[카테고리:] 과학

수세기 동안 실크로드를 따라 진행되는 전염병과 그 경로에 있는 파괴적인 도시와 마을에 대한 묘사는 역사적 기록보다는 운율이 맞는 이야기에 대한 오해에 기초해 왔습니다.

문제의 작품은 “마카마(maqāma)”입니다. 이는 방황하는 “사기꾼”이 자주 등장하는 아랍어 문학 형식입니다. 시인이자 역사가인 Ibn al-Wardi가 1348/9년 알레포에서 쓴 이 작품은 나중에 이 질병이 어떻게 대륙을 횡단했는지에 대한 목격자의 설명으로 오인되었습니다.

과학으로 착각한 이야기

현대의 유전적 증거에 따르면 흑사병을 일으킨 박테리아는 중앙아시아에서 유래했을 가능성이 가장 높습니다. Ibn al-Wardi의 이야기에 영향을 받은 일부 과학자들은 여전히 ​​전염병이 10년도 채 안 되어 키르기스스탄에서 흑해와 지중해로 퍼져 1340년대 후반에 서부 유라시아와 북아프리카를 휩쓴 치명적인 전염병이 촉발되었다고 주장합니다. 때때로 “빠른 이동 이론”이라고도 불리는 이 해석은 Ibn al-Wardi의 시적 작품을 문자 그대로 받아들이는 데 크게 의존합니다.

새로운 연구는 이 아이디어에 도전하며, 박테리아가 단 몇 년 만에 3,000마일 이상을 이동하여 1347년에서 1350년 사이에 그렇게 광범위한 발병을 일으켰을 수 있다는 것이 현실적인지 의문을 제기합니다.

사기꾼 전염병과 혼란의 세기

그의 마카마(maqāma)에서 Ibn al-Wardi는 전염병을 15년 간의 여행에 걸쳐 한 지역에서 다른 지역으로 죽음을 가져오는 장난스러운 방랑자로 의인화합니다. 이야기는 중국을 넘어 인도, 중앙아시아, 페르시아를 거쳐 마침내 흑해, 지중해, 이집트, 레반트에 이른다. 저자가 나중에 그의 역사 저술에서 이 이야기의 일부를 인용했기 때문에 많은 후대 독자들은 그것이 사실이라고 생각했습니다.

아랍 및 이슬람 연구 박사 과정 연구원인 무하메드 오마르(Muhammad Omar)와 엑서터 대학의 이슬람 의학 역사가인 나히안 팬시에 따르면, 혼란은 아랍 연대기 작가들과 이후 유럽 역사가들이 흑사병 확산에 대한 문자 그대로의 설명으로 다루기 시작한 15세기에 시작되었습니다.

역사적 웹의 중심에 있는 텍스트

Fancy 교수는 다음과 같이 설명했습니다. “전염병 확산에 대한 사실적으로 잘못된 설명에 대한 모든 길은 이 하나의 텍스트로 이어집니다. 이는 흑사병이 어떻게 이 지역을 가로질러 이동했는지에 대한 신화의 거미줄 중앙에 있는 것과 같습니다.

“아시아를 횡단하는 전염병의 전체 이동과 시리아 이전 이집트에의 도착은 항상 Ibn al-Wardī의 단수 Risāla에 기반을 두고 있으며, 이는 다른 동시대 연대기 및 심지어 마카마에서도 입증되지 않습니다. 이 텍스트는 전염병이 전파되고 사람들을 속였다는 사실을 강조하기 위해 작성되었습니다. 문자 그대로 받아들여서는 안 됩니다.”

마카마의 문화적 역할

마카마 장르는 10세기 후반에 등장했으며 12세기부터 특히 인기를 끌었습니다. 14세기에 이슬람 세계의 맘루크 작가들은 특히 이 스타일을 중요하게 여겼으며, 전염병에 관한 작품을 포함하여 그들의 작품 중 상당수가 오늘날 전 세계 도서관에 남아 있습니다. 이 이야기들은 앉은 자리에서 공연되거나 큰 소리로 읽히도록 의도되었습니다.

이븐 알-와르디 리살 1348~49년에 쓰여진 전염병을 주제로 한 최소 세 개의 마카마 중 하나였습니다. 이 연구는 그러한 문헌이 어떻게 질병의 경로에 대한 통찰력이 아니라 당시 사람들이 상상할 수 없는 손실과 격변에 어떻게 대처했는지에 대한 통찰력을 제공한다는 점을 강조합니다.

이전 발병 재검토

Ibn al-Wardi의 작품을 허구적 구성으로 인식함으로써 역사가들은 1258년 다마스커스와 1232~33년 카이펑을 강타한 전염병과 같이 더 일찍, 잘 알려지지 않은 전염병에 초점을 맞출 수 있습니다. 학자들은 이제 지역 사회가 이러한 초기 위기를 어떻게 기억했는지, 그리고 그러한 기억이 나중에 흑사병에 대한 이해에 어떤 ​​영향을 미쳤는지 탐구할 수 있습니다.

역사적 위기 속에서 인류애 찾기

팬시(Fancy) 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이러한 글은 코로나19 팬데믹 기간 동안 사람들이 새로운 요리 기술이나 예술적 기술을 개발한 방식과 유사하게, 창의성이 어떻게 통제력을 행사하는 방법이었는지, 죽음이 널리 퍼진 이 시기에 대처 메커니즘으로 작용했는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“이 마카마는 흑사병이 어떻게 확산되었는지에 대한 정확한 정보를 제공하지 못할 수도 있습니다. 하지만 이 문서는 당시 사람들이 이 끔찍한 위기 속에서 어떻게 살고 있었는지 알 수 있도록 도와주기 때문에 경이롭습니다.”

King’s College London의 과학자들은 케라틴이 치아 법랑질을 재건하고 부패의 초기 단계를 멈출 수 있다는 것을 발견했습니다. 케라틴이 타액에서 발견되는 미네랄과 상호 작용할 때 천연 에나멜의 구성과 보호 기능을 밀접하게 복제하는 코팅을 형성합니다.

King’s College London의 보철학 수석 저자이자 컨설턴트인 Dr. Sherif Elsharkawy는 다음과 같이 설명했습니다. “뼈나 머리카락과 달리 법랑질은 재생되지 않습니다. 일단 손실되면 영원히 사라지게 됩니다.”

침식 및 충치로부터 치아 보호

산성 음료를 마시는 것부터 잘못된 칫솔질 습관까지 일상적인 습관은 시간이 지남에 따라 에나멜을 마모시킵니다. 이러한 침식은 민감성, 불편함, 그리고 결국 치아 상실로 이어질 수 있습니다. 불소 치약은 이 과정을 늦추는 데 도움이 되지만, 새로운 연구의 케라틴 기반 제제는 더 나아가 실험실 테스트에서 이를 완전히 방지했습니다.

케라틴은 치아 표면 위에 조밀하고 광물화된 장벽을 만들어 민감성을 담당하는 신경 채널을 차단합니다. 이는 추가 손상을 방지할 뿐만 아니라 원인과 증상을 모두 해결하여 불편함을 즉각적으로 완화해 줍니다.

연구진은 이 치료법이 매일 사용하는 치약이나 네일 광택제와 유사하게 치과의사가 바르는 전문 젤의 두 가지 형태로 제공될 것으로 예상하고 있습니다. 연구팀에 따르면 케라틴 기반 에나멜 복구 제품은 2~3년 안에 대중에게 공개될 수 있을 것으로 보인다.

케라틴이 치아 치유를 돕는 방법

에 발표된 연구에서는 첨단 헬스케어 소재과학자들은 양모에서 케라틴을 추출하여 치아 표면에 적용했습니다. 타액에 존재하는 천연 미네랄에 노출되었을 때, 단백질은 실제 에나멜을 모방한 결정과 같은 구조로 스스로 조직되었습니다.

시간이 지남에 따라 이 미세한 틀은 계속해서 칼슘과 인산염 이온을 끌어당겨 점차 내구성이 있는 에나멜 같은 층을 형성했습니다. 이번 발견은 재생 치과학에서 중요한 이정표를 세웠으며 연구원들이 단순히 손상을 덧대기보다는 치아 보호막을 재건할 수 있는 치료법에 더 가까이 다가갈 수 있게 되었습니다.

지속 가능하고 자연적이며 임상적으로 효과적입니다.

King’s College London의 PhD 연구원이자 연구의 제1저자인 Sara Gamea는 “케라틴은 현재의 치과 치료에 대한 혁신적인 대안을 제공합니다. 케라틴은 머리카락이나 피부와 같은 생물학적 폐기물에서 지속적으로 공급될 뿐만 아니라 독성이 있고 내구성이 떨어지는 수복 치과에서 일반적으로 사용되는 전통적인 플라스틱 수지가 필요하지 않습니다. 케라틴은 또한 원래 치아의 색상과 더 밀접하게 일치할 수 있기 때문에 이러한 치료법보다 훨씬 자연스러워 보입니다.”라고 말했습니다.

이 연구는 치과용 재료가 환경에 미치는 영향과 불소의 장기적인 사용에 대한 점점 커지는 우려를 다루고 있습니다. 재활용된 생물학적 재료를 사용함으로써 이러한 접근 방식은 합성 화합물에 대한 의존도를 줄이면서 치과 진료를 보다 친환경적으로 만들 수 있습니다.

생명공학 치과의 새로운 시대

Gamea는 “이 기술은 생물학과 치과학 사이의 격차를 해소하여 자연 과정을 반영하는 친환경 생체 재료를 제공합니다.”라고 말했습니다.

Elsharkawy 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 생명공학을 통해 증상을 치료할 뿐만 아니라 신체 자체의 물질을 사용하여 생물학적 기능을 회복할 수 있는 흥미진진한 시대에 진입하고 있습니다. 추가 개발과 올바른 업계 파트너십을 통해 우리는 곧 이발과 같은 간단한 것에서 더 강하고 건강한 미소를 키울 수 있을 것입니다.”

이 연구는 Wellcome Trust Seed Award, King’s College London, 의학 아카데미 ‘임상 강사를 위한 스타터 보조금’ 및 국립 보건 연구 연구소의 지원을 받았습니다.

UBC Okanagan의 Irving K. Barber 과학 학부 겸임 교수인 Mir Faizal 박사와 그의 협력자인 Drs. Lawrence M. Krauss, Arshid Shabir 및 Francesco Marino는 현실의 기본 구조가 어떤 컴퓨터도 복제할 수 없는 방식으로 작동한다는 것을 보여주었습니다.

그들의 연구는 물리학에서의 홀로그래피 응용 저널다음과 같은 시뮬레이션된 우주에 대한 아이디어에 대해 이의를 제기하는 것이 아닙니다. 매트릭스. 더 나아가 우주 자체가 어떤 알고리즘의 범위 밖에 있는 일종의 이해를 바탕으로 구축되었음을 보여줍니다.

시뮬레이션 가설과 수학의 만남

“우주를 시뮬레이션할 수 있다는 제안이 있었습니다. 그러한 시뮬레이션이 가능하다면 시뮬레이션된 우주 자체가 생명을 생성할 수 있으며, 이는 다시 자체 시뮬레이션을 만들 수도 있습니다. 이러한 반복적 가능성으로 인해 우리 우주가 다른 시뮬레이션 내에 중첩된 시뮬레이션이 아니라 원래 우주일 가능성이 거의 없어 보입니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “이 아이디어는 한때 과학적 탐구의 범위를 넘어서는 것으로 생각되었습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 실제로 과학적으로 해결될 수 있음이 입증되었습니다.”

팀의 발견은 현실이 진정 무엇인지에 대한 진화하는 이해에 달려 있습니다. 물리학은 공간을 통해 움직이는 고체 물체에 대한 아이작 뉴턴의 관점을 훨씬 뛰어 넘었습니다. 아인슈타인의 상대성 이론은 고전 모델을 대체했고, 양자역학은 이를 다시 한번 변형시켰습니다. 이제 이론 물리학의 최전선에서 양자 중력은 공간과 시간조차 기본 요소가 아니라고 제안합니다. 대신에, 그것들은 더 깊은 것, 즉 순수한 정보로부터 발생합니다.

현실 아래 숨겨진 영역

물리학자들은 이 정보 계층을 우리가 인식하는 물리적 세계보다 더 실제적인 수학적 기초인 “플라톤 영역”으로 설명합니다. 새로운 연구에 따르면, 공간과 시간 자체가 나타나는 것은 바로 이 영역에서 비롯됩니다.

그러나 과학자들은 이러한 정보 기반 구조조차도 계산만으로는 현실을 완전히 설명할 수 없음을 입증했습니다. 그들은 괴델의 불완전성 정리를 포함한 고급 수학적 원리를 적용함으로써 일관되고 완전한 존재 모델에는 소위 “비알고리즘적 이해”가 필요하다는 것을 증명했습니다.

이 아이디어를 이해하려면 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 상상해 보세요. 컴퓨터는 정의된 지침을 단계별로 따릅니다. 그러나 일련의 논리적 연산을 수행해도 도달할 수 없는 일부 진실이 존재합니다. 이것은 “괴델의 진리”로 알려져 있으며, 이는 실제이지만 계산을 사용하여 증명할 수는 없습니다.

계산이 실패하는 경우

“이 참 진술은 증명할 수 없습니다.”라는 진술을 고려하십시오. 만약 그것이 증명 가능하다면 그것은 거짓이고 모순되는 논리일 것입니다. 증명할 수 없으면 참입니다. 즉, 이를 증명하려는 논리 시스템이 불완전하다는 의미입니다. 두 경우 모두 계산만으로는 부족합니다.

“우리는 양자 중력의 계산 이론을 사용하여 물리적 현실의 모든 측면을 설명하는 것이 불가능하다는 것을 입증했습니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “따라서 모든 것에 대한 물리적으로 완전하고 일관된 이론은 계산만으로는 파생될 수 없습니다. 오히려 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 이는 양자 중력의 계산 법칙보다 더 근본적이며 따라서 시공간 자체보다 더 근본적인 것입니다.”

우주를 시뮬레이션할 수 없는 이유

플라톤 영역의 기본 규칙이 컴퓨터 시뮬레이션을 지배하는 규칙과 유사해 보인다면 해당 영역 자체를 시뮬레이션할 수 있습니까? 연구원들에 따르면 대답은 ‘아니요’입니다.

“불완전성 및 정의 불가능성과 관련된 수학적 정리를 활용하여 우리는 계산만으로는 현실에 대한 완전히 일관되고 완전한 설명을 얻을 수 없음을 보여줍니다”라고 Faizal 박사는 설명합니다. “그것은 정의상 알고리즘 계산을 넘어서서 시뮬레이션할 수 없는 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 따라서 이 우주는 시뮬레이션이 될 수 없습니다.”

공동 저자인 로렌스 M. 크라우스(Lawrence M. Krauss) 박사는 이 발견의 의미가 물리학의 기초까지 깊숙이 확장된다고 지적합니다. “물리의 기본 법칙은 공간과 시간을 생성하기 때문에 공간과 시간 내에 포함될 수 없습니다. 그러나 모든 것에 대한 진정한 기본 이론은 궁극적으로 이러한 법칙에 기초한 계산을 통해 모든 물리적 현상을 설명할 수 있기를 오랫동안 희망해 왔습니다. 그러나 우리는 이것이 불가능하다는 것을 입증했습니다. 현실을 완전하고 일관되게 설명하려면 더 깊은 것, 즉 비알고리듬 이해라고 알려진 이해 형태가 필요합니다.”

알고리즘 너머의 현실

Faizal 박사는 다음과 같이 요약했습니다. “모든 시뮬레이션은 본질적으로 알고리즘적입니다. 프로그래밍된 규칙을 따라야 합니다. 그러나 현실의 기본 수준은 비알고리즘적 이해를 기반으로 하기 때문에 우주는 시뮬레이션이 될 수도 없고, 결코 시뮬레이션이 될 수도 없습니다.”

수년 동안 시뮬레이션 가설은 검증할 수 없는 것으로 간주되어 철학과 사변적 허구의 영역에 국한되었습니다. 그러나 이 새로운 연구는 수학적, 물리학적 이론에 확고히 기반을 두고 있으며, 과학의 가장 흥미로운 질문 중 하나에 대한 최종적이고 결정적인 답을 제공합니다.

최근 관찰은 이러한 오랜 견해에 도전하기 시작했습니다. 우주 전역의 은하 분포를 매핑하는 고급 프로젝트인 암흑 에너지 분광 장비(DESI)의 데이터는 다음과 같은 가능성을 시사합니다. 동적 암흑에너지 (DDE) 구성 요소입니다. 이러한 발견은 표준 ΛCDM 모델에서 중요한 변화를 의미합니다. 이는 더욱 복잡하고 진화하는 우주 이야기를 가리키지만, 이해의 주요 격차도 드러냅니다. 시간에 따른 암흑 에너지가 어떻게 우주 구조의 형성과 성장을 형성할 수 있는지는 아직 불분명합니다.

진화하는 우주 시뮬레이션

이 미스터리를 탐구하기 위해 일본 치바 대학 디지털 혁신 강화 위원회의 이시야마 토모아키 부교수가 이끄는 팀은 지금까지 수행된 것 중 가장 광범위한 우주 시뮬레이션 중 하나를 수행했습니다. 공동 작업자로는 스페인 Instituto de Astrofísica de Andalucía의 Francisco Prada와 미국 뉴멕시코 주립대학교의 Anatoly A. Klypin이 있습니다. 그들의 연구는 신체검사 D (112권 4호)에서는 시간에 따라 변하는 암흑 에너지가 어떻게 우주의 진화에 영향을 미치고 미래의 천문 관측을 해석하는 데 도움이 될 수 있는지 조사했습니다.

연구원들은 일본의 대표적인 슈퍼컴퓨터인 Fugaku를 사용하여 이전 작업보다 계산량이 8배 더 많은 세 개의 대형 고해상도 N체 시뮬레이션을 실행했습니다. 한 시뮬레이션은 표준 Planck-2018 ΛCDM 모델을 따랐고, 다른 두 시뮬레이션은 동적 암흑 에너지를 통합했습니다. 고정된 매개변수를 갖는 DDE 모델을 표준 모델과 비교함으로써, 그들은 변화하는 암흑에너지 구성요소의 효과를 분리할 수 있었습니다. 세 번째 시뮬레이션에서는 DESI의 첫 해 데이터에서 가져온 매개변수를 사용하여 암흑 에너지가 실제로 시간에 따라 변할 경우 “업데이트된” 우주론 모델이 어떻게 작동할 수 있는지를 보여주었습니다.

작은 변화가 어떻게 우주를 바꿀 수 있는가

결과는 암흑에너지 변화만의 영향이 상대적으로 미미하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 연구자들이 DESI 데이터에 맞춰 우주론적 매개변수를 조정한 후, 특히 물질 밀도를 약 10% 증가시키면 그 차이가 눈에 띄게 나타났습니다. 물질 밀도가 높을수록 중력 인력이 강화되어 거대한 은하단의 형성이 가속화됩니다. 이 시나리오에서 DESI 기반 DDE 모델은 표준 모델보다 초기 우주에서 70% 더 많은 대규모 클러스터를 예측했습니다. 이 성단은 은하와 은하군이 모이는 우주의 틀을 형성합니다.

팀도 조사했다. 중입자 음향 진동 (BAO) – 거리 측정을 위한 “우주 통치자” 역할을 하는 초기 우주의 음파가 남긴 패턴입니다. DESI에서 파생된 DDE 시뮬레이션에서 BAO 피크는 더 작은 규모로 3.71% 이동하여 DESI의 실제 관측값과 거의 일치합니다. 이러한 강력한 일치는 모델이 이론적 예측을 반영할 뿐만 아니라 실제 데이터와도 잘 일치한다는 것을 확인시켜 주었습니다.

은하단과 우주 구조 매핑

또한 연구진은 우주 전체에 은하가 어떻게 모여 있는지 분석했습니다. DESI 기반 DDE 모델은 특히 소규모 규모에서 표준 ΛCDM 버전보다 눈에 띄게 강력한 클러스터링을 생성했습니다. 향상된 클러스터링은 중력 결합을 증폭시키는 더 높은 물질 밀도에서 직접적으로 발생합니다. 시뮬레이션과 관찰 사이의 이러한 긴밀한 일치는 동적 암흑 에너지 모델의 타당성을 더욱 뒷받침합니다.

전반적으로, 팀의 발견은 암흑 에너지와 물질 밀도가 우주의 대규모 구조를 어떻게 형성하는지 명확하게 보여줍니다. Ishiyama 박사는 “우리의 대규모 시뮬레이션은 우주 매개변수의 변화, 특히 우주의 물질 밀도가 DDE 구성 요소보다 구조 형성에 더 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다.

차세대 우주 조사 준비

새로운 관찰 캠페인이 곧 시작되면서 이러한 시뮬레이션은 향후 결과를 해석하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. “가까운 미래에 Subaru Prime Focus Spectrograph와 DESI의 대규모 은하 조사는 우주 매개변수의 측정을 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다. 이 연구는 이러한 다가오는 데이터를 해석하기 위한 이론적 기초를 제공합니다”라고 Ishiyama 박사는 결론지었습니다.

거기에는 살아있는 세포가 거의 존재하지 않기 때문에 DNA를 검출하는 것이 종종 불가능합니다. 대신 연구진은 희미한 생화학적 신호도 식별할 수 있을 만큼 민감한 미량 분석 기술을 사용했습니다. “그러나 우리는 지방을 탐지할 수 있었습니다”라고 현재 지구과학과 박사 과정인 Kumawat는 말합니다. “이러한 바이오마커의 도움으로 우리는 이 극한 환경에서 메탄 및 황산염 대사 미생물의 생존 전략에 대한 통찰력을 얻을 수 있었습니다.”

심해 화학에 숨겨진 미생물 단서

심해의 미생물 생명체는 지구 탄소 순환에서 중요한 역할을 하며, 표면 아래에서 탄소와 기타 원소를 처리합니다. Kumawat 팀이 확인한 지역 사회는 햇빛이 아니라 암석의 광물과 이산화탄소 및 수소와 같은 가스에서 에너지를 끌어오며 그 과정에서 중요한 온실 가스인 메탄을 생성합니다. 이러한 생화학적 반응은 바다 위의 바다와 독립적으로 발생하며, 이는 이러한 미생물이 자립적인 생태계에서 작동한다는 것을 보여줍니다.

지질 분자는 또한 미생물이 살아 있는지, 아니면 고대 공동체의 잔재인지를 결정하는 데 도움이 됩니다. 온전한 생체분자는 활성 상태이거나 최근에 살아있는 세포를 의미하는 반면, 분해된 생체분자는 오래 전에 화석화된 “지오분자”를 의미합니다. Kumawat는 동위원소 데이터와 지질 바이오마커를 결합하면 이 적대적인 환경에 서식하는 현대 및 고대 미생물 집단의 증거를 보여준다고 설명합니다. “이러한 구별은 바이오매스가 극히 적고 영양 결핍이 있는 지역에서 작업할 때 도움이 됩니다.”라고 그는 말합니다.

한계에 부딪힌 삶을 발견하다

브레멘 대학교 해양 환경 과학 센터인 MARUM의 유기 지구화학자인 공동 저자인 플로렌스 슈보츠(Florence Schubotz) 박사는 이번 발견이 얼마나 놀라운지 강조합니다. “이번 발견에서 흥미로운 점은 높은 pH와 낮은 유기 탄소 농도와 같은 극한 조건에서도 생명체가 가능하다는 것입니다.”라고 그녀는 말합니다. “지금까지 이 시스템에 메탄을 생성하는 미생물이 존재하는 것으로 추정되었지만 직접적으로 확인할 수는 없었습니다. 더욱이 원시 생명체가 바로 그러한 장소에서 유래했을 수 있다고 의심하기 때문에 그러한 미생물 서식지에 대한 통찰력을 얻는 것은 매우 흥미롭습니다.”

태평양 아래 숨겨진 화산을 찾아보세요

팀의 샘플은 연구선에 탑승한 SO 292/2 탐험 중에 2022년에 수집된 퇴적물 코어에서 채취되었습니다. 손네. 이 임무 동안 과학자들은 마리아나 전완 지역에서 이전에 알려지지 않은 진흙 화산을 발견하고 그곳에서 직접 샘플을 수집할 수 있었습니다.

이 작품은 우수 클러스터 “해저 – 지구의 미지의 인터페이스”의 일부를 구성합니다. 이번 연구 결과를 바탕으로 Kumawat와 그의 동료들은 이제 이러한 미생물이 어떻게 영양분을 얻고 열악한 환경에서 지속되는지에 대해 자세히 알아보기 위해 통제된 인큐베이터에서 이러한 미생물을 배양할 계획입니다.

국제 과학자 팀과 협력하여 Li는 최근에 설명된 발견 중 하나를 달성했습니다. 실제 검토 편지.

“나는 훌륭한 응용 프로그램이 있다고 주장하고 싶지만 내 작업은 계속해서 그 꿈을 더 멀리 밀어내고 있습니다”라고 미시간 대학의 물리학 교수인 Li는 말했습니다. “그러나 우리가 발견한 것은 여전히 ​​정말 기괴하고 흥미진진합니다.”

양자 진동: 전자가 스프링처럼 작용할 때

미국 국립과학재단과 미국 에너지부의 지원을 받은 이 연구는 양자 진동이라는 수수께끼 같은 효과에 초점을 맞췄습니다. 금속에서 이러한 진동은 전자가 자기장에 반응하여 진동하는 작은 스프링처럼 거동할 때 발생합니다. 자기장의 강도를 변경함으로써 과학자들은 이러한 “전자 스프링”이 얼마나 빨리 움직이는지를 변경할 수 있습니다.

그러나 최근 몇 년 동안 연구자들은 전기나 열을 전도해서는 안 되는 물질인 절연체에서도 동일한 양자 진동을 발견했습니다. 이러한 사실이 밝혀지면서 과학자들은 그 효과가 물질의 표면에서만 발생하는지 아니면 내부(벌크라고 알려짐) 깊은 곳에서 발생하는지에 대해 논쟁을 벌이게 되었습니다.

자료 안에서 답 찾기

진동이 표면에서 발생한다면 이는 잠재적인 기술에 특히 흥미로울 것입니다. 내부 절연성을 유지하면서 표면에서는 전기를 전도하는 토폴로지 절연체라는 재료는 이미 새로운 종류의 전자, 광학 및 양자 장치를 위해 연구되고 있습니다.

미스터리를 탐구하기 위해 Li와 그의 동료들은 세계에서 가장 강력한 자석이 있는 국립 자기장 연구소(National Magnetic Field Laboratory)를 찾았습니다. 그들의 실험을 통해 진동은 단순한 표면 효과가 아니라는 사실이 밝혀졌습니다. 대신, 그들은 대부분의 재료 자체에서 나왔습니다.

“그 문제로 무엇을 해야 할지 알았으면 좋겠지만 현 단계에서는 전혀 모릅니다”라고 Li는 인정했습니다. “지금 우리가 가지고 있는 것은 놀라운 현상에 대한 실험적 증거입니다. 우리는 그것을 기록했고, 바라건대 어느 시점에서는 그것을 어떻게 사용하는지 깨닫게 될 것입니다.”

글로벌 협업과 확실한 결과

이 연구에는 미시간 대학의 Kuan-Wen Chen 연구원과 대학원생 Yuan Zhu, Guoxin Zheng, Dechen Zhang, Aaron Chan 및 Kaila Jenkins를 포함하여 미국과 일본의 6개 기관에서 온 12명 이상의 과학자가 참여했습니다.

“수년 동안 과학자들은 이 이국적인 절연체의 캐리어 기원에 관한 근본적인 질문에 대한 답을 추구해 왔습니다. 그것은 벌크 또는 표면, 내부 또는 외부에서 비롯됩니까?” 첸이 말했다. “우리는 그것이 대량이고 본질적이라는 명확한 증거를 제공하게 되어 기쁘게 생각합니다.”

물리학의 “새로운 이중성”

Li는 이 발견을 그가 “새로운 이중성”이라고 부르는 것의 일부로 설명합니다. 물리학의 원래 또는 “오래된” 이중성은 과학자들이 빛과 물질이 파동과 입자로 작용할 수 있다는 것을 깨달은 100여 년 전에 나타났습니다. 그 발견은 물리학을 변화시켰고 태양전지와 전자현미경과 같은 기술로 이어졌습니다.

새로운 이중성은 도체와 절연체 모두로 작용할 수 있는 물질과 관련이 있다고 Li는 말합니다. 그의 팀은 35테슬라에 도달할 정도로 강력한 자기장 내부에서 이테르븀 붕화물(YbB12)이라는 화합물을 사용하여 이 아이디어를 탐구했습니다. 이는 병원 MRI 기계 내부 자기장보다 약 35배 더 강한 것입니다.

“효과적으로 우리는 전자 제품에 사용할 수 있는 좋은 전도성을 가진 표면을 상상했던 순진한 그림이 완전히 잘못되었음을 보여주고 있습니다.”라고 Li는 설명했습니다. “절연체임에도 불구하고 금속처럼 거동하는 것은 전체 화합물입니다.”

“크레이지 메탈(Crazy Metal)”의 미스터리를 풀다

이러한 “금속과 같은” 행동은 극단적인 자기 조건에서만 나타나지만 이번 발견은 재료가 양자 수준에서 어떻게 행동하는지에 대한 새로운 질문을 제기합니다.

Zhu는 “진동이 대량이고 본질적이라는 것을 확인하는 것은 흥미로운 일입니다.”라고 말했습니다. “우리는 어떤 종류의 중성 입자가 관찰을 담당하는지 아직 알지 못합니다. 우리의 발견이 추가 실험과 이론적 작업에 동기를 부여하기를 바랍니다.”

이 프로젝트는 복합 적응 물질 연구소, 고든 앤 베티 무어 재단, 일본 과학 진흥회, 일본 과학 기술 진흥원으로부터 추가 지원을 받았습니다.

이 아이디어는 1765년부터 1800년까지 나폴리와 시칠리아 주재 영국 대사였던 윌리엄 해밀턴 경(Sir William Hamilton)에게서 시작되었습니다. 그는 화산에 깊은 관심을 보였습니다. 예술과 초기 기계적 독창성을 결합한 해밀턴은 화산 활동을 시각적으로 시뮬레이션할 수 있는 장치를 설계하여 과학과 광경을 하나의 창작물에 결합했습니다.

1771년 수채화에서 영감을 받아 용암류의 야경 영국계 이탈리아 예술가 피에트로 파브리스(Pietro Fabris)가 제작한 해밀턴의 컨셉은 빛나는 용암과 폭발적인 폭발을 재현하기 위해 빛과 움직임에 의존했습니다. 비록 그 건물이 그의 시대에 지어졌다는 것을 확인할 수 있는 기록은 없지만 보르도 시립 도서관에 보존되어 있는 상세한 스케치는 현대적인 재건축을 위한 충분한 지침을 제공했습니다.

잊혀진 실험을 되살리기

공학 및 정보 기술 학부의 수석 큐레이터인 Richard Gillespie 박사는 해밀턴의 오랫동안 잠자던 아이디어를 되살릴 것을 제안하고 프로젝트 완료를 감독했습니다.

“정확히 250년이 지난 후에 우리 학생들이 이 휴면 프로젝트에 생명을 불어넣은 것은 적절합니다”라고 그는 말했습니다. “이것은 훌륭한 과학 커뮤니케이션입니다. 전 세계 사람들은 항상 화산의 엄청난 힘에 매료되어 왔습니다.”

현대 공학과 18세기 상상력의 만남

메카트로닉스 석사 학생 Xinyu(Jasmine) Xu와 기계 공학 석사 학생 Yuji(Andy) Zeng은 Creator Space 학생 워크숍에서 장치를 만드는 데 3개월을 보냈습니다. 그들은 레이저 절단 목재와 아크릴, 프로그래밍 가능한 LED 조명, 전자 제어 시스템 등 오늘날의 도구를 사용하여 해밀턴의 시계 장치 개념을 새로운 세대에 맞게 재해석했습니다.

Xu는 “이 프로젝트는 풍부한 학습 기회를 제공했습니다. 저는 프로그래밍, 납땜 및 물리학 응용을 포함한 많은 기술을 확장했습니다”라고 말했습니다.

Zeng 씨는 이 프로세스가 기계 설계를 새로운 시각으로 보는 데 도움이 되었다고 언급했습니다. “실천적인 문제 해결 능력을 키울 수 있는 환상적인 방법이었습니다.”라고 그는 말했습니다. “우리는 여전히 해밀턴이 직면한 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 메커니즘이 보이지 않게 숨겨지도록 조명을 설계하고 균형을 맞춰야 했습니다.”

협업과 혁신

학생들을 지도한 연구 엔지니어 Mr. Andrew Kogios는 학생들의 헌신과 기술을 칭찬했습니다.

“재료 선택 및 3D 프린팅부터 전자 제품 문제 해결 및 요구 사항 충족에 이르기까지 Yuji 및 Xinyu와의 협력은 매우 보람 있는 일이었습니다.”라고 그는 말했습니다. “이러한 경험은 대학 공부를 보완해 미래의 노력에 도움이 됩니다.”

완성된 기계식 화산은 이제 그랜드 투어멜버른 대학교 Baillieu 도서관에서 열리는 전시회로 2026년 6월 28일까지 전시됩니다.

당뇨병 환자의 수는 2045년까지 7억 5천만 명으로 증가할 것으로 예상됩니다. 현대 약물은 증상을 조절할 수 있지만 많은 약물은 부작용이 있으며 대사 불균형의 근본 원인을 해결하지 못합니다. 이로 인해 과학자들은 새로운 치료 옵션을 찾기 위해 자연의 약품 캐비닛을 다시 방문하게 되었습니다. 그 중에는 니트라리아 로보로프스키 콤중국 서부의 혹독한 사막에서 자라는 튼튼한 관목입니다. 때때로 “사막 체리”로 알려진 밝은 빨간색 과일은 수세기 동안 지역 사회에 영양을 공급하고 치유해 왔습니다. 최근에야 연구자들이 전통적인 사용의 이면에 있는 생물학적 메커니즘을 밝혀내기 시작하여 그 잠재력에 대한 체계적인 과학적 조사가 촉발되었습니다.

획기적인 연구를 통해 잠재적인 당뇨병 퇴치 효과가 확인되었습니다

칭하이 대학교와 북서 고원 생물학 연구소의 공동 연구는 다음과 같이 발표되었습니다. 중국현대응용약학저널과일의 효과에 대한 강력한 실험적 증거를 제공했습니다. 과학자들은 잘 통제된 실험을 통해 7주에 걸쳐 당뇨병이 있는 쥐를 대상으로 농축된 형태의 추출물(NRK-C)을 테스트했습니다. 그 결과는 놀라웠습니다. 이 화합물은 혈당을 낮추고 인슐린 반응성을 향상시켰을 뿐만 아니라 이전에 제대로 탐구되지 않았던 생물학적 경로를 통해 더 광범위한 대사 장애를 해결했습니다.

사막 베리가 대사 균형을 회복하는 방법

상세한 분석을 통해 추출물의 인상적인 효능 범위가 밝혀졌습니다. 7주 동안 NRK-C는 당뇨병이 있는 쥐의 공복 혈당 수치를 30~40% 감소시켰으며, 더 높은 용량에서 더 강한 결과를 보였습니다. 또한 치료받지 않은 동물에 비해 인슐린 민감도가 약 50% 향상되었습니다. 이러한 개선 외에도 이 추출물은 콜레스테롤의 균형을 맞추고 산화 스트레스 지표를 60%까지 낮췄습니다. 이는 단일 치료 화합물로서는 드문 일입니다.

추가 조사에 따르면 NRK-C는 당뇨병에서 종종 분해되는 중요한 대사 회로인 PI3K/AKT 신호 전달 경로를 재활성화함으로써 작동하는 것으로 나타났습니다. 이러한 재활성화는 포도당과 지방 대사를 조절하는 신체의 능력을 “재부팅”하는 것으로 보입니다. 현미경 검사는 치료받지 않은 쥐에 비해 치료받은 쥐의 간 및 췌장 조직 구조가 더 건강하다는 사실을 밝혀 이러한 발견을 뒷받침했습니다. 종합해보면, 이러한 발견은 이 화합물이 단순히 증상을 가리는 것이 아니라 신체가 대사 기능을 재설정하는 데 도움이 된다는 것을 시사합니다. 자연적으로 광범위한 효과는 많은 의약품의 좁은 표적 메커니즘과 뚜렷한 대조를 이룹니다.

전문가의 통찰력: 당뇨병 치료에 대한 전체적인 접근 방식

해당 프로젝트의 수석 연구원인 Yue Huilan 박사는 “이러한 결과는 당뇨병을 보다 전체적으로 치료할 수 있음을 시사하므로 매우 흥미롭습니다.”라고 말했습니다. “대부분의 약물처럼 단순히 혈당을 낮추는 대신 이 식물 추출물은 신체가 자연적인 대사 균형을 회복하도록 돕는 것으로 보입니다. 그 의미는 당뇨병을 넘어 인슐린 저항성과 관련된 다른 질환까지 확장될 수 있습니다.” 연구팀은 인간을 대상으로 한 실험이 여전히 필요하다고 강조했지만, 이번 연구 결과는 당뇨병 치료에 대한 보다 자연스럽고 포괄적인 접근 방식을 향한 고무적인 움직임을 나타냅니다.

이 발견은 몇 가지 유망한 연구 방향을 열어줍니다. 제약 개발자는 보충제 또는 보조 요법으로 표준화된 NRK-C 추출물을 추구할 수 있으며, 영양 전문가는 대사 건강을 목표로 하는 기능성 식품에 과일을 추가하는 방법을 모색할 수 있습니다. 그 결과는 또한 전통 의학 지식에 대한 현대 과학적 지원을 제공하여 고대 의료와 현대 의학을 연결하는 데 도움이 됩니다. 연구자들은 특히 NRK-C가 고위험 개인의 당뇨병을 예방하거나 이미 당뇨병을 앓고 있는 사람들의 합병증을 줄이는 데 도움이 될 수 있는지 확인하고 싶어합니다.

보다 광범위하게, 이번 연구 결과는 전통 약용 식물을 보존하고 연구하는 것의 가치를 강조하며, 그 중 다수는 현대 건강 문제를 해결하기 위한 미개발 잠재력을 갖고 있을 수 있습니다. 자연에는 아직도 재발견되기를 기다리는 치유의 비밀이 많이 남아 있는 것 같습니다.

“카멜리드 나노바디는 뇌 질환에 대한 생물학적 치료법의 새로운 시대를 열고 치료법에 대한 우리의 생각에 혁명을 일으켰습니다.”라고 프랑스 몽펠리에 소재 국립과학연구소(CNRS)의 공동 교신 저자인 Philippe Rondard는 말했습니다. “우리는 이들이 기존 항체와 소분자 사이에서 새로운 종류의 약물을 형성할 수 있다고 믿습니다.”

나노바디가 발견된 방법

나노바디는 1990년대 초 낙타류의 면역 체계를 연구하는 벨기에 과학자들에 의해 처음으로 확인되었습니다. 그들은 2개의 중쇄와 2개의 경쇄로 구성된 표준 항체 외에도 낙타과 동물이 중쇄만으로 구성된 더 간단한 버전도 생산한다는 사실을 발견했습니다. 현재 나노바디로 알려진 이 항체의 작고 활성 단편은 일반적인 항체 크기의 약 1/10입니다. 이러한 독특한 분자는 일부 연골 어류에는 존재하지만 다른 포유동물에서는 관찰되지 않았습니다.

항체 기반 약물은 암 및 자가면역 질환과 같은 질병을 치료하는 데 널리 사용되지만 뇌 장애를 해결하는 데는 제한적인 성공을 거두었습니다. 특정 알츠하이머 치료와 같이 일부 이점을 제공하는 소수의 항체 치료법조차도 종종 원치 않는 부작용과 관련이 있습니다.

연구진에 따르면 나노바디의 컴팩트한 구조는 뚜렷한 이점을 제공합니다. 크기가 작기 때문에 혈액뇌관문(Blood-Brain Barrier)을 통과하여 표적에 더 효율적으로 작용할 수 있어 부작용이 줄어들고 결과가 개선될 수 있습니다. 이전 연구에서 나노바디는 정신분열증 및 기타 신경 장애가 있는 마우스 모델에서 정상적인 행동을 회복시키는 것으로 나타났습니다.

나노바디가 뇌에서 작동하는 방식

“이들은 수동적으로 뇌에 들어갈 수 있는 가용성이 높은 작은 단백질입니다.”라고 공동 교신저자인 CNRS의 Pierre-André Lafon은 설명합니다. 반면에 혈액뇌관문을 통과하도록 설계된 소분자 약물은 본질적으로 소수성이어서 생체 이용률을 제한하고 표적을 벗어난 결합 위험을 높이며 부작용과 관련이 있습니다.”

독특한 생물학적 특성 외에도 나노바디는 기존 항체보다 생산 및 정제가 더 간단합니다. 또한 뇌의 특정 분자를 표적으로 삼도록 정밀하게 설계되고 미세 조정될 수도 있습니다.

나노바디 기반 약물을 인간 임상 시험에서 테스트하려면 몇 가지 주요 단계를 완료해야 합니다. 연구팀은 독성학 연구와 장기적인 안전성 평가가 필수적이라고 지적합니다. 또한 만성 투여의 영향을 이해하고 나노바디가 뇌에서 얼마나 오랫동안 활성 상태로 유지되는지 확인해야 합니다(정확한 투여 전략을 개발하기 위한 중요한 단계).

“나노바디 자체에 관해서는 안정성을 평가하고 적절한 접힘을 확인하며 응집이 없는지 확인하는 것도 필요합니다”라고 Rondard는 말했습니다. “장기 보관 및 운송 중에 활성을 유지하는 임상 등급 나노바디와 안정적인 제제를 얻는 것이 필요할 것입니다.”

임상 적용을 향한 움직임

Lafon은 “우리 연구실은 이미 몇 가지 뇌 침투 나노바디에 대한 이러한 다양한 매개 변수를 연구하기 시작했으며 최근 치료 조건이 만성 치료와 양립할 수 있다는 것을 보여주었습니다.”라고 덧붙였습니다.

이 연구는 프랑스 국립 연구 기관(ANR-20-CE18-0011; ANR-22-CE18-0003; ANR-25-CE18-0434), 프랑스 국립 연구 기관, 몽펠리에 대학교, 국립 과학 연구 센터(CNRS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale(INSERM)의 지원을 받았습니다. (FRM EQU202303016470 및 FRM PMT202407019488), LabEX MAbImprove(ANR-10-LABX-5301), 개념 증명 Région Occitanie 및 기술 기관 SaTT AxLR Occitanie의 이전.