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[강연] 사람이 곧 벌레라니: miRNA의 발견과 진화적 의미_by 이준호 | 고등과학원&카오스재단 '2024 노벨상 해설강연' | 3강

예쁜꼬마선충은 몸길이가 1mm에 불과한 아주 작은 생물이지만, 현대 생물학에서 인간을 이해하는 데 결정적인 역할을 해왔습니다. 2024년 노벨 생리의학상은 이 작은 벌레에서 유전자 조절의 새로운 원리인 마이크로 RNA를 발견한 두 과학자에게 돌아갔습니다. 예쁜꼬마선충은 그 이름처럼 우아한 생명체는 아닐지 모르나, 단순한 구조 속에 복잡한 생명의 신비를 품고 있어 지금까지 네 차례나 노벨상의 주인공이 되었습니다. 이 작은 유기체를 통해 우리는 인간의 발생과 질병을 이해하는 새로운 창을 얻게 되었습니다. 예쁜꼬마선충이 과학의 무대에 오른 것은 1960년대 시드니 브레너의 혜안 덕분이었습니다. 그는 발생과 신경계의 비밀을 밝히기 위해 대장균보다 복잡하면서도 연구하기 쉬운 모델로 이 벌레를 선택했습니다. 이후 과학자들은 수정란에서 성체에 이르기까지 모든 세포의 분열 과정을 기록한 '세포 계보'를 완성했습니다. 이는 생명체의 모든 세포가 언제, 어디서, 무엇이 되는지를 완벽하게 파악한 인류 최초의 성과였습니다. 이러한 기초 연구는 유전자가 생명 현상을 어떻게 조절하는지 탐구하는 든든한 토대가 되었습니다. 세포 계보를 연구하던 중 과학자들은 놀라운 사실을 발견했습니다. 매번 똑같은 위치와 시간에 특정 세포들이 죽어 나가는 현상이 관찰된 것입니다. 이는 세포가 환경이 나빠서 죽는 것이 아니라, 유전적으로 결정된 '프로그램된 세포 사멸' 과정을 거친다는 것을 의미했습니다. 131개의 세포가 정해진 운명에 따라 사라지는 이 현상은 인간의 암이나 퇴행성 질환을 이해하는 핵심 열쇠가 되었습니다. 죽음조차 생명의 정교한 계획 일부라는 사실은 현대 의학에 엄청난 영감을 주었으며, 이는 예쁜꼬마선충 연구가 거둔 첫 번째 노벨상의 결실이었습니다. 예쁜꼬마선충 연구는 RNA 간섭 현상과 녹색 형광 단백질(GFP)의 활용이라는 혁신적인 도구들을 과학계에 선물했습니다. RNA 간섭은 특정 유전자의 기능을 억제하여 그 역할을 규명하는 강력한 방법론이 되었고, GFP는 살아있는 세포 안에서 단백질의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 해주었습니다. 이러한 기술적 진보는 생명과학의 패러다임을 바꾸어 놓았습니다. 각기 다른 분야를 연구하던 과학자들이 우연히 발견한 이 부산물들은, 결국 인류가 질병의 원인을 찾고 치료제를 개발하는 데 없어서는 안 될 필수적인 자산이 되었습니다. 올해 노벨상의 핵심인 마이크로 RNA의 발견은 발생의 '시간'을 연구하던 엉뚱한 호기심에서 시작되었습니다. 빅터 앰브로스와 게리 러브컨은 세포의 계보가 반복되거나 건너뛰는 돌연변이 유전자인 lin-4와 lin-14를 연구했습니다. 두 과학자는 서로의 연구 데이터를 공유하며 놀라운 사실을 알아냈습니다. 아주 작은 크기의 lin-4 RNA가 큰 lin-14 mRNA에 결합하여 단백질 합성을 방해한다는 것이었습니다. 이는 단백질 정보가 없는 작은 RNA 조각이 유전자 발현을 정교하게 조절할 수 있다는 사실을 세상에 처음으로 알린 역사적 순간이었습니다. 마이크로 RNA의 발견은 생명과학의 근본 원리인 '생명 중심 원리(Central Dogma)'에 새로운 화살표를 추가했습니다. DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 흐르는 정보의 흐름 속에, 마이크로 RNA라는 조절자가 개입하여 특정 단백질의 생성을 억제한다는 메커니즘이 밝혀진 것입니다. 처음에는 예쁜꼬마선충에게만 국한된 특이한 현상으로 치부되기도 했으나, 이후 let-7과 같은 마이크로 RNA가 인간을 포함한 다양한 생물종에 보존되어 있다는 사실이 확인되었습니다. 이로써 마이크로 RNA는 생명체의 발생과 분화를 조절하는 보편적인 원리로 자리 잡게 되었습니다. 과학의 역사는 때로 무지함이 축복이 될 수 있음을 보여줍니다. 게리 러브컨의 말처럼, 모르는 것을 하나씩 알아가는 과정에서의 즐거움과 끈질긴 호기심이 위대한 발견을 낳았습니다. 예쁜꼬마선충이라는 작은 벌레를 30년 넘게 들여다본 과학자들의 집념은 결국 인간을 이해하는 거대한 지표가 되었습니다. 바늘 하나로 코끼리를 쓰러뜨리듯, 작은 발견을 끝까지 추적하여 생명의 신비를 밝혀낸 이들의 여정은 우리에게 깊은 울림을 줍니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 과정이 아니라, 세상을 향한 끝없는 질문과 그 답을 찾아가는 즐거운 모험입니다.

이준호

카오스재단카오스크로스

생명과학

[토크] 세상을 보는 또 다른 눈_과학자들의 방과 후 수다_4편 | 4편

최근 MBTI나 혈액형을 통한 성격 유형 분류가 큰 인기를 끌고 있습니다. 하지만 과학적 관점에서 보면 이러한 분류는 통계적 상관관계가 거의 없는 유사과학에 가깝습니다. 성균관대 김범준 교수의 실험에 따르면 혈액형과 MBTI 사이에는 유의미한 연결 고리가 발견되지 않았습니다. 그럼에도 사람들이 이에 열광하는 이유는 타인을 이해하고 자신을 규정하려는 심리적 욕구 때문일 것입니다. 중요한 것은 특정 틀에 갇히기보다 서로의 다양성을 인정하는 도구로 이를 활용하는 태도입니다. 애니메이션 '인사이드 아웃 2'는 감정의 다양성이 인격 형성에 미치는 영향을 잘 보여줍니다. 주인공의 행복을 위해 나쁜 기억을 배제하려던 시도는 결국 실패하고, 슬픔과 불안 같은 부정적 감정조차 성숙한 자아를 만드는 데 필수적임을 깨닫게 됩니다. 이는 생물학적 방어 기제와도 닮아 있습니다. 아토피나 면역 반응처럼 우리 몸의 고통스러운 반응들이 사실은 생존을 위한 조절 과정인 것처럼, 마음의 상처와 망각 또한 유연하고 회복력 있는 삶을 지탱하는 중요한 요소가 됩니다. 세포 생물학의 핵심인 '세포 주기'는 마치 정교하게 짜인 교향악과 같습니다. 세포가 성장하고 분열하는 과정에서 수많은 단백질은 지휘자의 신호에 맞춰 정확한 타이밍에 등장하고 퇴장합니다. 만약 어떤 단백질이 제때 물러나지 않고 고집을 부린다면 이는 암과 같은 질병으로 이어지게 됩니다. 이러한 조화와 균형은 생명 유지의 핵심이며, 과학자들은 이를 '코디네이션'이라 부릅니다. 생명 현상을 관찰하는 것은 결국 자연이 연주하는 거대한 오케스트라를 감상하는 것과 다름없습니다. 과학자(Scientist)라는 단어는 19세기 중반에 이르러서야 등장했습니다. 그전까지 과학은 '자연 철학'의 일부였으며, 예술과도 밀접한 관련이 있었습니다. 고대 그리스의 플라톤 아카데미에서는 산술, 기하, 천문과 함께 음악을 필수 과목으로 가르쳤습니다. 피타고라스는 음정의 수학적 비례를 통해 우주의 질서를 설명하려 했고, 이를 '천구의 음악'이라 불렀습니다. 이처럼 과학은 태생부터 논리적 지식과 예술적 감수성이 결합한 형태였으며, 조화로운 진리를 탐구하는 여정이었습니다. 인류 문명의 전환점에는 항상 위대한 발명품이 있었습니다. 바퀴는 이동의 혁명을 가져와 문명의 확장을 가능케 했고, 시계는 시간을 측정 가능한 축으로 만들어 물리적 세계관을 정립했습니다. 망원경은 인류가 우주의 중심이 아님을 깨닫게 했으며, 현미경은 미생물의 세계를 열어 생명 과학의 기초를 닦았습니다. 이러한 도구들은 단순히 편리함을 제공하는 것을 넘어, 우리가 세상을 바라보는 눈을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 보이지 않는 것을 보려는 호기심이 인류의 지평을 넓힌 것입니다. 과학과 예술은 서로의 영역을 보완하며 발전합니다. 과학이 상상을 상식으로 만드는 과정이라면, 예술은 상식을 다시 상상으로 되돌리는 역할을 합니다. 아인슈타인이 피카소의 입체주의에서 영감을 얻었듯, 과학자에게도 예술가적 영감과 상상력은 필수적입니다. 최근 효율성만을 강조하는 분위기 속에서 '꿈'이나 '호기심' 같은 단어들이 소외되는 경향이 있지만, 진정한 과학적 진보는 거인의 어깨 위에서 세상을 경탄하며 바라보는 순수한 열정에서 시작됩니다. 현재 인류는 기후 위기라는 전 지구적 난제에 직면해 있습니다. 과거의 과학이 소수의 천재에 의존했다면, 이제는 다양한 분야의 전문가들이 협력하는 '집단 지성'이 필요한 때입니다. 오펜하이머의 로스앨러모스 프로젝트가 전쟁을 종식하기 위해 지성을 모았다면, 이제는 인류의 생존을 위해 학문의 벽을 허물고 소통해야 합니다. 범학제적 협업과 과학적 사고방식의 전파는 우리가 직면한 위기를 극복하고 지속 가능한 미래를 여는 유일한 열쇠가 될 것입니다.

신예리, 윤성철, 이현숙, 정하웅

카오스재단과학자들의 방과 후 수다

물리학
생명과학
천문학

[연구뭐하지?] 에너지 저장고를 넘어서 대사성 질환의 핵심, 지방세포 연구_김재범 교수 | 서울대학교 “지방세포 및 에너지대사 연구실”

기초 과학을 연구하는 과학자에게 가장 필요한 덕목은 성실함과 꾸준함입니다. '진인사대천명'이라는 좌우명처럼, 매일의 관찰과 결과가 쌓여 비로소 하나의 성과가 만들어지기 때문입니다. 남들의 시선에 흔들리지 않고 자신이 가고자 하는 길을 묵묵히 걸어가는 태도는 연구자로서 삶을 배우는 소중한 과정이 됩니다. 이러한 마음가짐은 단순히 지식을 탐구하는 것을 넘어, 생명의 신비를 밝혀내기 위한 기초 과학의 단단한 토대가 됩니다. 지방 조직은 오랫동안 단순히 에너지를 저장하는 불필요한 기관으로 여겨져 왔습니다. 하지만 최근 연구에 따르면 지방 조직 안에는 지방 세포뿐만 아니라 면역 세포, 줄기 세포, 혈관 세포 등 다양한 세포들이 존재하며 서로 긴밀하게 소통합니다. 이러한 세포 간의 상호작용이 무너지면 비만, 당뇨, 고혈압과 같은 대사성 질환이 발생하게 됩니다. 따라서 지방 조직의 항상성 유지 기전을 밝히는 것은 현대인의 건강을 지키는 핵심적인 연구 분야입니다. 연구의 시작은 때로 우연한 기회에서 비롯되기도 합니다. 90년대 초반, 많은 이들이 근육이나 신경 세포 연구에 몰두할 때 상대적으로 관심이 적었던 지방 세포 분화 연구를 선택한 것은 일종의 행운이었습니다. 당시에는 블루오션이었던 이 분야가 현재는 비만과 당뇨에 대한 관심이 높아지며 치열한 레드오션으로 변모했습니다. 자신이 세운 가설을 실험을 통해 하나씩 검증해 나가는 과정에서 느끼는 성취감은 연구자가 계속해서 앞으로 나아갈 수 있게 하는 강력한 동력이 됩니다. 기초 과학의 원동력은 끝없는 지적 호기심에서 나옵니다. 생명 현상에 대한 궁금증은 남들이 가지 않은 험난한 길을 선택할 수 있는 용기를 줍니다. 하지만 이러한 난관을 혼자만의 힘으로 극복하기는 매우 어렵습니다. 동료들과 아이디어를 공유하고 건강한 비판을 주고받는 토론의 과정이 필수적입니다. "혼자 가면 빨리 가지만 함께 가면 멀리 간다"는 말처럼, 서로를 배려하고 협력하는 학문적 공동체 안에서 비로소 풀리지 않던 복잡한 문제의 실마리를 찾을 수 있습니다. 연구실의 가장 큰 특징은 학생들이 스스로 질문을 던지고 이를 해결해 나가는 독립적인 연구자로 성장하도록 돕는 것입니다. 교수님이 정해준 과제를 수행하는 것에 그치지 않고, 자신만의 논리를 개발하고 가설을 세우는 과정은 결코 쉽지 않습니다. 때로는 실험이 실패하기도 하지만, 수개월에서 수년 동안 질문을 숙성시키며 지혜를 모으는 시간은 박사 공부를 하는 데 있어 가장 중요한 시기입니다. 이러한 자율적인 연구 환경은 졸업 후에도 어디서든 인정받는 훌륭한 과학자로 성장하는 밑거름이 됩니다.

김재범

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[용어사전] ‘Y염색체 아담’은 뭐지?_미토콘드리아 이브(Mitochondrial Eve)

인류의 기원을 찾는 여정에서 가장 큰 난관은 완벽한 계보의 부재입니다. 우리 몸의 DNA는 부모로부터 절반씩 물려받아 뒤섞이는 재조합 과정을 거치기에, 수만 년 전 조상의 흔적을 온전히 복원하기란 매우 어렵습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 과학자들은 세포 내 소기관인 미토콘드리아에 주목했습니다. 미토콘드리아는 에너지를 생성하는 역할 외에도 세포핵과는 독립된 자체 DNA를 보유하고 있어, 인류 진화의 비밀을 풀 수 있는 중요한 열쇠가 됩니다. 미토콘드리아 DNA의 가장 독특한 특징은 오직 어머니를 통해서만 자손에게 전달된다는 점입니다. 정자의 미토콘드리아는 수정 과정에서 탈락하기 때문에, 우리는 모두 외가 쪽 혈통의 유전적 기록만을 고스란히 간직하게 됩니다. 과학자들은 이 DNA에 축적된 돌연변이를 역추적하여 인류의 가장 최근 모계 공통 조상인 '미토콘드리아 이브'를 찾아냈습니다. 약 10만~20만 년 전 동부 아프리카에 살았던 이들은 현재 인류가 지닌 모든 미토콘드리아의 기원이 되었습니다. 미토콘드리아 이브가 당시 유일한 여성이었거나 최초의 인류였던 것은 아닙니다. 그녀는 동시대에 존재했던 여러 집단 중 모계 혈통이 끊기지 않고 오늘날까지 이어진 특정 집단을 의미합니다. 이와 대칭되는 개념으로 아버지로부터 아들에게만 전해지는 Y 염색체를 추적하여 찾아낸 'Y 염색체 아담'도 존재합니다. 이처럼 유전학적 공통 조상을 찾는 연구는 인류가 하나의 거대한 뿌리에서 시작되어 전 세계로 뻗어 나갔음을 증명하는 과학적인 증거가 됩니다.

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생명과학

[인터뷰] 이준호 _ 진화와 발생의 만남, 이보디보! | 2022 카오스강연 '진화'

서울대학교 생명과학부 이준호 교수는 예쁜꼬마선충을 통해 생명의 신비를 탐구합니다. 1mm 남짓한 이 작은 생명체는 '엘레강스'라는 종명처럼 투명하고 아름다운 구조를 지니고 있습니다. 약 천 개의 세포로 이루어진 단순함 덕분에 수정란부터 성체까지의 모든 세포 계보와 유전 정보가 완전히 밝혀져 있습니다. 이러한 특징은 인간을 직접 연구하기 어려운 한계를 극복하게 해주며, 노화나 신경계와 같은 복잡한 생명 현상을 빠르고 정확하게 이해할 수 있는 훌륭한 모델이 됩니다. 노화 연구는 정의하기 까다로운 분야이지만, 예쁜꼬마선충은 약 3주의 짧은 수명 덕분에 효율적인 연구가 가능합니다. 유전자 조작을 통해 수명이 몇 배로 늘어난 돌연변이를 관찰하거나, 수만 가지의 신약 후보 물질을 투여해 수명 연장 효과를 확인하는 실험이 활발히 진행되고 있습니다. 이는 단순히 수치를 기록하는 것을 넘어, 생명체가 노화를 지연시키는 보편적인 메커니즘을 찾아가는 과정입니다. 세포 수준의 분열 정지와 개체 수준의 죽음을 연결하는 연구는 현대 생물학의 핵심 과제 중 하나입니다. 최근 생물학계에서 주목받는 '이보디보(Evo-Devo)'는 진화발생생물학의 줄임말로, 발생 과정의 진화를 연구하는 학문입니다. 정자와 난자가 만나 하나의 개체가 되는 '발생'과, 서로 다른 종 사이에서 발생하는 차이를 다루는 '진화'를 결합한 것입니다. 과거의 진화학이 주로 추론과 계산에 의존했다면, 이보디보는 분자생물학적 수단을 통해 유전자의 변화와 작용을 직접 들여다봅니다. 이는 생명의 다양성이 어떤 유전적 원리로 형성되었는지 분자 수준에서 설명할 수 있는 강력한 관점을 제공합니다. 이보디보의 학문적 토대는 유전체 분석 기술의 비약적인 발전과 궤를 같이합니다. 최근 10년 사이 유전체 서열 분석 비용이 낮아지면서, 이제는 마음만 먹으면 지구상의 모든 생물 유전체를 분석하려는 거대한 꿈을 꿀 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 특정 종의 연구를 넘어 생명 전체의 연결 고리를 파악하게 합니다. 유전체 데이터의 축적은 우리가 생명의 역사를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓을 것이며, 이는 현대 생물학이 나아가는 가장 역동적인 방향 중 하나라고 할 수 있습니다. 기초과학의 위기 속에서도 변하지 않는 가치는 인간의 본원적인 호기심입니다. 자연과학은 '어떻게'를 넘어 '왜'라는 질문에 답을 찾아가는 과정이며, 이는 국가의 기초를 튼튼히 하는 선진국의 필수적인 덕목입니다. 유전학자로 시작해 진화의 문제에 도달하게 된 여정은 생명 현상의 보존과 변화를 이해하려는 끊임없는 탐구의 결과입니다. 예쁜꼬마선충이라는 작은 창을 통해 바라본 생명의 신비는, 결국 우리 자신을 포함한 모든 생명체가 공유하는 거대한 이야기의 일부임을 깨닫게 해줍니다.

이준호

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 유전과 환경: 무엇이 우리를 만드는가? _ by 김영준 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 7강 | 7강

생명과학의 역사는 우리가 무엇으로 이루어져 있는지 탐구하는 긴 여정이었습니다. 멘델의 유전 법칙에서 시작해 DNA의 이중나선 구조가 밝혀지고, 마침내 인간 게놈 프로젝트를 통해 생명의 설계도를 손에 넣게 되었습니다. 하지만 설계도를 모두 안다고 해서 생명의 모든 신비가 풀린 것은 아니었습니다. 자동차의 부품 목록을 안다고 해서 그 자동차가 어떻게 도로를 달리고 시간에 따라 어떻게 변하는지 전부 이해할 수 없는 것과 마찬가지입니다. 유전자는 고정된 정보이지만, 그것이 실제로 어떻게 발현되는지는 또 다른 차원의 문제였기 때문입니다. 유전자가 모든 것을 결정한다는 믿음은 여러 현상 앞에서 한계에 부딪혔습니다. 유전 정보가 완벽히 동일한 일란성 쌍둥이가 성장하면서 외모와 성격, 질병의 양상이 달라지는 것이 대표적인 예입니다. 또한 우리 몸의 근육 세포와 신경 세포는 모두 같은 DNA를 가지고 있지만, 그 형태와 기능은 완전히 다릅니다. 이는 동일한 설계도 안에서도 특정 부분은 활성화되고 다른 부분은 잠겨 있다는 것을 의미합니다. 이러한 현상을 설명하기 위해 등장한 것이 바로 유전자 너머의 조절 시스템을 연구하는 후성유전학입니다. 후성유전학은 DNA 염기서열 자체를 바꾸지 않으면서 유전자의 스위치를 켜고 끄는 메커니즘을 다룹니다. 우리 몸의 핵 안에는 거대한 DNA가 실타래처럼 감겨 있는데, 이 실타래를 구성하는 히스톤 단백질에 표식을 남기거나 DNA 자체에 메틸기를 붙여 유전자의 접근성을 조절합니다. 마치 도서관의 수많은 책 중에서 어떤 책은 대출 가능하게 열어두고, 어떤 책은 창고에 깊숙이 넣어두는 것과 같습니다. 이러한 정교한 조절 시스템 덕분에 우리 몸의 세포들은 각자의 역할을 수행하며 생명 활동을 이어갈 수 있습니다. 흥미로운 점은 이러한 유전자 스위치가 우리가 처한 환경과 생활 습관에 의해 끊임없이 변화한다는 사실입니다. 무엇을 먹는지, 어떤 스트레스를 받는지에 따라 유전자의 발현 양상이 달라집니다. 예를 들어 임신 중인 쥐가 섭취한 영양분은 새끼의 털 색깔과 비만 여부를 결정짓는 후성유전적 표식을 바꿀 수 있습니다. 이는 유전자가 단순히 부모로부터 물려받은 고정된 운명이 아니라, 환경과의 상호작용을 통해 실시간으로 업데이트되는 유연한 시스템임을 시사하며 우리 삶의 태도에 중요한 시사점을 던집니다. 노화와 질병 역시 후성유전학적 관점에서 새롭게 해석됩니다. 나이가 들수록 세포 내의 후성유전적 장벽이 무너지면서 유전자 발현의 이질성이 커지는데, 이를 '후성유전적 표류'라고 부릅니다. 암세포의 경우 유전자 돌연변이뿐만 아니라, 정상적인 유전자 스위치가 잘못 작동하여 발생하기도 합니다. 하지만 후성유전적 변화는 가역적이라는 희망적인 특징이 있습니다. 잘못 켜진 스위치를 다시 끄거나 잠긴 유전자를 깨우는 방식으로 질병을 치료하고 건강을 회복할 수 있는 가능성이 열려 있는 것입니다. 후성유전학은 개체의 생애를 넘어 진화의 영역으로까지 논의를 확장합니다. 사자와 호랑이의 교배종인 라이거와 타이곤이 서로 다른 체구와 특성을 갖는 이유는 부모로부터 물려받은 유전 각인 때문입니다. 특정 환경에서 획득한 후성유전적 형질이 다음 세대로 전달될 수 있다는 증거들이 발견되면서, 진화는 수만 년에 걸친 돌연변이의 축적뿐만 아니라 후성유전적 적응을 통해서도 일어날 수 있음이 밝혀지고 있습니다. 이는 생명체가 환경에 적응하는 방식이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 역동적임을 보여줍니다. 결국 후성유전학은 우리에게 '운명은 결정되어 있지 않다'는 메시지를 던집니다. DNA라는 설계도는 바꿀 수 없지만, 그 설계도를 어떻게 읽고 활용할지는 우리의 선택과 환경에 달려 있습니다. 유전과 환경은 서로 대립하는 요소가 아니라, 생명이라는 거대한 오케스트라를 함께 연주하는 파트너입니다. 앞으로 후성유전체에 대한 연구가 깊어질수록 우리는 생명의 기원과 진화의 과정을 더 명확히 이해하게 될 것입니다. 이는 인류가 자신의 건강과 미래를 스스로 설계해 나가는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

김영준

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 김영준 _ 후성유전학으로 슈퍼 휴먼을 만들 수 있을까? | 2022 카오스강연 '진화'

생명체는 단순히 부모로부터 물려받은 유전 정보의 집합체 그 이상입니다. 우리 몸을 구성하는 수조 개의 세포는 모두 동일한 DNA를 가지고 있지만, 각기 다른 기능을 수행하며 조화롭게 작동합니다. 이는 유전자가 단순히 설계도 역할을 하는 것에 그치지 않고, 상황에 따라 특정 부분이 켜지거나 꺼지는 정교한 조절 과정을 거치기 때문입니다. 이러한 생명의 신비는 현대 생물학의 핵심적인 연구 주제가 되고 있으며, 우리가 생명을 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 최근 주목받는 후성유전학은 유전자 염기서열 자체의 변화 없이도 유전자 발현이 조절되는 현상을 다룹니다. 우리가 먹는 음식, 생활 습관, 그리고 처한 환경은 유전자에 일종의 '꼬리표'를 붙여 그 기능을 변화시킵니다. 이는 타고난 유전자가 운명을 결정짓는 절대적인 요소가 아님을 시사합니다. 즉, 후천적인 노력과 환경 개선을 통해 유전적 잠재력을 최적화하고 질병을 예방할 수 있는 가능성이 열려 있는 것입니다. 이러한 관점은 현대인의 건강 관리에 있어 매우 중요한 시사점을 제공합니다. 세포 내에서 유전자 발현을 조절하는 대표적인 기전으로는 DNA 메틸화와 히스톤 변형이 있습니다. DNA의 특정 부위에 메틸기가 결합하면 해당 유전자의 스위치가 꺼지게 되며, 히스톤 변형은 DNA의 응축 정도를 조절하여 유전 정보에 대한 접근성을 결정합니다. 이러한 화학적 변화들은 세포의 기억으로 남아 다음 세대로 전달되기도 하며, 노화나 암과 같은 다양한 생리적 현상과 밀접하게 연관되어 있습니다. 이는 분자 수준에서 일어나는 매우 정교하고 복잡한 생화학적 반응의 결과물입니다. 노화 과정에서 나타나는 후성유전학적 변화는 생체 시계의 역할을 하기도 합니다. 나이가 들면서 특정 유전자의 메틸화 패턴이 변하는 현상을 분석하면, 실제 달력상의 나이와는 다른 생물학적 연령을 측정할 수 있습니다. 이는 개인의 건강 상태를 정밀하게 진단하고 맞춤형 관리를 제공하는 데 중요한 지표가 됩니다. 결국 건강한 노년은 유전적 요인과 후천적 관리가 결합된 결과물이라고 할 수 있으며, 이를 통해 우리는 더 건강한 삶을 설계할 수 있는 과학적 근거를 얻게 됩니다. 미래 의학의 핵심은 개인의 유전적 특성과 후성유전학적 상태를 동시에 고려하는 정밀 의료에 있습니다. 특정 질병에 취약한 유전자를 가졌더라도, 후성유전학적 조절을 통해 질병의 발현을 억제하거나 지연시키는 치료법이 개발되고 있습니다. 이러한 연구는 암 치료뿐만 아니라 대사 질환, 신경 퇴행성 질환 등 다양한 분야에서 혁신적인 돌파구를 마련할 것으로 기대됩니다. 인류는 이제 유전자의 지배를 받는 존재에서 유전자를 이해하고 조절하는 주체로 거듭나고 있으며, 이는 의학의 패러다임을 바꿀 것입니다.

김영준

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[인터뷰] 이지영_사과는 어떻게 우리에게 왔나? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물의 뿌리는 단순히 땅속에 박혀 있는 기관 이상의 의미를 지닙니다. 뿌리의 끝부분에는 생장점이라는 핵심 조직이 존재하며, 이곳에서 식물의 길이 성장이 주도됩니다. 생장점 내부에는 동물과 마찬가지로 미분화 상태의 줄기세포가 유지되고 있으며, 이들은 끊임없이 새로운 세포를 만들어내며 식물의 생존을 뒷받침합니다. 연구자들은 이러한 세포들이 어떻게 특정 기능을 가진 조직으로 분화하는지, 그 과정에서 일어나는 복잡한 유전자 조절 메커니즘을 유전학적이고 유전체적인 접근법을 통해 정밀하게 분석하고 있습니다. 뿌리의 또 다른 중요한 특성은 광합성 산물을 저장하는 능력입니다. 식물은 생애 주기의 마무리 단계에서 에너지를 종자나 열매로 보내기도 하지만, 많은 양의 탄수화물을 뿌리에 축적하기도 합니다. 인간은 이러한 식물의 특성을 극대화하여 고구마나 감자와 같은 알뿌리 작물을 식량 자원으로 개발해 왔습니다. 최근에는 페루의 마카와 같이 아직 인위적인 육종 과정을 많이 거치지 않은 식물들이 새로운 미래 식량 자원으로 주목받고 있습니다. 이러한 알뿌리 작물들은 인류의 영양 공급원으로서 여전히 무궁무진한 잠재력을 품고 있습니다. 발달 생물학의 관점에서 뿌리는 매우 매력적인 연구 시스템입니다. 뿌리 내부의 세포들은 매우 정교하게 정렬되어 있어, 시원 세포부터 분화된 세포까지의 과정을 체계적으로 관찰할 수 있습니다. 특히 뿌리는 3차원적인 공간 구조를 가지고 있을 뿐만 아니라, 분화 과정에 따른 시간이라는 요소가 더해져 4차원적인 분석이 가능합니다. 이러한 구조적 장점 덕분에 연구자들은 식물의 가장 기본적인 발달 형태를 들여다보며 생명 현상에 대한 근원적인 질문을 던지고 그에 대한 해답을 찾아가고 있습니다. 땅속에서 뿌리는 주변 환경 및 다른 식물들과 끊임없이 소통합니다. 제한된 공간에서 식물들은 서로의 존재를 인지하며 물과 영양분을 차지하기 위해 경쟁하고, 지상부의 크기를 조절하며 균형을 맞춥니다. 특히 기생 식물의 경우, 숙주 식물이 내뿜는 특정 화학 물질을 뿌리로 감지하여 숙주를 향해 자라나는 영리한 행동을 보입니다. 숙주의 뿌리 표면을 뚫고 들어가 관다발을 연결하는 이러한 과정은 식물이 단순히 수동적인 존재가 아니라, 정교한 인지 시스템을 갖춘 능동적인 생명체임을 잘 보여줍니다. 식물의 장수 비결 중 하나는 '모듈러'라고 불리는 독특한 성장 방식에 있습니다. 나무의 줄기를 잘라 물에 담그면 새로운 뿌리가 내리고 독립적인 개체로 성장할 수 있는 것처럼, 식물은 개체나 분지 수준에서 생명을 연장하는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 수천 년을 살아가는 브리슬콘 소나무처럼, 식물은 성장에 따른 부작용을 극복하는 시스템을 가동하며 오랜 세월 생존합니다. 이러한 모듈러 구조는 식물이 환경 변화에 유연하게 대응하며 자신의 유전 정보를 보존하고 수명을 연장하는 핵심적인 수단이 됩니다.

이지영

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 조현우_뿌리를 식물의 뇌라고 말할 수 있을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

농업은 단순히 먹거리를 생산하는 1차 산업을 넘어, 식물이 성장하는 근본적인 원리를 탐구하는 기초 과학의 영역입니다. 식물 연구는 인간의 풍요로운 삶뿐만 아니라 지구가 함께 건강해질 수 있는 방법을 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 한곳에 뿌리를 내리고 움직일 수 없는 식물에게 성장은 주어진 환경에 적응하며 다음 세대를 이어가는 치열한 생존 게임과 같습니다. 이러한 식물의 고군분투를 이해하는 것은 생명 본연의 가치를 깨닫는 중요한 시작점이 됩니다. 식물의 성장에 가장 필수적인 요소는 빛과 물이지만, 모든 식물이 동일한 조건을 요구하는 것은 아닙니다. 지구상에 존재하는 40만 종의 식물들은 각기 선호하는 빛의 파장이 다르며, 어떤 종은 적외선을, 어떤 종은 청색광을 더 좋아하기도 합니다. 이러한 다양성은 식물이 각자의 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과입니다. 식물형태학은 이처럼 다양한 형태가 어떤 환경 적응 과정을 거쳐 형성되었는지, 그리고 그 속에 숨겨진 공통적인 원리는 무엇인지 탐구하는 학문입니다. 인류가 생명 과학 분야에서 이룩한 위대한 발견들 중 상당수는 식물 연구에서 시작되었습니다. 유전 법칙을 밝힌 멘델의 완두콩 실험부터, 현대 의학의 핵심인 줄기세포라는 개념의 어원 역시 식물의 줄기에서 비롯되었습니다. 또한 유전자 이동 현상을 처음 발견하게 해준 것도 옥수수 연구였습니다. 이처럼 식물은 인류의 지적 발전에 지대한 공헌을 해왔으며, 우리가 생명체를 이해하는 방식에 혁신적인 변화를 불러일으킨 반전 매력을 지니고 있습니다. 지구의 생물량 중 탄소의 80% 이상을 식물이 차지하고 있다는 사실은 식물이 실질적으로 지구를 지배하는 주인공임을 시사합니다. 육상 생태계가 생명체가 살 수 있는 환경으로 조성된 것 역시 식물의 역할이 결정적이었습니다. 현재 인류가 직면한 가장 큰 위기인 기후 변화 문제를 해결할 열쇠 또한 식물이 쥐고 있습니다. 지구의 환경을 근본적으로 바꾸어 놓았던 식물의 힘을 빌려, 우리는 위기에 처한 지구를 다시 회복시킬 수 있는 실마리를 찾을 수 있을 것입니다. 최근 연구에 따르면 식물의 뿌리는 단순히 양분을 흡수하는 기관을 넘어, 주변 환경을 감지하고 반응하는 '뇌'와 같은 역할을 수행합니다. 뿌리는 물을 찾아 이동할 뿐만 아니라, 화학 물질을 내뿜어 주변 식물이나 미생물과 소통하며 복잡한 관계망을 형성합니다. 식물이 어떻게 길어지고 두꺼워지는지, 그 성장 과정을 정밀하게 이해하는 것은 농업의 미래를 설계하는 데 필수적입니다. 식물의 성장을 깊이 있게 들여다봄으로써 우리는 자연과 공존하는 새로운 길을 모색할 수 있습니다.

조현우

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생명과학

[인터뷰] 김기중_인간처럼 개성이 뚜렷한 나무들!?! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라본 식물은 단순한 생명체 이상의 의미를 지닙니다. 아프리카의 척박한 환경에서 살아가는 바오밥나무를 관찰하다 보면, 나무마다 각기 다른 개성이 뚜렷하다는 사실을 깨닫게 됩니다. 이는 마치 인간이 저마다 다른 성격과 특징을 가진 것과 같습니다. 생텍쥐페리의 소설 속 바오밥나무가 우리에게 친숙한 것처럼, 식물은 우리 곁에서 고유한 생명력을 뽐내며 존재합니다. 식물을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 인간의 지적 탐구 영역을 넓히는 과정이며, 알면 알수록 더 많은 궁금증을 자아내는 식물만의 독특한 매력에 빠져들게 합니다. 식물의 진화 과정에서 나타나는 변화는 인류의 기술 혁신과 닮아 있습니다. 라이트 형제의 초기 비행기가 오늘날의 거대한 항공기로 발전했듯, 식물 역시 작은 변화의 시도를 통해 거대한 진화의 물줄기를 만들어냈습니다. 특히 이동성이 없는 식물은 기후 변화에 매우 민감하게 반응하며 생존을 위한 혁신을 거듭합니다. 최근 한반도 남쪽의 식물들이 북상하거나 난대성 식물이 내륙에서 발견되는 현상은 기후 변화에 적응하려는 식물들의 치열한 노력을 보여줍니다. 이러한 적응 과정은 식물이 지구상에서 번성할 수 있었던 핵심적인 이유이자 진화의 원동력이 됩니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 식물 세포의 탄생은 매우 흥미로운 과정을 거쳤음을 알 수 있습니다. 초기 지구 환경에서 초기 진핵 세포에 세균이 들어와 미토콘드리아가 형성된 동물성 세포가 먼저 등장했고, 이후 광합성을 하는 남세균이 공생하며 식물성 세포가 만들어졌습니다. 이는 식물이 에너지를 스스로 생산하기 이전에 이미 환경 속의 유기물을 이용하는 생명체들이 존재했음을 시사합니다. 이러한 세포 수준의 공생과 변화는 식물이 광합성이라는 강력한 생존 전략을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 복잡한 생태계의 기초를 닦는 중요한 전환점이 되었습니다. 식물이 물속에서 육지로 진화하기 이전부터 이미 암수의 구분이 존재했다는 사실은 놀랍습니다. 조류 조상에서 시작된 이러한 생식 과정은 육상으로 이동하며 더욱 정교해졌습니다. 또한, 단세포에서 군체를 이루고 다세포 생물로 진화하는 과정에서 식물은 세포 간의 네트워크를 형성하며 구조적 완성을 이루었습니다. 특히 세균으로부터 전수받은 능력을 바탕으로 만들어진 세포벽은 식물 진화의 신의 한 수였습니다. 셀룰로스로 이루어진 세포벽은 외부 환경으로부터 세포를 보호하고 삼투압에 저항하며 식물이 육상 환경에 성공적으로 안착할 수 있도록 도왔습니다. 현재 지구상에는 약 40만 종의 육상 식물이 존재하며, 이들의 역사는 끊임없는 혁신과 적응의 연속이었습니다. 아널드 토인비가 인류 역사를 '도전과 응전'으로 정의했듯이, 식물의 6억 년 진화사 역시 새로운 환경에 대한 도전과 그에 따른 혁신적인 응전의 기록입니다. 끊임없이 새로운 기술을 개발해 생존하는 기업처럼, 식물 또한 변화하는 지구 환경에 맞춰 자신을 혁신해온 종만이 번성할 수 있었습니다. 식물의 진화 역사를 혁신과 적응의 관점에서 바라보는 것은 생명의 신비를 이해하는 동시에, 우리 삶과 사회가 나아가야 할 방향에 대해서도 깊은 통찰을 제공합니다.

김기중

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 빛의 한계를 뛰어넘는 분자의 슬기로운 감빵생활 _ by심상희 ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 5강 | 5강

현미경의 역사는 생물학의 발전과 그 궤를 같이해 왔습니다. 17세기 로버트 훅은 직접 고안한 현미경으로 코르크 마개를 관찰하던 중, 작은 방들이 조밀하게 모여 있는 모습이 마치 수도원의 독방이나 감옥 같다고 느껴 '세포(Cell)'라는 이름을 붙였습니다. 이후 레벤후크는 미생물을 발견하여 미생물학의 토대를 닦았고, 카할은 신경 세포의 정교한 구조를 그려내며 뇌과학의 시작을 알렸습니다. 이처럼 현미경은 보이지 않는 미세 세계를 시각화함으로써 인류가 생명의 기본 단위를 이해하는 데 결정적인 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 전통적인 광학 현미경은 물리적인 한계에 부딪혔습니다. 19세기 에른스트 아베는 빛의 파동성으로 인해 발생하는 회절 현상을 수식으로 정리하며 회절 한계를 규명했습니다. 가시광선을 사용하는 한, 약 200~300 나노미터보다 작은 물체는 서로 구분할 수 없다는 것입니다. 이로 인해 수 나노미터 크기에 불과한 단백질이나 바이러스는 현미경 아래에서 실제보다 훨씬 거대한 빛의 점으로 뭉개져 보일 수밖에 없었으며, 이는 오랫동안 광학계의 깨지지 않는 법칙처럼 여겨졌습니다. 전자 현미경은 짧은 파장의 전자빔을 사용하여 이 한계를 극복했지만, 세포를 아주 얇게 자르고 고정해야 하기에 살아있는 상태를 관찰하기 어렵다는 치명적인 단점이 있었습니다. 반면 형광 현미경은 특정 분자에만 빛을 내는 표지를 붙여 복잡한 세포 환경 속에서도 원하는 대상만을 선명하게 골라낼 수 있는 '분자 특이성'을 가집니다. 이러한 장점 덕분에 현대 생물학에서 형광 현미경은 세포 내 특정 분자의 위치와 움직임을 파악하는 데 있어 대체 불가능한 도구로 자리 잡게 되었습니다. 초고해상도 현미경은 형광 분자가 '반짝이며' 켜지고 꺼지는 스위칭 현상을 슬기롭게 활용하여 물리적 한계를 뛰어넘었습니다. 모든 분자가 동시에 빛을 내면 회절 무늬가 겹쳐 형체를 알 수 없게 되지만, 확률적으로 아주 적은 수의 분자만 번갈아 가며 빛을 내게 조절하면 개별 분자의 정확한 중심 위치를 파악할 수 있습니다. 이는 마치 어두운 밤하늘에서 수많은 반딧불이가 한꺼번에 빛날 때는 형체를 알 수 없다가, 하나씩 번갈아 빛날 때 그 위치를 정확히 찍어낼 수 있는 것과 같은 원리입니다. 이렇게 측정된 수만 개의 분자 위치 정보는 컴퓨터를 통해 하나의 정밀한 이미지로 재구성됩니다. 미술의 점묘화 기법처럼 수많은 점을 찍어 전체 형상을 만드는 이 방식은 기존보다 10배 이상 정밀한 나노미터 단위의 해상도를 제공합니다. 이를 통해 과학자들은 과거에는 뭉개져 보이던 세포 내부 구조를 실타래처럼 가느다란 가닥 하나까지 선명하게 구분할 수 있게 되었으며, 분자 수준에서 일어나는 생명 활동의 사생활을 직접 목격하는 새로운 시대를 열었습니다. 초고해상도 기술은 기존에 알지 못했던 생명의 비밀들을 속속들이 밝혀내고 있습니다. 신경 세포의 축삭 돌기에서 발견된 정교한 액틴 고리 구조나, 정자 꼬리에 배열된 칼슘 채널의 입체적인 모습은 이 기술이 아니었다면 영원히 베일에 싸여 있었을 것입니다. 또한 살아있는 세포 내에서 미토콘드리아가 역동적으로 움직이고 소포체와 상호작용하는 과정을 실시간으로 관찰함으로써, 질병의 원인을 규명하고 새로운 치료법을 찾는 연구에도 혁신적인 변화를 불러일으키고 있습니다. 과학의 비약적인 발전은 정립된 이론에 의문을 던지고 이를 극복하려는 끈기 있는 노력에서 비롯됩니다. 20년 넘게 해상도 한계에 도전한 슈테판 헬이나, 소속도 없이 거실에서 현미경을 조립했던 에릭 베치히의 사례는 과학적 탐구의 본질을 보여줍니다. 99%의 좌절 속에서도 단 1%의 희열을 위해 나아가는 과학자들의 열정은, 빛의 한계를 넘어 분자들의 세계를 탐험하는 원동력이 되었습니다. 이러한 슬기로운 탐구 정신은 앞으로도 우리가 생명의 신비를 풀어나가는 데 가장 강력한 등불이 될 것입니다.

심상희

카오스재단카오스강연

화학

[청소년과학커뮤니케이터] 크리스퍼 유전자 가위

우리 몸의 설계도라 불리는 유전자는 부모님으로부터 물려받은 유전 정보의 가장 작은 단위입니다. 유전자는 세포 속 핵 안에 있는 염색체, 그리고 그 염색체를 구성하는 DNA 속에 존재합니다. DNA는 아주 미세한 이중 나선 구조로 이루어져 있으며, 우리 몸을 구성하고 유지하는 데 필요한 모든 정보를 담고 있는 생명의 지도와 같습니다. 이러한 유전 정보는 우리가 누구인지, 어떤 특징을 가졌는지를 결정하는 핵심적인 역할을 수행합니다. DNA는 아데닌(A), 타이민(T), 사이토신(C), 구아닌(G)이라는 네 가지 염기의 조합으로 이루어져 있습니다. 이 염기들은 서로 짝을 이루어 결합하며, 수많은 염기가 나열된 순서에 따라 키나 생김새 같은 유전적 형질이 결정됩니다. 우리 몸에는 약 3만 개의 유전자가 존재하며, 이 미세한 정보들이 모여 한 사람의 고유한 특성을 만들어내는 놀라운 생명 현상을 보여줍니다. 생명체의 근간을 이루는 이 염기 서열은 현대 과학의 중요한 연구 대상입니다. 최근 과학계에서 가장 큰 관심을 받는 기술 중 하나는 2020년 노벨 화학상을 수상한 유전자 가위입니다. 유전자 가위는 실제 금속 도구가 아니라, 특정 DNA 부위를 찾아내어 잘라내는 단백질 복합체를 의미합니다. 그중에서도 '크리스퍼-카스9'은 세균이 바이러스의 침입에 대항해 스스로를 보호하는 면역 체계를 응용하여 개발되었습니다. 이는 유전 정보를 인위적으로 교정할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 유전자 가위는 가이드 RNA가 표적 DNA 서열을 찾아내면 카스9 단백질이 해당 부위를 절단하는 방식으로 작동합니다. 기존 기술에 비해 정확도가 매우 높고 비용이 저렴하여 효율성이 뛰어난 것이 특징입니다. 이 기술은 모기 퇴치나 농작물의 병충해 방지뿐만 아니라, 난치성 유전병을 치료하는 맞춤형 정밀 의료 분야에서 큰 기대를 모으고 있습니다. 인류의 건강 증진을 위한 새로운 가능성이 열린 셈입니다. 하지만 유전자 가위 기술의 발전은 생명 윤리에 대한 중요한 질문을 던집니다. 생명체의 유전 정보를 마음대로 수정할 수 있다는 점 때문에 종교적, 윤리적 논란이 끊이지 않고 있습니다. 기술을 안전하고 올바르게 사용하기 위해서는 사회 구성원들의 폭넓은 의견 수렴과 합의가 반드시 필요합니다. 과학 기술의 혜택을 누리면서도 생명의 존엄성을 지키기 위한 우리 모두의 깊은 고민과 성찰이 필요한 시점입니다.

국립과천과학관청소년과학커뮤니케이터✒️

화학
생명과학

[연구뭐하지?] 김빛내리 교수_서울대학교 'RNA 생물학 연구실' | RNA의 모든 것을 연구하고 싶다면 이곳으로!!!!

서울대학교 생명과학부 RNA 생물학 연구실은 유전자 조절의 핵심인 RNA를 전문적으로 연구하는 학문의 장입니다. 마이크로RNA와 mRNA, 그리고 바이러스 RNA가 어떻게 생성되고 기능하는지 그 근본적인 메커니즘을 규명하는 데 매진하고 있습니다. 연구진은 복잡한 생명현상 속에 숨겨진 명확한 질서를 찾아내어, 궁극적으로 인류가 직면한 다양한 질병을 극복하고 생명을 정교하게 제어할 수 있는 과학적 실마리를 제공하고자 합니다. 이곳은 세계적인 수준의 연구를 수행하기 위해 질량 분석기를 포함한 최첨단 실험 설비를 완벽하게 갖추고 있습니다. 생화학부터 세포 생물학까지 폭넓은 실험이 가능한 인프라는 연구원들이 RNA의 특성을 다각도에서 분석할 수 있도록 돕습니다. 또한 매년 모든 구성원이 국제 학회에 참석하여 세계적인 석학들과 토론하며 최신 지견을 나누는 기회를 가짐으로써, 연구에 대한 시야를 넓히고 새로운 동기를 부여받으며 스스로를 재충전합니다. RNA 생물학 연구실만의 특별한 점은 연구 대상인 RNA의 연약함을 배려하는 세심한 문화에 있습니다. RNA는 아주 작은 외부 자극이나 RNA 분해 효소에도 쉽게 분해되기 때문에, 연구원들은 실험 중 항상 마스크를 착용하고 대화를 자제하며 극도의 정숙을 유지합니다. 동료가 실험 중일 때는 뒤에서 조심스럽게 말을 걸어도 되는지 먼저 물어봐야 할 정도로, RNA의 무결성을 지키기 위한 이들의 노력은 일상 속에서 철저하게 지켜지고 있습니다. 연구실의 분위기는 이른바 '생물 덕후'라고 불릴 만큼 학문에 깊이 몰입하는 이들의 열정으로 가득 차 있습니다. 식사 시간조차 연구에 대한 토론으로 이어질 정도로 구성원 간의 학술적 교류가 활발하며, 이는 단순한 업무를 넘어 진심으로 탐구를 즐기는 문화로 자리 잡았습니다. 치열하게 고민하고 그 결과를 함께 나누는 '생각의 놀이터'로서의 환경은 연구원들이 창의적인 아이디어를 마음껏 펼치고 실험할 수 있는 든든한 토대가 됩니다. 스스로 질문을 던지고 해결책을 모색하는 독립적인 연구자들에게 이곳은 무한한 가능성의 공간입니다. 교수님의 전폭적인 지원 아래 풍부한 자원을 활용하여 자신이 원하는 실험을 주도적으로 수행하며 연구자로서의 역량을 키워나갈 수 있기 때문입니다. 비록 거대한 생명의 신비 중 작은 부분을 탐구하는 과정일지라도, RNA라는 핵심 고리를 통해 생명과학의 원대한 목표를 향해 나아가는 이들의 여정은 미래 의학의 새로운 지평을 열어갈 것입니다.

김빛내리

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[석학인터뷰] 안광석_바이러스&면역학과 함께 걸어온 길

생명과학 연구의 궁극적인 목적은 인류의 건강 증진과 질병 예방에 있습니다. 특히 면역학은 모든 감염성 질환과 암 치료의 핵심이 되는 분야로, 그중에서도 바이러스 연구는 우리가 끝까지 도전해야 할 과제입니다. 과학자로서 자신의 연구 결과가 세계적인 교과서에 실리는 것은 그 원리가 학계에서 공식적으로 입증되었음을 의미하며 가장 큰 보람을 느끼는 순간입니다. 비록 연구 환경의 제약으로 인해 특정 바이러스 연구에 한계가 있을지라도, 기초 연구를 통해 발견한 원리들은 향후 치료제 개발의 중요한 토대가 됩니다. 바이러스의 확산은 환경 생태계와 밀접한 관련이 있습니다. HIV가 원숭이로부터 유래했듯, 자연 서식지가 파괴되고 인간과 동물의 접촉이 빈번해지면서 새로운 감염병이 인류를 위협하게 되었습니다. 또한 지구온난화로 인한 기후 변화는 아열대성 기후를 확산시켜, 과거에는 특정 지역에만 머물던 모기 매개 바이러스들이 전 세계로 창궐할 가능성을 높이고 있습니다. 따라서 환경 보존과 기후 변화 대응은 단순히 생태계 보호를 넘어 인류의 생존을 위한 필수적인 방역 대책이라고 할 수 있습니다. 전통적인 백신 개발 방식은 유정란을 이용하기 때문에 대량 생산에 시간이 오래 걸리고 급변하는 바이러스 변이에 대응하기 어렵습니다. 하지만 인공지능 기술을 활용하면 유행할 바이러스를 정밀하게 예측하고 백신을 설계하는 데 큰 도움을 받을 수 있습니다. 특히 mRNA 백신은 병원체의 염기 서열만 알면 즉시 설계가 가능하며, 기존 단백질 백신보다 생산 속도가 빠르고 경제적이라는 장점이 있습니다. 이러한 기술적 진보는 만능 인플루엔자 백신 개발과 같은 난제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 최근 주목받는 유전자 가위 기술은 만성 감염 바이러스 치료에 새로운 가능성을 제시합니다. HIV나 헤르페스처럼 체내에 잠복하는 바이러스의 유전체를 직접 절단하여 제거하는 전략은 이론적으로 충분히 가능합니다. 다만, 바이러스가 감염된 특정 세포만을 정확하게 찾아내어 유전자 가위를 전달하는 기술적 장벽을 극복하는 것이 관건입니다. 이를 위해서는 기초 과학 연구뿐만 아니라 임상 전문가들과의 다학제적 협업이 필수적이며, 영장류 모델 등을 활용한 정교한 검증 과정을 거쳐 실제 치료제로 발전시켜 나가야 합니다. 인류가 미생물을 완전히 정복하고 이기는 전략은 현실적으로 불가능에 가깝습니다. 바이러스와 세균은 인류보다 훨씬 오래전부터 지구에 존재해 왔으며, 그들의 변이와 진화 속도는 인간의 대처 능력을 상회하기 때문입니다. 따라서 우리는 바이러스를 박멸의 대상으로만 보기보다, 그들의 습성을 이해하고 피해를 최소화하는 공존의 지혜를 발휘해야 합니다. 치료제 개발과 더불어 바이러스와의 사회적 거리두기, 위생 수칙 준수와 같은 인간 행동의 변화가 병행될 때 비로소 지속 가능한 건강 사회를 구현할 수 있습니다.

안광석

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[석학인터뷰] 선웅_ 뇌 오가노이드, 말그대로 뇌를 만드는 거죠 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

신경발생학은 우리 몸의 가장 복잡한 기관인 뇌와 신경계가 형성되는 과정을 탐구하는 학문입니다. 과거 한스 슈페만이라는 과학자가 배아를 조작해 머리가 두 개인 도롱뇽을 만들어낸 실험은 생명체를 인위적으로 설계하고 만들 수 있다는 가능성을 보여주며 많은 이들에게 영감을 주었습니다. 이러한 연구의 연장선에서 등장한 것이 바로 '오가노이드'입니다. 오가노이드는 우리 몸의 장기를 뜻하는 '오간(Organ)'에서 유래한 용어로, 배양 접시 안에서 인위적으로 만들어낸 3차원 장기 유사체를 의미합니다. 특히 뇌 오가노이드는 실제 뇌와 유사한 구조를 재현함으로써 생명 탄생의 신비를 밝히는 핵심적인 도구로 주목받고 있습니다. 현대 인류는 과거보다 훨씬 더 다양한 기계와 장비를 활용하여 뇌의 기능을 보조받고 있습니다. 과거에 사용하던 주판이 사라지고 컴퓨터가 그 자리를 대신한 것처럼, 미래에는 인공지능이나 로봇 같은 외부 장치가 우리 뇌의 능력을 더욱 확장하는 시대가 올 것입니다. 이러한 변화를 주도하기 위해서는 우리 뇌가 어떤 부분에서 뛰어난지, 혹은 어떤 한계가 있는지를 명확히 파악하는 과정이 필수적입니다. 뇌의 작동 원리를 깊이 있게 이해할수록 우리는 더욱 정교한 보조 장비를 개발할 수 있으며, 이를 통해 모든 사람이 자신의 잠재력을 극대화하며 살아가는 새로운 세상을 맞이하게 될 것입니다. 생명체를 온전히 이해하기 위해서는 진화라는 관점을 빼놓을 수 없습니다. 스티븐 제이 굴드의 저서에서 강조하듯, 생명체가 어떻게 진화해 왔는지를 파악하는 것은 생명과학의 근간을 이루는 중요한 작업입니다. 우리가 뇌에 대해 얼마나 많은 정보를 알고 있는지를 판단하는 가장 확실한 기준 중 하나는 바로 '우리가 직접 만들 수 있는가'입니다. 아주 단순한 세포 하나로부터 실제 뇌와 유사한 조직을 만들어가는 과정은 뇌의 작동 방식을 이해하는 가장 직접적인 경로가 됩니다. 이러한 연구는 단순히 기술적인 성취를 넘어, 인간 지성의 본질이 무엇이며 우리가 뇌로부터 무엇을 배워야 하는지에 대한 깊은 통찰을 제공할 것입니다.

선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 텔로미어로 살아남기 by이현숙｜2020 서울대 자연과학 공개강연 '과학으로 살아남기' | 1강

우리는 누구나 젊고 아름다운 시절을 지나 노화라는 피할 수 없는 과정을 마주하게 됩니다. 과거에는 짧고 굵게 사는 삶을 동경하기도 했지만, 시간이 흐를수록 건강하게 오래 사는 것이 얼마나 소중한지 깨닫게 됩니다. 생명과학은 바로 이러한 인간의 근원적인 관심사인 노화 뒤에 숨겨진 과학적 질서를 탐구합니다. 노화는 단순히 기력이 떨어지는 현상을 넘어 기억력 저하, 면역력 감소, 암 발생 증가 등 다양한 생명 현상과 복잡하게 얽혀 있습니다. 분자생물학자들은 이 모든 현상을 관통하는 공통된 원인을 찾기 위해 생명의 기초 단위인 세포에 주목합니다. 1961년 레너드 헤이플릭은 인간의 세포가 무한히 분열하지 않고 일정 횟수에 도달하면 멈춘다는 사실을 발견했습니다. 이를 '헤이플릭 한계'라고 부르는데, 보통 사람의 세포는 50번에서 70번 정도 분열하면 더 이상 자라지 않습니다. 당시 헤이플릭은 염색체의 끝부분이 복제되는 과정에서 문제가 생겨 분열이 멈출 것이라고 추측했지만, 구체적인 분자 구조까지는 설명하지 못했습니다. 이후 과학자들은 이 한계의 비밀을 풀기 위해 염색체의 맨 끝단인 '텔로미어'에 집중하기 시작했습니다. 세포 분열의 횟수가 정해져 있다는 사실은 우리 생명에 일종의 타이머가 존재함을 시사합니다. 텔로미어는 그리스어로 '실의 끝'이라는 뜻을 가지며, 우리 몸의 설계도인 DNA를 보호하는 신발 끈의 캡과 같은 역할을 합니다. 인간의 DNA는 세포 하나에 들어있는 길이를 모두 펴면 약 2m에 달할 정도로 길지만, 나노미터 단위의 세포 핵 안에 고도로 응축되어 들어있습니다. 텔로미어는 유전 정보를 직접 담고 있지는 않지만, 염색체가 닳아 없어지거나 서로 엉겨 붙지 않도록 끝단을 단단히 고정해 줍니다. 만약 텔로미어가 제대로 기능하지 않는다면 우리의 소중한 생명 정보는 복제 과정에서 손실될 것이며, 이는 곧 세포의 노화와 기능 정지로 이어지게 됩니다. 2009년 노벨 생리의학상은 텔로미어와 이를 유지하는 효소인 '텔로머레이스'의 원리를 밝힌 과학자들에게 돌아갔습니다. DNA는 복제될 때 구조적인 특성상 맨 끝부분이 조금씩 짧아지는 '말단 복제 문제'를 겪게 됩니다. 하지만 생식 세포나 줄기 세포처럼 계속해서 분열해야 하는 세포들은 텔로머레이스라는 효소를 통해 텔로미어의 길이를 다시 늘려 수명을 연장합니다. 이 효소는 RNA를 주형으로 삼아 DNA를 합성하는 역전사 효소의 일종으로, 세포가 노화의 한계를 극복하고 계속해서 생명력을 유지할 수 있게 돕는 불로초와 같은 역할을 수행한다는 사실이 입증되었습니다. 흥미로운 점은 텔로미어의 절대적인 길이가 반드시 수명과 비례하지는 않는다는 사실입니다. 예를 들어 쥐는 사람보다 텔로미어가 훨씬 길지만 수명은 훨씬 짧습니다. 과학자들은 길이보다 텔로미어의 '건강도', 즉 구조적 안정성에 주목했습니다. 텔로미어는 끝부분이 고리 모양으로 말려 들어가는 'T-루프' 구조를 형성하여 DNA 손상 신호가 발생하지 않도록 스스로를 보호합니다. 이 고리가 잘 유지된다면 텔로미어가 조금 짧더라도 세포는 건강하게 대사를 이어갈 수 있습니다. 결국 노화의 핵심은 텔로미어가 얼마나 기냐가 아니라, 그 끝단을 얼마나 안정적으로 갈무리하고 있느냐에 달려 있습니다. 텔로머레이스는 생명 연장의 열쇠이기도 하지만, 동시에 암이라는 치명적인 위험을 내포하고 있습니다. 정상적인 분화 세포는 텔로머레이스가 억제되어 있어 일정 시간이 지나면 노화하고 사멸하지만, 암세포는 이 효소를 다시 활성화하여 무한히 증식하는 능력을 얻습니다. 즉, 암은 세포가 노화라는 자연스러운 제동 장치를 망가뜨리고 불멸을 선택한 결과라고 볼 수 있습니다. 텔로머레이스를 억제하여 암을 치료하려는 시도도 있었지만, 세포는 또 다른 방식으로 텔로미어 길이를 유지하며 저항하기도 합니다. 이처럼 생명은 노화와 암 사이에서 정교한 균형을 유지하며 생존을 이어가고 있습니다. 생명 진화의 관점에서 보면 세포의 노화는 개체에게는 슬픈 일일지 모르나, 종의 번식과 유지에는 유리한 선택일 수 있습니다. 세포가 노화하여 분열을 멈추는 것은 역설적으로 암 발생을 억제하여 개체를 보호하는 방어 기제이기도 합니다. 우리는 텔로미어 과학을 통해 단순히 영생을 꿈꾸는 것이 아니라, 어떻게 하면 더 건강하게 삶을 마무리할 수 있을지를 배웁니다. 유행을 좇기보다 진리를 탐구하는 과학적 태도는 우리 삶의 유한함을 이해하고, 그 안에서 최선의 건강을 유지하는 지혜를 빌려줍니다. 텔로미어의 비밀은 결국 우리 인생의 균형과 순리를 찾아가는 과정과 맞닿아 있습니다.

이현숙

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[석학인터뷰] 훌륭한 과학자가 되기 위해 필요한 것? _팀 헌트 2001년 노벨생리의학상

과학적 발견의 여정에서 운은 결코 무시할 수 없는 요소입니다. 많은 노벨상 수상자들은 자신들이 뛰어난 실력을 갖춘 것 이상으로 운이 좋았다고 고백하곤 합니다. 수많은 과학자가 연구에 매진하지만, 오직 소수만이 역사적인 발견의 순간을 마주하게 되기 때문입니다. 하지만 단순히 운에만 의존하는 것은 아닙니다. 우연히 찾아온 기회를 포착하고 그것이 지닌 진정한 가치를 알아보는 통찰력이 결합될 때 비로소 위대한 성취가 완성됩니다. 이러한 운과 통찰력의 조화는 과학의 역사에서 반복되는 중요한 주제입니다. 세포 분열 과정에서 특정 단백질이 사라졌다가 다시 나타나는 현상을 목격했을 때, 이는 단순한 실험적 오류로 치부될 수도 있었습니다. 그러나 철저하게 통제된 실험 환경 덕분에 이 현상이 세포 주기와 밀접한 관련이 있다는 확신을 가질 수 있었습니다. 당시 주변에서는 이러한 주장을 회의적으로 바라보기도 했지만, 내면의 확신을 믿고 연구를 지속하는 용기가 필요했습니다. 보이지 않는 질서를 찾아내려는 집요함이 결국 생명의 신비를 푸는 열쇠가 되었으며, 이는 과학적 탐구의 본질을 잘 보여줍니다. 성공적인 과학자의 길을 걷기 위해서는 일에 대한 열정뿐만 아니라 유쾌한 마음가짐이 필수적입니다. 연구는 때로 고되고 지루한 과정의 연속일 수 있지만, 그 안에서 즐거움을 찾는 태도가 창의성의 원천이 됩니다. 젊은 연구자들에게 강조하고 싶은 점은 이상을 높게 가지되 현실에 충실해야 한다는 것입니다. 지평선을 바라보는 넓은 시야와 땅을 딛고 묵묵히 나아가는 성실함이 조화를 이룰 때, 과학적 탐구는 비로소 지속 가능한 힘을 얻게 됩니다. 즐거움이 동반된 노력은 그 어떤 의무감보다 강력한 결과를 만들어냅니다. 현대 과학은 과거에 비해 비약적으로 발전했지만, 지나친 전문화로 인해 학문의 전체적인 흐름을 놓치기 쉬운 환경이 되었습니다. 특정 분야에만 매몰되면 자신의 연구가 뇌의 작용이나 생명의 본질과 같은 근본적인 원리에 어떻게 기여하는지 파악하기 어렵습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 교육은 매우 중요한 역할을 합니다. 교육은 우리에게 사물을 바라보는 폭넓은 시야를 제공하며, 배움 자체가 얼마나 즐거운 일인지 다시금 깨닫게 해주는 소중한 통로가 됩니다. 폭넓은 지식은 새로운 발견을 위한 든든한 토대가 되어줍니다. 위대한 과학자들의 공통점은 복잡한 현상 이면에 숨겨진 단순함을 찾아내려 노력했다는 점입니다. 자연은 겉보기에 매우 모호하고 복잡해 보이지만, 그 근간에는 명확하고 단순한 원리가 자리 잡고 있습니다. 아무리 복잡한 시스템이라도 그 안의 핵심적인 질서를 발견하는 것이 과학의 본질입니다. 비록 그 단순함을 찾아내는 과정은 험난하고 고통스러울지라도, 명확한 이해를 향한 갈망은 과학자들을 끊임없이 움직이게 만드는 가장 강력한 동력이 됩니다. 단순함 속에 깃든 진리를 찾는 여정은 과학이 선사하는 최고의 매력입니다.

Sir Tim Hunt(팀 헌트 경)

카오스재단석학인터뷰

생명과학

William Kaelin | 2019 The Nobel Prize Winner, Nobel Prize in Physiology or Medicine | 3강

생명체에게 산소는 생존의 필수 요소이지만, 세포가 산소 농도를 어떻게 감지하고 적응하는지는 오랫동안 베일에 싸여 있었습니다. 2019년 노벨 생리의학상을 수상한 윌리엄 케일린 교수는 세포 내 산소 감지 메커니즘을 규명하며 현대 의학의 새로운 지평을 열었습니다. 이 발견은 단순히 생물학적 호기심을 충족시키는 데 그치지 않고, 암과 빈혈 등 난치성 질환을 치료할 수 있는 결정적인 단서를 제공했다는 점에서 그 가치가 매우 높으며, 기초 과학이 인류의 건강에 어떻게 기여할 수 있는지를 보여주는 완벽한 사례로 꼽힙니다. 케일린 교수의 연구는 임상 의사로서 환자를 돌보던 경험에서 시작되었습니다. 그는 희귀 유전병인 폰 히펠-린다우(VHL) 증후군 환자들에게서 나타나는 종양이 유독 혈관이 풍부하다는 점에 주목했습니다. VHL 유전자에 변이가 생기면 세포가 마치 산소가 부족한 상태인 것처럼 착각하여 혈관 형성을 촉진하는 신호를 과도하게 보낸다는 사실을 발견한 것입니다. 이는 특정 유전자의 결함이 세포의 산소 감지 체계를 어떻게 교란하는지 이해하는 중요한 출발점이 되었으며, 질병의 근본 원인을 파헤치는 계기가 되었습니다. 연구의 핵심은 VHL 단백질과 저산소 유도 인자인 HIF 사이의 상호작용에 있습니다. 산소가 충분한 환경에서 VHL 단백질은 HIF에 표식을 남겨 이를 파괴함으로써 세포 내 농도를 낮게 유지합니다. 하지만 산소가 부족해지면 이 과정이 중단되어 HIF가 축적되고, 이는 적혈구 생성이나 혈관 확장을 돕는 유전자들을 활성화합니다. 이러한 정교한 '분자 스위치' 메커니즘은 우리 몸이 환경 변화에 유연하게 대응하며 항상성을 유지하는 원동력이 됩니다. 이 과정에서 수산화효소가 산소 센서 역할을 수행한다는 점도 밝혀졌습니다. 이 메커니즘의 규명은 암 치료 분야에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 특히 신장암의 경우 VHL 유전자의 변이가 빈번하게 발생하는데, 이를 통해 암세포가 산소 공급을 받기 위해 끊임없이 새로운 혈관을 만들어낸다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구진은 HIF의 활성을 억제하거나 관련 경로를 차단하는 약물을 개발하여 암세포의 영양 공급원을 차단하는 전략을 세웠습니다. 현재 이러한 원리를 이용한 치료제들이 임상 시험을 거쳐 실제 환자들에게 새로운 희망이 되고 있으며, 이는 기초 과학 연구가 실제 의료 현장에 적용된 훌륭한 사례입니다. 반대로 산소 감지 체계를 조절하여 빈혈을 치료하는 연구도 활발히 진행 중입니다. 만성 신장 질환 환자들은 적혈구 생성 호르몬인 에리스로포이에틴이 부족해 심각한 빈혈을 겪는 경우가 많습니다. 이때 HIF를 분해하는 효소의 기능을 억제하면, 산소가 충분한 상황에서도 HIF가 안정화되어 적혈구 생성을 촉진할 수 있습니다. 이는 기존의 주사제 대신 먹는 약으로 빈혈을 관리할 수 있는 가능성을 열어주었으며, 환자들의 삶의 질을 획기적으로 개선하는 성과로 이어지고 있습니다. 질병의 메커니즘을 이해하는 것이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 위대한 과학적 발견 뒤에는 수많은 실패와 거절의 순간들이 있었습니다. 케일린 교수는 자신의 논문이 학술지에서 거절당하거나 연구비 확보에 어려움을 겪었던 경험을 공유하며, 과학자에게 필요한 가장 중요한 덕목으로 인내심을 꼽았습니다. 그는 단순히 결과를 쫓기보다 눈앞의 질문에 집중하고, 그 질문이 이끄는 대로 나아가는 과정 자체에서 즐거움을 찾아야 한다고 강조합니다. 훌륭한 멘토와의 만남과 논리적인 사고 훈련 역시 그가 난관을 극복하고 성과를 내는 데 큰 밑거름이 되었으며, 이는 모든 연구자에게 귀감이 되는 태도입니다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 청소년들에게 그는 자신이 열정을 느낄 수 있는 분야를 찾는 것이 무엇보다 중요하다고 조언합니다. 과학은 세상의 수수께끼를 풀어나가는 즐거운 놀이와 같기 때문입니다. 노벨상이라는 결과에 매몰되기보다 연구 과정에서 마주하는 데이터 하나하나에 기쁨을 느끼는 태도가 창의적인 발견의 시작입니다. 끊임없는 호기심과 합리적인 의심을 바탕으로 미지의 영역에 도전하는 정신이야말로 인류의 지평을 넓히는 진정한 힘이 될 것입니다. 과학적 합리주의를 바탕으로 한 탐구는 우리 사회를 더욱 발전시키는 밑거름이 될 것입니다.

William G. Kaelin Jr(윌리엄 케일린)

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[석학인터뷰] 류형돈_인간은 왜 늙고 노화할까요? | 2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體'

생물학적 관점에서 노화는 엔트로피에 의해 신체 부속품이 망가지는 속도와 이를 수리하는 속도 사이의 균형으로 설명됩니다. 불로장생하거나 장수하는 생물들은 대개 뛰어난 수리 능력을 갖추고 있습니다. 반면, 수리보다는 다른 기능에 에너지를 집중하는 생명체들은 상대적으로 빨리 늙는 경향이 있습니다. 예를 들어 말미잘은 손상된 부위를 완벽하게 고치며 노화를 억제하지만, 그 대가로 뇌나 근육 같은 복잡한 기관을 발달시키지 못했다는 특징이 있습니다. 성장과 노화의 상관관계는 생물 종마다 다르게 나타납니다. 박테리아처럼 성장이 노화로 이어지지 않는 경우도 있지만, 포유류를 포함한 많은 유성생식 생명체에서는 성장이 빠를수록 노화도 촉진되는 특성을 보입니다. 같은 종 내에서도 덩치가 큰 개체들이 더 빨리 늙는 사례가 많으며, 인간의 경우에도 과도한 성장을 유발하는 거인증 환자들이 젊은 나이에 각종 질환에 시달리는 반면, 저신장증을 가진 이들은 노화 관련 질병의 빈도가 낮다는 연구 결과가 존재합니다. 현재 인류의 최대 수명은 약 120세 정도로 추정되며, 이는 통계적으로 벨 커브 형태의 분포를 보입니다. 사회가 건강해짐에 따라 120세에 도달하는 사람들의 숫자는 점차 늘어날 수 있겠지만, 생물학적 한계 자체가 단기간에 확장될 징후는 뚜렷하지 않습니다. 따라서 수명의 한계를 무리하게 늘리는 것보다는 주어진 시간 동안 얼마나 건강하게 삶을 유지하며 노화 관련 질병을 예방하느냐가 현대 과학의 중요한 화두가 되고 있습니다. 과학적 발견의 과정은 때로 스릴러 영화처럼 흥미진진한 전개를 보여주기도 합니다. 제임스 왓슨의 저서 '이중나선'은 DNA 구조를 발견하기까지의 치열한 경쟁과 갈등을 생생하게 묘사하여 많은 젊은 과학자들에게 영감을 주었습니다. 이러한 기록들은 발견이 단순히 실험실 안의 정적인 작업이 아니라, 때로는 타인의 데이터를 참고하거나 경쟁하는 것과 같은 인간적인 욕망과 열정이 뒤섞인 역동적인 과정임을 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 대중에게 과학적 원리를 전달하는 것은 연구만큼이나 가치 있는 일입니다. 전문적인 논문을 쓰는 것에서 나아가, 일반인들이 노화의 과학을 쉽게 이해할 수 있도록 일상적인 일화와 옛날이야기를 곁들인 서적을 집필하는 시도가 이어지고 있습니다. 과학적 지식이 상아탑 안에만 머물지 않고 대중의 흥미와 결합할 때, 비로소 더 많은 이들이 과학적 사고의 즐거움을 느끼고 건강한 삶에 대한 통찰을 얻을 수 있게 되며 연구자 또한 보람을 느끼게 됩니다.

류형돈

카오스재단카오스강연

생명과학

[석학인터뷰] 윤환수_ 공생이 이렇게 중요합니다 여러분! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

생명의 기원을 연구하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제입니다. 일반적인 과학 연구는 가설을 세우고 실험을 통해 증명하며 반복 가능성을 확인해야 하지만, 30억 년 전의 환경을 재현하기란 현실적으로 불가능에 가깝기 때문입니다. 특히 국내 연구 환경에서는 단기적인 성과를 중시하는 경향이 있어, 수년 이상의 긴 호흡이 필요한 기원 연구에 매진할 연구자를 찾기가 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 생명의 뿌리를 찾는 작업은 인류의 근원적인 궁금증을 해결하고 과학의 지평을 넓히는 중요한 열쇠가 됩니다. 1967년 린 마굴리스 박사가 제안한 세포 내 공생설은 현대 생물학의 중요한 기둥이 되었습니다. 이 학설은 미토콘드리아나 엽록체가 본래 독립된 박테리아였다가 다른 세포와 결합하여 공생하게 되었다는 점을 시사합니다. 최근에는 고세균과 박테리아의 결합을 통해 진핵생물이 탄생했다는 가설까지 확장되어 연구가 진행되고 있습니다. 비록 진핵생물의 기원에 대해서는 더 많은 검증이 필요하지만, 공생은 생명 진화의 복잡성을 설명하는 데 있어 매우 설득력 있는 학설로 인정받고 있습니다. 해조류가 인간과 같은 지능이나 뇌를 가지고 소통할 수 있는지에 대한 질문은 매우 흥미롭습니다. 과학적으로 볼 때 해조류에게 인간과 같은 형태의 뇌는 없지만, 이들은 해류의 흐름에 몸을 맡기거나 햇빛을 더 잘 받기 위해 최적의 위치를 찾는 등 환경 자극에 민감하게 반응합니다. 비록 인간과 언어로 대화하는 수준의 커뮤니케이션은 어렵더라도, 생명체마다 각자의 생존 전략을 가지고 환경과 상호작용하는 모습은 그 자체로 연구할 가치가 충분한 생물학적 현상이라 할 수 있습니다.

윤환수

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 술술과학] 생명의기원, 3막의드라마

생명의 기원을 한 편의 연극에 비유한다면 그 무대는 지구이며, 배우는 과거와 현재를 아우르는 모든 생명체입니다. 우리 인간 역시 수많은 배우 중 하나에 불과하지만, 동시에 이 연극을 지켜보는 관객이기도 합니다. 우리가 존재하기 위해 반드시 필요했던 이 거대한 드라마를 스스로 관찰하고 탐구한다는 점은 매우 경이로운 일입니다. 주인공이 따로 없는 이 무대에서 모든 생명은 각자의 역할을 수행하며 지구라는 거대한 생태계를 구성하는 소중한 일원으로 존재해 왔습니다. 만약 이 연극에 초자연적인 시나리오가 있었다면 우리는 정해진 역할만을 수행하는 존재였겠지만, 자발적인 규칙에 의해 움직인다면 생명은 스스로 역사를 써 내려가는 주체가 됩니다. 생명은 자연에서도 저절로 발생할 수 있으며, 이는 세세한 청사진 없이도 생명체가 매 순간 자율성을 가지고 드라마를 만들어 가는 과정이라 할 수 있습니다. 이러한 관점은 생명을 단순히 창조된 결과물이 아니라, 환경과 상호작용하며 끊임없이 변화하고 적응해 나가는 역동적인 존재로 바라보게 합니다. 생명의 드라마는 총 3막으로 구성됩니다. 제1막은 자연의 원소들이 결합하여 아미노산, 핵산, 지질과 같은 유기물이 탄생하는 과정입니다. 이는 생명체를 구성하는 기초 재료를 준비하는 단계입니다. 이어지는 제2막에서는 이러한 유기물들이 모여 생명의 최소 단위인 세포가 탄생하며 지구 역사상 가장 극적인 전환점을 맞이합니다. 이 시기는 단순한 화학 반응의 단계를 넘어, 스스로를 복제하고 에너지를 대사하는 생명 활동의 시작을 알리는 중요한 시점입니다. 우주의 기원을 설명하는 빅뱅 우주론이 우주의 역사를 가늠하는 시계를 제공하듯, 생명의 세계에도 이와 유사한 법칙이 존재합니다. 바로 다윈의 진화론입니다. 진화론은 현재의 복잡한 생태계가 아주 오래전 하나의 공통 조상에서 시작되었음을 시사합니다. 과학자들은 이 공통 조상을 '루카(LUCA)'라고 부르며 생명의 뿌리를 찾고자 노력하고 있습니다. 진화는 생명이 시간의 흐름에 따라 어떻게 분화되고 발전해 왔는지를 보여주는 가장 강력한 과학적 도구이자 생명의 역사를 관통하는 핵심 원리입니다. 많은 이들이 단순한 세포 하나가 어떻게 인간처럼 복잡한 생명체로 변할 수 있는지 의문을 품기도 합니다. 하지만 우리는 이미 그 불가능해 보이는 과정을 몸소 증명하고 있습니다. 단 하나의 수정란이 단 아홉 달 만에 수조 개의 세포를 가진 복잡한 성체로 성장하는 기적을 매번 반복하고 있기 때문입니다. 38억 년이라는 유구한 시간은 자연이 이와 유사한 위대한 일을 해내기에 충분한 세월이었으며, 그 결과로 오늘날의 찬란한 생명의 다양성이 완성될 수 있었습니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[카오스 술술과학] 과학의 중간계, 다양성의 제왕!

우리가 마주하는 세상은 정교한 레고 작품보다 훨씬 복잡하고 아름다운 구조를 지니고 있습니다. 레고가 부품에서 곧장 완성품이 되는 것과 달리, 우리 세계는 세 단계의 정교한 과정을 거쳐 형성됩니다. 가장 먼저 기본 입자들이 모여 원자를 구성하고, 이 원자들이 다시 결합하여 분자를 만들며, 최종적으로 우리가 보는 만물이 탄생합니다. 이때 기본 입자의 설계도라 할 수 있는 표준 모형의 17종 기본 입자와 118종의 원소를 정리한 주기율표는 우주를 이해하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 화학은 바로 이러한 원소들이 결합하여 만들어내는 무한한 분자의 세계를 다루는 학문이라 할 수 있습니다. 사물의 크기를 기준으로 세계를 탐험해 보면 놀라운 미시 세계가 펼쳐집니다. 인간이 맨눈으로 볼 수 있는 한계인 0.1mm 수준에는 머리카락 굵기나 유글레나 같은 세포 생물이 존재합니다. 현미경의 도움을 받아 더 깊이 들어가면 미세먼지와 세균이 활동하는 영역을 지나, 바이러스가 나타나는 나노미터 단위에 도달하게 됩니다. 여기서 더 작아지면 본격적인 분자와 원자의 세상이 시작되는데, 원자의 크기인 10⁻¹⁰m는 인간이 시각적으로 인지할 수 있는 최후의 보루와 같습니다. 그 너머에는 크기를 가늠하기 힘든 양성자와 점과 같은 전자, 쿼크의 영역이 자리 잡고 있습니다. 학문의 체계에서 화학은 단순함을 탐구하는 물리학과 복잡성을 다루는 생물학 사이의 가교 역할을 수행합니다. 매우 단순한 기본 입자로부터 어떻게 이토록 복잡한 생명 현상이 출현했는지는 인류 최대의 수수께끼 중 하나이며, 화학은 그 변화가 시작되는 핵심 지점에 위치합니다. 흥미롭다는 뜻의 영어 단어 '인터레스트(Interest)'가 '사이에 존재한다'는 라틴어 어원에서 유래했듯, 물질계와 생명계를 이어주는 화학의 위치는 그 자체로 매우 매력적입니다. 단순한 물리 법칙이 생명의 경이로움으로 변모하는 그 경계에서 화학은 우주의 신비를 푸는 중요한 단서를 제공하며 우리를 더 깊은 탐구의 세계로 안내합니다.

카오스재단술술과학

물리학
융합

[강연] 생명체의 탄생 (1) _ 노정혜 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 1강 | 1강 ①

분자생물학은 생명 현상을 구성하는 분자들의 상호작용을 통해 생명의 본질을 이해하려는 학문입니다. 우리가 생명체라고 부르는 유기체는 무생물과 구분되는 몇 가지 핵심적인 특징을 공유합니다. 단순히 숨을 쉬거나 자라는 외형적 변화를 넘어, 생물학적으로는 유전과 증식, 대사, 환경에 대한 반응, 그리고 진화라는 네 가지 요소가 필수적입니다. 이러한 특징을 모두 갖춘 가장 작은 단위가 바로 세포이며, 단세포 생물인 세균은 그 자체로 완벽한 생명체의 조건을 충족합니다. 반면 바이러스는 스스로 대사할 수 없어 살아있는 세포 안에서만 증식할 수 있기에 완전한 생명체로 보기 어렵습니다. 생명의 기원을 찾는 과정은 결국 우리 모두의 조상을 찾아가는 거대한 족보 탐구와 같습니다. 과거에는 기록이나 유물에 의존해 뿌리를 찾았지만, 현대 과학은 DNA 염기서열 분석이라는 강력한 도구를 사용합니다. 세포 핵 속의 염색체를 구성하는 DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기의 배열을 통해 방대한 유전 정보를 저장합니다. 이 서열을 비교하면 친자 확인은 물론, 현생 인류인 호모 사피엔스와 멸종한 네안데르탈인이 약 50만 년 전에 공통 조상에서 갈라져 나왔다는 사실까지 정밀하게 파악할 수 있으며, 이는 모든 생명체로 확장될 수 있는 원리입니다. 찰스 다윈은 모든 생명체가 공통의 조상으로부터 가지를 치며 변해왔다는 진화의 개념을 체계화했습니다. 생물 종 사이의 연관성은 공통으로 가진 유전자의 염기서열이 얼마나 유사한지를 나타내는 '상동성'을 통해 측정됩니다. 예를 들어 사람과 원숭이, 쥐, 물고기의 유전자를 비교하면 그 유사도에 따라 유연관계의 거리를 숫자로 산출할 수 있습니다. 이렇게 도출된 데이터를 바탕으로 생물 간의 계통을 나무 모양으로 시각화한 것이 바로 '계통수'입니다. 계통수는 생명체들이 서로 얼마나 가까운 친척인지, 그리고 언제 어떻게 갈라져 나왔는지를 보여주는 유전적 지도가 됩니다. 현대 미생물학자 칼 워즈는 모든 생명체가 공유하는 리보솜 RNA 서열을 분석하여 생명의 계통도를 새롭게 정의했습니다. 과거에는 생물을 단순히 동물과 식물, 혹은 다섯 가지 계로 분류했지만, 유전자 분석 결과 지구상의 모든 생명체는 세균, 고균, 진핵생물이라는 세 개의 거대한 도메인으로 나뉜다는 사실이 밝혀졌습니다. 특히 고균은 극한 환경에서 살아가는 독특한 특성을 지니며, 진핵생물 내부의 미토콘드리아나 엽록체 역시 과거 특정 세균과의 공생에서 비롯되었음을 유전자 서열의 유사성을 통해 확인할 수 있습니다. 이는 생명의 분류 체계가 외형이 아닌 유전적 뿌리에 근거해야 함을 시사합니다. 생명의 계통수에서 가장 뿌리에 해당하는 지점에는 모든 생명체의 최후 공통 조상인 '루카(LUCA)'가 존재합니다. 루카는 현재 지구상에 존재하는 모든 생물의 공통된 기점이 되는 존재로, 약 35억 년보다 훨씬 더 이전에 출현했을 것으로 추정됩니다. 계통수에 화석 기록과 돌연변이 속도를 결합하면 시간의 개념이 더해진 정교한 생명의 역사가 완성됩니다. 이를 통해 우리는 인간과 곰팡이가 약 15억 년 전에 갈라졌다는 사실 등을 알 수 있으며, 지구 탄생 이후 끊임없이 이어져 온 생명 탄생의 경이로운 여정을 과학적으로 이해하게 됩니다.

노정혜

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생명과학

[강연] 유전자가위로 유전자 수술하기 (1) _ 김진수 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ③

유전자 가위는 DNA를 정교하게 잘라내고 수술하는 혁신적인 도구입니다. 이 기술은 난치병 치료뿐만 아니라 농작물과 가축의 개량 등 다양한 분야에서 부가가치를 창출할 잠재력을 지니고 있습니다. 특히 3세대 크리스퍼 유전자 가위의 등장은 생명과학계의 거대한 전환점이 되었습니다. 이제 유전자 교정은 실험실의 연구를 넘어 사회적 함의를 지닌 중요한 화두가 되었으며, 일반인들도 이 기술의 원리와 영향을 이해하는 것이 필요합니다. 로봇이나 인공지능과 더불어 미래를 바꿀 10대 기술로 선정될 만큼 그 중요성이 날로 커지고 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 공통 조상에서 유래했지만, DNA의 변이가 축적되면서 수천만 종의 다양성이 생겨났습니다. 하지만 이러한 변이는 때로 유전 질환의 원인이 되기도 합니다. 예를 들어 낫 모양 적혈구 빈혈은 32억 개의 염기쌍 중 단 한 글자가 바뀌어 발생하며, 환자들은 평생 심각한 빈혈과 고통에 시달립니다. 이처럼 아주 미세한 유전자 차이가 건강과 질병을 결정짓는 결정적인 요인이 됩니다. 현재까지 만여 종의 유전 질환이 알려져 있으며, 이는 신생아의 약 1%에게 영향을 미칠 정도로 우리 삶과 밀접한 관련이 있습니다. 과거의 유전자 치료는 외부에서 합성 유전자를 주입하는 방식이었으나, 유전자가 무작위로 삽입되어 암을 유발하는 등 안전성 문제가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 등장한 것이 유전자 가위 기술입니다. 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌을 거쳐 현재의 3세대 크리스퍼 유전자 가위에 이르기까지 기술은 비약적으로 발전했습니다. 초기 기술들은 제작이 어렵고 진입 장벽이 높았으나, 3세대 크리스퍼 유전자 가위는 누구나 손쉽게 사용할 수 있을 만큼 정확하고 효율적입니다. 이러한 기술적 혁신 덕분에 이제는 유전자를 단순히 관찰하는 수준을 넘어 정교하게 교정하는 시대가 열렸습니다. 3세대 크리스퍼 유전자 가위는 본래 미생물이 바이러스의 침입에 대항하기 위해 발달시킨 정교한 면역 체계에서 유래했습니다. 세균은 자신을 공격했던 바이러스의 유전자 조각을 자신의 DNA에 기록해 두었다가, 동일한 적이 다시 침입하면 이를 인식해 잘라버립니다. 과학자들은 이 놀라운 시스템을 인간 세포에 적용하는 데 성공했습니다. 인간의 DNA는 히스톤 단백질에 복잡하게 꼬여 있어 접근이 어렵다는 회의적인 시각도 있었으나, 연구를 통해 32억 개의 염기쌍 중 원하는 표적을 정확히 찾아내어 절단할 수 있음을 증명해 냈습니다. 유전자 가위 기술은 이미 구체적인 치료 사례를 만들어내고 있습니다. HIV의 수용체인 CCR5 유전자를 제거하여 면역력을 갖게 하거나, 뒤집힌 유전자를 바로잡아 혈우병을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 실제로 혈우병 생쥐 모델에서 교정된 세포를 통해 증상을 완화하는 성과를 거두기도 했습니다. 이러한 기술은 인간뿐만 아니라 동식물 등 생태계 전반에 적용되어 새로운 세상을 열어줄 것으로 기대됩니다. 인류 역사상 최초로 유전자를 직접 수술하여 질병을 근원적으로 치유하는 시대가 눈앞에 다가와 있습니다.

김진수

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생명과학

[강연] 게놈으로 읽는 생명(1) _ 박종화 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ①

생명은 어디에서 왔으며 왜 죽어야 하는가라는 질문은 인류가 가진 가장 근원적인 물음입니다. 과학의 관점에서 생명은 원소들이 특정 구조를 형성하고 시간에 따라 진화해 가는 과정으로 정의됩니다. 특히 게놈은 이러한 생명 현상을 읽어내는 핵심적인 열쇠입니다. 태극기에 담긴 우주의 원리처럼, 생명 또한 음양의 조화와 같은 역동적인 상호작용을 통해 존재합니다. 우리는 게놈 해독을 통해 생로병사의 운명이 이미 정해져 있는지, 아니면 환경에 따라 변해가는 것인지에 대한 답을 찾을 수 있습니다. 이는 단순한 생물학적 연구를 넘어 우주의 기원과 진화를 이해하는 철학적 토대가 됩니다. 생명을 정의하는 흥미로운 관점 중 하나는 이를 '스위치 세트'로 보는 것입니다. 우주가 탄생한 빅뱅의 순간을 정보의 스위치가 켜진 시점으로 본다면, 생명체는 수많은 정보 처리 함수들이 연결된 거대한 회로와 같습니다. 여기서 중요한 개념은 '생명체 박스론'입니다. 세포라는 작은 박스에서 시작해 조직, 개체, 그리고 지구라는 거대한 박스에 이르기까지 생명은 일정한 질서와 법칙을 가지고 구조를 형성합니다. 이러한 박스들은 에너지를 통해 구조와 순서를 유지하며, 앞뒤 서열의 차이에 따라 생명체의 행동과 형질이 결정됩니다. 결국 생명은 정보를 담고 처리하는 정교한 물리적 실체라고 할 수 있습니다. 진화는 시간이 흐름에 따라 생명체라는 박스가 점진적으로 변화해 가는 과정입니다. 다윈의 자연 선택 이론에 따르면, 무작위로 발생하는 변이들이 축적되면서 조상으로부터 새로운 형태의 생명체가 탄생합니다. 이 진화의 중심에는 바로 게놈이라는 정보 덩어리가 있습니다. 게놈은 단순한 염기 서열의 나열이 아니라, 생명 활동을 조절하는 신호 처리 회로의 집합체입니다. 30억 개의 염기 서열 속에는 과거의 역사가 기록되어 있으며, 동시에 미래를 예측할 수 있는 단서가 숨겨져 있습니다. 우리는 게놈을 통해 생명이 어떻게 환경에 적응하고 자신을 복제하며 진화해 왔는지를 과학적으로 증명할 수 있습니다. 게놈 정보를 해독하고 분석하는 생정보학은 마치 정밀한 지도를 만드는 작업과 같습니다. 과거 김정호가 대동여지도를 만들어 국토의 실체를 파악했듯이, 현대 과학자들은 게놈 지도를 통해 생명의 설계도를 그려냅니다. 70억 인류 개개인의 게놈 데이터를 수집하고 비교하면 인간이라는 종의 공통된 구조와 개별적인 변이를 명확히 이해할 수 있습니다. 이러한 데이터는 엄청난 양의 빅데이터를 형성하며, 이를 컴퓨터로 계산하고 분석함으로써 생명 현상을 예측 가능한 영역으로 끌어들입니다. 우주가 계산 가능하다는 전제 아래, 생명 또한 정교한 계산을 통해 그 비밀을 하나씩 드러내고 있는 것입니다. 앞으로 게놈 기술은 반도체만큼이나 우리 삶의 모든 영역에 깊숙이 스며들 것입니다. 보건 의학 분야에서는 개인별 맞춤형 정밀 의료를 가능하게 하여 암이나 노화와 같은 난치병 정복의 근거를 마련해 줍니다. 뿐만 아니라 농업, 환경 모니터링, 식품 안전 등 다양한 산업 분야에서 게놈 정보가 핵심적인 역할을 수행하게 될 것입니다. 실시간으로 박테리아나 바이러스의 게놈을 읽어 질병을 예방하고, 유전자 편집을 통해 생산성을 높이는 시대가 다가오고 있습니다. 결국 게놈을 이해하는 것은 인간 자신을 깊이 이해하는 것이며, 이는 인류의 건강과 미래를 혁신적으로 변화시킬 원동력이 될 것입니다.

박종화

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생명과학

[강연] 단백질 : 3차원의 마술사 (4) 김성훈 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 4강 | 4강 ④

우리 몸은 수십 조 개의 세포로 이루어진 거대한 유기체입니다. 이 세포들을 구성하고 기능을 수행하게 만드는 핵심 물질은 바로 단백질입니다. 인체의 약 40%를 차지하는 단백질은 생명 현상을 실질적으로 이끌어가는 주역이라 할 수 있습니다. 물리학자가 숫자의 정밀함에 집중한다면, 생물학자는 생명이 가진 유연성과 조화에 주목합니다. 이러한 관점에서 단백질은 우리 몸의 구조를 형성할 뿐만 아니라, 끊임없이 변화하며 생명 활동을 이어가는 역동적인 기초가 됩니다. 생명체 내의 세포는 끊임없이 재생되지만, 모든 부위가 같은 방식으로 회복되는 것은 아닙니다. 혈액 세포처럼 활발하게 다시 만들어지는 부분이 있는 반면, 신경세포처럼 한 번 손상되면 재생이 어려운 조직도 존재합니다. 이러한 재생의 한계를 극복하기 위해 현대 과학은 줄기세포 연구에 매진하고 있습니다. 특히 척수 마비와 같은 신경 손상을 회복시키려는 노력은 생명의 연속성을 확보하려는 인류의 의지를 보여줍니다. 재생 가능한 영역과 그렇지 못한 영역을 이해하는 것은 우리 몸을 보호하는 첫걸음입니다. 인간 게놈 프로젝트를 통해 밝혀진 유전자의 수는 약 2만 개에서 2만 5천 개 사이입니다. 하지만 우리 몸에서 실제로 활동하는 단백질의 종류는 100만 가지가 넘습니다. 유전자 수와 단백질 수 사이의 이 거대한 차이를 'N-패러독스'라고 부릅니다. 이는 설계도인 DNA의 정보보다 실제 현장에서 일어나는 변화가 훨씬 더 복잡하고 다양함을 의미합니다. 생명은 단순히 고정된 정보를 복제하는 과정이 아니라, 주어진 정보를 바탕으로 무수히 많은 가능성을 창조해 나가는 예술적인 과정이라 할 수 있습니다. 단백질의 다양성은 유전자가 결정된 이후에 일어나는 역동적인 변화에서 기인합니다. 하나의 유전자에서 만들어진 단백질이라도 인산화, 아세틸화, 메틸화와 같은 다양한 단백질 변형 과정을 거치며 수백 가지의 다른 형태와 기능을 갖게 됩니다. 이러한 단백질 변형은 유전자가 직접 조절하지 않는 영역으로, 생명체가 환경에 적응하고 복잡한 기능을 수행할 수 있게 하는 핵심 기작입니다. 아미노산 서열이라는 기본 틀 위에 덧입혀지는 이러한 변화들이 모여 생명의 경이로운 복잡성을 완성하게 됩니다. 생명체를 구성하는 거대 고분자에는 네 가지 핵심 요소가 있습니다. 유전 정보를 담은 핵산, 기능을 수행하는 단백질, 에너지원이 되는 탄수화물, 그리고 세포의 경계를 만드는 지질이 그것입니다. 만약 우리가 외계에서 생명의 흔적을 찾는다면 가장 먼저 이 네 가지 물질의 존재 여부를 확인할 것입니다. 이들은 각각 독립적인 역할을 수행하면서도 서로 긴밀하게 상호작용하며 생명이라는 시스템을 유지합니다. 특히 단백질은 DNA를 복제하고 RNA를 전사하는 효소로서 다른 고분자들의 생성과 유지에도 깊이 관여합니다. 생명 현상의 중심 원리인 '센트럴 도그마' 과정에는 오류를 방지하기 위한 정교한 편집 기작들이 존재합니다. DNA 복제나 단백질 번역 과정에서 실수가 발생하면 세포는 이를 즉시 수정하거나, 잘못 만들어진 단백질을 빠르게 제거하여 시스템의 붕괴를 막습니다. 만약 치명적인 오류가 발생하여 수정이 불가능할 경우, 해당 세포는 스스로 사멸하는 방식을 택하기도 합니다. 이러한 다중 안전장치는 수십억 년 동안 생명이 멸종하지 않고 이어져 올 수 있었던 비결이며, 생명체가 가진 놀라운 정밀함을 대변합니다. 생명은 안정성과 유동성이라는 두 축 사이의 절묘한 균형 위에서 존재합니다. 정보를 보존하려는 DNA의 안정성과 기능을 수행하기 위해 변화를 수용하는 단백질의 역동성은 서로 대립하는 듯 보이지만 사실은 생존을 위한 최고의 파트너입니다. 이러한 생명의 원리는 우리 사회의 구조와도 닮아 있습니다. 다양성을 포용하고 변화에 유연하게 대응하면서도 핵심적인 가치를 지켜나가는 조화로움이야말로 생명이 우리에게 주는 가장 큰 가르침입니다. 우리는 단백질의 세계를 통해 생명의 신비와 삶의 지혜를 동시에 배울 수 있습니다.

김성훈, 신석민, 한병우

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생명과학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (4) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ④

현미경의 발명은 인류가 생명의 근원을 바라보는 방식을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 17세기 로버트 훅은 코르크 조각을 관찰하며 작은 방 모양의 구조에 '세포'라는 이름을 붙였고, 레벤후크는 직접 깎은 렌즈로 미생물의 존재를 처음으로 세상에 알렸습니다. 이러한 발견은 질병이 신의 저주가 아닌 미세한 생명체에 의한 것임을 깨닫게 하는 전환점이 되었습니다. 보이지 않는 미시 세계를 시각화하려는 인간의 끊임없는 열망은 현대 생명 과학의 기초를 다지는 가장 중요한 동력이 되었습니다. 새로운 관측 기술의 등장은 항상 새로운 과학적 발견을 예고합니다. 과학자들에게 혁신적인 기기는 단순히 도구를 넘어 인류의 지식 지평을 넓히는 열쇠와 같습니다. 과거에는 상상조차 할 수 없었던 미시 세계의 역동적인 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 되면서, 우리는 생명 현상의 본질에 한 걸음 더 다가서게 되었습니다. 첨단 현미경 기술은 보이지 않는 진실을 드러냄으로써 과학의 진보를 이끄는 가장 강력한 무기가 되고 있으며, 이는 미래 과학의 방향을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 우리가 일상에서 보는 금의 황금색은 원자 하나가 가진 고유한 색이 아닙니다. 개별 원자는 가시광선을 흡수하는 방식이 달라 색이 없다고 볼 수 있지만, 수많은 원자가 모여 상호작용을 시작하면 비로소 특정한 색을 띠게 됩니다. 금 원자가 약 1억 개 정도 모여 일정한 크기를 형성할 때 우리가 아는 찬란한 노란색이 나타나는 것입니다. 이는 물질의 성질이 개별 단위가 아닌 집합체로서의 상호작용을 통해 결정된다는 오묘한 과학적 원리를 잘 보여주는 대표적인 사례라고 할 수 있습니다. 흥미롭게도 물질의 크기를 나노 단위로 쪼개면 우리가 알던 색과는 전혀 다른 모습이 나타납니다. 예를 들어 순금을 나노 입자로 만들면 붉은색 용액으로 변하는데, 이는 표면에서 일어나는 나노 효과인 플라스몬 현상 때문입니다. 귀금속의 가치는 그 영롱한 색에 있지만, 과학적 관점에서 보면 그 색조차 입자의 크기와 배열에 따라 변하는 가변적인 현상일 뿐입니다. 이러한 나노 세계의 특성은 물질을 바라보는 우리의 고정관념을 깨뜨려 주며 새로운 기술적 가능성을 제시합니다. 원자의 내부를 들여다보면 거시 세계의 상식과는 동떨어진 놀라운 광경이 펼쳐집니다. 원자는 대부분 텅 빈 공간으로 이루어져 있으며, 그 질량의 대부분은 아주 작은 원자핵에 집중되어 있습니다. 운동장 한가운데 놓인 모래알 하나가 원자핵이라면 나머지 공간은 전자가 헤엄치는 광활한 빈터와 같습니다. 하지만 이 텅 빈 공간은 전자의 상호작용으로 인해 다른 물질이 쉽게 침범할 수 없는 견고한 경계를 형성합니다. 미시 세계는 이처럼 비어 있음과 가득 참이 공존하는 신비로운 곳입니다. 현대 과학은 이제 인간의 의식과 정신 작용이라는 미지의 영역에 도전하고 있습니다. 과거에는 영혼의 영역이라 여겨졌던 생각과 감정조차 뇌 속 신경세포들의 복잡한 신호 전달 과정으로 이해하려는 시도가 이어지고 있습니다. 뇌 회로를 정밀하게 매핑하는 프로젝트는 인간의 사고 체계가 어떻게 작동하는지 과학적 기반 위에서 규명하고자 합니다. 비록 정신의 모든 비밀을 풀기에는 아직 갈 길이 멀지만, 인지 과학의 발전은 인간에 대한 이해를 새로운 차원으로 끌어올리고 있습니다. 영화 속 아이언맨처럼 새로운 원소를 창조하는 것은 물리 법칙상 매우 어려운 일이지만, 분자의 세계는 여전히 무궁무진한 가능성을 품고 있습니다. 인류는 지난 수십 년간 수천만 개의 새로운 분자를 합성하며 물질의 진화를 이끌어 왔습니다. 과거에 절대 불가능하다고 믿었던 광학적 한계들이 기술의 발전으로 깨졌듯이, 오늘의 과학적 상식 또한 내일의 새로운 발견에 의해 뒤바뀔 수 있습니다. 과학은 고정된 정답을 찾는 과정이 아니라, 끊임없이 질문하며 한계를 극복해 나가는 여정입니다.

김성근, 심상희

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물리학
화학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (2) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ②

우주와 같은 거대한 세계에 대한 호기심은 인간의 유한함을 자각하게 하지만, 작은 세계에 대한 관심은 자연의 작동 원리를 파헤치려는 열망에서 시작됩니다. 복잡한 현상을 낱낱이 분해하여 이해하려는 '환원주의'는 현대 과학의 근간을 이룹니다. 전체를 이해하기 위해 각 부분을 나누어 분석하고 이를 다시 합치는 과정은 복잡한 자연을 단순화하여 연구할 수 있게 해줍니다. 이러한 미시세계 탐구는 단순히 작은 것을 보는 행위를 넘어, 자연의 본질적인 메커니즘을 이해하는 첫걸음이 됩니다. 과거 인류는 흑사병과 같은 질병을 신의 벌이나 나쁜 공기 탓으로 돌리며 초자연적인 현상으로 이해하곤 했습니다. 하지만 현미경의 발달로 병원균의 존재가 드러나면서 인류의 인식은 혁명적인 변화를 맞이했습니다. 보이지 않던 작은 존재들이 질병의 원인임을 깨닫게 되자, 자연 현상을 과학적이고 합리적인 모델로 설명할 수 있게 된 것입니다. 이는 과학과 철학, 종교를 구분 짓는 중요한 계기가 되었으며, 초자연적인 설명 없이도 자연을 온전히 이해할 수 있다는 확신을 인류에게 심어주었습니다. 미시세계를 들여다보는 일은 때로 낯설고 충격적인 시각적 경험을 선사합니다. 마이크로칩을 든 개미의 모습이나 우리 몸속의 작은창자 융모, 시신경 혈관 등은 일상적인 눈으로는 결코 볼 수 없는 정교한 구조를 드러냅니다. 이러한 미세 구조를 관찰하는 것은 단순히 호기심을 충족하는 데 그치지 않고, 질병의 원인을 찾거나 생명 활동의 에너지가 공급되는 과정을 이해하는 등 실질적인 해결책을 제시합니다. 더 작은 것을 보려는 인간의 욕구는 결국 과학적 진보를 이끄는 강력한 동력이 됩니다. 현미경의 성능을 결정짓는 핵심 요소는 가까이 있는 두 물체를 구분해내는 '공간 분해능'에 있습니다. 하지만 광학 현미경은 빛의 회절 현상으로 인해 약 200나노미터 이하의 물체는 관찰할 수 없다는 '회절 한계'라는 벽에 부딪히게 됩니다. 19세기 후반 물리학자 아베가 정립한 이 원리는 오랫동안 광학 현미경의 절대적인 한계로 여겨져 왔습니다. 제아무리 비싸고 정밀한 장비를 사용하더라도 가시광선을 사용하는 한 파동의 원초적인 특성인 회절을 극복하는 것은 불가능해 보였습니다. 광학 현미경의 한계를 극복하기 위해 등장한 대안이 바로 전자 현미경입니다. 전자가 입자인 동시에 파동이라는 성질을 이용해, 에너지를 높여 파장을 짧게 만듦으로써 분해능을 획기적으로 높인 것입니다. 전자 현미경은 광학 현미경이 보지 못했던 원자 수준의 세계를 열어주었지만, 시료 손상과 같은 단점도 존재합니다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 여전히 광학 현미경의 가능성에 미련을 버리지 않고 있습니다. 안 된다고 여겨지는 한계를 극복하려는 도전 정신이 과학의 역사를 새로 쓰고 있습니다.

김성근

카오스재단카오스강연

물리학
화학

[강연] 식물은 빛을 어떻게 인지할까? - 광합성과 빛 (4) _최길주 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 4강 | 4강 ④

식물은 눈이나 코와 같은 감각 기관이 겉으로 드러나지 않지만, 빛을 인식하는 정교한 체계를 갖추고 있습니다. 파이토크롬이라 불리는 광수용체는 식물의 특정 부위에만 집중된 것이 아니라 뿌리, 줄기, 꽃, 열매 등 식물 전체에 분포하여 환경을 감지합니다. 이는 인간의 눈이 특정 위치에 고정된 것과 달리, 식물의 모든 세포가 각자의 위치에서 빛의 정보를 수집하고 계절의 변화나 주변 식물의 존재를 파악하는 역할을 수행함을 의미합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 생존하기 위한 필수적인 진화의 결과입니다. 식물의 감각은 시각에만 국한되지 않습니다. 식물은 냄새를 맡고 중력을 느끼며 물리적인 자극에도 반응하는 일종의 '오감'을 지니고 있습니다. 예를 들어, 우주와 같은 무중력 환경에서는 식물의 성장 형태가 변하며, 주변 식물이 내뿜는 화학 물질을 감지해 경쟁자를 물리치거나 열매를 맺는 시기를 조절하기도 합니다. 이러한 능력은 식물이 단순히 수동적인 존재가 아니라, 주변 환경과 끊임없이 상호작용하며 생존 전략을 짜는 능동적인 생명체임을 보여줍니다. 식물은 자신만의 방식으로 세상을 느끼며 그 안에서 최적의 삶을 영위해 나갑니다. 특히 뿌리는 식물의 지능이 집약된 기관으로 평가받기도 합니다. 뿌리 끝에는 인간의 이석과 유사한 역할을 하는 평형석(녹말체)이 있어 중력의 방향을 정확히 인식하고 땅속을 향해 자라납니다. 또한 뿌리는 빛의 반대 방향으로 이동하려는 성질도 함께 가지고 있어, 중력과 빛이라는 서로 다른 신호를 통합하여 최적의 성장 방향을 결정합니다. 이러한 복잡한 정보 처리 과정은 식물이 중추 기관 없이도 개별 세포와 조직의 협력을 통해 고도의 생존 판단을 내리고 있음을 시사합니다. 뿌리 끝은 환경 신호가 집적되는 중요한 의사결정 센터인 셈입니다. 식물의 이러한 놀라운 능력은 38억 년에 달하는 긴 진화의 역사 속에서 다듬어졌습니다. 초기 지구에서 가장 풍부한 에너지원이었던 빛을 활용하기 위해 식물의 조상들은 아주 단순한 형태의 광수용 분자부터 발달시켰을 것으로 추정됩니다. 이후 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 광합성이라는 복잡한 체계가 완성되면서 식물은 지구 생태계의 근간을 이루게 되었습니다. 단순한 자기 복제 물질에서 시작해 정교한 에너지 전환 장치를 갖추기까지, 식물은 생존을 위한 최선의 선택을 이어왔으며 이는 지구상의 모든 생명체가 살아갈 수 있는 기초를 마련했습니다. 광합성의 등장은 지구 역사를 바꾼 결정적인 사건이었습니다. 남세균과 같은 초기 광합성 생물들이 배출한 산소는 대기 중에 오존층을 형성하여 자외선을 차단했고, 이는 생명체가 수중을 벗어나 육상으로 진출하는 발판이 되었습니다. 또한 식물의 광합성 활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하며 지구의 기온과 빙하기, 간빙기의 순환에 깊이 관여해 왔습니다. 우리가 무심코 지나치는 작은 풀 한 포기가 사실은 지구 전체의 기후와 인류를 포함한 모든 생명체의 삶을 지탱해 온 거대한 조절자이자 생태계의 설계자 역할을 수행해 온 것입니다. 흔히 식물에게 클래식 음악을 들려주면 잘 자라고 록 음악은 해롭다는 이야기가 있지만, 이는 과학적 근거가 부족한 믿음입니다. 식물이 수십억 년의 진화 과정에서 인간의 음악 장르를 구분해야 할 생존상의 이유는 없었기 때문입니다. 다만 식물은 꿀벌의 날갯짓 진동이나 애벌레가 잎을 갉아먹는 소리와 같은 자연의 진동에는 민감하게 반응할 수 있습니다. 이는 식물의 반응이 인간의 감성적 기준이 아닌, 오로지 생존과 번식이라는 실질적인 목적에 따라 정교하게 설계되었음을 말해줍니다. 식물에게 중요한 것은 음악이 아니라 생존에 직결된 신호입니다. 식물은 화학 물질을 이용한 의사소통에도 매우 능숙합니다. 해충의 공격을 받으면 주변 식물에 위험 신호를 보내 방어 물질을 생성하게 하거나, 인간에게 유용한 영양분을 제공함으로써 자신들이 널리 재배되도록 유도하기도 합니다. 벼나 옥수수 같은 작물들이 인간에게 당분을 제공하는 것은, 결과적으로 인간을 이용해 자신들의 번식 범위를 넓히려는 고도의 전략으로 해석될 수 있습니다. 이처럼 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 영리하고 주도적으로 지구 생태계의 주인공 역할을 수행하고 있으며, 인류의 삶 또한 이러한 식물의 생존 전략 위에 놓여 있습니다.

박연일, 소문수, 최길주

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물리학
생명과학

[강연] 생명의 기원 by이기형 | 2015 여름 카오스 콘서트 '기원 Origin' 3강 | 3강

우주의 기원을 찾는 여정이 허블의 법칙에서 시작되었다면, 생명의 기원을 찾는 여정은 찰스 다윈의 진화론에서 출발합니다. 다윈의 이론은 지구상의 모든 생명체가 하나의 공통 조상에서 비롯되었음을 강력하게 시사합니다. 과학자들은 화석 기록과 DNA 분석을 통해 생명의 나무를 정교하게 그려왔으며, 그 뿌리 끝에는 오늘날의 박테리아와 유사한 단세포 생물이 자리하고 있음을 발견했습니다. 우리는 약 20만 년 전의 미토콘드리아 이브에서 시작해 600만 년 전 유인원(침팬지)과의 분기를 거쳐, 결국 단세포 생물이라는 기원에 도달하게 됩니다. 모든 생명체가 단세포 생물에서 기원했다는 증거는 우리 몸을 구성하는 세포 그 자체에 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 예외 없이 세포로 이루어져 있으며, 하나의 수정란이 분열하여 개체를 형성하는 방식 또한 놀랍도록 일치합니다. 동물이든 식물이든 세포의 기본적인 기능과 구조는 매우 유사하며, 이는 우리가 모두 같은 친척임을 증명합니다. 결국 세포라는 공통된 단위를 통해 우리는 생명의 연속성을 확인하며, 단세포 생물이 우리 모두의 머나먼 조상이라는 사실을 과학적으로 인정하게 됩니다. 단세포 생물의 탄생 이전에는 무기물에서 유기물이 만들어지는 '화학적 진화'의 과정이 있었습니다. 약 40억 년 전 원시 지구의 척박한 환경 속에서 수소, 메탄, 암모니아와 같은 물질들이 지열과 번개 같은 에너지원을 만나 아미노산과 같은 유기물로 변모했습니다. 이는 1953년 밀러의 실험을 통해 과학적으로 입증되었으며, 이후 단순한 분자들이 사슬처럼 연결되어 단백질과 같은 복잡한 구조를 형성할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 과정은 생명이 탄생하기 위한 기초적인 재료를 준비하는 필수적인 단계였습니다. 유기물이 준비된 후에는 이를 감싸 안을 지질막의 형성과 스스로를 복제할 수 있는 복제 물질의 등장이 중요해집니다. 과학자들은 화학적 과정을 통해 자연스럽게 지질막 구조가 형성되고, 이것이 융합과 분열을 반복하며 원시 세포(프로토셀)로 발전할 수 있음을 확인했습니다. 특히 RNA는 스스로 복제하는 능력뿐만 아니라 화학 반응을 돕는 효소의 역할까지 수행할 수 있어, 최초의 복제 물질로서 유력한 후보로 꼽힙니다. 이러한 원시적인 지질막들이 지구 곳곳을 떠다니며 생명으로 나아갈 준비를 마쳤던 것입니다. 원시 세포(프로토셀)가 진정한 생명체로 거듭나기 위해서는 '시간의 힘'과 '생물학적 진화'가 필요했습니다. 아주 낮은 확률의 사건이라도 수천만 년이라는 거대한 시간 속에서는 반드시 일어나는 필연이 됩니다. 원시 세포(프로토셀)들은 복제와 자연선택이라는 메커니즘을 통해 더 효율적으로 번식하는 방향으로 진화했습니다. 이 과정에서 복제 물질은 안정적인 DNA 구조를 갖추게 되었고, 생체 효소를 포섭하며 더욱 정교한 대사 시스템을 구축했습니다. 마침내 38억 년 전, 우리는 이를 비로소 생명이라 부를 수 있는 단세포 생물의 탄생으로 보게 됩니다. 생명 진화의 역사에서 가장 획기적인 전환점은 광합성과 산소 호흡의 등장입니다. 태양 에너지를 이용하는 광합성 생물의 출현은 지구 대기에 산소를 공급했고, 이는 에너지 효율을 극적으로 높이는 계기가 되었습니다. 산소 없이 얻을 수 있는 에너지가 극히 적었던 반면, 산소 호흡을 통해서는 수십 배에 달하는 에너지를 확보할 수 있게 된 것입니다. 이러한 에너지 혁명은 생명체가 단세포 생물의 한계를 벗어나 더 크고 복잡한 다세포 생물로 진화할 수 있는 원동력이 되었으며, 오늘날의 풍요로운 생태계를 만드는 밑거름이 되었습니다. 생명의 기원을 탐구하는 과정은 단순히 과거를 들여다보는 것을 넘어, 인간이 가진 호기심과 상상력의 위대함을 확인하는 일입니다. 과학은 현재의 생명체 속에서 수십억 년 전의 역사를 읽어내고, 보이지 않는 미시 세계에서 우주의 원리를 발견해냅니다. 아직 풀리지 않은 수많은 수수께끼가 남아있지만, 이는 미래 세대가 채워나갈 새로운 탐구의 영역이 될 것입니다. 과학에 대한 열정과 질문을 멈추지 않는 태도야말로 인류가 진화의 과정에서 얻은 가장 소중한 자산이며, 앞으로의 미래를 밝혀줄 등불이 될 것입니다.

이기형

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생명과학

[강연] 생명의 기원 (1) - 기원 : 생명이 탄생할 확률 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ①

생명의 기원을 탐구하는 일은 인류에게 가장 매혹적이면서도 어려운 과제입니다. 우리는 과거를 직접 관찰할 수 없기에 현재의 데이터를 바탕으로 그 흔적을 유추할 뿐입니다. 동물행동학자이자 통섭 학자로 알려진 최재천 교수는 자신을 '관찰자'로 정의하며, 생명의 기원이 관찰의 영역 밖에 있음을 인정합니다. 이는 과학적 겸손함인 동시에, 우리가 생명을 이해하기 위해 얼마나 정교한 논리와 상상력이 필요한지를 시사합니다. 기원에 대한 확답을 내리기 어려운 상황에서도 우리는 진화라는 과정을 통해 생명의 본질에 다가갈 수 있습니다. 생물학은 단순히 생명체를 쪼개어 분석하는 학문에 그치지 않습니다. 물리학이나 화학이 미세한 부분을 파고드는 데 집중한다면, 생물학은 그 분석된 조각들을 다시 맞추어 전체적인 현상을 바라보는 종합적인 시각이 필요합니다. 인문학적 소양과 예술적 감수성을 지닌 학자가 생물학의 길을 걷게 된 것은 우연이 아닐지도 모릅니다. 숲 전체를 조망할 줄 아는 통찰력은 생명이라는 거대한 퍼즐을 맞추는 데 필수적인 요소입니다. 학문의 경계를 넘나드는 통섭적 사고는 우리가 생명을 다각도에서 이해하고 그 가치를 발견하도록 돕습니다. 생태학은 지구상에 존재하는 수많은 생명이 어떻게 공존하며 살아가는지를 연구하는 학문입니다. 충남 서천의 국립생태원은 이러한 생명의 다양성을 한눈에 보여주는 상징적인 공간입니다. 열대부터 극지까지 세계 5대 기후의 생태계를 재현한 이곳은 생명이 얼마나 다양한 환경에서 적응하며 살아가는지를 증명합니다. 생명다양성은 단순히 종의 숫자를 의미하는 것이 아니라, 각기 다른 삶의 모습들이 얽혀 만들어내는 경이로운 조화입니다. 이러한 다양성을 보존하고 연구하는 일은 우리 자신의 근원을 이해하는 과정과도 맞닿아 있습니다. 외계 생명체의 존재 여부는 확률의 관점에서 흥미로운 논쟁거리입니다. 지구라는 작은 행성에서 생명이 탄생한 것은 수많은 우연이 겹친 기적과도 같은 일입니다. 이를 확률적으로 계산하면 거의 불가능에 가깝지만, 광활한 우주의 규모를 생각하면 어디선가 비슷한 일이 벌어졌을 가능성 또한 배제할 수 없습니다. 만약 외계 생명이 존재한다면, 그들은 지구의 DNA나 RNA 복제 방식과는 전혀 다른 메커니즘을 가졌을지도 모릅니다. 생명은 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 유연하고 다양한 형태로 존재할 수 있다는 가능성을 열어두어야 합니다. 생명의 기원을 설명하는 방식은 다양합니다. 종교적 믿음의 영역인 창조론부터, 외계에서 생명 물질이 유입되었다는 범종설까지 여러 가설이 존재합니다. 과학자들은 입증 가능한 답을 찾기 위해 지구 자체에서 생명이 탄생했을 가능성에 주목합니다. 밀러의 실험처럼 원시 지구의 환경에서 유기물이 합성되는 과정을 증명하려는 시도는 그 노력의 일환입니다. 비록 완벽한 해답을 얻지는 못했더라도, 이러한 탐구는 생명이 무생물로부터 어떻게 조직화되었는지를 밝히려는 과학적 의지의 산물입니다. 지구의 역사를 46억 년으로 볼 때, 최초의 생명체는 약 35억 년 전에 등장한 것으로 추정됩니다. 초기에는 단순한 자기 복제자에서 시작하여, 오랜 세월을 거쳐 막을 형성하고 세포라는 정교한 시스템으로 발전했습니다. RNA에서 DNA로 이어지는 유전 물질의 진화는 생명이 정보를 더 안정적으로 전달하고 복잡한 구조를 형성할 수 있게 만들었습니다. 이 과정은 10억 년 단위의 긴 호흡으로 진행되었으며, 단순한 자기 복제자에서 시작된 생명은 점차 기능이 분화된 다세포 생물로 진화하며 오늘날의 복잡성을 갖추게 되었습니다. 결국 생명의 역사는 자기 복제자가 써 내려온 긴 일기와 같습니다. 최초의 자기 복제자는 사라지지 않고 그 형태와 사업 방식을 바꾸어가며 오늘날까지 이어져 오고 있습니다. 인간을 포함한 모든 생명체는 이 유전 물질의 복제 사업을 돕는 효율적인 운반체일지도 모릅니다. 특정 종이 멸종하더라도 생명 전체의 총량이 유지된다면, 복제라는 본질적인 목적은 계속해서 달성되는 셈입니다. 우리는 이 거대한 생명의 흐름 속에서 각자의 역할을 수행하며, 수십억 년을 이어온 복제의 신비를 몸소 실천하고 있는 존재들입니다.

최재천

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생명과학

[강연] 암의 기원 (4) - 패널토의 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 9강 | 9강 ④

암은 인류에게 가장 두려운 질병 중 하나로 여겨져 왔지만, 최근에는 이를 무조건적인 투쟁의 대상이 아닌 공존의 관점에서 바라보는 시각이 대두되고 있습니다. 암의 기원과 원인을 규명하려는 노력은 아주 오래전부터 이어져 왔으며, 그 과정에서 수많은 학설이 제기되었습니다. 단순히 세포의 이상 증식으로만 치부하기에는 그 메커니즘이 매우 정교하고 복잡하기 때문입니다. 현대 과학은 암이 발생하는 근본적인 생물학적 원리를 탐구함으로써, 질병을 정복하는 단계를 넘어 생명 현상의 본질을 이해하려는 노력을 지속하고 있습니다. 암 발생의 주요 원인 중 하나로 지목되는 바이러스는 자신의 복제를 위해 숙주 세포의 시스템을 교란합니다. 바이러스는 분열이 적은 세포에 침투하여 세포 주기 시계를 강제로 빠르게 돌리는 단백질을 만들어내며, 이 과정에서 유전체 불안정성이 발생합니다. 특히 p53과 같은 암 억제 유전자의 기능을 무력화함으로써 세포가 스스로를 복구하거나 멈출 기회를 박탈합니다. 이러한 유전적 변이의 축적은 결국 암세포의 무한 증식으로 이어며, 이는 과거의 바이러스 설이 현대의 유전체 불안정성 이론으로 통합되는 계기가 되었습니다. 생체 시계로 불리는 텔로미어는 염색체 끝단에서 유전 정보를 보호하는 중요한 역할을 수행합니다. 세포가 분열할 때마다 텔로미어의 길이는 조금씩 짧아지는데, 이는 세포의 수명을 결정하는 결정적인 요인이 됩니다. 텔로미어가 일정 수준 이하로 짧아지면 세포는 더 이상 분열하지 않는 노화 상태에 진입하게 되며, 이는 생명체가 암 발생을 억제하기 위해 진화시킨 방어 기작이기도 합니다. 최근 연구에 따르면 텔로미어의 구조와 유지 기작은 노화뿐만 아니라 암세포의 생존 전략과도 밀접하게 연관되어 있어 생명 과학의 핵심 과제로 주목받고 있습니다. 암세포와 노화는 텔로미어를 매개로 흥미로운 대조를 이룹니다. 일반적인 세포는 노화를 통해 암 발생을 억제하는 반면, 암세포는 텔로머레이스라는 효소를 활성화하여 텔로미어 길이를 유지하며 무한히 분열합니다. 이러한 현상은 배아 발생 단계의 줄기세포 메커니즘과 놀라울 정도로 닮아 있습니다. 즉, 암은 어느 날 갑자기 나타난 형벌이 아니라, 생명을 이어가기 위한 원래의 메커니즘이 조절력을 잃고 잘못 발현된 결과일 수 있습니다. 이는 암을 이해하는 것이 곧 인간의 발생과 진화 과정을 깊이 있게 이해하는 것임을 시사합니다. 현대 의학은 특정 유전자 변이만을 정밀하게 타격하는 표적 치료제를 통해 암 정복에 다가가고 있습니다. 하지만 암세포는 끊임없이 진화하며 면역 체계를 회피하는 특성을 지니고 있어 완벽한 치료는 여전히 난제로 남아 있습니다. 특히 뇌종양의 경우, 외부 물질의 침입을 막는 뇌혈관 장벽 때문에 약물 전달이 매우 어렵습니다. 이러한 '성역'과 같은 부위는 치료의 효율성을 떨어뜨리는 주요 원인이 됩니다. 따라서 암의 다양성과 진화적 특성을 고려한 정밀한 국지전적 접근이 현대 항암 치료의 핵심적인 전략으로 자리 잡고 있습니다. 암 치료는 단순히 의학적 기술의 문제를 넘어 사회적 합의와 정책 수립의 영역으로 확장됩니다. 획기적인 신약이 개발되더라도 보험 재정의 한계와 형평성 문제로 인해 모든 환자가 즉각적인 혜택을 받기 어려운 딜레마가 존재하기 때문입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 과학자와 의료진, 그리고 대중 사이의 활발한 소통이 필수적입니다. 대중이 과학적 지식을 바탕으로 정책 결정 과정에 참여할 때, 비로소 한정된 자원을 효율적으로 배분하고 더 많은 생명을 구할 수 있는 합리적이고 따뜻한 사회적 시스템을 구축할 수 있습니다. 과학의 본질은 정답을 찾는 것보다 끊임없이 질문을 던지는 호기심에 있습니다. 하나의 질문에 답을 얻으면 다시 새로운 질문이 파생되는 과정 자체가 과학적 즐거움이자 인류 발전의 원동력입니다. 이러한 과학적 사고방식은 전문가뿐만 아니라 일반 시민들에게도 세상을 바라보는 중요한 관점을 제공합니다. 암이라는 거대한 질병을 대하는 자세 역시 막연한 두려움보다는 탐구적인 호기심에서 출발해야 합니다. 질문을 멈추지 않는 문화가 우리 사회에 깊이 정착될 때, 우리는 질병의 고통을 극복하고 더 건강하고 지혜로운 미래를 향해 나아갈 수 있을 것입니다.

김세민, 박종화, 유정아, 이현숙

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생명과학

[강연] 암의 기원 (1) - 암이란 무엇인가? _ 이현숙 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 9강 | 9강 ①

암은 세포가 본래의 조절 능력을 상실하고 무분별하게 분열을 거듭하며 발생하는 질병입니다. 과학자들은 단순히 질병을 치료하는 것을 넘어, 정상적인 세포가 어떤 과정을 거쳐 암세포로 변모하는지에 대한 근본적인 호기심에서 연구를 시작합니다. 생명체의 복잡한 메커니즘 속에서 질서를 찾는 과정은 물리학이나 화학과는 또 다른 생물학만의 독특한 영역입니다. 암의 기원을 이해하는 것은 곧 생명의 본질적인 작동 원리를 파악하는 것과 맞닿아 있습니다. 현대 사회에서 암은 사망 원인의 상위권을 차지하는 치명적인 질병으로 인식되지만, 생물학적 관점에서 암은 노화와 밀접하게 연결된 현상입니다. 인류의 수명이 연장됨에 따라 세포 내의 오류가 축적될 가능성이 커지면서, 암은 우리가 오래 살게 됨에 따라 마주할 수밖에 없는 숙명적인 질환이 되었습니다. 따라서 암을 완전히 정복해야 할 대상으로만 보기보다는, 과학적 이해를 바탕으로 어떻게 건강하게 다스리고 관리하며 살아갈 것인지가 중요한 화두로 떠오르고 있습니다. 암에 대한 기록은 인류의 역사와 궤를 같이합니다. 기원전 1600년경 이집트의 파피루스에는 이미 유방암에 대한 기록이 남아 있으며, 히포크라테스는 종양 주변으로 뻗어 나간 혈관의 모습이 게의 다리와 닮았다고 하여 이를 '캔서'라고 불렀습니다. 동양에서도 은나라 시대의 갑골문자나 황제내경을 통해 암의 특징을 바위처럼 딱딱하거나 층층이 쌓이는 형상으로 묘사했습니다. 이러한 고대의 관찰 기록들은 암이 아주 오래전부터 인류를 괴롭혀온 보편적인 질병이었음을 시사합니다. 암세포는 일반적인 세포와 달리 무한히 증식하며, 스스로 생존하기 위해 주변에 새로운 혈관을 만들어 영양분을 흡수하는 치밀함을 보입니다. 더욱 놀라운 점은 암세포가 발생 부위에 머물지 않고 혈관을 타고 이동하여 다른 장기로 침투하는 전이 능력을 갖추고 있다는 사실입니다. 같은 종양 덩어리 안에서도 세포들의 성상이 제각각이며 끊임없이 변하기 때문에, 암은 단일한 방법으로 정복하기 매우 까다로운 존재입니다. 이러한 변신의 귀재와 같은 특성이 암 연구를 어렵게 만드는 핵심 요인입니다. 20세기 초, 과학자들은 암의 원인을 규명하기 위해 다양한 가설을 세웠으며 그중 대표적인 것이 바이러스 설입니다. 1910년 페이턴 라우스는 닭의 육종 조직을 갈아 필터로 거른 액체를 건강한 닭에게 주입하여 암이 전염되는 현상을 발견했습니다. 이를 통해 암을 유발하는 '라우스 육종 바이러스'의 존재가 세상에 알려졌으며, 이는 암의 발생 기전을 분자 수준에서 이해하려는 현대 암 생물학의 시초가 되었습니다. 비록 모든 암이 바이러스로 설명되지는 않지만, 이 발견은 암 연구의 새로운 지평을 열었습니다.

이현숙

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생명과학

[석학인터뷰] 이현숙_수명 연장과 암의 정복은 두 마리 토끼인가요?

돌연변이는 흔히 영화 속 괴물을 떠올리게 하지만, 실제로는 생명 진화의 핵심적인 원동력입니다. 세포가 분열하고 DNA가 복제되는 과정에서 발생하는 미세한 변화는 생명체의 다양성을 만드는 근간이 됩니다. 만약 DNA 돌연변이를 완벽하게 차단한다면 세포는 정상적으로 생존할 수 없으며, 이는 곧 생로병사의 기본 원리이기도 합니다. 이러한 관점에서 암은 인류가 생명 활동을 이어가는 한 끝까지 마주해야 할 질병일지도 모릅니다. 하지만 현대 과학은 과거보다 암을 훨씬 더 효과적으로 다스리고 있으며, 이를 자연스러운 생명 현상의 일부로 이해하려는 노력이 필요합니다. 암을 완전히 정복한다는 표현보다는, 질병을 지혜롭게 다스리며 삶의 질을 유지하는 방향으로 나아가야 합니다. 고통을 최소화하고 평온하게 생을 마감하는 '웰빙'의 관점에서 암을 바라보는 것이 중요합니다. 특히 치명적인 암을 조기에 진단하고 적은 비용으로 관리할 수 있는 기술적 토대를 마련하는 것이 과학의 역할입니다. 삶과 죽음은 인간이 완전히 통제할 수 없는 영역일 수 있지만, 과학자로서 그 흐름에 순응하며 최선의 완화 방법을 찾는 과정은 인류의 존엄성을 지키는 길이기도 합니다. 우리는 이제 암과 싸우기보다 공존하며 다스리는 법을 배워야 합니다. 텔로미어는 세포 분열의 시계와 같아서, 줄기세포나 면역 세포처럼 특정 기능을 유지해야 하는 세포에서는 그 길이가 보존되어야 합니다. 그러나 몸속의 모든 세포가 텔로미어 길이를 무한히 유지한다면, 이는 곧 무분별한 세포 증식인 암으로 이어질 위험이 큽니다. 줄기세포 치료가 신중해야 하는 이유도 바로 이 지점에 있습니다. 텔로미어를 유지하며 계속 분열하는 성질이 암세포와 매우 닮아 있기 때문입니다. 따라서 세포의 분화와 분열을 정교하게 조절하는 기작을 이해하는 것은 생명 연장과 질병 예방의 핵심 과제이며, 이는 면역 기억과도 밀접한 관련이 있습니다. 과학의 세계에서는 하나의 질문에 답을 내리면 그로부터 파생된 열 가지의 새로운 질문이 생겨납니다. 세포 주기와 DNA 복구 기작에 대한 연구는 수십 년이 지난 지금도 여전히 새로운 세상을 열어주고 있습니다. 최근에는 대사성 질환이나 노화와의 연결 고리를 찾는 연구가 활발히 진행되며 생로병사의 비밀에 한 걸음 더 다가가고 있습니다. 인류가 생존하는 한 생명 현상에 대한 탐구는 결코 끝나지 않을 것이며, 과학자들은 끊임없이 열리는 새로운 질문의 문턱에서 미지의 영역을 개척해 나가는 숙명을 지니고 있습니다. 이러한 탐구 정신은 곧 인류 지성의 진보를 의미합니다. 분자생물학의 거장 막스 페루츠 경은 과학에서는 항상 진실이 승리한다는 가르침을 남겼습니다. 그는 연구를 스스로 계획하기보다 연구가 자신을 이끌었다고 회고하며, 과학자로서의 겸손한 자세를 강조했습니다. 이러한 철학은 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어, 생명 현상의 근본 원리를 탐구하는 즐거움을 일깨워 줍니다. 과학을 즐기는 문화가 확산될 때 우리 사회는 더욱 풍요로워질 수 있습니다. 대중과 과학적 성취를 나누고 소통하는 과정은 과학자가 사회로부터 받은 혜택을 다시 돌려주는 가장 가치 있는 방법 중 하나이며, 이는 미래 세대에게 꿈을 심어주는 일이기도 합니다.

이현숙

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