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[과린이를 부탁해 - 어린이 과학동아] 5월호

5월은 어린이날과 어버이날 등 소중한 이들에게 마음을 전하는 기념일이 많아 '가정의 달'로 불립니다. 이번 달에는 특별한 생존 능력을 지닌 완보동물, 즉 '물곰'에 대한 흥미로운 소식이 전해졌습니다. 물곰은 아주 작지만 극한 환경에서도 살아남는 초능력 같은 생존 비밀을 간직하고 있어 과학계의 큰 관심을 받고 있습니다. 이와 더불어 바다사자와 해마 등 신비로운 해양 생물들의 생생한 모습을 담은 수중 사진전도 함께 공개되어 자연의 경이로움을 더해줍니다. 식물들도 종족 번식을 위해 놀라운 전략을 구사합니다. 최근 남아프리카 공화국에서는 암컷 하늘소의 모습을 흉내 내어 수컷을 유혹하는 '디사 포르피카리아'라는 희귀 난초가 발견되었습니다. 이 난초는 꽃잎의 모양이 암컷 하늘소와 매우 흡사하여, 이를 착각한 수컷 하늘소가 꽃과 짝짓기를 시도하게 만듭니다. 보통 벌을 유인하는 일반적인 난초들과 달리, 하늘소를 매개체로 삼아 꽃가루받이를 하는 이 독특한 방식은 식물의 진화가 얼마나 정교하게 이루어지는지 잘 보여줍니다. 꽃이 곤충을 유혹하는 근본적인 이유는 바로 꽃가루받이, 즉 수정을 위해서입니다. 곤충이 짝짓기 상대를 찾거나 먹이를 구하러 꽃에 머무는 동안 몸에 묻은 꽃가루가 다른 꽃으로 옮겨지며 생명이 이어지는 것입니다. 이러한 관계를 '상리공생'이라 부르며, 특히 충매화의 약 85%는 꿀벌의 도움을 받게 됩니다. 꿀벌은 인간과 달리 자외선과 파란색, 녹색 파장을 인식하는 특수한 시각 체계를 가지고 있어, 주로 파란색 계열의 꽃을 더 잘 찾아내는 과학적인 특징을 지니고 있습니다. 동물들의 구애 활동 역시 예술적이고 과학적입니다. 공작처럼 화려한 깃털로 시선을 끄는 동물이 있는가 하면, 노래 실력으로 승부하는 새들도 존재합니다. 캐나다의 흰목지빠귀는 암컷의 마음을 사로잡기 위해 끊임없이 새로운 노래를 연습합니다. 연구 결과에 따르면 이들은 기존의 4음절 노래 대신 새롭게 유행하는 2음절 노래를 부르기 시작했으며, 이 새로운 선율은 캐나다 전역으로 빠르게 퍼져나갔습니다. 이는 동물 세계에서도 소통의 방식이 시대와 환경에 따라 변화하고 유행한다는 사실을 시사합니다. 현대 사회에서는 인공지능이 인간의 감정 표현을 돕는 도구로 부상하고 있습니다. 방대한 언어 데이터를 학습한 GPT-3와 같은 인공지능은 스스로 글을 작성하며 인간의 언어를 깊이 이해하기 시작했습니다. 현재는 영어 중심의 서비스가 주를 이루지만, 곧 한국어에 특화된 인공지능 개발도 완료될 예정입니다. 나아가 뇌파를 읽어 문장으로 변환하는 기술까지 연구되고 있어, 미래에는 과학 기술이 사람과 사람 사이의 마음을 이어주는 더욱 강력한 가교 역할을 하게 될 것으로 기대됩니다.

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생명과학
뇌인지과학
융합

[강연] 외계생명체의 가능성, 극한생명체 ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 2 | 9강 ②

극지연구소는 남극과 북극에서 지구 환경 변화를 연구하는 전문 기관으로, 세종과학기지와 쇄빙연구선 아라온을 운영하며 해양학, 대기과학, 생물학 등 다양한 분야를 탐구합니다. 많은 이들이 화성에 외계 생명체가 존재할지 궁금해하지만, 과학적 관점에서 화성은 생명체가 살기에 매우 가혹한 환경입니다. 화성은 지구보다 태양에서 멀어 기온이 영하 20도에서 80도를 오르내리며, 극지방은 영하 140도까지 내려가는 거대한 얼음 행성입니다. 또한 대기가 희박해 산소 농도가 0.1%에 불과하며, 자기장이 없어 태양풍이 공기와 물을 앗아간 척박한 땅입니다. 화성의 얇은 대기권은 우주 자외선과 태양풍, 우주 방사선 등 강력한 이온 입자들을 여과 없이 지표면으로 통과시킵니다. 이러한 고에너지 입자들은 생명체의 설계도인 DNA를 직접 파괴하거나 치명적인 돌연변이를 유발합니다. DNA는 본래 수소 결합을 통해 유연하게 복제되고 단백질을 만들어내야 하지만, 강력한 자외선은 이 결합을 비정상적인 공유 결합으로 바꾸어 생명 활동을 방해합니다. 이처럼 극심한 추위와 산소 부족, 그리고 끊임없이 쏟아지는 우주 방사선은 화성에서 생명체가 진화하고 번성하는 데 있어 거대한 장벽으로 작용하고 있습니다. 하지만 지구의 극지방을 살펴보면 화성 생명체에 대한 새로운 희망을 발견할 수 있습니다. 과거 과학자들은 영하 80도까지 내려가는 남극의 혹독한 환경에는 생물이 살 수 없다고 믿었지만, 실제로는 얼음 속에서도 수많은 박테리아가 발견되었습니다. 그린란드의 곤충들은 털도 없이 영하 40도의 추위를 견디며, 어떤 애벌레는 땅속에서 14년을 버틴 끝에 성체가 되기도 합니다. 또한 영하 24도에서 광합성을 하는 지의류나 암석 속에서 수백 종의 미생물과 함께 살아가는 곰팡이들은 생명력이 우리가 상상하는 것보다 훨씬 강인하다는 사실을 증명합니다. 극한 환경에 적응한 생명체들은 산소가 희박하거나 염도가 높은 곳에서도 저마다의 생존 전략을 펼칩니다. 지하 2.7km의 고온 고압 환경에서 발견된 미생물이나 산소가 없는 혐기성 조건에서 포자를 만들어 버티는 박테리아들이 그 예입니다. 또한 '데이노코쿠스'라는 박테리아는 여러 벌의 염색체를 보유해 손상된 DNA를 즉각 복구하며 강한 우주 방사선을 견뎌냅니다. 바닷물보다 10배나 짠 호수에서 항산화 물질을 만들어내며 붉게 빛나는 녹조류처럼, 지구상의 극한 생물들은 화성의 열악한 조건에서도 생존할 수 있는 가능성을 충분히 보여주고 있습니다. 화성 생존의 가장 강력한 후보로는 완보동물을 꼽을 수 있습니다. 이들은 심해저부터 히말라야, 남극에 이르기까지 지구 전역에 서식하며 우주 공간에서도 살아남은 기록이 있습니다. 완보동물은 환경이 나빠지면 체내 수분을 내보내고 생명 활동을 멈추는 '튠(Tun)' 상태에 들어가는데, 이 상태에서는 영하 20도에서 30년 이상 생존하거나 강력한 우주 방사선과 압력도 견뎌낼 수 있습니다. 특수한 단백질로 DNA를 보호하는 이들의 능력은 우주 생물학 연구의 핵심이며, 극지연구소는 이러한 극한 생명체를 통해 화성 탐사의 해답을 찾아가고 있습니다.

이유경

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 외계생명체 미니강연과 토론 ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 | 9강

인류는 아주 오래전부터 밤하늘을 바라보며 우리가 우주에서 유일한 존재인지에 대한 근원적인 질문을 던져왔습니다. 천문학의 궁극적인 목적은 우리가 왜 여기에 존재하는지, 그리고 지구라는 행성이 정말 특별한 것인지를 밝혀내는 데 있습니다. 지구가 태양계의 중심이 아니며, 태양계 역시 은하계의 수많은 항성계 중 하나라는 사실을 깨달은 지금, 마지막 남은 과제는 생명의 유일성을 확인하는 일입니다. 만약 우주 어딘가에 우리와 같은 생명체가 존재한다면, 이는 인류의 자아 인식과 우주관을 완전히 뒤바꿔 놓을 거대한 전환점이 될 것입니다. 외계 지적 생명체를 찾는 노력은 과거의 수동적인 탐색을 넘어 더욱 능동적인 방향으로 진화하고 있습니다. 전파 망원경을 통해 외계 신호를 기다리는 SETI 프로젝트뿐만 아니라, 인류의 존재를 알리는 메시지를 보내는 METI 활동이 활발히 진행 중입니다. 최근에는 생명체의 생물학적 흔적인 '바이오 시그니처'를 넘어, 고도 문명이 남긴 기술적 흔적인 '테크노 시그니처'에 주목하고 있습니다. 다이슨 구와 같은 거대 인공 구조물이나 대기 중의 오염 물질을 추적하는 방식은 생명체가 멸종한 뒤에도 그들의 문명적 자취를 발견할 수 있게 해줍니다. 태양계에서 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리는 외계 생명체 탐사의 핵심적인 목표물입니다. 이곳의 프록시마 b 행성은 지구와 크기가 비슷하고 환경 조건이 유사하여 생명체 존재에 대한 기대감을 높이고 있습니다. 인류는 빛의 속도의 20%로 날아가는 초소형 우주 돛을 보내 이 행성의 근접 사진을 촬영하려는 '브레이크스루 스타샷' 프로젝트를 구상하고 있습니다. 만약 이 계획이 성공한다면 2060년경에는 다른 항성계 행성의 생생한 모습을 직접 확인할 수 있게 되며, 이는 인류가 지구 밖으로 시야를 넓히는 역사적인 순간이 될 것입니다. 화성은 척박하고 추운 환경 탓에 생명체가 살기 어려워 보이지만, 지구의 극한 환경에서 살아가는 생명체들은 우리에게 새로운 가능성을 제시합니다. 남극의 빙하 밑이나 산소가 희박한 지하 깊은 곳에서도 미생물은 끈질기게 생존하며, 완보동물(곰벌레)은 우주의 가혹한 방사선과 진공 상태에서도 견뎌냅니다. 이러한 극한 생명체들의 존재는 화성의 지하 어딘가에 과거 혹은 현재의 생명체가 숨어 있을지도 모른다는 희망을 줍니다. 지구의 극지 연구는 곧 우주 생물학의 전초 기지이며, 외계 생명체 탐사의 중요한 실마리가 됩니다. 외계인의 모습은 우리의 상상을 초월할 수도 있지만, 물리 법칙이 전 우주에 동일하게 적용된다는 사실은 그들의 형태를 예측 가능하게 합니다. 중력과 빛, 유체의 흐름과 같은 자연 법칙의 제약 아래에서 생명체는 가장 효율적인 방향으로 진화하기 때문입니다. 예를 들어, 원근감을 느끼기 위한 두 개의 눈이나 이동을 위한 대칭적인 신체 구조는 지구뿐만 아니라 외계에서도 보편적인 솔루션일 가능성이 큽니다. 이러한 '수렴 진화'의 원리는 외계 지적 생명체가 우리와 어느 정도 유사한 형태를 갖추고 있을 것이라는 과학적 추론을 뒷받침합니다. 고도의 과학 기술 문명을 이룩한 지적 생명체라면 바닷속보다는 육상에서 진화했을 확률이 높습니다. 불을 사용하고 금속을 제련하며 전파 통신을 발전시키기 위해서는 육상 환경이 필수적이기 때문입니다. 또한 밤하늘의 별을 관측할 수 있는 환경은 우주의 법칙을 이해하고 과학을 발전시키는 결정적인 계기가 됩니다. 따라서 우리가 조우하게 될 외계 문명은 지구와 유사한 중력을 가진 행성의 지표면에서 탄생했을 가능성이 큽니다. 그들은 우리처럼 도구를 사용하기 위한 손과 정보를 처리하기 위한 고도로 발달한 뇌를 가졌을 것입니다. 외계 생명체의 발견은 단순히 새로운 종을 찾는 것을 넘어, 인류가 우주를 바라보는 관점을 완성하는 코페르니쿠스적 혁명의 마지막 단계입니다. 단 하나의 생명 샘플인 지구 생태계를 넘어 두 번째 샘플을 발견하는 순간, 생명은 우주에서 보편적인 현상임이 증명될 것입니다. 우주는 생명이라는 의식을 통해 비로소 자기 자신을 인식하고 해석하기 시작했습니다. 인류와 같은 또 다른 지적 존재를 발견하는 일은 우주의 역사를 공유하는 동반자를 찾는 과정이며, 이를 통해 우리는 우주 안에서 인류의 진정한 위치를 깨닫게 될 것입니다.

윤성철, 이명현, 이유경

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 별빛이 우리에게 밝혀준 것들 - 태양과 별 (5) _윤성철 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 2강 | 2강 ⑤

별의 내부에서 핵융합을 통해 만들어질 수 있는 가장 무거운 원소는 철입니다. 하지만 우리 주변에는 금이나 우라늄처럼 철보다 무거운 원소들이 분명히 존재합니다. 이러한 원소들은 초신성 폭발이라는 거대한 우주적 사건을 통해 탄생합니다. 폭발 과정에서 발생하는 엄청난 에너지와 중성자 포획 과정을 통해 철보다 무거운 원소들이 합성되는 것입니다. 결국 인간의 몸을 구성하는 복잡한 원소들은 별의 죽음이라는 희생을 통해 만들어진 셈이며, 우리는 모두 별의 파편으로 이루어져 있다고 할 수 있습니다. 우주에서 원소가 생성된다는 증거는 테크네튬이라는 원소를 통해 확인할 수 있습니다. 테크네튬은 반감기가 약 10만 년 정도로 매우 짧아 자연 상태에서는 거의 존재하지 않는 인공적인 원소로 알려져 있었습니다. 그러나 죽어가는 별인 점근거성열 단계의 별에서 이 원소가 관측되었습니다. 이는 별의 내부에서 최근에 핵반응을 통해 새로운 원소가 만들어졌음을 보여주는 결정적인 증거입니다. 천문학자들은 이러한 관측을 통해 별이 단순한 빛의 덩어리가 아니라 원소를 제조하는 거대한 공장임을 확인합니다. 외계 문명과의 만남은 인류의 오랜 꿈이지만, 별과 별 사이의 거대한 장벽이 가로막고 있습니다. 태양계에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리까지의 거리는 약 4.3광년으로, 현재의 로켓 기술로는 도달하는 데 수만 년이 걸립니다. 하지만 과학자들은 시공간을 왜곡하여 광속보다 빠르게 이동하는 알쿠비에레 드라이브와 같은 이론적 가능성을 연구하고 있습니다. 만약 이러한 기술이 실현된다면 수만 년의 거리를 단 몇 주 만에 주파할 수 있게 됩니다. 이는 외계 지성체가 우리를 방문할 가능성도 완전히 배제할 수 없음을 시사합니다. 우주의 기원을 밝히기 위해 천문학자들은 '최초의 별'을 찾고 있습니다. 빅뱅 직후 탄생한 이 별들은 오직 수소와 헬륨으로만 구성되어 있을 것으로 예측됩니다. 하지만 질량이 큰 별들은 연료를 빨리 소모해 금방 사라지기 때문에, 138억 년을 생존한 작은 별들을 찾아내는 것이 관건입니다. 이러한 별들은 매우 어두워 관측이 어렵지만, 한국이 참여하는 거대 마젤란 망원경(GMT) 프로젝트가 완성되면 그 실체가 드러날 것으로 기대됩니다. 24m 구경의 거대 마젤란 망원경(GMT)은 우주의 가장 깊은 과거를 들여다보는 창이 될 것입니다. 드레이크 방정식은 우리 은하 내에 교신 가능한 문명이 얼마나 존재할지를 추론하게 해줍니다. 이 방정식의 마지막 계수인 '문명의 존속 기간'은 특히 흥미로운 부분입니다. 고도의 기술을 갖춘 문명이 스스로를 파괴하지 않고 얼마나 오랫동안 유지될 수 있느냐에 따라 우주에 존재하는 지성체의 수가 결정되기 때문입니다. 결국 외계 지성체를 찾는 과정은 인류가 앞으로 얼마나 더 지속될 수 있을지를 묻는 거울과도 같습니다. 우주를 향한 질문은 결국 우리 자신에 대한 성찰로 돌아오게 마련입니다. 밤하늘에 빛나는 별의 개수는 상상을 초월합니다. 우리 은하에만 약 1,000억 개의 별이 존재하며, 우주 전체에는 이와 같은 은하가 다시 1,000억 개 이상 펼쳐져 있습니다. 이를 계산하면 우주에는 대략 10의 22승 개라는 엄청난 수의 별이 빛나고 있는 셈입니다. 이토록 광활한 우주에서 지구와 비슷한 조건을 가진 행성이 존재할 확률은 매우 높습니다. 수많은 별 중 어딘가에는 우리와 비슷한 고민을 하며 밤하늘을 올려다보는 또 다른 생명체가 존재할지도 모른다는 상상은 과학적 근거를 바탕으로 한 합리적인 추론입니다. 생명체에 대한 우리의 편견을 깨는 발견은 지구 곳곳에서도 이루어지고 있습니다. 심해의 뜨거운 열수구나 방사능이 가득한 극한 환경에서도 살아남는 완보동물과 같은 생명체들은 생명의 강인함을 증명합니다. 이는 우주의 다른 행성들이 지구와 완벽히 똑같은 환경이 아니더라도, 그들만의 방식으로 적응한 생명체가 존재할 수 있음을 암시합니다. 우주는 인간의 상상력보다 훨씬 더 넓고 다양하며, 우리는 그 거대한 질서 속에서 별과 상호작용하며 살아가는 존재입니다. 별을 공부하는 것은 결국 생명의 근원을 이해하는 길입니다.

원종우, 윤성철, 정애리

카오스재단카오스강연

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