대회명

“극지로 미래로” - 제 10회 청소년 극지논술공모전

응모기간

2019년 9월9일(월) ~ 10월31일(목) 23시 까지

응모자격

국내외 거주 대한민국 국적 중고등학생 및 동연령 청소년

응모방법

  • 출제된 지정논제 중 하나를 선택한다.
  • 지정양식을 http://www.pof21.com 또는 페이지 상단 "신청서 다운로드"에서 내려받아, 논술문을 작성한다.
  • 논술문을 이메일 (polaressay@daum.net) 접수한다.
  • 참가비 없음

응모분량

A4 3매 이내(글자수 공백포함 4,500자 이내)로 내용작성 (신명조체, 글자크기 11point, 행간 160%, 참고자료 및 인용문 출처 기재분량 제외)
  • 반드시 지정양식에 작성해야 함.

시상계획

  • 대 상 : 1명 (해양수산부장관상)
  • 특 별 상 : 1명 (극지연구소장상)
  • 금상, 은상, 동상, 장려상 : 39명 (극지해양미래포럼 이사장상)
  • 지도교사상 : 7명 (극지해양미래포럼 이사장상)
  • 참여상 : 5개교 또는 단체
상훈 인원 상장 및 부상
중 / 고등부 대상 1명 상장 및 북극연구체험기회
특별상 1명 상장 및 상금 200만원
고등부(23명) 금상 1명 상장 및 상금 100만원
은상 2명 상장 및 상금 50만원
동상 5명 상장 및 상금 20만원
장려상 15명 상장 및 문화상품권 5만원
중등부(16명) 금상 1명 상장 및 상금 100만원
은상 2명 상장 및 상금 50만원
동상 3명 상장 및 상금 20만원
장려상 10명 상장 및 문화상품권 5만원
지도교사상 금상 1명 상장 및 상금 100만원
은상 1명 상장 및 상금 30만원
동상 5명 상장 및 상금 20만원
참여학교상 1위 1개교 또는 단체 상장 및 부상
2위 1개교 또는 단체 상장 및 부상
3위 3개교 또는 단체 상장 및 부상

수상자 발표 및 시상식

  • 수상자 발표: 2019년 11월 29일(금) 예정 (홈페이지 참조)
  • 시상식: 2019년 12월 19일(목) 예정

심사기준

기 준 평가 내용
창의성(30%)
  • 창의적인 아이디어
  • 독창적인 논의 전개
  • 다각적인 논의 전개
과학성/탐구성(30%)
  • 과학적 원리와 개념의 올바른 설명과 사용
  • 논제에 대한 분석력 및 통찰력
논리성(30%)
  • 논의 전개에 정확성 및 일관성 유지
  • 논의 전개에 있어 논리적 비약
  • 일관된 논지 및 논제에 대한 분명한 견해 표현
  • 주장에 대한 적절하고 분명한 논거 제시
  • 논지 전개 과정에서 중복되거나 불필요한 내용
  • 논술문 구성의 체계성
표현력(10%)
  • 표현의 적절성(어법, 어휘, 문체, 맞춤법, 띄어쓰기 등)

기타

  • 지도교사상은 예심통과 작품을 많이 배출한 지도교사를 대상으로 한다.
  • 참여상은 예심통과 작품을 많이 배출한 학교를 대상으로 한다.
  • 출품작품이 기준에 미달할시 수상자 규모는 조절 할 수 있다.

문의

주최 :
주관 :
후원 :  

논제 1. 극지생물의 환경적응능력과 생활상

최근 남극권에 서식하는 기각류인 웨델물범과 얼룩무늬물범의 특이한 사냥행동 관련 보도가 관심을 끌고 있다. 주로 어류나 갑각류를 포식하는 것으로 알려진 웨델물범이 아델리 펭귄을 사냥하는 모습과, 독립적으로 사냥 하는 것으로 알려져 있는 얼룩무늬물범이 서로 협조를 통해 사냥 하는 장면이 그 것이다. 이에 대해 과학자들은 극지생물의 환경적응 측면에서 여러 가지 가능성을 두고 연구 필요성을 제기하고 있다. 귀하는 새롭게 밝혀진 물범들의 특이한 사냥행동을 예로 극지생물의 환경적응에 대한 생각을 과학적 사고를 바탕으로 논술하라.

지문 A

극지연구소는 남극 장보고과학기지 인근 인익스프레시블섬에서 웨델물범이 아델리펭귄을 사냥하는 모습을 세계 최초로 포착했다고 26일 밝혔다.

웨델물범이 아델리펭귄을 공격한다는 기록과 목격담은 이전부터 전해오고 있지만, 실제로 사냥 모습이 영상을 통해 확인·포착된 것은 이번이 처음이다.

극지연구소 연구팀은 아델리펭귄 2만4000여 쌍이 서식하는 인익스프레시블 섬에서 2017년 말부터 2018년 초까지 10차례의 현장조사를 실시해왔다. 연구팀은 이 조사에서 생선이나 갑각류를 주로 먹는 것으로 알려진 웨델물범의 새로운 취식 행동을 찾아냈다고 밝혔다. 연구팀이 촬영한 영상에는 2마리의 웨델물범이 각각 2마리의 아델리펭귄을 사냥하는 모습이 담겨 있다. 펭귄을 바다 표면에 내동댕이치는 방법으로 기절시킨 뒤 먹어버리는 모습은 남극의 대표적인 펭귄 사냥꾼인 얼룩무늬물범의 그것과 비슷한 것으로 분석됐다고 연구팀은 설명했다.

연구를 진행한 이원영 박사(선임연구원)는 “웨델물범의 아델리펭귄 사냥 행동이 과거부터 존재했던 것인지, 아니면 기후변화 때문에 먹잇감이 줄면서 나타난 새로운 행동인지 확인하기 위한 연구가 앞으로 필요할 것”이라고 말했다.

지문 B

지난 4월 공개된 넷플릭스의 새 다큐멘터리 ‘우리의 지구’(Our Planet) 촬영팀은 남극해의 사우스조지아 섬에서 드론을 띄워 촬영하다 특별한 광경을 목격했다. 얼룩무늬물범 36마리가 임금펭귄 집단서식지에서 사냥하고 있었는데, 사냥 행동이 평소와 달랐다. 이 물범은 두 마리가 먹이 주변에서 만나면 상대를 거칠게 쫓아내는 것이 일반적이지만, 이들은 한 물범이 사냥한 펭귄을 물고 있으면 다른 물범이 살점을 잡아 뜯는 식으로 서로 도와가며 사냥감을 처리했다. 제임스 로빈스 영국 플리머스대 동물학자 등 연구자들은 과학저널 ‘극지 생물학’ 최근호에 실린 논문에서 이번 관찰을 분석했다. 연구자들은 이런 상황에서는 사냥감을 지키기 위해 경쟁자를 쫓아내느라 에너지를 쓰는 것보다는 먹이 도둑질을 용인하면서 일부나마 먹는 쪽이 유리하다고 설명했다. 이제까지 얼룩무늬물범이 주로 사냥한 것은 소형 펭귄이었지만, 이번에는 대형 펭귄이란 점도 특이하다.

논제 2. 과학적 성과를 바탕으로 한 실용화 및 후속연구

우리나라는 극지 선진국에 비해 상대적으로 열악한 연구 인프라 속에서도 괄목할 만한 과학적 성과를 이루어 내고 있다. 아래 지문들은 올해 극지연구를 통해 이루어낸 과학적 성과들이다. 귀하가 극지과학자라면 선행 과학자들의 과학적 성과를 바탕으로 어떤 실용화 및 후속연구를 진행할 수 있을지 논술하라.

지문 A

해양에서 철의 중요성: “철 가설(Iron hypothesis)”

바다의 1차 생산자인 식물성 플랑크톤인 미세조류는 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소를 유기물로 변환시켜 자기 몸에 축적시킨다. 따라서, 해양에 미세조류가 많아지면 대기 중 이산화탄소를 많이 흡수하는 효과를 낳아 지구온난화를 완화시키는 역할을 할 수 있다. 이는, 육상에 있는 나무가 대기 중의 이산화탄소를 흡수하는 것과 같은 역할을 하는 것이다. 육상 나무에 의해 흡수된 이산화탄소는 시간이 지나 분해되거나 연소 되는데 보통 수십 년이 걸리지만 해양 미세조류에 의해 흡수된 이산화탄소는 깊은 바다로 떨어지게 되면 수백에서 수 천년정도 저장된다. 남극해를 비롯한 일부 해양(HNLC regions : High Nutrients Low Chlorophyll Regions)은 미세조류가 번성하기에 충분한 영양염이 있음에도 불구하고 미세조류의 생산력이 매우 낮은데 그 이유 중 하나가 생물의 생장에 있어 매우 중요한 영양성분인 철 이온의 농도가 매우 낮기 때문이라고 알려져 있다. 특정해양에서 1차 생산력이 생물이 이용가능한 철 이온에 의해 좌우된다는 일명 “철 가설(iron hypothesis)”은 미국 해양학자인 존 마틴에 의해서 처음으로 제안되었다. 그는 남극 보스톡 빙하코어에서 지난 약 16만여년 전부터 최근까지 철 이온의 농도와 이산화탄소의 농도를 연대별로 복원하고 두 요소들이 서로 역 상관관계를 가짐을 밝혀냈다. 즉, 먼지 및 철의 유입이 적었던 시기에는 대기 중 이산화탄소의 농도가 높았고, 반대로 철의 농도가 최대치였던 시기에는 대기 중의 이산화탄소의 농도가 최저치를 기록하였다. 이러한 분석결과를 바탕으로 제안된 철 가설은 세계 여러 나라에서 철 시비 실험(iron fertilization experiments)을 진행하게 만들었고 국내에서도 한국 주도형 남극해 철 시비 실험에 대한 연구가 진행된 바 있다. 생물이 이용가능한 철 이온의 농도가 낮은 해양에 다량의 철 이온을 공급하게 되면 1차생산력이 급격히 증가하며 이 과정에서 미세조류의 광합성에 의해 대기 중 이산화탄소를 더 많이 흡수할 수 있게 된다. 이처럼 자연계에서 생물이 이용가능한 철이 어떻게 해양으로 공급되는지 이해하는 일은 전 지구적 이산화탄소 순환 및 기후변화를 이해하는데 있어 매우 중요한 일이다. / 극지연구소 김기태 선임연구원
  • 연구결과는 환경분야 세계적인 권위의 학술지 Environmental Science & Technology (ACS)에 발표됐으며, 연구의 독창성 등을 인정받아 2019년 7월호 대표 표지논문(Front cover)으로 선정됐다.
  • 논문제목 : Simultaneous and synergic production of bioavailable iron and reactive iodine species in ice (Environ. Sci. Technol. 2019, July 2)

지문 B

남극빙어 게놈 분석 완성

극지연구소는 척추동물 가운데 유일하게 피가 투명한 남극빙어 (Icefish; Chaenocephalus aceratus)의 게놈 분석을 완성했다. 남극빙어의 피가 투명한 이유는 혈 액을 붉게 만드는 헤모글로빈이 없기 때문이다. 헤모글로빈은 체내로 산소를 운반하 는 역할을 하는데, 산소가 많이 녹아있는 남극 바다에서는 쓰임이 적어 사라지는 형 태로 진화한 것이다.

연구팀은 남극빙어에서 30,773개의 유전자를 확인하였으며, 이전에 게놈 분석을 마친 남극대구, 드래곤피쉬 (Dragonfish) 등 다른 어류와의 비교 분석을 통해 차가운 바 다에서 남극빙어가 살아남은 전략을 찾아냈다. 남극 어류는 일반 어류에 비해, 세포에 에너지를 공급하는 미토콘드리아의 밀도가 높아 활성산소가 많이 발생하는 것으로 알 려져 있다. 체내를 손상시킬 수 있는 활성산소의 해독 기작은 그동안 관련 연구가 미미 한 수준이었지만, 이번에 처음으로 밝혀졌다. 활성산소를 저해하는 것으로 알려진 유 전자 NQO (NAD(P)H:quinone acceptor oxidoreductase)가 남극빙어에서 33개로 증가 하고, 또 다른 활성산소 억제 유전자 SOD3 (Superoxide dismutase 3)는 남극어류 가운데 유일하게 남극빙어에서만 3배 늘어난 사실이 드러난 것이다.

남극어류의 가장 큰 특징, 영하의 수온에도 얼지 않는 결빙방지단백질 (Antifreeze glycoprotein, AFGP)의 유전적 기원과 함께, 어린 치어 때부터 극저온의 바다를 견뎌 낼 수 있는 유전자 Zona pellucida gene가 남극빙어에 일반 어류보다 4배 이상 많다는 점도 새롭게 찾아냈다. 연구팀 분석에 따르면, 남극 바다에 서식하는 것으로 알려진 122종의 남극 고유 어종은 약 8천만 년 전 큰 가시고기에서 분리돼 진화해왔으며, 남극빙어는 가장 최근인 7백만 년에 분화가 이루어졌다. 이번 연구는 ’극지 유전체 101 프로젝트’와 지구상 모든 고등생물의 게놈 분석을 목표로 시작된 국제 컨소시엄 Earth Biogenome Project (지구바이오게놈프로젝트)의 일환으로 수행되었으며, 올해 2월 26일 Nature Ecology and Evolution (제 1저자 김보미 박사, 교신저자 박현 박사)에 게재되었다.

지문 C

남극 고유생물의 저온 적응 방법 규명과 활용가치 발굴

극지생물은 극한 서식환경에 적응하기 위해 독특한 적응 진화과정을 거쳐 왔다. 극지생물의 고유 생명현상을 탐구하는 것은 생명의 진화 기원을 이해하고 신생명 자원을 확보하는데 주요한 단서를 제공한다. 남극반도는 지구상에서 가장 빠른 온난화 지역이다. 남극조간대는 스트레스 요인이 극변하는 지역으로, 이곳에 서식하는 해양플랑크톤인 남극요각류(Tigriopus kingsejongensis)는 독특한 환경 적응 메커니즘을 가지고 있다.

온대지역의 요각류 유전체와 비교 분석 결과, 수송·대사과정과 관련하여 남극요각류의 특이적 유전자들을 확인하였으며, 에너지 대사과정에 관련된 유전자들이 급속히 진화하였음을 확인하였다. 남극좀새풀과 남극개미자리, 극지미세조류는 아직까지 연구가 많이 이루어지지 않은 대표적인 극지식물로 극심한 저온 환경에 생존하기 위한 다양한 적응기작을 갖고 있을 것으로 예상된다.

논제 3. 극지 기후변화와 인류의 미래

극지는 기후변화가 가장 민감하게 일어나는 지역이다. 지구 전체 기후를 조절하고, 대기와 해양의 순환에 중요한 역할을 한다. 지구 온난화의 영향으로 그린란드 빙하와 남극 빙하가 녹으면서 발생하는 해수면 상승은 전 지구적 위기로 대두되고 있다. 과학자들은 기후변화를 관측 및 분석하여 미래 기후변화를 예측한다. 아래 지문들을 통해 극지 기후변화가 인류의 미래에 미칠 수 있는 영향에 대해 논술하라.

지문 A

극지연구소는 지구 해수면 변동을 예측하기 위해 6월부터 4년간 남극에서 가장 빠르게 녹고 있는 빙하를 탐사하는 국가연구개발 사업을 시작했다. 연구지역은 이미 붕괴가 시작된 서남극의 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)로, 빙하의 바닥면이 해수면 보다 낮아서 따뜻한 바닷물의 유입이 쉽고 빙하가 잘 녹을 수 있는 환경에 처해있다. 남극대륙 위를 흐르는 빙하는 대부분 대륙을 둘러싸고 있는 두꺼운 얼음벽 (빙붕)에 막혀있지만, 스웨이츠 빙하처럼 얼음이 빠르게 녹고 있는 취약한 부분에서는 수도꼭지를 갑자기 열었을 때처럼 쏠림현상이 일어나 상류의 빙상(대륙빙하) 붕괴를 가속시킬 수 있다. 서남극의 빙상이 전부 녹으면 지구의 평균 해수면은 5.2m 상승할 것으로 예상되며, 해마다 남극 전체에서 사라지는 1,300억톤의 얼음 중 50% 이상이 서남극에서 흘러나온 것으로 관측됐다. 가파른 해수면 상승은 뉴욕, 런던, 상하이 등 해안가와 인접한 세계 주요 도시에 침수피해를 불러 올 수 있다. 이원상 극지연구소 해수면변동예측사업단장은 “하늘에서 내리는 비 보다 빙하가 녹아 발밑에서 차오르는 물이 인류에게 더 위협이 되는 순간이 빠르게 다가오고 있다”며 “스웨이츠 빙하에서 남극과 해수면 상승 사이의 정확한 관계를 밝혀내겠다”고 전했다. / 극지연구소

지문 B

프랑스 파리의 기온이 섭씨 42.6도를 찍어 관측사상 최고치를 기록하는 등 올 여름 폭염이 유럽을 강타한 가운데 가파른 기후변화 여파로 북극 얼음도 유례없는 속도로 녹고 있는 것으로 나타났다. 6일(현지시간)덴마크 기상당국은 지난 1일 북극 덴마크령 그린란드에서만 하루 동안 125억t의 빙하가 녹아내렸다고 밝혔다. 이 지역 빙하를 관측하기 시작한 1950년 이래 24시간 내에 가장 많은 양의 얼음이 녹은 것이다. 이날 그린란드 평균 기온은 섭씨 22도를 기록했고, 그린란드 전체 빙하 면적의 약 60%가 녹는점에 도달한 것으로 조사됐다. 세계기상협회(WWA)는 기후변화로 인해 올여름과 같은 열파가 앞으로 더 자주 발생할 것으로 내다봤다. 북극해 해빙역시 가파르게 녹고 있다. 미국 국립설빙데이터센터(NSIDC)는 올해 7월 북극해 해빙 면적이 759만제곱킬로미터에 달해 동월 기준 관측 사상 최저치를 기록했다고 발혔다. 해빙 면적이 기존 최저 기록인 2012년 7월보다 8만제곱킬로미터 적고, 1981~2010년 평균과 비교하면 188만제곱킬로미터가 줄어든 셈이다. 실제로 올 7월은 전 세계 관측 사상 ‘가장 뜨거운 달’로 기록됐다.

지문 C

극지 얼음은 다른 방향으로 기후 연구와 연결된다. 해빙(sea ice)에 서식하는 미세조류의 역할 때문이다. 해양의 1차 생산자 `조류(algae)`는 대기의 이산화탄소를 흡수한다. 이들이 흡수하는 탄소의 흡수율은 지구 기후변화를 조절하는 만큼 중요한 연구주제로 꼽힌다. 해빙에 서식하는 미세조류도 그 역할을 한다. 바다에 떠 있는 해빙은 광대하고 거대하며 하얗게만 보인다. 그러나 그것은 위에서 본 모습에 불과하다. 그 아래는 많은 조류로 구성된 녹갈색의 매트로 코팅되어 있다. 해빙미세조류(ice algae)라고 한다. 해빙이 형성되는 동안 해수의 염이 제거되며 생긴 브라인채널(냉각용염수채널)의 고염 환경에 서식한다.

이들의 생산성은 실로 대단하다. 사실 북극해는 극한 환경으로 일차생산성이 낮다고 평가돼 왔다. 그러나 최근 연구 결과를 통해 북극해 해빙 생태계의 높은 탄소흡수율이 조사되었고 해빙미세조류가 실제 북극 생산성의 15~20%를 차지하고 있음이 보고됐다.

우리나라 극지연구소도 관련 연구에 힘을 쏟고 있다. 하선용 극지해양과학연구부 박사는 북극의 일차생산성을 연구한다. 특히 초년생 해빙의 증가, 그리고 환경 변화로 빙하에 서식하는 조류의 생산성이 그 주제다. 해빙미세조류의 생산성은 극지방의 탄소 거동에 영향을 미치기 때문에 중요하다. 또 이 결과는 북극 생태계 구조를 이해하는 데 중요한 자료가 될 수 있다. 북극 생태계에서의 먹이망에 영향을 미치는 해빙미세조류의 기능 때문이다.

누군가는 자연은 살아야 하는 이유를 스스로 만들지 않는 생명체에게 가혹하다 했다. 모든 생명체가 현재 존재하고 있는 그 자체만으로도 살아야 할 이유가 있다는 뜻일 것이다. 박테리아도, 미세조류도 보이지 않던 얼음 속 작은 생명이 실로 큰 영향력을 갖고 있기 때문이다.

우리가 몰랐던 그 작은 생명들은 그 나름의, 그리고 앞으로 인류에게 도움을 줄 수 있는 정보를 가지고 있는 듯하다. 과학자들은 그런 수많은 생명의 존재 이유를 해석한다. 그들의 연구 결과들이 인간이 자연과 하나임을 잊지 않도록 도와주고 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.