과학의 근본 ‘느린 연구’ 네이처 선정 5가지 연구

“과학은 단거리 경주가 아닌 마라톤이다.”

과학저널 네이처가 지난 21일(현지시간) 발간한 최신호에서 던진 화두다. 네이처의 질문은 과학의 근본을 묻는다. 원래 과학은 느리다. 지난한 시간과의 싸움이다. 하지만 네이처는 현재의 과학계가 이런 기본에서 멀어지고 있다고 봤다. 과학자들이 연구비를 받기 위해서는 뚜렷한 목표와 성과를 제시해야 하고, 결국 스스로를 옭아매고 단시일 내에 성과를 낼 수 있는 ‘빠른 과학’에 매달릴 수밖에 없다는 것이다. 네이처가 과학이 마라톤이라는 사실을 보여주기 위해 선택한 5가지 ‘느린 연구’를 소개한다.

과학자들이 태양의 흑점을 처음으로 세기 시작한 것은 정확히 400년 전인 1613년이었다. 갈릴레오 갈릴레이는 자신의 망원경으로 최초의 흑점 지도를 그렸다. 이후 200년 이상 시간이 흐르는 동안에도 태양 흑점을 세고 이를 기록하는 사람들은 이것이 무엇이고 어떻게 만들어지는지에 대한 기본 지식조차 없었다.

1848년 스위스 천문학자 루돌프 울프는 태양 흑점이 늘어났다가 줄어드는 간격이 9.5~12년이라는 ‘울프 숫자’ 공식을 만들어냈다. 2011년 벨기에 왕립관측소는 1700년 이후 500명의 과학자들이 기록한 흑점 지도를 정리하기 시작했다. 수백년의 기록을 통해 태양 활동의 미래를 예측할 수 있게 된 것이다. 흑점 활동은 인공위성의 활동이나 각종 통신 등 실생활과 밀접한 관련을 맺고 있다. 벨기에 센터에는 매월 90여명의 관측자들이 각자 관측한 태양 흑점 자료를 보내오고 있다. 대부분 아마추어 천문가인 이들이 사용하는 망원경은 200년 전과 크게 다르지 않다. 여전히 갈릴레이 방식의 연구가 이어지고 있는 셈이다.

이탈리아 베수비오 화산이 마지막으로 폭발한 것은 서기 79년이었다. 화산재와 용암은 폼페이라는 도시국가를 통째로 집어삼켰다. 세계에서 가장 오래된 화산연구소인 베수비오 관측소가 이곳에 자리잡은 것이 우연이 아닌 셈이다. 1841년 과학자들은 화산이 가장 잘 보이면서도 화산의 영향에서 안전한 600m 높이의 산 중턱에 관측소를 지었다. 당초 관측소의 목적은 24시간 화산활동을 감시해 화산 폭발 시점을 알아내는 것이었다. 하지만 시간이 흐르면서 관측소의 과학자들은 화산의 진실에 대해 점차 가까이 다가갔다.

첫 번째 관측소장이었던 마케도니오 멜로니는 용암이 지구 자기장에 어떻게 반응하지는지를 화산암에서 읽는 방법을 찾아내 ‘고자기학’을 창시했다. 루이지 팔미에리는 전자기 지진계를 발명해 지진파 감지의 신기원을 열었다. 20세기 초 연구소에서 일하던 주세페 메르칼리는 오늘날 사용되는 ‘진도’(震度)의 개념을 처음으로 만들어냈다.

최초의 베수비오 관측소는 1970년대 그 역할을 다하고 박물관으로 모습을 바꿨다. 지표면에 센서를 설치하고 위성을 띄운 뒤 연구소에 앉아서 모니터로 실시간 감시할 수 있게 됐기 때문이다. 현재 그 역할은 나폴리에 있는 국립지구물리학 연구소가 맡고 있다.

영국 로삼스테드연구소는 1843년 영국의 ‘비료왕’으로 불렸던 존 로스가 비료가 작물에 장기적으로 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 만든 거대한 농장이었다. 로스는 질소, 인, 칼륨, 나트륨 등 화학물질들을 보리, 콩 등의 농사에 사용해 실제 생산량이 얼마나 늘어나는지, 부작용은 없는지 등을 살폈다. 연구소장 앤디 맥도널드는 “시간이 흐르면서 연구소는 수많은 비료들의 작용과 그것이 어떤 영향을 미치는지, 어떻게 복합적으로 작용하는지 등의 질문에 대한 답들을 얻었다”고 설명했다.

이후 연구소는 농업과 관련된 과학적 궁금증을 해소하는 모든 종류의 연구에 활용되기 시작했다. 1968년에는 육종을 통해 얻어진 신품종 작물에 대한 연구가 이뤄지기 시작했고, 2003년에는 연구소에서 유전자변형작물(GMO)에 대한 연구도 시작됐다. 모든 것이 시시각각 변했지만 ‘농작물에 관해 장기간의 연구를 한다’는 원칙은 유지됐다. 현재 연구소에는 19세기 이후 실험에 사용되거나 실험에서 얻어진 30만종의 식물과 토양 샘플이 보관돼 있다.

미국 스탠퍼드대 심리학자 루이스 터먼은 1921년부터 ‘천재’들을 관찰하기 시작했다. IQ 테스트를 거쳐 1900년부터 1925년 사이에 태어난 1500명의 어린이들이 선발됐다. 인간 발달을 대상으로 한 세계 최초의 체계적인 연구였다. 터먼이 연구를 시작한 목적은 ‘천재는 약하고 사회성이 결여돼 있으며 다른 분야에서는 특별한 영향을 발휘하지 못한다’는 점을 입증하기 위해서였다. 1980년대 하버드대의 조지 바이런트는 터먼의 조사대상들이 생애 마지막까지 어떻게 살았는지를 추적해 데이터베이스를 구축했다.

또 캘리포니아 리버사이드대의 하워드 프리드먼은 이를 기반으로 현대 심리학의 근간인 ‘사람의 인격이나 심성은 어린 시절뿐 아니라 어른이 된 후에도 영향을 받는다’는 이론을 완성했다. 터먼의 의도와는 다르지만, 그의 연구는 90년 넘게 계속되고 있는 것이다.

1961년 호주 퀸즐랜드대 물리학과에 부임한 존 메인스톤은 학교에서 이상한 장치를 발견했다. 종 모양의 유리병 속에는 모래시계와 같은 형태의 장치가 설치돼 있었다. 위쪽의 타르 덩어리가 시간이 지나면서 아래쪽으로 흘러 떨어지도록 하는 구조였다.

이 장치는 34년 전 이 학과의 첫 교수였던 토머스 패널이 원유를 증류한 뒤 남은 타르 찌꺼기가 고체이자 유체라는 점을 보여주기 위해 만든 것이었다. 메인스톤은 이후 이 장치를 지속적으로 관찰했고, 한 방울이 흘러내리는 데 6~12년이 걸린다는 것을 밝혀냈다.

1984년 메인스톤은 타르 찌꺼기의 점성이 물보다 2300억배 높다는 연구결과를 발표했다. 지난 85년의 관찰에서 얻어진 단 한 편의 논문이었다. 실험은 여전히 진행 중이다. 아직까지 타르 방울이 떨어지는 것을 목격한 사람은 없다. 때문에 타르 방울이 떨어질 때 어떤 모습인지, 어떤 방향인지 등을 밝혀내지 못했다.

가장 최근에 떨어진 타르 방울은 2000년 11월이었다. 2005년 이 실험은 황당한 연구이지만 의미 있는 연구에 주어지는 이그노벨상을 받았다.

박건형 기자 kitsch@seoul.co.kr