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심각한 멸종 위기에 처한 야생화를 대상으로 조사하는 동안 특이한 종이 발견되었습니다 마리안투스 아퀴나리우스Norseman과 Hyden 사이에 위치한 Bremer Range 지역에서만 자랍니다.

Curtin School of Molecular and Life Sciences의 수석 저자인 Curtin 겸임 연구원인 Dr. Kit Prendergast는 암컷 벌의 독특한 뿔이 있는 얼굴이 라틴어로 “빛을 가져오는 사람”을 의미하는 용어인 루시퍼(lucifer)라는 이름에 영감을 주었으며 악마와 같은 모습도 참조한다고 설명했습니다.

특이한 특성과 종의 식별 방법

“나는 Goldfields의 희귀 식물을 조사하는 동안 이 종을 발견했으며 이 꿀벌이 멸종 위기에 처한 야생화와 근처의 말리 나무를 모두 방문하는 것을 발견했습니다.”라고 Prendergast 박사는 말했습니다.

“암컷의 얼굴에는 믿기 어려울 만큼 작은 뿔이 있었습니다. 새로운 종에 대한 설명을 작성할 당시 저는 넷플릭스 쇼인 루시퍼(Lucifer)를 보고 있었는데 이름이 딱 들어맞았습니다. 저 역시 넷플릭스 캐릭터인 루시퍼(Lucifer)의 열렬한 팬이어서 생각할 필요도 없었습니다.

“DNA 바코드를 통해 수컷과 암컷이 동일한 종이라는 사실이 확인되었으며, DNA 데이터베이스에 알려진 어떤 벌과도 일치하지 않았으며, 내가 수집한 표본도 박물관 컬렉션에 있는 어떤 것과도 형태학적으로 일치하지 않았습니다.

“20년 만에 처음으로 설명된 이 꿀벌 그룹의 새로운 구성원입니다. 이는 Goldfields와 같이 채광 위험이 있는 지역을 포함하여 우리가 아직 발견해야 할 생명체가 얼마나 많은지 실제로 보여줍니다.”

꿀벌과 그들이 지원하는 식물에 대한 위험

Prendergast 박사는 이번 발견은 환경이 바뀌기 전에 토착벌을 더 잘 이해할 필요가 있음을 보여준다고 말했습니다.

“새로운 종은 멸종 위기에 처한 야생화와 동일한 작은 지역에서 발견되었기 때문에 둘 다 서식지 교란과 기후 변화와 같은 다른 위협적인 과정으로 인해 위험에 처할 수 있습니다.”라고 Prendergast 박사는 말했습니다.

“많은 광산 회사가 여전히 토종 꿀벌에 대한 조사를 하지 않기 때문에 위협받는 식물과 생태계를 지원하는 데 중요한 역할을 하는 종을 포함하여 설명되지 않은 종을 놓칠 수 있습니다.

“어떤 토종 벌이 존재하는지, 어떤 식물에 의존하는지 알지 못하면, 그들이 거기 있다는 사실을 깨닫기도 전에 둘 다 잃을 위험이 있습니다.”

이 연구는 Atlas of Living Australia, Goldfields Environmental Management Group 및 USDA Agricultural Research Service의 지원을 받았습니다.

사용 가능한 자료를 덜 탐색했기 때문에 이러한 참가자는 나중에 테스트에서 질문에 잘못 대답하는 경우가 많았습니다. 틀렸음에도 불구하고 그들은 자신의 답변에 대해 높은 자신감을 표현했습니다.

오하이오 주립대학교에서 심리학 박사 논문의 일부로 이 연구를 수행한 박기원은 이러한 결과가 우려를 낳고 있다고 말했습니다.

알고리즘은 사전 지식 없이도 편향을 일으킬 수 있음

개인화된 알고리즘에 대한 기존 연구의 대부분은 사람들이 이미 어느 정도 알고 있는 정치나 사회 문제에 대한 의견에 알고리즘이 어떻게 영향을 미치는지 조사합니다.

“그러나 우리 연구는 당신이 어떤 주제에 대해 아무것도 모르는 경우에도 이러한 알고리즘이 즉시 편견을 형성하기 시작하고 현실에 대한 왜곡된 견해로 이어질 수 있다는 것을 보여줍니다.”라고 현재 펜실베니아 주립 대학의 박사후 연구원인 Bahg는 말했습니다.

연구 결과는 실험 심리학 저널: 일반.

연구 공동 저자이자 오하이오 주립대 심리학 교수인 브랜든 터너(Brandon Turner)는 이번 결과는 사람들이 알고리즘이 제공하는 제한된 정보를 신속하게 받아들이고 광범위하고 종종 근거 없는 결론을 도출할 수 있음을 시사한다고 말했습니다.

Turner는 “사람들은 알고리즘을 따를 때 정보를 놓치지만, 자신이 알고 있는 정보가 환경의 다른 기능과 부분에 일반화된다고 생각합니다.”라고 Turner는 말했습니다.

영화 추천 예시

이러한 편견이 어떻게 나타날 수 있는지 설명하기 위해 연구자들은 간단한 시나리오를 설명했습니다. 특정 국가의 영화를 본 적이 없는 사람이 영화를 보기로 결정하는 것입니다. 주문형 스트리밍 서비스는 추천을 제공합니다.

시청자는 액션 스릴러가 목록 상단에 나타나기 때문에 선택합니다. 그런 다음 알고리즘은 시청자가 계속 선택하는 더 많은 액션 스릴러를 홍보합니다.

저자들은 “명시적이든 암묵적이든 이 사람의 목표가 실제로 이 나라 영화의 전반적인 상황을 이해하는 것이라면 알고리즘 추천은 결국 그 사람의 이해를 심각하게 편향시키는 결과를 낳게 됩니다.”라고 썼습니다.

한 장르만 보면 다른 카테고리의 강력한 영화를 간과할 수 있습니다. 또한 그들은 해당 영화에 등장하는 문화나 사회에 대해 부정확하고 지나치게 광범위한 가정을 형성할 수도 있다고 저자는 지적했습니다.

테스트 알고리즘 가상의 생물에 대한 효과

Bahg와 그의 연구팀은 346명의 온라인 참가자를 대상으로 이 아이디어를 실험적으로 탐구했습니다. 누구도 사전 지식을 가져오지 않도록 하기 위해 연구자들은 완전히 허구적인 학습 과제를 사용했습니다.

참가자들은 여러 유형의 수정 같은 외계인을 연구했는데, 각 유형은 범주에 따라 다양한 6가지 특징으로 정의되었습니다. 예를 들어, 외계인의 정사각형 모양 부분 중 하나는 일부 유형에서는 짙은 검정색으로 나타나고 다른 유형에서는 옅은 회색으로 나타날 수 있습니다.

목표는 얼마나 많은 유형이 존재하는지 알지 못한 채 각 외계 유형을 식별하는 방법을 배우는 것이었습니다.

알고리즘이 학습을 안내하는 방법

실험에서 외계인의 모습은 회색 상자 뒤에 숨겨져 있었습니다. 한 가지 조건에서는 참가자들이 각 외계인에 대한 전체 정보 세트를 보려면 모든 기능을 클릭해야 했습니다.

또 다른 조건에서는 참가자가 검사할 기능을 선택하고 개인화 알고리즘이 가장 자주 샘플링할 항목을 선택했습니다. 이 알고리즘은 시간이 지남에 따라 동일한 기능을 반복적으로 검사하도록 유도했습니다. 원하는 기능은 무엇이든 볼 수 있지만 다른 기능을 완전히 건너뛰는 것도 허용되었습니다.

결과는 개인화된 알고리즘에 의해 안내된 사람들이 전체적으로 더 적은 수의 특징을 확인했으며 패턴화되고 선택적인 방식으로 그렇게 했다는 것을 보여주었습니다. 나중에 이전에 본 적이 없는 새로운 외계 표본에 대한 테스트를 받았을 때 그들은 자주 잘못 정렬했습니다. 그럼에도 불구하고 참가자들은 자신의 답변에 자신감을 유지했습니다.

Bahg는 “그들은 자신의 선택이 옳았을 때보다 실제로 선택이 틀렸을 때 훨씬 더 확신을 갖고 있었는데, 이는 그들이 지식이 적었기 때문에 우려되는 일”이라고 말했습니다.

어린이와 일상 학습에 대한 시사점

Turner는 이러한 발견이 실제적인 의미를 갖는다고 지적했습니다.

“세상에 대해 진심으로 배우려고 노력하는 어린 아이가 있고, 사용자가 더 많은 콘텐츠를 소비하도록 하는 것을 우선시하는 온라인 알고리즘과 상호 작용하고 있다면 어떤 일이 일어날까요?” 터너가 말했다.

“유사한 콘텐츠를 소비하는 것은 학습과 일치하지 않는 경우가 많습니다. 이는 사용자와 궁극적으로 사회에 문제를 일으킬 수 있습니다.”

오하이오 주립대 심리학 교수인 Vladimir Sloutsky도 공동 저자였습니다.

엑서터 대학교(University of Exeter)의 연구원들은 잘 알려진 풀쓰로티드 버전과 함께 나타나는 이전에는 인식할 수 없었던 “중간 포효”를 발견했습니다. 에 발표된 연구 생태학과 진화인공 지능을 적용하여 사자의 포효를 다양한 유형으로 자동 분류하는 최초의 제품입니다. 이 시스템은 95.4%의 정확도를 달성했으며 인간 해석의 영향을 크게 줄여 개별 사자를 보다 일관되게 식별할 수 있었습니다.

수석 저자인 엑서터 대학의 Jonathan Growcott는 다음과 같이 말했습니다. “사자의 포효는 단지 상징적인 것이 아닙니다. 이는 개체군 크기를 추정하고 개별 동물을 모니터링하는 데 사용할 수 있는 고유한 서명입니다. 지금까지 이러한 포효를 식별하는 것은 전문가의 판단에 크게 의존하여 잠재적인 인간 편견을 도입했습니다. AI를 사용하는 우리의 새로운 접근 방식은 점점 줄어들고 있는 사자 개체수를 보호하기 위해 노력하는 환경 보호론자들에게 매우 중요하고 더 정확하고 덜 주관적인 모니터링을 제공합니다.”

라이온스 수는 계속해서 감소하고 있습니다.

국제자연보전연맹(International Union for Conservation of Nature) 적색 목록은 사자를 멸종 위기에 처한 동물로 분류합니다. 현재 추정에 따르면 아프리카에 서식하는 야생 사자의 수는 20,000~25,000마리에 불과하며, 이 개체수는 지난 25년 동안 절반 정도 감소했습니다.

새로운 연구는 사자의 포효 시퀀스에 확립된 목을 펄럭이는 포효와 중간 버전이 모두 포함되어 있으며, 단 하나의 포효 유형만 존재한다는 오랜 가정을 뒤집는 결론을 내렸습니다. 점박이하이에나를 포함한 다른 대형 육식동물에 대한 연구에서도 유사한 발전이 보고되었으며, 이는 생태과학에서 생물음향학의 가치 확대를 강화합니다.

AI로 모니터링 정확도 향상

연구팀은 목구멍이 울부짖는 소리를 분류하기 위해 머신러닝을 적용함으로써 개별 사자를 구별하는 능력을 발전시켰습니다. 또한 자동화된 데이터 중심 방법은 수동 음향 모니터링을 간소화하여 바닥 조사 또는 카메라 트래핑과 같은 일반적인 기술보다 더 신뢰할 수 있고 접근 가능한 옵션을 제공합니다.

Jonathan Growcott은 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 야생 동물 모니터링에 패러다임 전환이 필요하고 수동 음향 기술 사용에 대한 대규모 변화가 필요하다고 믿습니다. 생체 음향 기술이 향상됨에 따라 사자 및 기타 위협받는 종의 효과적인 보존에 필수적이 될 것입니다.”

광범위한 협력이 새로운 발견을 뒷받침합니다

이 프로젝트는 옥스포드 대학의 야생동물 보존 부서, 사자 풍경, 프랑크푸르트 동물학회, TAWIRI(탄자니아 야생동물 연구 연구소) 및 TANAPA(탄자니아 국립공원 관리청)와 협력하여 엑서터 대학에서 수행했습니다. 엑서터(Exeter)와 옥스퍼드(Oxford)의 컴퓨터 과학자들도 이 작업에 기여했습니다.

자금은 라이온 복구 기금, WWF 독일, 다윈 이니셔티브, 환경 지능 박사 과정을 위한 UKRI AI 센터에서 나왔습니다.

키스는 많은 동물종에서 볼 수 있지만 진화론적 수수께끼를 제기합니다. 키스 행위는 질병을 퍼뜨릴 수 있으며 생존이나 번식을 직접적으로 향상시키는 것으로 보이지는 않습니다. 키스는 많은 인간 집단에게 강한 감정적, 문화적 의미를 갖고 있지만, 키스의 진화 배경을 자세히 조사한 적은 거의 없습니다.

영장류 가계도의 키스 재구성

이번 연구에서 연구자들은 영장류 간의 진화 관계를 이용하여 키스의 기원을 추적하려는 최초의 종간 교차 시도를 수행했습니다. 그들의 결과는 키스가 2,150만~1,690만 년 전 사이에 조상에게서 출현한 대형 유인원에 깊은 뿌리를 두고 있음을 시사합니다. 이 행동은 진화를 통해 지속된 것으로 보이며 이 그룹 내의 대부분의 종에서 여전히 관찰됩니다.

연구팀은 또한 멸종된 인류 친척인 네안데르탈인도 키스를 했을 가능성이 높다고 결론지었습니다. 이 결론은 인간과 네안데르탈인이 구강 미생물을 교환하고(타액 전달을 통해) 상호 교배했다는 이전 연구에 의해 뒷받침되며, 이는 키스가 상호 작용의 일부임을 암시합니다.

옥스퍼드 생물학과의 주저자이자 진화생물학자인 마틸다 브린들 박사는 이렇게 말했습니다. “키스를 조사하기 위해 폭넓은 진화론적 렌즈를 사용한 것은 이번이 처음입니다. 우리의 발견은 영장류 사촌들이 나타내는 성적 행동의 놀라운 다양성을 강조하는 연구에 추가로 추가됩니다.”

동물의 키스 정의 및 식별

분석을 수행하기 위해 팀은 먼저 키스로 간주되는 것이 무엇인지 정의해야 했습니다. 왜냐하면 많은 입 대 입 행동이 동일하지는 않지만 행동과 유사하기 때문입니다. 그들은 광범위한 진화 범위에 걸쳐 종을 비교하고 있었기 때문에 그 정의는 보편적으로 적용되어야 했습니다. 그들은 키스를 음식 전달을 포함하지 않는 공격적이지 않은 입 대 입 접촉으로 정의했습니다.

이 정의를 정한 후 연구자들은 과학 문헌을 검토하여 키스에 참여하는 것으로 알려진 현대 영장류를 식별했습니다. 그들의 초점은 침팬지, 보노보, 오랑우탄을 포함하여 아프리카, 유럽, 아시아에서 진화한 원숭이와 유인원이었습니다.

키스의 진화 모델링

다음 단계에는 키스가 특성으로 코드화되어 영장류 가계도에 포함되는 계통발생 분석이 포함되었습니다. 통계적 방법(베이지안 모델링이라고 함)을 사용하여 팀은 수백만 개의 가능한 진화 시나리오를 시뮬레이션하여 다양한 조상이 키스할 가능성을 추정했습니다. 이 모델은 결과에 대한 강력한 통계적 신뢰도를 제공하기 위해 1천만 번 실행되었습니다.

공동 저자이자 옥스포드 진화 생물학 교수인 스튜어트 웨스트(Stuart West) 교수는 이렇게 말했습니다. “진화 생물학을 행동 데이터와 통합함으로써 우리는 키스처럼 화석화되지 않는 특성에 대해 정보에 입각한 추론을 할 수 있습니다. 이를 통해 현대 종과 멸종 종 모두의 사회적 행동을 연구할 수 있습니다.”

문화적 변이와 미래 연구

연구자들은 특히 대형 유인원을 제외하면 이용 가능한 데이터가 여전히 제한되어 있지만 이 프로젝트는 향후 연구를 위한 기초를 제공한다고 지적합니다. 또한 영장류학자들에게 인간이 아닌 동물의 키스 행동을 보고하는 표준화된 방법을 제공합니다.

공동 저자이자 플로리다 공과대학 심리학과 조교수인 캐서린 탤벗(Catherine Talbot)은 “키스는 평범하고 보편적인 행동처럼 보일 수 있지만 인간 문화의 46%에만 기록되어 있다”고 말했습니다. “사회적 규범과 맥락은 사회마다 크게 다르기 때문에 키스가 진화된 행동인지 문화적 발명인지에 대한 의문이 제기됩니다. 이것이 그 질문을 해결하는 첫 번째 단계입니다.”

브라질 상파울루 대학교 리베이라오 프레토 약학대학(FCFRP-USP) 연구진은 널리 사용되는 화학요법 약물과 유사한 방식으로 유방암 세포를 공격하는 것으로 보이는 Brotheas amazonicus의 독소 분자를 찾아냈습니다.

이러한 초기 연구 결과는 국립 아마존 연구 연구소(INPA) 및 아마조나스 주립 대학(UEA)의 과학자들과의 협력을 통해 생성되었으며 프랑스 남부 옥시타니 지역에서 열린 FAPESP 주간 프랑스에서 발표되었습니다.

FCFRP-USP 교수이자 프로젝트 코디네이터인 엘리안 칸디아니 아란테스(Eliane Candiani Arantes)는 “생물탐사를 통해 우리는 다른 전갈의 독에서 발견되는 것과 유사하고 유방암 세포에 작용하는 이 아마존 전갈 종의 분자를 식별할 수 있었다”고 말했다.

독 성분을 바이오의약품 도구로 전환

FCFRP-USP 팀과 파트너 기관은 방울뱀과 전갈 독의 단백질을 포함한 생체 활성 분자를 복제하고 발현하기 위해 오랫동안 노력해 왔습니다. 이러한 노력은 FAPESP가 지원하고 보투카투에 있는 상파울루 주립대학(UNESP)의 독 및 독 동물 연구 센터(CEVAP)에 위치한 중개 과학 및 바이오의약품 개발 센터(CTS)와 연결된 프로젝트 내에서 이루어집니다.

이 연구의 한 가지 결과는 “생물학적 접착제”로 설명되는 CEVAP의 특허받은 피브린 밀봉제입니다. 이는 뱀독(Bothrops neuwiedi pauloensis 및 Crotalus durissus terrificus 포함)에서 추출한 세리노프로테이나제 효소와 버팔로, 소 또는 양의 피브리노겐이 풍부한 동결침전물과 결합하여 생산됩니다.

적용되면 이러한 구성 요소는 신체의 자연적인 응고 및 조직 복구 과정과 유사한 피브린 구조를 형성합니다. 실란트는 신경 복구, 뼈 치유 및 척수 손상 후 운동 회복에 사용하기 위해 연구되었습니다. 현재 새로운 치료법 승인에 필요한 최종 평가 단계인 3상 임상시험이 진행 중이다.

유전자 발현을 통한 Fibrin Sealant 기술 발전

최근 연구자들은 콜린-1(cholinein-1)로 알려진 또 다른 방울뱀 세린 프로테아제를 복제하고 발현시켰습니다. 아미노산 서열은 방울뱀 독에서 직접 채취하여 피브린 밀봉재 생산에 사용되는 독소인 자이록신과 다릅니다.

Arantes는 “현재 우리의 생각은 피치아 파스토리스(Pichia Pastori)에서 이종 발현(자연적으로 가지고 있지 않은 숙주 유기체의 단편 또는 완전한 유전자에서)을 통해 이 세린 프로테아제를 얻는 것”이라고 설명했습니다.

연구진은 1950년 프랑스에서 처음 분리된 동일한 효모 종을 사용하여 CdtVEGF라는 내피 성장 인자를 생산할 계획도 세웠습니다. 이 분자는 원래 Crotalus durissus terrificus의 독에서 확인되었습니다.

“이 성장인자는 새로운 혈관 형성을 촉진합니다. 이를 콜리네인-1과 결합하면 CEVAP에서 개발한 것보다 향상된 피브린 밀봉제를 만들 수 있으며, 이종 발현을 통해 얻을 수 있기 때문에 산업 규모 확대가 가능합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

비슷한 유전적 발현 접근법을 통해 연구팀은 전갈 독에서 면역억제 효과가 있는 두 가지 신경독을 확인했습니다. INPA 및 UEA의 협력자들과 협력하여 그들은 또한 항종양 잠재력이 있는 것으로 보이는 Brotheas amazonicus의 독에서 BamazScplp1이라는 분자를 발견했습니다.

실험실 테스트 결과, 이 펩타이드가 유방암 세포에 미치는 영향은 일반적으로 처방되는 화학요법 치료법인 파클리탁셀과 비슷한 것으로 나타났습니다. 이는 주로 이전에 다른 전갈 종의 분자와 관련된 세포 사멸의 한 형태인 괴사를 유발합니다.

Arantes는 “우리는 또한 이종 발현을 통해 이러한 분자를 얻을 계획입니다.”라고 말했습니다.

방사성동위원소를 이용한 새로운 암 치료법 개발

상파울루주 캄피나스에서 FAPESP가 자금을 지원하는 RIDC(연구, 혁신 및 보급 센터), 즉 Cancer Theranostics Innovation Center(CancerThera)의 연구원들은 다른 치료 전략을 추구하고 있습니다. 그들의 목표는 단일 접근 방식으로 진단과 표적 치료를 결합하는 것입니다.

이 방법은 독일에서 시작되었으며 특정 종양을 표적으로 하는 분자에 다양한 방사성 동위원소를 부착하는 것과 관련됩니다. 이러한 태그가 붙은 분자는 영상화 및 치료에 사용될 수 있습니다.

“우리가 분자에 부착한 동위원소가 방출하는 방사선의 유형(양전자든 감마든)에 따라 CancerThera에서 사용 가능한 단층촬영 장비를 사용하여 이미지를 생성할 수 있습니다. 동위원소가 특정 분자를 너무 많이 포착한다는 사실을 기록하면 이를 국소적으로 더 강한 방사선을 방출하는 다른 분자로 대체하여 종양을 치료할 수 있습니다.”라고 캄피나스 주립대학교 의과대학 교수인 Celso Darío Ramos는 설명했습니다. (FCM-UNICAMP) 및 CancerThera의 주요 연구원 중 한 명입니다.

센터의 한 그룹은 다양한 암에 축적되는 분자를 식별하는 데 중점을 두고 있으며, 임상 팀은 알려진 화합물의 용도를 어떻게 변경할 수 있는지 평가합니다.

“우리는 혈액암, 주로 다발성 골수종에서 알려진 분자뿐만 아니라 두경부암, 간암, 육종, 폐암, 대장암, 위암 등의 기타 알려지지 않은 분자를 연구해 왔습니다. 또한 방사성 물질인 방사성 요오드로 치료해 온 갑상선암에 대해서도 수년간 연구해 왔지만 일부 환자는 내성을 보였습니다. 그래서 우리는 이러한 암에 대해 다른 방사성 물질을 사용한 또 다른 치료 가능성을 확인하려고 노력하고 있습니다. 환자들입니다.” Ramos는 Agência FAPESP에 말했습니다.

수지상 세포로 제작된 맞춤형 암 백신

또 다른 실험 전략은 상파울루 대학교 생의학 과학 연구소(ICB-USP)에서 개발 중이며, 연구원들은 수지상 세포를 기반으로 한 면역 요법을 탐구하고 있습니다.

ICB-USP 교수이자 프로젝트 코디네이터인 José Alexandre Marzagão Barbuto는 이러한 세포는 면역 체계의 중요한 구성 요소이며 암 환자의 경우 기능이 저하되는 경우가 많다고 설명했습니다.

“몇 년 전 암 환자의 혈액 세포에서 단핵구를 채취해 실험실에서 수지상 세포로 바꾸는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 이런 방식으로 생산된 수지상 세포는 종종 관용을 유도하기 위해 전환됩니다.”

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 건강한 기증자로부터 수지상 세포를 생성하고 이를 환자의 암세포와 융합하여 개인의 종양에 대한 면역 체계를 활성화하도록 설계된 맞춤형 백신을 생산했습니다.

교모세포종 환자를 대상으로 한 최근 테스트를 포함하여 다양한 암과 관련된 연구 결과는 이 전략이 생성하는 면역 반응이 적절하게 제어될 때 효과적일 수 있음을 시사합니다.

바르부토 박사는 “면역체계는 환자의 종양 세포와 융합된 건강한 기증자의 수지상 세포를 기반으로 한 이 백신을 이식으로 해석하고 격렬하게 반응한다”고 말했다. “우리는 흑색종과 신장암 환자를 대상으로 첫 번째 연구를 수행했고 결과는 매우 좋았으며 다른 교모세포종 환자도 있었습니다. 이제 우리는 3상 임상 연구를 수행하기를 희망하고 있습니다.”

AI를 사용하여 뇌암에 대한 MRI 예측 개선

프랑스 툴루즈 암대학교 연구소(IUCT-Oncopole) 연구진도 교모세포종에 대한 이해에 기여하고 있다. 그들의 연구는 자기공명영상(MRI)에 적용된 인공지능이 화학요법 환자의 치료 결과 및 생존과 관련된 DNA 변형이 있는지 여부를 확실하게 나타낼 수 있는지 여부를 조사합니다.

“MGMT 프로모터 영역 메틸화”로 알려진 변형은 MGMT 단백질이 생산되고 조절되는 방식에 영향을 미칩니다.

IUCT-Oncopole 연구원이자 프로젝트 코디네이터인 Elizabeth Moyal은 “MGMT 메틸화 상태는 중요한 예후 인자이지만 전체 종양을 반드시 대표할 수는 없고 재발이 다양할 수 있는 생검이 필요합니다”라고 말했습니다.

IRT Saint-Exupéry의 컴퓨터 과학자 Ahmed Berjaoui와 협력하여 팀은 원래 항공우주 애플리케이션용으로 설계된 AI 기술을 채택하여 이러한 문제를 해결했습니다.

Berjaoui는 “우리는 80%에서 90%에 이르는 높은 정확도로 생존을 예측할 수 있고 다른 기존 기술을 능가하는 모델을 개발했습니다”라고 말했습니다.

그러나 그 가정은 더 이상 사실이 아닐 수도 있습니다. 북동 태평양에서 발견되는 상어와 비슷한 종인 점박이 쥐치를 연구하는 과학자들은 이 물고기의 머리 꼭대기에 일련의 이빨이 자라는 것을 발견했습니다. 이 치아는 징징기의 코와 대략적으로 유사한 이마 부속물인 테나큘럼(tenaculum)으로 알려진 연골 기반 구조를 이루고 있습니다.

수년 동안 생물학자들은 치아가 원래 어디서 왔는지에 대해 논쟁을 벌였습니다. 이는 치아가 먹이와 생존에 얼마나 중요한 역할을 하는지를 고려할 때 중요한 문제입니다. 대부분의 논의는 치아가 신체의 다른 곳에서 진화했는지 여부를 탐구하지 않고 구강 치아에만 초점을 맞췄습니다. 테나큘럼의 치아 발견은 논쟁을 다시 불러일으켰고, 연구자들은 그러한 특징이 얼마나 널리 퍼져 있는지, 그리고 이것이 척추동물 치열의 역사에 대해 무엇을 드러내는지 묻게 되었습니다.

워싱턴 대학 프라이데이 하버 연구소(University of Washington’s Friday Harbor Labs)의 UW 박사후 연구원인 칼리 코헨(Karly Cohen)은 “이 미친, 절대적으로 놀라운 특징은 치아가 엄밀히 말하면 구강 구조라는 진화 생물학의 오랜 가정을 뒤집는 것”이라고 말했습니다. “테나큘럼은 기이한 일회성이 아닌 발달 과정의 유물이며, 턱 외부의 톱니 구조를 보여주는 최초의 명확한 예입니다.”

이 연구는 국립과학원(National Academy of Sciences)의 간행물.

점박이쥐는 퓨젯사운드에서 가장 흔한 물고기 중 하나입니다. 그들은 수백만 년 전에 상어에서 갈라진 키메라(chimaeras)라고 알려진 연골 어류 그룹에 속합니다. 길이가 약 2피트까지 자라는 이 물고기는 몸 크기의 약 절반을 차지하는 길고 가느다란 꼬리 때문에 이름이 붙여졌습니다. 성인 남성만이 이마에 테나큘럼(tenaculum)이 생깁니다. 쉬고 있을 때는 눈 사이에 작은 흰색 덩어리처럼 보이지만, 들어올리면 이빨로 덮인 갈고리 모양의 가시 기관이 됩니다.

수컷은 전시와 기능 모두를 위해 테나큘럼을 사용합니다. 그들은 경쟁자를 막기 위해 그것을 키우고 짝짓기 중에 암컷의 가슴 지느러미를 붙잡아 쌍을 물 속에서 함께 유지하는 데 사용합니다.

코헨은 “상어는 팔이 없지만 물속에서 짝짓기를 해야 한다”고 말했다. “그래서 그들 중 다수는 번식 중에 짝과 연결하기 위해 잡는 구조를 개발했습니다.”

점박이은 또한 다른 많은 연골 어류와 마찬가지로 짝짓기를 위해 골반 걸쇠를 사용합니다.

대부분의 상어, 가오리, 홍어의 몸은 치아라고 불리는 작은 치아 모양의 비늘로 덮여 있습니다. 그러나 골반 걸쇠의 치아를 제외하면 점박이 은상어는 대체로 피부가 매끄러워집니다. 이 특이한 치아의 부족으로 인해 과학자들은 치아가 어떻게 되었는지, 그리고 치아의 치아가 진화의 잔재를 나타낼 수 있는지에 대해 의문을 갖게 되었습니다.

연구를 수행하기 전에 연구자들은 두 가지 가능성을 염두에 두었습니다. 하나는 “치아”가 고대 조상의 남은 특징인 단순히 변형된 치아였다는 것입니다. 다른 하나는 그것이 입 안에서 발견되는 것과 유사한 진짜 치아라고 제안했습니다.

코헨은 “쥐치는 정말 이상한 얼굴을 가지고 있다”고 말했다. “작을 때는 작은 노른자대에 갇힌 코끼리처럼 보입니다.”

구강 부위를 형성하는 세포는 더 멀리 퍼져 있기 때문에 어느 시점에서 치아를 형성하는 세포 덩어리가 머리로 이동하여 붙어 있을 가능성이 있습니다.

이러한 이론을 테스트하기 위해 연구자들은 테나큘럼 발달을 문서화하기 위해 마이크로 CT 스캔과 조직 샘플을 사용하여 수백 마리의 물고기를 잡아 분석했습니다. 상어는 연구하기 매우 어려울 수 있지만 퓨젯사운드에는 점박이 쥐가 많이 있습니다. 그들은 산후안 섬에 위치한 UW 연구 시설인 Friday Harbor Labs 주변의 얕은 곳을 자주 방문합니다. 그들은 또한 현대 은상어를 조상 화석과 비교했습니다.

스캔 결과 수컷과 암컷 쥐고기 모두 일찍부터 테나쿨룸을 만들기 시작하는 것으로 나타났습니다. 남성의 경우, 작은 세포 덩어리에서 눈 사이로 늘어나는 작은 흰색 여드름으로 성장합니다. 턱을 조절하는 근육에 부착되어 마침내 피부 표면을 통해 분출되어 치아가 돋아납니다. 암컷에서는 결코 물질화되거나 광물화되지 않지만 초기 구조의 증거는 남아 있습니다.

새로운 치아는 턱에 존재하지만 다른 곳에서는 기록된 적이 없는 치아판(dental lamina)이라는 조직 띠에 뿌리를 두고 있습니다. Cohen은 “처음으로 치아판을 봤을 때 눈이 번쩍 뜨였습니다.”라고 말했습니다. “턱 바깥의 중요한 구조를 보는 것은 매우 흥미로웠습니다.”

인간의 경우, 성인 치아가 자란 후 치아판이 붕괴되지만, 많은 척추동물은 치아를 대체할 수 있는 능력을 유지합니다. 예를 들어 상어는 새로운 이빨이 계속해서 나오는 컨베이어 벨트를 갖고 있다고 코헨은 말했습니다. 점박이 은상어의 골반 걸쇠에 있는 치아를 포함한 피부 치아에는 치아판이 없습니다. 이 구조를 확인하는 것은 테나큘럼의 치아가 실제로 치아이며 남은 치아가 아니라는 강력한 증거였습니다. 유전적 증거도 이러한 결론을 뒷받침했습니다.

“척추동물의 치아는 유전적 도구 상자에 의해 매우 잘 결합되어 있습니다”라고 Cohen은 말했습니다.

조직 샘플을 통해 척추동물의 치아와 관련된 유전자가 열상에서 발현되었지만 치아에서는 발현되지 않은 것으로 나타났습니다. 화석 기록에서 그들은 관련 종의 십이지장(tenaculum)에 이빨의 증거도 관찰했습니다.

이번 논문의 공동 저자이자 시카고 대학교 유기체 생물학 및 해부학 교수 겸 교수인 마이클 코츠(Michael Coates)는 “우리는 이 물고기들이 어떻게 생식에 필수적인 새로운 장치를 만들기 위해 치아 제조를 위한 기존 프로그램을 채택했는지 보여주기 위해 실험 데이터와 고생물학적 증거를 결합했습니다.”라고 말했습니다.

현생 수컷 점박이은상어는 십나쿨룸에 7~8줄의 갈고리 이빨이 자랄 수 있습니다. 이 이빨은 일반 송곳니보다 더 많이 수축되고 구부러져 물고기가 수영하는 동안 짝을 붙잡을 수 있습니다. 테나큘럼의 크기도 물고기의 길이와 관련이 없는 것으로 보입니다. 그 발달은 대신 골반 걸쇠와 일치하며, 이는 이주 조직이 이제 다른 네트워크에 의해 규제된다는 것을 암시합니다.

이번 연구의 수석 저자이자 플로리다 대학 생물학 교수인 가레스 프레이저(Gareth Fraser)는 “이 이상한 키메라가 머리 앞쪽에 이빨을 내밀고 있다면 치아 발달의 역동성에 대해 더 일반적으로 생각하게 된다”고 말했다.

상어는 구강 치아가 너무 많고 치아로 덮여 있기 때문에 치아와 발달을 연구하는 모델이 되는 경우가 많습니다. 그러나 코헨은 상어가 역사가 포착한 치아 다양성의 극히 일부만을 보유하고 있다고 덧붙였습니다. “키메라는 과거를 엿볼 수 있는 드문 기회를 제공합니다. 척추동물의 뾰족한 구조를 더 많이 볼수록 턱 밖에서 더 많은 치아를 찾을 수 있다고 생각합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

이 연구는 National Science Foundation, Save Our Seas Foundation 및 혁신적인 초기 경력 연구를 지원하는 Friday Harbor Labs의 내부 기부금의 지원을 받았습니다.

분화구에 있지만 호주에서만 발견되는 작은 유리 조각에 있습니다.

이 발견은 운석이 표면을 녹일 만큼 충분한 힘으로 지구에 부딪혀 녹은 물질을 먼 거리로 날려버릴 때 형성되는 텍타이트(Tektites)라고 불리는 희귀한 천연 유리에 초점을 맞췄습니다. 새로 확인된 이 다양한 텍타이트는 지금까지 남호주 일부 지역에서만 발견되었습니다.

공동저자인 커틴대학교 지구행성과학대학의 프레드 조던(Fred Jourdan) 교수는 이번 발견을 지구의 격동적인 과거의 새로운 장을 밝히는 것과 비교했습니다.

Jourdan 교수는 “이 안경은 호주 고유의 것이며 우리가 알지도 못했던 고대 충격 사건을 기록했습니다”라고 말했습니다.

“소행성이 지구에 충돌했을 때 표면의 암석이 녹아 수천 킬로미터에 걸쳐 잔해가 흩어졌을 때 형성되었습니다. 이 작은 유리 조각은 우리 행성 역사의 깊은 곳에서 온 작은 타임캡슐과 같습니다.

“이 발견을 더욱 흥미롭게 만드는 것은 충격이 엄청났음에 틀림없음에도 불구하고 과학자들이 아직 분화구의 위치를 ​​찾지 못했다는 것입니다.

“큰 소행성이 언제, 얼마나 자주 지구에 충돌했는지 이해하는 것은 미래의 충돌 위험을 평가하는 데 도움이 되며 이는 행성 방어에 중요합니다.”

Aix-Marseille University의 박사과정 학생인 수석 저자 Anna Musolino는 이 안경이 이전에 알려진 모든 텍타이트와는 차별화된다고 말했습니다.

“이 텍타이트는 특이한 화학적 성질과 약 1,100만 년의 나이 때문에 독특합니다”라고 Musolino 씨는 말했습니다.

“그들은 호주의 유명한 텍타이트가 흩어져 있는 지대와는 완전히 별개의 충돌 사건을 기록합니다.

“호주 텍타이트가 약 78만년 전에 형성되어 지구 절반에 퍼져 있는 반면, 이 텍타이트는 훨씬 더 오래되었으며 그들의 발견은 이전에 인식할 수 없었던 거대한 충격을 암시합니다.”

이 연구는 Aix-Marseille University의 Pierre Rochette 명예 교수가 주도한 대규모 연구 프로젝트의 일부였으며 과거 충격의 파괴력과 이에 대한 연구의 중요성을 모두 강조했습니다.

전체 연구 논문 ‘A new tektite strewn field in Australia’는 11 Myr 전 화산 아크 충돌 분화구에서 분출되었습니다. 지구 및 행성 과학 편지.

이를 탐구하기 위해 북중국과기대학교의 Yingjie Liu는 연구팀을 이끌고 사람들이 의사소통자와 공유하는 관계에 따라 정보를 판단하는 방식을 조사했습니다.

뇌 영상을 통한 속임수 연구

에 발표된 연구 결과에 따르면 JNeurosci연구진은 66명의 건강한 성인의 뇌 활동을 관찰하기 위해 신경 영상 방법을 사용했습니다. 한 쌍의 참가자는 서로 마주 앉아 컴퓨터 화면을 통해 상호 작용하여 과학자들이 정보의 흐름을 제어할 수 있었습니다. 참가자들이 교환한 각 메시지는 “득점” 또는 “손실”로 설명되는 결과를 가져왔습니다. “이득”은 두 사람 모두에게 이익이 되는 정보를 의미하는 반면, “손실”은 부정적인 결과를 낳는 정보를 의미합니다. 기고 연구원인 Rui Huang은 “우리가 ‘이득’과 ‘손실’ 맥락을 선택한 주요 이유는 사람들이 잠재적인 보상이나 처벌에 반응하여 의사 결정을 조정하는 방식을 보여주기 때문입니다.”라고 설명했습니다.

팀은 사람들이 “이득” 상황에서 잘못된 정보를 더 신뢰한다는 사실을 발견했습니다. 이러한 행동은 보상을 처리하고, 위험을 평가하고, 다른 사람의 의도를 해석하는 뇌 영역의 활성화와 일치합니다. 이는 정보가 의심을 불러일으킬지라도 긍정적인 결과에 대한 약속이 거짓말을 믿을 수 있는지 여부에 큰 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

친구들은 속임수를 쓰는 동안 독특한 두뇌 패턴을 보여줍니다

가장 놀라운 발견 중 하나는 우정의 역할과 관련이 있었습니다. 잠재적으로 기만적인 정보를 전달하는 사람을 친구로 간주했을 때 두 사람 모두 동기화된 뇌 활동을 보였습니다. 이 동시성은 상황에 따라 바뀌었습니다. 예를 들어, 보상과 관련된 뇌 영역은 “이득” 시나리오에서 더 큰 정렬을 보인 반면, 위험 평가와 관련된 영역은 “손실” 순간에 더 동기화되었습니다. 이 공유 활동은 연구자가 참가자가 친구에게 속을 가능성이 있는 시기를 예측할 수 있는 충분한 정보를 제공했습니다.

사람들이 보상받는 거짓말을 믿을 수 있는 이유

종합해보면, 결과는 정보가 “이득”의 가능성을 시사할 때 사람들이 거짓말을 믿는 데 특히 취약할 수 있음을 나타냅니다. 이 연구는 또한 친구들 사이에서 뇌가 사회적 정보를 어떻게 다르게 처리하는지를 강조합니다. 이로 인해 말하는 내용의 진실성을 정확하게 판단하기가 더 어려워질 수 있습니다. 보상 중심 사고와 대인 관계의 결합은 사람들이 정직성을 평가하는 방식에 영향을 미치고 잠재적으로 특정 상황에서 잘못된 정보를 더 쉽게 받아들이게 만드는 것으로 보입니다.

연구팀은 아프리카, 아시아, 유럽 전역에서 발견된 51명의 인류의 화석화된 치아를 조사했습니다. 샘플에는 네안데르탈인과 같은 현대 인류와 고대 인류, 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스그리고 멸종된 유인원을 포함하여 기간토피테쿠스 블랙이(Gigantopithecus blacki).

연구된 화석의 73%에 납 흔적이 있었으며, 현대 및 고대 인류 샘플의 71%가 오염된 것으로 나타났습니다. 화석 G. 블랙키 180만년 전으로 거슬러 올라가서 가장 높은 수준의 급성 노출이 밝혀졌습니다.

이전에는 기록된 역사에서, 특히 납 파이프가 물 시스템에 사용되었던 로마 시대와 이후 산업 혁명 기간에 인간이 심각한 납 노출에 직면하기 시작했다고 생각되었습니다. 납 오염은 20세기 후반이 지나서야 감소했습니다.

“우리는 납이 얼마나 독성이 있는지 깨달았을 때 일상 생활에서 납 사용을 중단했지만 선사 시대에는 납을 연구한 사람이 아무도 없었습니다.”라고 UC 샌디에고 의과대학 소아과 및 세포 및 분자 의학 교수이자 고고학 센터 부소장이자 샌포드 통합 우주 줄기 세포 궤도 연구 센터 소장인 교신 저자인 Alysson Muotri 박사는 말했습니다.

연구자들은 놀랍게도 납 휘발유와 페인트에 대한 노출이 널리 퍼졌던 20세기 중반(1940년대부터 1970년대)에 태어난 사람들의 치아에서 고대 인간 화석과 유사한 납 패턴을 보여주었습니다.

과학자들은 고대 인류와 그 친척들이 후기 로마인들이 그랬던 것처럼 물을 탐색하면서 납을 만났을 수도 있다고 제안합니다.

“한 가지 가능성은 그들이 내부에 흐르는 물이 있는 동굴을 찾고 있었다는 것입니다.”라고 Muotri는 말했습니다. “동굴에는 납이 포함되어 있어 모두 오염되었습니다. 치아 법랑질 연구에 따르면 유아기 초기에 시작되었습니다.”

납 노출은 뇌의 성장과 기능을 방해하고 지능과 감정 조절을 손상시킵니다.

이러한 증거에 직면한 무오트리와 그의 팀은 현대 인류가 진화 과정에서 그러한 독성 조건에도 불구하고 어떻게 번성할 수 있었는지 의문을 갖기 시작했습니다.

작은 유전적 변화

신경종양학적 복부항원 1로 알려진 유전자(NEW1)은 뇌 형성과 시냅스 발달에 중요한 역할을 합니다. 신경 발달의 핵심 조절자 역할을 하는 NOVA1은 신경 전구 세포가 납 노출에 어떻게 반응하는지 결정하는 데 도움을 주며, NOVA1의 활동 장애는 신경 장애와 연관됩니다.

거의 모든 현생인류는 네안데르탈인에서 발견된 버전과 단일 DNA 염기쌍이 다른 NOVA1 유전자 버전을 보유하고 있습니다. Muotri 그룹의 초기 연구에서는 현대적인 방식을 바꾸는 것이 NEW1 오가노이드라고 불리는 소형 뇌 모델의 오래된 변종은 뇌 구조와 연결성에 극적인 변화를 일으켰습니다.

무오트리는 “오가노이드에 관한 모든 것은 유전적 변이를 제외하고 동일하다”며 “우리와 네안데르탈인 사이의 특정 돌연변이가 우리에게 어떤 이점을 주는지 여부를 물어볼 수 있게 해준다”고 말했다. 구식 변종은 뇌 성숙을 가속화했지만 시간이 지남에 따라 복잡성이 줄어들었습니다. “만약 모든 인간이 세계 곳곳에서 이 새로운 돌연변이를 갖고 있다면, 우리 종에서는 매우 강력한 유전적 압력이 이를 선택했을 것입니다.”

납 노출이 이러한 유전적 변화를 형성했는지 여부를 테스트하기 위해 연구자들은 현대와 조상 모두를 사용하여 뇌 유기체를 만들었습니다. NEW1 변종을 유도하여 피질 및 시상 뉴런의 성장을 모니터링합니다.

그들은 납이 변했다는 것을 발견했습니다 NEW1 두 가지 유형의 오가노이드 모두에서 활동하며 자폐증 및 간질과 같은 상태와 관련된 유전자에 영향을 미칩니다.

다만, 고대인만이 NEW1 변종이 활동을 변경했습니다. 폭스P2말과 언어에 중요한 유전자입니다. 특정한 사람들 폭스P2 돌연변이는 복잡한 단어와 문장을 형성하는 데 어려움을 겪습니다.

“복잡한 언어와 관련된 이러한 유형의 뉴런은 고대 버전의 언어에서는 사망하기 쉽습니다. NEW1“라고 Muotri가 말했습니다. 폭스P2 우리와 네안데르탈인의 유전자는 동일하지만, 유전자가 인간에 의해 조절되는 방식은 다음과 같습니다. NEW1 그것은 아마도 언어 차이에 기여할 것입니다.”

진화의 의미

연구 결과에 따르면 현대적인 기술을 습득해야 합니다. NEW1 변종은 납의 해로운 영향으로부터 우리를 보호하여 복잡한 언어 발달과 사회적 결속을 촉진했을 수 있습니다. 이는 납 오염이 존재하는 상황에서도 현생 인류가 네안데르탈인에 비해 상당한 진화적 이점을 갖게 되었을 수 있습니다.

Muotri는 이러한 결과가 환경적 스트레스 요인이 인간 진화 과정에서 뇌 발달을 어떻게 형성했는지 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다고 믿습니다. 그는 납 노출이 약 40,000년 전 네안데르탈인의 멸종에 기여했을 수 있다고 추측합니다.

Muotri는 “언어는 매우 중요한 이점이며 변혁적이며 우리의 초능력입니다”라고 말했습니다. “우리에게는 언어가 있기 때문에 사회를 조직하고 아이디어를 교환하여 대규모 운동을 조정할 수 있습니다. 네안데르탈인이 그렇게 할 수 있다는 증거는 없습니다. 그들은 추상적 사고를 가졌을 수도 있지만 그것을 서로 번역할 수 없었습니다. 아마도 그 이유는 우리의 복잡한 언어만큼 효율적인 의사소통 시스템이 없었기 때문일 것입니다.”

방법 이해하기 NEW1 유전자 변이가 영향을 미칠 수 있음 폭스P2 표현은 납 오염과 뇌 발달 사이의 관계를 밝히는 데 도움이 되며 언어 실행증(말소리를 올바르게 생성하는 것을 어렵게 만드는 상태) 및 자폐증을 포함하여 언어와 관련된 신경학적 상태를 밝혀줍니다.

연구의 공동 저자로는 Janaina Sena de Souza, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Jose Oviedo, University of California San Diego; Southern Cross University의 Marian Bailey와 Matthew Tonge; Renaud Joannes-Boyau, 서던 크로스 대학교 및 요하네스버그 대학교; 요하네스버그 대학교 및 모나쉬 대학교 저스틴 W. 아담스(Justin W. Adams); Christine Austin, Manish Arora, Mount Sinai의 Icahn 의과대학, Macquarie University의 Kira Westaway; Ian Moffat, 플린더스 대학교 및 케임브리지 대학교; 웨이 왕(Wei Wang)과 웨이 랴오(Wei Liao), 광시 인류학 박물관; Yingqi Zhang, 척추동물 고생물학 및 고인류학 연구소; Luca Fiorenza, Monash 대학교 및 Johann Wolfgang Goethe 대학교; Marie-Helene Moncel, 국립 자연사 박물관; 애리조나 주립대학교 게리 T. 슈워츠(Gary T. Schwartz); Luiz Pedro Petroski와 Roberto H. Herai, Pontifícia Universidade Católica do Paraná; 호세 오비에도(애리조나대학교); Bernardo Lemos, Harvard TH Chan 공중 보건 학교.

이 연구는 부분적으로 국립 보건원(R01 ES027981, P30ES023515, R01ES026033 부여), 호주 연구 위원회(DP170101597 부여), 국립 과학 재단(BCS 0962564 부여) 및 The Leakey 재단의 자금 지원을 받았습니다.

공개: Muotri는 유전자 분석 및 인간 뇌 조직 형성 전문 회사인 TISMOO의 공동 창립자이자 지분을 보유하고 있습니다. 본 계약의 조건은 이해 상충 정책에 따라 캘리포니아 샌디에고 대학의 검토 및 승인을 받았습니다.

수십억 년 전에 태양계는 거대한 회전하는 가스와 먼지 구름이었습니다. 시간이 지나면서 이 물질은 단단한 물체로 합쳐져 최초의 운석을 형성했습니다. 이 운석들은 반복적인 충돌을 통해 점차적으로 합쳐져 원시 지구와 그 주변 행성을 만들었습니다.

초기에 지구는 용암으로 뒤덮인 녹은 세계였습니다. 1억 년이 채 지나지 않아 화성 크기의 몸체가 젊은 행성에 충돌하면서 과학자들이 “거대한 충돌”이라고 부르는 재앙적인 사건을 경험했습니다. 충돌로 인해 행성 내부가 녹아 혼합되어 원래의 화학적 특성이 대부분 사라졌습니다. 수십 년 동안 과학자들은 원시 지구의 모든 흔적이 우주 격변으로 인해 완전히 파괴되었다고 믿었습니다.

그러나 MIT 팀의 새로운 결과는 이러한 가정에 도전합니다. 연구자들은 오늘날 지구상에서 발견되는 대부분의 물질과 다른 고대의 깊은 암석 샘플에서 특이한 화학적 특징을 발견했습니다. 이 특징은 칼륨 동위원소(중성자 수가 다른 동일한 원소의 원자)의 약간의 불균형으로 나타납니다. 광범위한 분석 끝에 과학자들은 이후의 충격이나 지구 내에서 진행 중인 지질학적 과정에 의해 변칙 현상이 생성될 수 없다고 결론지었습니다.

가장 그럴듯한 설명은 이 암석이 원시 지구의 원래 물질의 작은 부분을 보존하여 행성의 격렬한 재형성 속에서 어떻게든 살아남았다는 것입니다.

MIT의 지구 및 행성 과학 분야 Paul M. Cook 경력 개발 조교수인 Nicole Nie는 “이것은 아마도 우리가 원시 지구 물질을 보존했다는 최초의 직접적인 증거일 것입니다.”라고 말합니다. “우리는 거대한 충돌 이전에도 아주 오래된 지구의 일부를 봅니다. 이 아주 초기의 특징이 지구의 진화를 통해 천천히 지워질 것이라고 기대하기 때문에 이것은 놀라운 일입니다.”

Nie의 공동 저자로는 Chengdu University of Technology(중국)의 Da Wang, Carnegie Institution for Science(워싱턴 DC)의 Steven Shirey 및 Richard Carlson, ETH Zürich(스위스)의 Bradley Peters, Scripps 해양학 연구소(캘리포니아)의 James Day가 있습니다.

흥미로운 변칙

2023년에 Nie와 그녀의 팀은 전 세계에서 수집된 수많은 잘 기록된 운석을 조사했습니다. 이 운석은 태양계 전체의 다양한 시간과 위치에서 형성되어 수십억 년에 걸쳐 변화하는 화학적 성질을 포착합니다. 연구자들은 그들의 구성을 지구의 구성과 비교했을 때 독특한 “칼륨 동위원소 이상”을 발견했습니다.

칼륨은 자연적으로 세 가지 동위원소 형태(칼륨-39, 칼륨-40, 칼륨-41)로 존재하며 각각 원자 질량이 약간 다릅니다. 현대 지구에서는 칼륨-39와 칼륨-41이 지배적인 반면, 칼륨-40은 극소량으로만 존재합니다. 그러나 운석은 일반적으로 지구에서 볼 수 있는 것과는 다른 동위원소 비율을 나타냈습니다.

이 발견은 동일한 종류의 칼륨 불균형을 보이는 모든 물질이 거대한 충격이 지구의 화학을 변화시키기 전에 존재했던 물질에서 유래했음이 틀림없다는 것을 시사했습니다. 본질적으로, 이 변칙성은 원시 지구 물질의 지문 역할을 할 수 있습니다.

“그 연구에서 우리는 서로 다른 운석이 서로 다른 칼륨 동위원소 특성을 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 이는 칼륨이 지구의 빌딩 블록 추적자로 사용될 수 있음을 의미합니다.”라고 Nie는 설명합니다.

“다르게 제작되었습니다”

이번 연구에서 연구팀은 운석이 아닌 지구 내에서 칼륨 이상 징후를 찾았습니다. 그들의 샘플에는 가장 오래 보존된 암석 중 일부가 발견된 그린란드와 캐나다의 분말 형태 암석이 포함되어 있습니다. 그들은 또한 화산이 맨틀(지각과 핵을 분리하는 행성의 가장 두꺼운 암석층)에서 지구에서 가장 초기의 가장 깊은 물질을 가져온 하와이에서 수집한 용암 퇴적물을 분석했습니다.

“이 칼륨 특성이 보존된다면 우리는 깊은 시간과 깊은 지구에서 그것을 찾고 싶을 것입니다”라고 Nie는 말합니다.

연구팀은 먼저 다양한 분말 샘플을 산에 용해시킨 다음 나머지 샘플에서 칼륨을 조심스럽게 분리하고 특수 질량 분석기를 사용하여 칼륨의 세 가지 동위원소 각각의 비율을 측정했습니다. 놀랍게도 그들은 샘플에서 지구상의 대부분의 물질에서 발견된 것과 다른 동위원소 특징을 확인했습니다.

구체적으로 그들은 칼륨-40 동위원소의 결핍을 확인했습니다. 지구상의 대부분의 물질에서 이 동위원소는 칼륨의 다른 두 동위원소에 비해 이미 미미한 부분입니다. 그러나 연구자들은 그들의 샘플에 훨씬 더 적은 비율의 칼륨-40이 포함되어 있음을 식별할 수 있었습니다. 이 작은 결핍을 발견하는 것은 황사 한 국자를 발견하는 것이 아니라 양동이에 있는 갈색 모래 한 알을 발견하는 것과 같습니다.

연구팀은 실제로 샘플에 칼륨-40이 부족하다는 사실을 발견했는데, 이는 오늘날 우리가 지구에서 볼 수 있는 대부분의 물질과 비교하여 재료가 “다르게 제작”되었음을 보여주는 것이라고 Nie는 말했습니다.

하지만 샘플이 원시 지구의 희귀한 잔재일 수 있을까요? 이에 답하기 위해 연구자들은 이것이 사실일 수 있다고 가정했습니다. 그들은 원시 지구가 원래 칼륨-40이 부족한 물질로 만들어졌다면 이 물질의 대부분은 거대한 충돌과 그에 따른 작은 운석 충돌로 인해 화학적 변화를 겪었을 것이며 궁극적으로 오늘날 우리가 볼 수 있는 칼륨-40이 더 많은 물질이 되었을 것이라고 추론했습니다.

연구팀은 알려진 모든 운석의 구성 데이터를 사용하고 이러한 운석과 거대 충돌에 따른 충격에 따라 샘플의 칼륨-40 결핍이 어떻게 변하는지에 대한 시뮬레이션을 수행했습니다. 그들은 또한 맨틀의 가열과 혼합과 같이 시간이 지남에 따라 지구가 경험하는 지질학적 과정을 시뮬레이션했습니다. 결국 그들의 시뮬레이션은 캐나다, 그린란드 및 하와이의 샘플에 비해 칼륨-40의 비율이 약간 더 높은 구성을 생성했습니다. 더 중요한 것은 시뮬레이션된 구성이 대부분의 현대 재료의 구성과 일치한다는 것입니다.

이 연구는 칼륨-40이 부족한 물질이 원시 지구에서 남겨진 원래 물질일 가능성이 높다는 것을 시사합니다.

흥미롭게도 샘플의 서명은 지질학자들이 수집한 다른 운석과 정확하게 일치하지 않습니다. 팀의 이전 작업에서 운석은 칼륨 이상을 보여주었지만 원시 지구 샘플에서 볼 수 있는 적자는 정확히 아닙니다. 이는 원래 원시 지구를 형성했던 운석과 물질이 아직 발견되지 않았음을 의미합니다.

“과학자들은 다양한 운석 그룹의 구성을 결합하여 지구의 원래 화학 구성을 이해하려고 노력해 왔습니다.”라고 Nie는 말합니다. “그러나 우리의 연구에 따르면 현재 운석 목록은 완전하지 않으며 우리 행성이 어디에서 왔는지에 대해 알아야 할 것이 훨씬 더 많습니다.”

이 작업은 부분적으로 NASA와 MIT의 지원을 받았습니다.