큐레이션_curation

이산화탄소 감축을 위해 전 세계가 노력하고 있습니다. 나무를 심는 것도 이산화탄소를 줄이는 좋은 방법입니다. 
미국 전기자동차 제조 회사 테슬라의 최고경영자 일론 머스크가 "2025년 '지구의 날'(4월 22일)까지 획기적인 탄소 포집 기술을 개발하면 1억 달러(약 1100억 원)를 주겠다"라고 하였습니다. 화석연료를 태울 때 생기는 이산화탄소를 대기로 배출하기 전에 따로 모아 저장하거나, 공기 중의 이산화탄소를 직접 흡수해 걸러내는 게 탄소 포집 기술입니다. 머스크가 내건 조건은 "10억 t의 이산화탄소를 포집해 영구 차단할 수 있어야 한다"는 것입니다. 10억 t은 항공모함 1만 대를 가득 채울 수 있는 분량으로, 우리나라의 1년 배출량(7억 t)을 웃도는 규모랍니다.

온이 광합성 효율 좌우

식물은 광합성을 합니다. 광합성(光合成)은 영어로는 photosynthesis 이다.식물 및 다른 생명체가 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하기 위해 사용하는 과정입니다. 전환된 화학 에너지는 나중에 생명체의 활동에 에너지를 공급하기 위해 방출될 수 있습니다.

식물이 빛 에너지를 이용해 기공으로 흡수한 이산화탄소와 뿌리로 빨아들인 물로부터 탄수화물과 산소를 생산하는 과정이 광합성입니다. 이때 만들어진 영양분은 잎·줄기·뿌리에 공급돼 생장하는 데 쓰입니다. 대기의 이산화탄소 약 30%가 광합성을 통해 흡수되고 있어 식물의 광합성이 대기의 이산화탄소를 줄이는 일등 공신이라고 할 수 있습니다.

식물은 밤낮없이 호흡을 하는데  광호흡은 식물이 밤에 하는 호흡과 유사합니다. 식물은 밤에 빛이 없기 때문에 호흡에 필요한 산소를 흡수하고 호흡 결과 발생한 이산화탄소를 내뿜습니다. 이렇게 이산화탄소를 방출하는 게 광호흡과 비슷한 겁니다.

빛의 세기, 이산화탄소 농도, 온도가 식물의 광합성에 복합적으로 영향을 줍니요. 그런데 대기 온도가 올라가면 식물의 수분이 증발하면서 광합성 효율이 떨어 집니다. 수분이 모자라면 식물이 말라버리기 때문에 수분 손실을 막기 위해 잎의 기공을 닫아버립니다. 기공은 대기의 이산화탄소를 흡수하는 통로입니다. 이 기공이 닫히면 이산화탄소를 흡수하지 못해 잎 안의 이산화탄소 농도가 낮아지면서 광합성을 돕는 효소가 산소와 결합하게 됩니다. 이렇게 되면 식물이 이산화탄소를 흡수한 뒤 산소를 내뿜는 게 아니라 반대로 산소와 결합해 이산화탄소를 방출하게 되는 겁니다. 이를 '광호흡'이라고 부릅니다. 광호흡은 반드시 빛이 있을 때만 일어납니다.

젊은 나무가 이산화탄소 많이 흡수

세계 각국은 지구온난화 등 기후 위기에 대응하기 위해 탄소 중립을 선언하고 있습니다. 탄소 중립은 온실가스 배출량(+)과 흡수량(-)을 같도록 해 '0(제로)'로 만드는 것입니다. 우리나라 산림청도 2050년까지 30억 그루의 나무를 심어 총 3400t의 탄소를 줄인다는 계획을 발표했어요. 특히 숲의 이산화탄소 흡수 능력을 높이기 위해 젊은 나무들을 심어 수목의 평균 나이를 개선할 예정인데요. 어린나무가 광합성이 왕성해 더 많은 이산화탄소를 흡수하기 때문입니다. 사람도 나이가 들면 활동량이 줄어드는 것처럼 나무도 시간이 지나 늙게 되면 광합성 활동이 이전보다 줄어듭니다. 이산화탄소 흡수량도 그만큼 줄어들게 되는 것입니다.

지구온난화 심해지면 숲 기능 잃어

지구온난화로 대기 기온이 계속 올라가고 있습니다. 최근 미국과 뉴질랜드 공동 연구팀이 지구온난화가 계속돼 지금보다 대기의 기온이 훨씬 높아지면 식물이 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하는 양보다 오히려 호흡 작용으로 내뿜는 이산화탄소의 양이 더 많아진다는 연구 결과를 발표하였습니다. 처음엔 광합성이 활발히 일어나다가 어느 특정 온도까지 기온이 올라가면 이 전환점을 지나면서부터 광합성 효율이 떨어지기 시작합니다. 식물의 이산화탄소 저장 능력이 감소할 수 있다는 것입니다. 식물마다 이 특정 온도가 다릅니다. 콩 같은 온대 작물은 18도, 옥수수·사탕수수 같은 덥고 건조한 지역에서 자라는 작물들은 28도에서 광합성 효율이 가장 높습니다. 지금도 한여름 폭염이 지속되면 온대 작물은 이산화탄소를 뿜어 냅니다.

광호흡을 포함한 모든 식물의 호흡 작용은 기온이 높아질수록 활발해져 그만큼 이산화탄소를 더 배출하는 것으로 분석 됩니다. 이산화탄소가 많아지면서 지구온난화가 발생했는데, 이제 지구온난화로 기온이 올라가면서 이산화탄소가 더 많아지는 악순환에 빠질 수 있는 겁니다. 지구온난화가 심각해진다면 어느 순간 숲은 이산화탄소를 흡수하는 기능을 잃어버릴지도 모릅니다.

신기루 또는 공중누각은 바다 위나 사막에서 빛이 밀도가 다른 공기층을 통과하면서 굴절하여 생기는 현상을 말합니다. 엉뚱한 곳에 물이 있는 것처럼 보이거나, 수평선 너머의 불빛이 보이기도 합니다. 신기루라는 표현은 고대 중국에서 기원한 것으로, 대합, 또는 이무기의 일종인 신이 기운을 토해내어 공중에 만들어낸 누각이라는 뜻이다.

물체가 다른 위치에 있는 것처럼 보여

신기루(Mirage)는 물체가 실제 위치가 아닌 다른 곳에서 보이는 현상입니다. 우리가 물체를 인식하려면 빛이 있어야 가능합니다. 물체에 반사된 빛이 우리 눈으로 들어오면 비로소 물체가 어떻게 생겼는지, 어떻게 움직이는지 알 수 있습니다. 그런데 우리 눈은 빛이 들어오는 방향에 물체가 있는 것으로 인식하는데, 빛이 굴절되면 실제 위치와 다른 곳에 물체가 있는 것처럼 보입니다. 예를 들어, 물이 담긴 컵 속에 빨대를 넣고 위에서 비스듬히 내려다보면 마치 빨대가 꺾인 것처럼 보이는 걸 경험한 적이 있을 겁니다.

빛의 굴절은 같은 매질 안에서도 일어날 수 있습니다. 공기 중에는 질소, 산소, 이산화탄소, 수증기, 먼지, 바이러스 등 온갖 물질이 포함돼 있어 공기를 구성하는 이런 입자들에 변화가 일어나면 빛의 진행 방향이나 속력이 바뀝니다. 온도 변화가 대표적입니다. 온도가 높아지면 밀도가 낮아지고, 온도가 낮아지면 밀도가 높아집니다. 빛이 이렇게 온도에 따라 공기 밀도가 다른 두 층을 지날 때 굴절이 일어나 신기루가 생깁니다. 이런 이유로 신기루는 사막이나 극지방, 뜨거운 여름날의 아스팔트 도로 등 온도 변화가 큰 곳에서 더 잘 나타납니다.

공기나 물 등 빛이 통과하는 매개가 되는 물질을 '매질'이라고 합니다. 서로 다른 매질의 경계를 통과할 때 빛의 진행 방향이 바뀌어 이 현상이 바로 굴절입니다. 빨대 전체가 온전히 공기 중에 있거나 물속에 있을 때는 꺾이지 않고 곧은 모습 그대로 보이는데 한쪽은 공기 중에, 다른 한쪽은 물속에 있을 때는 매질이 다르기 때문에 빛이 굴절돼 빨대가 꺾여 보이는 것이랍니다.

나폴레옹도 신기루 경험

이처럼 어떤 물체가 실제보다 아래에 있는 것처럼 보이는 것을 '아래 신기루'라고 부릅니다. 아래 신기루는 땅에 가까운 공기는 뜨겁고, 위쪽의 공기는 차가우면 나타나 물체에서 반사된 빛이 뜨거운 공기 속을 통과하면서 빛의 진행 방향이 위로 휘어지는 굴절이 일어나기 때문입니다. 그런데 우리 눈에는 굴절해서 들어온 실제 위치가 아니라 빛이 직진으로 이동했을 거라고 생각되는 위치에 물체가 있는 것처럼 보여서 어떤 물체가 실제로 위치한 곳의 아래쪽에 있는 것처럼 보이는 것입니다. 실제 위치에 있는 물체와 신기루가 모두 시야에 보이면 두 가지 모습을 다 볼 수 있어 이 두 모습을 사진이나 동영상에 동시에 담을 수도 있습니다.

'위 신기루'는 아래 신기루와는 반대로 물체가 실제 위치보다 위에 있는 것처럼 보입니다. 추운 극지방의 해안가에서 멀리 있는 배나 작은 빙하 등을 관찰할 때 이런 현상이 보입니다. 신기루는 빛이 볼록하게 휘기 때문에 볼록렌즈로 본 것처럼 물체가 상하좌우가 바뀐, 뒤집힌 모습으로 우리 눈에 보이는 것이 특징입니다.

한여름에 도로를 달리는 차를 멀리서 바라보면 마치 도로 바로 위에 물이 고여 있는 것처럼 보일 때가 많습니다. 푸른 하늘이 빛의 굴절 때문에 실제 위치보다 아래에 있는 것처럼 보이는 신기루 현상입니다. 하늘이 도로 위에 겹쳐서 물처럼 보이는 것입니다. 사막에서 물이 고여있는 오아시스가 있는 것을 보고 달려갔더니 아무것도 없었다는 이야기를 들어봤을 겁니다. 이것 역시 하늘이 사막 위에 겹쳐서 물처럼 보이는 신기루 현상입니다. 프랑스의 나폴레옹 군대도 1798년 이집트 원정 때 이 신기루를 경험한 적이 있다고 합니다.

착시

착시는 시각과 관련해 생기는 착각을 뜻합니다. 인식 과정에서 뇌가 착각하는 겁니다. 예를 들어, 배가 고플 때 어떤 그림을 음식물 그림으로 잘못 보는 것이 착시입니다. 반면 신기루는 물리적으로 실재하는 물체의 위치가 다르게 보이는 겁니다.

길이가 같은 선이 주변에 따라 다르게 보이는 게 대표적인 착시입니다. 같은 길이의 선분 양끝에 화살표를 그렸을 때 화살표 방향이 바깥쪽인 선분이 더 길어 보입니다. 과거 경험에 따라 다르게 보이는 것도 착시입니다.

파타 모르가나 신기루 현상

'파타 모르가나'(Fata Morgana)라는 신기루 현상도 있습니다.파타 모르가나는 이탈리아어로 모르가나는 요정 뜻입니다. 모르가나는 마법으로 공중에 떠 있는 섬이나 육지를 만들어서 뱃사람들을 유혹했다는 전설 속의 요정입니다. 파타 모르가나 현상이 마치 모르가나가 마법을 부려서 만들어 낸 것처럼 보였기 때문에 붙인 이름이라고 합니다. 파타 모르가나는 물체의 모습이 실제보다 위에 있는 것처럼 보이는 위 신기루의 일종입니다. 공기의 밀도는 온도, 수증기 함량 등 다양한 요소의 영향을 받습니다. 정확한 원인은 밝혀지지 않았지만, 파타 모르가나는 밀도가 다른 여러 층의 공기를 통과하면서 빛이 복합적으로 굴절돼 만들어진 현상으로 추정합니다. 대기의 조건이 복잡해지면서 여러 가지 형태의 신기루가 나타나는 거죠. 그래서 일반적인 신기루와 다르게 뒤집힌 모습이 아니라 똑바로 된 모습으로 보이기도 합니다. 또 위 신기루는 차가운 바다에서 주로 관찰되지만, 파타 모르가나는 여름철 잔잔한 바닷가에서도 관찰된다고 합니다. 

미세 플라스틱은 생물물리학적 용어로 지구상에 존재하며 환경을 오염시키는 미세한 플라스틱을 의미합니다. 특히 커다란 플라스틱이 미세 플라스틱으로 분해되면서 바닷속과 해수면을 떠다니며 해양환경에서 큰 문제를 일으키고 있습니다. 일부의 해양연구자는 1mm보다도 작은 현미경 사이즈의 모든 플라스틱 입자라고 하지만 현장에서의 채취에 일반적으로 사용되는 뉴스톤 넷의 메시 사이즈가 333μm ( 0.333mm)인 것을 인식하고 있으면서 5mm보다도 작은 입자와 정의하고 있는 연구자도 있습니다. 그러나 미세 플라스틱이 야생생물과 인간의 건강에 미치는 영향은, 과학적으로 충분히 연구되었습니다.

눈에 보이는 일반 플라스틱 쓰레기의 경우 회수를 해서 없앨 수 있지만, 바닷물에 이미 녹아든 미세 플라스틱은 수거하기가 매우 어렵고 게다가 플라스틱 제조중에 더하여진 첨가제가 섭식 때 침출 해서 생물에 심각한 해를 초래할 가능성도 염려되고 있습니다. 플라스틱 첨가제에 의한 내분비 교란은 사람과 야생생물의 생식에 관한 건강과 다름없게 영향을 끼치는 우려가 있습니다.

플라스틱 매년 800만t  바다로

미국 캘리포니아대 롤랜드 게이어 교수팀에 따르면, 1950년부터 2015년까지 인류가 만든 플라스틱의 총량은 89억 t인데 이 가운데 2015년 기준으로 63억 t의 플라스틱이 폐기물이 됩니다. 이 많은 양의 플라스틱은 어떻게 처리됐을까요? 이 중 6억 t은 재활용되고, 8억 t은 소각되었습니다. 그리고 나머지 49억 t은 매립되거나 버려지고 이는 폐기된 전체 63억 t 중 77%에 해당하는 양입니다.

유엔 환경계획(UNEP)에 따르면, 매년 800만 t 이상의 플라스틱 쓰레기가 바다로 흘러 들어간다고 합니다. 사람들이 고의적으로 바다에 플라스틱 쓰레기를 버리거나, 강 또는 배수구 등을 타고 흘러가는 겁니다. 폭우·태풍 등에 의해 휩쓸려 가기도 합니다.

특히 해양 쓰레기 등의 큰 플라스틱 재료가 깨져 조금씩 조금씩 여럿으로 끊어진 조각이 된 결과, 환경 중에 형성된 미세 플라스틱 2차 미세 플라스틱 이것을 초래하는 원인은 물결 등이 기계적인 힘과 태양광, 특히 자외선(UV)이 일으키는 광화학적 프로세스이다.

대부분 배출되지만 일부는 남아 있어

바다에 떠다니던 미세 플라스틱은 플랑크톤 등 해양 생물의 몸속으로 들어갑니다. 그러다 먹이사슬을 통해 사람에게도 흡수되지요. 미세 플라스틱의 진짜 문제는 '독성'(毒性)입니다. 플라스틱 제품에 코팅된 화학첨가물이 물에 녹아 나오면서 생태계에 영향을 미치지만, 플라스틱 자체에 '비스페놀' '프탈레이트' 등 내분비계(신체 호르몬을 생산하는 조직들) 교란 물질인 환경호르몬이 있습니다.

환경호르몬이란 우리 몸에서 정상적으로 만들어지는 물질이 아닌 산업 활동으로 만들어지고 분비되는 화학물질을 뜻입니다. 생물체에 흡수되면 생물체의 성장과 생식 기능을 떨어뜨리기 때문에 멸종을 불러올 수도 있는 위험한 물질입니다.

세계 자연 기금(WWF)은 2019년 사람 한 명이 이런 미세 플라스틱을 매주 '5g'(약 2000개 조각) 정도 먹고 있다고 발표하였습니다. 이는 신용 카드 한 장 분량과 맞먹는 양이예요. 이를 한 달로 계산하면 21g, 연간 250g을 약간 넘는 양이입니다. 섭취 경로는 물·갑각류·소금 순이었습니다. 우리 몸으로 들어온 미세 플라스틱은 다행히 대부분 배출되지만, 일부는 장기 등에 남아 있을 수 있다고 알려져 있습니다. 완전히 배출할 수 있는 방법도 알려져 있지 않고요. 과학자들은 이런 미세 플라스틱이 인체에 어떤 영향을 미칠지 연구하고 있습니다.

1개 검출하려면 1만L 물 필요

가정에서 의류의 세탁에 의한 천으로부터 합성섬유가 분리. 하수도에 흘러드는 세탁 배수중 미세 플라스틱 입자와 환경 중의 미세 플라스틱의 조성과의 비교에 의해 1km 미만의 입경의 미세 플라스틱 오염의 대부분이 천에서 분리된 합성섬유로 구성될 가능성이 있는 것이 시사되고 있습니다.

이렇게 매년 버려지는 플라스틱 쓰레기 중 15~31%가 미세 플라스틱이 됩니다. 미세 플라스틱은 주로 바다로 흘러 들어간 플라스틱 쓰레기가 햇빛과 파도를 만나 자연적으로 풍화되며 생성되어 바다 한가운데 양식장에서 주로 사용하는 60L짜리 물 위에 띄워 표적으로 삼는 플라스틱 부표가 분해되면, 미세 플라스틱 약 400만 개가 만들어진다고 합니다. 또 스크럽 화장품이나 치약·보디워시 등에 첨가하기 위해 처음부터 플라스틱을 미세한 알갱이로 만들기도 합니다. 알갱이를 넣어 피부나 치아를 문지를 때 때가 잘 제거되도록 하기 위해서 말입니다. 그런데 사람들이 치약·보디워시 등을 물로 헹구거나 씻어낼 때 이런 미세 플라스틱도 같이 하수구로 흘러 들어갑니다.

문제는 미세 플라스틱을 수거하기가 매우 어렵다는 겁니다. 전문가들은 바닷물 1㎥당 미세 플라스틱이 평균 0.001~1개 있다고 추정하는데 예를 들어 북태평양 해류에는 1㎥당 0.1개의 미세 플라스틱이 있습니다. 이 미세 플라스틱 1개를 검출하려면 최소 1만L의 물을 떠야 한답니다.

이런 미세 플라스틱은 어디로든 흘러 들어갈 수 있어요. 약 8848m 높이인 세계 최고봉 에베레스트부터 세계에서 가장 깊은 바다인 태평양 마리아나 해구(최대 수심 1만1000m)의 심해, 최근엔 대기권의 하층인 대류권에서도 미세 플라스틱이 검출되었습니다. 안토니우 구테흐스 유엔(UN) 사무총장은 "전 세계가 해양 비상사태에 직면했다"며 "과감한 조치가 없으면 2050년쯤엔 플라스틱이 모든 바다의 물고기를 짓누를 것"이라고 경고했습니다.

전기적 성질 이용해 걸러내

그동안 과학자들은 플라스틱 쓰레기와 미세 플라스틱 문제를 해결하기 위해 다방면으로 연구해 왔습니다. 최근 국내 연구진이 미세 플라스틱을 제거하기 위해 개발한 필터는 전기의 성질을 이용한 겁니다. 연구팀에 따르면, 상당수의 플라스틱은 그 자체로 아주 미세한 음극(-)을 띠고 있다고 합니다. 물속에 발전기를 넣고 전류를 흘리면 전기적 성질이 일시적으로 활성화되며 흩어져 있던 미세 플라스틱이 필터의 양극(+) 쪽 기판에 달라붙으면 이 미세 플라스틱만을 걸러내는 겁니다. 발전기에서 나오는 전류는 발전기 내부 소자의 마찰을 통해 만들어집니다. 그래서 별도의 외부 전원이 필요 없는데, 이런 발전소자를 '마찰 대전(摩擦帶電) 발전소자'라고 합니다. 같은 방법으로 나노 크기의 산화아연(ZnO), 이산화규소(SiO₂), 카드뮴 아연 황화물(CdZnS) 등 물속의 다양한 미세 독성 입자들도 제거할 수 있답니다. 마찰 대전으로 만들어지는 전류는 물속 생물에 영향을 주지 않을 만큼 낮은 전류라 해양 생태계를 해치지 않고 미세 플라스틱을 제거할 수 있다고 합니다. 

코리아케라톱스 화성엔시스’는 일명 뿔공룡이라 불리는 각룡류 공룡의 하반신 골격 화석입니다. 이 화석은 2008년 화성시의 한 공무원이 전곡항 방조제 일대를 청소하다 발견했는데  공룡의 엉덩이뼈, 꼬리뼈, 다리뼈와 발뼈 등 하반신 뼈가 거의 완벽하게 보존돼 있습니다.

우리나라에서는 공룡의 발자국과 같은 '흔적 화석'이나 '알 화석'은 종종 발견되지만 이처럼 보존 상태가 좋은 골격 즉 뼈 화석이 발견되는 일은 드물어 게다가 이 화석은 세계 학계에 한 번도 보고된 적이 없는 새로운 종입니다. 그래서 학명도 '화성에서 발견된 한국의 뿔공룡'이라는 뜻인 '코리아케라톱스 화성엔시스'로 지었습니다.

전체 몸길이 2.3m에 달하는 코리아케라톱스는 원시 뿔공룡에 속하며 이족 보행을 했던 것으로 추정됩니다. 꼬리뼈에 척추뼈보다 5배나 더 긴 신경돌기와 독특한 모양을 가진 복사뼈가 있는 것이 특징입니다. 높고 납작한 꼬리는 물속에서 헤엄치는 데 이용했을 것으로 보입니다.

고생물학자들은 이 골격 화석의 주인이 1억2000만년 전 중생대 백악기에 살았고, 몸길이는 약 2.3m에 두 다리로 걸어 다녔으며, 나이는 대략 여덟 살이라는 사실도 알아내고 나아가 이미 알려진 뿔공룡의 모습을 기반으로 겉모습도 복원했습니다. 
이 화석은 이족보행에서 출발해 완전한 사족보행으로 진화과정을 거친 뿔공룡의 걸음걸이 진화과정을 밝히는 데 중요한 단초가 되었습니다.

고생물학자들은 현생 생물의 습성·행동·겉모습을 바탕으로 고생물의 행동과 겉모습을 추측합니다. 예를 들어 피부는 공룡의 후손인 이구아나·악어 같은 파충류의 모습을 참고해서 복원하고, 덩치가 큰 초식 공룡의 행동은 덩치가 크고 뿔이 있는 코뿔소와 같은 초식 동물의 모습을 보고 추측하는 것입니다.
이처럼 현재 우리와 함께 숨 쉬고 있는 동물에 대해 잘 알면 화석으로만 남아있는 고생물의 생김새나 습성 또한 추측할 수 있습니다. 예컨대 오늘날 우리는 티라노사우루스 같은 공룡 분류의 한 종류인 수각류 공룡이 방귀를 뀌지 않았을 것이라고 추측하는데 이는 그 후손인 현생 조류, 즉 새가 방귀를 뀌지 않기 때문이다.

방귀 화석들

죽은 곤충이 뀐 방귀는 끈끈한 수액 안에 갇혀 곤충과 함께 호박의 내포물이 되고 만니다. 그래서 우리가 방귀 화석을 얻을 수 있는 겁니다 곤충이 뀐 방귀 화석은 곤충과 인간이 오래전부터 미생물과 공생해왔다는 사실을 알려줍니다.

발트해와 도미니카의 신생대 지층에서는 곤충이 갇힌 호박이 많이 나와  이 중에는 장내 미생물이 만든 가스가 항문을 통해 나오는 순간을 그대로 보여주는 개미·파리·벌 등이 호박 안에 남아 있습니다. 어떤 곤충은 항문이 막혀 가스가 나오지 못해 배가 빵빵해진 것도 있습니다.

이 곤충들은 나무에 앉아 있다 끈끈한 수액을 뒤집어쓰고 오도 가도 못한 채 죽었을 거고 곤충이 죽어도 장에 살고 있는 미생물은 조금 더 버틸 수 있습니다. 이들은 산소가 없어도 살 수 있고 미생물은 곤충이 죽은 후에도 장에 남은 음식을 열심히 분해합니다. 그 과정에서 가스가 생기고 항문으로 나옵니다.

곤충 화석 줄지어 이동

덴마크의 5500만년 전 지층에서는 1700여 마리에 이르는 나방 무리의 화석이 발견됐는데 몸길이 14㎜의 아주 작은 나방이었는데, 현생 나비목(나비류와 나방류를 전부 포함하는 분류군)에 속하는 '이맥류'(Heteroneura) 종이다. 그런데 나방의 화석이 발견된 이 지층은 5500만 년 전에는 바다였습니다.

이처럼 우리는 현생 생물 중 몸집은 작아도 무리 지어 이동하며 살아남는 곤충이 있다는 사실을 알아 그 덕분에 바다 밑에서 생성된 지층에 나방 떼 화석이 있어도 놀라지 않고 그 이유를 추측할 수 있습니다. 이 역시 오늘날 현생 생물의 모습을 보고 추측할 수 있습니다. 현생 생물 중 '작은멋쟁이'(Vanessa cardui) 나비는 무리 지어 사하라 사막과 지중해를 건너며 아프리카와 유럽을 오가는 것으로 알려져 있습니다. 조건만 좋으면 왕복 1만㎞ 이상 나는 겁니다. 즉, 덴마크에서 발견된 나방 무리는 무리 지어 바다를 건넜던 것입니다.

오늘날 지구상에 있는 절지동물 가운데는 리더를 따라 이동하는 습성을 가진 것들이 있습니다다. 닭새우가 대표적이다. 닭새우는 번식지로 가거나 폭풍을 피할 때 리더를 따라 이동해 새우들은 무리를 잃어버리지 않으려고 앞선 새우의 부채 꼬리와 뒤따라가는 새우의 부 속지 즉 몸통에 붙어 있는 기관이나 부분 가운데 하나를 맞대고 긴 사슬 모양을 이뤄 수일 동안 바다 밑에서 이동합니다. 이렇게 줄지어 있으면 유속의 영향을 덜 받고, 포식자로부터 공격을 덜 받는다고 합니다.

과학자들은 이런 모습을 보고 화석으로 남은 고대 생물의 생태를 유추하기도 합니다. 모로코 남부에 있는 4억8000만년 전의 지층에서는 2019년 삼엽충의 일종인 암 픽스 프리스쿠스(Ampyx priscus) 화석이 발견되었습니다. 이 삼엽충은 눈이 없고 머리 부분에 가시 하나가 삐죽 나 있어 흥미로운 점은 삼엽충이 줄지어 가고 있는 모습으로 발견됐다는 것입니다. 즉, 삼엽충은 오늘날의 닭새우처럼 혼자 다니지 않고 3마리에서 22마리가 줄지어 이동했던 겁니다.

이안류(離岸流), 역조(逆潮), 거꾸로 파도, 립 커런트로 영어는 rip current 또는 rip  해안에서 바다 방향으로 흐르는 해류로, 역파도, 역 물살이라고도 부릅니다. 폭이 좁고, 물살이 매우 빨라 대체적으로 완만한 경사, 넓은 면적을 가진 해변에서 주로 발생하는데 모래톱이 해안 주변에 많이 만들어져 있으면 이러한 해류가 자주 일어납니다. 폭이 좁고 유속이 빠르기 때문에 이 해류에 휩쓸려 사망하는 사고가 발생하기도 합니다. 그러니 계곡이나 해수욕장에서 물놀이를 할 때 특히 주의가 필요합니다. 이안류는 파도와 지형 등이 만나 생기는 자연스러운 현상입니다. 

골짜기·암초 등 지형에 영향

이안류는 기상이나 지형 등의 원인이 복합적으로 작용해서 발생합니다. 주로 해변으로 몰린 바닷물이 고르게 바다 쪽으로 흘러나가지 않고 어느 한 곳으로 집중돼 빠져나갈 때 나타납니다. 먼바다에서부터 밀려온 파도는 육지와 부딪혀 육지에 막혀 더 이상 갈 곳이 없는데도 끊임없이 파도는 밀려옵니다. 만약 육지가 평탄한 지형이라면 밀려온 바닷물은 이리저리 뒤섞이며 조금씩 다시 먼바다로 돌아가게 되겠습니다.

이안류는 해수면 아래로 이동하기 때문에 수면 위에서 알아채기 어려워서 더욱 위험하다. 초속 2~3m 이상의 빠른 속도로 흐르는 이안류는 폭 10~30m 정도에 달한다고 알려져 있기 때문에 일단 휩쓸리면 수영에 능숙한 사람도 혼자 힘으로 빠져나오기 힘들다고 합니다.

커다란 암초가 있어도 이안류가 생길 가능성이 높아집니다. 파도가 바위 앞에 부딪히면서 바닷물이 암초 양옆으로 흘러가면 해안 쪽을 바라보고 있는 바위 뒤쪽 바다는 상대적으로 잔잔하겠지요. 암초 옆으로 흘러간 바닷물은 해안에 부딪힌 뒤 해류가 없는 잔잔한 바다로 모입니다. 그리고 빠른 속도로 다시 암초 양옆을 가르고 먼바다로 이동합니다.

문제는 해저에 골짜기 같은 좁은 지형이 있는 경우인데  해안으로 밀려온 바닷물이 먼바다 쪽으로 되돌아갈 때 물길이 몰리며 이곳을 따라 빠르게 이동합니다. 땅에 도랑을 파고 물길을 만들면 물이 넓은 평지에서 흐를 때보다 빠르게 흐르는 것을 떠올리면 됩니다.

파도의 70%는 바람

이 해류는 파도의 특징과 연관이 있어 파도는 수심이 깊으면 빠르고, 반대로 수심이 낮으면 느려지는 특성이 있습니다. 깊은 바다에서 빠르게 온 파도는 수심이 얕은 해안가 부근에서는 이 파도가 깨집니다. 이 깨짐 현상은 이안류 발생의 원인인 역류 현상을 불러일으킵니다.

이안류를 막을 방법은 없습니다. 파도를 멈출 수는 없으니까요. 그릇에 물을 받은 뒤 잔잔한 표면에 바람을 일으키면 표면이 출렁이면서 파동이 만들어 집니다. 이 파동이 바로 파도입니다. 파도는 바람·중력·지진 등 어디선가 발생한 에너지가 바닷물을 통해 전달될 때 발생합니다. 이 에너지원이 무엇이냐에 따라 파도의 종류를 구분할 수 있습니다.

해저면에서 발생하는 지진도 파도를 만드는 요인 중 하나입니다. 큰 지진이 발생하면 해안가는 '쓰나미 경보'를 발령하는데 이 쓰나미가 바로 지진으로 인해 만들어진 거대한 파도입니다. '지진해일'로 잘 알려져 있습니다. 사람에게 위협을 주는 쓰나미 말고도 해저 깊은 곳에서 일어나는 크고 작은 지진도 파도를 만들 수 있습니다. 그래서 전체 파도 중 지진 파도가 차지하는 비율은 약 10%나 됩니다.

가장 잘 알려진 파도는 바람이 만드는 풍파입니다. 전체 파도의 비율 중 약 70%를 차지하고 바람이 오랫동안 강하게 불수록 큰 파도가 만들어 집니다.만들어집니다. 남극은 위치와 지형의 특성상 사시사철 강한 바람이 불어 이 바람 덕분에 남극해에는 6m가 넘는 큰 파도가 항상 만들어집니다.

나머지 20%는 어떤 파도일까요? 바로 달과 태양이 만드는 파도인 '조석파(朝汐波)'입니다. 달과 태양의 중력이 지구 바닷물을 끌어당기는 힘(기조력)으로 만들어 집니다. 액체인 바닷물은 지구 근처에 있는 달과 태양의 중력에 의해 끌어당겨집니다. 지구에서 보면 마치 달이 있는 허공을 향해 바닷물이 끌려 올라가는 것처럼 보이는 겁니다. 달이 공전하며 바닷물이 끌려가는 방향이 달라져 파도가 생기는 겁니다.

파도로 만드는 에너지

바다의 밀물과 썰물을 이용해 발전을 하는 조력발전도 있는데 밀물일 때 해수면이 높아지고, 썰물일 때 낮아지는 현상을 이용합니다. 우리나라 경기도 안산의 시화호에는 '시화호 조력발전소'가 있는데요. 밀물일 때 바다에서 호수 쪽으로 물이 밀려드는 힘을 이용해서 전기를 만듭니다. 썰물일 때는 호수로 채웠던 바닷물을 내보내 다음번 밀물을 준비합니다.

조력발전은 밀물과 썰물의 차이가 큰 곳일수록 효율이 좋습니다. 우리나라 서해가 바로 조력발전에 적합한 이유입니다. 실제로 전기를 생산해 가정과 산업체에 공급하고 있는 시화호 조력발전소 외에도 서해의 여러 지역에서 조력발전을 시험 가동하고 있답니다.

이론적으로 높이가 2m인 파도 하나는 가정에서 쓰는 10W(와트)짜리 LED 전구 2500개를 켤 수 있는 에너지를 갖습니다. 바다에서 언제나 파도가 치고 있다는 것을 생각하면 어마어마한 에너지를 저장하고 있는 셈입니다. 이 때문에 과학자들은 파도를 에너지로 활용할 다양한 방안을 고민하고 있습니다.

파력발전은 상하좌우는 물론 먼곳에서 가까운 곳으로 이동하는 파도의 특징을 이용해 전기를 생산하는 방식입니다. 전기를 만들려면 거대한 터빈을 돌려야 하는데 물로 물레방아를 돌리듯 파도가 움직이는 힘으로 터빈을 돌리는 겁니다. 다만 아직까지 본격적으로 실생활에 적용하지는 못하고 있습니다.

이안류 휩쓸리면 대각선 방향

만약 이안류에 휩쓸린다면 해안가 쪽인 해류 역방향이 아니라 해류의 대각선 방향으로 헤엄쳐 나와야 합니다. 물살이 세기 때문에 해안가 쪽으로 헤엄치면 체력만 소모될 수 있어요. 이안류의 방향으로 나란히 헤엄쳐서 가장자리에 도달한 뒤 빠져나오는 것도 방법입니다.

기온 상승은 지구온난화 때문입니다. 석유·석탄 등 화석연료를 사용할 때 나오는 이산화탄소(CO₂) 같은 온실가스가 지구의 온도를 높이는 겁니다. 그런데 소·양·염소 같은 동물들이 배출하는 메탄가스(CH₄)도 지구온난화를 일으키는 주된 역할을 합니다. 최근 세계적으로 동물의 메탄가스 발생량을 줄이는 '화이트 바이오'(white bio) 기술이 한창 개발되고 있고 플라스틱 폐기물 문제를 해결하는 데도 이 기술이 쓰이고 있습니다. 화이트 바이오는 바이오에너지와 석유 기반 화학제품을 대체할 수 있는 친환경 제품을 생산하는 바이오 기술 분야를 뜻하며 옥수수·콩·목재류 등 재생 가능한 식물자원을 원료로 바이오연료 등을 생산하는 기술을 말합니다.

음식을 소화시 메탄가스를 배출

전 세계의 소는 약 13억 마리나 된다고 합니다. 이 소들이 매년 배출하는 메탄가스는 1억 톤에 달합니다. 지구 전체에서 1년 동안 발생하는 메탄가스의 4분의 1에 해당하는 엄청난 양입니다. 메탄이 일으키는 온실효과는 이산화탄소보다 더 강합니다. 메탄가스 1억 톤은 이산화탄소 약 20억 톤과 같은 온난화 효과를 일으킨다고 합니다. 소 2~3마리가 내뿜는 온실가스가 자동차 한 대 분량과 비슷하다는 연구 결과도 있습니다.
소는 사람과 다르게 위(胃)가 4개나 있고 소 입으로 들어온 음식은 일단 첫째 위에 저장했다가 되새김질을 한 다음 둘째 위로 보내집니다. 이때 되새김하기 전에 첫째 위에서 수많은 장내 미생물이 음식을 분해하고 발효시킵니다. 소가 먹는 풀들은 분해가 잘되지 않는 섬유질로 이루어져 있어서 소화액을 이용해 음식을 소화하는 사람과 달리, 소는 미생물의 도움이 필요합니다. 이 발효 과정에서 메탄가스가 만들어져 트림이나 방귀로 나옵니다. 소가 숨을 쉴 때도 입과 코를 통해 가스가 배출됩니다. 소가 뿜어내는 메탄가스의 95%가 숨을 쉬거나 트림할 때 코를 통해 나온다고 해요.
소·양·염소 등 우리가 주로 고기로 먹으려 기르는 이 동물들은 반추 작용, 즉 되새김질을 합니다. 한번 삼킨 먹이를 게워내 다시 씹어 먹으면서 소화를 하는데 이런 독특한 소화 과정에서 메탄가스가 발생합니다. 이 메탄가스는 방귀, 트림으로 나오거나 호흡할 때 대기 중으로 빠져나와 특히 소가 가장 많은 메탄가스를 배출한다고 합니다.

소에게 마스크를 씌워 메탄가스 감소

과학자들은 최근 화이트 바이오 기술을 통해 소의 메탄 배출을 줄일 방법을 찾았습니다. 그중 하나가 소에게 마스크를 씌우는 겁니다. 소에게 마스크를 씌우면 마스크 내부에 있는 필터가 트림이나 호흡을 할 때 발생하는 메탄가스를 흡입해 물과 이산화탄소로 바꿔줍니다. 소 코에서 메탄가스가 많이 나오기 때문에 마스크도 코에 씌워요. 마스크를 써도 소가 숨 쉬는 데는 문제가 없다고 합니다. 이 마스크는 태양전지로 작동되는데 한번 마스크를 씌우면 5년 동안 사용할 수 있다고 합니다.소가 먹는 사료를 바꾸거나 사료에 특정 물질을 넣어 메탄가스를 줄이는 방안도 연구하고 있고 호주 멜버른대 팀 플래너리 연구팀은 사료에 해초의 일종인 바다고리풀 추출물을 섞어 먹이면 소의 트림과 방귀 빈도가 낮아진다는 것을 발견했습니다. 이 사료를 먹은 소는 메탄가스 배출량이 90% 이상 줄어들었다고 합니다.
동물에게서 나오는 메탄가스를 줄이려면 '화이트 바이오' 기술이 해법입니다. 바이오 기술은 응용 분야에 따라 크게 레드(red), 그린(green), 화이트(white)로 3대 바이오산업 분야로 구분합니다. 레드 바이오는 보건·의료, 그린 바이오는 농업·식량, 화이트 바이오는 친환경 및 재생에너지 분야를 의미합니다. 보건·의료 분야는 혈액을 상징하는 빨간색에서 따와, 농업·식량 분야는 녹색 식물이 많아 이런 이름으로 부릅니다. 친환경·재생 분야를 다루는 화이트 바이오는 깨끗함을 상징하는 하얀색에서 이름을 따왔습니다.
메탄가스를 배출하는 소를 기르지 않고 고기를 만들어 내는 방법도 있습니다. 소 근육에서 줄기세포를 뽑아내 근육과 지방 조직을 인공적으로 만드는 겁니다. 최근 일본 도쿄대 연구팀이 이 방식으로 실제 고기와 씹는 질감이 같은 인공 고기를 만드는 데 성공했다고 합니다.

소는 언제부터 기르기 시작했나?

구석기 시대에 그려진 스페인 알타미라 동굴벽화에 야생 들소가 그려져 있습니다. 소를 가축으로 기르기 시작한 때는 신석기시대인 기원전 약 7000~6000년 전으로 추정하고 있습니다. 소는 아시아에서 사육하기 시작해 아프리카·유럽 등으로 퍼져 나갔습니다. 소는 인류의 오랜 동반자였습니다. 사람들은 힘이 센 소를 이용해 농사를 짓고 짐을 운반도 하고 살아 있을 때는 소의 젖으로 만든 유제품을 얻을 수 있고 소가 죽으면 고기·가죽·뼈 등을 생활에 활용하였습니다. 심지어 배설물도 비료나 땔감, 건축 재료로 쓸 수 있었습니다.

자연 분해되는 플라스틱 개발

화이트 바이오 연구 가운데 가장 활발한 분야가 바이오 플라스틱입니다. 플라스틱은 자연에서 분해되지 않아 심각한 환경오염을 일으키는 물질입니다. 바이오 플라스틱은 폐기된 후 일정 시간이 지나면 자연스럽게 분해되는 플라스틱을 말합니다. 보통 옥수수나 사탕수수 등을 원료로 바이오 플라스틱을 만드는데 최근엔 더 다양한 재료를 활용해 바이오 플라스틱을 개발하고 있습니다.
우유에는 카세인이라는 단백질 성분이 있는데 이 성분으로 바이오 플라스틱을 만들 수 있다고 합니다. 열을 가하면 다른 모양으로 쉽게 변하고 식으면 다시 단단하게 굳는 카세인의 성질을 이용한 겁니다. 이렇게 만들어진 플라스틱 용기나 플라스틱 비닐은 100% 자연 분해된답니다. 최근 프랑스 연구팀이 세계 최초로 쓰고 버린 우유를 이용해 바이오 플라스틱을 만들었습니다. 생선 껍질을 이용해 만든 바이오 플라스틱도 있습니다. 영국 디자이너 루시 휴스는 생선 껍질에서 단백질을 추출해 비닐봉지나 식품 포장지로 사용할 수 있는 바이오 플라스틱을 선보였습니다. 이 플라스틱은 4~6주면 완전히 분해된답니다. 지구온난화나 환경 문제를 해결하는 화이트 바이오에 대해 많은 관심을 주목할 때라 생각됩니다.

광유전학 영어로 Optogenetics이다. 빛으로 생체 조직의 세포들을 조절할 수 있는 생물학적 기술로, 신경 세포를 유전적으로 조작하여 빛에 반응하는 이온 채널을 발현시킨 것이 대표적 사례이다.  몸속 깊은 곳까지 빛이 파고들어 행동은 물론 기억까지 조절할 수 있다. 초파리와 생쥐를 비롯한 동물 실험에서 잇따라 성과가 나오고 있다. 사람에게 적용되면 알츠하이머 치매 같은 난치병도 극복할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 위해 국내외 연구자들이 면역반응이나 열 발생 같은 부작용을 줄이면서 간편하게 몸 안에 넣어서 사용할 수 있는 광유전학 장치를 개발하고 있다.
신경 활동의 조절을 위해서는 채널로돕신, 할로로돕신, 아키로돕신archaerhodopsin과 같은 광유전학적 작동기를 사용하고, 신경 활동을 광 시각적으로 기록하기 위해서는 칼슘 농도 변화를 감지하는 GCaMP, 신경 소포체의 분비를 감지하는 synaptopHluorin, 신경전 전달물질을 감지하는 GluSnFRs, 세포막 전위를 감지하는 Arclightning (ASAP1)과 같은 광유전학적 센서를 사용한다. 광유전학을 사용하면 유전학적으로 분류된 특정 신경 세포들의 신경 활동을 선택적으로 조절하거나 기록할 수 있으며, 빛을 사용하기에 대상 위치와 시간을 정확히 조절할 수 있다.

녹조류의 빛 감지 단백질 활용

광유전학은 광학과 유전학을 결합한 기술로 이를 이용하면 생체 조직, 심지어 자유롭게 움직이는 동물에서 개별 신경 세포들의 활동을 조절 및 관찰하고 신경 활동의 조절이 어떠한 효과를 유발하는지 실시간으로 확인할 수 있다. 광유전학에 필요한 주재료는 빛에 반응하는 단백질이다. 광유전학이 나오기 전까지는 신경세포를 촉진·억제하기 위해서는 전기나 약물을 사용했다. 하지만 이 방법들은 주변의 다른 세포까지 영향을 줘 정교하게 신호를 조절하는 데는 어려움이 있었다.
광유전학은 독일 뷔르츠부르크대의 게오르크 니겔 교수팀이 2002년 국제 학술지 ‘사이언스’에 발표한 논문에서 시작됐다. 연구진은 빛을 향해 움직이는 생물인 ‘클라미도모나스’라는 녹조류에서 빛을 감지하는 단백질을 발견했다. ‘채널로돕신’이란 단백질은 빛을 받으면 전류를 만들었다. 이후 미국 스탠퍼드대의 칼 다이서로스 교수팀이 채널로돕신을 생쥐의 신경세포에 이식하며 연구를 발전시켰다. 현재 파킨슨병, 알츠하이머, 우울증 등 다양한 뇌 질환 치료에 광유전학을 적용하는 연구가 이뤄지고 있다.

채널로돕신

미생물인 해조류로부터 추출된 단백질이다. 클라미도모나스라는 해조류가 유명한데 이 해조류는 주광성을 가지고 있어 빛이 있는 곳으로 모이는 특징을 가지고 있다. 이 주광성을 가지게 하는 원인이 바로 채널로돕신인데 이 단백질은 푸른빛을 전기로 바꾸는 역할을 하기 때문에 빛이 있을 때 조류가 지속적으로 에너지를 공급받을 수 있도록 해 준다. 이러한 이유로 클라미도모나스가 주광성을 띠게 된다. 채널로돕신의 특징은 광유전학에서 열쇠로서 작용하는데 예를 들어 뉴런을 활성화시킨다고 하자 바이러스 벡터를 이용하여 활성화를 원하는 뉴런에 채널로돕신을 넣어주면 채널로돕신이 있는 특정 뉴런만 빛에 의해 활성화된다. 채널로돕신은 이처럼 광유전학에서 빛을 인지하는 센서로 작용하며 자극을 원하는 세포만을 자극시킬 수 있도록 해준다 라는 장점을 가지고 있다.

죽부인 모방해 면역반응 차단

뇌신경을 자극하고 반응을 측정하기 위해서는 딱딱한 금속 소재의 탐침이 뇌에 이식된다. 이는 뇌 세포를 손상하거나 주변에 면역반응을 일으켜 신호 측정을 어렵게 만든다. 연구진은 뇌와 비슷한 힘을 견디는 재질의 그물 구조 탐침을 개발했다. 대나무로 만든 죽부인처럼 생긴 탐침은 뇌 조직과 성질이 유사하고 기존보다 1000배 이상 유연해 뇌신경에 면역반응을 일으키지 않는다. 광유전학의 동물실험 결과를 사람에 적용하려면 무엇보다 부작용 문제를 해결해야 한다. 기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단의 박홍규 교수팀은 “부작용 없이 빛으로 뇌신경을 자극해 뇌 신호를 기록할 수 있는 나노 장치를 개발했다”라고 19일 국제 학술지 ‘나노 레터스’에 발표했다. 또한 연구진은 여기에 1㎝ 길이의 빛을 보낼 수 있는 통로를 결합해 나노 죽부인의 끝까지 빛을 잘 전달할 수 있게 했다. 빛이 전용 통로로 간접적으로 전달되기 때문에 열로 인한 뇌 손상이 없다.연구진은 생쥐의 뇌에 개발한 장치를 삽입해 신경 자극과 동시에 신호를 기록하는 데 성공했다. 연구진은 사람 뇌세포에서 사용할 수 있도록 탐침 기술을 개선하는 연구를 진행할 계획이다.

잠은 영어로 Sleep 또는 수면(睡眠)은 동물이 일정 시간 동안 몸과 마음의 활동을 쉬면서 의식이 없는 상태로 있는 것입니다. 의식은 없거나 줄어들고, 감각 기관이 상대적으로 활동을 중단하며, 거의 모든 수의근의 움직임이 없는 것이 특징이다. 자극에 대한 반응이 줄어드는 것으로 각성과 구별되고 쉽게 의식을 되돌릴 수 있다는 점에서 겨울잠이나 혼수상태와는 구별됩니다. 수면 중에는 동화 상태가 고조되며, 성장과 면역, 신경, 뼈, 근육 계통의 회복이 두드러진다. 수면은 모든 포유류와 조류, 다수의 파충류, 양서류, 어류에서 발견됩니다.
우리 몸 안에 시계가 있습니다.우리의 몸에는 지구 자전에 맞춰 일정한 생체 리듬을 갖게 하는 세포가 있습니다. 하루를 기준으로 수면, 호르몬, 심박수 등 생체 리듬이 시간에 따라 주기적으로 변합니다. 이를 시계에 비유해 '생체시계'라고 합니다. 우리 몸의 모든 장기에 이런 생체시계가 있어 뇌에 있는 중앙 생체시계가 각각의 생체시계를 조절한답니다.

보통 어린아이의 생체시계는 성인보다 시간이 약간 빠르게 맞춰져 있습니다. 그래서 아이들은 대체로 일찍 자고 일찍 일어납니다. 그런데 사춘기가 되면 생체시계가 급격히 늦춰져 성인보다 약 두 시간이나 늦어진다는 연구 결과가 나왔습니다. 미국 버클리 캘리포니아대 신경과 매슈 워커(Matthew Walker) 교수는 국제학술지 네이처에 "청소년은 잠에 들게 하는 수면 호르몬인 멜라토닌이 성인보다 2시간 정도 늦게 분비된다"라고 발표했습니다.
성인은 멜라토닌이 저녁 8시쯤 분비되기 시작해 10시쯤 되면 갑자기 많은 양을 내뿜으면서 곧 잠잘 시간이라는 것을 알려 줍니다. 새벽 2~3시쯤에는 분비되는 양이 가장 많아 깊은 잠에 빠져들게 되지만 청소년기에는 멜라토닌 분비 시점이 2시간 늦어지기 때문에 밤 11시쯤에는 잠이 안 와 말똥말똥 깨어 있게 되는 겁니다. 어른들이 활기를 되찾는 오전 7시쯤에는 아직 비몽사몽입니다. 워커 교수는 "청소년 자녀에게 밤 10시에 자라는 건 남편(또는 아내)에게 8시에 자라고 하는 것과 같다"라고 설명합니다. 바꿔 말하면 청소년 자녀에게 오전 6시에 일어나라는 건 어른에게 새벽 4시에 일어나라는 말과 같은 셈입니다. 그런데 청소년기에 생체시계가 왜 2시간 늦어질까요? 진화학자들은 "인류의 진화 방향과 관련이 있다"고 주장합니다. 청소년기 이전에는 부모의 보호를 받으며 일찍 잠에 빠져들지만 청소년기가 되면 부모가 잠든 이후에 혼자 시간을 보내면서 독립을 준비한다는 것입니다.

잠을 못 자면 뇌에 악영향

전문가들은 청소년기 수면 부족이 심할 경우 시냅스 가지치기가 잘 일어나지 않아 정신분열증의 원인이 될 수 있다고 말해요. '잠이 보약'이라는 말이 있습니다. 특히 청소년에게 수면은 정말 중요해요. 뇌 발달뿐 아니라 자는 동안 성장호르몬도 나오고 손상된 세포가 다시 만들어지는 등 많은 일이 몸속에서 일어나기 때문입니다.

청소년기에 늦게 자고 늦게 일어나는 것은 지극히 자연스러운 일입니다. 늦잠 자는 아이를 깨우면 아이들은 충분한 수면을 하지 못할 수 있습니다. 수면이 부족하면 뇌 발달에 악영향을 미칠 수 있습니다. 청소년기에는 생후 10여 년간 급격하게 뇌가 성장하면서 뇌에 신경세포와 이들을 연결하는 시냅스가 복잡하게 얽혀 있습니다. 깊은 잠을 자는 동안 사용하지 않거나 효율성이 떨어지는 세포와 시냅스를 정리해 구조를 단순화하고 신경 회로의 기능을 정교하게 만들어요. 제멋대로 자란 나무를 가지치기해 정리하는 것처럼요. 청소년기에 깊은 잠을 자지 못하면 이런 과정이 제대로 일어나지 못하게 되는 것입니다.

늦잠 자도록 등교를 늦추자는 주장

한국 청소년의 평균 수면 시간은 약 7시간 18분이라고 합니다. 경제협력개발기구(OECD) 평균인 8시간 22분보다 약 한 시간 부족합니다. 미국의 피츠버그대 연구팀은 수면 시간이 6시간 이하면 생체 조직이 손상되고 이에 대한 방어적 반응으로 염증이 생겨 질병에 걸리기 쉽다는 연구 결과를 내놨습니다. 국내 연구에서도 7시간 이하로 자는 청소년은 더 많이 자는 청소년보다 우울한 감정이 1.4배 높다고 발표했죠. 수면이 부족하면 비만 위험도가 2배 이상 증가한다는 연구 결과도 있답니다.

우리나라에서도 지난 2014년 경기도교육청이 9시 등교를 추진했어요. 일찍 등교하는 것보다 등교 시간을 늦추면 학업성취도가 높아진다는 연구 결과가 근거였습니다. 하지만 학부모들은 학습 시간이 줄어든다고 반대해서서 등교 시간을 늦춘 학교가 많지 않았다고 합니다. 이렇다 보니 청소년들의 생체시계에 맞게 아침에 늦게 일어날 수 있도록 등교 시간을 늦춰야 한다는 주장도 나오고 있습니다. 미국소아과학회에 따르면 저녁에 일찍 재우는 것보다는 아침에 늦게 일어나는 게 청소년들에게 더 좋다고 합니다. 실제로 미국 미네소타주의 일부 고등학교에서는 등교 시간을 한두 시간 늦췄더니 수업 시간에 조는 비율도 크게 줄고, 학생의 40%가 학업 성취도와 성적이 향상됐다고 합니다.

일본 청소년이 아침잠을 더 많이 자

우리나라 학교의 등교 시간이 오전 8시라고 가정해볼게요. 그런데 학생들의 몸이 느끼기에는 오전 8시가 아니라 그보다 빠른 오전 7시 30분입니다. 우리나라는 동경 125도와 130도 사이에 있어 실제 시간은 30분 정도 더 빠르기 때문입니다. 일본과 우리나라에 사는 두 학생이 같은 시간에 자고 같은 시간에 일어난다면 두 사람의 수면 시간은 같습니다. 하지만 아침잠은 일본 학생이 30분 더 많이 잡니다.

우리나라와 일본은 같은 시간대를 사용합니다. 우리나라 시간은 일본 시간대인 동경 135도에 맞춰져 있기 때문인데요. 동경 135도는 지구상의 위치를 나타내는 좌표인 경도를 기준선인 본초자오선으로부터 동쪽으로 135도만큼 떨어져 있다는 뜻이에요. 15도만큼 이동할 때마다 영국 런던을 기준으로 1시간씩 늘어납니다.