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[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 정충원_고유전체 연구가 말하는 한민족의 기원 / 우리는 단일민족인가?

오래된 시료에서 추출한 고유전체 DNA는 시간이 흐름에 따라 조각나고 분해되어 있지만, 일정 길이 이상의 서열만 확보된다면 과거의 유전 정보를 복원하는 것이 가능합니다. 연구 과정에서 가장 주의해야 할 점은 현대인의 유전 물질에 의한 오염을 방지하는 것입니다. 이를 위해 특수 시설과 엄격한 관리 체계가 필요하며, 이러한 기술적 토대 위에서 우리는 수만 년 전 인류의 이동 경로와 생존 전략을 과학적으로 추적할 수 있게 되었습니다. 유전자는 생명체의 역사를 담고 있는 가장 정밀한 기록물인 셈입니다. 아메리카 대륙으로의 인류 진출은 마지막 빙하기가 끝난 약 1만 8,000년 전 이후 알래스카를 통해 시작되었습니다. 당시 인류는 베링기아라는 지역에서 혹독한 환경을 견디며 기회를 엿보다가, 기후가 온화해지자 매우 빠른 속도로 남하하여 대륙 전체로 확산했습니다. 이는 단순히 거주지를 옮기는 이동을 넘어, 비어 있는 생태계를 선점하며 인구를 늘려가는 폭발적인 확산 과정이었습니다. 이러한 현상은 유라시아나 호주 대륙에 현생 인류가 처음 등장했을 때와 유사한 양상을 보이며 인류의 강한 생존력을 증명합니다. 중앙아시아 타림 분지에서 발견된 미라들은 서구적인 외모와 독특한 유물 덕분에 오랫동안 유럽 계통의 이주민일 것이라는 가설이 지배적이었습니다. 그러나 최신 유전체 연구 결과, 이들은 외부에서 유입된 집단이 아니라 플라이스토세 시기부터 해당 지역에 거주하던 수렵 채집인의 후손임이 밝혀졌습니다. 이는 가축이나 언어 같은 문화적 요소가 반드시 대규모 인구 이동을 동반하지 않을 수 있음을 시사합니다. 즉, 타림 분지 집단은 외부의 문물을 능동적으로 수용하면서도 자신들의 유전적 정체성을 유지해 온 독자적인 계통이었던 것입니다. 인류사에서 농경이나 목축 같은 거대한 문화적 변동이 일어날 때, 유전자의 변화가 항상 수반되는 것은 아닙니다. 유럽의 사례처럼 대규모 인구 교체가 문화를 전파하기도 하지만, 중동이나 동아시아의 여러 지역에서는 기존 거주민들이 유전적 변화 없이 새로운 기술만을 습득한 사례가 빈번히 발견됩니다. 사람들은 자신의 환경에 도움이 되는 문물을 발견하면 이를 적극적으로 테스트하고 받아들이는 성향이 있기 때문입니다. 이는 인구 이동의 속도보다 아이디어나 문물의 전파 속도가 더 빠를 수 있음을 보여주는 중요한 증거입니다. 현대 한국인은 지역에 관계없이 매우 동질적인 유전자 프로필을 공유하고 있으며, 이는 청동기 시대 이후 한반도 내에서 급격한 인구 교체가 없었음을 의미합니다. 한국인의 직계 조상은 남만주 일대에서 형성되었을 가능성이 크며, 고고학적 증거와 유전체 데이터를 결합한 다학제적 연구가 현재 활발히 진행 중입니다. 한 민족의 기원을 밝히는 일은 단순히 유전자를 분석하는 것을 넘어 고기후학, 지리학, 언어학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 인류사의 거대한 퍼즐을 맞춰가는 과정이라 할 수 있습니다.

정충원

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[연구뭐하지?] 윤태영 교수_서울대학교 '막단백질단분자 연구실' | 과학계의 신대륙, 막 단백질의 세계로 오세요

서구 문명이 콜럼버스의 신대륙 발견을 통해 비약적인 발전을 이룩했듯이, 과학 연구에서도 아무런 보장이 없는 새로운 분야를 개척하려는 개척자 정신은 매우 중요합니다. 서울대학교 막 단백질 단분자 연구실은 이러한 개척자 정신을 바탕으로 막 단백질이 형성되는 복잡한 과정을 탐구하고 있습니다. 특히 이곳에서 독자적으로 개발한 '단분자 자기 집게' 기술은 자석의 힘을 이용해 단백질 분자 하나를 정밀하게 조절하며 그 구조적 변화를 관찰할 수 있게 해줍니다. 이는 생명 현상의 근원을 단분자 수준에서 이해하려는 혁신적인 시도로 평가받으며 세계적인 주목을 받고 있습니다. 연구실은 크게 두 팀으로 나뉘어 각기 다른 접근 방식으로 생명과학의 난제를 풀어나갑니다. 한 팀은 암과 밀접하게 연관된 막 단백질을 중심으로 단백질 간의 상호작용을 형광 기술을 통해 실시간으로 관찰하며, 다른 팀은 단분자 자기 집게를 이용해 단백질에 물리적인 힘을 가함으로써 그 안정성과 에너지 상태를 분석합니다. 이러한 연구는 단순히 기초 과학에 머물지 않고 향후 신약 개발의 물리적 토대를 마련하는 데 기여합니다. 생물학뿐만 아니라 물리, 화학, 수학적 지식을 아우르는 다학제적 접근은 이 연구실이 가진 강력한 경쟁력 중 하나로, 복잡한 생명 현상을 다각도에서 조명합니다. 자유로운 토론 문화와 자기주도적인 연구 환경은 학생들이 전문가로서 성장할 수 있는 훌륭한 밑거름이 됩니다. 스스로 문제를 찾고 해결하려는 의지를 갖춘 연구자들은 동료들과의 활발한 교류를 통해 지식의 스펀지처럼 성장해 나갑니다. 연구실 구성원들은 서로의 재능을 공유하며 남에게 도움을 구하는 것을 주저하지 않는 유연한 사고방식을 공유합니다. 남들이 가지 않은 새로운 길을 선택하여 자신만의 희소성을 확보하는 것, 그것이 바로 이 연구실이 지향하는 궁극적인 가치이자 지속 가능한 연구의 원동력입니다. 이러한 과정을 통해 연구자들은 단순한 지식 습득을 넘어 세상을 바라보는 깊이 있는 통찰력을 갖추게 됩니다.

윤태영

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[연구뭐하지?] 천종식 교수 _서울대학교 '진화생명정보학 연구실' | 공생 세균을 연구하면 많은 질병을 예방, 치료할 수 있습니다!

서울대학교 진화생명정보학 연구실은 세균의 진화 과정을 추적하여 생명의 근원적 원리를 탐구하는 곳입니다. 천종식 교수님의 지도 아래, 이곳은 세균이 환경에 적응하고 변화하는 기전을 분석함으로써 병원균에 의한 질병을 깊이 있게 이해하고자 노력합니다. 미생물은 인간에 비해 진화 속도가 압도적으로 빠르기 때문에, 이들의 유전체 변화를 실시간으로 파악하는 것은 현대 의학에서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 이러한 기초 연구는 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 질병의 예방과 치료를 위한 실질적인 전략을 수립하는 데 결정적인 역할을 수행하고 있습니다. 또한, 우리 몸과 공생하는 미생물 집단인 마이크로바이옴을 연구하여 건강 증진의 새로운 가능성을 제시합니다. 이곳의 연구 환경은 흔히 '목장'에 비유될 만큼 높은 자율성을 자랑합니다. 교수님은 연구원들에게 넓은 탐구의 장을 제공하며, 학생들이 스스로 관심 있는 주제를 찾아 자유롭게 연구할 수 있도록 독려합니다. 통계학, 계산생물학, 컴퓨터공학 등 서로 다른 전공을 가진 인재들이 모여 협력하는 다학제적 분위기는 이 연구실만의 독특한 자산입니다. 학생들은 자신의 연구에 대해 책임을 지는 동시에, 필요한 자원을 전폭적으로 지원받으며 창의적인 연구자로 성장해 나갑니다. 이러한 자율적인 문화는 연구의 즐거움을 극대화하는 원동력이 됩니다. 연구원들은 각자의 전문성을 바탕으로 복잡한 생명 현상을 다각도에서 조명하며 학문적 성취를 이뤄냅니다. 생명정보학 연구의 주된 과정은 방대한 유전체 데이터를 가공하고 분석하여 시각화하는 작업으로 이루어집니다. DNA 서열과 같은 복잡한 글자 나열에서 유의미한 패턴을 찾아내고, 이를 통해 미생물의 계통학적 위치를 규명하는 것이 핵심입니다. 특히 최근 주목받는 프로바이오틱스 연구 등은 모두 이러한 탄탄한 미생물 계통학적 이론 위에 세워져 있습니다. 화려한 분석 기술도 중요하지만, 그 근간이 되는 이론적 배경이 없다면 진정한 과학적 가치를 인정받기 어렵습니다. 따라서 연구원들은 기술적 숙련도와 함께 깊이 있는 학문적 토대를 닦는 데 매진하고 있습니다. 이러한 이론적 엄밀함은 데이터 분석의 신뢰성을 높이고 연구의 질적 수준을 보장하는 핵심 요소가 됩니다. 우리가 태어날 때부터 고정적으로 갖게 되는 유전체와 달리, 메타게놈은 식습관이나 스트레스 등 외부 요인에 따라 역동적으로 변화하는 특성을 지닙니다. 연구실에서는 이러한 오믹스 기반 기술을 활용하여 현대인의 건강을 위협하는 다양한 만성 질환과 미생물 사이의 연결 고리를 정밀하게 추적합니다. 이는 단순한 관찰을 넘어 질병의 근본 원인을 규명하고 새로운 치료 패러다임을 제시하는 중요한 열쇠가 됩니다. 특히 장내 미생물 데이터를 통해 질환의 발생 가능성을 가늠하는 연구는 정밀 의료를 실현하는 데 있어 매우 중요한 과학적 근거를 제공합니다. 이러한 연구는 개인 맞춤형 헬스케어 서비스를 실현하는 데 있어 매우 중요한 과학적 근거를 제공합니다. 연구실이 지향하는 이상적인 인재는 스스로 문제를 정의하고 해결해 나가는 '문제 해결형' 학생입니다. 단순히 논문 실적을 쌓는 것에 매몰되지 않고, 생명과학적 난제를 해결하기 위해 다양한 학문 분야를 유연하게 접목할 수 있는 태도가 요구됩니다. 현대의 연구 환경은 컴퓨터만 있다면 전 세계 전문가들의 강의를 통해 부족한 지식을 언제든 보충할 수 있는 열린 구조를 갖추고 있습니다. 따라서 특정 기술에 대한 선험적인 지식보다는, 목표를 달성하기 위해 끊임없이 배우고 도전하려는 의지가 연구의 성패를 가르는 가장 중요한 요소라고 할 수 있습니다. 이러한 도전 정신을 가진 학생들은 연구실의 자율적인 분위기 속에서 자신만의 독창적인 연구 영역을 구축해 나갑니다.

천종식

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[코로나 인터뷰] 오세정 _시민사회도 납득이 돼야 협조한다!

현대 사회의 복합적인 위기는 단순히 의학적 접근만으로는 해결하기 어렵습니다. 자연과학, 사회학, 인문학을 아우르는 다학제적 연구가 필수적인 이유입니다. 대학은 이러한 다양한 분야의 전문가들이 모여 있는 최적의 환경을 갖추고 있습니다. 대학의 핵심적인 역할은 현재의 상황을 정밀하게 분석하여 실효성 있는 대책을 마련하는 전문성을 발휘하는 것입니다. 나아가 이러한 학문적 분석 결과를 사회와 투명하게 공유함으로써 공공의 이익에 기여해야 합니다. 실증적인 데이터를 바탕으로 한 전문가의 의견은 사회적 신뢰를 구축하는 근간이 됩니다. 효과적인 위기 대응을 위해서는 정부와 민간 기관의 긴밀한 데이터 공유가 선행되어야 합니다. 이동통신사의 유동 인구 데이터나 정부의 방역 지표 등 방대한 데이터를 학문적으로 분석할 때 더욱 정교한 대응 방안이 도출될 수 있습니다. 또한, 연구를 통해 발견한 사실들을 대중이 쉽게 이해할 수 있도록 설명하고 납득시키는 과정이 매우 중요합니다. 대다수 대중의 자발적인 협조와 참여가 있어야만 사회적 문제를 근본적으로 제어할 수 있기 때문입니다. 학문적 성과가 사회적 공감대를 형성할 때 비로소 실질적인 변화를 이끌어 낼 수 있습니다. 국립대학은 사회로부터 받은 혜택을 사회적으로 환원해야 할 막중한 책임이 있습니다. 우수한 인재를 양성하고 세계적인 연구 성과를 내는 것은 대학의 기본적인 사명입니다. 특히 학생들이 공동체에 대한 책임감을 느끼고 창의적인 리더로 성장할 수 있도록 교육하는 것이 중요합니다. 최근에는 연구 결과를 산업 현장에 직접적으로 연결하여 경제적 가치를 창출하는 역할도 강조되고 있습니다. 세계적인 대학들이 그러하듯, 우리 대학들도 학문적 성취를 사회적으로 환원하려는 노력을 지속해야 합니다. 이는 대학이 사회와 함께 호흡하며 미래를 열어가는 길입니다.

오세정

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[코로나 인터뷰] 장원철_ 코로나19는 새로운 형태로 전파되고 있어서...

과거에는 데이터를 단순히 수치로 표현되는 결과물로만 한정하여 생각하곤 했습니다. 하지만 현대 데이터 과학의 영역은 이를 넘어 이미지나 사물과 같은 비정형 데이터까지 폭넓게 포괄하고 있습니다. 한국인의 평균적인 얼굴형을 분석하거나 특정 집단의 대표적인 특성을 도출하는 과정 모두가 이제는 데이터의 영역에 들어온 것입니다. 이처럼 예전에는 미처 인식하지 못했던 다양한 형태의 정보들을 분류하고, 그 안에서 유의미한 대푯값을 찾아내어 공유하는 것이 데이터 과학이 수행해야 할 핵심적인 임무라고 할 수 있습니다. 데이터 과학은 코로나19와 같은 팬데믹 상황에서 그 진가를 발휘합니다. 감염병의 2차 유행 시점을 예측하거나 바이러스의 전파력을 분석하는 일은 모두 정교한 데이터 기반 연구를 통해 이루어집니다. 특히 실시간 치사율을 계산하거나 사회적 거리두기가 실제 방역에 미치는 효과를 측정하는 작업은 매우 실용적인 가치를 지닙니다. 치료 중인 환자 수와 사망자 수의 변화 추이를 데이터로 추적함으로써, 우리는 막연한 공포에서 벗어나 객관적인 지표를 바탕으로 현재의 위기 상황을 진단하고 대응 전략을 수립할 수 있게 됩니다. 전 세계 국가들이 각기 다른 방역 정책을 시행함에 따라, 역설적으로 연구자들에게는 사회적 개입의 효과를 비교 분석할 수 있는 방대한 데이터가 축적되었습니다. 각국 자치단체별로 다르게 나타나는 데이터들은 사회적 거리두기와 같은 변수들이 실제 감염 확산에 어떤 영향을 주는지 파악할 수 있는 흥미로운 기초 자료가 됩니다. 이러한 데이터들을 면밀히 분석한다면 각 정책이 지닌 실질적인 영향력을 정밀하게 측정할 수 있으며, 이는 향후 더욱 효율적인 방역 전략을 수립하는 데 있어 매우 중요한 근거가 될 것입니다. 방역 당국이 매일 업데이트하는 확진자와 검사자 수 등은 매우 방대한 가치를 지닌 자산입니다. 그러나 연구자의 관점에서는 이러한 자료들이 일목요연하게 정리되어 공개되지 않는 점에 대해 아쉬움이 남기도 합니다. 데이터가 일반 연구자들에게 보다 체계적이고 투명하게 공유되었다면, K-방역의 성과를 넘어 과학 기술 분야에서도 더욱 혁신적인 연구 결과들이 쏟아져 나왔을 것입니다. 전 세계적으로 흩어져 있는 다양한 형태의 데이터를 하나로 모으고 정제하는 과정은 향후 발생할 수 있는 또 다른 위기에 대비하기 위해서라도 반드시 선행되어야 할 과제입니다. 데이터는 정책의 효율성을 국민에게 설득력 있게 전달하는 강력한 도구가 됩니다. 사회적 거리두기와 같은 정책이 왜 필요한지, 그리고 그것이 얼마나 실질적인 효과를 거두고 있는지를 데이터를 통해 증명할 때 비로소 대중의 자발적인 호응을 얻을 수 있기 때문입니다. 또한 코로나19가 초래한 사회적 파급력은 단순히 의학적 차원을 넘어 개인정보 보호와 사회 정책 전반에 걸쳐 있습니다. 따라서 통계학뿐만 아니라 다양한 학문적 배경을 가진 전문가들이 협력하는 융합적인 시각이 필요하며, 이러한 다학제적 연구팀의 노력이 복합적인 사회 문제를 해결하는 열쇠가 될 것입니다.

장원철

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[코로나_인터뷰]데이터X어벤져스, 코로나19 사회연구팀

코로나19 팬데믹은 증상 발현 전 전파가 가능하다는 특성 때문에 전 세계적인 위기를 초래했습니다. 이러한 국가적 재난 상황에서 대학은 지식 허브로서 매우 중요한 역할을 수행합니다. 대학의 가장 큰 강점은 다양한 학문 영역의 전문가들이 한데 모여 있다는 점입니다. 급박하게 돌아가는 현장의 상황 속에서 대학은 학문적 다양성을 바탕으로 사태를 객관적으로 분석하고, 전문가적 의견을 공유하며 대안을 제시하는 장이 되어야 합니다. 이는 단순히 지식을 전달하는 것을 넘어 사회적 위험에 대응하는 지적 토대를 마련하는 과정이라 할 수 있습니다. 팬데믹 시대를 극복하기 위해서는 특정 분야에 국한되지 않는 다학제적 협업이 필수적입니다. 철학, 사회학, 생물학, 의학 등 서로 다른 전공의 연구자들이 모여 머리를 맞댈 때 비로소 입체적인 해결책이 도출될 수 있습니다. 정부나 시민 단체가 당면한 현안 해결에 집중하는 동안, 대학은 상대적으로 긴 호흡으로 연구를 진행하며 장기적인 안목에서의 대안을 제시할 수 있는 여건을 갖추고 있습니다. 이러한 연구 환경은 감염병의 위험성을 국민들에게 효율적으로 알리고 사회적 각성을 이끌어내는 데 있어 학자들이 기여할 수 있는 핵심적인 부분입니다. 미래의 변화에 대비하기 위해 가장 중요한 과제 중 하나는 체계적인 데이터 아카이브를 구축하는 것입니다. 과학적 근거에 기반한 지식을 생산하는 토대가 되는 정보를 수집하고 분석하는 일은 현대 과학의 핵심입니다. 이번 사태를 계기로 대학은 기존의 연구 범위를 넘어 공공성을 지향하는 연구를 더욱 진척시켜야 합니다. 다양한 분야의 경험과 기록을 자산화하고 활발한 소통을 통해 문제를 발견해 나가는 과정은, 향후 또 다른 위기가 찾아왔을 때 우리 사회가 더 나은 방향으로 나아갈 수 있게 돕는 소중한 이정표가 될 것입니다.

김범준, 김홍빈, 신종호, 오세정, 유명순, 이석재, 이현숙, 장덕진, 장원철, 황승식

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (3) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ③

2014년 노벨 화학상은 백 년 넘게 불가능이라 여겨졌던 광학 현미경의 회절 한계를 극복한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다. 전통적인 광학 현미경은 빛의 회절 현상 때문에 특정 크기보다 작은 바이러스나 세포 내부 구조를 선명하게 관찰하는 데 한계가 있었습니다. 전자 현미경은 분해능이 높지만 시료를 절단하거나 손상시켜야 하는 단점이 있는 반면, 광학 현미경은 살아있는 시료 내부를 그대로 볼 수 있다는 독보적인 장점이 있습니다. 이러한 미련을 버리지 못한 과학자들의 집념이 결국 초고분해능이라는 새로운 시대를 열었습니다. 윌리엄 모너는 세계 최초로 단일 분자를 실험적으로 관찰하는 데 성공하며 초고분해능 현미경의 개념적 토대를 마련했습니다. 그는 고체 결정 내의 아주 작은 농도로 존재하는 분자를 검출해냈을 뿐만 아니라, 특정 파장의 빛을 이용해 분자의 형광을 자유자재로 켜고 끄는 시스템을 개발했습니다. 분자가 형광을 내는 상태와 내지 않는 상태를 조절할 수 있게 된 이 기술은, 이후 등장하는 다양한 초고분해능 기술들의 핵심적인 원리가 되었습니다. 물리학적 기초를 바탕으로 화학적 한계를 극복한 그의 연구는 다학제적 연구의 중요성을 잘 보여줍니다. 에릭 베치그는 분자들이 동시에 빛을 내어 이미지가 겹치는 문제를 해결하기 위해 '시간차'라는 혁신적인 아이디어를 도입했습니다. 그는 모든 분자가 한꺼번에 형광을 내지 않도록 조절하여, 한 번에 아주 적은 수의 분자만 빛을 내게 한 뒤 그 위치를 각각 기록했습니다. 이렇게 서로 다른 시간대에 측정된 개별 분자들의 위치 정보를 하나로 중첩함으로써, 기존에는 흐릿하게 뭉쳐 보였던 이미지를 놀라울 정도로 선명하게 재구성하는 PALM 기술을 완성했습니다. 이는 관찰 대상을 개별적으로 분리하여 인식하려는 집요한 시도가 만들어낸 쾌거였습니다. 스테판 헬은 앞선 방식과는 전혀 다른 물리적 접근법인 STED 기술을 통해 분해능을 혁신했습니다. 그는 관찰하려는 면적을 연필 끝처럼 최대한 뾰족하게 줄여야 정확한 형상을 파악할 수 있다는 점에 주목했습니다. 이를 위해 유도 방출 원리를 이용해 도넛 모양의 레이저를 쏘아 주변부의 형광을 강제로 꺼 버리고, 오직 중심부의 좁은 영역에서만 빛이 나오도록 유도했습니다. 레이저의 강도를 높일수록 관찰 영역이 더욱 미세해지는 이 방식은, 기존 광학 현미경의 한계를 수십 배 이상 뛰어넘어 나노미터 수준의 정밀한 관찰을 가능하게 만들었습니다. 초고분해능 현미경 기술은 이제 치매의 원인 물질인 아밀로이드 섬유를 실시간으로 관찰하는 등 생명 과학 분야에서 혁명적인 변화를 일으키고 있습니다. 100년 넘은 난제에 도전하여 불가능을 가능으로 바꾼 과학자들의 사례는 우리에게 시사하는 바가 큽니다. 한 분야에 매몰되지 않는 다학제적 시각과 실패를 반복하면서도 굴하지 않는 끈기가 결합될 때 과학은 진보합니다. 살아있는 세포 내부의 움직임을 원자 수준에서 직접 눈으로 확인하려는 과학자들의 꿈은 이제 머지않은 미래의 현실로 다가오고 있습니다.

김성근

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물리학
화학

다학제연구

[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

카오스재단카오스강연

[인터뷰] 정충원_고유전체 연구가 말하는 한민족의 기원 / 우리는 단일민족인가?

카오스재단서울대자연과학공개강연

[연구뭐하지?] 윤태영 교수_서울대학교 '막단백질단분자 연구실' | 과학계의 신대륙, 막 단백질의 세계로 오세요

카오스재단연구뭐하지

[연구뭐하지?] 천종식 교수 _서울대학교 '진화생명정보학 연구실' | 공생 세균을 연구하면 많은 질병을 예방, 치료할 수 있습니다!

카오스재단연구뭐하지

[코로나 인터뷰] 오세정 _시민사회도 납득이 돼야 협조한다!

카오스재단코로나19 과학토크

[코로나 인터뷰] 장원철_ 코로나19는 새로운 형태로 전파되고 있어서...

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[코로나_인터뷰]데이터X어벤져스, 코로나19 사회연구팀

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[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (3) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ③

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다학제연구

[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

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[코로나_인터뷰]데이터X어벤져스, 코로나19 사회연구팀

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[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (3) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ③

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