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💌 사랑이 과학이라면... 나 연애 못한 것도 유전자 탓...? ｜심심할 땐 과학 EP.1

사랑은 단순히 남녀 사이의 감정을 넘어 다양한 형태로 존재합니다. 많은 사람에게 사랑의 본질을 물었을 때, 연애보다 부모의 내리사랑이 더 높은 순위를 차지한다는 연구 결과는 흥미롭습니다. 특히 모성애는 변하지 않고 희생적인 사랑의 원형으로 인식되곤 합니다. 이는 우리가 받고 싶은 사랑의 모습이 투영된 결과이기도 합니다. 결국 사랑의 정의는 우리가 타인에게 기대하는 헌신과 보호의 감정에서 시작되며, 이러한 유대감은 인간관계를 지탱하는 가장 강력한 뿌리가 됩니다. 부모의 사랑은 뇌과학적으로도 차이를 보입니다. 아이의 영상을 볼 때 어머니는 감정을 조절하는 변연계가 활성화되는 반면, 아버지는 이성적인 사고를 담당하는 신피질이 주로 반응합니다. 이는 진화 과정에서 모성애가 본능적인 영역으로 먼저 자리 잡았고, 부성애는 사회적 관계 속에서 발달했음을 시사합니다. 또한 어머니는 아이의 냄새에, 아버지는 아이의 울음소리에 더 민감하게 반응하도록 뇌 구조가 변화한다는 사실은 부모라는 역할이 생물학적으로 얼마나 경이로운지 보여줍니다. ‘피는 물보다 진하다’는 말처럼 유전자는 우리의 정체성을 결정하는 설계도와 같습니다. 부모로부터 물려받은 유전정보는 귓불의 모양이나 혀 말기 능력 같은 신체적 특징뿐만 아니라 탈모나 치아 상태까지 결정짓습니다. 리처드 도킨스의 ‘이기적 유전자’ 이론에 따르면, 혈연관계일수록 서로를 돕는 경향은 유전자를 보존하려는 본능에서 비롯됩니다. 우리는 부모의 유전자가 섞인 고유한 존재로서, 자신만의 표현형을 나타내며 다음 세대로 생명의 설계도를 이어가는 가교 역할을 수행합니다. 유전자의 힘은 미각과 후각 같은 감각의 영역에서도 뚜렷하게 나타납니다. PTC 종이를 통해 쓴맛을 느끼는 정도를 테스트해 보면 사람마다 유전적 민감도가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 고수에서 비누 냄새를 느끼는 것 역시 특정 후각수용체 유전자의 영향입니다. 과거 야생의 환경에서 쓴맛을 감지하는 능력은 독초를 구별해 생존할 확률을 높여주는 중요한 도구였습니다. 이처럼 우리가 선호하거나 기피하는 맛과 향은 단순한 취향을 넘어, 조상들이 생존을 위해 축적해 온 진화의 유산이라 할 수 있습니다. 사랑의 방식이나 애착 스타일 역시 유전적 요인과 밀접한 관련이 있습니다. 옥시토신이나 바소프레신 같은 신경전달물질의 수용체 변이에 따라 금방 사랑에 빠지거나 장기적인 관계를 선호하는 등의 특징이 나타나기도 합니다. 하지만 유전자가 모든 것을 결정하는 것은 아닙니다. 어떤 환경에서 자하고 어떤 교육을 받았는지에 따라 애착 스타일은 얼마든지 성숙해질 수 있습니다. 유전학적 이해는 타인을 더 깊이 포용하기 위한 도구일 뿐이며, 진정한 사랑은 유전자의 한계를 넘어선 노력과 경험을 통해 완성됩니다.

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생명과학
뇌인지과학

[질문Q] 알파폴드가 단백질 구조 예측을 잘하는 이유? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 9강

인간과 개의 후각 능력 차이는 단순히 감각의 예민함을 넘어 생물학적 구조의 차이에서 기인합니다. 개는 인간보다 훨씬 많은 종류의 후각 수용체를 보유하고 있으며, 개별 수용체의 절대적인 수 또한 인간의 수백 배에 달하는 것으로 알려져 있습니다. 특히 개의 코는 공기가 들어오는 통로와 나가는 통로가 별도로 분리되어 있어, 숨을 내뱉는 순간에도 끊임없이 새로운 냄새 정보를 효율적으로 받아들일 수 있는 독특한 구조를 갖추고 있습니다. 이러한 복합적인 요인들이 결합하여 개가 인간이 감지하지 못하는 미세한 냄새까지 정교하게 포착하게 만드는 것입니다. 냄새를 이해하는 방식은 단순한 화학 성분 분석을 넘어 후각 수용체와의 결합 패턴을 파악하는 방향으로 진화했습니다. 과거에는 특정 화학 물질의 구조만 알면 냄새를 정의할 수 있다고 믿었으나, 실제로는 같은 물질이라도 농도에 따라 전혀 다른 냄새로 인식되기도 합니다. 2000년대 들어 노벨상을 통해 밝혀진 원리에 따르면, 후각은 수백 개의 후각 수용체가 만들어내는 복잡한 신호의 조합을 뇌가 해석하는 과정입니다. 즉, 개별 분자의 화학적 특성 그 자체보다는 콧속 수용체들이 형성하는 전체적인 활성화 패턴이 우리가 느끼는 냄새 정보의 본질이라고 할 수 있습니다. 우리가 특정 공간의 냄새에 금방 익숙해지는 것은 뇌가 지속적인 자극에 적응하여 신호 전달을 조절하기 때문입니다. 하지만 연구 단계에 있는 바이오 전자코는 이러한 생물학적 적응 과정을 의도적으로 제거하여 아주 미세한 냄새 변화도 즉각적으로 포착하도록 설계되었습니다. 이 장치는 냄새 분자가 후각 수용체에 결합하는 즉시 발생하는 전기적 신호를 가감 없이 잡아내어 데이터화합니다. 덕분에 공기로 세척하면 신호가 바로 사라지고, 다시 자극을 주면 즉각 반응하는 예민함을 유지할 수 있어 정밀한 화학 분석 도구로서의 뛰어난 가능성을 보여줍니다. 후각 수용체는 본래 점액질이라는 수분 환경 속에서 활성화되는 단백질 소자입니다. 기체 상태의 냄새 분자가 이 액체에 녹아들어야만 수용체와 결합할 수 있는데, 흥미롭게도 공기 중의 미세한 습기만으로도 이 구조가 유지되어 건조해 보이는 환경에서도 신호 검출이 가능합니다. 또한 우리 몸의 수용체들은 무작위로 퍼져 있는 것처럼 보이지만, 각각의 신호는 뇌의 특정 지점으로 질서 정연하게 모여 정리됩니다. 이러한 정교한 신호 체계 덕분에 수많은 자극이 뒤섞인 환경 속에서도 특정한 냄새 패턴을 명확하게 구분해낼 수 있는 것입니다. 최근에는 후각 수용체가 코뿐만 아니라 장기 등 몸속 곳곳에 존재하며 비만이나 당뇨 같은 대사 질환과 연관되어 있다는 사실이 새롭게 밝혀지고 있습니다. 이러한 연구를 실용화하기 위해서는 인체에 안전한 바이오 소재를 활용하는 것이 필수적입니다. 특히 홍합 접착 단백질과 같이 특정 구조가 없는 단백질(IDP)은 면역 반응을 거의 일으키지 않으면서도 체내에서 자연스럽게 분해되는 장점이 있습니다. 이러한 생체 친화적 소재와 후각 센서 기술이 결합한다면, 미래에는 질병 진단과 치료를 돕는 혁신적인 의료 기기 개발이 가능해질 것으로 기대됩니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[강연] 화학적 감각: 냄새, 맛의 정체는 무엇인가? _ by박태현｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 10강 | 10강 ①

수소는 우주에서 가장 흔한 원소이자 미래의 청정 에너지원으로 주목받고 있습니다. 흔히 수소를 폭발 위험이 큰 물질로 생각하지만, 실제로 수소가 폭발하기 위해서는 산소와 적절한 비율로 혼합되어야 하는 조건이 필요합니다. 연소 후 오직 물만을 남기는 수소는 공해 없는 에너지 시스템의 핵심이며, 앞으로 수소전기자동차와 같은 기술을 통해 우리 실생활에 더욱 깊숙이 자리 잡을 것입니다. 수소 자체는 위험한 폭발물이 아니라, 우리가 어떻게 제어하고 활용하느냐에 따라 인류의 지속 가능한 발전을 이끌 소중한 자원이 됩니다. 인간의 오감 중 시각, 청각, 촉각은 물리적 성질을 인지하는 감각인 반면, 미각과 후각은 화학 분자를 인지하는 화학적 감각입니다. 우리는 이미 카메라나 오디오 레코더를 통해 시각과 청각 정보를 디지털화하여 스마트폰에 담아냈지만, 화학적 감각을 대신할 장치는 아직 일상화되지 않았습니다. 냄새와 맛을 감지하는 유일한 장비가 여전히 우리의 코와 혀라는 사실은 이 분야가 과학적으로 매우 도전적인 영역임을 시사합니다. 이러한 화학적 감각의 디지털화는 현대 과학이 풀어야 할 거대한 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 후각의 원리는 오랫동안 베일에 싸여 있었으나, 2000년대에 들어서야 분자 차원에서 그 메커니즘이 밝혀졌습니다. 인간의 코에는 약 400종류의 후각 수용체가 존재하며, 특정 냄새 분자가 이 수용체들과 결합하여 만들어내는 독특한 조합의 패턴이 뇌에 전달되어 냄새로 인식됩니다. 이는 마치 QR코드가 정보를 담고 있는 것과 유사하며, 동일한 성분이라도 농도에 따라 결합하는 수용체의 패턴이 달라지면 전혀 다른 향기로 느껴지기도 합니다. 이러한 발견은 후각이 단순한 화학 반응을 넘어선 복잡한 정보 처리 과정임을 보여줍니다. 바이오 전자코는 인간의 후각 수용체를 인공적으로 구현하여 냄새를 디지털 신호로 변환하는 혁신적인 기술입니다. 인간의 유전 정보를 활용해 대장균과 같은 미생물에서 수용체를 대량 생산하고, 이를 나노튜브나 그래핀과 같은 나노소자와 결합하여 미세한 전류 변화를 측정합니다. 이 기술이 완성되면 질병의 조기 진단이나 식품의 신선도 측정, 재난 현장에서의 실종자 수색 등 다양한 분야에서 인간의 능력을 뛰어넘는 감지 능력을 발휘할 것입니다. 이는 생명공학과 전자공학이 결합하여 만들어낸 융합 기술의 정수라고 할 수 있습니다. 미각 역시 혀 위의 수용체가 화학 물질과 결합하며 느끼는 감각으로, 단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛, 감칠맛의 다섯 가지 기본 맛으로 구성됩니다. 특히 단맛의 경우 설탕, 아스파탐, 사카린처럼 구조가 전혀 다른 물질들이 동일한 수용체에 결합하여 같은 맛을 내기도 합니다. 이러한 원리를 이용한 바이오 전자혀는 인간의 미각을 정밀하게 재현하여 식품 개발이나 독성 물질 탐지 등에 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 화학 구조만으로는 예측하기 힘든 맛의 영역을 생체 수용체를 통해 객관적인 수치로 변환하는 것이 이 기술의 핵심입니다. 자연의 생명체로부터 영감을 얻는 생물 모방 기술은 의료 분야에서도 큰 혁신을 일으키고 있습니다. 거친 파도 속에서도 바위에 단단히 붙어 있는 홍합의 홍합 접착 단백질은 인체에 무해하면서도 강력한 접착력을 지녀, 실로 꿰매는 기존의 봉합 방식을 대체할 차세대 의료용 접착제로 주목받고 있습니다. 유전공학을 통해 대량 생산된 이 단백질은 흉터를 최소화하고 수술 후 회복 속도를 높이는 등 환자의 삶의 질을 획기적으로 개선하고 있습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 최적화해 온 생존 전략을 인간의 기술로 재해석하여 실생활에 적용하는 사례입니다. 4차 산업혁명 시대는 디지털, 바이오, 물리 기술이 유기적으로 융합되어 새로운 가치를 창출하는 시대입니다. 냄새를 코드화하여 시각적으로 보여주거나 멀리 떨어진 곳으로 전송하는 기술은 더 이상 영화 속 상상이 아닙니다. 화학적 감각이 스마트폰 속으로 들어오는 '오감 스마트폰'의 시대가 머지않았으며, 자연의 원리를 깊이 이해하고 이를 첨단 기술과 결합하려는 노력은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 안전하게 만들어 줄 것입니다. 과학적 호기심에서 시작된 탐구는 이제 인간의 감각을 확장하고 세상을 인지하는 새로운 방식을 제시하고 있습니다.

박태현, 차형준

카오스재단카오스강연

화학

[강연] 세포막 : 경계와 소통 (3) _ 윤태영 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 6강 | 6강 ③

세포 내부는 단순한 액체 주머니가 아니라 정교한 공간적 질서를 갖춘 복합적인 시스템입니다. 핵 속에 보관된 유전 정보인 DNA로부터 RNA가 만들어지면, 이는 핵 밖으로 수송되어 리보솜이라는 거대한 분자 기계를 만납니다. 특히 막 단백질은 소포체에서 합성되면서 복잡한 3차원 구조를 형성하며 세포막으로 삽입되는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 세포질은 아미노산과 같은 영양소가 풍부하게 녹아 있는 바다와 같은 역할을 수행하며, 막 단백질은 외부 물질의 출입을 엄격히 통제하는 대문의 기능을 담당하여 세포의 항상성을 유지합니다. 세포막의 기본 구조는 지질 분자가 위아래로 배열된 지질 이중층으로 이루어져 생명체의 경계를 형성합니다. 흥미로운 점은 미토콘드리아나 핵과 같은 세포 소기관들은 이러한 지질 이중층이 두 번 겹쳐진 이중 막 구조를 가지고 있다는 사실입니다. 학계에서는 미토콘드리아가 과거 독립된 세균이었으나 진핵 세포에 포식된 후 에너지 공장으로 진화했다는 가설을 통해 이 독특한 구조를 설명하기도 합니다. 원시 지구에서 지질 분자들이 자발적으로 주머니 형태를 만들며 외부와 차단된 공간을 형성한 것이 바로 생명 진화의 위대한 시작이었습니다. 막 단백질은 전체 단백질의 약 30%를 차지할 정도로 비중이 높지만, 그 구조를 밝혀내는 일은 현대 과학에서도 매우 까다로운 과제입니다. 수용성 단백질과 달리 막 단백질은 친수성과 소수성이 공존하는 복잡한 환경에서만 본연의 3차원 구조를 유지할 수 있기 때문입니다. 세포막에서 분리하는 순간 구조가 쉽게 뒤틀리는 특성 탓에 정제와 분석이 어려웠고, 이로 인해 관련 연구는 일반 단백질에 비해 수십 년이나 늦게 시작되었습니다. 하지만 최근 세포막 환경을 재현하는 기술이 비약적으로 발전하면서 생명 현상의 비밀을 푸는 핵심 열쇠로 주목받고 있습니다. 인간이 느끼는 오감은 사실상 막 단백질의 정교한 활동 결과라고 해도 과언이 아닙니다. 우리가 수백 가지의 다채로운 냄새를 맡을 수 있는 것은 후각 세포에 존재하는 수백 종류의 GPCR 수용체 단백질 덕분이며, 시각과 청각 역시 막 단백질을 통해 외부의 물리적 자극을 전기 신호로 변환합니다. 이러한 생리적 중요성 때문에 막 단백질은 산업적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 향수 산업이 후각 수용체를 공략하여 인간의 감정을 조절하듯, 막 단백질의 메커니즘을 깊이 이해하는 것은 인간의 감각 체계를 정밀하게 제어하고 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 암세포는 정상 세포보다 훨씬 많은 막 수용체를 안테나처럼 내세워 비정상적으로 빠르게 증식하는 특성을 보입니다. 현대 의학은 이러한 막 단백질의 과발현을 역이용하여 암세포만을 정밀하게 타격하는 항체 의약품이나 면역 체계를 극대화하는 치료제를 개발하고 있습니다. 특히 유전자 돌연변이가 많은 흑색종이나 신장암 분야에서는 면역 세포가 암세포를 더 잘 식별하게 함으로써 완치에 가까운 성과를 거두기도 했습니다. 우리나라도 바이오시밀러 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 선진국 수준의 기술력을 바탕으로 차세대 정밀 의료 시장을 선도해 나가고 있습니다.

김현아, 윤태영, 정준호

카오스재단카오스강연

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