2025년 국제과학경진대회(ISEF) 수상자 한국계 청소년 3인의 실험

세상을 보는 과학의 눈 - Science Wave

 

 

미국 과학협회(Society for Science)는 1950년부터 세계의 청소년을 대상으로 과학영재를 선발하고 장학금을 지원하는 세계 최대 규모의 국제과학기술경진대회(Regeneron International Science and engineering Fair, ISEF)를 개최해오고 있다. 2025년 5월에 열린 제75회 ISEF에는 62개국(지역)으로부터 1,657명이 참가했으며, 총 상금은 $9,000,000였다.

 

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과학기술 관련 22개 분야별로 1등부터 4등까지 수상자를 선정하는 이 대회에서는 지난 1년 동안에 이루어진 실험과 연구만을 발표하여 우수 학생을 선정한다. 이번 대회의 수상자 중에는 김리야(15)라는 여학생과 두 남학생 이동현(16), 이동규(16) 세 학생이 협동하여 연구한 <Magneto-Priming>(자력 증진)이라는 연구가 수상작으로 선정되었다.

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흥미롭게도 세 고교생 서태평양 괌섬 근처에 있는 미국령 북마리아나섬의 사이판 국제학교 학생이었다. 그들의 연구 주제는 더 흥미롭다. 무중력 우주 공간에서는 지구에서와 달리 중력의 영향이 없기 때문에 식물의 뿌리와 잎은 지하와 지상을 향하는 굴지성과 굴광성이 정상으로 나타나지 않는다. 장기간 우주여행을 할 때 우주선 속의 식량 식물이 지향성을 나타내지 못한다면 정상적인 생장과 수확을 기대할 수 없다.

 

 

 

자력을 이용하여 미세중력의 효과를 증명하는 실험으로 제75회 ISEF 수상자로 선정된 이동현(좌), 김리야(중), 이동규(우) 세 고교생이다.

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자력 증진이란?

강한 자력의 영향을 받는 조건에서 씨앗을 발아시키면 훨씬 빨리 발아하고 성장이 좋으며, 염분 농도가 높은 토양에서도 잘 자라는 생리 현상을 자력 증진이라 한다. 자력 증진은 오래 전에 알려진 지식이다. 즉 자력은 식물 세포로 하여금 수분을 빨리 흡수하게 하고, 식물 호르몬 생산을 증진시켜 세포가 단백질 합성을 신속하게 한다고 알려져 있다.

 

 

 

희토류 원소인 네오디뮴 자석의 영향을 받는 페트리디시 속의 토마토 씨앗이 발아하는 것을 관찰하는 실험 세트이다.

 

 

 

왼쪽은 자력의 영향을 받지 않은 대조(control) 조건이고, 오른쪽은 자력 증진(magneto-priming)이 이루어진 조건의 발아 상태이다.

 

 

 

세 학생의 새로운 자력 증진 실험

 

 

 

세 학생은 자력 증진을 실험할 재료로 완두콩(Pisum sativa)를 선택했다. 그들은 사진과 같이 한천 배지가 담긴 페트리디시에 완두콩 씨앗 9개를 고정해둔 것과, 페트리디시 한쪽에 자석(검은색 미니 자석 2개)을 붙인 2가지 조건으로 준비하고, 이들을 회전배양기(clinostat 클리노스태트)에서 발아시켜 보았다.

 

 

 

 

 

식물을 심은 화분이 연속적으로 회전하도록 만든 것이 클리노스태트이다. 클리노스태트에 걸린 식물의 뿌리와 잎은 아래위가 계속 바뀐다. 즉 위를 향하고 있던 잎은 잠시 후 아래를 향하게 된다. 뿌리도 마찬가지이다. 따라서 클리노스태트에 놓인 식물체는 지구 중심이나 태양의 방향을 일정하게 지향하지 못하여 무중력 공간과 비슷한 상황이 된다. 지상에는 어디에도 무중력 조건인 곳이 없으므로, 우주생명을 연구를 할 때는 유사 무중력인 클리노스태트를 이용하여 실험한다.

 

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실험 결과 :

1. 앞 사진에서, 자석을 붙인 아랫쪽 페트리디시 속의 완두콩은 자석이 없는 위 페트리디시 속의 완두콩보다 28% 정도 빨리 발아했고, 새싹은 67% 정도 빨리 자랐다. 자력이 생장을 크게 촉진 시킨 것이다.

 

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2. 자력이 미치지 않는 위 페트리디시 속에서 발아한 뿌리는 뻗은 방향이 일정하지 않다. 그러나 아래 페트리디시에서 발아한 뿌리는 자석을 향해 자라고 있고, 새싹은 뿌리 반대쪽을 향하고 있다.

 

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3. 이런 실험 결과는 자력이 식물의 발아와 생장을 촉진하고, 중력과 비슷한 영향을 식물체에 작용하고 있음을 증명하는 것이다.

 

수상자 세 학생은 자력 증진에 대한 단순한 식물의 생리를 이해함에 따라 여기에 회전배양기를 활용하는 발상을 함으로써 유사 중력에 대한 새로운 자연의 원리를 확인하게 된 것이다. 북마리아나섬에 사는 한국계 고교생들의 ‘자력 증진’ 실험은 장기 우주여행을 할 때 우주선 속에서 식량식물을 더 효과적으로 재배하는 방법으로 이용될 수 있을 것이다.

 

전파과학사 <과학상식 Q & A> - YS

 

 

 

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