작년 한 해, 대한민국을 들썩이게 한 예능 프로그램이 있었죠. 바로, 수많은 유행어를 탄생시키고, 일반인들에게 생소했던 ‘스트릿 댄스’라는 장르를 대중화시킨 Mnet의 <스트릿 우먼 파이터>(이하 스우파)인데요.
대한민국 여성 댄서들의 뽐과 흥에 겨워 있던 중, 전 세계 과학자들의 뽐을 보여주는 댄스 경연대회가 있다는 흥미로운 소식이 들려왔습니다. 여러분, 과학자들의 와우 포인트를 확인할 준비 되셨나요? 그럼 함께 떠나봅시다. 잘 봐, 과학자들 싸움이다!
01
MISSION: 당신의 박사학위를 표현하라!
안녕하세요, 과학자들의 댄스 배틀 세계에 오신 여러분 환영합니다. 오늘의 스페셜 MC, 한화토탈 블로그 지기입니다. 본격적인 경연에 앞서, 이번 댄스 경연대회의 미션에 대해 설명해 드리도록 하겠습니다.
‘당신의 박사학위를 표현하라! (Dance Your Ph.D)’는 최고의 과학 댄서를 찾기 위한 댄스 배틀인데요. 오직 몸으로 표현하는 해석 무용을 통해 전 세계의 과학자들이 그들의 복잡한 연구 이론을 설명하고 교육하는 것이 이 대회의 목적입니다. 이 미션에서는 전문용어, 파워포인트를 활용한 발표, 단어의 사용이 불가합니다.
2008년을 시작으로 2022년 현재까지 이어져 오고 있는 과학자들의 댄스 배틀, ‘당신의 박사학위를 표현하라! (Dance Your Ph.D)’는 생물학(Biology), 화학(Chemistry), 물리학(Physics), 사회과학(Social Science) 총 네 가지의 과학 분야로 이루어져 있으며, 각 분야에서 1위를 차지한 팀에게는 $750의 상금이 수여됩니다. 또한, 모든 분야에서 통틀어 1위를 차지한 최종 우승자는 $2,000의 상금과 미국의 댄스 경연 프로그램인 <Dancing with the Stars!>의 출연권을 차지하게 됩니다.
오늘은 에너지·화학 분야에 일가견이 있는 MC, 한화토탈 블로그 지기의 특권으로 지난 2021년 화학 부문 우승작을 집중적으로 살펴보도록 하겠습니다. You guys ready?
<The Diiron Dance> 영상 보기
02
몸풀기: 화학 부문 우승자는 누구?
최고의 과학 댄서를 찾기 위한 댄스 배틀, ‘당신의 박사학위를 표현하라! (Dance Your Ph.D)’! 지난 14년간 수많은 과학자의 치열한 댄스 배틀이 이어져 왔는데요. 작년 화학 분야의 우승자는 MIT를 졸업한 미카엘 미니어(Mikael Minier) 였습니다.
미카엘은 <The Diiron Dance>라는 제목의 영상을 통해 그의 학위 논문을 설명하였는데요. 그는 “메탄(Methane)을 메탄올(Methanol)로 어떻게 산화시키나요?”라는 질문으로 영상을 시작하며, 메탄을 메탄올로 산화시키기 위해 진행한 그의 연구를 몸으로 풀어 설명합니다.
여기서 잠깐! 왜 메탄(CH4)을 메탄올(CH3OH)로 산화시킬까요? 메탄은 지구에서 가장 풍부한 가스 자원인 동시에 대기를 오염시키는 온실가스의 주범입니다. 이러한 메탄을 메탄올로 변환하면 원유를 대체하여 다양한 소재를 생산할 수 있고 자동차 연료용 물질로도 사용이 가능하죠. 그러나 메탄을 이루는 탄소(C)와 수소(H)의 결합이 매우 강력해서 화학적 공정 과정이 필요한데, 이 과정에서 또다른 환경오염이 유발되는 등 많은 한계가 있습니다. 이 때문에 학계에서는 메탄의 탄소와 수소의 강력한 결합을 끊을 수 있는 촉매를 개발하기 위한 연구가 계속되고 있다고 합니다. 그 방법 중 하나가 ‘메탄 모노옥시게나제’라는 효소를 활용하는 것인데요, 뒤에서 보다 자세하게 설명해드릴게요!
미카엘은 300페이지가 조금 안되는 그의 연구 논문을 4분 가량의 춤으로 설명합니다. 영상에서 그는 팝핀부터 브레이킹 등 다양한 장르를 선보이며 춤 실력을 한껏 뽐내었는데요. 시간 기반의 일루전(illusion)*을 활용한 애니메이션 댄스(Animation dance)를 보여주며, 영상에서 빨리 감기나 느리게 감기 효과를 전혀 사용하지 않았다고 하니 이거야말로 와우 포인트네요.
*일루전(illusion): 예술 작품을 볼 때, 관람자가 느끼는 거리감, 입체감 따위의 착각
03
Round 1: 철(Fe) 원자
자, 이제 본격적으로 미카엘 미니어가 그의 영상 <The Diiron Dance>에 가득 담은 과학 지식을 천천히 살펴볼 텐데요. 화학과 학위 논문이라니, 겁이 나시는 건가요? (MC 한화토탈 블로그 지기와 함께라면) 겁은 하나도 안 나지. 그럼, 그의 영상 속에 있는 여러 주제 중 주요한 몇 가지만 설명해드리도록 하겠습니다.
미카엘은 영상에서 철과 메탄 모노옥시게나제를 활용해 상온상압의 온화한 조건에서 메탄을 메탄올로 전환하는 방식에 대해 설명합니다. 먼저, 철(Fe·iron)에 대해 알아보겠습니다.
반응성이 큰 금속 중의 하나인 철의 원자는 산소와 습기에 쉽게 반응하기 때문에 자연 상태의 원소보다는 다양한 산화 상태의 화합물로 존재합니다. 철의 원자는 26개의 전자를 가지고 있는데, 전자의 수에 따라 7가지 산화 상태로 나눌 수 있죠.
예를 들어, 26개의 전자 중 산소와 결합해 두 개의 전자를 잃으면 철II가 되고 세 개의 전자를 잃으면 철 Ⅲ가 됩니다. 높은 산화 상태의 철 원자는 강력한 산화제가 되는데, 산화제는 다른 물질을 산화시키는 역할을 합니다.
04
Round 2: 메탄 모노옥시게나제의 역할
그럼 ‘메탄 모노옥시게나제’는 무엇일까요? 먼저 메탄자화균에 대해 알아야 하는데요, 메탄자화균은 메탄을 먹고 메탄올로 산화시켜 에너지원으로 이용하는 토양 미생물입니다. 메탄자화균의 대사 과정에는 효소복합체인 ‘메탄 모노옥시게나제(methane monooxygenase·MMO)’가 관여하는데, 산화효소(MMOH), 저해효소(MMOD), 촉진효소(MMOB) 등이 복잡하게 관여하며 메탄을 산화시킵니다.
다만 메탄이 메탄올이 되기 위해서는 산화효소(MMOH)의 활성 부위*에 메탄이 자리잡을 수 있도록 철(Fe)이 산소분자와 결합해 구조가 바뀌어야 하는데요, 미카엘은 메탄 모노옥시게나제가 두 개의 철 II 이온을 활용해, 철 II의 활성부위*가 산소와 반응하면서 메탄을 산화시킬 수 있을만큼 강력한 철 산화제를 생성한다고 설명합니다.
*활성 부위: 촉매와 결합하여 화학반응이 일어나는 특정 부위.
05
Final Round: 실패에도 굴복하지 않기
미카엘은 리간드(ligand)를 만들고, 이를 활용한 연구를 진행했는데요. 리간드는 수용체*의 특정 부위에 결합하는 저분자 화합물로서 미카엘의 실험에서 리간드는 철과 결합하여 철 II 화합물을 만드는 역할을 합니다. 그의 철 II 화합물은 원하는 반응을 이끌어냈을까요?
안타깝게도 그가 제작한 리간드는 화학 반응을 일으키지 못했습니다. 영상에서의 그의 말대로 “과학은 보통 원하는 방식대로 흘러가지 않는” 것 같네요. 하지만 실험에 실패한 미카엘은 “실험(trial)들을 바탕으로 다시 새롭고 발전된 리간드를 제작한다”라는 말을 남기며 심기일전하는 모습을 보입니다. 다시 도전하는 미카엘의 실험정신이 강철과 같이 단단하네요.
*수용체: 세포막 상에서 외부 인자와 반응하여 세포 기능에 변화를 일으키는 물질
Hey~ 오늘은 식지 않는 스우파의 열기에 힘입어 과학자들의 댄스 배틀, ‘당신의 박사학위를 표현하라! (Dance Your Ph.D)’를 살펴보았는데, 어떠셨나요? 우리가 어렵다고 느끼는 과학이라는 학문을 몸과 음악으로 풀어 설명하는 과학자들의 뽐이 대단하네요. 올 2022년에도 ‘당신의 박사학위를 표현하라! (Dance Your Ph.D)’는 현재 진행 중에 있습니다. 1월 28일까지 수많은 과학자가 참가할 텐데요. 올해의 수상작들은 어떤 것들이 있을지 정말 기대가 됩니다! 그럼 지금까지 MC 한화토탈 블로그 지기였습니다.
종합 케미칼 & 에너지 리더,
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