아인슈타인도 못 푼 문제 풀고, 몸속 비밀 풀 열쇠 찾았다

[이데일리 강민구 기자] “나는 왜 식탐이 많을까?”, “슈퍼컴퓨터보다 빠르다는 양자컴퓨터는 어떻게 만들까?”.

한 번쯤 생각해봤을 만한 질문이다. 인류 복지에 공헌한 과학분야 노벨상 수상자가 5일을 끝으로 모두 발표된 가운데 이런 문제에 대한 과학적인 해답의 가능성을 제시한 연구자들이 수상의 영예를 안았다. 올해 과학 분야 노벨상은 유전학 분야, 양자 역학 분야, 세포 분자 연구 분야에서 수상자가 나왔다.

수상자들은 현대인이 많이 겪는 당뇨병 등 대사질환을 이해하기 위한 실마리를 제시했고, 미래 기술로 주목받으면서 슈퍼컴퓨터를 능가하는 성능을 가능하게 하는 양자기술 발전의 토대를 마련했다. 또, 부산물 없이 생명 비밀을 풀기 위한 도구도 만들어 경제적이고, 더욱 안전한 약 개발이 가능케 했다.

특히 ‘천재 물리학자’ 알베르트 아인슈타인도 틀릴 수 있다는 것도 입증했다. 인류의 기원에 대해 끊임없이 질문하며 노벨위원회로부터 높은 평가도 받았다. 관련 분야 국내 전문가들도 “받을 만한 학자가 받았다”고 평가했다. 그만큼 해당 분야에서 이미 선구자적 역할을 했고, 수상이 예견됐던 인물이라는 뜻이다.

올해 과학분야 노벨상 수상자.(왼쪽부터 스반테 페보, 존 클라우저, 알랭 아스페, 안톤 차일링거, 모르텐 멜달, 캐롤린 버르토지, 배리 샤플리스.(사진=영국 왕립학회, 미국 물리학회 등 과학계 단체, 유관기관)

많이 먹는 이유는 고대 인류 때문?

수상자들은 수십 년 전 연구를 수행하면서도 현재 인류를 위협하는 질환이나 감염병을 이해하기 위한 실마리를 제시했다. 노벨생리의학상을 받은 스웨덴의 유전학자 스반테 페보는 현생 인류인 호모 사피엔스에 멸종한 고대인류인 네안데르탈인의 DNA가 섞여 있다는 사실을 알아냈다. 직접 동굴에서 인류 조상의 뼈를 발굴하고, 이를 유전자 시퀀싱(염기서열 분석)으로 분석해 현생인류와의 관련성을 찾았다.

이들의 유전자는 우리 몸속에 분포하는데 부위에 따라 코로나19나 당뇨병, 비만과 같은 대사질환에 취약할 수 있다는 사실을 알아냈다. 후속 연구를 통해 관련 질병을 해결할 실마리를 제시한 셈이다. 김성수 경희대 의학전문대학원 교수는 “중증 코로나19 환자에게서 3번 염색체 관련 문제가 있었는데 이는 네안데르탈인의 유전체에서 옮겨졌다”라며 “고대 인류가 사냥 후 음식을 저장하지 못해 한 번에 많이 먹어야 한다는 점이 현생인류의 핏속에도 이어져 비만, 당뇨 환자가 될 수 있다는 유의성을 찾아낸 결과”라고 설명했다.

아인슈타인도 못 한 실험..약 세포 반응 도구 찾아

아인슈타인도 설명하지 못한 부분을 밝혀낸 연구자들도 눈길을 끌었다. 양자역학에서는 ‘양자 얽힘’이라는 특별한 물리적 상태가 있다. 두 입자가 상관관계가 있어서 서로 멀리 떨어져도 한쪽의 상태가 결정되면 다른 쪽의 상태도 결정돼 서로 영향을 주고받는다는 이론이 바탕이다. 알랭 아스페, 존 클라우저, 안톤 차일링거 등 3명의 물리학자는 실험을 통해 당시 분명하지 않았던 이 이론을 입증했다. 영국의 물리학자 존 벨이 아인슈타인의 가설이 맞으면 반드시 이뤄져야 하는 ‘벨의 부등식’을 고안했는데 실험을 통해 이 부등식이 어긋난다는 사실을 증명했다.

특히 빛(광자)을 얽히게 한 다음 쪼개서 나눠 가질 수도 있고, 얽힌 것을 다시 읽어낼 수 있다는 것을 1970년대 중반부터 1990년대까지 연구했다. 정연식 성균관대 물리학과 교수는 “빛뿐만 아니라 원자, 초전도체, 다이아몬드에서도 이 현상이 발생한다는 점을 입증해 양자통신과 양자컴퓨터 발전의 기반을 마련했다”며 “이들 덕분에 80년대에 통신 프로토콜 수준에서 벗어나 2000년대 IBM, 구글 등의 양자컴퓨터 개발이 본격화됐다”고 말했다.

이 밖에 ‘생체직교 클릭 화학’이라는 방법으로 우리 몸속에 부산물 없이 세포속에 반응시켜 약물 독성 등을 확인하기 위한 도구를 개발한 연구자들도 주목을 받았다. 화학자 3명(모르텐 멜달, 캐롤린 버르토지, 배리 샤플리스)은 빛을 내는 인자들을 우리 몸속에 넣고, 독성 등 반응을 들여다 볼 수 있는 도구를 개발했다. 이광렬 고려대 화학과 교수는 “독특한 질소 삼중결합을 만들어 내고, 온화한 조건에서도 세포속에서 발생하는 일을 확인할 수 있는 기술을 제공해 제약산업이 발전하는데 기여했다”고 말했다.

6일 문학상, 7일 평화상, 10일 경제학상 수상자가 차례로 발표될 예정이다. 올해 수상자들은 2020년 수상자, 2021년 수상자들과 함께 오는 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열리는 시상식에 참여한다.