고형종

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[강연] 과학자들의 퀴즈와 토론 (1) | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 2부 | 2부 ②

최근 인류는 스스로의 영향력이 지구 전체에 미치는 전례 없는 변화의 시대를 맞이하고 있습니다. 인류세, 초인류, 초지능과 같은 신조어들은 우리가 직면한 새로운 현실을 대변하며, 인류가 단순한 생물학적 존재를 넘어 지구의 운명을 결정짓는 주체로 거듭나고 있음을 시사합니다. 유발 하라리와 같은 학자들은 인류가 불멸과 행복을 추구하며 신적인 존재로 업그레이드될 것이라 예견하기도 합니다. 이러한 변화는 우리에게 설렘과 동시에 막연한 불안감을 안겨주며, 다가올 미래에 대해 과학적이고 철학적인 성찰을 요구하고 있습니다. 지질학적 관점에서 인류세의 도래는 뜨거운 논쟁의 대상입니다. 일부 전문가들은 대기 중 이산화탄소 농도의 급격한 증가나 핵실험으로 인한 방사성 물질의 축적, 그리고 대규모 생물 멸종의 흔적이 이미 지층에 기록되고 있다고 주장합니다. 반면, 인류세라는 명칭이 확정되려면 먼 훗날의 후손들이 오늘날의 지층을 조사했을 때 명확한 증거가 발견되어야 한다는 신중론도 존재합니다. 이는 단순히 과학적 정의를 넘어, 인류가 지구 환경에 남기는 흔적에 대해 얼마나 책임감을 가져야 하는지를 묻는 중요한 질문이기도 합니다. 인류의 영향력은 기후 변화를 넘어 생태계 전반의 구조적 변화로 이어지고 있습니다. 과거 매머드와 같은 대형 포유류의 멸종부터 현대의 호랑이나 늑대와 같은 포식자들의 실종에 이르기까지, 인간의 활동은 생물 다양성을 급격히 위축시켜 왔습니다. 이러한 인위적인 변화는 화석 기록으로 남아 미래 세대에게 인류의 발자취를 증명하게 될 것입니다. 우리가 만들어낸 수많은 인공 물질과 생태계의 변형은 지구 역사상 유례없는 사건으로 기록될 가능성이 크며, 이는 인류세라는 개념에 강력한 설득력을 부여하는 근거가 됩니다. 의학 기술의 발달로 인간 수명 150세 시대에 대한 논의가 활발해지고 있습니다. 일부 연구자들은 노화 방지와 수명 연장 기술이 조만간 가시적인 성과를 거둘 것이라 낙관하며, 인간이 소나무나 거북이처럼 장수하는 존재가 될 수 있다고 믿습니다. 하지만 생물학적 복잡성이 증가할수록 수명 연장의 한계가 뚜렷해진다는 반론도 만만치 않습니다. 단순한 생명체와 달리 인간과 같은 고등 생물은 유전적 조절 기제가 복잡하여 수명을 획기적으로 늘리는 데 더 큰 기술적 장벽이 존재하기 때문입니다. 수명 연장이 반드시 인류의 행복으로 이어질지에 대해서는 여전히 의문이 남습니다. 단순히 생물학적 수명을 늘리는 것을 넘어, 노년의 삶이 얼마나 건강하고 활기차게 유지될 수 있는지가 관건이기 때문입니다. 또한 기후 변화와 같은 환경적 스트레스가 전쟁이나 내전과 같은 사회적 갈등으로 번질 경우, 의료 기술의 혜택이 인류 전체의 평균 수명 증가로 이어지기 어려울 수도 있습니다. 결국 미래의 기술은 인간의 욕망을 충족시키는 도구를 넘어, 인류가 공동체로서 어떻게 지속 가능한 행복을 누릴 것인가에 대한 해답을 제시해야 합니다.

고형종, 안진호, 이관수, 이대열, 조성배

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생명과학
지구환경과학
뇌인지과학
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[강연] 과학자들의 퀴즈와 토론 (2) | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 2부 | 2부 ③

최근 과학계에서는 선천적 유전병 치료를 목적으로 인간 배아의 유전자 편집 기술 연구가 성공하며 큰 반향을 일으켰습니다. 불과 10여 년 전만 해도 인간의 유전자를 인위적으로 편집한다는 것은 실현 불가능한 상상에 불과했으나, 이제는 질병 치료의 영역에서 현실적인 가능성으로 다가오고 있습니다. 미국과 중국, 한국 연구진의 협력으로 이뤄낸 이번 성과는 유전자 편집 기술이 단순한 이론을 넘어 인류의 건강을 지키는 강력한 도구가 될 수 있음을 시사합니다. 하지만 이러한 기술적 진보가 우리 사회에 어떤 파급력을 미칠지에 대해서는 여전히 신중한 고민이 필요합니다. 유전자 편집 기술이 질병 치료를 넘어 외모나 지능 같은 형질을 선택하는 '맞춤형 아기'의 영역으로 확장될 때, 우리는 복잡한 윤리적 질문에 직면하게 됩니다. 전문가들은 인간이 자신에 대한 이해가 여전히 부족하다는 점을 지적하며, 특정 형질을 인위적으로 강화하는 행위가 예상치 못한 부작용을 초래할 수 있다고 경고합니다. 실험 동물과 달리 유전적으로 다양한 인간에게 동일한 유전자 편집 기술을 적용했을 때 나타날 결과는 예측하기 어렵기 때문입니다. 부모가 자녀의 유전적 운명을 독단적으로 결정하는 것이 과연 정당한지에 대한 철학적 논의는 기술 발전 속도만큼이나 중요하게 다뤄져야 할 과제입니다. 인공지능 분야에서도 인간의 모든 능력을 능가하는 '초지능'의 실현 가능성을 두고 열띤 토론이 이어지고 있습니다. 일부에서는 인간 뇌의 구조와 의식의 본질을 완전히 파악하지 못한 상태에서 초지능을 논하는 것은 논리적 비약이라고 주장합니다. 특히 감정과 같은 인간 고유의 영역을 기계가 완벽히 구현할 수 있을지에 대해서는 회의적인 시각이 많습니다. 반면, 바둑이나 체스처럼 특정 분야에서 이미 인간을 압도한 사례를 볼 때, 인간과는 다른 방식으로 작동하는 고도의 지능이 출현하는 것은 시간문제라는 낙관론도 존재합니다. 초지능은 이제 공상 과학 영화 속 소재를 넘어 인류가 대비해야 할 실질적인 미래가 되었습니다. 초지능이 반드시 인간과 동일한 방식으로 사고하거나 감정을 느껴야 하는지에 대해서는 관점의 전환이 필요합니다. 지능의 본질을 기능적인 측면에서 바라본다면, 제3자가 보기에 의식이나 감정이 있는 것처럼 행동하고 복잡한 과업을 수행하는 것만으로도 충분한 가치를 지닐 수 있습니다. 또한, 단 하나의 거대한 초지능이 인류를 지배하는 시나리오보다는 여러 개의 초지능이 서로 상호작용하며 공존하는 형태가 더 현실적일 수 있습니다. 인공지능이 스스로를 개선하고 발전시키는 단계에 진입한다면, 우리가 상상하는 지능의 한계는 더욱 빠르게 확장될 것이며 이는 인류 문명의 새로운 전환점이 될 것입니다. 미래 과학의 핵심인 인공지능과 생명공학은 우리에게 더 많은 시간과 자유를 선사할 잠재력을 가지고 있습니다. 반복적이고 고된 노동을 기계에 맡기고 수명이 연장됨에 따라, 인간은 각자의 개성을 살려 더 가치 있는 일에 몰입할 수 있는 기회를 얻게 될 것입니다. 기술이 고도화될수록 우리는 효율성 너머의 도덕적 기준을 세우고, 공동체의 안녕을 위한 책임감 있는 선택을 내려야 합니다. 급변하는 세상 속에서 중심을 잡고 미래를 설계하는 힘은 결국 우리 스스로가 정립한 철학적 토대 위에서 나올 것이며, 이는 기술보다 앞서 준비되어야 할 인간의 몫입니다.

고형종, 안진호, 이관수, 이대열, 조성배

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[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (3) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ③

우리 몸은 에너지가 넘치거나 부족할 때 이를 정교하게 조절하는 시스템을 갖추고 있습니다. 음식을 섭취해 혈당이 올라가면 췌장에서 인슐린이 분비되어 에너지를 저장하도록 유도하고, 반대로 굶주린 상태에서는 글루카곤이 분비되어 저장된 에너지를 다시 꺼내 쓰게 만듭니다. 이러한 조절은 개체뿐만 아니라 세포 수준에서도 세밀하게 일어납니다. 세포 내 에너지 화폐인 ATP가 소모되어 AMP가 많아지면, 세포는 이를 심각한 에너지 부족 신호로 인식합니다. 이때 활성화되는 특정 신호 전달 물질은 단백질 합성이나 DNA 복제처럼 에너지가 많이 드는 작업을 일시적으로 중단시켜 세포의 생존을 도모하는 중요한 역할을 수행합니다. 다양한 영양소 중 포도당이 주된 에너지원으로 쓰이는 이유는 그 효율성과 운반의 용이성 때문입니다. 단백질은 몸을 구성하고 조절하는 중요한 역할을 하기에 에너지원으로 쓰이는 것은 최후의 수단이며, 지방은 에너지 밀도는 높지만 물에 잘 녹지 않아 혈액을 통한 운반이 까다롭습니다. 반면 포도당은 수용성이라 몸 구석구석 전달되기 쉽고, 특히 우리 뇌는 포도당만을 유일한 에너지원으로 사용하기에 그 중요성이 매우 큽니다. 또한 산소가 부족한 극한의 상황에서도 젖산 발효를 통해 즉각적으로 ATP를 만들어낼 수 있는 유연성을 갖추고 있어 생명체의 생존 전략에 가장 적합한 연료라고 할 수 있습니다. 암세포는 정상 세포와는 확연히 다른 독특한 에너지 대사 방식을 보입니다. 산소가 충분한 상황에서도 미토콘드리아를 통한 효율적인 호흡 대신, 세포질에서 포도당을 분해하는 해당 작용에 주로 의존하는데 이를 '바르부르크 효과'라고 부릅니다. 이는 에너지 생산 측면에서는 비효율적이지만, 세포 분열에 필수적인 DNA나 단백질, 지방의 원료가 되는 중간 산물들을 빠르게 확보할 수 있다는 전략적 장점이 있습니다. 이러한 특성을 의학적으로 이용한 것이 PET-CT 검사입니다. 방사성 동위원소가 붙은 포도당을 주입하면 암세포가 이를 과도하게 흡수하는 것을 포착하여 종양의 위치와 전이 상태를 정확하게 파악할 수 있습니다. 운동 시 에너지가 소비되는 과정은 강도와 시간에 따라 달라집니다. 단거리 달리기처럼 폭발적인 힘을 쓰는 운동은 산소가 부족해 젖산 발효가 일어나지만, 중강도의 유산소 운동을 지속하면 미토콘드리아가 본격적으로 가동됩니다. 운동 시작 후 약 30분까지는 포도당과 글리코겐을 주로 사용하며, 그 이후부터 효율이 높은 지방을 본격적으로 태우기 시작합니다. 한편 운동 직후 아미노산을 섭취하는 것은 근육 성장에 매우 효과적입니다. 강한 운동으로 미세하게 손상된 근육 조직에 아미노산이 공급되면, 이는 단순한 영양 보충을 넘어 세포 성장을 촉진하는 신호탄 역할을 하여 근육의 회복과 발달을 돕기 때문입니다. 세포 내 발전소라 불리는 미토콘드리아는 그 구조와 기능 면에서 매우 효율적으로 설계되어 있습니다. 미토콘드리아 내부의 좁은 막 사이 공간에서 수소 이온의 농도 차이를 이용해 ATP를 합성하는 방식은 거대한 세포막 전체를 사용하는 것보다 훨씬 빠르고 효율적입니다. 또한 에너지 생산 과정에서 필연적으로 발생하는 유해한 활성산소가 세포 전체로 퍼져 독성 작용을 일으키지 않도록 내부에서 이를 제거하는 방어 체계도 철저히 갖추고 있습니다. 특히 신경 세포처럼 긴 돌기를 가진 세포는 에너지가 집중적으로 필요한 말단 부위로 미토콘드리아를 직접 이동시켜 필요한 곳에서 즉시 에너지를 생산하는 유연한 공급 전략을 구사합니다. 미토콘드리아의 기원과 유전 방식은 생명 과학이 풀어가는 흥미로운 신비 중 하나입니다. 자체적인 DNA와 리보솜을 가지고 세균과 유사한 유전자 구조를 띠는 점은 과거 독립된 생명체였던 세균이 세포 안으로 들어와 공생하게 되었다는 '세포 내 공생설'의 강력한 증거가 됩니다. 또한 미토콘드리아는 주로 어머니를 통해서만 유전되는 '모계 유전'의 특징을 보입니다. 수정 과정에서 정자의 미토콘드리아는 난자에 의해 자가포식으로 철저히 제거되는데, 이는 운동 과정에서 혹사당해 손상되었을 가능성이 큰 부계의 미토콘드리아를 배제하고 가장 건강한 상태의 유전 정보를 자손에게 물려주려는 생명체의 정교한 생존 전략으로 해석됩니다. 노화와 수명의 문제는 에너지 대사의 조절과 깊은 연관이 있습니다. 적게 먹는 '소식'이 장수에 도움이 된다는 사실은 초파리부터 영장류에 이르기까지 다양한 종을 대상으로 한 실험을 통해 과학적으로 증명되었습니다. 과도한 에너지 생산 과정에서 발생하는 활성산소의 피해를 줄이고, 세포 내 자가포식을 활성화하여 노후된 세포 소기관을 정비하는 것이 노화를 늦추는 핵심 기전입니다. 최근에는 인슐린 신호 전달 체계를 조절하여 수명을 연장하려는 라파마이신 같은 약물 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 하지만 약물의 부작용을 고려할 때, 영양 불균형이 없는 적절한 식단 조절이 건강한 삶을 유지하는 가장 확실한 방법입니다.

고형종, 박중진, 정종경

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생명과학

[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (4) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ④

생명체의 에너지 화폐인 ATP는 외부에서 공급되는 음식물을 소모하여 만들어집니다. 식물의 광합성과는 달리, 인간의 ATP 생성은 햇빛과 직접적인 상관관계가 없습니다. 이론적으로 외부 영양 공급만 충분하다면 햇빛이 없는 환경에서도 인간의 생존은 가능합니다. 하지만 비타민 D 합성이나 시각적 인지 등 건강한 삶을 유지하기 위해서는 햇빛이 필수적인 역할을 수행합니다. 따라서 생존 그 자체와 건강한 삶의 질은 별개의 문제로 접근해야 하며, ATP는 그 중심에서 생명 유지의 근본적인 동력을 제공합니다. 노화 연구의 진정한 목적은 단순히 수명을 연장하는 불로장생에 있지 않습니다. 현대 의학이 지향하는 바는 질병 없이 건강하게 살 수 있는 '건강 수명'을 늘리는 것입니다. 실제로 라파마이신과 같은 약물을 이용한 연구에 따르면, 수명이 길어짐과 동시에 암 발생 확률이 줄어드는 결과가 관찰되기도 합니다. 이는 노화 억제 기술이 단순히 생물학적 시간만 늘리는 것이 아니라, 신체의 전반적인 건강 상태를 최적으로 유지하는 데 기여할 수 있음을 시사합니다. 후대에게 부담을 주지 않는 건강한 고령화 사회를 만드는 것이 노화 연구의 핵심 과제입니다. 미토콘드리아는 세포 내 발전소 역할을 하지만, 동시에 세포 자살을 결정하는 '아포토시스' 신호를 조절하기도 합니다. 암세포가 미토콘드리아를 통한 에너지 생산을 기피하고 세포질에서의 비효율적인 방식을 택하는 이유 중 하나가 바로 여기에 있습니다. 암세포는 자살 프로그램이 작동하는 것을 막기 위해 미토콘드리아의 기능을 억제하거나 개수를 줄여 생존을 도모합니다. 이러한 암세포의 독특한 대사 전략은 생존을 위한 처절한 선택이며, 미토콘드리아가 단순한 에너지 생산 기구 이상의 복합적인 생명 조절 장치임을 보여주는 증거이기도 합니다. ATP는 단백질의 구조를 변화시킴으로써 실질적인 생체 에너지를 공급합니다. 인산기가 단백질에 결합하면서 발생하는 강한 전하와 에너지 변화가 단백질의 움직임을 유도하는 원리입니다. 우리 몸은 정교한 에너지 시스템을 통해 모든 생리 작용을 수행하며 살아갑니다. 하지만 이 과정은 무한 동력이 아니기에, 소모된 에너지를 보충하기 위해서는 반드시 외부로부터 음식물을 섭취해야 합니다. 자동차가 전기에너지를 동력으로 움직이듯, 생명체는 ATP라는 단위를 통해 세포 내의 다양한 활동을 지원하며 생명을 유지해 나갑니다. 탄수화물 섭취를 극도로 제한하는 다이어트 상황에서도 우리 몸은 지방과 단백질을 분해하여 뇌에 필요한 포도당을 스스로 만들어냅니다. 이를 포도당 신생합성이라 부르며, 비상시에는 케톤체를 에너지원으로 활용하기도 합니다. 이러한 정교한 대사 시스템과 ATP 활용 능력은 수십억 년 전 산소가 없던 지구 초기 시절부터 이어져 온 생명의 유산입니다. 지구상의 거의 모든 생명체가 공통적으로 ATP를 에너지 화폐로 사용한다는 사실은, 이 시스템이 생명 진화의 역사에서 얼마나 효율적이고 근본적인 선택이었는지를 다시 한번 일깨워 줍니다.

고형종, 박중진, 정종경

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