2021년 노벨상을 수상한 과학자들

2021-11-01
조회수 93

노벨상은 인류의 문명 발전에 큰 기여를 한 사람들에게 주어지는 상이다. 2021년 과학 분야의 노벨상을 받은 수상자들이 어떤 연구를 진행했는지 구체적으로 살펴보자.




2021 노벨상 수상자 이야기




# 노벨 생리의학상 : 온도와 촉각 수용체의 발견

올해 노벨 생리의학상은 인간이 더위와 추위, 촉각을 감지하는 수용체를 발견하고 그 원리를 규명한 '데이비드 줄리어스'와 '아뎀 파타푸티언'이 수상하였다.


1) 수상자

이름데이비드 줄리어스아뎀 파타푸티언
출생1955년1967년
학력캘리포니아 대학교, 버클리캘리포니아 공과대학교 박사
소속
캘리포니아 대학교, 샌프란시스코 교수스크립스 연구소



2) 수상업적

뜨거움을 느끼는 것은 화상을 피하도록 하고, 차가움을 느끼는 것은 동상을 피하도록 한다. 또한 따가움과 같은 통증을 느끼는 것은 피부가 상처를 입는 것을 피하도록 한다. 이처럼 피부를 통해 감각을 느끼는 것은 인간이 생존하는 데 필수적인 요소이다. 그러나 이러한 감각을 필요 이상으로 느껴 작은 자극에도 큰 고통을 느끼는 질환을 ‘복합 부위 통증 증후군(CPRS)’라고 한다. 인간이 온도와 촉각을 느끼는 원리를 알아낸다면 CRPS를 비롯한 다양한 피부질환을 치료하는 데 큰 도움이 될 것이다.


1944년, '조지프 얼랭어'와 '허버트 스펜서 가서'는 고통스러운 접촉과 고통스럽지 않은 접촉과 같이 별개의 자극에 각각 반응하는 다양한 감각 신경 섬유를 발견한 공로로 노벨 생리의학상을 수상한다. 그 이후로, 신경 세포들이 다양한 유형의 자극을 전달하는 데 특화되어 감각들을 미세하게 구별할 수 있다는 사실이 발견되었다. 그러나 여전히 온도와 촉각이 어떻게 전기적 신호로 바뀌는지는 해결되지 않은 상태였다.


1990년대 후반, '데이비드 줄리어스' 교수는 고추 속에 든 캡사이신이 타는 듯한 매운맛을 어떻게 유발하는지 분석하여 열에 반응하는 피부 신경의 수용체를 발견했다. 이 감지기는 통증을 일으키는 정도의 열에 반응하여 이온 입자들이 고통을 뇌로 전달하게끔 하였으며, 이 수용체는 TRPV1으로 명명되었다.


'파타푸니안' 교수는 압력을 가했을 때 전기적 신호를 내보내는 세포를 발견하였다. 세포의 유전자를 조작하여 실험을 진행하였고, 결국 '파타푸니안' 교수는 찌르는 것에 둔감하게 만드는 유전자를 식별하는 데 성공했다. 이 유전자는 Piezo1로 명명되었고, 후에 두 번째 유전자가 발견되어 Piezo2로 명명되었다. 후에 추가로, Piezo1과 Piezo2는 혈압, 호흡, 방광 조절을 포함한 여러 생리적 과정을 조절하는 것으로 밝혀졌다.




<  TRPV1이 캡사이신의 매운 맛에 반응하는 과정  > 출처 : 노벨재단 



'줄리어스' 교수와 '파타푸니안' 교수는 멘톨이라는 화학 물질을 이용하여 추위에 반응하는 수용체인 TRPM8을 발견하였다. TRPV1과 TRPM8, 그리고 Piezo1과 Piezo2의 발견을 통해 인간이 열과 압력을 인지하고 주변 환경에 적응할 수 있는 원리를 이해할 수 있게 되었다. 이는 수많은 피부 질환의 치료법을 개발하는 데 사용되고 있다.




# 노벨 물리학상 : 기후 변화의 물리학적 모델링과 정량화, 그리고 복잡계의 수학적 해결

올해 노벨 물리학상은 기후 변화를 분석하기 위한 물리학적 모델을 만들고 실시간으로 달라지는 기후를 계산하여 안정적으로 지구온난화를 예측할 수 있게 한 '슈쿠로 마나베' 교수와 '클라우스 하셀만' 교수, 그리고 무질서한 복잡계의 상호작용 모델을 수학적 방법을 통해 만든 '조르지오 패리시' 교수가 수상했다.



1) 수상자

이름슈쿠로 마나베클라우스 하셀만조르지오 패리시
출생1931년1931년1948년
학력도쿄 대학교 박사괴팅겐 대학교 박사로마 라 사피엔차 대학교
소속프린스턴 대학교 교수독일 막스플랑크 기상연구소로마 라 사피엔차 대학교 교수



2) 수상업적

입자 하나, 혹은 물체 하나의 움직임은 물리학적으로 쉽게 예측할 수가 있다. 그러나 다양하고 많은 입자나 물체들의 상호작용은 변화무쌍하여 예측하기가 매우 어렵다. 이러한 물체들의 시스템을 복잡계라고 한다. 인류가 겪고 있는 대표적 복잡계는 바로 기후이다. 지구온난화와 기후 변화는 인류가 직면한 가장 중요한 문제 중 하나이고, 이를 이해할 수 있는지에 따라 인류의 미래가 크게 바뀔 수도 있다. 


1960년대, '마나베 슈쿠로' 교수는 대기의 복사와 대류 모델을 제안하고, 대기의 열 구조와 이산화 탄소 등의 온실가스 증가가 지구 표면 온도의 상승을 일으키는 원리를 설명했다. '마나베 슈쿠로' 교수는 지구과학 분야에서 수치 시뮬레이션을 도입하여 해양 기후 시스템을 분석한 선구자로 받아 들여진다.



<  '마나베 슈쿠로' 교수의 기후 모델  > 출처 : 노벨재단 



1970년대, '클라우스 하셀만'은 지구 기후의 물리학적 모델을 만들어 실시간으로 달라지는 기후 계산을 가능하게 하고, 지구온난화를 안정적으로 예측할 수 있게 하였다. 또한 '클라우스 하셀만' 교수는 자연 현상과 인간 활동이 기후에 남기는 특징을 식별하는 방법을 개발하였다. 이 방법은 대기의 온도 상승이 인간의 이산화 탄소 배출 때문임을 증명하는 데 사용되었다.


1980년대, '조르지오 패리시' 교수는 무질서한 복잡계에서 숨겨진 패턴을 발견하여 ‘스핀 글라스’라는 모델을 만들었다. 뜨거운 액체 유리를 찬물에 넣으면 입자들이 굳어지면서 무작위적인 패턴을 보이는데, 과학자들은 이를 이해하기 위해 스핀이라는 개념을 도입하였다. '조르지오 패리시' 교수는 스핀이 가까운 것뿐만 아니라 멀리 있는 것과도 상호작용함을 수학적으로 계산하여 스핀 글라스 모델을 완성하였다.




# 노벨 화학상 : 비대칭 유기 촉매 개발

올해 노벨 화학상은 분자 구성을 위한 새로운 도구인 비대칭 유기 촉매를 개발한 '벤자민 리스트' 연구원과 '데이비드 맥밀런' 교수가 수상하였다.



1) 수상자

이름벤자민 리스트데이비드 맥밀런
출생1968년1968년
학력괴테 대학교 박사캘리포니아 대학교, 어바인 박사
소속훗카이도 대학교 주임연구원하버드 대학교 교수



2) 수상업적

촉매란 화학 반응이 더 빠르게 일어나도록 변화시키는 물질이다. 산업에 필요한 물질이나 약품, 혹은 향수와 같은 화학 제품은 대부분 촉매를 필요로 한다. 따라서 촉매는 화학자들에게 아주 중요한 도구이지만, 지금까지 과학자들은 금속과 효소 두 가지 유형의 촉매만을 사용할 수 있다고 믿어왔다.


그러나 2000년대, '벤자민 리스트' 연구원과 '데이비드 맥밀런' 교수는 서로 독립적으로 금속과 효소 외에 세 번째 유형의 촉매인 비대칭 유기 촉매를 개발하였다. '벤자민 리스트' 연구원은 효소 촉매 작용을 연구하던 중 프롤린이라는 아미노산이 유기 합성에서 중요한 반응인 알돌 반응을 촉진시키는 유일한 촉매라는 것을 발견했다. 또한 '데이비드 맥밀런' 교수는 촉매 작용에서 전자의 이동을 고려하여 특정 이온을 형성할 수 있는 유기 분자가 촉매 역할을 할 수 있음을 실험을 통해 발견했다. 


두 사람이 발견한 비대칭 유기 촉매는 안정적인 구조를 가지고 있어 더 반응하기가 쉽고, 이는 비대칭 유기 촉매가 친환경적이고 비용이 저렴하다는 것을 의미한다. 비대칭 유기 촉매는 신약 개발부터 태양 전지에 이르기까지 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.



< '데이비드 맥밀런'이 발견한 비대칭 유기 촉매의 모습 > 출처 : 노벨재단





ㅣ글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 과학팀 이수양 연구원


#와이즈만 #융합상식 #초등과학 #노벨상 #2021노벨상 #노벨상수상자 #노벨재단 #2021노벨상수상업적 #노벨상수상업적 #노벨생리의학상 #노벨물리학상 #노벨화학상 



1 0