톱10 하이라이트

1

프로필렌/프로판 혼합물의 직교-배열(Orthogonal-array) 동적 분자 체질(Sieving)

Nature 595 (2021년7월22일)

체질(Sieving)은 일반적으로 체질에 맞는지 여부에 따라 가루에서 돌 및 분자까지 모든 것을 분리한다. 이러한 분리는 거의 동일한 물리화학적 특성을 가진 분자들의 경우 매우 어렵지만, 유연한 물질(Flexible materials)을 사용하면 분리가 가능하다. Dan Li와 연구진들은 채널 벽(Channel walls) 내의 분자 포켓(Molecular pockets)을 통해 프로판과 프로필렌을 분리하는 튜브와 같은 채널이 있는 금속-유기 골격체(Metal–organic framework)로 이러한 분리를 설명하였다. 분자 포켓은 실질적으로 다른 압력에서 2개의 분자에 열려 있으므로 단일 흡착-탈착 사이클에서 혼합물로부터 고순도 프로필렌을 얻을 수 있다. 뛰어난 성능은 채널의 직교 배열(Orthogonal arrangement)과 동적으로 열리는 포켓에서 기인하며, 이 디자인을 사용하는 모든 체질 물질에서 큰 분리 용량과 빠른 분리를 가능하게 하는 것이 특징이다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03627-8

2

초대질량 블랙홀(Supermassive black hole) 뒤편에서 빛 굴절과 X-선 에코(Echoes)

Nature 595 (2021년7월29일)

일반 상대성 이론의 예측 중 하나는 초대질량 블랙홀(Supermassive black hole)과 같은 거대하고 조밀한 물체 주위에서 빛이 휘어질 수 있다는 것이다. Dan Wilkins와 연구진들은 좁은 선(Narrow-line)의 Seyfert 1 은하 I Zwicky 1에 있는 초대질량 블랙홀 주위에서 X-선이 휘어지는 것을 관찰하였다. X-선 플레어(Flare)는 원반(Disk)의 다른 부분에서 발생하는 광자의 짧은 플레어를 보여주며, 이는 블랙홀 뒤에서 방출이 다시 나타나는 것과 일치한다. 이는 원반의 반대쪽에서 굴절되는 광자이며 블랙홀 주위에서 휘어지고 강한 중력장에 의해 확대된다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03667-0

3

양자 운동

Nature 595 (2021년7월15일)

표지는 광 포획(Optical trap)을 형성하는 현미경 대물렌즈 위로 공중에 떠 있는 직경 150나노미터의 유리 나노입자를 보여주고 있다. 이번 주 호에서 Lorenzo Magrini와 연구진들은 측정 기반 양자 제어(Measurement-based quantum control)를 사용하여 이러한 포획된 나노입자를 실온에서 양자 바닥 상태(Ground-state)에 가깝게 냉각할 수 있음을 보여주었다. 트랩(Trap)에 나노입자가 고정된 상태에서 연구자들은 입자에서 산란된 빛을 포착하여 나노구(Nanosphere)를 방해할 수 있는 측정 기반 효과를 최소화하면서 이들의 위치를 지속적으로 측정할 수 있다. 결정된 입자의 궤적은 제어 시스템인 전기장으로 피드백되어 입자의 에너지를 낮추고 냉각하기 위해 실시간으로 조정된다. 이와 유사한 실험에서 Lukas Novotny와 연구진들은 극저온 및 초고진공 조건을 사용하여 냉각 효과를 달성하였다. 2개의 논문 모두 거시적 물체의 양자 제어를 가능하게 하는데 도움이 될 것으로 보인다. 표지 이미지: Lorenzo Magrini/Aspelmeyer Group/Univ. Vienna

Article doi: 10.1038/s41586-021-03602-3

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-01872-5

Article doi: 10.1038/s41586-021-03617-w

4

인간 데이터

Nature 595 (2021년7월8일)

전산 사회 과학(Computational social science)은 방대한 데이터 세트의 분석을 통해 사회 문제를 해결하는 매우 급성장하고 있는 연구분야이다. 디지털 장치는 우리의 움직임, 구매 및 온라인 사회적 상호작용에 대한 많은 정보에 실시간으로 액세스할 수 있도록 해준다. 이러한 정보는 트렌드를 추적하고 예측을 하고 결정을 내리는 전례 없는 힘을 제공한다. 이번 주 특별 호에서 Nature는 이 성장하고 있는 연구 분야의 가능성과 직면 과제에 대하여 조사하였다. 감염성 질환의 역학 모델링에서 데이터 세트의 잠재적 편향 평가에 이르기까지 연구자들은 사용 중인 데이터의 품질과 개인 정보 보호의 세밀한 균형을 유지할 수 있는 선에서 주요 사회적 질문에 답할 수 있는 엄청난 기회에 직면하였다. 표지 이미지: Taj Francis

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03659-0

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03660-7

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03666-1

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03694-x

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03649-2

5

뇌에서 스트레스 반응 뉴런을 통해 사회적 행동을 조절하는 미생물

Nature 595 (2021년7월15일)

이전 연구에서 장내 미생물군이 설치류의 사회적 행동에 영향을 미칠 수 있다고 제안되었다. 그러나 장내 미생물군이 뇌 기능과 일부 관련이 있다는 것으로 알려졌음에도 불구하고, 사회적 행동과 관련된 잠재적 장-뇌 상호작용의 신경 기저(Neural underpinnings)에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서 Sarkis Mazmanian과 연구진들은 미생물이 스트레스 반응과 관련된 뇌 영역의 신경 활성을 조절하여 사회적 행동을 바꿀 수 있다는 사실을 밝혀내었다. 특정 박테리아 종은 마우스의 코르티코스테론(Corticosterone) 수치 감소를 통해 사회적 활동을 촉진하는 것으로 밝혀졌으며 이는 이러한 장-뇌 상호작용의 메커니즘을 시사한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03669-y

6

탈산림화 및 기후 변화와 관련된 탄소원으로써의 아마존

Nature 595 (2021년7월15일)

탈산림화(Deforestation)와 기후 변화는 아마존의 온실가스 흡수원(Carbon sink)을 감소시키는 것으로 보인다. Luciana Gatti와 연구진들은 2010년~2018년까지 브라질에서 대기 중 이산화탄소와 일산화탄소 농도에 대한 항공기 관측 결과를 발표하였다. 저자들은 탄소 배출량이 아마존 서부 지역보다 아마존 동부 지역에서 더 크다는 것을 발견하였다. 특히 아마존 남동부 지역은 대기의 순 탄소원(Net carbon source) 역할을 한다. 저자들은 동부 지역의 탄소 배출량이 더 높은 것은 건기의 심화와 탈산림화의 증가, 생태계 스트레스 촉진과 화재 발생 증가로 설명될 수 있다고 발표하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03629-6

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-01871-6

7

심해 해면동물의 골격 적응을 밝히는 극한의 흐름 시뮬레이션

Nature 595 (2021년7월22일)

자연계에는 미적으로 보기 좋고 기계적으로 인상적인 구조로 가득 차 있다. 한 예로 심해 해면동물인 Euplectella aspergillum은 복잡하고 개방된 골격 구조를 가지고 있어 매우 유연하며 충격 저항성을 가진다. 그러나 이 구조에는 놀라운 기계적 특성 이외에도 더 많은 특징들이 있다. Giacomo Falcucci와 연구진들은 고성능 유체역학 시뮬레이션을 통해 이 해면동물의 유체역학적 특성을 파악하였으며, 이러한 구조가 심해 조건에서 겪게 될 유체역학적 응력을 줄이는 동시에 내부 유체 재순환 패턴을 조절하고 먹이 사냥과 번식에도 도움이 될 수 있다는 것을 발견하였다. 보다 일반적으로, 이러한 결과는 복잡한 구조가 어떻게 여러 기능을 가진 유체 흐름을 생성할 수 있는지를 강조하며, 이는 다기능 엔지니어링 구조의 설계에 영감을 줄 수 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03658-1

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-01891-2

8

양자 물질에서 전자 차원의 광학적 제어

Nature 595 (2021년7월8일)

2D 물질은 다양한 이색 현상의 엔지니어링을 가능하게 한다. 2가지 가장 대표적인 예로는 상관된 전자 위상의 실현과 양자 홀 효과(Hall effect)이다. 일반적으로 2D 시스템은 층이 있는 물질을 박리하거나 기판에 단일층 또는 몇 층의 물질을 성장시켜 얻는다. 본 연구에서 Wentao Zhang과 연구진들은 레이저를 사용하여 3D 물질에서 2D 전자 상태를 생성할 수 있음을 보여주었다. 보다 구체적으로, 일시적인 2D 상태는 전하-밀도-파 물질의 표면에 가깝게 생성된 거시적 도메인 벽(Domain wall)에 존재한다. 이러한 결과는 광학 변조를 사용하여 양자 물질에서 2D 전자 상태를 생성하는 새로운 접근법을 제시한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03643-8

9

13CO가 풍부한 대기를 가지는 젊은 강착(Accreting) 슈퍼 목성

Nature 595 (2021년7월14일)

동위원소 비율은 물리적 과정을 알 수 있게 해준다. 태양계의 12CO/13CO 비율은 은하계 전체에 걸쳐 상당히 다르지만, 국부 성간 매질(Local interstellar medium)에서는 약 89 및 68이다. Yapeng Zhang과 연구진들은 젊은 강착하는(Accreting) 거대 행성 TYC 8998-760-1 b에서 13CO 존재비를 측정하였으며, 12CO/13CO 비율이 약 31이라는 것을 확인하였다. 이 슈퍼 목성 행성은 CO가 얼어 붙는 거리보다 훨씬 더 멀리 떨어진 모항성(Parent star)으로부터 약 160 천문 단위(Astronomical units)를 가지고 있기 때문에 연구진들은 행성이 축적한 얼음이 분별 과정(Fractionation processes)을 통해 13CO가 풍부해졌을 것이라고 주장하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03616-x

10

장내 미생물의 기계론적 조사를 위한 대사체학 파이프라인

Nature 595 (2021년7월15일)

장내 미생물이 인간의 건강과 질병에 미치는 영향은 숙주와의 화학적 상호작용을 매개하는 저분자의 생성과 관련이 있으며, 이는 장의 혐기성 환경과 미생물 군집의 복잡성을 고려할 때 특히 설명하기 매우 어려웠다. 본 연구에서 Shuo Han, Will Van Treuren 및 연구진들은 미생물 대사 산물의 발견을 위한 개방적이고 접근 가능한 대사체학 기반 파이프라인과 숙주에서 그들의 근원과 잠재적인 생물학적 역할에 대한 통찰력을 제공하는 기계 학습 접근법을 발표하였다. 저자들은 In vitro 및 마우스 모델에서 접근법을 검증하고 미생물 및 미생물-숙주 상호작용 분석을 위한 수정 가능한 대화형 대사체학 프로파일 탐색기를 보여주었다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03707-9

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-01774-6