한 방법을 통해 과학자들은 단순히 유해를 식별하는 것 이상을 수행할 수 있었습니다. 그들은 희생자들의 기원과 그들의 죽음으로 이어진 사건의 측면을 재구성할 수 있었고, 인류 역사상 중요한 시기에 네안데르탈인의 행동에 대한 더 명확하고 자세한 그림을 제공했습니다.

네안데르탈인의 생존 전략에 대한 간략한 소개

네안데르탈인의 식인 풍습은 이전에 문서화되었지만 이번 연구에서는 좀 더 구체적인 내용을 강조합니다. 이는 특정 개인, 특히 외부인이 의도적으로 표적이 되었을 수 있음을 시사합니다. 생존 요구, 갈등 또는 둘 모두에 의해 주도되는 이러한 행동은 네안데르탈인 생활의 복잡하고 때로는 잔인한 측면을 드러냅니다.

연구자들은 Goyet과 같은 유적지를 계속 연구하면서 네안데르탈인에 대한 오래된 가정에 도전하는 새로운 증거를 발견하고 있습니다. 단순하거나 획일적인 것이 아니라, 그들의 행동은 사회적 역동성, 환경적 압력, 초기 현대 인류를 포함한 다른 집단과의 상호 작용에 의해 형성된 것으로 보입니다.

과학자들은 우주의 팽창률을 결정하기 위해 오랫동안 두 가지 주요 전략에 의존해 왔습니다. 한 가지 접근 방식은 가까운 공간에 초점을 맞춰 별과 은하까지의 거리를 측정하여 모든 것이 얼마나 빨리 멀어지는지 계산합니다. 다른 하나는 우주론의 표준 모델을 기반으로 오늘날의 팽창 속도가 얼마인지 추정하기 위해 우주 마이크로파 배경을 사용하여 훨씬 더 먼 시간을 거슬러 올라갑니다.

이론적으로 두 방법 모두 동일한 답을 생성해야 합니다. 실제로는 그렇지 않습니다. 지역 우주에 대한 관측은 메가파섹당 초당 약 73km의 더 빠른 팽창 속도를 일관되게 나타냅니다. 한편, 초기 우주를 기반으로 한 계산은 대략 67 또는 68의 더 느린 속도를 제안합니다. 이 값 사이의 차이는 절대적 측면에서 작지만 통계적 우연으로 무시하기에는 너무 큽니다. 이러한 불일치는 허블 장력으로 알려져 있으며, 이는 독립적인 연구 전반에 걸쳐 반복적으로 나타났습니다.

통합 접근 방식으로 새로운 정밀도 제공

정확성을 높이기 위해 연구자들은 수십 년간의 관찰을 하나의 조정된 프레임워크로 결합했습니다. H0 Distance Network(H0DN) 협업이 주도한 이러한 노력을 통해 지금까지 지역 확장률에 대한 가장 정확한 직접 측정이 이루어졌습니다. 그들의 연구 결과는 4월 10일에 발표되었습니다. 천문학 및 천체 물리학허블 상수를 메가파섹당 초당 73.50 ± 0.81km로 설정하면 1%보다 약간 더 나은 정밀도를 얻을 수 있습니다.

“Local Distance Network: ~1% 정밀도의 허블 상수 측정에 대한 커뮤니티 합의 보고서”라는 연구는 국제 우주 과학 연구소(ISSI) 획기적인 워크샵인 “H0od의 정의는 무엇입니까?”에서 시작된 대규모 공동 노력에서 비롯되었습니다. 2025년 3월 스위스 베른 ISSI에서 개최되었습니다.

“이것은 단지 허블 상수의 새로운 값이 아닙니다. 수십 년간의 독립적인 거리 측정을 투명하고 접근 가능하게 통합하는 커뮤니티 구축 프레임워크입니다.”

지상 및 우주 관측소의 데이터

NSF NOIRLab은 과학적 전문성과 주요 관찰에 기여했습니다. NSF NOIRLab의 연구 및 과학 서비스 이사인 John Blakeslee도 이번 협력에 참여했습니다. 분석에는 NSF NOIRLab의 프로그램인 칠레의 NSF Cerro Tololo Inter-American Observatory(CTIO)와 애리조나의 NSF Kitt Peak National Observatory(KPNO)의 데이터가 포함됩니다. 이러한 관찰 내용은 지상 및 우주에 있는 다른 시설의 데이터와 결합되어 전반적인 결과를 강화했습니다.

단일 기술에 의존하는 대신 팀은 “거리 네트워크”라고 부르는 것을 구축했습니다. 이 시스템은 우주 거리를 측정하는 데 사용되는 여러 가지 중첩 방법을 연결합니다. 여기에는 예측 가능한 방식으로 밝아지고 어두워지는 세페이드 변광성, 밝기가 알려진 적색 거성, Ia형 초신성 및 특정 은하 유형이 포함됩니다.

이러한 계층화된 접근 방식을 통해 연구자는 여러 방법으로 결과를 교차 확인할 수 있습니다. 한 가지 방법에 결함이 있는 경우 분석에서 해당 방법을 제거하면 최종 답변이 변경됩니다. 그런 일은 일어나지 않았습니다. 개별 기법을 제외하더라도 전체적인 결과는 큰 변화 없이 유지됐다. 여러 방법의 일관성은 측정된 팽창률에 대한 신뢰도를 높여줍니다.

“이 연구는 지역 거리 측정에서 간과된 단일 오류에 의존하는 허블 장력에 대한 설명을 효과적으로 배제합니다”라고 저자는 결론지었습니다. “증가하는 증거가 제시하는 것처럼 긴장이 실제라면 표준 우주론 모델을 넘어서는 새로운 물리학을 가리킬 수 있습니다.”

허블 장력이 의미하는 것

그 의미는 측정 기술 그 이상입니다. 초기 우주에서 파생된 느린 팽창 속도는 빅뱅 이후 우주가 어떻게 진화했는지 설명하는 우주론의 표준 모델에 따라 달라집니다. 해당 모델에 암흑 에너지, 알려지지 않은 입자 또는 중력 변화에 대한 세부 정보 등이 누락된 경우 오늘의 팽창에 대한 예측이 틀릴 수 있습니다.

이 경우 허블 장력은 단순한 측정 문제가 아닌 더 깊은 문제를 나타낼 수 있습니다. 이는 과학자들이 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 이해를 수정해야 함을 나타낼 수 있습니다.

미래의 관찰을 통해 미리 살펴보기

새로 개발된 거리 네트워크는 또한 향후 연구를 위한 프레임워크를 제공합니다. 방법과 데이터를 공개적으로 제공함으로써 팀은 새로운 관찰이 가능해짐에 따라 개선될 수 있는 시스템을 만들었습니다. 다가오는 관측소에서는 훨씬 더 정확한 측정값을 제공할 것으로 예상되며, 이는 불일치가 결국 해결될 것인지 아니면 계속해서 새로운 물리학을 지향할 것인지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

추가 정보

이 연구는 “The Local Distance Network: ∼1% 정밀도의 허블 상수 측정에 관한 커뮤니티 합의 보고서”라는 제목의 논문으로 발표되었습니다. 천문학 및 천체 물리학.

결과는 H0DN Collaboration에서 제공됩니다.

지상 기반 광적외선 천문학을 위한 미국 국립 과학 재단 센터인 NSF NOIRLab은 국제 쌍둥이 천문대(NSF, NRC-캐나다, ANID-칠레, MCTIC-브라질, MINCyT-아르헨티나 및 KASI-대한민국 시설), NSF Kitt Peak National Observatory(KPNO), NSF Cerro Tololo Inter-American Observatory(CTIO), 과학 및 데이터 센터(CSDC) 및 NSF-DOE Vera C. Rubin 천문대(DOE의 SLAC 국립 가속기 연구소와 협력). NSF와의 협력 계약에 따라 AURA(Association of Universities for Research in Astronomy)에서 관리하며 애리조나 주 투산에 본부를 두고 있습니다.

과학계는 애리조나의 I’oligam Du’ag(Kitt Peak), 하와이의 마우나케아, 칠레의 Cerro Tololo 및 Cerro Pachón에 대한 천문학 연구를 수행할 수 있는 기회를 갖게 된 것을 영광으로 생각합니다. 우리는 Tohono O’odham Nation에 대한 I’oligam Du’ag와 Kanaka Maoli(하와이 원주민) 공동체에 대한 Maunakea의 매우 중요한 문화적 역할과 존경심을 인식하고 인정합니다.

이스라엘 중부에 위치한 틴세메트 동굴(Tinshemet Cave)은 뛰어난 고고학적 유적과 인류 유적 컬렉션을 생산해왔습니다. 가장 중요한 발견 중에는 여러 개의 인간 매장지가 있는데, 이는 중기 구석기 시대(MP) 매장지가 50여 년 만에 처음으로 발견된 것입니다. 이러한 발견은 초기 인류 집단이 어떻게 살았고 죽은 사람을 대했는지에 대한 보기 드문 통찰력을 제공합니다.

에 발표된 연구 자연 인간 행동사이트의 결과를 처음으로 제시합니다. 이는 네안데르탈인과 호모 사피엔스가 지역을 공유했을 뿐만 아니라 서로의 일상 활동, 기술 및 의식에 영향을 미쳤다는 강력한 증거를 제공합니다. 이는 이러한 그룹을 크게 분리된 것으로 보고 대신 훨씬 더 가깝고 복잡한 관계를 제안하는 초기 아이디어에 도전합니다.

과학자들이 네안데르탈인과 인간 관계를 조사하다

Tinshemet 동굴 발굴은 2017년에 시작되었으며 예루살렘 히브리 대학교의 Yossi Zaidner 교수, 텔아비브 대학교의 Israel Hershkovitz 교수, 예루살렘 히브리 대학교의 Marion Prévost 박사가 주도하고 있습니다. 연구를 안내하는 핵심 질문 중 하나는 이 지역의 중기 구석기 시대에 네안데르탈인과 호모 사피엔스가 어떻게 상호 작용했는지입니다. 연구자들은 이들 그룹이 경쟁했는지, 평화롭게 공존했는지, 아니면 의미 있는 방식으로 협력했는지 조사하고 있습니다.

이에 답하기 위해 팀은 석기 생산, 사냥 전략, 상징적 행동, 사회적 복잡성이라는 네 가지 주요 영역에 걸쳐 증거를 조사했습니다. 그들의 분석에 따르면 네안데르탈인, 네안데르탈인 이전 인류, 호모 사피엔스를 포함한 여러 인류 그룹이 지속적인 접촉을 유지했다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 상호 작용을 통해 아이디어와 기술이 확산되어 시간이 지남에 따라 점차 서로 다른 그룹이 문화적으로 더 유사해졌습니다.

공유된 의식과 초기 상징주의

이 연구는 또한 이러한 연결에 의해 주도되는 중요한 행동 발달을 지적합니다. 약 110,000년 전, 공식 매장 관행이 세계 최초로 이스라엘에서 나타나기 시작했습니다. 이러한 변화는 더 강력한 사회적 유대와 그룹 간의 공유된 전통을 반영할 수 있습니다.

동굴의 눈에 띄는 특징 중 하나는 미네랄 안료, 특히 황토가 널리 사용된다는 것입니다. 연구자들은 그것이 신체를 장식하는 데 사용되었을 수 있으며 아마도 정체성을 표현하거나 그룹을 구별하는 방법으로 사용되었을 수 있다고 생각합니다. 이러한 종류의 상징적 행동은 이전에 인식된 것보다 더 깊은 수준의 사회적 의미를 암시합니다.

Tinshemet 동굴은 고대 묘지였습니까?

현장의 매장 배열은 Tinshemet 동굴이 전용 매장지 또는 초기 묘지로 사용되었을 가능성을 높입니다. 만약 그렇다면, 그것은 조직화된 의식과 강한 공동체 유대를 의미할 것입니다. 석기, 동물 뼈, 황토 조각을 포함하여 시체 옆에 놓인 물체는 사후 세계에 대한 초기 믿음을 암시할 수도 있습니다.

인류 진화의 갈림길

Zaidner 교수는 이 지역을 다양한 인구가 모여 서로 영향을 미치는 “용광로”로 묘사합니다. “우리의 데이터는 인류의 연결과 인구 상호 작용이 역사 전반에 걸쳐 문화 및 기술 혁신을 추진하는 데 기본이 되었음을 보여줍니다.”라고 그는 설명합니다.

Prévost 박사는 이러한 상호 작용을 형성하는 데 있어 지리의 중요성을 강조합니다. “MP 중반 동안 기후 개선으로 인해 지역의 수용 능력이 증가하여 인구 통계학적 확장이 이루어지고 다양한 인간 분류군 간의 접촉이 강화되었습니다.”

Hershkovitz 교수는 이들 그룹이 얼마나 밀접하게 연결되어 있었는지 강조합니다. “이러한 발견은 협력과 경쟁에 의해 형성되는 역동적인 상호 작용의 그림을 그립니다.”

초기 인류 사회에 대한 새로운 통찰

Tinshemet Cave의 발견은 초기 인류의 사회적 삶, 행동 및 환경에 대한 자세한 모습을 제공합니다. 그들은 다양한 인간 집단 간의 접촉으로 인해 인구가 크게 증가하고 문화적 변화가 있었던 시기를 보여줍니다. 현장에서의 연구가 계속됨에 따라 과학자들은 인간 사회가 어떻게 처음 형성되기 시작했는지에 대한 이해를 심화시킬 수 있는 더 많은 발견을 기대하고 있습니다.

생명체가 그러한 조건을 견딜 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 과학자들은 지구상의 단순한 유기체로 눈을 돌리고 있습니다.

과학자들이 생존을 이해하기 위해 효모를 연구하는 이유

최근 연구에서 Purusharth I. Rajyaguru와 동료들은 연구에 일반적으로 사용되는 효모의 일종인 Saccharomyces cerevisiae를 사용하여 생명체가 화성과 같은 스트레스에 어떻게 반응할 수 있는지 탐구했습니다. 이 유기체는 인간을 포함한 보다 복잡한 생명체와 많은 기본 생물학적 특징을 공유하기 때문에 널리 연구됩니다. 또한 이전 실험에서 우주로 보내졌기 때문에 지구 너머의 생존을 연구하는 데 유용한 모델이 되었습니다.

극한 환경이나 화학적 노출로 인해 세포가 스트레스를 받으면 보호 반응이 활성화됩니다. 한 가지 중요한 반응은 리보핵단백질(RNP) 응축물의 형성과 관련이 있습니다. 이는 유전 물질을 보호하고 세포가 스트레스에 반응하는 방식을 조절하는 데 도움이 되는 RNA와 단백질로 구성된 임시 구조입니다. 상태가 개선되면 이러한 구조가 분리되고 정상적인 세포 활동이 재개됩니다.

RNP 응축물의 두 가지 주요 유형은 응력 과립과 P-체입니다. 둘 다 단백질 생성 지침을 전달하는 RNA를 관리하는 역할을 합니다.

화성 충격파 및 독성 토양 시뮬레이션

실험실에서 화성의 조건을 재현하기 위해 연구진은 인도 아메다바드에 있는 물리 연구소에 있는 천문화학용 고강도 충격관(HISTA)이라는 특수 장치를 사용했습니다. 이 설정을 통해 화성에 운석이 충돌하여 생성되는 것과 유사한 충격파를 생성할 수 있었습니다.

연구팀은 효모 세포를 음속의 5.6배에 달하는 충격파에 노출시켰습니다. 그들은 또한 화성 토양에서 측정된 농도와 비슷한 농도인 100mM 과염소산염 나트륨염(NaClO4)을 사용하여 과염소산염의 영향을 테스트했습니다.

극심한 스트레스 하에서 효모의 생존

이러한 가혹한 조건에도 불구하고 효모 세포는 살아남았습니다. 성장은 둔화되었지만 충격파, 과염소산염 및 두 가지 스트레스 요인의 조합에 노출된 후에도 살아남았습니다.

이러한 도전에 대응하여 효모는 보호 시스템을 활성화했습니다. 충격파는 응력 과립과 P-체 모두의 형성을 촉발한 반면, 과염소산염은 P-체만 형성하게 했습니다. 이는 다양한 유형의 스트레스가 약간 다른 세포 반응을 활성화할 수 있음을 시사합니다.

중요한 것은 이러한 RNP 응축물을 형성할 수 없도록 유전적으로 변형된 효모 세포가 동일한 조건에서 생존하기 위해 고군분투했다는 것입니다. 이는 이러한 보호 구조가 극한 환경을 견디는 데 얼마나 중요한지 강조합니다.

화성과 같은 조건에서 세포 내부에서 일어나는 일

더 깊이 파고들기 위해, 연구자들은 세포에 의해 생성된 RNA 분자의 전체 세트인 효모의 전사체를 조사했습니다. 이 분석을 통해 특정 RNA 전사체가 화성과 유사한 조건에 의해 파괴되었다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 이러한 스트레스가 세포 기능에 얼마나 깊은 영향을 미치는지 보여줍니다.

그럼에도 불구하고 RNP 응축물을 형성하는 능력은 주요 과정을 안정화하고 생존율을 향상시키는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다.

이것이 지구 너머의 생명체에게 의미하는 것

이러한 발견은 단순한 생명체가 이전에 생각했던 것보다 더 탄력적일 수 있음을 시사합니다. 이 연구는 모델 유기체로서 효모의 중요성을 강조하고 RNP 응축물이 중요한 생존 메커니즘임을 지적합니다.

과학자들은 화성과 같은 극한 조건에 세포가 어떻게 반응하는지 이해함으로써 지구 너머에 생명체가 존재할 가능성을 더 잘 평가할 수 있습니다.

발견의 중심에는 6개의 원자가 전자를 가진 탄소 형태인 카르벤이 있습니다. 정상적인 조건에서 탄소 원자는 8개의 전자로 가장 안정적입니다. 6개만 있으면 카르벤은 매우 불안정하며 주변 환경과 거의 즉각적으로 반응합니다. 물에서는 일반적으로 즉시 분해됩니다.

수십 년 동안 과학자들은 티아민이라고도 알려진 비타민 B1이 세포 내부에서 카르벤과 같은 구조를 잠시 형성하여 필수적인 생화학 반응을 촉진할 수 있다고 믿었습니다. 그러나 분자의 극도의 불안정성으로 인해 그러한 조건에서 직접 관찰할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다.

물에서 최초로 관찰된 안정적인 카르벤

연구자들은 이제 물 속에서 안정하게 유지되는 카르벤을 만드는 데 성공했습니다. 그들은 그것을 생성했을 뿐만 아니라, 그것을 분리하고 튜브에 밀봉하고 몇 달 동안 그대로 유지되는 것을 관찰했습니다. 이번 연구 결과는 Science Advances에 발표된 연구에 자세히 나와 있습니다.

논문의 교신저자이자 UC 리버사이드 화학 교수인 빈센트 라발로(Vincent Lavallo)는 “물 속에서 안정한 카르벤을 관찰할 수 있었던 것은 이번이 처음이다”고 말했다. “사람들은 이것이 미친 생각이라고 생각했습니다. 그러나 알고 보니 Breslow가 옳았습니다.”

1958년 가설이 마침내 확인됨

Lavallo는 1958년에 비타민 B1이 주요 생화학 반응을 활성화하기 위해 카르벤으로 전환될 수 있다고 제안한 컬럼비아 대학의 화학자 Ronald Breslow를 언급하고 있습니다. 이 아이디어는 영향력이 있었지만 카르벤은 특히 물에서 너무 불안정하여 포획하거나 연구할 수 없기 때문에 입증되지 않았습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 Lavallo 팀은 카르벤을 둘러싸는 보호 분자 구조를 개발했습니다. 그는 이것을 물과 근처의 다른 분자로부터 반응 센터를 보호하도록 설계된 “갑옷”이라고 설명합니다. 이러한 보호 기능을 통해 카르벤은 핵자기공명 분광법과 X선 결정학을 사용하여 상세한 분석을 할 수 있을 만큼 충분히 안정해지며, 이는 그러한 분자가 물에 존재할 수 있다는 명확한 증거를 제공합니다.

UCR에서 대학원생으로 연구를 마치고 현재 UCLA에서 박사후 연구원인 제1저자 Varun Raviprolu는 “우리는 역사적인 이론을 쫓는 것이 아니라 화학을 탐구하기 위해 이러한 반응성 분자를 만들고 있었습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리의 연구는 Breslow가 수년 전에 제안한 것을 정확히 확인하는 것으로 나타났습니다.”

보다 친환경적인 화학 및 의약품 생산을 향하여

그 의미는 과학적 미스터리를 해결하는 것 이상입니다. 카르벤은 화학 반응을 촉진하는 데 도움이 되는 금속 기반 촉매의 “리간드” 또는 지지 성분으로 널리 사용됩니다. 이러한 촉매는 의약품, 연료 및 기타 재료를 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 이러한 공정 중 상당수는 독성 유기 용매에 의존합니다.

연구진은 물 속에서 카르벤을 안정화함으로써 보다 안전하고 환경 친화적인 화학 물질 생산의 문을 열었을 수 있습니다.

“물은 이상적인 용매입니다. 물은 풍부하고 무독성이며 환경 친화적입니다.”라고 Raviprolu는 말했습니다. “이러한 강력한 촉매를 물에서 작동시킬 수 있다면 이는 친환경 화학을 향한 큰 진전입니다.”

살아있는 세포의 화학을 모방하는 데 더 가까워졌습니다.

물 속에서 반응성 중간 분자를 생성하고 유지하는 능력은 과학자들이 대부분 물로 구성되어 있는 살아있는 세포 내부에서 자연적으로 발생하는 화학을 복제하는 데 더 가까워지도록 해줍니다.

Lavallo는 “이와 같이 우리가 결코 분리할 수 없었던 다른 반응성 중간체도 있습니다”라고 말했습니다. “우리와 같은 보호 전략을 사용하면 마침내 그들을 보고 배울 수 있을 것입니다.”

이정표가 되는 해

20년 동안 카르벤을 연구해 온 Lavallo에게 이번 성과는 과학적, 개인적 의미를 모두 갖습니다.

“불과 30년 전만 해도 사람들은 이러한 분자가 만들어질 수도 없다고 생각했습니다.”라고 그는 말했습니다. “이제 우리는 그것들을 물에 담아 병에 담을 수 있습니다. Breslow가 몇 년 전에 했던 말은 — 그가 옳았습니다.”

라비프롤루는 이번 혁신을 과학의 지속성에 대한 더 넓은 교훈으로 본다.

그는 “우리가 과학에 계속 투자한다면 오늘은 불가능해 보이는 일이 내일은 가능할 수도 있다”고 말했다.

이것이 바로 오클라호마의 농업 지역에서 콜로라도 대학교 볼더(Boulder) 현장 연구 중에 일어난 일입니다. 팀은 첨단 장비를 사용하여 공기 중 작은 입자가 어떻게 형성되고 진화하는지 연구하고 있었습니다. 대신, 그들은 서반구에서 독성 유기 오염물질의 일종인 MCCP(중쇄염화파라핀)가 최초로 공기 중에 검출되었다는 놀라운 사실을 발견했습니다. 연구 결과는 ACS 환경 Au.

CU Boulder 화학 박사과정 학생이자 해당 연구의 주저자인 Daniel Katz는 “우리가 찾고 있지 않았던 이와 같은 예상치 못한 것을 발견하는 것은 과학자로서 매우 흥미로운 일입니다.”라고 말했습니다. “우리는 우리가 알고 있는 독성 유기 오염물질에 대해 더 많이 배우기 시작했으며 이를 더 잘 이해해야 합니다.”

MCCP란 무엇이며 왜 중요한가요?

현재 MCCP는 지속적이고 광범위한 화학물질로부터 인간의 건강을 보호하기 위한 국제 협약인 스톡홀름 협약에 따른 규제 가능성에 대해 평가되고 있습니다. 이러한 오염 물질은 이전에 남극 대륙과 아시아와 같은 곳에서 발견되었지만 과학자들은 이 연구까지 서반구 대기에서 오염 물질을 측정하는 데 어려움을 겪었습니다.

이러한 화학 물질은 금속 가공 유체, PVC 및 직물 생산을 포함한 산업 공정에서 일반적으로 사용됩니다. 이는 폐수에서 자주 나타나며 폐수 처리 중에 생성되는 하수 슬러지라고도 불리는 바이오고형 비료로 끝날 수 있습니다. 연구원들은 오클라호마에서 발견한 MCCP가 이러한 유형의 비료가 적용된 인근 밭에서 유래했을 가능성이 있다고 믿고 있습니다.

Katz는 “하수 슬러지가 들판에 퍼지면 독성 화합물이 대기 중으로 방출될 수 있습니다.”라고 말했습니다. “우리는 그런 일이 일어나고 있다는 것을 직접적으로 보여줄 수는 없지만 그것이 공중에 떠있을 수 있는 합리적인 방법이라고 생각합니다. 하수 슬러지 비료는 유사한 화합물을 방출하는 것으로 나타났습니다.”

규제의 가능한 부작용

MCCP는 2009년부터 스톡홀름 협약 및 미국 환경 보호국에 의해 이미 규제되고 있는 단쇄 염소화 파라핀(SCCP)과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 초기 규정은 SCCP가 장거리 이동하고 환경에 지속되며 인간 건강에 위험을 초래할 수 있다는 증거를 따랐습니다.

그러나 연구자들은 SCCP를 제한함으로써 업계가 SCCP를 MCCP로 대체하여 관련 화학물질의 존재를 증가시켰을 수 있다고 의심합니다.

CU Boulder 화학 교수이자 CIRES 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 Ellie Browne은 “우리는 항상 규제로 인해 의도하지 않은 결과를 겪습니다. 무언가를 규제한 후에도 여전히 해당 제품이 필요합니다”라고 말했습니다. “그래서 그들은 뭔가로 대체됩니다.”

과학자들이 화학물질을 추적한 방법

이 발견은 오클라호마 현장의 지속적인 대기 모니터링에서 나왔습니다. 연구팀은 공기 중의 특정 화합물을 식별할 수 있는 민감한 장비인 질산염 화학 이온화 질량 분석기를 사용했습니다. 측정값은 한 달 동안 24시간 내내 수집되었습니다.

Katz는 데이터를 분석하면서 알려진 화합물과 일치하지 않는 특이한 동위원소 패턴을 식별했습니다. 추가 조사 후에 이러한 패턴은 MCCP와 관련된 염소화 파라핀과 연결되었습니다.

“Forever Chemicals” 및 미래 연구에 대한 링크

Katz는 MCCP가 환경에서 매우 느리게 분해되기 때문에 종종 “영원한 화학 물질”이라고 불리는 화학 물질 그룹인 PFAS와 유사점을 공유한다고 지적했습니다. 토양의 PFAS 오염에 대한 우려로 인해 최근 오클라호마 상원은 바이오고형 비료를 금지했습니다.

이제 과학자들이 공중에서 MCCP를 탐지하는 방법을 확인했으므로 다음 단계는 시간이 지남에 따라 MCCP 수준이 어떻게 변하는지 추적하는 것입니다. 연구자들은 계절에 따라 농도가 어떻게 달라지는지, 그리고 이러한 화학물질이 공기 중에 떠오를 때 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하고 싶어합니다.

Katz는 “우리는 그들을 식별했지만 그들이 대기 중에 있을 때 정확히 무엇을 하는지 아직 알지 못하며 추가 조사가 필요합니다”라고 말했습니다. “공중 보건과 안전에 필요한 만큼 과학을 평가하고 이러한 화학 물질을 규제할 수 있는 정부 기관을 계속 보유하는 것이 중요하다고 생각합니다.”