과학

mRNA 백신

백신이란 몸이 약화되거나 독성이 없는 병원체를 미리 경험하게 하여 나중에 진짜 병원체가 침입했을 때 적응 면역을 발휘할 수 있게 해주는 약이다. 약화되거나 독성이 없는 병원체를 주사하는 방법에 따라 백신의 종류는 갈리는데, 진짜 병원체의 힘만 빼고 주사하는 생백신부터, 병원체의 작용기만 따로 분리해서 주사하는 백신까지 종류는 많다. 이번 글에서 설명할 mRNA 백신은 병원체를 주사하기 위해 mRNA를 사용하는 백신이다. 우선 mRNA 백신 외에도 다른 백신들부터 보자. 생백신은 병원체를 약화시킨 후 몸속으로 주입한다. 좀 경악스럽지만 실제로 사용하는 방법이다. 이 방식은 메커니즘이 간단하고, 대량 배양만 하면 만드는 것 자체는 어렵지 않지만 면역을 얻으려고 맞은 백신에 감염되는 일이 생길 수도 있는 치명..

mRNA는 무엇일까?

mRNA 백신은 기존 DNA백신을 대체할 새로운 백신으로 과거부터 연구되어왔다가 코로나바이러스-19의 대유행으로 급부상한 백신의 종류이다. mRNA백신은 어떻게 작동하고, 기존 백신과 무엇이 다를까? 이번 글에서는 mRNA 백신을 이해하기 위한 기본 지식, mRNA에 대해 알아본다. mRNA는 Messenger RNA의 줄임말로 단백질 합성을 위해 핵 속의 DNA 정보를 복사해서 핵 밖으로 전달해주는 역할을 한다. ATGC 4개의 염기로 구성된 DNA와 달리 mRNA는 AUGC 염기로 이루어져 있다. 티민 대신 우리실 염기를 가지고 있다. 물론 대응관계는 DNA와 동일하게 AU, GC이다. 다음은 DNA가 mRNA로 전사된 예시이다. DNA: 3' ACACGTGGATTC 5' mRNA: 5' UGUGCA..

인간은 결국 식량부족을 맞이할 수 밖에 없을까?

식량은 모든 개체가 필요로 하는 대표적인 자원이다. 개별 개체들은 식량을 얻기 위해 노력하고, 모든 개체군은 식량의 한계에 부딪혀 성장을 멈출 수밖에 없다. 이는 인간에게도 예외 없이 적용된다. 토마스 로버트 맬서스는 자신의 책 "인구론"에서 인간 개체군의 성장은 기하급수적이지만, 식량생산의 증가는 산술급수적이라 식량부족은 언젠가는 닥칠 운명이라고 경고했다. 즉, 언젠가는 식량생산능력보다 인구수가 늘어나 모든 사람에게 식량을 주지 못할 수 도 있다는 말이다. 식량생산을 막는 근본적인 요소는 질소 고정이다. 식물이 자라는데 필요한 햇빛, 물, 공기는 무제한으로 많다. 하지만 흔히 지력이라고 하는 땅의 질소성분은 그렇지 않다. 물론 대기에는 질소가 넘치도록 많다. 하지만 대기의 질소 기체($\mathrm{N..

진화론

식량과 죽음을 둘러싼 자연에서의 전쟁은 생식할 수 있는 발달된 개체, 즉 고등생물이 탄생하게 하였다. 하나, 혹은 적은 수의 생명이 살아가기 시작하고, 이 행성이 중력에 법칙에 따라 도는 동안 너무나도 간단한 기원은 가장 아름답고 경이로운 형태로 존재해왔고, 존재하고 있으며, 진화해나갔다. 이러한 생명에는 장엄함이 있다. 찰스 다윈. 종의 기원 아주 오래전, 우연한 이유로 지구에는 자신의 정보를 후손에게 전달하는 유기체가 처음 생겼다. 이 유기체의 이름은 LUCA, 최초의 생명이라는 뜻이다. 지구상의 모든 종은 이 LUCA에서 진화했다는 것이 진화론의 설명이다. 진화는 생물이 무언가 더 발전된 형태로 바뀌는 것을 의미한다. 진화의 결과로 생명은 더욱 복잡해지고, 정교해졌다. 처음 다윈이 진화론을 주장했을..

미분과 물리

미분은 뉴턴이 자신의 수학이론을 완성시키기 위해 처음 만든 개념이다. 이 글에서는 미분을 하는 방법보다는 그 자체에 집중해서 과학, 특히 물리학에서 응용하는 방법에 대해 이해해본다. 미분이란? 과학에서는 연속적으로 변화하는 무언가를 분석할 필요가 있다. 변화에 집중해보자. 예를 들어 등가속도 운동을 하는 물체는 다음과 같은 시간-변위 그래프를 가진다. 중3 때 배웠겠지만, 여기서 변위는 시간에 대한 이차함수이다. 시간을 $t$, 변위를 $x$로 해보자. 그래프 위의 두 점을 잡고, 그 선을 잇는 선분을 그어보자. 이때 선분의 기울기는 $\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1}$이다. 즉, 변위 변화를 시간 변화로 나눈 것으로 이는 다음과 같이 쓸 수 있다. $\frac{\Delta x}{\Delta t..

자이로드롭이 멈추는 방법: 와전류 브레이크

자이로드롭은 탑승자들이 탄 기구를 높은 곳으로 끌어올렸다가 떨어뜨려 스릴을 느끼는 꽤 단순한 놀이기구이다. 자이로드롭을 타는 사람들 중 일부는 아마 다음과 같은 생각을 했을지도 모르겠다. 혹시 전기가 끊어져 브레이크가 작동하지 않으면 어쩌지? 일리있는 걱정이다. 브레이크가 고장이라도 나면 70m에서 자유 낙하한 기구는 그대로 땅에 충돌할 것이다. 간단한 등가속도 운동 공식으로 브레이크 없이 낙하하는 자이로드롭의 최고속도를 계산하면 다음과 같다. $\mathrm{2(9.81m/s^2)(70m)}=v^2$ $v=\mathrm{37m/s}$ 어마어마한 속도다. 초당 37m의 속도로 땅에 부딪히면 끔찍한 일이 일어날 것이다. 따라서 매우 안전하고 신뢰성 높은 브레이크가 필요하다. 자이로드롭에서 사용하는 브레이크..

원자력 발전 - 사용후 핵연료의 처리

원자로에서는 우라늄으로 이루어진 핵연료를 사용하여 발전을 한다. 이 핵연료는 약 수년 정도 쓰면 발열량이 전기를 만들기엔 충분치 못해져서 더 이상 발전을 하지 못하게 된다. 따라서 사용 후 핵연료는 원자로에서 꺼내고 다시 새 핵연료를 장전해서 발전을 이어나간다. 그런데 이 핵연료는 발전만 못할 뿐이지 아직 격렬한 핵반응과 열을 내뿜기 때문에 그냥 놔두면 녹을 수도(멜트다운) 있다. 따라서 특수한 방법으로 잘 처리해야 한다. 과거에는 미래에 기술이 발달되면 사용 후 핵연료를 처리할 수 있을 것으로 믿고 처리를 미루었다. 하지만 시간이 지난 오늘날도 사용 후 핵연료가 문제이다. 오늘날, 이 사용후 핵연료는 어떻게 처리되고 있을까? 방법 탐색 과학자들은 사용후 핵연료를 처리하기 위해 여러 아이디어를 떠올렸다...

원자력 발전 - 원자력 발전

원자력발전은 큰 틀에서는 화력발전과 다르지 않다. 에너지원에서 나오는 열로 물을 끓이고 그 증기로 터빈을 돌려 에너지를 생산한다. 원자력발전과 화력발전의 차이는 그 에너지원이 무엇이냐의 차이이다. 화력발전은 화석연료이고, 원자력발전은 핵반응이다. 1차 계통이 원자력 발전소하면 떠오르는 회색 콘크리트 건물(격납건물) 안에 있는 구조물이다. 1차 계통 밖의 발전하는 부분은 2차 계통이다. 발전계통을 2부분으로 나눈 것은 사고 발생 시 방사선 누출을 최소화하기 위한 것이다. 1차 계통 1차 계통은 핵분열을 통해 열을 만드는 부분이다. 1차 계통에서는 물을 냉각재로 사용한다. 이 냉각제는 원자로와 열교환기를 순환하며 핵반응으로 생긴 열에너지를 열교환기를 통해 2차 계통으로 연결해준다. 이 물은 가압기로 매우 고..