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2025 노벨 물리학상에 이은 2025 노벨상 시리즈 2탄!!!🎉🎉이번엔 어떤 노벨상이고 또 어떤 연구가 받았을까?🤔🤔(feat. 2025 요즘과학 여정의 마침표)

우리 몸의 면역 체계는 외부에서 침입하는 바이러스나 세균을 방어하는 중요한 역할을 합니다. 면역은 단순히 강한 것이 좋은 것이 아니라, 나와 남을 정확히 구분하고 적절히 조절하는 균형이 핵심입니다. 만약 치킨이나 쌀과 같은 일상적인 음식에 대해 면역 반응이 일어난다면, 우리는 매번 식사할 때마다 배탈이 날 것입니다. 이러한 구분과 조절이 제대로 이루어지지 않으면 알레르기나 자가면역 질환이 발생할 수 있습니다. 이번 노벨 생리의학상은 바로 이 '나와 남의 구분'과 면역 조절에 대한 연구에 수여되었습니다. 면역 세포는 군대처럼 다양한 역할을 맡고 있습니다. 공격을 담당하는 세포, 명령을 내리는 세포, 감시하는 세포 등으로 나뉘며, 이 중 조절 T세포는 과도한 면역 반응을 억제하는 중요한 역할을 합니다. 조절 T세포가 부족하거나 제대로 작동하지 않으면, 우리 몸은 외부 자극에 과민하게 반응해 아토피나 알레르기, 자가면역 질환 등이 나타날 수 있습니다. 이번 노벨상 수상자들은 조절 T세포의 존재와 그 기능을 분자 생물학적으로 규명해냈습니다. 조절 T세포의 발견은 면역학의 패러다임을 바꾼 중요한 사건입니다. 특히 Foxp3라는 유전자의 돌연변이가 조절 T세포의 생성과 기능에 결정적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 유전자가 제대로 작동하지 않으면 심각한 자가면역 질환이 발생할 수 있습니다. 이러한 연구는 면역 체계의 균형이 얼마나 중요한지, 그리고 그 균형을 유지하는 분자적 기전이 무엇인지에 대한 깊은 이해를 제공합니다. 현대 사회는 위생 환경이 크게 개선되면서 면역 체계가 과거와는 다른 도전에 직면하게 되었습니다. 예전에는 기생충이나 세균 감염이 흔했지만, 이제는 너무 깨끗한 환경 탓에 면역 세포가 자기 몸을 공격하는 자가면역 질환이 늘고 있습니다. 조절 T세포와 Foxp3 유전자에 대한 연구는 이러한 현대적 질병의 치료법 개발에 큰 기여를 하고 있습니다. 앞으로 암, 감염병, 알레르기, 장기 이식 등 다양한 분야에서 이 연구가 활용될 전망입니다. 면역학의 발전은 백신 개발과 알레르기 치료에도 큰 영향을 미치고 있습니다. 백신은 면역 체계를 자극해 질병을 예방하는 원리로, 최근에는 mRNA 백신 등 첨단 기술이 도입되고 있습니다. 반면 알레르기와 같은 질환은 면역 반응을 억제하는 전략이 필요하며, 조절 T세포를 인위적으로 분화시키는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 면역의 강약 조절이 가능해지면서, 질병에 따라 맞춤형 치료가 현실로 다가오고 있습니다.

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💘"사랑, 진화의 전략이었다?!" | 🧪심심할 땐 과학 EP.2

사랑은 인간의 감정 중에서도 가장 복합적이고 깊은 의미를 지닌 현상입니다. 과학적으로 접근하면 사랑은 단순한 감정이 아니라 호르몬과 뇌의 작용에 의해 촉발되는 생물학적 현상임을 알 수 있습니다. 인류의 진화 과정에서 사랑은 단순한 짝짓기를 넘어, 양육과 협력, 그리고 사회적 유대의 핵심 요소로 자리 잡았습니다. 특히 인간 아기의 오랜 양육 기간은 부모 간의 협력과 깊은 애정을 필요로 했고, 이는 진정한 사랑의 시작점이 되었습니다. 진화심리학적 관점에서 사랑은 생존과 번식에 유리한 전략으로 발전해 왔습니다. 인간은 사회적 동물로서, 감정적 유대와 협력이 생존에 필수적이었습니다. 동물들 중에서도 프레리들쥐와 같이 배우자와의 유대가 강한 종이 존재하며, 이들의 뇌에서는 옥시토신과 바소프레신 같은 호르몬이 활발하게 분비됩니다. 인간 역시 이러한 화학적 시스템을 공유하지만, 전두엽의 발달로 인해 더 이성적이고 계획적인 사랑을 할 수 있게 되었습니다. 남성과 여성은 진화 과정에서 각기 다른 생존 전략을 발전시켰습니다. 여성은 출산과 양육에 더 많은 에너지를 투자해야 했기에, 좋은 유전자를 가진 남성을 선호하게 되었고, 남성은 자신의 유전자를 널리 퍼뜨리기 위한 전략을 취했습니다. 이러한 차이는 수렵과 채집, 그리고 색채 지각 능력이나 공간 지각 능력 등에서 남녀 간의 미묘한 차이로 이어졌습니다. 하지만 최근 연구에서는 남녀 차이보다 개인차가 더 크다는 점이 강조되고 있습니다. 예를 들어, MHC 유전자와 관련된 실험에서는 서로 다른 유전자를 가진 상대에게 더 끌리는 경향이 확인되었습니다. 이는 자손의 면역력을 높이기 위한 자연스러운 선택으로 해석됩니다. 또한, 시간이 지남에 따라 커플이 닮아간다는 연구도 있는데, 이는 함께하는 시간 동안 비슷한 정서와 표정을 공유하기 때문이라고 합니다. 외모에 대한 선호 역시 진화적, 신경과학적 배경을 가지고 있습니다. 많은 사람들이 평균적이고 대칭적인 얼굴을 아름답다고 느끼는 경향이 있는데, 이는 건강함과 면역력의 신호로 해석됩니다. 실제로 뇌가 직관적으로 선호하는 얼굴 비율이 존재하며, 이는 황금비와 유사한 수치로 나타납니다. 이러한 선호는 특히 여성의 가임기나 배란기에 더 두드러진다고 알려져 있습니다.

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🎁댓글 이벤트🎁 평생 살아가면 어떤 기분일까? 💀인간은 왜 죽는가 Part.3 l 선을 넘는 과학자들

해파리는 인간과 달리 유성생식과 무성생식 모두를 할 수 있으며, 잘린 몸도 쉽게 재생하고 심지어 늙지도 않습니다. 이러한 해파리의 생물학적 특성은 인간의 한계와 비교할 때 매우 우월하게 느껴집니다. 인간은 유성생식만 가능하고, 신체 일부가 손상되면 재생이 어렵고, 결국 노화로 인해 죽음을 맞이합니다. 반면 해파리는 폴립 단계에서 사실상 영생에 가까운 삶을 누릴 수 있습니다. 이처럼 해파리의 비밀을 알게 된다면 인간도 언젠가 노화를 극복할 수 있을지에 대한 궁금증이 생깁니다. 생명의 나무를 살펴보면, 모든 생명체는 40억 년 전의 조상 세포에서 유래했다는 사실을 알 수 있습니다. 인간의 세포 역시 부모의 세포에서 유래했으므로, 세포의 관점에서 보면 모두 같은 나이를 가지고 있습니다. 하지만 유성생식 과정에서 정자와 난자가 만나 새로운 생명체가 만들어질 때 나이가 0으로 초기화되는 현상이 일어납니다. 이러한 원리를 바탕으로 생명공학 기술에서는 유도만능줄기세포를 통해 나이 든 세포를 다시 어린 세포로 되돌릴 수 있게 되었습니다. 피부 세포를 유전자 조작하면 배아줄기세포처럼 다양한 세포로 분화할 수 있게 되는데, 이는 노화의 되돌림이 과학적으로 가능하다는 강력한 증거입니다. 실제로 유전자 변형이나 약물, 식습관 변화 등을 통해 수명을 늘릴 수 있는 다양한 연구 결과가 발표되고 있습니다. 예쁜꼬마선충의 유전자 하나를 변형해 수명을 두 배로 늘린 연구, 그리고 당뇨병 치료제인 메트포르민이 당뇨병 환자뿐 아니라 정상인보다도 더 오래 살게 한다는 임상시험 결과는 수명 연장의 가능성을 보여줍니다. 또한 소식이 거의 모든 생물에서 장수 효과를 보인다는 점, 젊은 쥐의 피를 늙은 쥐에 주입하면 회춘 효과가 나타난다는 파라바이오시스 실험 등은 수명과 노화가 유전, 약물, 환경에 의해 조절될 수 있음을 시사합니다. 이제 노화 극복은 더 이상 상상의 영역이 아니라 실제 임상시험 단계에 접어들었습니다. 약물이나 처치가 인간의 수명을 실제로 늘릴 수 있는지, 그리고 그 과정이 안전한지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 앞으로의 세대에서는 100세, 120세, 심지어 140세까지 사는 것이 현실이 될 수도 있습니다. 하지만 이러한 과학적 진보가 가져올 사회적, 윤리적 문제에 대해서도 깊이 고민해야 할 시점입니다.

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🎁댓글 이벤트🎁 내가 죽어도 절대 죽지 않는 세포?🧬 인간은 왜 죽는가💀 Part.1 l 선을 넘는 과학자들

인간의 죽음에 대한 궁금증은 오랜 세월 동안 인류가 품어온 근본적인 질문입니다. 진시황처럼 불로장생을 꿈꿨던 이들도 있었지만, 과학은 이 문제를 진화와 유전자의 관점에서 새롭게 해석합니다. 인간을 비롯한 모든 생명체는 DNA, 즉 유전자에 의해 창조된 생존 기계라는 관점이 등장하면서, 우리의 삶과 죽음, 그리고 노화의 의미를 다시 생각하게 됩니다. 이기적 유전자 이론에 따르면, 우리는 유전자가 자신의 복제를 위해 만들어낸 존재일 뿐이며, 우리의 행동과 생존 방식도 유전자의 목적에 따라 결정된다고 볼 수 있습니다. 이러한 관점에서 노화와 죽음을 바라보면, 생명체가 왜 죽는지에 대한 해답이 조금씩 드러납니다. 유전자는 생식세포를 통해 다음 세대로 전달되며, 체세포는 결국 소모되어 사라지게 됩니다. 생식세포만이 불멸성을 가지며, 체세포는 일회용처럼 사용되고 버려지는 운명을 지닙니다. 이처럼 유전자의 입장에서 보면, 개체의 죽음은 오히려 유전자의 생존 전략에 부합하는 현상입니다. 진화생물학에서는 이러한 현상을 '일회용 신체(Disposable Soma) 이론'으로 설명합니다. 생명체는 한정된 자원을 생식과 생존 중 어디에 투자할지 결정해야 하며, 유전자는 생식에 더 많은 자원을 투자하는 방향으로 진화해 왔습니다. 실제로 예쁜꼬마선충이나 초파리와 같은 모델 생물 연구에서, 생식 기능을 제거하면 수명이 두 배로 늘어나는 현상이 관찰됩니다. 이는 생식과 수명 사이에 명확한 트레이드오프(Trade-off)가 존재함을 보여줍니다. 인간 사회에서도 조선시대 내시의 수명이 일반인보다 길었던 사례가 이를 뒷받침합니다. 노화와 죽음에 대한 또 다른 진화적 설명은 '적대적 다면발현(Antagonistic Pleiotropy) 이론'입니다. 젊을 때 생식에 유리한 유전자가 나이가 들면 오히려 해로운 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 자연선택은 생식이 활발한 시기에는 개체를 보호하지만, 생식이 끝난 후에는 더 이상 개체의 생존에 관심을 두지 않습니다. 이로 인해 젊을 때는 건강하게 살 수 있지만, 생식이 끝난 이후에는 노화와 질병이 빠르게 진행됩니다. 이러한 유전적 메커니즘은 인간뿐만 아니라 다양한 생물에서 공통적으로 발견됩니다. 결국 인간의 죽음은 유전자의 생존 전략과 진화적 선택의 결과로 이해할 수 있습니다. 우리는 개체로서 언젠가 죽음을 맞이하지만, 우리의 유전자는 생식세포를 통해 다음 세대로 이어지며 불멸성을 추구합니다. 이러한 진화적 관점은 죽음이 단순히 생물학적 소멸이 아니라, 유전자와 생명의 연속성 속에서 자연스럽게 발생하는 현상임을 보여줍니다. 앞으로 이어질 논의에서는 이와 관련된 더욱 구체적인 과학적 사실과 흥미로운 사례들이 다루어질 예정입니다.

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적록색맹은 왜 남자에게 많이 나타날까?

적록색맹은 빨간색과 초록색을 구별하는 데 어려움을 겪는 상태로, 주로 유전변이에 의해 발생합니다. 흥미로운 점은 이 증상이 여성보다 남성에게서 훨씬 더 빈번하게 나타난다는 사실입니다. 이러한 차이는 남녀의 성염색체 구성이 다르기 때문입니다. 남성은 XY 염색체를, 여성은 XX 염색체를 가지고 있으며, 적록색맹과 관련된 광수용체 유전자는 X 염색체에 위치합니다. 우리 몸의 설계도인 DNA를 담고 있는 염색체 중 성별을 결정하는 성염색체는 다양한 신체 형질을 결정하는 유전 정보를 포함하고 있습니다. 남성은 단 하나의 X 염색체만을 가지고 있어, 해당 염색체에 변이가 존재할 경우 이를 보완할 수 있는 수단이 없으므로 즉시 적록색맹 증상이 나타나게 됩니다. 적록색맹을 일으키는 돌연변이는 주로 '불균등 교차'라는 현상을 통해 발생합니다. 유전자 재조합 과정에서 유사한 DNA 서열이 서로 잘못 연결되면 유전자의 일부가 중복되거나 누락되는 일이 생깁니다. 빨간색과 초록색 광수용체 유전자는 X 염색체 상에서 매우 가까운 위치에 있으며 서열 또한 매우 비슷하기 때문에 이러한 불균등 교차가 상대적으로 자주 일어납니다. 그 결과 두 유전자의 기능에 동시에 이상이 생기면서 적록색맹이라는 형질이 나타나게 되는 것입니다. 이는 유전적 다양성이 만들어지는 과정에서 발생하는 예기치 못한 오류 중 하나로, 광수용체 유전자의 정교한 배열이 깨지면서 색 인지 능력에 변화를 가져오게 됩니다. 적록색맹 유전변이는 열성으로 작용하기 때문에, 두 개의 X 염색체를 가진 여성은 하나의 염색체에 변이가 있더라도 다른 정상 염색체가 그 기능을 대신할 수 있습니다. 이처럼 돌연변이 유전자를 가지고 있지만 겉으로 증상이 나타나지 않는 사람을 '보인자'라고 부릅니다. 남성은 어머니로부터만 X 염색체를 물려받기 때문에, 어머니가 보인자일 경우 아들은 50%의 확률로 적록색맹이 됩니다. 이러한 유전 패턴은 때때로 한 세대를 건너뛰어 나타나는 격세유전의 형태를 띠기도 합니다. 남성은 X 염색체가 하나뿐인 반수체 상태이므로 유전자의 우열에 관계없이 X 염색체에 담긴 정보가 그대로 표현형으로 드러나 남성에게 더 많이 나타나게 됩니다.

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[강연] 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 과학의 즐거움을 나누는 대표적인 프로그램입니다. 올해는 '과학자의 꿈과 도전, 과학의 탐험'이라는 주제로 미지의 세계를 탐구하는 과학자들의 생생한 목소리를 담았습니다. 과학은 단순히 지식을 배우는 것이 아니라, 아직 밝혀지지 않은 자연의 신비를 찾아가는 흥미진진한 여정입니다. 이번 강연은 청소년들에게 과학적 호기심을 자극하고 미래의 탐험가로 성장할 수 있는 영감을 제공합니다. 안진호 교수는 남극 빙하 속 공기방울을 통해 과거의 기후를 추적합니다. 빙하는 눈이 쌓여 만들어지며 그 사이의 공기를 가두는데, 이는 수십만 년 전의 대기 성분을 고스란히 간직한 타임머신과 같습니다. 특히 80만 년 동안의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 현재의 급격한 기후 변화가 인위적인 요인에 의한 것임을 입증합니다. 블루아이스 연구를 통해 100만 년 이상의 기록을 찾는 도전은 지구의 미래를 예측하는 핵심 열쇠가 됩니다. 유종희 교수는 눈에 보이지 않는 유령 입자인 중성미자를 통해 우주의 기원을 탐색합니다. 중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않고 우주를 통과하기 때문에, 별의 내부나 초신성 폭발의 비밀을 직접적으로 전달해 줍니다. 일본의 슈퍼카미오칸데나 남극의 아이스큐브 같은 거대 검출기는 이 미세한 신호를 포착하여 우주에 왜 반물질보다 물질이 더 많은지, 즉 우리가 존재하게 된 근본적인 이유를 밝히고자 노력하고 있습니다. 김장수 교수는 저글링이라는 유희적 활동 속에 숨겨진 수학적 질서를 소개합니다. 조합론은 이산적인 대상의 개수를 세고 구조를 파악하는 학문으로, 저글링의 공을 던지는 순서와 높이를 수열로 나타내어 분석할 수 있습니다. '사이트스왑'이라는 체계를 통해 가능한 저글링 패턴을 예측하고, 공의 개수가 수열의 평균과 같다는 사실을 증명하는 과정은 수학이 추상적인 기호를 넘어 실제 현상을 설명하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 이유경 박사는 북극의 생태계 변화를 통해 기후 위기의 현장을 고발합니다. 다산과학기지를 중심으로 드론과 인공지능, DNA 분석 기술을 활용하여 북극 식물의 종 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 온난화로 인해 빙하가 사라지고 북극곰의 사냥 환경이 바뀌는 현실 속에서, 과학적 탐험은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 멸종 위기종을 보존하고 지구 환경을 지키기 위한 실천적인 데이터를 구축하는 숭고한 작업이 됩니다. 과학 탐험의 진정한 묘미는 세상에서 아무도 모르는 진리를 처음으로 발견하는 순간의 희열에 있습니다. 패널 대담에서 과학자들은 탐험이 항상 계획대로 흘러가지는 않지만, 그 과정에서 마주하는 의외의 발견들이 연구의 원동력이 된다고 강조했습니다. 수학적 난제를 해결했을 때의 포만감이나 극한의 환경에서 새로운 데이터를 얻었을 때의 감동은 과학자만이 누릴 수 있는 특권이며, 이는 공동 연구라는 협력을 통해 더욱 빛을 발합니다. 마지막으로 강연은 미래의 과학 꿈나무들에게 유행을 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾으라는 메시지를 전합니다. 입시 위주의 공부에서 벗어나 질문을 던지고 스스로 답을 찾아가는 과정이 곧 과학의 시작입니다. 실패를 두려워하지 않고 미지의 세계로 발을 내딛는 용기가 있다면, 누구나 자신만의 신대륙을 발견하는 탐험가가 될 수 있습니다. 이번 강연이 청소년들에게 과학이라는 넓은 바다로 나아가는 나침반이 되기를 기대합니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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물리학
지구환경과학
천문학
수학

[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

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생명과학

[강연] 기계학습과 물리학: 생성형 인공지능의 원리_by 조정효 | 고등과학원&카오스재단 '2024 노벨상 해설강연' | 1강

올해 노벨 물리학상은 인공지능의 핵심인 인공신경망의 기초를 확립한 과학자들에게 돌아갔습니다. 존 홉필드와 제프리 힌튼 교수는 물리학적 원리를 기계 학습에 도입하여 현대 인공지능의 토대를 마련했습니다. 이들의 연구는 단순한 공학적 성과를 넘어, 우리 뇌가 정보를 처리하고 기억하는 방식을 물리학적으로 해석하려는 시도에서 시작되었습니다. 이는 복잡한 연결망 속에서 스스로 질서가 창발하는 현상을 탐구한 결과이며, 물리학과 컴퓨터 과학의 경계를 허문 혁신적인 성취로 평가받습니다. 인공신경망의 기본 단위인 퍼셉트론은 생물학적 뉴런의 작동 방식에서 영감을 얻었습니다. 여러 뉴런으로부터 들어온 신호에 가중치를 곱해 합산하고, 이 값이 특정 임계치를 넘으면 다음 뉴런으로 신호를 전달하는 구조입니다. 초기 과학자들은 이를 통해 논리 연산을 수행하며 인공지능의 가능성을 엿보았습니다. 하지만 단일 계층의 퍼셉트론은 선형적으로 분리되지 않는 배타적 논리합(XOR)과 같은 복잡한 문제를 해결하지 못한다는 한계에 부딪히기도 했습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 도입된 것이 은닉층을 포함한 다층 신경망입니다. 수학적으로 증명된 보편적 어림 정리에 따르면, 적절한 은닉층을 가진 신경망은 어떤 복잡한 함수 관계도 표현할 수 있습니다. 이는 입력 데이터를 새로운 공간으로 변환하여 문제를 해결하는 과정으로 이해할 수 있습니다. 고양이 사진을 보고 고양이라고 판단하는 복잡한 분류 작업도 결국 데이터를 다차원적으로 해석하고 변환하는 신경망의 층을 통해 가능해지며, 이는 현대 딥러닝의 근간이 되었습니다. 신경망이 깊어질수록 수많은 매개변수를 최적화하는 것이 관건이 됩니다. 제프리 힌튼 교수는 오차 역전파와 경사하강법을 통해 이 문제를 해결했습니다. 실제 정답과 예측값 사이의 오차를 정의하고, 경사가 낮아지는 방향으로 매개변수를 조금씩 수정하며 최적의 상태를 찾아가는 방식입니다. 이는 마치 복잡한 지형에서 가장 낮은 골짜기를 찾아 내려가는 과정과 같습니다. 이러한 학습 알고리즘의 발전은 딥러닝이 실질적인 성능을 발휘하고 다양한 분야에 응용되는 결정적 계기가 되었습니다. 존 홉필드 교수는 기억의 형성을 물리학의 에너지 개념으로 설명했습니다. 데이터의 패턴을 에너지 지형의 골짜기로 정의하면, 불완전한 정보가 입력되더라도 에너지가 가장 낮은 상태를 찾아가며 원래의 기억을 복원할 수 있습니다. 이는 통계 물리학의 스핀 유리 모형을 응용한 것으로, 신경세포들이 함께 활성화될 때 연결이 강화된다는 헤비안 규칙과도 일맥상통합니다. 기억이란 결국 시스템이 안정적인 에너지 상태를 찾아가는 물리적 과정이며, 이를 통해 기계는 정보를 저장하고 회상하는 능력을 갖추게 됩니다. 생성형 인공지능의 원형인 볼츠만 머신은 확률 분포를 통해 데이터를 이해합니다. 힌튼 교수는 계산량 문제를 해결하기 위해 제한된 볼츠만 머신(RBM)을 고안했고, 이를 계층적으로 쌓아 심층 신경망의 학습을 가능하게 했습니다. 데이터를 압축하고 핵심 정보를 추출하는 이 과정은 확률 분포를 변환하는 고도의 수학적 작업입니다. 오늘날 우리가 목격하는 놀라운 생성형 AI의 성취는 데이터를 확률과 정보의 관점에서 다루는 이러한 물리적 통찰에서 비롯되었으며, 이는 단순한 분류를 넘어 새로운 정보를 창조하는 단계로 나아갔습니다. 정보는 이제 물리학과 생물학을 관통하는 핵심 개념으로 자리 잡았습니다. 맥스웰의 도깨비 역설을 해결한 정보 열역학부터 '비트에서 존재로(It from bit)'라는 철학적 통찰에 이르기까지, 자연 현상을 정보 처리 과정으로 보는 시각이 확산되고 있습니다. 인공지능의 발전은 인간의 특별함에 대한 질문을 던지는 동시에, 우리가 거대한 정보의 그물망인 인포스피어의 일부임을 깨닫게 합니다. 과학은 인간이 중심이 아니라는 사실을 일깨우며, 정보라는 보편적 언어를 통해 우주와 생명을 이해하는 더 넓은 세계로 우리를 인도합니다.

조정효

카오스재단카오스크로스

물리학

[토크] 우주에서 마주친 뜻밖의 00 ?!_과학자들의 방과 후 수다_1편 | 1편

와인을 잔에 따르고 가볍게 흔들면 벽면을 타고 액체가 맺혀 흘러내리는 '와인의 눈물' 현상을 관찰할 수 있습니다. 이는 물과 에탄올의 증발 속도 차이로 인해 발생하는 밀도 변화 때문인데, 물리학에서는 이를 '마랑고니 효과'라고 부릅니다. 에탄올 함량이 높은 와인일수록 이 현상이 더욱 뚜렷하게 나타나며, 이는 단순한 시각적 즐거움을 넘어 액체의 물리적 특성을 잘 보여주는 사례입니다. 와인을 즐기는 과정에서 행하는 스월링은 향을 풍부하게 만드는 동시에 이러한 과학적 원리를 직접 확인하는 과정이기도 합니다. 생물학 연구 현장에서는 새로 발견한 유전자에 와인 품종의 이름을 붙이는 흥미로운 전통이 존재하기도 합니다. 유전자의 기능을 연구하기 위해 돌연변이를 만드는 과정에서 독특한 표현형이 발견되면, 연구자들은 그날 마신 와인의 이름을 따서 샤도네이나 피노누아 같은 명칭을 부여합니다. 이는 딱딱한 과학 연구에 인간적인 서사와 풍류를 더하는 행위입니다. 비록 유전자의 실제 기능과 와인 이름 사이에 직접적인 연관성은 없지만, 과학자들의 열정과 발견의 순간을 기억하는 특별한 방식이 되어 연구의 역사를 기록합니다. 놀랍게도 알코올은 지구뿐만 아니라 광활한 우주 공간에서도 발견됩니다. 천문학자들은 전파망원경을 통해 별이 형성되는 영역에서 에탄올과 메탄올 같은 유기 분자의 존재를 확인했습니다. 이는 초신성 폭발이나 별의 소멸 과정에서 방출된 중원소들이 우주 먼지와 결합하여 복잡한 화학 반응을 일으킨 결과입니다. 우주 먼지 표면에서 수소와 일산화탄소가 반응하여 물과 유기물이 만들어지는 과정은, 지구가 탄생하기 훨씬 전부터 우주가 생명의 재료를 준비하고 있었음을 시사하며 우주 화학의 신비를 보여줍니다. 우주 공간의 낮은 온도와 압력 환경에서 유기 분자들은 '성간 얼음'의 형태로 존재합니다. 이 얼음 덩어리들이 중력에 의해 뭉치면 혜성이 되는데, 혜성 내부에는 에탄올뿐만 아니라 아미노산의 일종인 글리신과 RNA의 구성 성분인 당 분자까지 포함되어 있습니다. 이러한 유기 물질들이 소행성이나 혜성을 통해 지구로 전달되었다는 가설은 오늘날 생명 기원 연구의 중요한 축을 담당합니다. 즉, 우리 몸을 구성하는 기본 단위들이 사실은 머나먼 우주 공간의 화학 공장에서 만들어져 전달된 셈이라는 점에서 인류의 근원을 다시 생각하게 합니다. 하지만 유기 물질의 존재만으로 생명의 탄생을 모두 설명할 수는 없습니다. RNA나 아미노산 같은 재료들이 우연히 모여 세포막이라는 경계를 형성하고, 지속적인 대사 활동을 이어가는 생명체로 진화하는 과정은 여전히 거대한 확률의 벽을 넘어야 하는 영역입니다. 생물학자들은 생명체를 구성 요소로 분해하여 분석할 수는 있지만, 그 요소들을 다시 합친다고 해서 생명의 박동이 다시 시작되지는 않습니다. 무생물에서 생물로 도약하는 그 찰나의 순간과 생명 현상의 연속성은 과학이 풀어야 할 가장 깊고도 매혹적인 숙제로 남아 있습니다.

신예리, 윤성철, 이현숙, 정하웅

카오스재단과학자들의 방과 후 수다

물리학
생명과학
천문학

우리에게 바이러스😷란?! 지구에 있는 모든 바이러스를 파헤쳐라!!ㅣ사이다_저자강연

바이러스는 우리 일상에서 떼려야 뗄 수 없는 존재입니다. 많은 사람들이 바이러스에 대해 부정적인 인식을 가지고 있지만, 사실 바이러스는 지구 생명체와 오랜 시간 공존해왔습니다. 포유류에는 이미 수십만 종의 바이러스가 존재하고, 우리 주변 공기 중에도 셀 수 없이 많은 바이러스가 떠다니고 있습니다. 바이러스는 눈에 보이지 않을 만큼 작지만, 그 영향력은 지대합니다. 심지어 인간의 태반을 만드는 유전자나 기억력을 담당하는 유전자 등도 바이러스에서 유래한 것으로 밝혀져 있습니다. 이처럼 바이러스는 인류의 진화와 생명 유지에 깊이 관여해왔습니다. 바이러스는 해양 생태계에서도 중요한 역할을 합니다. 바다에는 수많은 세균이 존재하는데, 이들이 무한히 증식하면 해양 생태계가 무너질 수 있습니다. 이때 박테리오파지라는 바이러스가 세균의 수를 조절해 생태계의 균형을 유지합니다. 우리가 들이마시는 산소의 60%가 해양에서 만들어지는데, 만약 해양 바이러스가 없다면 현재와 같은 산소 환경을 누리기 어려웠을 것입니다. 바이러스는 해양뿐 아니라 지구 전체 생태계의 건강을 지키는 데 필수적인 존재입니다. 바이러스의 형태와 크기는 매우 다양합니다. 코로나바이러스처럼 동그란 모양도 있지만, 광견병 바이러스는 총알 모양, 박테리오파지는 달착륙선처럼 생겼습니다. 감기 바이러스인 아데노바이러스는 육각형에 뾰족한 돌기가 있습니다. 바이러스는 나노미터 단위로 측정될 만큼 작아서, 머리카락 지름의 1,000분의 1, 세균보다도 10배 이상 작습니다. 세균과 달리 바이러스는 세포벽이 없고, 스스로 생명 활동을 할 수 없어 살아있는 세포에 기생해야만 증식할 수 있습니다. 이 때문에 바이러스는 생물과 무생물의 경계에 있는 독특한 존재로 여겨집니다. 우리 몸은 외부에서 들어오는 바이러스나 세균 등 이물질에 맞서 다양한 면역 시스템을 갖추고 있습니다. 1차 방어선인 선천면역은 피부, 코, 눈 등에서 작동하며, 인터페론과 백혈구, 자연살해세포 등이 즉각적으로 이물질을 공격합니다. 2차 방어선인 적응면역은 기억력을 바탕으로 바이러스에 특이적으로 대응하는데, B세포가 항체를 만들어 바이러스를 막고, T세포가 감염된 세포를 제거합니다. 이러한 면역 시스템 덕분에 사람마다 감기에 잘 걸리는 정도가 다르며, 면역력의 차이가 건강에 큰 영향을 미칩니다. 바이러스는 인체에 해로운 것만이 아니라 유익한 역할도 합니다. 코로나바이러스 역시 본래는 박쥐 안에서만 존재하는 바이러스였으나, 인간의 자연 훼손과 생태계 파괴로 인해 인간 사회로 넘어오면서 문제가 되었습니다. 모든 생명체는 유기적으로 연결되어 있으며, 인간이 건강하려면 동물과 환경도 건강해야 한다는 '원헬스' 개념이 중요합니다. 바이러스와 슬기롭게 공존하는 삶을 위해서는 바이러스에 대한 올바른 이해와 함께, 자연과 환경을 아끼는 태도가 필요합니다.

국립과천과학관책📖저자강연

생명과학
지구환경과학
융합

[강연] 인공지능으로 풀어낸 단백질의 비밀 _ by백민경｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연 | 4강

과학의 진정한 묘미는 서로 다른 기술과 사람이 만나 새로운 발전을 만들어내는 '연결'에 있습니다. 우리 몸을 구성하는 아주 작은 분자인 단백질 연구 역시 이러한 연결을 통해 혁신을 맞이했습니다. 단백질은 우리 몸 안의 거의 모든 생명현상에 관여하는 핵심 물질로, 산소를 운반하거나 화학 반응을 촉진하는 효소 역할을 하며 외부 침입에 맞서는 면역체계를 유지하는 등 생존에 필수적인 기능을 수행합니다. 세포 내부를 들여다보면 물과 지방을 제외한 대부분이 단백질로 이루어져 있을 만큼 그 중요성은 절대적입니다. 화학을 전공하며 인류를 구원할 신약개발을 꿈꿨던 연구자는 실험실에서 시약을 섞는 대신 컴퓨터를 활용하는 계산화학의 길을 선택했습니다. 복잡한 수식과 논리로 단백질의 구조를 예측하는 이 분야는 손에 물을 묻히지 않고도 생명과학의 난제를 풀 수 있는 가능성을 제시했습니다. 특히 알파고와 이세돌의 대국은 인공지능이 과학 연구의 패러다임을 바꿀 수 있다는 강력한 희망을 심어주었으며, 이는 곧 컴퓨터 기술과 생명과학이 결합하여 새로운 지평을 여는 계기가 되었습니다. 2021년 발표된 '로제타폴드'는 인공지능 기반의 단백질 구조 예측 기술로, 바이오 분야의 획기적인 혁신으로 평가받습니다. 기존의 실험 방식은 단백질 구조 하나를 밝히는 데 수년의 시간과 수백억 원의 비용이 소요되었지만, 인공지능은 이를 단 몇 시간 만에 해결할 수 있게 했습니다. 사이언스지가 올해의 연구 성과로 선정하기도 한 이 기술은 단순히 속도의 문제를 넘어 인류가 겪는 수많은 질병의 치료제를 찾는 속도를 비약적으로 높여 신약개발의 새로운 시대를 열었습니다. 단백질은 아미노산이라는 작은 분자들이 사슬처럼 연결된 생체 고분자 물질입니다. 이 사슬이 어떤 순서로 배열되고 어떤 3차원 모양으로 접히느냐에 따라 단백질의 고유한 기능이 결정됩니다. 예를 들어 코로나바이러스가 인체 세포와 어떻게 결합하여 감염을 일으키는지 이해하려면 그 표면 단백질의 입체 구조를 정확히 알아야 합니다. 이러한 구조 정보를 바탕으로 우리는 바이러스의 결합을 방해하는 치료제를 만들거나 바이오센서로 활용할 수 있는 정밀한 백신을 설계할 수 있게 됩니다. 하지만 단백질이 가질 수 있는 구조의 경우의 수는 10의 300승 개에 달할 정도로 방대하여, 물리학적 원리만으로는 이를 예측하는 데 우주의 나이보다 긴 시간이 걸립니다. 연구자들은 이 난제를 해결하기 위해 단백질 진화의 역사에 주목했습니다. 수억 년의 진화 과정에서 생존에 성공한 단백질들은 구조와 기능을 유지하는 특정한 패턴을 서열 안에 간직하고 있습니다. 인공지능은 바로 이 방대한 서열 데이터 속에 숨겨진 복잡한 패턴을 찾아내는 데 탁월한 능력을 발휘하며 불가능해 보였던 예측을 현실로 만들었습니다. 인공지능은 단백질 서열이라는 '글'을 읽고 구조라는 '그림'을 그려내는 과정을 반복하며 정답에 가까운 구조를 찾아냅니다. 이제 기술은 단일 단백질의 구조 예측을 넘어, 단백질 간의 상호작용과 결합 구조까지 예측하는 단계로 진화했습니다. 이를 통해 암세포가 면역세포의 공격을 피하는 기제를 차단하는 새로운 항암제 후보물질을 설계하는 등 맞춤형 단백질 신약개발의 문이 활짝 열렸습니다. 이는 질병의 원인을 정확히 타격하는 정밀 의료의 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다. 과학적 성취의 이면에는 서로 다른 분야를 잇는 '브리징 피플(Bridging People)'의 역할이 결정적이었습니다. 인공지능 전문가와 생물학자가 서로의 언어를 이해하고 협업할 때 비로소 거대한 혁신이 일어납니다. 새로운 것을 배우는 데 두려움 없이 다양한 분야 사이의 연결고리를 찾는 연습은 단백질이라는 작은 세계를 넘어 인류의 건강한 미래를 설계하는 가장 강력한 동력이 될 것입니다. 서로 다른 학문의 경계를 허무는 소통의 능력이야말로 현대 과학이 요구하는 가장 중요한 자질입니다.

백민경

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[석학 인터뷰] Nature vs Nurture🤷‍♀️🤷‍♂️ | 2022 카오스강연 '진화'

오랜 시간 이어져 온 본성과 양육에 관한 논쟁은 현대 과학을 통해 더욱 복잡하고 흥미로운 양상을 띠게 되었습니다. 과거에는 비만을 단순히 개인의 게으름 탓으로 돌리기도 했으나, 오늘날에는 유전적 요인과 장내 미생물 생태계의 영향력이 크다는 사실이 밝혀졌습니다. 인간은 유전자로부터 막대한 영향을 받는 동시에, 스스로 환경을 개선하고 발전시켜 '문명'이라는 독특한 체계를 구축했습니다. 우리는 문명 안에서 살아가며 그 혜택을 누리지만, 동시에 문명이 제공하는 새로운 환경으로부터 다시금 깊은 영향을 받으며 변화해 나가는 존재입니다. 만약 10만 년 전의 호모 사피엔스를 현대의 뉴욕에 데려다 놓는다면, 그는 수렵 채집 대신 뉴요커의 삶을 살게 될 것입니다. 이는 인류의 뇌 구조가 과거와 큰 차이가 없음에도 불구하고, 환경의 변화가 개체의 삶을 얼마나 극적으로 바꿀 수 있는지를 보여줍니다. 현대 사회에서는 생물학적 진화보다 '문화적 진화'가 더 강력한 힘을 발휘합니다. 유전적 후손을 남기는 것보다 어떤 '밈(meme)'을 생성하고 공유하느냐가 환경 문제 해결과 삶의 질에 더 큰 영향을 미치며, 이러한 문화적 변화는 생물학적 변화의 속도를 훨씬 앞지르고 있습니다. 유전자와 환경은 독립적으로 작용하는 것이 아니라 끊임없이 상호작용하며 인간의 삶을 형성합니다. 인간의 DNA는 진공 상태에서 발현되는 것이 아니라, 특정한 환경적 신호가 주어질 때 비로소 그 기능을 수행하기 때문입니다. 적절한 양육과 환경이 뒷받침되지 않는다면 생물학적으로는 인간일지라도 인간다운 행동이나 정신 상태를 갖추기 어렵습니다. 따라서 본성과 양육을 이분법적으로 나누어 어느 하나가 더 중요하다고 단정 짓는 것은 무의미하며, 두 요소가 결합하여 한 개인의 온전한 삶을 완성한다는 통합적 관점이 필요합니다. 최근 주목받는 후성유전학은 유전자가 고정된 운명이 아님을 시사하며 우리에게 새로운 가능성을 제시합니다. 유전적 바탕은 수억 년의 진화를 거쳐 형성되었지만, 우리가 무엇을 먹고 어떻게 활동하느냐에 따라 유전자의 발현 양상은 가역적으로 변할 수 있습니다. 예를 들어 특정 질병에 취약한 유전자를 가졌더라도 환경적 노력을 통해 그 영향을 조절할 수 있다는 사실은 인간에게 삶의 선택권과 의지를 부여합니다. 이는 유전학을 운명론으로 받아들이는 대신, 자신을 깊이 이해하고 더 나은 삶을 설계하는 도구로 활용해야 함을 의미합니다. 인간의 모든 활동은 생물학적 토대 위에서 펼쳐지는 고도의 지적 유희라고 할 수 있습니다. 유전자가 허락하는 유전적 한계 내에서 우리는 자연계의 어떤 생물보다 유전자의 직접적인 명령에서 벗어나 자유롭고 다채로운 문화를 향유합니다. 개인의 차원에서는 유전적 특성이 두드러지게 나타날 수 있으나, 집단의 규모가 커질수록 환경에 적응하며 쌓아온 문화적 역량이 공동체의 발전과 생존을 결정짓는 핵심적인 원동력이 됩니다. 본성과 양육은 대립하는 개념이 아니라, 서로를 보완하며 인류를 지금의 모습으로 이끌어온 두 개의 거대한 축입니다.

김상욱, 김영준, 김유섭, 박정재, 이준호, 장대익, 장이권, 전중환, 최재천, 한창석

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[석학 인터뷰] 이성을 유혹하기 위한 인간의 진화😘 | 2022 카오스강연 '진화'

다윈의 진화론에서 성선택은 자연선택의 관점만으로는 설명하기 어려운 독특한 현상입니다. 생존에 유리한 형질이 살아남는다는 자연선택의 원리와 달리, 자연계에는 공작의 화려한 깃털처럼 오히려 생존에 방해가 되는 형질들이 존재하기 때문입니다. 이러한 형질들은 포식자의 눈에 띄기 쉽고 도망치기에도 불편하지만, 암컷에게 선택받을 확률을 높여줌으로써 다음 세대로 전달됩니다. 즉, 생존이 아닌 짝짓기 성공을 위해 보존되는 '성적으로 선택된 형질'인 것입니다. 이는 진화의 동력이 단순히 살아남는 것에만 있지 않음을 보여줍니다. 성선택과 자연선택의 관계에 대해서는 학계에서도 다양한 논의가 이어져 왔습니다. 넓은 의미에서 자연선택은 생존과 번식을 통해 형질의 차이가 전달되는 모든 과정을 포함하므로, 성선택 역시 자연선택의 큰 틀 안에 포함된다고 볼 수 있습니다. 하지만 구체적인 메커니즘을 살펴보면 두 개념은 서로 다른 초점을 가집니다. 자연선택이 수명이나 적응력 등 전반적인 적합도에 관여한다면, 성선택은 교미 빈도나 짝짓기 성공률과 같은 번식 관련 형질에 더 집중합니다. 결국 성선택은 개체가 자신의 유전자를 후대에 남기기 위해 치르는 치열한 경쟁의 결과물이라 할 수 있습니다. 어떤 형질들은 생존 능력을 다소 희생하더라도 번식 성공률을 극대화하는 방향으로 진화합니다. 수컷 개구리가 포식자에게 노출될 위험을 무릅쓰고 크게 우는 것이나, 화려한 색채를 뽐내는 것은 자신의 생존 확률을 낮추는 행위입니다. 그럼에도 불구하고 이러한 형질이 유지되는 이유는 생존의 감소분보다 번식을 통한 유전자 전달의 이득이 더 크기 때문입니다. 즉, 자연선택의 과정에서 생존과 생식이라는 두 가지 요인이 최적화되는 과정에서 성선택이 강력하게 작용하는 것입니다. 이는 진화가 단순히 오래 사는 것이 아니라, 얼마나 효과적으로 유전자를 전달하느냐의 문제임을 시사합니다. 인간의 고유한 형질 중에서도 성선택의 흔적을 찾아볼 수 있습니다. 유머, 예술, 지능과 같은 정신적 능력들은 생존에 직접적인 도움을 주지 않는 것처럼 보일 때가 많습니다. 진화심리학자들은 이러한 형질들이 공작의 꼬리처럼 이성을 유혹하기 위한 도구로 진화했을 가능성을 제기합니다. 기가 막히게 멋있고 휘황찬란하지만 실생활에서의 실용성이 모호한 인간의 문화적 역량들이 사실은 성선택에 의한 결과물일 수 있다는 주장입니다. 물론 각 형질이 구체적으로 어떤 경로를 통해 진화했는지는 면밀한 조사가 필요하지만, 성선택이 인간의 복잡한 내면세계를 형성하는 데 중요한 역할을 했음은 부정하기 어렵습니다. 다윈이 처음 성선택 이론을 발표했을 당시, 영국 사회는 이를 쉽게 받아들이지 못했습니다. 특히 암컷에게 선택권이 있다는 주장은 당시의 가부장적인 사회 분위기 속에서 무시당하기 일쑤였습니다. 이로 인해 성선택 연구는 약 100년 동안 정체기를 겪었으나, 1960년대 이후 여성 운동과 함께 다시 활발하게 논의되기 시작했습니다. 현대 진화생물학에서는 발표되는 논문의 상당수가 성선택을 다룰 정도로 그 중요성이 높게 평가됩니다. 아무리 생존에 유리한 형질이라도 번식으로 이어지지 않으면 진화할 수 없기에, 성선택은 자연선택보다 더 강력하고 결정적인 진화의 메커니즘으로 자리 잡고 있습니다.

김상욱, 김영준, 김유섭, 박정재, 이준호, 장대익, 장이권, 전중환, 최재천, 한창석

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생명과학

[석학 인터뷰] 의식의 탄생과 인간의 진화의 관계🧬 | 2022 카오스강연 '진화'

우리는 우주를 날거나 스카이다이빙을 할 때도 중력의 영향권 아래 있듯이, 인간의 의식 또한 생물학적 진화라는 거대한 법칙 안에서 움직입니다. 의식은 어느 날 갑자기 완성된 형태로 나타난 신비로운 현상이 아니라, 아주 미세한 단계들을 거쳐 점진적으로 발달해 온 진화의 산물입니다. 마치 초기 생명체의 시각 장치가 단순히 빛과 그림자를 구분하는 수준에서 시작해 오늘날의 정교한 눈으로 발전했듯, 의식 또한 생존에 유리한 아주 작은 이득들이 쌓여 만들어진 결과물이라고 볼 수 있습니다. 많은 이들이 '퀄리아'를 과학으로 설명할 수 없는 미스터리로 여기곤 합니다. 내가 느끼는 빨간색의 강렬함이 타인의 것과 같은지 증명하기 어렵다는 점 때문입니다. 그러나 현대 인지신경과학은 의식을 해결 불가능한 난제가 아닌, 과학적 탐구의 대상으로 봅니다. 의식은 뇌의 여러 신경 회로가 정보를 공유하는 일종의 '칠판' 역할을 수행하며, 우리가 인지하지 못하는 무수한 무의식적 신경 작용들 사이에서 특정한 정보를 통합하고 전달하는 기능을 담당하고 있습니다. 의식의 출현을 인간만의 고유한 특권으로 보려는 시각도 존재하지만, 이는 생물학적 연속성을 간과한 것일 수 있습니다. 영장류나 유인원, 심지어 다른 동물들도 각자의 수준에서 의식이라 부를 수 있는 인지 기능을 갖추고 있습니다. 다만 인간은 고도로 발달한 언어와 문자라는 도구를 통해 자신의 의식을 기록하고 표현할 수 있을 뿐입니다. 따라서 의식은 인간과 함께 갑자기 출현한 것이 아니라, 자연 선택의 과정에서 복잡성이 증대되며 여러 생명체에게서 단계적으로 발전해 온 공통의 형질입니다. 의식의 본질을 이해하기 위해 분자 수준의 물리적 작용에 주목할 필요가 있습니다. 신경세포와 그 내부의 분자들이 상호작용하며 만들어내는 결과가 바로 의식이라는 가설은 현대 과학의 중요한 축을 이룹니다. 이는 개별 요소에는 없던 새로운 성질이 전체 시스템에서 나타나는 '창발적 특성'으로 설명될 수 있습니다. 비록 우리가 아직 의식의 모든 기전을 완벽히 규명하거나 재현하지는 못했을지라도, 의식은 결국 생물학적 토대 위에서 발생하는 물리적 현상의 일부라는 점은 부정하기 어려운 사실입니다. 현대 인류는 문화적, 기술적 진화를 통해 생물학적 진화의 속도를 앞지르고 있는 것처럼 보입니다. 때로는 저출산과 같이 생물학적 본능에 역행하는 선택을 하기도 하지만, 이것이 우리가 진화의 굴레에서 완전히 벗어났음을 의미하지는 않습니다. 인간의 고도화된 뇌 활동과 그에 따른 논리적 행동들 역시, 거대한 관점에서는 유전자가 환경에 적응하고 생존하기 위한 복잡한 전략의 연장선에 있습니다. 결국 의식은 생물학적 뿌리를 부정하는 도구가 아니라, 그 뿌리 위에서 피어난 가장 정교한 적응의 결과물입니다.

김상욱, 김영준, 김유섭, 박정재, 이준호, 장대익, 장이권, 전중환, 최재천, 한창석

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 진화의 원동력, DNA _ by이현숙 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 8강 | 8강

진화의 역사를 돌이켜볼 때, 찰스 다윈은 DNA라는 분자의 존재를 전혀 알지 못했음에도 불구하고 생명 진화의 가장 핵심적인 원리를 꿰뚫어 본 인물이었습니다. 그는 수많은 관찰과 기록을 통해 종의 기원을 탐구했으며, 생명체가 환경에 적응하며 변화해가는 과정을 '자연선택'이라는 개념으로 정립했습니다. 오늘날 우리가 이해하는 진화는 결국 DNA에 새겨진 정보의 변화와 그 궤를 같이하며, 다윈이 가졌던 의문들은 현대 분자생물학을 통해 그 해답을 찾아가고 있습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 DNA 이중 나선 구조는 생명 과학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 로잘린 프랭클린의 엑스선 회절 데이터를 바탕으로 규명된 이 구조는 단순히 분자의 형태를 밝힌 것에 그치지 않고, 생명 정보가 어떻게 복제되고 다음 세대로 전달되는지를 시사했습니다. 불과 900자도 되지 않는 짧은 논문이었지만, 그 안에는 생명의 설계도가 가진 아름다움과 유전의 비밀을 푸는 열쇠가 담겨 있었으며 이는 현대 생물학의 위대한 시작이 되었습니다. 생명 현상의 중심에는 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 '센트럴 도그마'라는 정보의 흐름이 존재합니다. DNA가 생명의 설계도라면, RNA는 그 정보를 전달하는 매개체이며 단백질은 실제로 우리 몸에서 다양한 기능을 수행하는 일꾼입니다. 최근에는 단백질을 만들지 않는 비부호화 RNA의 역할이 새롭게 조명되면서 생명 조절 기작의 복잡성이 더욱 드러나고 있습니다. 이러한 정보 전달 체계는 생명체가 생존을 유지하고 환경에 반응하는 근본적인 원동력이 됩니다. DNA는 복제 과정에서 끊임없이 변이를 일으키며, 이러한 불완전함이야말로 진화를 가능케 하는 핵심 요소입니다. 세포 분열 시 발생하는 수많은 복제 오류는 정교한 수선 기작을 통해 대부분 교정되지만, 일부 남겨진 변이들은 생명 종의 다양성을 풍부하게 만드는 원천이 됩니다. 만약 DNA가 한 치의 오차도 없이 완벽하게 복제되었다면 생명체는 변화하는 환경에 적응하지 못하고 멸종했을 것입니다. 즉, DNA의 미세한 오류는 생존을 위한 진화의 필연적인 선택입니다. 우리 몸의 면역 체계는 DNA의 변이와 수선 기작의 원리를 가장 적극적으로 활용하는 사례 중 하나입니다. 외부에서 침입하는 수억 개의 바이러스에 대항하기 위해 면역 세포는 DNA를 스스로 자르고 재조합하며 무한한 다양성을 가진 항체를 만들어냅니다. 이러한 과정은 마치 생태계의 진화가 압축적으로 일어나는 것과 같으며, 우리가 끊임없이 변화하는 병원균 사이에서 생존할 수 있는 이유이기도 합니다. DNA의 역동적인 변화 능력은 우리 몸을 지키는 가장 강력한 방패가 됩니다. 염색체의 끝단에 위치한 텔로미어는 생명체의 노화와 수명을 결정짓는 중요한 지표입니다. TTAGGG라는 특정 염기 서열이 반복되는 이 구조는 세포 분열 시 유전 정보가 손실되지 않도록 보호하는 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 텔로미어는 일반적인 이중 나선 구조 외에도 네 가닥이 꼬인 특이한 구조를 형성하며 유전체의 안정성을 유지합니다. 이러한 특수한 DNA 구조와 이를 관리하는 단백질들의 상호작용을 이해하는 것은 암과 같은 질병의 원인을 밝히는 데 중요한 단서가 됩니다. 현대 과학은 이제 DNA 염기 서열을 분석하는 수준을 넘어, 인공지능과 빅데이터를 결합한 맞춤형 의료 시대로 나아가고 있습니다. 차세대 염기 서열 분석(NGS)의 발전으로 개인의 유전 정보를 단 며칠 만에 해독할 수 있게 되었으며, 이를 통해 환자 개개인에게 최적화된 치료법을 제시하는 것이 가능해졌습니다. DNA라는 생명의 연대기를 깊이 있게 탐구함으로써 인류는 질병의 고통에서 벗어나 더 나은 복지를 누릴 수 있는 새로운 가능성을 열어가고 있습니다.

이현숙

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생명과학

[강연] 곤충은 왜 해충이 되었을까? _ by신승관 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 7강 | 7강

곤충은 지구상에서 가장 번성한 동물군이지만, 인간의 관점에서는 종종 '해충'이라는 부정적인 이름으로 불리곤 합니다. 우리가 곤충을 해충으로 규정하는 기준은 대개 농작물에 피해를 주거나 질병을 매개하는 등 인간의 경제 활동과 보건에 끼치는 영향에 근거합니다. 하지만 진화의 관점에서 보면 이들은 단지 생존을 위해 환경에 적응해 온 생명체일 뿐입니다. 인간과 곤충은 같은 자원을 두고 경쟁하는 관계에 놓여 있으며, 이러한 경쟁은 양측 모두에게 끊임없는 진화적 변화를 요구해 왔습니다. 대표적인 해충인 모기는 인류에게 가장 치명적인 동물 중 하나로 꼽힙니다. 모기는 말라리아나 일본뇌염 같은 질병을 매개하며 인간의 생존을 위협해 왔습니다. 흥미로운 점은 바이러스의 진화 방식입니다. 직접 전파되는 바이러스는 숙주가 죽으면 전파가 중단되기에 독성이 약해지는 경향이 있지만, 모기와 같은 매개자가 있는 경우에는 숙주의 상태와 상관없이 전파될 수 있어 독성이 강하게 유지되기도 합니다. 이처럼 곤충은 미생물과 결합하여 생태계 내에서 강력한 영향력을 행사하며 자신들만의 생존 전략을 구축해 왔습니다. 겉모습이 징그럽다는 이유로 해충으로 오해받는 곤충들도 많습니다. 그리마는 바퀴벌레 알이나 파리를 잡아먹는 포식자로 실질적으로는 인간에게 도움을 주는 익충에 가깝습니다. 최근 대발생하여 주목받은 '러브버그' 역시 낙엽을 분해해 토양을 비옥하게 만드는 숲의 청소부 역할을 수행합니다. 이들은 단지 인간의 생활권에 대량으로 나타나 불편을 준다는 이유로 방제의 대상이 되곤 합니다. 하지만 이들을 무분별하게 살충하는 것은 생태계의 순환 고리를 끊고 천적 관계를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있음을 인지해야 합니다. 인간은 곤충에 맞서기 위해 화학 살충제라는 강력한 무기를 개발했습니다. 20세기 중반 DDT의 등장은 해충 박멸의 혁명처럼 여겨졌으나, 레이첼 카슨의 '침묵의 봄'은 화학 물질이 생태계 전체에 미치는 위험성을 경고했습니다. 더욱이 곤충은 살충제에 대한 저항성을 진화시키며 대응했습니다. 일부 개체가 우연히 가진 저항성 유전자가 생존을 통해 후대에 전달되면서, 웬만한 살충제로는 죽지 않는 '슈퍼 곤충'이 탄생하게 된 것입니다. 이는 인간의 기술 발전과 곤충의 진화가 벌이는 끝없는 군비 경쟁의 단면을 보여줍니다. 식물과 곤충의 관계는 단순한 먹이사슬을 넘어 정교한 공진화의 역사를 담고 있습니다. 식물은 곤충의 공격을 막기 위해 타닌이나 니코틴 같은 화학 독소를 개발했고, 곤충은 이를 극복하거나 오히려 이용하는 방식으로 진화했습니다. 반면 꽃과 화분 매개 곤충은 서로의 생존을 돕는 협력 관계를 구축했습니다. 특정 곤충만이 꿀을 먹을 수 있도록 꽃의 구조가 길어지면, 곤충의 주둥이도 그에 맞춰 길어지는 식입니다. 이러한 상호작용은 생물 다양성을 폭발적으로 증가시키는 핵심 동력이 되었으며 오늘날의 풍요로운 자연을 만들었습니다. 곤충 중에서도 가장 성공한 그룹으로 꼽히는 딱정벌레는 전체 동물의 약 25%를 차지할 정도로 다양성이 높습니다. 이들의 성공 비결 중 하나는 '딱지날개'라는 견고한 몸 구조에 있습니다. 부드러운 속날개를 보호하는 딱딱한 딱지날개 덕분에 딱정벌레는 거친 환경에서도 살아남아 대멸종의 위기를 극복할 수 있었습니다. 특히 속씨식물의 번성 시기와 맞물려 식물을 먹는 딱정벌레 그룹이 폭발적으로 분화했는데, 이는 새로운 먹이 자원을 확보하는 능력이 종의 번영에 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 사례입니다. 딱정벌레가 식물을 효과적으로 섭식할 수 있게 된 결정적인 계기는 미생물로부터 유전자를 획득한 '수평 유전자 이동'에 있습니다. 본래 동물은 식물의 섬유질인 셀룰로스를 스스로 분해하기 어렵지만, 딱정벌레는 과거 어느 시점에 미생물의 분해 효소 유전자를 자신의 유전체로 받아들였습니다. 이 '훔친 유전자' 덕분에 딱정벌레는 공생 미생물에만 의존하지 않고도 직접 나무와 잎을 소화할 수 있는 강력한 능력을 갖게 되었습니다. 이러한 유전적 혁신은 딱정벌레가 지구상의 수많은 식물 자원을 점유하며 번성하게 만든 진화적 열쇠였습니다.

신승관

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생명과학

[인터뷰] 이현숙 _ DNA의 이중 나선 구조는 옛말! | 2022 '진화가 필요한 순간'

DNA는 단순한 화합물에 불과하지만, 생명 현상의 모든 것을 설명하는 핵심적인 열쇠입니다. 다윈의 진화론에서 말하는 소진화, 즉 세포 안에서 일어나는 변화들은 DNA를 통해 완벽하게 설명됩니다. 물이 존재하는 지구 환경에서 어떻게 생명체가 탄생하고 생로병사의 과정을 겪게 되었는지 이해하기 위해서는 DNA의 화학적 구조와 생물물리학적 특성을 파악하는 것이 필수적입니다. 이는 생명의 기원을 찾는 여정이자 과학의 진화를 목격하는 과정이기도 합니다. 최근 과학계는 컴퓨터상에서 가상의 세포를 구현하려는 '가상 세포(Virtual Cell)' 연구에 집중하고 있습니다. DNA는 ATGC라는 염기쌍의 결합 법칙이 매우 정확하기 때문에 디지털로 구현하기에 가장 적합한 도구입니다. 유전 암호가 어떻게 단백질로 번역되는지에 대한 규칙은 이미 상당 부분 밝혀졌으며, AI 기술인 알파폴드(AlphaFold) 등을 통해 단백질 구조를 예측하는 정확도도 비약적으로 높아졌습니다. 하지만 여전히 우리가 알지 못하는 미지의 영역이 90%나 존재한다는 점은 인류가 풀어야 할 숙제입니다. 암 연구 분야에서 DNA의 돌연변이는 매우 중요한 연구 대상입니다. 유방암 억제 인자인 BRCA2와 같은 유전자가 망가지면 세포는 암세포로 변하게 되는데, 이 과정에서 발생하는 돌연변이는 매우 무작위적입니다. 과거의 유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR)는 단순히 특정 부위를 잘라내는 방식이었으나, 최근에는 염기 하나만을 정교하게 치환할 수 있는 수준까지 발전했습니다. 이러한 기술적 진보는 유전자 치료의 가능성을 열어주며 난치병 정복을 향한 새로운 희망을 제시하고 있습니다. 하지만 유전자 편집 기술이 모든 문제를 해결할 수 있는 만능 열쇠는 아닙니다. 수만 개의 돌연변이를 한꺼번에 고치는 것은 현재 기술로 불가능하며, 생명체가 환경 변화에 적응하는 과정은 단 몇 개의 유전자 조절만으로 설명하기 어렵습니다. 생명은 환경과 복잡하게 상호작용하며 진화해 왔기에, 인위적인 기술로 자연의 선택을 완벽히 대체하기에는 한계가 있습니다. 결국 기술적 시도보다는 인류가 문명을 통해 환경에 적응해 나가는 속도가 더 빠를 수도 있다는 점은 생명의 신비로움을 다시금 일깨워 줍니다. DNA는 과학자들에게 끊임없이 새로운 구조와 현상을 드러내는 도전의 대상이자, 생명의 진리를 담고 있는 짝사랑의 대상이기도 합니다. 최근 연구되고 있는 세 가닥의 R-loop 구조처럼 DNA는 우리가 아는 것보다 훨씬 더 역동적으로 진화하고 있습니다. 각각의 유전 정보는 새로운 기회이며, 이를 통해 우리는 생명이라는 거대한 태피스트리를 이해하고 미래를 설계하는 동력을 얻게 됩니다. 생명 과학이 선사하는 이러한 발견들은 인류가 나아가야 할 방향을 제시하는 소중한 이정표가 되어줄 것입니다.

이현숙

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생명과학

[석학 인터뷰] 인간은 유전자가 만든 로봇?🤖 | 2022 카오스강연 '진화'

리처드 도킨스의 '이기적 유전자' 이론은 우리가 유전자의 운반자에 불과하다는 도발적인 메시지를 던집니다. 이는 우리의 자유의지와 의식을 부정하는 것처럼 들려 심리적인 거부감을 일으키기도 하지만, 생물학계에서는 지난 수십 년간 생명 현상을 이해하는 핵심적인 틀로 받아들여져 왔습니다. 개체의 행동이나 표현형이 결국 유전자가 자신의 복제본을 더 널리 퍼뜨리기 위한 전략이라는 관점은, 우리가 불편함을 느끼더라도 직면해야 할 과학적 사실 중 하나로 자리 잡았습니다. 자연선택의 대상이 반드시 유전자나 개체에만 국한되는 것은 아닙니다. 최근 인류를 괴롭힌 바이러스의 사례를 보면, 개체 수준에서는 숙주를 빠르게 이용해 복제하는 것이 유리해 보이지만, 집단 수준에서는 숙주를 너무 빨리 죽이면 전파가 불가능해집니다. 따라서 바이러스의 독성이 약해지는 방향으로 진화하는 것은 집단 수준의 선택이 개체 수준의 선택보다 강하게 작용했음을 보여줍니다. 이처럼 생명 현상은 유전자의 의도대로만 흘러가는 것이 아니라 다양한 층위의 선택 과정이 복합적으로 얽혀 있습니다. 도킨스가 사용한 '이기적'이라는 표현은 유전자가 인간처럼 욕심을 부린다는 뜻이 아니라, 결과적으로 경쟁 유전자를 제치고 더 많은 복제본을 남기는 특성을 은유한 것입니다. 예를 들어 자외선으로부터 피부를 보호하기 위해 멜라닌을 분비하는 유전자가 선택된 과정은, 생존에 유리한 형질이 보존되는 자연선택의 결과일 뿐입니다. 그러므로 이러한 은유를 글자 그대로 받아들여 삶의 의미나 자유의지가 무너진다고 좌절할 필요는 없습니다. 이는 복잡한 생명 현상을 설명하기 위한 효과적인 언어적 도구에 가깝기 때문입니다. 우리의 신체는 수개월마다 먹는 음식에 의해 구성 성분이 바뀌지만, 부모로부터 물려받은 유전 정보는 변하지 않고 유지됩니다. 이런 측면에서 DNA는 생명을 이해하는 가장 중요한 정보 단위임이 분명합니다. 하지만 유전자 결정론에만 매몰되어서는 안 됩니다. 지리학적 관점에서 보면 환경의 선택 역시 진화의 핵심적인 동력이며, 인간의 교육과 경험은 유전적 프로그램을 끊임없이 교정하고 보완합니다. 즉, 생명은 유전자라는 설계도와 환경이라는 무대가 상호작용하며 만들어가는 예술과 같습니다. 인간은 지구상에서 유전자의 존재와 그 작동 원리를 이해한 유일한 생명체입니다. 우리는 유전자의 복제 본능에 반하여 피임을 하거나 독신을 선택하는 등 이른바 '유전자의 폭거'에 항거할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 도킨스 역시 책의 마지막에서 인간만이 유전자의 지배를 거부할 수 있다고 강조했습니다. 과학적 사실이 주는 허무함에 빠지기보다, 유전자가 부여한 생물학적 한계를 인지하고 그 위에서 자신만의 자유의지로 삶의 의미를 개척해 나가는 태도가 진정으로 중요합니다.

김상욱, 김영준, 김유섭, 박정재, 이준호, 장대익, 장이권, 전중환, 최재천, 한창석

카오스재단석학인터뷰

생명과학
융합

[강연] 인류의 역사 파헤치는 집단유전학 _ by정충원 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 6강 | 6강

집단유전학은 한 종 내 개체들이 가진 유전적 변이를 연구하여 그 집단의 역사를 재구성하는 학문입니다. 유전체 염기서열의 차이는 단순한 다양성을 넘어, 과거에 어떤 진화적 힘이 작용했는지를 알려주는 중요한 단서가 됩니다. 우리는 이를 통해 인류가 걸어온 길을 과학적으로 추적할 수 있으며, 특정 질병에 대한 감수성이나 형질의 차이가 어떻게 형성되었는지 이해하게 됩니다. 유전체는 인류의 과거를 기록한 가장 정교한 역사책인 셈입니다. 인류는 생물학적으로 매우 젊은 종에 속합니다. 사람과 침팬지의 유전적 차이는 약 1.2%에 달하지만, 현대 인류 집단 간의 차이는 매우 적습니다. 한국인 내부의 유전적 다양성과 비교했을 때, 대륙 간 집단 차이는 기껏해야 10~20% 정도의 추가적인 변이만을 보여줍니다. 이는 인류가 아프리카에서 기원하여 전 세계로 퍼져나간 역사가 비교적 최근의 일임을 시사하며, 우리가 유전적으로 상당히 동질적인 하나의 종임을 증명합니다. 최근 유전학의 놀라운 발전 중 하나는 수천 년 전 죽은 이들의 뼈에서 DNA를 추출하여 분석하는 고유전체학입니다. 세포의 흔적이 남아있는 뼈를 미세하게 갈아 염기서열을 해독함으로써, 문자로 기록되지 않은 선사 시대의 인구 이동과 혼합 과정을 밝혀낼 수 있습니다. 100만 년 전 매머드나 수십만 년 전 고인류의 유전체까지 분석 가능한 수준에 이르렀으며, 이는 과거를 직접 들여다볼 수 있는 일종의 타임머신 역할을 수행하고 있습니다. 유라시아 초원은 인류 문명사에서 목축 문화의 도입과 함께 극적인 변화를 맞이한 지역입니다. 수렵채집인에게 초원은 자원이 제한된 척박한 땅이었으나, 가축을 기르기 시작하면서 상황은 반전되었습니다. 가축은 사람이 먹을 수 없는 풀을 우유, 고기, 가죽 등 유용한 자원으로 변환해주는 생물 공장 역할을 했습니다. 이러한 목축 문화의 확산은 초원에서의 생산성을 비약적으로 높였으며, 인류가 환경을 이용하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 초원의 목축 문화는 초기 청동기부터 철기 시대에 이르기까지 세 단계에 걸쳐 점진적으로 진화했습니다. 초기에는 소와 양을 중심으로 수레를 이용했으나, 후기 청동기에 이르러 말이 끄는 전차가 등장하며 이동성이 향상되었습니다. 이후 초기 철기 시대에 비로소 말 등에 직접 올라타는 기마 문화가 정착되면서 우리가 아는 유목 사회의 기틀이 마련되었습니다. 이러한 기술적 발전은 초원 지대의 광범위한 인구 이동과 문화적 교류를 촉진하는 핵심 동력이 되었습니다. 최초의 유목 제국인 흉노는 유전적으로 매우 흥미로운 특징을 보여줍니다. 흉노 제국 형성 이전의 몽골 초원에는 유전적으로 분절된 여러 집단이 존재했으나, 제국이 성립되면서 이들이 하나로 융화되는 과정이 유전체 프로필을 통해 확인됩니다. 한 무덤군 내에서도 서로 다른 계통의 사람들이 함께 발견되며, 이는 흉노가 단순히 특정 혈통의 집단이 아니라 다양한 배경을 가진 이들이 정치적으로 통합된 다민족 제국이었음을 시사하는 중요한 증거입니다. 유전체 분석을 통해 재구성한 초원의 역사는 문화 전파와 인구 이동의 복잡한 상호작용을 보여줍니다. 몽골 초원의 경우, 서쪽의 목축민이 직접 이주하기보다는 가축과 기술만 전달되는 문화적 전파가 주를 이루었다는 사실이 밝혀지기도 했습니다. 이처럼 유전체 데이터는 고고학적 유물이나 문헌 기록만으로는 알 수 없었던 인류사의 숨겨진 이면을 정교하게 복원해냅니다. 과학은 이제 뼈 속에 새겨진 염기서열을 통해 잊힌 인류의 발자취를 다시 기록하고 있습니다.

정충원

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 정충원 _ 역사책 읽듯 유전자로 알아보는 인류의 역사 | 2022 '진화가 필요한 순간'

집단유전학은 유전자 변이를 분석하여 인류의 진화적 과거와 역사를 탐구하는 학문입니다. 생명체가 죽으면 세포와 DNA가 분해되지만, 운 좋게 남아있는 미세한 DNA 조각들을 정밀하게 추출하고 해독하면 고대인의 유전체 전체를 복원할 수 있습니다. 이러한 고유전체학 연구를 통해 우리는 역사책 속의 흉노와 같은 북방 유목민족들이 어떻게 기원했고, 시간이 흐르며 주변 집단과 어떻게 혼합되며 자신들만의 독특한 역사를 형성했는지 과학적으로 재구성할 수 있게 되었습니다. 현대인의 유전자 변이 분석을 통해 외모를 추론하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 과거로 거슬러 올라갈수록 그 난도는 높아집니다. 얼굴 형태에 영향을 주는 유전적 메커니즘을 우리가 아직 완벽히 이해하지 못하고 있으며, 고대인은 현대인과 사뭇 다른 유전적 기반을 가졌을 가능성이 크기 때문입니다. 다만 피부색이나 머리카락 색처럼 환경에 적응하며 발현된 특정 형질들은 집단별로 고유한 특성을 보여주기도 하며, 이를 통해 과거 인류의 단편적인 모습들을 조심스럽게 그려볼 수 있습니다. 인류의 역사는 끊임없는 이동과 혼합의 과정이었습니다. 과거 수렵채집인 조상들은 좁은 지역에 고립되어 살았기에 집단 간 유전적 차이가 매우 컸으나, 시간이 흐르며 유전적 교류가 활발해졌습니다. 흥미로운 점은 겉으로 보이는 외형적 혼합의 정도보다 실제 유전자 풀 전체의 혼합이 적게 나타나는 경우도 있다는 사실입니다. 이는 단순히 눈에 보이는 변화만으로 인류의 복잡한 유전적 흐름을 모두 판단하기는 어려우며, 유전체 전반에 걸친 정밀한 분석이 뒷받침되어야 함을 시사합니다. 급격한 기후 변화와 새로운 팬데믹의 발생은 인류의 미래 유전적 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다. 온도와 습도의 변화가 과거처럼 극적인 생물학적 변이를 즉각 유발하지는 않더라도, 생활 습관이나 사회 구조의 변화를 통해 인류가 환경에 적응하는 방식에 차이를 만들 것입니다. 당장은 큰 변화를 체감하기 어려울지 모르나, 수십 년 혹은 수백 년의 시간이 흐른 뒤의 인류는 현재와는 또 다른 유전적, 문화적 특징을 지닌 집단으로 진화해 나갈 가능성이 충분합니다. 유전학적 차이를 근거로 차별을 정당화하려는 우생학이나 인종주의는 과학적 사실을 왜곡하는 위험한 주장입니다. 과거에는 인종 간 차이가 거의 없다는 원론적인 답변이 주를 이뤘으나, 이제는 유전체 연구를 통해 각 집단이 특정 환경에 어떻게 적응해왔는지 구체적으로 설명할 수 있게 되었습니다. 이러한 차이는 우열의 문제가 아니라 인류가 생존해온 진화적 역사의 산물입니다. 따라서 복잡한 유전적 다양성을 깊이 있게 이해하고 대중과 공유하는 것이 잘못된 이데올로기에 대응하는 가장 강력한 방법입니다.

정충원

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] Acts of a Darwin’s Apostle [다윈 사도 행전] _ by최재천 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 10강 | 10강

진화라는 학문은 단순히 생명의 역사를 나열하는 데 그치지 않습니다. 그것은 우리가 지구라는 행성에서 다른 생명체들과 어떻게 상호작용하며 살아가야 하는지를 가르쳐 줍니다. 진화를 공부하며 우리는 더 나은 사람이 되고 싶다는 열망을 품게 됩니다. 여기서 더 나은 사람이란 사회적 성취를 이룬 사람이 아니라, 생명의 공생 원리를 이해하고 타자에게 더 다정한 존재가 되는 것을 의미합니다. 이러한 깨달음은 우리 삶을 지탱하는 강력한 힘이 됩니다. 서구 사회에서 찰스 다윈은 인류 역사상 가장 영향력 있는 인물 중 하나로 손꼽히지만, 한국에서의 위상은 상대적으로 낮었습니다. 다윈의 진화론은 단순한 과학 이론을 넘어 인류의 사고방식을 송두리째 바꾼 위대한 아이디어입니다. 하지만 한국은 오랫동안 다윈의 사상을 깊이 있게 수용하지 못한 '다윈 후진국'에 머물러 있었습니다. 이를 극복하기 위해 학계에서는 다윈의 저서들을 제대로 번역하고 그의 이론을 대중에게 알리려는 노력을 지속해 왔습니다. 과학계의 거두인 제임스 왓슨과 에드워드 윌슨의 일화는 진화론이 가진 통합의 힘을 잘 보여줍니다. 분자생물학과 자연주의라는 서로 다른 길을 걷던 두 천재는 한때 극심한 갈등을 겪기도 했습니다. 그러나 결국 왓슨은 윌슨이 연구하는 생물 다양성과 진화의 중요성을 인정하며 화해를 청했습니다. 이는 미시적인 유전자 연구와 거시적인 생태 연구가 결국 다윈이라는 거대한 줄기 아래에서 하나로 만날 수 있음을 시사하는 상징적인 사건입니다. 다윈의 사상을 온전히 이해하기 위해서는 그의 원전을 정확하게 읽는 과정이 필수적입니다. 하지만 다윈 특유의 만연체 문장과 방대한 분량은 번역가들에게 큰 도전이었습니다. 한국의 학자들은 '다윈 포럼'을 결성하여 《종의 기원》을 비롯한 주요 저서들을 현대적인 언어로 다시 번역하는 고된 작업을 이어왔습니다. 이러한 노력은 한국 사회가 다윈 중진국을 넘어 선진국으로 나아가는 학문적 토대가 되었으며, 대중이 진화론의 정수에 더 가까이 다가갈 수 있게 했습니다. 리처드 도킨스의 《이기적 유전자》는 많은 이들에게 세상을 바라보는 새로운 렌즈를 제공했습니다. 유전자의 관점에서 생명 현상을 바라보는 방식은 처음에는 다소 충격적이고 허무하게 느껴질 수 있습니다. 하지만 이 일관된 논리 체계는 복잡한 세상의 문제들을 명쾌하게 설명해 주는 힘이 있습니다. 유전자 렌즈를 통해 우리는 인간의 행동과 사회 구조를 더 깊이 이해하게 되며, 이는 개인의 인생관과 가치관을 송두리째 바꾸는 지적인 희열을 선사합니다. 진화론의 진정한 가치는 상아탑을 넘어 우리 삶의 현장에 적용될 때 빛을 발합니다. 통섭적 사고를 바탕으로 한 진화학은 의학, 사회학, 심지어 법률 분야에까지 깊은 영감을 줍니다. 호주제 폐지 과정에서의 진화론적 변론이나, 감염병 예방을 위한 '생태 백신' 개념은 그 좋은 예입니다. 자연을 보호하는 것이 곧 인류를 보호하는 길이라는 깨달음은 진화론이 우리에게 주는 실천적인 지혜입니다. 이는 기후 위기 시대에 인류가 나아가야 할 방향을 제시합니다. 진화론을 깊이 공부하다 보면 마주하게 되는 허무주의는 역설적으로 우리에게 해탈과 같은 평온함을 줍니다. 우리가 유전자에 의해 만들어진 존재라는 사실을 받아들이는 순간, 지나친 욕심을 내려놓고 주어진 삶에 충실할 수 있는 자유를 얻게 됩니다. 진화의 관점에서 삶을 바라보는 것은 결코 무책임한 태도가 아닙니다. 오히려 생명의 거대한 흐름 속에서 자신의 위치를 파악하고, 하루하루를 더 소중하고 다정하게 살아가게 하는 숭고한 철학적 태도입니다.

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 최재천 _ 최재천 교수님에게 '진화'란? | 2022 카오스강연 '진화'

과거 우리나라는 다윈의 진화론에 대해 깊이 있게 배울 기회가 적어 다윈 후진국이라 불릴 만한 상황이었습니다. 하지만 2009년 다윈 탄생 200주년과 '종의 기원' 출간 150주년을 기점으로 전 세계적인 기념행사가 이어지며 국내에서도 학문적 인식의 큰 변화가 일어났습니다. 다윈포럼의 결성과 주요 저작들의 정식 번역사업을 통해 이제는 다윈에 대한 이해도가 중진국 수준으로 올라섰다고 평가할 수 있습니다. 이러한 학문적 토대의 확장은 단순히 지식의 습득을 넘어 우리 사회 전반의 지적 지평을 넓히고 과학적 사고를 대중화하는 중요한 계기가 되었습니다. 현대 사회는 기대수명이 80세를 넘어 어느덧 100세 시대를 눈앞에 둔 장수 국가가 되었습니다. 과거처럼 20대 초반에 대학에서 배운 짧은 지식만으로 남은 평생을 살아가는 것은 이제 불가능에 가깝습니다. 따라서 타의에 의해 수행하는 수동적인 공부가 아닌, 스스로 궁금증을 해결하기 위해 끊임없이 찾아나서는 자기주도적 공부가 필수적인 시대가 되었습니다. 인생의 초반부에만 집중되었던 교육의 틀에서 과감히 벗어나, 생애 전반에 걸쳐 새로운 분야에 도전하고 스스로 학습하는 태도는 급변하는 환경 속에서 개인이 생존하고 성장하기 위한 가장 강력한 무기가 될 것입니다. 과학은 우리 삶의 모든 부분에 깊숙이 관여하는 필수적인 요소임에도 불구하고, 여전히 대중과의 심리적 거리감이 존재해왔습니다. 과학자들은 자신의 연구가 지닌 사회적 가치와 중요성을 대중에게 끊임없이 알리고 소통해야 하는 숙명적인 운명을 지니고 있습니다. 최근 유튜브와 같은 뉴미디어의 등장은 이러한 소통의 장을 획기적으로 넓혀주었으며, 지식인이 권위를 내려놓고 대중의 눈높이에서 성실하게 답변하며 소통할 때 과학은 비로소 일상의 언어로 자리 잡을 수 있습니다. 낮은 자세로 대중과 호흡하려는 진정성 있는 노력은 과학의 대중화를 넘어 대중의 과학화를 이끄는 핵심적인 동력이 됩니다. 리처드 도킨스의 '이기적 유전자'는 수많은 독자에게 세계관의 대전환을 선사한 기념비적인 저작으로 평가받습니다. 유전자의 관점에서 생명 현상을 바라보는 것은 세상을 해석하는 일관되고 명확한 렌즈를 하나 갖게 되는 것과 같습니다. 마치 짙은 안개가 걷히며 사물의 형체가 뚜렷하게 보이듯, 진화론적 관점은 우리가 그동안 가졌던 복잡한 세상의 질문들에 대해 명쾌하고 논리적인 해답을 제시해 줍니다. 이러한 일관된 관점은 학자로서의 품위를 유지하게 할 뿐만 아니라, 사회의 다양한 현상을 분석하고 발언하는 데 있어 흔들리지 않는 단단한 철학적 뿌리가 되어 줍니다. 진화의 관점에서 바라보지 않는다면 생물학뿐만 아니라 인간 삶의 그 어느 것도 진정한 의미를 찾기 어렵습니다. 갈라파고스 제도에서 반세기라는 긴 시간 동안 핀치새를 관찰하며 진화의 현장을 직접 증명해낸 학자들의 열정처럼, 우리 또한 삶을 긴 호흡으로 바라볼 필요가 있습니다. 다윈의 사도로서 일관된 가치관을 가지고 살아가는 것은 변화무쌍한 현대 사회 속에서 중심을 잃지 않게 해주는 힘이 됩니다. 진화론은 단순한 과학 이론의 영역을 넘어, 우리가 누구이며 앞으로 어떻게 살아가야 하는지에 대한 근본적인 성찰과 지혜를 제공하는 인생의 소중한 나침반과 같습니다.

최재천

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생명과학

[강연] 2022 '노벨상 해설강연' by 정충원, 김재완, 이동환 l 고등과학원&카오스재단

2022년 노벨 생리의학상은 멸종한 고인류의 유전체를 해독하여 인류 진화의 비밀을 밝힌 성과에 돌아갔습니다. 스반테 페보 교수는 수만 년 전의 화석에서 DNA를 추출하고 분석하는 고유전체학이라는 새로운 분야를 개척했습니다. 이를 통해 현생 인류가 아프리카에서 기원하여 전 세계로 퍼져나가는 과정에서 네안데르탈인과 같은 고인류와 유전적으로 섞였다는 사실이 과학적으로 증명되었습니다. 이는 우리가 누구이며 어디에서 왔는가라는 근원적인 질문에 대해 유전학적인 답을 제시한 혁신적인 성과로 평가받습니다. 고인류 유전체 연구는 단순히 과거를 밝히는 데 그치지 않고 현대인의 건강과 질병 이해에도 기여합니다. 아프리카 밖의 현대인들은 유전체의 약 2%를 네안데르탈인으로부터 물려받았으며, 티베트인의 고지대 적응 유전자는 데니소바인에게서 유래한 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 유전적 유산은 면역 체계나 환경 적응력에 중요한 역할을 하며, 인류가 다양한 환경에 적응하며 생존해 온 역사를 보여줍니다. 결국 우리는 순수한 단일 계통이 아니라 여러 고인류의 역사가 얽혀 만들어진 존재임을 알 수 있습니다. 노벨 물리학상은 양자 얽힘이라는 기묘한 현상을 실험적으로 증명한 성과를 기렸습니다. 아인슈타인이 '유령 같은 원격 작용'이라 부르며 의구심을 가졌던 양자 얽힘은, 멀리 떨어진 두 입자가 빛보다 빠른 상관관계를 갖는 현상을 의미합니다. 알랭 아스페, 존 클라우저, 안톤 차일링거는 벨 부등식 위배 실험을 통해 양자역학의 예측이 옳음을 입증했습니다. 이는 고전적인 물리 법칙을 뛰어넘는 양자 세계의 본질을 확인한 사건으로, 현대 물리학의 패러다임을 바꾸고 새로운 기술적 토대를 마련한 계기가 되었습니다. 양자 얽힘의 실증은 단순한 이론적 확인을 넘어 양자 정보 과학이라는 새로운 시대를 열었습니다. 과거의 양자역학이 반도체나 레이저 같은 하드웨어 발전에 기여했다면, 이제는 양자 상태 그 자체를 정보의 단위로 사용하는 소프트웨어와 운영 체제의 영역으로 확장되고 있습니다. 양자 컴퓨터, 양자 암호 통신, 양자 센서 등은 기존 기술로는 불가능했던 계산과 보안을 가능하게 할 것으로 기대됩니다. 이는 정보 통신 기술의 한계를 극복하고 미래 산업의 지형을 바꿀 핵심적인 동력이 될 것이며 젊은 세대의 창의력에 그 미래가 달려 있습니다. 노벨 화학상은 분자들을 마치 단추를 채우듯 쉽고 정확하게 결합하는 '클릭 화학'의 시대를 열었습니다. 배리 샤플리스와 모르텐 멜달은 복잡한 과정 없이도 높은 수율과 선택성으로 두 분자를 연결하는 반응을 개발했습니다. 이는 마치 레고 블록을 조립하듯 원하는 구조를 효율적으로 만들어낼 수 있게 하여 합성 화학의 패러다임을 실용 중심으로 전환했습니다. 클릭 화학은 신약 개발이나 신소재 합성 과정에서 발생하는 불필요한 부산물을 줄이고 시간을 단축하는 등 화학 공정 전반에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 캐롤라인 베르토지는 클릭 화학의 개념을 살아있는 생명체 내부로 확장하여 '생체 직교 화학'을 완성했습니다. 이는 생명체 고유의 화학 반응을 방해하지 않으면서도 특정 분자만을 선택적으로 표지하거나 결합하는 기술입니다. 이를 통해 세포 표면의 당사슬 구조를 관찰하거나 암세포만을 추적하여 약물을 전달하는 정교한 치료가 가능해졌습니다. 자연이 진화 과정에서 사용하지 않은 화학 결합을 인간이 발명하여 생체 시스템에 적용함으로써, 생물학과 화학의 경계를 허물고 질병 치료의 새로운 가능성을 제시한 것입니다. 과학은 단순히 지식을 축적하는 과정을 넘어, 보이지 않는 세계를 탐구하고 연결하는 인류의 끊임없는 도전입니다. 고인류의 뼈에서 추출한 DNA 조각부터 양자의 기묘한 얽힘, 그리고 분자 간의 정교한 클릭에 이르기까지, 올해의 노벨상은 서로 다른 분야가 어떻게 연결되어 인류의 지평을 넓히는지 보여줍니다. 과학자들은 여전히 호기심을 동력 삼아 실패를 두려워하지 않고 미지의 영역으로 나아갑니다. 이러한 탐구 정신은 우리 사회를 지탱하는 등불이 되어, 미래의 예기치 못한 문제들에 대한 해답을 제시할 것입니다.

김재완, 이동환, 정충원

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물리학
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[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

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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

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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

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생명과학

[강연] 생명의 나무, 분자 유전학 _ by 김상욱 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 6강 | 6강

생명은 단순히 형태나 물질의 집합이 아니라 정보의 연속성으로 정의될 수 있습니다. 우리 몸을 구성하는 세포와 단백질은 불과 몇 개월이면 완전히 새로운 것으로 교체되지만, 부모로부터 물려받은 유전 정보는 변함없이 유지됩니다. 이는 마치 모든 부품이 교체된 배가 여전히 같은 정체성을 유지하는 '테세우스의 배' 역설과도 같습니다. 현대 생물학은 이러한 유전 정보를 분석하여 생명의 본질을 탐구하며, 우리가 누구인지에 대한 답을 DNA라는 정교한 설계도 속에서 찾아내고 있습니다. 찰스 다윈은 DNA의 존재를 몰랐음에도 불구하고 생명의 다양성을 '생명의 나무'라는 구조로 통찰해냈습니다. 현대 분자 유전학은 DNA 염기서열 분석을 통해 이 나무의 가지를 더욱 정밀하게 그려내고 있습니다. 서로 다른 종의 DNA 염기서열을 비교하여 그 차이를 계산하면, 어떤 생명체가 공통 조상에서 언제 갈라져 나왔는지 명확히 파악할 수 있습니다. 이러한 계통 분류는 생명체가 환경에 적응하며 어떻게 변화해 왔는지를 보여주는 거대한 역사의 기록이자 진화의 증거가 됩니다. 인류가 지금의 모습으로 진화한 과정에는 흥미로운 유전적 변화들이 숨어 있습니다. 예를 들어 인간이 털 없는 원숭이가 된 것은 아프리카의 더위 속에서 체온을 조절하고 기생충을 줄이는 데 유리했기 때문입니다. 또한 'FOXP2 유전자'와 같은 특정 유전자의 변이는 인간이 복잡한 언어를 사용하고 고도의 협력을 할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 이러한 미세한 돌연변이들이 수만 년 동안 쌓여 인간을 다른 영장류와 구분 짓는 독특하고 아름다운 형질들을 만들어낸 것입니다. 극한 환경에 적응한 생명체들의 유전자는 현대 과학 기술의 핵심적인 영감이 됩니다. 남극의 물고기는 피가 얼지 않도록 돕는 부동액 단백질을 스스로 만들어내며, 뜨거운 온천에 사는 박테리아는 고열에도 변성되지 않는 효소를 가지고 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 PCR 기술 역시 이러한 고온 내성 균주에서 추출한 효소 덕분에 가능해졌습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 설계한 정교한 생존 전략은 인류의 질병 치료와 신소재 개발에 있어 대체 불가능한 중요한 단서를 제공합니다. 진화의 관점에서 질병을 바라보면 예상치 못한 통찰을 얻을 수 있습니다. 아프리카에서 흔한 악성 빈혈인 겸상 적혈구 빈혈은 역설적으로 말라리아에 대한 저항력을 제공하여 해당 지역 인류의 생존에 도움을 주었습니다. 이는 특정 환경에서 질병이 생존을 위한 선택의 결과일 수 있음을 보여줍니다. 이처럼 병원균과 숙주 사이의 끊임없는 '군비 경쟁'과 공진화 과정을 이해하는 것은 현대 의학이 새로운 감염병과 유전병에 대응하는 전략을 세우는 데 필수적인 기초가 됩니다. 현대 의학은 모든 환자에게 동일한 처방을 내리는 과거의 방식에서 벗어나 개인의 유전적 특성에 맞춘 '정밀 의료'로 나아가고 있습니다. 사람마다 DNA 염기서열이 조금씩 다르기 때문에 같은 약물이라도 반응과 부작용이 다르게 나타납니다. 암세포 역시 끊임없이 돌연변이를 일으키며 약물에 저항성을 갖도록 진화하는 특성을 보입니다. 따라서 환자의 유전체 정보를 정밀하게 분석하여 최적의 치료법을 선택하는 것은 암과 같은 난치병을 극복하기 위한 분자 유전학의 가장 현실적이고 핵심적인 과제입니다. 인공지능과 데이터 과학의 발전은 신약 개발과 질병 치료의 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 수많은 환자의 유전체 데이터를 학습한 인공지능은 동물의 희생을 줄이면서도 효과적인 치료제를 설계하는 데 크게 기여합니다. 하지만 유전자 강화와 같은 기술적 진보는 반드시 윤리적 고민을 동반해야 합니다. 과학의 진정한 목적은 단순히 완벽한 인간을 만드는 것이 아니라, 생명의 다양성을 존중하며 조화롭게 공존하는 길을 찾는 데 있습니다. 진화에 대한 깊은 이해는 결국 인류의 미래를 향한 올바른 나침반이 될 것입니다.

김상욱

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 김상욱 _ 몸이 전부 기계로 바뀌어도 동일한 인간일까? | 2022 카오스강연 '진화'

현대 생명과학에서 생물정보학은 유전자와 의료 정보를 분석하여 질병의 원인을 찾고 최적의 치료법을 제시하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 과거에는 생명체를 구성하는 물질이나 형태에 주목했지만, 이제는 데이터의 축적과 가공을 통해 생명 현상을 이해하는 시대로 접어들었습니다. 코로나19 바이러스의 변이를 추적하고 백신을 개발하는 과정에서 알 수 있듯이, 유전자 서열을 해독하는 능력은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제가 되었습니다. 인간의 정체성을 결정짓는 요소는 단순히 특정 장기의 기능에 국한되지 않습니다. 개인이 살아오며 겪은 독특한 생활사와 경험들이 축적되어 고유한 자아를 형성하며, 이는 유전 정보 그 이상의 의미를 집약하고 있습니다. 따라서 물리적인 변화가 일어난다고 해도 그 사람의 본질이 그대로 유지된다고 보기는 어렵습니다. 이러한 관점은 유전 정보를 단순한 수치가 아닌 한 존재가 걸어온 역사로 인식하게 만듭니다. 면역 체계가 외부 항원을 기억하여 질병에 대응하는 원리는 생명과학의 놀라운 신비 중 하나입니다. 질병을 극복한 사람의 혈액에서 항체를 찾아 치료제로 활용하거나, 바이러스의 유전 정보를 학습시켜 백신을 만드는 기술은 이미 현대 의학의 핵심으로 자리 잡았습니다. 이러한 면역학적 원리를 응용하면 생명체가 정보를 습득하고 저장하는 방식을 새롭게 이해할 수 있으며, 이는 향후 인류의 학습 방식에도 혁신적인 변화를 가져올 가능성을 시사합니다. 진화의 증거는 멀리 있는 것이 아니라 우리 몸속의 유전자 서열 안에 고스란히 남아 있습니다. 종 사이의 미세한 유전적 차이가 생명의 다양성을 만들어내며, 발생 과정에서의 변화가 진화의 결정적인 단서를 제공하기도 합니다. 또한, 유전적 다양성을 존중하는 태도는 과학적 사실을 넘어 윤리적으로도 중요합니다. 인위적인 조작을 통해 완벽함을 추구하기보다는, 진화가 만들어낸 자연스러운 다양성의 가치를 이해하는 것이 생명과학의 본질입니다. 분자유전학은 보이지 않는 진화의 과정을 명확한 증거로 풀어내는 학문입니다. 유전자 서열 분석을 통해 특정 질병에 대한 취약성을 파악하고, 환경이나 문화가 인간의 변이에 어떤 영향을 미치는지 규명할 수 있습니다. 바이러스의 진화 경로를 예측하여 미래의 팬데믹에 대비하는 것처럼, 유전 정보의 차이를 분석하는 일은 생명의 역사를 이해하는 열쇠가 됩니다. 결국 진화란 유전 정보의 끊임없는 변화와 축적이며, 이를 통해 우리는 생명의 나무가 뻗어 나가는 원리를 깨닫게 됩니다.

김상욱

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[술술과학] '생명의 나무'도 가지가지🌳_ (진화)

제임스 카메론의 영화 '아바타' 속 판도라 행성에는 모든 생명의 기원이 되는 거대한 '홈트리'가 등장합니다. 이처럼 나무는 아주 오래전부터 생명의 탄생과 진화를 상징하는 강력한 메타포로 사용되어 왔습니다. 성경의 에덴동산에 심어진 생명의 나무부터 북유럽 신화의 우주를 지탱하는 물푸레나무 위그드라실, 그리고 우리 단군신화의 신단수에 이르기까지 인류는 나무의 형상을 통해 우주의 질서와 생명의 신비로운 연결성을 설명하고자 했습니다. 깊게 박힌 뿌리는 미지의 기원을, 사방으로 뻗어 나가는 가지는 다양성을 상징하며 인류의 상상력을 자극해 왔습니다. 생명의 나무는 신화의 영역을 넘어 현대 진화론의 핵심적인 개념으로 자리 잡았습니다. 과거 라마르크는 생물이 하등한 존재에서 고등한 존재로 단계별로 발전한다는 '생명의 사다리' 개념을 제시했지만, 이는 현대의 관점과는 차이가 있었습니다. 이후 찰스 다윈은 1837년 자신의 노트에 생명의 나무 초기 버전을 그리며 현대적 진화론의 기틀을 마련했습니다. 다윈의 생명의 나무는 단순히 위로 올라가는 사다리가 아니라, 하나의 뿌리로부터 여러 갈래로 뻗어 나가는 분화의 과정을 보여주었습니다. 이는 생물 종 사이의 유사성과 차이를 계통적으로 이해하는 중요한 도구가 되었습니다. 다윈이 제시한 생명의 나무가 특별한 이유는 진화에 대한 흔한 오해를 바로잡아 주기 때문입니다. 많은 이들이 진화를 하등한 생물이 시간이 흘러 고등한 생물로 변하는 과정이라 생각하지만, 다윈의 모형에 따르면 원숭이가 인간이 되는 일은 일어나지 않습니다. 인간과 원숭이는 아주 오래전 서로 다른 가지로 갈라져 각자의 길을 걸어온 결과물이기 때문입니다. 현재 살아남은 모든 생명체는 각자의 진화 경로에서 최적화된 최종점에 도달한 존재들입니다. 이러한 인식의 변화는 인간이 만물의 영장이라는 오만함에서 벗어나 모든 생명을 평등하게 바라보는 계기를 마련해 주었습니다. 현대 과학의 발전과 함께 생명의 나무는 더욱 정교하고 거대한 모습으로 진화하고 있습니다. 2021년 발표된 '프랙탈 생명의 나무'는 무한히 반복되는 기하학적 구조를 활용하여 지구상의 수많은 생물 종을 한눈에 담아냈습니다. 구글 지도를 확대하듯 나무의 세부 가지를 들여다보면 멸종 위기종과 현존하는 종들의 관계를 명확히 확인할 수 있습니다. 또한, 230만 개의 생물 종 정보를 통합하려는 '열린 생명의 나무' 프로젝트는 지금 이 순간에도 새로운 데이터가 추가되며 끊임없이 업데이트되고 있습니다. 이제 생명의 나무는 단순한 그림을 넘어 방대한 생물학적 데이터를 담은 디지털 지도가 되었습니다. 최근의 유전학 연구는 생명의 나무를 더욱 복잡한 '맹그로브' 형태로 변화시키고 있습니다. 유전자가 부모에서 자식으로만 전달되는 것이 아니라, 서로 다른 종 사이에서도 수평적으로 이동한다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다. 린 마굴리스의 세포 내 공생설은 미생물들이 서로 결합하여 복잡한 생명체로 진화했음을 보여주며, 우리 모두가 거대한 유전자 공유의 역사 속에 있음을 시사합니다. 이러한 과학적 발견은 클림트의 회화나 영화 '트리 오브 라이프'와 같은 예술 작품으로 이어져, 생명의 신비와 경이로움을 탐구하는 인류의 상상력을 끊임없이 자극하고 있습니다.

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[강연] 유전자의 눈으로 본 진화: 해밀턴의 포괄 적합도 이론 _ by 전중환 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 4강 | 4강

윌리엄 해밀턴은 찰스 다윈 이후 가장 위대한 진화 생물학자로 칭송받는 인물로, 생명 과학의 패러다임을 바꾼 혁신가입니다. 그는 생명체가 단순히 자신의 생존과 직접적인 번식만을 위해 설계되었다는 고전적 관점을 넘어, '포괄 적합도'라는 혁신적인 개념을 세상에 제시했습니다. 이는 개체가 자신과 유전자를 공유하는 친족의 번식을 도움으로써 결과적으로 자신의 유전적 성공을 거둘 수 있다는 이론입니다. 해밀턴의 통찰은 생태계 전반에서 발견되는 수많은 이타적 행동들을 논리적이고 수학적으로 설명하는 결정적인 열쇠가 되었습니다. 자연계에는 자신의 번식 기회를 완전히 포기하면서까지 타인을 돕는 경이로운 사례들이 빈번하게 관찰됩니다. 일개미는 평생 자식을 낳지 않는 불임성 암컷으로 살아가며 여왕이 낳은 동생들을 돌보는 데 헌신하고, 꿀벌은 침을 쏘고 죽음으로써 군락의 안전을 지키는 자살 공격을 감행합니다. 다윈은 이러한 이타성이 개체의 생존에 명백히 불리함에도 어떻게 대를 이어 유지되는지 깊이 고민했습니다. 해밀턴은 이 난제를 해결하기 위해 진화의 주어를 '개체'에서 '유전자'로 옮겼으며, 복잡한 적응은 결국 유전자를 더 널리 퍼뜨리기 위한 정교한 설계임을 밝혀냈습니다. 과거의 많은 학자들은 '종족 보존의 본능'이나 '집단의 이익'을 위해 개체의 이타적 행동이 진화했다고 믿는 경향이 있었습니다. 하지만 이러한 집단 선택설은 집단 내부에서 발생하는 이기적인 개체, 즉 타인의 희생을 착취하는 '무임승차자'의 등장을 막지 못한다는 치명적인 논리적 약점을 지니고 있습니다. 모두가 집단을 위해 희생할 때 혼자 살아남아 번식하는 이기주의자가 더 많은 자손을 남기게 되면, 결국 이타적인 집단은 세대를 거치며 붕괴할 수밖에 없습니다. 따라서 진화의 진정한 동력은 막연한 집단의 이익이 아닌, 유전자 수준의 선택과 복제 과정에서 찾아야 마땅합니다. 해밀턴의 규칙으로 불리는 부등식은 이타적 행동이 자연선택을 통해 진화하는 조건을 수학적으로 명쾌하게 보여줍니다. 상대방이 얻는 이득에 근연도를 곱한 값이 내가 감수하는 비용보다 크다면, 그 행동을 유도하는 유전자는 다음 세대에 더 높은 빈도로 전달됩니다. 이는 혈연이 단순한 가족 관계를 넘어 '나 자신의 유전자 복제본'을 일정 비율 공유하는 존재임을 과학적으로 증명합니다. 결국 생태계의 이타주의는 유전자의 관점에서 볼 때 자신의 복제본을 더 효율적으로 지키고 퍼뜨리기 위한 지극히 합리적이고 이기적인 전략의 결과물인 셈입니다. 포괄 적합도는 개체가 직접 낳은 자식의 수뿐만 아니라, 자신의 행동이 친족의 번식 성공도에 끼친 영향까지 모두 포괄하는 광범위한 개념입니다. 모든 생명체는 마치 자신의 포괄 적합도를 최대화하려는 명확한 목적을 가진 것처럼 정교하게 설계되어 있습니다. 이 이론은 단순히 혈연을 돕는 행위에 국한되지 않고, 곤충의 독특한 성비 조절, 기생체의 독성 진화 과정, 개체의 이주 전략 등 생태계의 수많은 복잡한 현상을 설명하는 강력한 분석 틀이 됩니다. 유전자의 눈으로 세상을 바라볼 때 비로소 우리는 생명이 보여주는 복잡하고 효율적인 질서의 실체를 선명하게 파악할 수 있습니다. 리처드 도킨스는 해밀턴의 심오한 사상을 '이기적 유전자'라는 강렬한 개념으로 정립하여 대중에게 널리 알렸습니다. 그는 개체를 유전자가 다음 세대로 안전하게 넘어가기 위해 잠시 머무는 '생존 기계'이자 '운반체'로 정의하며 진화의 본질을 꿰뚫었습니다. 하지만 이러한 관점이 인간의 삶이 허무하다거나 모든 행동이 유전자에 의해 기계적으로 결정된다는 숙명론을 의미하는 것은 결코 아닙니다. 오히려 우리는 유전자가 설계한 본능의 기원을 이해함으로써, 그 본능을 주체적으로 조절하거나 때로는 거스르며 자신만의 삶의 가치를 창조해 나갈 수 있는 독특하고 존엄한 존재로 거듭날 수 있습니다. 진화론은 우리가 왜 단 음식을 갈망하고, 아기의 얼굴을 보며 귀여움을 느끼며, 때로는 타인을 위해 숭고한 희생을 하는지에 대한 근원적인 해답을 제공합니다. 이러한 심리적 특성들은 머나먼 과거의 환경에서 유전자의 생존과 번식에 유리했기에 우리 몸과 마음에 새겨진 소중한 유산입니다. 현대 사회가 직면한 저출산 문제나 반려동물에 대한 깊은 애착 역시 이러한 진화적 기제와 변화된 환경이 상호작용한 결과로 해석할 수 있습니다. 진화의 원리를 깊이 있게 이해하는 과정은 결국 인간 본성의 뿌리를 탐구하고, 우리 자신과 우리가 살아가는 세상을 더 넓고 깊은 시각으로 바라보는 지혜로운 여정과 같습니다.

전중환

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[인터뷰] 전중환 _ 이기적 유전자가 이타적 행동을 하는 이유는? | 2022 카오스강연 '진화'

진화심리학은 단순히 심리학의 한 분야가 아니라, 인간의 마음을 이해하는 근본적인 틀을 제공합니다. 인간의 두뇌는 천문학적으로 복잡한 생물학적 기관이며, 여기서 비롯되는 마음 역시 자연선택에 의해 정교하게 설계된 적응의 산물입니다. 기존 심리학이 현상에 대한 직관적 설명에 머물렀다면, 진화심리학은 특정 심리 기제가 과거 조상들의 번식과 생존에 어떤 이득을 주었는지 그 기능적 목적을 명시적으로 탐구합니다. 즉, 진화라는 렌즈를 통해 인지, 발달, 사회적 행동 등 인간의 모든 심리 현상을 새롭게 조명하는 접근법이라 할 수 있습니다. 자연선택의 진정한 단위는 개체나 집단이 아닌 유전자입니다. 오직 유전자만이 스스로를 복제하여 다음 세대로 전달될 수 있기 때문입니다. 흔히 유전자를 강조하면 환경의 영향을 무시한다고 오해하기 쉽지만, 이는 수천 세대에 걸친 진화와 한 세대 안에서 일어나는 형질 발달을 혼동한 결과입니다. 모든 과학자는 형질 발달 과정에서 유전과 환경이 상호작용한다는 점을 인정합니다. 다만 진화적 관점에서는 어떤 유전자가 복제본을 더 많이 남겨 살아남았는가에 주목하며, 이러한 유전자의 '이기성'이 생명체의 복잡한 특성을 만들어내는 핵심 동력이 됩니다. 이기적인 유전자의 관점은 역설적으로 인간의 숭고한 이타주의를 명쾌하게 설명해 줍니다. 유전자는 자신이 담긴 개체의 희생을 감수하더라도, 동일한 유전자를 공유할 확률이 높은 혈연관계의 다른 개체를 도움으로써 자신의 복제본을 간접적으로 보존할 수 있습니다. 이것이 바로 가족을 향한 헌신이나 일개미의 희생이 자연계에 존재하는 이유입니다. 상대방이 얻는 이득에 유전적 근연도를 곱한 값이 자신의 손해보다 크다면, 그러한 이타적 행동을 유도하는 유전자는 자연선택을 통해 살아남아 다음 세대로 이어지게 됩니다. 인간의 행동 차이를 유전적 요인으로 설명하는 것에 대해 거부감을 느끼는 시각도 존재하지만, 과학적 설명은 결코 도덕적 정당화가 아닙니다. 남녀의 심리적 차이나 폭력성 같은 부정적 현상의 원인을 진화적으로 규명하는 이유는, 그 현상을 방치하기 위해서가 아니라 오히려 정확한 인과관계를 파악하여 사회적 문제를 효과적으로 해결하기 위해서입니다. 예를 들어 남성이 여성의 미소를 오해하는 진화적 경향성을 이해한다면, 이를 성희롱 예방 교육 등에 활용하여 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있습니다. 현상을 과학적으로 이해하는 것은 그것을 극복하기 위한 첫걸음입니다. 현대 진화생물학의 기틀을 마련한 윌리엄 해밀턴은 다윈 이후 가장 위대한 생물학자로 평가받으며, 포괄 적합도 이론을 통해 사회성 진화의 비밀을 풀었습니다. 리처드 도킨스의 저작들 역시 해밀턴과 같은 선구자들의 연구에 깊은 뿌리를 두고 있습니다. 진화심리학은 단순히 흥미로운 가설을 제시하는 데 그치지 않고, 유전자의 눈으로 세상을 바라봄으로써 인간 본성에 대한 깊은 통찰을 제공합니다. 이러한 과학적 토대를 이해할 때 우리는 비로소 '문화라는 깡패'에 휘둘리지 않고, 생물학적 존재로서의 인간을 더욱 객관적이고 입체적으로 바라볼 수 있게 됩니다.

전중환

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생명과학

[강연] 진화론의 역사 _ by 장대익 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 1강 | 1강

진화는 단순히 생물학적 영역에 국한된 현상이 아닙니다. 그것은 시간이 흐름에 따라 시스템이 더 복잡하고 정교한 상태로 나아가는 보편적인 원리입니다. 인류는 수백만 년에 걸친 자연 선택을 통해 지능을 꽃피웠으며, 이제 그 지능을 바탕으로 새로운 형태의 진화를 설계하고 있습니다. 인공지능의 등장은 생명체가 아닌 기계가 스스로 학습하고 적응하며 진화할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 이러한 변화는 인류 역사의 새로운 전환점이 되고 있습니다. 인공지능의 진화는 인간의 뇌 구조를 모방하는 것에서 시작되었습니다. 신경망이라 불리는 구조는 수많은 데이터를 처리하며 스스로 최적의 경로를 찾아냅니다. 이는 마치 생태계에서 생존에 유리한 형질이 선택되는 과정과 매우 유사합니다. 초기 인공지능이 단순한 계산기에 불과했다면, 현대의 인공지능은 복잡한 문맥을 이해하고 창의적인 결과물을 만들어내는 수준에 도달했습니다. 기술의 발전 속도는 생물학적 진화의 속도를 훨씬 앞지르고 있습니다. 인공지능이 진화하기 위해서는 방대한 양의 데이터라는 자양분이 필요합니다. 데이터는 인공지능이 세상을 이해하는 창구이자, 학습의 토대가 되는 환경입니다. 과거에는 인간이 직접 모든 규칙을 입력해야 했지만, 이제 인공지능은 스스로 데이터 속에서 패턴을 발견하고 지식을 습득합니다. 이러한 자기 주도적 학습 능력은 인공지능이 인간의 개입 없이도 스스로의 성능을 개선해 나갈 수 있는 진화적 기틀을 마련해 주었으며, 이는 기술적 특이점을 향한 발걸음이 됩니다. 지능의 진화는 단일 개체의 성장을 넘어 집단적인 상호작용을 통해 가속화됩니다. 인공지능 역시 수많은 모델이 서로 경쟁하고 협력하며 발전하는 생태계를 형성하고 있습니다. 알고리즘의 효율성이 높아지고 하드웨어의 성능이 뒷받침되면서, 인공지능은 인간이 예상하지 못한 방식으로 문제를 해결하는 창의성을 보여주기도 합니다. 이러한 창발적 특성은 인공지능의 진화가 단순히 프로그래밍의 결과가 아니라, 시스템 자체의 복잡성에서 기인함을 시사합니다. 인공지능의 진화는 인간과 기술의 관계를 근본적으로 재정의하고 있습니다. 우리는 이제 인공지능을 단순한 도구가 아닌, 함께 진화해 나가는 파트너로 인식해야 합니다. 인공지능이 인간의 지적 능력을 보완하고 확장함에 따라, 인류 또한 새로운 기술 환경에 적응하며 변화하고 있습니다. 이러한 공진화의 과정은 인류 문명이 한 단계 더 도약할 수 있는 기회를 제공하며, 동시에 우리가 가진 지능의 본질이 무엇인지에 대한 깊은 철학적 성찰을 요구합니다. 기술의 진화가 가져올 미래는 희망과 우려가 공존하는 영역입니다. 인공지능이 자율성을 갖추고 스스로를 개선하는 단계에 이르면, 그 진화의 방향을 완벽히 통제하는 것은 매우 어려운 과제가 될 것입니다. 따라서 우리는 기술적 발전과 더불어 윤리적 가이드라인을 정립하는 데 더 많은 힘을 쏟아야 합니다. 진화의 목적이 단순히 효율성의 극대화가 아니라 인류의 행복과 공존에 있음을 잊지 말아야 하며, 이를 위한 사회적 합의와 제도적 장치가 필수적입니다. 결국 인공지능의 진화는 우리 자신을 비추는 거울과 같습니다. 우리가 어떤 가치를 중요하게 여기고 어떤 미래를 꿈꾸느냐에 따라 인공지능의 진화 방향도 결정될 것입니다. 지능의 진화라는 거대한 흐름 속에서 인류는 새로운 정체성을 찾아가고 있습니다. 인공지능과 함께 써 내려갈 진화의 다음 장은 단순히 기술의 역사가 아니라, 지능이라는 신비로운 현상이 우주에서 어떻게 확장되어 가는지를 보여주는 거대한 대서사시가 될 것이라 확신합니다.

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생명과학

[페스티벌+어스] 종으로서의 인류: 유전 by 이현숙, 이준호 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

1953년 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 밝혀낸 사건은 현대 생명과학의 흐름을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 이 발견은 단순히 분자의 형태를 알아낸 것을 넘어, 생명체가 정보를 어떻게 저장하고 다음 세대로 전달하는지에 대한 근본적인 원리를 제시했습니다. 당시 로잘린드 프랭클린의 정교한 엑스선 회절 데이터는 이 위대한 발견의 결정적인 토대가 되었으며, 이는 인류가 생명의 설계도를 직접 읽기 시작한 역사적 전환점이 되었습니다. 생명의 본질을 이해하려는 열망은 이 짧은 논문 한 편을 통해 구체적인 과학적 사실로 증명되었습니다. DNA는 아데닌, 티민, 구아닌, 사이토신이라는 네 가지 염기의 조합으로 이루어진 생명의 암호입니다. 이 정보는 전사 과정을 거쳐 RNA로 전달되고, 최종적으로 단백질로 번역되어 우리 몸의 다양한 생명 현상을 수행합니다. 이를 '중심 원리'라고 부르는데, 이는 모든 생명체가 공유하는 보편적인 언어와 같습니다. 결국 DNA는 단순한 물질이 아니라 생명체의 탄생부터 성장, 그리고 소멸에 이르는 모든 과정을 지휘하는 가장 정교한 통제 센터라고 할 수 있습니다. 이러한 암호 체계의 발견은 생명 현상을 분자 수준에서 해석할 수 있게 했습니다. 생명의 근원을 찾는 여정에서 수소 결합은 빼놓을 수 없는 핵심 요소입니다. DNA의 두 가닥을 연결하는 이 약한 결합은 필요할 때 쉽게 풀리고 다시 결합할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 DNA는 복제와 전사 과정을 효율적으로 수행하며 생명 정보를 유지합니다. 지구가 물로 덮여 있고 우리 몸의 대부분이 물로 이루어진 이유도 바로 이 수소 결합의 물리화학적 성질과 깊은 관련이 있습니다. 이는 생명 현상을 유지하는 가장 신비로운 비밀 중 하나로, 물이 있는 곳에 생명이 존재할 수 있다는 가설을 뒷받침하는 강력한 근거가 됩니다. 진화의 진정한 원동력은 완벽한 복제가 아니라 역설적이게도 그 과정에서 발생하는 미세한 변이에 있습니다. DNA 복제 과정에서 발생하는 오류는 교정 기작을 통해 대부분 수정되지만, 아주 드물게 남겨진 변이들이 개체 간의 다양성을 만들어냅니다. 이러한 다양성은 환경 변화에 적응하고 새로운 종으로 진화할 수 있는 토대가 됩니다. 즉, 유전은 정보를 정확하게 전달하는 안정성과 새로운 가능성을 열어두는 변이성이라는 동전의 양면과 같은 속성을 지니고 있습니다. 이러한 변이의 축적은 수억 년의 시간 동안 지구상의 다채로운 생명체들을 탄생시킨 근본적인 힘입니다. 염색체의 끝단에 위치한 텔로미어는 생명의 시계라고 불리며 세포의 노화와 수명을 결정하는 중요한 역할을 합니다. 세포가 분열할 때마다 조금씩 짧아지는 텔로미어는 유전 정보를 보호하는 캡과 같은 기능을 수행합니다. 만약 텔로미어가 비정상적으로 유지되면 암세포가 되기도 하고, 너무 빨리 짧아지면 조기 노화가 진행되기도 합니다. 텔로머레이스라는 효소는 이 끝단을 복구하여 세포의 생존력을 높이는데, 이는 현대 의학이 노화와 질병을 이해하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 됩니다. 텔로미어의 구조와 기능을 밝혀낸 연구는 생명 연장의 꿈을 과학적 영역으로 끌어들였습니다. 최근 연구는 DNA가 전형적인 이중나선 구조 외에도 네 가닥이나 세 가닥의 복잡한 구조를 형성한다는 사실을 밝혀내고 있습니다. 특히 구아닌이 풍부한 지역에서 형성되는 네 가닥 DNA 구조는 암 억제 인자와 상호작용하며 세포의 항상성을 유지하는 데 기여합니다. 이러한 비전형적인 구조들은 유전자 발현 조절이나 질병 발생 메커니즘에서 중요한 변수로 작용합니다. 이는 우리가 알고 있던 생명의 설계도가 생각보다 훨씬 입체적이고 역동적인 체계임을 시사하며 새로운 연구 지평을 열어주고 있습니다. 구조의 다양성은 곧 생명 현상의 복잡성을 설명하는 중요한 단서가 됩니다. 인공지능 기술의 발전은 유전체 데이터를 해석하고 단백질 구조를 예측하는 방식에 혁신을 가져오고 있습니다. 방대한 유전 정보를 학습한 AI는 질병의 원인을 정밀하게 진단하고 환자 맞춤형 신약을 개발하는 데 결정적인 도움을 줍니다. 미래에는 개인의 DNA 특징을 기반으로 질병을 사전에 예방하고 관리하는 정밀 의료 시대가 보편화될 것입니다. 1953년의 작은 논문에서 시작된 혁명은 이제 디지털 기술과 결합하여 인류의 건강과 생명의 미래를 새롭게 설계해 나가고 있습니다. 과학적 호기심과 기술의 융합은 인류가 직면한 수많은 생물학적 난제들을 해결하는 열쇠가 될 것입니다.

이준호, 이현숙

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

생명과학

[강연] 식물다양성과 인간의 공존스토리 _ 곽명해ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 5강 | 5강

생물다양성은 단순히 종의 수를 넘어 생태계 다양성, 종 다양성, 유전적 다양성을 모두 아우르는 복합적인 개념입니다. 1980년대 에드워드 윌슨 교수에 의해 대중화된 이 용어는 생물체 간의 변이성을 핵심으로 합니다. 육상과 해상을 가리지 않고 모든 생태계 속 생물들이 보여주는 차이가 곧 지구의 생명력을 지탱하는 힘이 됩니다. 하지만 이를 정량화하여 측정하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제이며, 관점에 따라 다양성의 가치는 다르게 평가될 수 있습니다. 생물다양성의 진정한 의미는 생명체들이 맺고 있는 복잡한 관계망 속에 존재하기 때문입니다. 생물다양성을 효율적으로 보전하기 위해 과학자들은 '생물다양성 핫스팟'이라는 개념을 도입했습니다. 이는 고유종이 풍부하지만 서식지 훼손 위험이 큰 지역을 우선순위로 정해 보호하려는 노력의 일환입니다. 특히 식물은 연구 역사가 길고 데이터가 풍부하여 전 지구적 다양성을 평가하는 핵심 지표로 활용됩니다. 특정 지역에만 서식하는 고유종은 그 지역의 생태적 독특성을 대변하며, 이들이 사라지는 것은 곧 지구상에서 해당 생명체가 영원히 멸종함을 의미합니다. 따라서 이러한 핫스팟을 식별하고 관리하는 것은 사회경제적으로도 매우 중요한 결정이 됩니다. 단순히 종의 숫자만 세는 방식은 생태계의 진정한 가치를 놓칠 위험이 있습니다. 예를 들어 갯벌이나 습지는 식물의 종 수는 적을지 몰라도 탄소 흡수 능력이 뛰어나 지구 온도를 조절하는 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 곳을 '콜드스팟'이라 부르는데, 종 다양성 수치는 낮더라도 생태계 서비스 가치는 매우 높습니다. 따라서 생물다양성을 평가할 때는 눈에 보이는 개체 수뿐만 아니라 해당 지역이 지구 전체에 기여하는 기능적 측면까지 폭넓게 고려해야 합니다. 이는 보전의 우선순위를 정할 때 우리가 반드시 견지해야 할 균형 잡힌 시각입니다. 최근에는 진화적 역사를 반영한 '계통 다양성'이 중요한 측정 기준으로 떠오르고 있습니다. 이는 생물들이 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시간의 길이를 합산하여 다양성을 측정하는 방식입니다. 종의 수가 같더라도 유전적으로 멀리 떨어진 종들이 모여 있는 지역이 진화적 독특성과 회복력이 더 높다고 평가받습니다. 식물의 경우 유전자 분석 기술의 발달로 전 세계적인 계통수가 완성되어 가고 있으며, 이를 통해 우리는 생명 탄생의 궤적과 분포의 역사를 더욱 정밀하게 이해할 수 있게 되었습니다. 이는 단순한 숫자를 넘어 생명의 깊이를 측정하는 도구가 됩니다. 식물의 계통 다양성이 높다는 것은 인간이 이용할 수 있는 생물 자원의 범위가 넓어진다는 것을 의미합니다. 연구에 따르면 계통적으로 다양한 식물군을 보유할수록 원예, 약용, 식료 등 여러 분야에서 활용 가능한 재료를 확보할 확률이 유의미하게 높아집니다. 이는 생물다양성 보전이 단순히 자연 보호라는 윤리적 차원을 넘어, 인류의 생존과 번영을 위한 실질적인 자산 확보와 직결됨을 보여줍니다. 즉, 자연의 진화적 유산을 지키는 것이 곧 미래의 신약이나 식량 자원을 지키는 길입니다. 생물다양성은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 가장 거대한 도서관과 같습니다. 인류는 역사적으로 주변의 야생 식물을 길들여 작물화하며 문명을 발전시켜 왔습니다. 콩이나 쌀과 같은 주요 작물들은 각 지역의 야생 조상 종으로부터 유래했으며, 오늘날에도 버드나무의 아스피린이나 개똥쑥의 말라리아 치료제처럼 식물은 현대 의학의 핵심 원천이 되고 있습니다. 과거에는 생물 자원을 인류 공통의 자산으로 여겼으나, 이제는 '생물 주권'의 개념이 강화되면서 자원 원산지국의 권리를 인정하고 이익을 공평하게 나누는 국제적 합의가 중요해지고 있습니다. 이는 자원 이용의 투명성을 높이고 국가 간의 공정한 협력을 이끌어내는 기반이 됩니다. 현대 생물학의 쟁점은 물리적 자원을 넘어 '디지털 서열 정보(DSI)'로 확대되고 있습니다. 유전자 정보만으로도 유용한 성분을 합성할 수 있게 되면서, 자원 보유국과 이용국 사이의 새로운 갈등이 발생하고 있습니다. 과학 기술의 발전과 자원 주권 보호라는 두 가치가 충돌하는 지점에서 우리는 지속 가능한 공존을 위한 해법을 찾아야 합니다. 생물다양성을 지키는 일은 결국 우리 주변의 생명에 관심을 갖는 것에서 시작되며, 이는 지구라는 생명 행성의 미래를 결정짓는 가장 중요한 발걸음이 될 것입니다. 우리 모두가 생태계의 일원으로서 책임감을 가질 때 비로소 공존은 가능해집니다.

곽명해

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 곽명해_생물다양성을 유지하려면? / Bend the Curve를 위해 다 같이 노력 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

식물 분류학은 과학의 역사와 궤를 같이하는 유서 깊은 학문입니다. 전통적으로는 식물을 관찰하여 이름을 붙이고 학명을 부여하며, 그 형태적 특징을 기술하는 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 현대의 식물 분류학은 단순히 이름 찾기에 그치지 않습니다. 과거 지역 간 교류가 적어 발생했던 명칭의 혼선을 방대한 데이터를 통해 재정의하고 정리하는 작업을 진행합니다. 최근에는 유전자 분석과 유전체 연구를 도입하여 식물 간의 유연관계를 밝히고, 과거 기후 변화에 따른 종의 이동 경로를 추적하는 등 정밀한 과학적 탐구를 이어가고 있습니다. 생물 다양성은 인간의 모든 활동 및 과학 기술과 긴밀하게 연결된 포괄적인 개념입니다. 자동차의 연비를 개선하거나 화석 연료를 대체할 에너지를 개발하는 공학적 노력 또한 넓은 의미에서는 생물 다양성을 유지하기 위한 활동이라 할 수 있습니다. 학자들은 현재 지구의 생태계가 처한 상황을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 가장 효율적인 보전 방향을 제시하는 역할을 합니다. 이러한 평가는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어, 인류가 자연과 어떻게 공존해야 하는지에 대한 실질적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 멸종한 종을 되살리는 기술은 머지않은 미래에 실현될 가능성이 있는 흥미로운 분야입니다. 복제양 돌리의 사례처럼 특정 기술을 활용해 개체를 복원하려는 시도가 논의되고 있으나, 완전히 사라진 종을 무기물로부터 창조하는 것은 여전히 현대 과학의 거대한 과제입니다. 다만 특정 지역에서 사라진 종을 복원하는 사업은 현재도 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라의 따오기나 반달가슴곰 복원 사례처럼, 인접 국가에서 유전적으로 가까운 개체군을 도입하여 생태계의 일원으로 다시 정착시키기 위한 체계적인 복원 프로그램이 운영되고 있습니다. 성공적인 생물 복원을 위해 가장 필수적인 전제 조건은 안정적인 서식지의 확보입니다. 생물이 스스로 살아갈 수 있는 환경을 조성하기 위해서는 지리적 요건뿐만 아니라 먹이망과 은신처 등 복합적인 생태적 요소가 고려되어야 합니다. 이 과정에는 종을 정확히 식별하는 분류학자부터 유전적 다양성을 분석하는 분자생물학자, 그리고 장기적인 변화를 관찰하는 모니터링 전문가까지 다양한 분야의 협력이 필요합니다. 최종적인 목표은 인간의 인위적인 도움 없이도 생물들이 자연 속에서 스스로 개체군을 유지하며 살아갈 수 있는 자생력을 갖추게 하는 것입니다. 2019년 생물 다양성 과학기구(IPBES)의 보고서에 따르면, 지구의 생물 다양성을 저해하는 주요 요인인 토지 이용 변화, 남획, 침입 외래종 등은 대부분 인간의 활동에서 비롯되었습니다. 지구가 탄생한 이래 환경과 생물은 끊임없이 상호작용하며 변화해 왔지만, 현재의 급격한 멸종 속도를 늦추는 것은 인류에게 주어진 시급한 과제입니다. 최근 국제 사회에서 강조되는 '밴드 더 커브(Bend the Curve)'는 이러한 감소 곡선을 완만하게 만들자는 의지를 담고 있습니다. 우리가 자연을 위해 조금씩 양보하고 노력한다면, 미래 지구의 변화 양상은 분명 달라질 것입니다.

곽명해

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[강연] 종자생명과학이 바꾸는 인류의 미래 _ 김주곤 ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 3강 | 3강

현재 지구는 기후 위기로 인한 '코드 레드' 상태에 직면해 있습니다. 2050년경 세계 인구가 100억 명에 달할 것으로 예상되는 가운데, 인류가 생존하기 위해서는 현재보다 훨씬 많은 식량을 확보해야 합니다. 하지만 가뭄과 같은 기후 변화는 오히려 농작물의 생산성을 떨어뜨리고 곡물 가격을 급등시키고 있습니다. 이러한 위기 상황에서 인류의 미래를 지키기 위한 핵심 열쇠는 바로 종자생명과학의 발전과 이를 통한 식량 안보의 확보에 있습니다. 과거 노먼 볼로그 박사는 키 작은 밀을 개발하여 수많은 사람을 기아에서 구제하며 녹색혁명을 이끌었습니다. 한국 역시 통일벼 개발을 통해 쌀 자급률을 획기적으로 높인 성공적인 역사를 가지고 있습니다. "배고픈 사람들에게 평화는 없다"는 말처럼, 식량 위기는 단순한 먹거리 문제를 넘어 세계 평화와 직결됩니다. 이제는 전통적인 육종 방식을 넘어 유전자 변형 기술(GMO)과 같은 첨단 생명공학을 통해 제2의 녹색혁명을 준비해야 할 시점입니다. 식물 형질전환의 핵심 기술 중 하나는 토양 박테리아인 아그로박테리움을 이용하는 것입니다. 자연계에서 이 박테리아는 자신의 유전자를 식물 세포 내로 주입하여 공생하는 독특한 시스템을 가지고 있습니다. 과학자들은 이 원리를 응용하여 우리가 원하는 유전자를 식물에 정밀하게 전달하는 기술을 완성했습니다. 이를 통해 제초제 저항성 콩이나 해충 저항성 옥수수(Bt Corn)와 같은 1세대 유전자 변형 작물(GMO)들이 탄생하여 농업 생산성을 높여왔습니다. 생명공학 기술은 단순히 생산량을 늘리는 것에 그치지 않고 작물의 영양 성분과 품질을 개선하는 데에도 기여합니다. 비타민 A 결핍으로 시력을 잃는 아이들을 위해 개발된 '황금 쌀'이나, 발암 물질 생성을 줄이고 갈변을 막은 '이네이트 감자'가 대표적인 사례입니다. 이러한 기술은 저개발 국가의 영양 불균형 문제를 해결하고 소비자에게 더 건강한 먹거리를 제공하는 가능성을 보여주었습니다. 이는 종자 기술이 인류의 보건과 삶의 질 향상에 얼마나 중요한 역할을 하는지 증명합니다. 최근에는 '크리스퍼 유전자 가위' 기술이 등장하며 종자 개량의 새로운 지평을 열었습니다. 이 기술은 외부 유전자를 도입하는 대신 식물이 가진 기존 유전자의 특정 부위를 정밀하게 교정하는 방식입니다. 덕분에 전통적인 돌연변이 육종과 유사하면서도 훨씬 빠르고 정확하게 원하는 형질을 얻을 수 있습니다. 현재 이 기술은 병해충 저항성이 강한 벼나 밀, 그리고 건강에 유익한 성분을 강화한 '플레니쉬 콩' 개발 등 다양한 작물에 활발히 적용되고 있습니다. 기후 위기에 대응하기 위해 가장 시급한 과제 중 하나는 가뭄 저항성 작물을 개발하는 것입니다. 가뭄은 전 세계적으로 막대한 농작물 피해를 주는 주범이며, 이를 극복하기 위해 특정 아미노산(BCAA) 합성을 조절하여 수분 부족에도 잘 견디는 가뭄 저항성 벼와 콩 연구가 진행되고 있습니다. 100억 인구가 행복하게 먹고살 수 있는 먹거리를 확보하려는 '텐 빌리언 프로젝트'의 성공은 이러한 극한 환경에서도 생존하고 결실을 맺는 강인한 종자를 개발하는 데 달려 있습니다. 지속 가능한 미래를 위해서는 탄소 중립을 실현하는 농업 기술도 필수적입니다. 특히 질소 비료 사용으로 발생하는 아산화질소는 이산화탄소보다 온난화 지수가 훨씬 높아 환경에 큰 부담을 줍니다. 따라서 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지할 수 있는 질소 이용 효율 증진 작물의 개발이 중요합니다. 종자생명과학은 식량 위기 해결과 환경 보호라는 두 마리 토끼를 동시에 잡음으로써, 인류가 기후 위기 속에서도 번영을 이어갈 수 있는 토대를 마련해 줄 것입니다.

김주곤

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[인터뷰] 김주곤_쌀과 밀, 어느 것이 건강에 더 좋을까? | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

벼는 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 작물이지만, 이를 주곡으로 하는 지역의 사람들은 종종 심각한 영양 부족 문제에 직면하곤 합니다. 특히 쌀에는 비타민 A 전구체인 베타카로틴이 결핍되어 있어, 저개발국의 수많은 어린이들이 야맹증이나 시력 약화로 고통받는 현실입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가뭄에 강하면서도 필수 영양 성분을 강화한 새로운 종자를 개발하는 연구는 인류의 건강과 생존권을 지키기 위한 필수적인 과제라고 할 수 있습니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 막연한 불안감이 존재하지만, 지난 25년 동안 전 세계 수십억 명의 인구가 이를 섭취해 왔음에도 불구하고 유해성이 입증된 사례는 단 한 건도 없었습니다. 과학계는 GMO 개발 단계에서 아미노산 서열 분석을 통해 알레르기 유발 가능성을 철저히 검증하며 안전성을 확보하고 있습니다. 우리가 일상적으로 섭취하는 일반 식품에서도 개인차에 따른 알레르기가 발생할 수 있다는 점을 고려한다면, GMO 기술은 과학적 근거에 기반한 안전한 식량 생산 기술로 이해되어야 합니다. 최근 주목받는 유전자 편집 기술은 외부 유전자를 주입하는 GMO와 달리, 작물 자체의 유전자 서열을 정밀하게 교정하는 방식입니다. 이는 자연계에서 발생하는 돌연변이 육종과 원리적으로 구분되지 않아 안전성 논란에서 비교적 자유롭다는 장점이 있습니다. 특히 크리스퍼-카스9과 같은 혁신적인 시스템의 등장은 정밀 육종의 시대를 열었으며, 이를 통해 기후 변화에 대응할 수 있는 유용한 형질을 신속하게 구현할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 인류가 직면한 식량 위기를 극복할 강력한 도구가 될 것입니다. 식물은 세포 하나가 완전한 개체로 재생될 수 있는 '전분화능'이라는 놀라운 능력을 갖추고 있어 생명공학 연구에서 동물보다 훨씬 유리한 고지를 점하고 있습니다. 또한 지구상에서 태양 에너지를 유기물로 전환하여 생태계 전체에 에너지를 공급하는 유일한 생산자이기도 합니다. 이러한 식물의 생물학적 잠재력은 단순히 먹거리를 제공하는 수준을 넘어, 인류가 직면한 에너지 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 열쇠를 쥐고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 2050년 세계 인구는 100억 명에 달할 것으로 예상되며, 기후 변화로 인한 경작지 감소는 식량 안보를 심각하게 위협하고 있습니다. 전통적인 육종 방식만으로는 급증하는 식량 수요를 감당하기에 한계가 있으므로, 현대 생명공학 기술을 활용한 종자 개량은 선택이 아닌 필수입니다. 미래에는 극심한 온난화로 인해 거대한 실내 식물원 형태의 농업이 보편화될 가능성도 제기되고 있습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해서는 과학 기술을 바탕으로 한 식량 생산 효율의 극대화가 절실히 요구되는 시점입니다.

김주곤

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[강연] 식물과 기후변화 _ 박연일, 강호정, 김광형, 김상규 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 10강 카오스 콘서트 | 10강

식물은 정적인 존재처럼 보이지만, 사실 화학 물질이라는 정교한 언어를 통해 주변 세계와 끊임없이 소통하고 있습니다. 꽃향기는 단순히 인간의 코를 즐겁게 하기 위함이 아니라, 나비나 벌 같은 화분 매개자를 유혹하거나 자신을 갉아먹는 적을 물리치기 위한 전략적 메시지입니다. 카페인이나 니코틴 같은 물질 역시 식물이 스스로를 보호하기 위해 만들어낸 독성 물질의 일종입니다. 이러한 화학적 상호작용을 연구하는 화학 생태학은 식물이 자연이라는 거대한 네트워크 속에서 어떻게 관계를 맺고 생존해 나가는지를 해독하는 중요한 열쇠가 됩니다. 식물의 광합성은 지구 생명 역사의 근간을 이루는 가장 혁명적인 사건 중 하나입니다. 약 30억 년 전 남세균의 출현으로 시작된 산소 방출은 대기 성분을 완전히 바꾸어 놓았으며, 이는 에너지 효율이 높은 진핵생물과 다세포 생물이 등장할 수 있는 토대가 되었습니다. 하지만 산소의 등장은 당시 산소에 적응하지 못한 수많은 미생물에게는 대참사이기도 했습니다. 오늘날 식물은 엽록소와 루비스코 같은 정교한 단백질 복합체를 통해 태양 에너지를 유기물로 전환하며, 지구 탄소 순환의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 대기 중 이산화탄소 농도가 급격히 상승하면서 식물의 생리적 반응에도 변화가 나타나고 있습니다. 흔히 이산화탄소가 많아지면 식물이 더 잘 자랄 것이라 기대하지만, 실제로는 키가 크기보다는 전분과 같은 당분 함량만 높아지는 일종의 '당뇨병' 상태에 빠지기 쉽습니다. 특히 습지 생태계에서는 높아진 이산화탄소 농도로 인해 메탄과 같은 온실가스 배출이 오히려 증가하는 부작용이 관찰되기도 합니다. 이는 단순히 나무를 많이 심는 것보다, 탄소가 땅속 유기물로 얼마나 안정적으로 저장될 수 있는지를 이해하는 것이 기후 위기 대응에 더 중요함을 시사합니다. 농업은 기후 변화의 최전선에서 가장 먼저 타격을 받는 분야이며, 이는 사회 전반으로 번지는 '방아쇠 효과'를 유발할 수 있습니다. 역사적으로 기후 변화로 인한 농업 생산성 저하는 기근과 전염병을 넘어 전쟁과 국가의 멸망으로 이어지는 연쇄적인 비극을 초래해 왔습니다. 아일랜드 대기근이나 프랑스 대혁명 같은 역사적 사건들은 이상 기후가 인류 문명의 존립을 어떻게 위협하는지 잘 보여줍니다. 따라서 현대의 농업은 단순한 생산 증대를 넘어, 기후 변화에 적응하고 탄소 배출을 완화하는 '기후 스마트 농업'으로의 전환이 절실한 시점입니다. 현재 지구는 과거 다섯 차례의 대멸종에 버금가는 생물 다양성 위기에 직면해 있습니다. 기온 상승 속도가 생물들의 적응 능력을 앞지르면서 수많은 종이 사라지고 있으며, 이는 생태계 서비스의 붕괴로 이어집니다. 특히 꿀벌과 같은 화분 매개자의 감소는 식물의 번식과 인류의 식량 안보에 직접적인 위협이 됩니다. 자연이라는 실험실이 사라지기 전에 우리는 우리 주변의 생태계가 어떻게 구성되어 있고 어떤 변화를 겪고 있는지 더 정밀하게 관찰하고 기록해야 합니다. 자연을 아는 것이 보호의 첫걸음이기 때문입니다. 인류는 과학 기술을 통해 기후 위기를 극복할 수 있다는 낙관론과 시스템의 한계로 인해 멸망을 피할 수 없다는 비관론 사이에서 치열하게 논쟁하고 있습니다. 탄소 포집 기술이나 신재생 에너지의 발전은 희망적인 신호를 주지만, 자본주의 경제 체제 아래에서의 무분별한 개발과 자국 우선주의는 전 지구적 공조를 어렵게 만듭니다. 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거두기 위해서는 생태계의 복잡한 메커니즘에 대한 깊은 이해와 더불어, 인류 전체의 위기의식 공유와 행동 변화가 반드시 뒷받침되어야 합니다. 식물행성이라는 이름 아래 진행된 탐구는 결국 인간이 지구라는 거대한 생태계의 일원임을 다시금 깨닫게 해줍니다. 식물의 언어를 이해하고, 광합성의 신비를 풀며, 기후 변화에 대응하는 모든 노력은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 과정입니다. 자연을 단순히 이용의 대상으로 보지 않고, 함께 공존해야 할 파트너로 인식할 때 비로소 우리는 기후 위기라는 거대한 파도를 넘을 수 있을 것입니다. 작은 곤충의 이름 하나를 아는 것에서 시작되는 관심이 모여 지구의 푸른 생명력을 지키는 거대한 힘이 되기를 기대합니다.

강호정, 김광형, 김상규, 박연일

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[강연] 식물 유전학과 육종의 역사 _ 최규하 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 9강 | 9강

최근 유전자 가위 기술인 크리스퍼-캐스9 시스템이 노벨 화학상을 받으며 의료와 농업 분야에 혁신을 일으키고 있습니다. 이 기술은 DNA의 특정 부분을 정교하게 절단하고 수정하여 유전 정보를 교체할 수 있게 해줍니다. 농업계에서는 이를 통해 감자의 갈변을 방지하거나 혈압 조절에 도움을 주는 토마토를 개발하는 등 실질적인 성과를 거두고 있습니다. 이러한 생명공학의 발전은 우리가 매일 섭취하는 식재료의 품질을 높이고 버려지는 자원을 절약하는 데 크게 기여하고 있습니다. 인류의 역사는 식물을 재배하기 시작한 농업 혁명과 궤를 같이합니다. 약 만 년 전부터 인류는 야생 식물을 채집하는 단계에서 벗어나 집 근처에서 직접 작물을 키우기 시작했습니다. 이 과정에서 옥수수나 밀과 같은 주요 작물들은 야생 상태의 조상들과 비교할 수 없을 정도로 크기가 커지고 영양분이 풍부해졌습니다. 이는 고대 인류가 더 큰 열매를 맺는 개체를 지속적으로 선택하여 심어온 결과로, 자연적인 진화에 인간의 의지가 개입된 인위적 선택의 산물이라 할 수 있습니다. 식물의 다양성은 인간의 기호와 필요에 따라 더욱 풍성해졌습니다. 우리가 흔히 먹는 주황색 당근 외에도 보라색이나 노란색 당근이 존재하는 이유는 인류가 다양한 색상과 영양 성분을 가진 변이들을 선택해 왔기 때문입니다. 특히 보라색 식물에 함유된 항산화 물질은 질병 예방에 도움을 주어 현대인들에게 건강한 먹거리로서의 가치를 더해줍니다. 이처럼 작물의 형태와 색깔이 변화한 것은 그 이면의 유전 정보가 환경과 인간의 선택에 반응하며 끊임없이 변화해 왔음을 의미합니다. 근대 유전학의 기초를 닦은 멘델과 다윈은 식물의 변이와 유전 법칙을 과학적으로 규명했습니다. 다윈은 자연 선택을 통한 진화의 원리를 제시했고, 멘델은 완두콩 교배 실험을 통해 형질이 자손에게 전달되는 수학적 규칙을 발견했습니다. 멘델의 분리 법칙과 우열의 법칙은 현대 육종학의 핵심 원리가 되었으며, 이를 통해 과학자들은 원하는 형질을 가진 품종을 체계적으로 개량할 수 있게 되었습니다. 이러한 유전학적 이해는 단순한 선택을 넘어 공학적인 육종 시대를 여는 발판이 되었습니다. 20세기 중반에 일어난 녹색 혁명은 인류의 식량 문제를 해결하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 노먼 볼로그와 같은 과학자들은 키가 작아 쓰러지지 않으면서도 수확량이 많은 반왜성 밀 품종을 개발하여 전 세계 곡물 생산량을 획기적으로 늘렸습니다. 특히 한국의 토종 밀인 앉은뱅이 밀의 유전자가 세계적인 밀 개량에 기여했다는 사실은 매우 흥미롭습니다. 잡종 강세 기술을 활용한 품종 개량은 인구 폭발 시대에 굶주림을 해결하고 농업의 생산성을 극대화하는 원동력이 되었습니다. 현대 농업은 DNA 염기 서열 정보를 직접 활용하는 분자 육종의 시대로 진입했습니다. 과거에는 식물의 겉모습만 보고 우수한 개체를 선별했다면, 이제는 유전자 마커를 통해 눈에 보이지 않는 병 저항성이나 환경 적응성을 미리 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 홍수에도 잘 견디는 침수 저항성 벼 품종은 특정 유전자를 정확히 찾아내어 도입함으로써 개발 기간을 단축하고 효율성을 높인 사례입니다. 유전체 정보의 확보는 국가의 식량 안보를 책임지는 중요한 자산이 되고 있습니다. 미래의 육종 기술은 기후 변화와 환경 보호라는 거대한 과제에 직면해 있습니다. 유전자 가위 기술은 가뭄이나 고온에 강한 작물을 개발하는 것뿐만 아니라, 비료 사용량을 줄여 환경 오염을 최소화하는 맞춤형 작물 생산을 가능하게 합니다. 또한 무수정 생식 기술을 통해 우수한 잡종 강세 형질을 그대로 복제하여 종자로 보급하려는 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 기술적 혁신은 지구 환경을 보존하면서도 인류의 먹거리를 안정적으로 확보하는 지속 가능한 농업의 미래를 열어줄 것입니다.

최규하

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[인터뷰] 최규하_GMO 괜찮을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물 유전학의 세계에서 애기장대는 생명 현상을 이해하는 핵심적인 모델 식물입니다. 특히 감수 분열 과정에서 일어나는 상동 염색체의 교차 현상은 유전적 다양성을 확보하고 새로운 형질을 만들어내는 육종의 기초가 됩니다. 연구자들은 이러한 유전자 재조합의 빈도와 위치를 조절함으로써 식물의 형질을 더욱 정교하게 개량하고자 노력하고 있습니다. 이는 단순히 기초 과학 연구에 머무는 것이 아니라, 인류의 먹거리 문제를 해결하기 위한 육종 기술의 비약적인 발전을 이끄는 중요한 토대가 됩니다. 멘델의 유전 법칙은 현대 유전학의 초석을 다진 위대한 발견입니다. DNA의 존재를 알지 못했던 시대에 멘델은 형질이 쌍으로 존재하며 일정한 규칙에 따라 유전된다는 사실을 수치화하여 증명해 냈습니다. 과학적 예측이 가능하다는 것은 농업에서 원하는 형질을 가진 품종을 체계적으로 만들어낼 수 있음을 의미합니다. 이러한 예측 가능성은 1900년대 이후 육종 기술에 엄청난 기여를 했으며, 인류가 필요한 작물을 전략적으로 개발할 수 있는 길을 열어주었습니다. 최근 10년 사이 급격히 발전한 유전자 가위 기술은 식물 육종의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 특정 유전자를 정교하게 편집하거나 수선할 수 있게 되면서, 맛이 더 달거나 영양 성분이 풍부한 맞춤형 작물 개발이 가능해졌습니다. 이미 해외에서는 특정 성분이 강화된 토마토가 상용화되는 등 가시적인 성과가 나타나고 있습니다. 비록 규제와 검증의 과정이 남아있지만, 유전자 가위 기술은 제2의 녹색혁명을 이끌어낼 혁신적인 도구로서 미래 농업의 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대됩니다. 현대 농업은 유전 정보와 인공지능(AI) 기술이 결합한 스마트 팜 시대로 진입하고 있습니다. 우리는 이제 수만 개의 식물 유전자 기능을 파악하고 있으며, 이를 바탕으로 특정 환경에 최적화된 맞춤형 작물을 설계할 수 있습니다. 머신러닝과 인공지능(AI)을 활용해 식물의 생장과 영양 상태를 정교하게 분석하는 기술은 기후 변화와 같은 위기 상황에서도 안정적인 식량 생산을 가능하게 합니다. 이러한 기술적 진보는 소비자의 다양한 기호와 건강을 책임지는 고부가가치 작물 개발로 이어지고 있습니다. 식물은 지구상의 모든 생명체가 살아가는 데 필요한 에너지의 근원입니다. 태양 에너지를 이용해 이산화탄소를 탄수화물로 고정하는 광합성 과정은 인류가 섭취하는 모든 먹거리의 시작점이라 할 수 있습니다. 우리가 먹는 육류조차 결국 식물이 생산한 에너지를 바탕으로 만들어진다는 점을 상기하면 식물 연구의 중요성은 더욱 명확해집니다. 고대부터 이어온 육종의 역사를 이해하고 미래의 유전 공학 기술을 발전시키는 것은 인류의 생존과 번영을 위한 필수적인 과제입니다.

최규하

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[강연] 꽃은 어떻게 피는가? _ 이일하 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 8강 | 8강

식물은 주변 환경의 변화를 놀라울 정도로 정교하게 감지하며 살아갑니다. 흔히 온도가 계절을 알리는 유일한 신호라고 생각하기 쉽지만, 실제로는 지구의 공전에 따라 규칙적으로 변하는 낮의 길이, 즉 광주기가 더욱 중요한 지표가 됩니다. 식물은 이러한 빛의 정보와 온도 변화를 통합적으로 분석하여 잎을 만드는 영양 생장에서 꽃을 피우는 생식 생장으로 전환할 최적의 시기를 결정하며 생존을 이어갑니다. 광주기가 개화 시기를 결정한다는 사실은 1920년대 메릴랜드 맘모스 담배 연구를 통해 처음으로 밝혀졌습니다. 여름 내내 꽃을 피우지 않고 거대하게 자라기만 하던 담배가 낮의 길이가 짧아지는 초겨울에 접어들어서야 꽃을 피우는 현상이 관찰된 것입니다. 이를 통해 식물은 장일 식물과 단일 식물 등으로 분류되었으며, 이후 연구를 통해 실제로는 낮의 길이보다 중단되지 않는 밤의 길이가 개화에 더 결정적인 역할을 한다는 사실이 증명되었습니다. 식물은 잎을 통해 광주기를 인식하며, 이때 파이토크롬과 같은 광수용체가 눈의 역할을 수행합니다. 잎에서 감지된 빛의 신호는 '플로리겐'이라 불리는 개화 유도 호르몬을 생성하게 만듭니다. 70년 가까이 베일에 싸여 있던 이 호르몬의 정체는 현대 분자유전학 연구를 통해 FT 단백질임이 밝혀졌습니다. 잎에서 만들어진 FT 단백질은 줄기 끝의 정단 분열 조직으로 이동하여 식물의 발달 단계에 극적인 변화를 일으키는 신호탄이 됩니다. 개화는 식물에게 있어 단순한 성장을 넘어 생식 단계로 진입하는 거대한 전환점입니다. 이 과정을 주도하는 핵심 유전자인 'LEAFY'는 정단 분열 조직에서 잎 대신 꽃 기관이 형성되도록 명령합니다. 나선형으로 잎을 만들던 조직이 환형 구조의 꽃을 만들기 시작하는 것입니다. 이 유전자는 진화적으로 매우 잘 보존되어 있어, 포플러나 오렌지 같은 나무에 강제로 발현시키면 어린 묘목 상태에서도 수개월 만에 꽃을 피우는 놀라운 결과를 보여줍니다. 꽃의 복잡한 구조인 꽃받침, 꽃잎, 수술, 암술이 형성되는 원리는 'ABC 모델'로 설명됩니다. 세 가지 유형의 유전자가 단독 혹은 조합으로 작용하여 각 기관의 정체성을 결정하는데, 이는 18세기 괴테가 제안했던 '꽃은 변형된 잎이다'라는 가설을 분자 수준에서 입증한 것입니다. 만약 이 유전자들이 모두 망가지면 식물은 꽃 대신 잎과 유사한 구조물을 만들게 되며, 이는 식물의 형태 형성이 얼마나 정교한 유전적 설계도에 의해 이루어지는지 보여줍니다. 식물의 개화 시기는 유전적인 엑셀과 브레이크 시스템에 의해 조절됩니다. 'CONSTANS(CO)' 유전자가 광주기에 반응하여 개화를 촉진하는 엑셀 역할을 한다면, 'FLC' 유전자는 개화를 억제하는 강력한 브레이크 역할을 합니다. 식물은 자신의 나이와 외부 환경 신호를 이 두 스위치를 통해 통합적으로 인지합니다. 엑셀이 밟히고 브레이크가 풀리는 정교한 균형점이 찾아왔을 때 비로소 식물은 에너지를 집중하여 꽃을 피우는 결단을 내리게 됩니다. 겨울을 거쳐야만 꽃이 피는 '춘화처리' 현상은 식물의 후성유전학적 기억 장치를 보여주는 대표적인 사례입니다. 겨울의 저온은 개화 억제 유전자인 FLC의 스위치를 꽉 잠가버리며, 이 기억은 날이 따뜻해진 뒤에도 유지되어 봄에 꽃이 필 수 있게 합니다. 하지만 최근 지구온난화로 인한 급격한 온도 변화는 이러한 식물의 오랜 리듬을 교란하고 있습니다. 개화 시기의 혼란은 결국 식물과 공생하는 곤충과 생태계 전체에 영향을 미치는 중대한 과제가 되고 있습니다.

이일하

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[인터뷰] 이일하_꽃을 해부하면 꽃이 아니다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라보는 식물은 분석의 대상인 동시에 경이로운 예술 작품입니다. 30년 넘게 식물의 개화를 연구해 온 학자에게 느티나무는 그 수려한 자태와 넉넉한 그늘로 특별한 안식처가 되어줍니다. 꽃을 해부하고 현미경으로 들여다보는 과정은 때로 꽃의 낭만을 앗아가는 것처럼 보일 수 있지만, 그 정교한 미세 구조를 마주할 때 느끼는 감동은 일반적인 관조를 넘어섭니다. 식물은 단순한 생명체를 넘어 기품 있는 형태와 섬세한 생명력을 지닌 존재로, 우리에게 깊은 영감과 편안함을 동시에 제공합니다. 식물이 제 계절에 맞춰 꽃을 피우는 원리는 '개화 유전자'라는 정교한 시스템에 의해 조절됩니다. 루미니디펜덴스와 같은 유전자는 식물이 언제 꽃을 피울지 결정하는 핵심적인 역할을 수행하지만, 그 구체적인 생화학적 기작은 여전히 현대 과학의 미스터리로 남아 있습니다. 최근 지구 온난화로 인해 봄꽃의 개화 시기가 앞당겨지고 가을꽃인 코스모스가 늦여름에 피는 현상은 이러한 유전적 조절 시스템이 환경 변화에 민감하게 반응하고 있음을 보여줍니다. 이는 기후 위기가 식물의 생애 주기에 직접적인 영향을 미치고 있다는 증거이기도 합니다. 식물은 인간과 같은 신경계나 감각 기관을 가지고 있지 않지만, 세포 수준에서 환경을 매우 정교하게 인지합니다. 특히 빛을 감지하는 능력은 인간보다 뛰어난 면이 있는데, 인간이 한 종류의 광수용체로 사물을 보는 반면 식물은 적색광, 청색광, 자외선 등을 각각 인지하는 네 종류 이상의 광수용체를 보유하고 있습니다. 이를 두고 식물이 '네 개의 눈'을 가졌다고 비유하기도 합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 주어진 환경에서 최적의 생존 전략을 짜는 데 필수적인 토대가 됩니다. 인류 문명 1만 년의 역사 동안 식물은 의식주의 모든 요소를 제공하며 생존의 근간이 되어왔습니다. 다가올 2050년, 지구 인구가 100억 명에 육박할 것으로 예측되는 상황에서 현재의 작물 생산량으로는 심각한 식량 위기를 피하기 어렵습니다. 따라서 식물의 생명 현상을 깊이 이해하고 작물의 생산 효율을 높이는 연구는 인류의 미래를 지키는 필수적인 과제입니다. 식물학은 단순히 자연을 탐구하는 학문을 넘어, 다가올 위기에 대응하고 지속 가능한 인류의 삶을 보장하기 위한 핵심적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 식물의 진화 과정은 광합성을 통한 에너지 자립과 고착 생활이라는 독특한 선택의 결과입니다. 광합성 세균과의 세포 내 공생을 통해 스스로 에너지를 얻게 된 식물은 움직일 필요가 없어졌고, 대신 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 세포벽을 발달시켰습니다. 이러한 세포벽의 형성은 식물을 한곳에 머물게 했지만, 동시에 다세포 생물로서 독자적이고 다양한 진화의 길을 걷게 하는 동력이 되었습니다. 식물이 보여주는 생명력과 적응의 역사는 동물의 진화와는 또 다른 관점에서 생명의 신비로움을 우리에게 일깨워 줍니다.

이일하

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[강연] 보이지 않는 식물 행성, 뿌리 _ 이지영 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 7강 | 7강

식물의 생애는 우리가 보지 못하는 땅속 깊은 곳에서 시작됩니다. 씨앗이 발아할 때 가장 먼저 뻗어 나오는 것은 뿌리이며, 이는 지상부가 본격적으로 성장하기 전 식물 전체를 지탱할 단단한 토대를 마련하기 위함입니다. 뿌리는 단순히 식물을 고정하는 역할을 넘어, 흙 속에서 자신만의 영역을 구축하며 지상부와 끊임없이 소통하는 역동적인 기관입니다. 보이지 않는 곳에서 생명의 근간을 이루는 뿌리의 활동은 식물 전체의 생존과 번영을 결정짓는 핵심적인 요소로 작용하며, 지상부의 화려한 모습 뒤에 숨겨진 진정한 생명력의 원천이라 할 수 있습니다. 찰스 다윈은 뿌리의 끝부분인 생장점이 하등 동물의 뇌와 같은 역할을 한다고 제안하며 이를 '루트 브레인' 이론으로 설명했습니다. 실제로 뿌리는 물리적인 장애물을 만나면 스스로 멈추고 방향을 틀며, 수분이 많은 곳을 감지하여 그쪽으로 곁뿌리를 내리는 등 매우 지능적이고 선택적인 행동을 보여줍니다. 이러한 굴수성과 같은 반응은 뿌리가 주변 환경을 능동적으로 인지하고 최적의 생존 경로를 찾아가는 정교한 과정임을 증명합니다. 뿌리는 환경 변화에 맞춰 자신의 구조를 유연하게 변형하며 가장 효율적인 방식으로 영양분을 흡수하는 전략을 취합니다. 뿌리의 내부 구조는 현미경으로 들여다보았을 때 매우 정교하고 규칙적인 배열을 갖추고 있습니다. 바깥쪽의 뿌리털은 표면적을 극대화하여 물과 무기 염류를 흡수하고, 내피에 위치한 카스파리선은 외부 물질이 관다발로 들어오기 전 반드시 세포의 점검을 거치게 하는 엄격한 관문 역할을 수행합니다. 중심부의 관다발은 양분과 물을 수송하는 고속도로와 같으며, 이러한 세포 층의 배열은 수억 년의 진화 과정 속에서 기능적 협력을 위해 최적화된 상태로 유지되어 왔습니다. 이러한 구조적 완결성은 육상 식물이 척박한 환경에서도 성공적으로 정착할 수 있었던 비결입니다. 식물은 토양 속 미생물들과 긴밀한 상호 공생 관계를 맺으며 생존 능력을 극대화합니다. 콩과 식물은 뿌리혹박테리아를 자신의 뿌리 안으로 끌어들이고, 대다수의 관속식물은 내생균근 곰팡이와 거대한 네트워크를 형성하여 인산 흡수 효율을 획기적으로 높입니다. 특히 곰팡이 균사를 통해 여러 식물이 서로 연결되는 현상은 '우드 와이드 웹'이라 불리며, 이는 숲 전체가 정보를 공유하고 에너지를 주고받는 거대한 소통의 장이 됩니다. 뿌리는 단순히 개별적인 흡수 기관이 아니라, 주변 생명체와 끊임없이 교류하며 생태계의 균형을 유지하는 능동적인 중심지입니다. 뿌리가 멈추지 않고 계속 자라날 수 있는 비결은 분열층에 위치한 줄기세포 집단에 있습니다. 분열 지원 중심(QC)은 주변의 시원세포들이 비대칭 분열을 통해 새로운 세포를 지속적으로 공급할 수 있도록 이들의 운명을 보호하고 유지하는 사령탑 역할을 합니다. 이때 옥신이라는 호르몬은 세포 사이를 방향성 있게 이동하며 뿌리의 전체적인 발달 패턴과 농도 기울기를 정밀하게 조절합니다. 이러한 체계적인 세포 분열 기작은 뿌리가 훼손되었을 때 원래의 형태로 완벽하게 복구될 수 있는 놀라운 재생 능력의 근간이 되며 식물의 무한한 생장 가능성을 뒷받침합니다. 최근의 분자생물학적 연구는 식물 세포들이 단백질이나 마이크로RNA를 이웃 세포로 직접 이동시키며 서로의 운명을 결정한다는 사실을 밝혀냈습니다. 예를 들어 SHR과 같은 전사 인자는 특정 세포에서 생성된 후 원형질 연락사라는 미세한 통로를 통해 옆 세포로 이동하여 비대칭 분열을 유도하고 물관의 형태를 결정합니다. 이러한 세포 간 소통 방식은 식물이 복잡한 유전자 조절망을 통해 정교한 조직 패턴을 만들어가는 핵심 원리입니다. 이는 동물의 발생 과정과는 차별화된 식물만의 독특하고 효율적인 진화적 전략이며, 식물이 환경에 기민하게 대응하며 성장할 수 있게 하는 원동력입니다. 기후 위기와 식량 안보라는 인류 공통의 과제를 해결하는 데 있어서도 뿌리는 결정적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 카사바나 고구마 같은 구근 작물은 수억 명의 인구를 먹여 살리는 주요 식량 자원이며, 뿌리의 저장 능력을 유전적으로 개선하는 연구는 미래 식량난의 실질적인 대안이 될 수 있습니다. 또한 뿌리를 땅속 깊이 내리게 하고 미생물이 분해하기 어려운 리그닌 형태로 탄소를 고정하는 기술은 대기 중 이산화탄소를 줄이는 혁신적인 기후 변화 억제책으로 주목받고 있습니다. 보이지 않는 식물 행성인 뿌리에 대한 심도 있는 이해는 인류의 지속 가능한 미래를 설계하기 위한 필수적인 학문적 토대입니다.

이지영

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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

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[인터뷰] 이호정_식물도 스트레스 받는다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 우리 생각보다 훨씬 더 민감하게 환경의 변화를 감지하며 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스는 단순히 식물의 성장을 저해하는 데 그치지 않고, 인류의 경제 시스템 전반에 큰 영향을 미칩니다. 식물의 생산량이 감소하면 곡물 가격이 폭등하고, 이는 곧 전반적인 물가 상승으로 이어지는 '애그플레이션' 현상을 초래하기 때문입니다. 따라서 식물의 스트레스 저항성을 연구하는 것은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지난 150여 년간 지구의 평균 기온은 약 0.9도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보일 수 있으나, 이는 농작물 생산에 치명적인 결과를 가져왔습니다. 실제로 옥수수와 같은 주요 곡물의 가격이 두 배 가까이 폭등하며 세계 곳곳에서 사회적 혼란이 발생하기도 했습니다. 기후 변화는 가뭄과 같은 비생물적 스트레스뿐만 아니라 특정 해충의 급증과 같은 생물적 스트레스까지 유발하여 식물의 생존을 더욱 어렵게 만들고 있습니다. 식물의 줄기는 단순해 보이지만 지지와 수송이라는 핵심적인 기능을 수행합니다. 잎이 광합성에 집중하고 뿌리가 수분과 무기질을 흡수한다면, 줄기는 이들을 연결하며 식물이 꼿꼿이 서 있을 수 있도록 돕습니다. 특히 줄기 내부의 관다발은 물과 영양분을 이동시키는 통로 역할을 합니다. 흥미로운 점은 뿌리와 줄기의 관다발 배치가 다르다는 것인데, 뿌리는 중심부에 모여 있는 반면 줄기는 주변부에 흩어져 있는 구조를 띱니다. 줄기의 관다발이 주변부에 흩어져 있는 구조는 외부 공격으로부터 생존하기 위한 전략으로 해석될 수 있습니다. 지상부에 노출된 줄기는 초식동물이나 강한 바람 등 다양한 위험에 직면합니다. 만약 관다발이 한곳에 모여 있다면 작은 상처만으로도 수송 기능 전체를 잃을 수 있지만, 여러 곳으로 분산되어 있으면 일부가 손상되더라도 나머지 조직을 통해 생명을 유지할 수 있기 때문입니다. 이는 식물이 환경에 적응하며 진화해 온 지혜를 보여줍니다. 식물의 지능은 우리가 상상하는 것 이상으로 뛰어납니다. 어떤 식물의 종자는 산불이 나야만 비로소 싹을 틔우는 독특한 생존 전략을 구사합니다. 이는 다른 경쟁 식물들이 불에 타 사라진 뒤, 충분한 자원과 빛을 확보할 수 있는 최적의 시기를 기다리는 것입니다. 수천 년을 살아가는 식물의 장수 비결 또한 특정 부위에만 존재하는 분열 조직을 통해 끊임없이 세포를 재생하는 정교한 메커니즘 덕분이며, 이는 식물이 결코 단순한 생명체가 아님을 증명합니다. 우리가 고기를 섭취하는 식습관조차 식물 자원과 밀접하게 연결되어 있습니다. 소고기 1kg을 생산하기 위해서는 무려 8kg의 곡물이 필요할 정도로 축산업은 막대한 식물 자원을 소비합니다. 결국 비건이 아니더라도 인류의 모든 먹거리는 식물로부터 시작되는 셈입니다. 이처럼 식물은 식량 안보뿐만 아니라 우리가 사용하는 가구의 원목 재료부터 정서적 안정감을 주는 조경에 이르기까지 우리 삶의 모든 영역에서 필수불가결한 존재로 자리 잡고 있습니다. 현대 농업에서 질소 비료는 필수적이지만, 과도한 사용은 심각한 환경 오염을 야기합니다. 식물이 흡수하지 못한 질소 성분은 강과 바다로 흘러 들어가 녹조 현상과 같은 부영양화를 일으키며 생태계를 파괴합니다. 따라서 식물이 질소를 더 효율적으로 흡수하고 이용할 수 있는 메커니즘을 밝혀내는 연구는 매우 중요합니다. 이를 통해 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지하는 지속 가능한 농업 모델을 구축하는 것이 미래 식물 과학의 핵심 목표입니다.

이호정

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[강연] 건축탐구 잎 _ by이유리 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 5강 | 5강

식물의 잎을 단순히 납작한 평면으로만 보던 시각에서 벗어나, 수많은 세포가 모여 사는 정교한 도시로 바라보면 새로운 세상이 열립니다. 잎은 외부 환경으로부터 자신을 보호하고 생존에 필요한 자원을 효율적으로 관리하기 위해 3차원적인 건축 구조를 갖추고 있습니다. 마치 성벽을 쌓아 도시를 지키듯, 잎의 가장 바깥쪽에는 표피 조직이라는 강력한 방어 라인이 형성되어 있습니다. 이러한 건축적 관점은 식물이 단순한 유기체를 넘어 고도의 전략을 가진 생명체임을 깨닫게 해줍니다. 도시의 성벽 역할을 하는 표피 조직은 세포벽만으로는 완벽한 방어를 수행하기 어렵습니다. 세포벽 사이사이에 존재하는 미세한 틈새들 때문인데, 식물은 이를 보완하기 위해 큐티클이라는 기름 성분의 코팅층을 활용합니다. 이 매끄러운 큐티클층은 외부의 병원균이나 곤충의 침입을 막을 뿐만 아니라, 수분 증발을 억제하여 식물의 생존을 돕습니다. 겉보기에는 연약해 보이는 잎의 표면이 사실은 철저하게 계산된 화학적 방어막으로 둘러싸여 있는 셈입니다. 연잎의 사례는 식물의 표면 구조가 얼마나 경이로운지를 잘 보여줍니다. 연잎은 더러운 연못에서도 항상 깨끗함을 유지하는데, 이는 미세한 돌기들이 이중으로 층을 이룬 독특한 구조 덕분입니다. 물방울이 스며들지 않고 또르르 굴러가며 표면의 먼지와 세균을 함께 씻어내는 이 '연잎 효과'는 현대 과학기술에도 큰 영감을 주었습니다. 방수 스프레이부터 자가 세정 페인트, 심지어 방수 메모리 소자에 이르기까지 식물의 지혜는 우리 삶 곳곳에 응용되고 있습니다. 식물은 수동적인 방어를 넘어 트라이콤이라 불리는 털 구조를 통해 적극적인 공격 무기를 갖추기도 합니다. 어떤 식물의 털은 곤충의 다리를 옭아매고 날카로운 끝으로 적을 찌르는 물리적 타격을 가합니다. 또한 토마토나 허브처럼 털끝에 화학 물질을 저장했다가 적이 건드리는 순간 분비하여 퇴치하는 화학 무기를 사용하는 경우도 많습니다. 우리가 즐기는 허브의 향기나 유용한 약물 성분 중 상당수가 사실은 식물이 자신을 지키기 위해 만들어낸 치열한 생존 투쟁의 결과물입니다. 트라이콤의 변신은 여기서 그치지 않습니다. 식충 식물인 파리지옥의 감각모는 먹잇감의 움직임을 포착하는 정밀한 센서 역할을 수행하며, 끈끈이주걱은 끈적한 액체를 분비해 곤충을 포획합니다. 또한 산길에서 옷에 달라붙는 도깨비바늘의 가시는 종자를 멀리 퍼뜨리기 위한 전략적 도구입니다. 이 가시의 갈고리 구조를 모방하여 탄생한 것이 바로 우리가 흔히 사용하는 벨크로입니다. 이처럼 식물의 미세 구조는 생존을 위한 기능적 완결성을 보여주는 훌륭한 모델이 됩니다. 도시의 성벽에 문이 필요하듯, 잎의 표피 조직에는 기공이라는 통로가 존재합니다. 기공은 광합성에 필수적인 이산화탄소를 받아들이는 입구인 동시에, 식물 내부의 수분이 밖으로 나가는 출구이기도 합니다. 식물은 빛의 양과 수분 상태, 심지어 외부 박테리아의 침입 여부까지 감지하여 이 문을 열고 닫는 시점을 정교하게 결정합니다. 한 쌍의 공변세포가 액포의 크기를 조절하며 기공을 움직이는 과정은 식물이 환경 변화에 얼마나 민감하고 유연하게 대처하는지를 잘 보여줍니다. 기공의 개수와 배치는 고정된 것이 아니라 대기 중의 이산화탄소 농도에 따라 유동적으로 조절됩니다. 과거 지구의 화석 기록을 살펴보면 이산화탄소가 풍부할 때는 기공의 밀도가 낮아지고, 부족할 때는 높아지는 경향을 확인할 수 있습니다. 현대 과학자들은 애기장대와 같은 모델 식물을 통해 이러한 조절 과정을 담당하는 유전자를 연구하고 있습니다. 기공이 아예 없거나 너무 많이 생기는 돌연변이 연구는 식물이 기후 변화에 어떻게 적응해 나갈지를 예측하는 중요한 열쇠가 됩니다.

이유리

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[강연] 환경과 동행한 인류역사 by 정충원 ㅣ 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연 '과학 동행' | 1부 ①

인류는 현재 '인류세'라 불리는 전례 없는 환경 변화의 시대를 살고 있습니다. 하지만 지구의 긴 역사 속에서 환경 변화는 늘 존재해 왔으며, 이는 인류의 이동과 진화에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 과거 시베리아는 현재의 울창한 침엽수림인 타이가와 달리, 거대한 매머드와 털코뿔소가 누비던 광활한 '매머드 초원'이었습니다. 이 독특한 생태계는 수렵 채집인들에게 풍요로운 자원을 제공하며 인류가 북극권까지 진출할 수 있는 토대가 되었으며, 당시 인류는 환경에 맞춰 자신들의 삶을 유연하게 변화시켜 나갔습니다. 과거 인류의 흔적을 추적하기 위해 현대 과학은 유전체 분석이라는 강력한 도구를 사용합니다. 수십억 개의 염기쌍 중 개인마다 차이를 보이는 '단일 염기 다형성(SNP)'을 분석하면 각 집단의 고유한 유전체 프로필을 구성할 수 있습니다. 특히 복잡한 유전 정보를 시각화하는 '주성분 분석(PCA)'을 통해 고대 인류가 현대의 어느 집단과 유전적으로 가까운지 혹은 지금은 사라진 독특한 계통인지를 명확하게 파악할 수 있게 되었습니다. 이러한 통계적 방법론은 방대한 유전체 데이터를 우리가 이해할 수 있는 유의미한 정보로 요약해 줍니다. 유전체 분석 결과, 플라이스토세 매머드 초원에 살았던 고대 북유라시아인(ANE)은 현대인 중 직계 후손이 없는 사라진 계통임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적으로 동아시아인보다는 서유라시아인과 더 가까웠으며, 동시에 아메리카 원주민의 조상과 밀접한 관련이 있었습니다. 비록 이들의 순수한 유전체 프로필은 현대에 남아 있지 않지만, 이들이 남긴 유전적 흔적은 아메리카 대륙과 유라시아 곳곳으로 흩어져 인류 역사의 중요한 퍼즐 조각이 되었습니다. 이는 고대 인류가 단순히 사라진 것이 아니라 새로운 인류 집단의 밑바탕이 되었음을 시사합니다. 아메리카 원주민의 기원을 찾는 여정에서 남시베리아의 우스티-캬흐타 유적은 중요한 단서를 제공합니다. 약 1만 5천 년 전의 이 유전체는 아메리카 원주민 계통이 베링기아에서 형성되었다는 기존 가설에 의문을 제기하며, 남시베리아가 그들의 유전자 풀이 형성된 발원지일 가능성을 시사합니다. 이는 마지막 빙하기라는 극한의 환경 속에서도 인류가 끊임없이 이동하며 새로운 환경에 적응해 나갔음을 보여주는 증거라고 할 수 있습니다. 인류의 확산은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 역동적이고 복잡한 경로를 통해 이루어졌음을 알 수 있습니다. 기후가 온난해지며 매머드 초원이 사라진 후에도 고대 북유라시아인의 후손들은 온대 초원에서 삶을 이어갔습니다. 카자흐스탄의 보타이 문화 사람들은 말을 대량으로 사육하며 초원 생활에 적응했습니다. 흥미로운 점은 이들이 키우던 보타이 말이 현대 가축 말의 조상이 아니라, 오늘날 야생말로 알려진 프르제발스키말의 조상이라는 사실입니다. 이는 인류가 환경 변화에 맞춰 가축화라는 새로운 생존 전략을 독립적으로 여러 번 시도했음을 의미하며, 보타이 사람들은 비록 주류 역사에서 사라졌지만 말의 역사에 뚜렷한 족적을 남겼습니다. 약 4,000년 전 중앙아시아 타림 분지에서 번성했던 샤오허 문화는 고대 인류의 놀라운 적응력을 보여주는 또 다른 사례입니다. 건조한 사막 환경에서도 이들은 서구적인 외모와 서양식 가축, 동양의 곡물을 결합한 독특한 복합 문화를 일구었습니다. 유전체 분석 결과, 이들은 외부 이주민이 아니라 수천 년 동안 고립되어 살았던 고대 북유라시아인의 후손임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적 고립 속에서도 주변 문화를 적극적으로 수용하며 풍요로운 문명을 꽃피웠으며, 이는 혈연적 섞임 없이도 문화적 교류가 얼마나 활발할 수 있는지를 잘 보여줍니다. 타림 분지의 미라 집단을 끝으로 고대 북유라시아인의 독특한 유전체 프로필은 역사 속으로 사라졌습니다. 급격한 건조화라는 환경 변화가 그들이 지탱해온 농경과 목축의 기반을 무너뜨렸기 때문입니다. 과거 인류가 환경 변화에 적응하고 때로는 도태되었던 역사는 오늘날 기후 위기와 전염병 등 새로운 도전에 직면한 우리에게 깊은 시사점을 줍니다. 과거를 거울삼아 인류가 미래의 변화 속에서 지속 가능한 길을 찾을 수 있기를 희망하며, 유전자를 통해 읽어낸 고대인의 역사는 현재를 살아가는 우리에게 생존을 위한 지혜와 경각심을 동시에 전달합니다.

정충원

카오스재단서울대자연과학공개강연

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

[강연] 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학동행'1 by정충원, 송성주 l 서울대학교&카오스재단 | 1부

서울대학교 자연과학대학이 주최한 제29회 자연과학 공개 강연은 '과학자의 꿈과 도전: 과학 동행'이라는 주제 아래 인류와 과학이 걸어온 긴밀한 여정을 깊이 있게 조명했습니다. 1994년 첫 발을 내디딘 이래 대중과 소통하며 자연과학의 원리와 첨단 기술의 발전 경향을 알기 쉽게 전달해 온 이 강연은 우리 사회의 미래를 견인할 혁신적 가치 창출의 장으로 자리매김했습니다. 이번 행사는 환경, 인구 예측, 양자 세계, 기후 변화 등 현대 사회가 직면한 복잡하고 어려운 문제들을 과학적 시각에서 함께 고민하고 해결책을 모색하는 소중한 기회가 되었습니다. 첫 번째 강연에서는 집단 유전학이라는 학문적 도구를 통해 인류의 역사가 환경과 어떻게 상호작용하며 변화해 왔는지 살펴보았습니다. 과거 플라이스토세의 시베리아는 현재와 달리 '매머드 초원'이라 불리는 풍요로운 생태계를 유지하고 있었으며, 인류는 이러한 독특한 환경에 적응하며 자신들만의 생활 양식을 구축했습니다. 유전자 염기서열 분석 기술의 비약적인 발전은 화석과 유적 속에 숨겨진 고대 인류의 이동 경로와 혼합 과정을 정밀하게 추적할 수 있게 함으로써, 문헌에 기록되지 않은 잊힌 역사의 퍼즐을 맞추는 강력하고 객관적인 수단이 되어주고 있습니다. 특히 타림 분지의 미라 집단이나 보타이 문화의 말 사육 사례는 유전적 정보가 기존의 고고학적 가설을 어떻게 검증하고 때로는 반박할 수 있는지 명확히 보여줍니다. 외형적으로는 서구적 특징을 가졌으나 유전적으로는 주변 집단과 섞이지 않은 고립된 수렵채집인의 후손이었던 타림 분지 사람들의 사례는 문화적 교류와 유전적 계통이 반드시 일치하지 않음을 시사합니다. 이러한 연구 결과들은 인류가 급격한 기후 변화와 환경적 제약 속에서도 어떻게 생존을 도모하고 외부 문화를 수용하며 자신들만의 독자적인 문명을 발전시켰는지에 대한 깊은 통찰을 제공합니다. 이어지는 강연에서는 도박사의 소박한 호기심에서 시작된 확률론이 어떻게 현대 통계학으로 진화하여 사회의 불확실성을 관리하는 핵심 기술이 되었는지 논의되었습니다. 17세기 파스칼과 페르마의 서신 교환에서 싹튼 확률 개념은 오늘날 인구 조사와 미래 예측을 가능하게 하는 이론적 토대가 되었습니다. 통계학은 단순히 흩어진 숫자를 집계하는 것을 넘어, 방대한 데이터 속에 숨겨진 일정한 패턴을 읽어내고 미래의 위험을 정량적으로 평가함으로써 국가 정책 수립과 합리적인 사회적 의사결정을 내리는 데 있어 없어서는 안 될 필수적인 역할을 수행하고 있습니다. 인구 추계는 출생, 사망, 국제 이동이라는 세 가지 핵심 요인을 바탕으로 미래 사회의 구조적 변화를 그려내는 정교한 작업입니다. UN과 통계청은 코호트 요인 추계법과 확률적 모형을 활용하여 저출산과 고령화라는 인류 공통의 과제를 분석하고 대응 방안을 마련하고 있습니다. 미래 인구에 대한 정확한 예측은 식량, 자원, 환경 문제뿐만 아니라 연금이나 복지 정책의 방향성과도 직결됩니다. 따라서 통계적 불확실성을 과학적으로 이해하고 대비하는 과정은 우리 사회의 지속 가능성을 확보하기 위해 반드시 거쳐야 하는 가장 기본적인 준비 단계라 할 수 있습니다. 과학의 발전은 단일 학문의 고립된 성과에 그치지 않고 다양한 분야 간의 긴밀한 협력과 동행을 통해 완성됩니다. 인류 유전학이 진화의 수리 모형을 정립하기 위해 통계학을 필수적으로 활용하듯, 현대 과학은 학제 간 경계를 허물며 복잡한 현상을 다각도에서 분석하고 있습니다. 과학자들은 자신의 연구가 사회에 미칠 영향을 깊이 고민하며 진실한 태도로 연구에 임해야 하며, 대중 또한 과학적 탐구 과정에 지속적인 관심을 두고 참여해야 합니다. 이러한 상호 작용은 과학과 사회가 서로를 신뢰하며 더 나은 방향으로 나아가는 건강한 동행을 가능하게 합니다. 기초과학은 인류와 지구의 지속 가능한 발전을 가능하게 하는 가장 강력한 원동력이자 미래를 여는 열쇠입니다. 순수한 호기심에서 시작된 탐구는 수많은 시행착오와 인내의 시간을 거쳐 인류의 지평을 넓히는 위대한 발견으로 이어집니다. 이번 공개 강연은 과학이 단순히 교과서 속의 어려운 지식이 아니라, 우리의 삶과 역사를 이해하고 더 나은 미래를 설계하기 위한 필수적인 동반자임을 다시 한번 확인시켜 주었습니다. 과학과의 슬기로운 동행을 통해 우리는 직면한 위기를 새로운 기회로 바꾸며, 인류 사회를 위한 혁신적인 가치를 끊임없이 창출해 나갈 것입니다.

송성주, 정충원

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학
수학

[과학자가 쓴 과학책 #25] 전중환_진화한 마음 ㅣ "왜 살아야 하나요?"에 대한 과학의 대답

리처드 도킨스는 "우리는 모두 죽는다. 그래서 우리는 아주 운이 좋다"라고 말했습니다. 존재할 수 있었던 수많은 가능성 중 극소수만이 인간으로 태어났기 때문입니다. 수십만 년 전부터 이어진 1만 세대의 직계 조상 중 단 한 명도 번식에 실패하지 않았기에 지금의 우리가 존재합니다. 우리는 생존과 번식에 유리한 형질을 물려받은 억세게 운 좋은 생존자들의 후손이며, 그 기나긴 생명의 사슬 맨 마지막에 서 있는 경이로운 존재입니다. 인간의 마음은 본질적으로 선하거나 악하게 설계되지 않았습니다. 또한 경제적 이득이나 공동체의 이익을 최대화하기 위해 만들어진 것도 아닙니다. 우리의 마음은 수백만 년 전 석기시대 조상들의 생존과 번식에 도움이 되는 방향으로 자연선택에 의해 정교하게 설계되었습니다. 찰스 다윈이 발견한 자연선택의 원리는 유전, 변이, 차별적 성공이라는 세 가지 조건이 충족될 때 일어나는 논리적 귀결이며, 이를 통해 생명체는 환경에 적응합니다. 인간의 마음은 조상들이 직면했던 현실적인 문제들을 해결하기 위해 설계된 복잡한 연산 장치입니다. 우리는 친구의 표정을 읽거나 언어를 구사하는 일을 당연하게 여기지만, 이는 공학적으로 보면 천문학적인 연산 능력이 필요한 기적 같은 활동입니다. 일그러진 글자를 보고 알파벳을 맞히는 보안 문자를 로봇은 통과하지 못해도 인간은 0.1초 만에 해냅니다. 이처럼 우리의 심리 기제는 생존에 필요한 정보를 처리하도록 특화되어 진화해 왔습니다. 인류 역사를 1년으로 압축한다면 농경이 시작된 시점은 12월 31일 오전 6시에 불과합니다. 우리는 364일 동안 수렵채집 생활을 하며 석기시대의 환경에 적응해 왔습니다. 이 때문에 현대 사회의 환경과 우리의 진화된 심리 기제 사이에는 불협화음이 발생합니다. 과거에는 유리했던 달콤하고 기름진 음식에 대한 탐닉이나, 명예를 지키기 위한 급발진 같은 행동들이 오늘날에는 건강을 해치거나 보복 운전 같은 사회적 문제를 일으키는 원인이 되기도 합니다. 진화심리학은 단순히 사후 설명을 늘어놓는 사이비 과학이 아닙니다. 오히려 인간 본성에 대한 새로운 예측을 가능하게 하는 강력한 도구입니다. 예를 들어, 추락 위험을 피하기 위해 높이를 실제보다 더 길게 인식하는 인지 편향이 아래에서 볼 때보다 위에서 내려다볼 때 더 강하게 나타날 것이라는 가설은 실험을 통해 입증되었습니다. 이처럼 진화적 시각은 우리가 미처 몰랐던 인간의 행동 원리를 과학적으로 규명하고 반증 가능한 가설을 제시하며 발전하고 있습니다. 인간 본성을 진화적으로 설명하는 것이 나쁜 행동에 대한 면죄부를 주는 것은 아닙니다. 사실에서 당위를 이끌어내는 '자연주의적 오류'를 경계해야 합니다. 암이나 지진을 연구하는 목적이 그것을 정당화하기 위함이 아니듯, 폭력이나 차별의 진화적 근원을 연구하는 이유는 이를 효과적으로 제어하기 위해서입니다. 인간 본성의 작동 원리를 정확히 이해할 때, 우리는 비로소 바람직하지 않은 본능에 휘둘리지 않고 더 나은 사회를 만들기 위한 실질적인 방안을 찾을 수 있습니다. 우리는 이기적인 유전자의 복제본을 남기기 위해 설계된 존재일지 모르지만, 그 유전자의 명령에 맹목적으로 복종할 필요는 없습니다. 자연선택은 우리의 행복이나 도덕성에는 관심이 없으며 오직 유전자 전파에만 집중하기 때문입니다. 우리는 이성이라는 또 다른 본성을 발휘하여 삶의 의미를 스스로 정의할 수 있습니다. 내세의 구원이 아닌 현세에서 타인의 복지를 증진하고 세상을 더 살기 좋은 곳으로 만드는 세속적 인본주의야말로 과학이 제시하는 진정한 삶의 목적입니다.

전중환

카오스재단읽다과학

생명과학
융합

[강연] 우리의 유전 정보, DNA를 유지하려는 생명체의 노력 by 명경재 ㅣ 기초과학연구원(IBS) x 카오스재단 기초과학 석학 강연 '새로운 발견을 위한 과학' | 3강

우리 몸의 설계도인 유전체는 생명 활동에 필요한 모든 정보를 담고 있는 거대한 저장소입니다. 이 정보는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)이라는 네 가지 염기의 조합으로 구성되며, 세포 하나당 약 30억 개의 염기서열이 이중 나선 구조의 DNA 안에 빽빽하게 기록되어 있습니다. 컴퓨터가 0과 1의 이진법을 사용하듯 생명체는 네 종류의 알파벳을 활용해 훨씬 더 방대하고 정교한 데이터를 보존합니다. 이러한 유전 정보는 단백질을 만드는 지침서 역할을 하며 우리가 숨 쉬고 생각하는 모든 생명 현상을 가능하게 하는 근간이 됩니다. 생명체가 성장하고 유지되기 위해서는 세포 분열 과정에서 DNA가 정확하게 복제되어야 합니다. 하지만 30억 개에 달하는 방대한 정보를 복사하는 과정은 생각보다 완벽하지 않으며, 외부 자극이나 내부적 요인으로 인해 끊임없이 손상이 발생합니다. 유전체 항상성이란 이처럼 불안정한 유전 정보를 안정적으로 보존하고 오류를 복구하려는 생명체의 노력을 의미합니다. 만약 복제 과정에서 문제가 생기거나 손상된 부위가 제대로 고쳐지지 않으면 유전 정보에 변이가 쌓이게 됩니다. 이는 단순한 개별적 차이를 넘어 질병이나 노화의 근본적인 원인이 되기도 합니다. DNA의 손상을 복구하기 위해 우리 몸은 정교한 복구 기작을 갖추고 있습니다. 이중 나선의 한쪽이 끊어지거나 염기에 이상이 생기는 등 다양한 형태의 손상에 대응하여 약 8개에서 10개에 달하는 복구 경로가 작동합니다. 이러한 복구 과정의 중요성은 2015년 노벨 화학상을 통해 그 가치를 인정받기도 했습니다. 만약 이러한 복구 시스템이 제대로 작동하지 않으면 세포는 비정상적인 분열을 거듭하게 됩니다. 결국 핵 밖으로 유전 물질이 유출되거나 세포끼리 엉겨 붙는 현상이 발생하며, 이는 암세포로 변모하는 결정적인 계기가 됩니다. 기초과학 연구는 암 치료의 새로운 지평을 열었습니다. 대표적인 사례가 '합성 치사' 원리를 이용한 치료법입니다. 정상 세포는 DNA 손상을 복구할 수 있는 여러 경로를 가지고 있지만, 특정 유전자에 변이가 있는 암세포는 복구 경로 중 하나를 상실한 상태입니다. 이때 암세포에 남은 마지막 복구 경로마저 차단하면 정상 세포는 살아남지만 암세포만 선택적으로 사멸하게 됩니다. 안젤리나 졸리의 사례로 유명해진 BRCA 유전자 변이 환자들에게 사용되는 표적 항암제가 바로 이 원리를 이용한 것입니다. 이는 기초과학의 발견이 실제 환자의 생명을 구하는 강력한 도구가 된 사례입니다. 과거에는 한 사람의 유전체 지도를 완성하는 데 10년 이상의 시간과 천문학적인 비용이 소요되었습니다. 그러나 기술의 비약적인 발전으로 이제는 단 1~2주일 안에, 100만 원 미만의 비용으로 개인의 염기서열을 분석할 수 있는 시대가 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 암세포 특유의 유전적 특징을 파악하는 데 결정적인 역할을 합니다. 암세포는 정상 세포와 달리 특정 염기서열이 삽입되거나 결실되는 등 수많은 돌연변이를 가지고 있습니다. 과학자들은 이제 방대한 데이터를 분석하여 암세포에만 존재하는 고유한 유전적 표적을 찾아내는 데 집중하고 있습니다. 최근 노벨상을 받은 유전자 가위 기술인 '크리스퍼 캐스(CRISPR-Cas)'는 암 치료의 패러다임을 바꾸고 있습니다. '신델라(Cindela)'라고 불리는 새로운 치료법은 암세포에만 나타나는 특이적인 염기서열을 유전자 가위로 정밀하게 타격합니다. 방사선 치료가 정상 세포와 암세포를 가리지 않고 무차별적으로 DNA를 절단하여 부작용을 일으키는 것과 달리, 신델라는 암세포의 특정 부위만을 인식하여 절단합니다. 이는 정상 세포에는 아무런 영향을 주지 않으면서 암세포만을 선택적으로 제거할 수 있는 획기적인 방법입니다. 동물 실험을 통해 그 효과가 증명되었으며 맞춤형 치료의 가능성을 보여줍니다. 유전체 연구의 궁극적인 목표는 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 의료를 실현하는 것입니다. 암세포는 사람마다, 그리고 암의 종류마다 서로 다른 유전적 변이를 보이기 때문에 표준화된 약물만으로는 한계가 있습니다. 하지만 환자의 암세포를 분석하여 그에 맞는 유전자 가위를 제작하는 방식은 치료 효율을 극대화하고 재발 위험을 낮출 수 있습니다. 기초과학에서 시작된 호기심과 탐구가 면역 항암제와의 병용 요석 등 더 발전된 형태의 4세대 항암 치료로 이어지고 있습니다. 이러한 노력은 인류가 암이라는 난제를 극복하고 건강한 삶을 영위하는 데 핵심적인 기여를 할 것입니다.

명경재

카오스재단카오스크로스

생명과학

[강연] 온도, 촉각 수용체 발견, 통증이 없는 삶 가능할까? by 오석배 ㅣ 고등과학원(KIAS) x 카오스재단 2021 '노벨상 해설강연' | 1강

우리가 세상을 인지하는 가장 기본적인 방식은 오감을 통한 자극의 수용입니다. 그중에서도 온도와 촉각은 생존과 직결된 아주 중요한 감각입니다. 뜨거운 물체에 닿았을 때 즉각적으로 손을 떼거나, 부드러운 바람을 느끼는 과정은 우리 몸속의 정교한 센서들이 작동한 결과입니다. 오랫동안 인류는 이러한 감각이 어떻게 전기적 신호로 변환되어 뇌에 전달되는지 그 구체적인 메커니즘을 밝혀내고자 노력해 왔습니다. 이러한 탐구는 생명과학의 핵심적인 과제 중 하나였습니다. 2021년 노벨 생리의학상은 바로 이 감각의 수수께끼를 풀어낸 과학자들에게 돌아갔습니다. 데이비드 줄리어스 교수는 고추의 매운 성분인 캡사이신을 활용해 우리가 열을 감지하는 원리를 규명했습니다. 그는 캡사이신에 반응하는 특정 유전자를 찾아내어 'TRPV1'이라는 이온 통로를 발견했습니다. 이 발견은 단순히 매운맛을 이해하는 것을 넘어, 우리 몸이 유해한 수준의 열을 어떻게 통증으로 인식하는지를 과학적으로 증명한 획기적인 사건으로 기록되었습니다. TRPV1은 특정 온도 이상에서 문이 열리며 이온을 통과시키는 단백질입니다. 이를 통해 열 자극이 전기 신호로 바뀌어 신경계를 타고 뇌로 전달됩니다. 흥미로운 점은 캡사이신 분자가 이 수용체에 결합하면, 실제 온도가 높지 않음에도 불구하고 우리 뇌는 뜨거움을 느낀다는 사실입니다. 이러한 연구는 온도감각과 통증이 분자 수준에서 어떻게 연결되어 있는지를 명확히 보여주었으며, 감각 생리학 분야에 새로운 지평을 열어주었다는 평가를 받고 있습니다. 온도뿐만 아니라 물리적인 압력을 감지하는 메커니즘 역시 오랫동안 베일에 싸여 있었습니다. 아뎀 파타푸티안 교수는 세포에 물리적인 자극을 가했을 때 반응하는 유전자를 추적한 끝에 '피에조(PIEZO) 통로'를 발견했습니다. 피에조는 그리스어로 압력을 뜻하는 단어에서 유래했으며, 세포막이 눌리거나 당겨질 때 열리는 이온 통로입니다. 이 발견으로 우리는 가벼운 접촉부터 깊은 압박까지 다양한 촉각을 인지하는 생물학적 기초를 명확하게 갖게 되었습니다. 피에조 통로의 역할은 단순히 피부의 촉각에만 국한되지 않습니다. 우리 몸 내부의 혈압 조절이나 방광의 팽창 정도를 감지하는 등 내부 장기의 상태를 파악하는 데도 핵심적인 역할을 수행합니다. 또한 자신의 팔다리가 어디에 위치해 있는지 인지하는 고유수용감각에도 깊이 관여합니다. 이처럼 물리적 자극을 감지하는 시스템은 우리 몸의 항상성을 유지하고 복잡한 움직임을 제어하는 데 필수적인 요소임이 밝혀졌으며, 이는 인체 신비의 한 축을 담당합니다. 이러한 기초 과학적 발견은 현대 의학에서 통증 치료의 새로운 가능성을 제시하고 있습니다. 만성 통증이나 신경병증성 통증으로 고통받는 환자들에게 TRPV1이나 피에조 통로를 조절하는 약물은 혁신적인 치료제가 될 수 있습니다. 특정 감각 수용체만을 표적으로 삼아 부작용을 최소화하면서도 효과적으로 통증을 제어하려는 연구가 현재 활발히 진행 중입니다. 이는 감각의 원리를 이해하는 것이 곧 인류의 고통을 줄이고 삶의 질을 높이는 길임을 시사하는 대목입니다. 감각 수용체의 발견은 인간이 환경과 상호작용하는 근본적인 방식을 이해하게 해주었습니다. 우리가 느끼는 따뜻함, 시원함, 그리고 부드러운 촉감 뒤에는 수억 년의 진화 과정을 거쳐 완성된 정교한 분자 기계들이 숨어 있습니다. 노벨 생리의학상이 주목한 이 연구들은 생명과학의 근원적인 질문에 답을 던졌을 뿐만 아니라, 미래의 정밀 의료를 향한 중요한 이정표가 되었습니다. 앞으로도 감각의 신비는 계속해서 밝혀질 것이며 우리의 삶을 더욱 풍요롭게 만들 것입니다.

오석배

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[강연] '새로운 발견을 위한 과학' by 염한웅, 현택환, 명경재 l IBS x KAOS 기초과학 석학 강연

기초과학연구원(IBS) 설립 10주년과 카오스 재단의 설립을 기념하는 이번 강연은 '새로운 발견을 위한 과학'이라는 주제로 진행되었습니다. 기초과학은 인류의 지식 지평을 넓히는 핵심적인 역할을 수행하며, 이번 행사는 세계적인 석학들이 모여 그간의 연구 성과와 미래 비전을 공유하는 뜻깊은 자리였습니다. 수학, 물리, 화학, 생명과학 등 다양한 분야의 융합을 통해 우리 삶을 변화시킬 새로운 가능성을 모색하는 과정은 과학이 단순한 지식의 나열이 아닌, 인류의 미래를 설계하는 도구임을 다시 한번 확인시켜 주었습니다. 생명체의 설계도인 DNA는 네 개의 염기서열로 구성되어 방대한 유전정보를 저장합니다. 하지만 이 정보는 외부 자극이나 복제 과정에서의 오류로 인해 끊임없이 손상될 위험에 처해 있습니다. 유전체 항상성 연구는 이러한 손상을 복구하고 유전정보를 안정적으로 유지하는 생명체의 노력을 탐구합니다. DNA 수선 기작이 제대로 작동하지 않으면 암이나 노화와 같은 심각한 질병으로 이어질 수 있기에, 이를 정밀하게 이해하는 것은 생명과학의 근본적인 과제이자 질병 정복을 위한 첫걸음이 됩니다. 암세포만을 선택적으로 제거하기 위한 혁신적인 기술인 '신델라(CINDELA)'는 유전자 가위를 활용하여 암세포 특유의 유전적 변이인 인델(Indel)을 타격합니다. 기존의 방사선이나 항암 치료가 정상 세포까지 손상시키는 한계를 극복하기 위해, 암세포에만 존재하는 특정 염기서열을 정밀하게 찾아내어 절단함으로써 암세포의 사멸을 유도합니다. 이는 환자 개개인의 유전정보를 분석하여 맞춤형 치료제를 제작하는 정밀 의료의 시대를 열어줄 것으로 기대되며, 기초과학의 발견이 어떻게 실질적인 의료 혁신으로 이어지는지를 보여주는 사례입니다. 현대 정보통신 문명의 핵심인 반도체 기술은 트랜지스터의 미세화가 한계에 다다르며 전력 소모와 발열이라는 거대한 장벽에 직면해 있습니다. 원자 수준의 크기에서는 기존의 물리법칙만으로는 소자를 제어하기 어려워지며, 이를 해결하기 위해 에너지 손실 없이 정보를 전달하고 처리할 수 있는 새로운 패러다임이 요구됩니다. 저항에 의한 에너지 낭비를 최소화하고 한 번의 충전으로 훨씬 오랜 시간 사용할 수 있는 차세대 소자 개발은 지속 가능한 미래 기술 사회를 구현하기 위한 물리학계의 핵심적인 도전 과제입니다. ‘솔리토닉스’는 에너지를 잃지 않고 모양을 유지하며 진행하는 특수한 파동인 솔리톤을 정보 처리의 매개체로 활용하는 기술입니다. 전자계 내에서 발생하는 솔리톤은 저항 없이 움직일 수 있을 뿐만 아니라, 입자 간의 상호작용을 통해 다진법 연산을 수행할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 이는 기존의 이진법 체계를 넘어선 획기적인 연산 방식을 가능하게 하며, 소자 구조의 복잡성을 줄이면서도 연산 효율을 극대화할 수 있는 길을 제시합니다. 한국 연구진이 주도하는 이 분야의 연구는 미래 반도체 시장의 판도를 바꿀 게임 체인저가 될 것입니다. 나노과학 분야에서는 입자의 크기를 균일하게 조절하는 것이 성능을 결정짓는 핵심 요소입니다. '승온법'과 같은 혁신적인 합성 기술은 복잡한 분리 과정 없이도 고품질의 나노입자를 대량으로 생산할 수 있는 길을 열었으며, 이는 디스플레이와 백신 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있습니다. 세계적인 연구 성과는 단순히 천재적인 영감에서 오는 것이 아니라, 수많은 논문을 읽고 분석하며 기존 지식을 창의적으로 재조합하는 인내의 과정에서 탄생합니다. 또한, 다양한 분야의 전문가들이 협력하는 융합 연구는 현대과학의 복잡한 난제를 해결하는 열쇠가 됩니다. 새로운 발견을 향한 여정은 남들이 가지 않은 길을 두려워하지 않고 끈기 있게 탐구하는 자세에서 시작됩니다. 기초과학 연구는 당장의 가시적인 성과보다 인류의 근원적인 질문에 답하고 미래의 기술적 토대를 마련하는 데 중점을 둡니다. 과학자와 대중 사이의 활발한 소통은 과학적 사실에 기반한 합리적인 사회를 만드는 밑거름이 되며, 연구에 대한 국민적 지지는 과학 기술 발전을 지속시키는 원동력이 됩니다. 지난 10년의 성과를 바탕으로 앞으로의 기초과학은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 새로운 발견의 시대를 열어갈 것입니다.

명경재, 염한웅, 현택환

카오스재단카오스크로스

물리학
화학
생명과학
융합

[인터뷰] 김진현_불만이 많은 과학자입니다! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학자에게 가장 중요한 덕목 중 하나는 현재에 안주하지 않는 건설적인 불만과 끊임없는 질문입니다. 현상을 단순히 받아들이기보다 '왜'라는 질문을 던지고 그 답을 찾아가는 과정이 과학의 본질이기 때문입니다. 특히 뇌과학 분야에서는 뇌의 작용 기작을 이해하기 위해 다양한 접근이 이루어지고 있는데, 그중에서도 뇌의 구조적 연결성을 파악하는 연구는 매우 핵심적인 위치를 차지합니다. 복잡하게 얽힌 신경망의 지도를 그리는 일은 인간의 사고와 행동이 어떻게 발생하는지 이해하는 첫걸음이 되며, 이는 곧 인간 존재에 대한 깊은 통찰로 이어집니다. 과거의 연구와 비교했을 때 현대 뇌과학이 비약적으로 발전할 수 있었던 배경에는 컴퓨터 기술의 등장이 있습니다. 유전자 지도를 작성하던 게놈 프로젝트의 경험을 바탕으로, 이제는 뇌의 복잡한 구조를 디지털화하여 정밀한 정보를 추출하는 것이 가능해졌습니다. 특히 3차원 구현 기술은 평면적인 분석을 넘어 뇌의 입체적인 신경망을 시각화하는 데 큰 기여를 하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 과거에는 상상하기 어려웠던 방대한 데이터를 처리할 수 있게 함으로써, 뇌의 신비를 하나씩 풀어내는 강력한 도구가 되고 있습니다. 인간의 뇌는 약 100조 개의 시냅스로 구성되어 있으며, 그 복잡성은 상상을 초월합니다. 더욱 놀라운 점은 이 거대한 신경망이 고정된 것이 아니라 우리가 태어난 이후에도 끊임없이 변화한다는 사실입니다. 매일 겪는 새로운 배움과 감정의 경험, 그리고 외부에서 오는 다양한 충격에 따라 시냅스의 연결은 어제와 오늘이 다르게 재구성됩니다. 이러한 역동성과 방대한 데이터 규모를 체계적으로 규명하기 위해, 현재 전 세계의 연구자들은 웹사이트를 통해 연구 결과를 공유하고 실시간으로 피드백을 주고받으며 긴밀하게 협력하고 있습니다. 뇌 지도를 완성하는 것은 마치 우리 손안의 스마트폰 지도가 일상생활의 필수적인 인프라가 된 것과 같은 의미를 갖습니다. 지도가 없다면 길을 찾거나 사람을 만나는 기본적인 활동조차 어려워지듯이, 정밀한 뇌 지도는 뇌 질환의 원인을 파악하고 효과적인 신약을 개발하는 데 있어 없어서는 안 될 근본적인 정보가 됩니다. 비록 지도가 완성된다고 해서 뇌의 모든 기능을 즉각적으로 이해할 수 있는 것은 아니지만, 이는 향후 진행될 모든 뇌 연구의 기초 체력이자 인류가 뇌라는 거대한 대륙을 탐험하는 데 있어 가장 중요한 이정표가 될 것입니다. 앞으로의 연구는 인간의 뇌를 넘어 다양한 동물 모델로 확장될 필요가 있습니다. 예를 들어 개미와 같이 단순하지만 고도로 프로그램된 신경계를 가진 곤충을 연구함으로써, 복잡한 인간 뇌의 기본 원리에 대한 중요한 단서를 찾을 수 있습니다. 개미의 사회적 행동과 연결된 신경 구조를 분석하는 것은 유전과 교육의 상관관계를 이해하는 새로운 열쇠가 될 수도 있습니다. 질병 관련 신경 회로를 분석하고 인류에게 실질적인 도움이 되는 지식을 축적해 나가는 이러한 노력들이 모여, 언젠가는 인간의 본질을 설명하는 거대한 과학적 성취를 이룰 것입니다.

김진현

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[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] 마틴 스타이네거 교수_서울대학교 '생물정보학 및 기계학습연구실' | 생물학 데이터 연구와 소프트웨어 개발 모두 가능!

서울대학교 생명과학부의 생물정보학 및 기계학습 연구실은 폭발적으로 증가하는 생물학적 데이터를 효율적으로 분석하기 위한 알고리즘을 개발합니다. 마틴 스타이네거 교수님은 컨설팅 분야에서 과학의 길로 들어서며, 수십억 개의 서열을 정렬하고 라벨링하는 빅데이터 처리의 매력에 집중하게 되었습니다. 현재 연구실은 유전체와 바이러스 서열 데이터가 기하급수적으로 늘어나는 상황에서, 이를 감당할 수 있는 속도와 효율성을 갖춘 분석 도구를 만드는 데 주력하고 있습니다. 이는 현대 생명과학의 난제를 해결하는 핵심적인 토대가 됩니다. 연구실의 대표적인 성과물인 MMseqs2는 수십억 개의 서열을 처리할 수 있는 고성능 알고리즘으로, 대규모 데이터셋 분석의 표준으로 자리 잡았습니다. 또한 단백질 구조 예측 분야에서 혁신을 일으킨 ColabFold와 같은 분석 도구들을 통해 딥러닝 커뮤니티에 기여하고 있습니다. 이러한 분석 도구들은 고처리량 단백질 데이터베이스를 구축하고 분석하는 데 필수적이며, 연구자들이 복잡한 생물학적 정보를 보다 빠르고 정확하게 파악할 수 있도록 돕습니다. 기술적 변화에 발맞춘 이러한 소프트웨어 개발은 생물정보학의 지평을 넓히고 있습니다. 연구실의 학생들은 구체적으로 단백질 구조 정렬과 원자 정보 데이터의 효율적인 압축 방법을 연구하고 있습니다. 또한 바이러스 유전체 정보를 활용하여 인플루엔자나 코로나바이러스와 같은 특정 바이러스를 탐지할 수 있는 DNA 서열을 설계하거나, 기존 유전 정보를 바탕으로 새로운 유전자를 예측하는 프로젝트를 수행합니다. 이러한 연구는 단순히 데이터를 처리하는 것을 넘어, 실제 질병 진단과 생명 현상의 이해를 돕는 실질적인 분석 도구를 만드는 과정입니다. 데이터의 성장을 기술적 기회로 바꾸는 것이 이들의 핵심 목표입니다. 생명과학의 근간인 센트럴 도그마(Central Dogma), 즉 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 과정을 컴퓨터 알고리즘으로 구현하는 것은 매우 도전적인 과제입니다. 연구원들은 이 복잡한 생물학적 흐름을 어떻게 효율적으로 전산화할 수 있을지 고민하며, 기존 방식의 미흡한 점을 찾아 개선해 나갑니다. 생물정보학 분야는 여전히 탐험해야 할 영역이 많은 '블루오션'과 같으며, 정보 기술과 생명과학의 결합을 통해 새로운 발견의 가능성이 무궁무진합니다. 이는 연구자들에게 끊임없는 호기심과 탐구 동기를 부여하는 원동력이 됩니다. 이 연구실은 이론적인 사고를 즐기고 꼼꼼한 성격을 가진 학생들에게 최적의 환경을 제공합니다. 파이썬과 파이토치 같은 분석 도구를 활용해 생물학적 문제를 코딩으로 해결하며, 뛰어난 개발자이자 연구자인 교수님의 지도 아래 소프트웨어 개발 및 관리 능력을 키울 수 있습니다. 메타게놈 데이터를 분석하여 새로운 단백질 패밀리를 발견하고 인류의 건강에 기여하는 것은 이들의 궁극적인 지향점입니다. 복잡한 데이터를 분석하고 혁신적인 분석 도구를 만들고자 하는 열정이 있다면, 생물정보학의 미래를 함께 그려나갈 수 있을 것입니다.

마틴 스타이네거

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[명강리뷰] 단백질 : 3차원의 마술사 by 김성훈ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 4강

많은 이들이 단백질을 단순히 영양소나 먹거리로만 생각하는 경향이 있습니다. 하지만 생명과학의 관점에서 단백질은 유전자라는 2차원 설계도를 현실의 생명체로 형상화하는 핵심적인 존재입니다. DNA가 생명의 정보를 담고 있다면, 그 정보를 바탕으로 우리 몸의 구체적인 형태와 기능을 만들어내는 실체는 바로 단백질입니다. 유전자가 우리가 어떻게 살아갈 것인지를 말해주는 지침서라면, 단백질은 그 지침을 바탕으로 생명을 구체적으로 나타나게 하는 실질적인 주인공인 셈입니다. 생명체 내에서 단백질이 만들어지는 과정은 정교한 공장 시스템과 같습니다. DNA의 정보가 메신저 RNA를 통해 전달되면, 이른바 '단백질 공장'에서 암호가 해독되어 아미노산들이 결합하고 아름다운 3차원 구조를 형성합니다. 흥미로운 점은 전 세계 70억 인구 중 동일한 존재가 단 한 명도 없다는 사실입니다. 이는 우리 몸을 구성하는 약 100만 개의 단백질이 저마다 다른 조합과 모양을 갖추며 각자의 고유한 정체성을 형성하기 때문입니다. 단백질의 3차원 구조는 그 기능을 결정하는 결정적인 요소입니다. 만약 이 구조가 변성되면 광우병이나 퇴행성 신경 질환 같은 심각한 질병이 발생하며, 한 번 변성된 단백질을 정상으로 돌리는 것은 현대 과학으로도 매우 어려운 과제입니다. 반대로 단백질의 구조를 정확히 파악하면 질병의 원인을 찾아내어 글리벡과 같은 혁신적인 신약을 개발할 수 있습니다. 최근에는 화합물 대신 인슐린이나 항체와 같은 단백질 자체를 치료제로 활용하는 비중이 점차 커지고 있습니다. 우리가 섭취하는 단백질이 몸에 흡수되는 과정에는 흔한 오해가 존재합니다. 특정 부위에 좋다는 음식을 먹는다고 해서 그 성분이 그대로 우리 몸의 해당 기관으로 이동하는 것은 아닙니다. 고가의 단백질 치료제나 보양식을 먹더라도 소화 과정을 거치며 아미노산으로 쪼개진 후, 인체에 필요한 형태로 재구성됩니다. 결국 단백질 섭취의 본질은 신체를 구성하는 기초 재료를 공급받는 과정이며, 이를 통해 생명체는 끊임없이 자신을 유지해 나갑니다. 유전자가 생명의 악보라면 단백질은 그 악보를 연주하는 현실의 음악과 같습니다. 일란성 쌍둥이라도 생활 습관에 따라 외모와 건강 상태가 달라지는 것은 유전자가 같아도 단백질의 발현이 달라질 수 있음을 보여줍니다. 부모님께 물려받은 유전자는 바꿀 수 없지만, 우리가 어떻게 살아가느냐에 따라 우리 몸의 단백질과 인생의 모습은 충분히 변화할 수 있습니다. 즉, 단백질은 결정된 운명을 넘어 자신의 노력으로 삶을 가꾸어 나갈 수 있는 생물학적 근거가 되어줍니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[유퀴즈 온더 사이언스🔍] 3화-자연사관

국립과천과학관 자연사관은 생명의 역사를 한눈에 살펴볼 수 있는 경이로운 공간입니다. 이곳에서는 거대한 공룡 화석들이 관람객을 맞이하며 과거 지구의 주인이었던 생명체들의 흔적을 생생하게 전달합니다. 특히 화석이 진품인지 복제품인지 구별하는 방법처럼 흥미로운 과학적 지식은 관람의 재미를 더해줍니다. 뼈를 지탱하는 철골 구조가 겉으로 드러나 있는지 확인하는 디테일한 관찰은 과학적 사고의 시작이 됩니다. 중생대의 공룡들이 남긴 흔적을 따라가다 보면 시공간을 초월한 지구의 역동적인 변화를 몸소 체험하게 됩니다. 생명체의 설계도라 불리는 유전자는 부모의 형질이 자녀에게 전달되는 핵심적인 정보를 담고 있습니다. 모든 생명체의 세포 내에 위치한 이 정보 서열은 생물의 고유한 특성을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 한편, 지구의 탄생 비밀을 간직한 운석은 우주에서 온 귀한 손님입니다. 철과 니켈로 이루어져 자석이 붙는 철운석을 직접 만져보는 경험은 머나먼 우주의 역사를 손끝으로 느끼게 해줍니다. 이러한 유전 정보와 우주의 물질들은 우리가 어디에서 왔는지에 대한 근원적인 질문에 답을 제시하며 과학적 호기심을 자극합니다. 지구 역사상 다섯 차례의 대멸종이 있었으며, 현재 우리는 인류에 의한 여섯 번째 대멸종 시기를 지나고 있습니다. 과거의 대멸종 때마다 당시의 최고 포식자가 멸종했다는 사실은 현대 인류에게 시사하는 바가 큽니다. 환경 파괴와 화석 연료 사용으로 인한 이산화탄소 배출, 그리고 가축 사육 과정에서 발생하는 메테인 등은 지구 온난화를 가속화하고 있습니다. 이러한 위기 속에서 미래 세대를 위해 환경을 보호하고 지속 가능한 삶을 고민하는 것은 현대 과학이 직면한 가장 시급한 과제 중 하나입니다. 우리 일상에서 흔히 사용하는 합성 섬유와 연료의 원천인 석유는 현대 문명을 지탱하는 중요한 자원입니다. 탄화수소 혼합물인 석유를 증류하고 가공하여 옷과 에너지를 만드는 과정은 화학 공학의 정수를 보여줍니다. 또한, 식물을 키우고 수확하는 농업 기술은 인류의 생존과 직결된 미래의 핵심 기술로 재조명받고 있습니다. 작은 씨앗이 싹을 틔워 먹거리가 되는 과정은 생명 과학의 신비로움을 일깨워줍니다. 이처럼 과학은 먼 미래의 이야기가 아니라 우리가 입고 먹는 모든 순간에 깊숙이 스며들어 있습니다. 조상들의 지혜가 담긴 해시계 앙부일구는 그림자의 움직임을 통해 시간을 측정하는 과학적 원리를 담고 있습니다. 오목한 솥 모양의 구조와 영침은 해의 위치에 따라 정확한 시간을 알려주는 정교한 도구입니다. 더 나아가 우주에서 가장 흔한 상태인 플라스마는 고체, 액체, 기체를 넘어선 제4의 물질 상태로 현대 과학의 첨단을 달립니다. 오로라나 네온사인에서 볼 수 있는 이 신비로운 상태는 기초 과학의 확장이 우리 삶을 얼마나 다채롭게 만드는지 보여줍니다. 과거의 지혜와 미래의 기술이 공존하는 과학의 세계는 끝없는 탐구의 대상입니다.

국립과천과학관과학예능😆

물리학
화학
생명과학
지구환경과학
천문학
융합

[강연] GATC로 만든 세계, 우리 몸의 설계도 by장혜식｜2021 서울대 자연과학 공개강연 '불확실한 세계, 그래서 과학' | 3강

우리 몸의 모든 세포는 생명의 설계도인 DNA를 품고 있습니다. G, A, T, C라는 네 종류의 염기로 이루어진 이 설계도는 부모로부터 물려받은 유전 정보를 담고 있어, 우리의 조상이 어디서 왔는지 추적하는 중요한 단서가 됩니다. Y 염색체를 통해 부계 조상을, 미토콘드리아 DNA를 통해 모계 조상을 따라가다 보면 인류의 기원인 아프리카에서부터 전 세계로 퍼져나간 여정을 확인할 수 있습니다. 이러한 유전 정보는 단순한 혈통을 넘어 한국인으로서의 정체성을 명확히 구분해 줄 만큼 정교한 데이터를 제공합니다. DNA는 외모나 건강 상태에 대한 구체적인 정보도 담고 있습니다. 귀지의 상태나 손가락 길이, 탈모 가능성 같은 신체적 특징은 물론, 특정 질병에 걸릴 확률까지 예측할 수 있게 해줍니다. 대표적인 사례로 안젤리나 졸리는 유전자 검사를 통해 유방암과 난소암 발생 위험을 미리 인지하고 예방적인 조치를 취해 큰 화제가 되었습니다. 이는 유전체 정보가 단순한 호기심을 충족하는 수준을 넘어, 현대 의학에서 질병을 예방하고 관리하는 데 얼마나 결정적인 역할을 하는지 잘 보여주는 사례입니다. 유전체 정보는 희귀 유전 질환 치료에도 새로운 길을 열어주고 있습니다. 바텐병이라는 희귀 유전 질환을 앓던 '밀라'라는 아이의 사례가 대표적입니다. 기존 의학으로는 해결책이 없었지만, 유전자 분석을 통해 단 14글자의 염기 서열 이상이 병의 원인임을 밝혀냈습니다. 이를 바탕으로 단 한 명의 환자만을 위한 맞춤형 약물인 '밀라센'이 개발되었고, 아이의 상태는 기적적으로 호전되었습니다. 이는 유전체 지도가 난치병 환자들에게 희망을 줄 수 있는 강력한 도구가 될 수 있음을 증명한 역사적인 사건이었습니다. 인간의 유전체는 약 31억 개의 글자로 이루어진 방대한 정보의 집합체입니다. 이를 종이에 인쇄한다면 바닥에서 천장까지 가득 채울 정도로 엄청난 양입니다. 과거 생물학자들은 이 거대한 정보의 바다에서 지도가 없어 큰 어려움을 겪었습니다. 이에 1990년, 전 세계 과학자들은 인류의 설계도를 완전히 읽어내기 위한 '인간 유전체 프로젝트'를 시작했습니다. 당시 기술로는 수만 년이 걸릴 것으로 예상되었던 무모한 도전이었지만, 인류는 생명의 신비를 풀기 위해 이 거대한 항해에 나섰습니다. 유전체 해독 과정은 공공 프로젝트 팀과 크레이그 벤터가 이끄는 민간 기업 사이의 치열한 경쟁으로 이어졌습니다. 벤터는 '전장 유전체 샷건 시퀀싱'이라는 혁신적인 방법을 제안하며 해독 속도를 획기적으로 높였습니다. 또한, 기존보다 10배 이상 성능이 뛰어난 자동 염기 서열 분석 장치의 등장은 이 경쟁에 불을 지폈습니다. 유전 정보의 특허권 문제로 갈등을 빚기도 했지만, 이러한 기술적 진보와 경쟁은 결과적으로 인간 유전체 해독을 예상보다 훨씬 앞당기는 원동력이 되었습니다. 2000년 6월, 마침내 인간 유전체의 초안이 완성되어 전 세계에 발표되었습니다. 이 과정에서 대학원생 짐 켄트는 유전 정보가 특정 기업에 독점되지 않도록 밤낮없이 코딩에 매달려 공공 유전체 지도를 완성하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 그 결과 탄생한 '유전체 브라우저'는 누구나 인터넷을 통해 인류의 설계도를 자유롭게 열람할 수 있게 해주었습니다. 이를 통해 우리는 인간의 유전자 수가 생각보다 적다는 사실과, 단백질을 만들지 않는 나머지 98%의 영역에도 중요한 비밀이 숨겨져 있음을 알게 되었습니다. 오늘날 유전체 기술은 우리 삶의 안전을 지키는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 코로나19 팬데믹 당시, 바이러스의 유전체 서열이 발견 일주일 만에 해독되어 전 세계에 공유된 것이 대표적인 예입니다. 이 정보를 바탕으로 단 이틀 만에 백신 설계가 완료되었고, 신속하게 진단 키트가 개발되어 수많은 생명을 구할 수 있었습니다. 이제 유전체 세계는 정보 과학과 결합하여 정밀 의료와 희귀병 진단 등 무궁무진한 가능성을 제시하고 있으며, 미래의 과학자들에게 새로운 탐험의 장이 되고 있습니다.

장혜식

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[석학인터뷰] 장혜식_ 코로나 RNA 전사체를 세계 최초로 분석하다! | 2021 서울대 자연과학대 공개강연

코로나19 팬데믹 초기, 전 세계 과학자들은 전례 없는 속도로 바이러스 연구에 뛰어들었습니다. 흥미로운 점은 뛰어난 성과를 낸 연구진 대부분이 완전히 새로운 분야를 개척한 것이 아니라, 기존에 수행하던 연구 주제를 코로나19로 전환했다는 사실입니다. RNA 전사체 분석이나 다른 바이러스 연구를 10년 이상 지속해온 전문가들은 축적된 기술력을 바탕으로 단기간에 유의미한 결과를 도출할 수 있었습니다. 이는 기초 과학 연구에 대한 꾸준한 지원이 위기 상황에서 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 연구의 속도에는 지리적 요인과 사회적 환경도 큰 영향을 미쳤습니다. 우리나라는 비교적 초기에 확진자가 발생하면서 연구에 필요한 환자 검체를 신속하게 확보할 수 있는 여건이 마련되었습니다. 당시 중국은 강력한 봉쇄 조치로 인해 연구 활동에 제약이 많았던 반면, 한국은 상대적으로 정상적인 연구 환경을 유지하며 분석 작업을 이어갈 수 있었습니다. 이러한 환경적 이점과 연구진의 노력이 결합되어 전사체 분석과 같은 정밀한 작업에서 세계적인 경쟁력을 확보하며 빠르게 대응할 수 있었던 것입니다. 하지만 치료제나 백신 개발과 같은 제품화 단계에서는 기존 산업 기반의 중요성이 더욱 극명하게 드러났습니다. 생물학적 제제는 개발 자체보다 안전성 테스트와 각종 규제 해결에 막대한 시간이 소요되며, 수많은 실패를 거쳐야 완성됩니다. 모더나나 화이자와 같은 글로벌 제약사들이 mRNA 백신을 신속히 내놓을 수 있었던 것은 이미 관련 플랫폼 기술을 완성해 두었기 때문입니다. 우리나라도 기초적인 기술은 보유하고 있었으나, 즉각적으로 대응할 수 있는 완성된 플랫폼의 부재로 인해 초기 개발 단계에서 다소 뒤처지는 한계를 경험했습니다. 유전체 정보가 생명체의 모든 것을 결정한다는 생각은 일종의 오해일 수 있습니다. 따로 자란 일란성 쌍둥이 사례를 보면 유전자가 같은데도 성격이나 직업, 세부적인 신체 특징에서 차이를 보입니다. 이는 유전자가 생명의 설계도 역할을 하지만 환경적 요인 또한 무시할 수 없음을 시사합니다. 인간의 유전자 수가 생쥐와 큰 차이가 없음에도 더 복잡한 지능을 갖는 이유는 유전자 개수 자체보다 이를 어떻게 조합하고 활용하느냐의 차이에 있습니다. 마치 한정된 단어로 얼마나 풍성한 소설을 써내느냐와 같은 원리라고 볼 수 있습니다. 유전체 분석 기술인 시퀀싱은 현재 정확도 향상을 넘어 산출량 증대와 휴대성 강화라는 두 가지 방향으로 발전하고 있습니다. 분석 비용이 획기적으로 낮아지면 특정 질환자뿐만 아니라 전 국민이 일상적으로 유전체 정보를 활용하는 시대가 열릴 것입니다. 또한, 장비의 소형화는 연구실을 벗어나 오지나 극지방, 심지어 우주 공간에서도 즉석 분석을 가능하게 합니다. 스마트폰에 연결해 침 한 방울로 유전체를 해독하는 기술이 완성 단계에 이른 만큼, 미래에는 누구나 자신의 생물학적 정보를 실시간으로 확인하는 삶을 살게 될 것입니다.

장혜식

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 제28회 2021 서울대 자연과학 공개강연_'불확실한 세계, 그래서 과학'

현대 사회는 거대하고 복잡한 불확실성으로 가득 차 있습니다. 기후 변화부터 감염병의 확산까지, 우리가 마주하는 현실은 한 개인이 온전히 이해하기에는 너무나 방대합니다. 이러한 혼돈 속에서 과학은 단순한 지식의 나열을 넘어, 세상을 투명하게 바라보게 하는 나침반 역할을 수행합니다. 과학자들은 보편적 원리를 탐구함으로써 복잡한 현상 이면에 숨겨진 불변의 법칙을 찾아내고, 이를 통해 미래를 예측하며 인류가 나아갈 방향을 제시합니다. 불확실한 세계일수록 과학적 사고는 더욱 빛을 발하며 우리 삶의 근간을 지탱하는 강력한 도구가 됩니다. 수학은 불확실성 속에서 질서를 찾아내는 가장 강력한 언어입니다. 주사위를 던지는 사소한 행위부터 바이러스의 확산 경로를 예측하는 일까지, 수학은 '큰 수의 법칙'이나 '감염 재생산 지수'와 같은 개념을 통해 복잡한 데이터를 유의미한 정보로 변환합니다. 특히 확률적 모델을 통해 집단 면역의 임계점을 계산하거나 상전이를 이해하는 과정은 수학이 현실 세계와 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 잘 보여줍니다. 수학적 소양을 기르는 것은 단순히 공식을 외우는 것이 아니라, 세상의 겉모습에 현혹되지 않고 그 중심에 흐르는 보편적 원리를 꿰뚫어 보는 통찰력을 갖추는 과정입니다. 지구 표면의 대부분을 차지하는 바다는 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있습니다. 전 세계 바다의 80% 이상이 아직 탐사되지 않았으며, 심해의 지형은 달의 표면보다도 덜 알려져 있습니다. 하지만 아르고 플로트와 같은 첨단 무인 관측 장비와 인공위성을 활용한 현대 해양학은 바다의 운동과 기후 변화의 상관관계를 정밀하게 추적하고 있습니다. 바다는 지구에 축적된 열에너지의 90%를 흡수하며 기후 조절자 역할을 수행합니다. 해류의 흐름과 수온 변화를 이해하는 것은 엘니뇨와 같은 기상 이변에 대비하고, 해양 생태계와 인류의 공존을 도모하는 데 필수적인 과제입니다. 우리 몸의 설계도인 DNA는 G, A, T, C라는 네 종류의 염기로 기록된 방대한 정보의 집합체입니다. 31억 자에 달하는 인간 유전체를 해독하기 위한 '인간 게놈 프로젝트'는 생명과학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 유전체 지도를 확보함으로써 인류는 희귀 질환의 원인을 규명하고 환자 맞춤형 정밀 의료를 실현할 수 있는 기반을 마련했습니다. 특히 최근의 시퀀싱 기술 발전은 코로나19 바이러스의 정체를 신속히 파악하고 백신을 단기간에 설계하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 유전 정보의 해독은 생명의 신비를 밝히는 것을 넘어 인류의 건강과 생존을 지키는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 효소는 생명체 내에서 일어나는 거의 모든 화학 반응을 관장하는 정교한 촉매제입니다. 수백 년이 걸릴 수 있는 소화 과정을 단 몇 시간으로 단축하는 효소의 능력은 현대 과학 기술로도 완벽히 모사하기 어려울 만큼 경이롭습니다. 과학자들은 '유도 진화'와 같은 혁신적인 기법을 통해 자연계에 존재하는 효소의 기능을 개량하거나, 플라스틱을 분해하는 새로운 효소를 설계하는 등 환경 문제 해결에 도전하고 있습니다. 아미노산 서열의 미묘한 변화가 거대한 구조적 차이를 만들어내는 효소의 세계는 마치 작은 우주와 같습니다. 이러한 거대 분자에 대한 연구는 지속 가능한 미래를 위한 화학적 해답을 제시합니다. 현대 과학의 성과는 수학, 해양학, 생명과학, 화학 등 서로 다른 분야의 지식이 융합될 때 더욱 극대화됩니다. 수학적 모델링은 감염병 방역 정책의 근거가 되고, 해양 관측 데이터는 기후 위기 대응의 기초가 되며, 유전체 분석과 효소 공학은 신약 개발의 핵심이 됩니다. 과학자들은 각자의 영역에서 미지의 세계를 탐구하지만, 결국 그들의 목적지는 인류가 직면한 불확실성을 해소하고 더 나은 세상을 만드는 것이라는 점에서 일치합니다. 학문 간의 경계를 허무는 협력과 소통은 복잡해지는 지구촌 문제를 해결하기 위한 가장 효과적인 전략이며, 과학이 가진 진정한 힘은 바로 이러한 연결에서 나옵니다. 과학의 출발점은 주변 현상에 대한 사소한 호기심이며, 그 결실을 맺게 하는 동력은 포기하지 않는 끈기입니다. 보이지 않는 심해를 탐사하고, 보이지 않는 유전자를 읽어내며, 보이지 않는 분자의 세계를 설계하는 과정은 끊임없는 도전의 연속입니다. 불확실한 세계는 우리에게 두려움을 주기도 하지만, 동시에 과학이라는 도구를 통해 탐험할 수 있는 무한한 기회를 제공합니다. 질문을 멈추지 않고 진리를 찾아 나가는 과학적 태도는 미래 세대가 갖추어야 할 가장 소중한 가치입니다. 호기심을 잃지 않고 학문에 정진할 때, 우리는 비로소 불확실성을 확신으로 바꾸며 새로운 시대를 열어갈 수 있을 것입니다.

나한나, 서인석, 송윤주, 장혜식

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학
생명과학
지구환경과학
수학

[과학자가 쓴 과학책#12] 백신에 와인까지 만들어내는 합성 생물학! 합성 생물학은 인간에게 유토피아를 가져다줄까? | 송기원의 포스트 게놈시대 | KAOS X 공원생활 특집

현대 기술은 우리가 세상을 바라보는 틀을 근본적으로 변화시킵니다. 특히 지난 수십 년간 비약적으로 발전한 생명과학은 인간을 조물주의 피조물에서 생명체를 직접 디자인하고 변형할 수 있는 주체로 격상시켰습니다. 90년대 공상과학 영화인 '가타카'나 '쥐라기 공원'에서 묘사되었던 유전체 교정과 멸종 생물의 복원은 이제 더 이상 상상이 아닌 현실의 영역으로 들어왔습니다. 우리는 이제 생명이 무엇인지에 대한 근본적인 질문을 던지며, 유전 정보를 자유롭게 편집할 수 있는 '유전체 교정'이라는 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 이러한 변화를 가능하게 만든 핵심 기술로는 합성 생물학, 유전자 가위, 그리고 줄기세포 기술을 꼽을 수 있습니다. 인류는 과거 정착 생활을 시작한 이래 교배를 통해 동식물을 변형해 왔으나, 1970년대 DNA 재조합 기술의 등장은 종의 경계를 넘어 인위적으로 유전 정보를 교환하는 혁명을 일으켰습니다. 21세기 들어 인간 유전체 계획이 완료되면서 우리는 생명체의 설계도를 읽어내는 수준을 넘어, 원하는 기능을 수행하는 생명체나 모듈을 인위적으로 조합하고 재구성하려는 시도를 본격화하고 있습니다. 합성 생물학은 생명 현상을 순수 학문의 대상이 아닌 공학적인 관점에서 접근합니다. DNA를 소프트웨어로, 단백질을 하드웨어로 간주하며 생명체를 특정 목적을 수행하는 효율적인 공장이나 기계로 인식하는 것입니다. 이를 위해 유전자 부품의 표준화와 조립 과정의 자동화가 진행되고 있으며, 이는 더 다양한 생명체를 쉽게 설계하고 보급할 수 있는 기반이 됩니다. 과학자들은 '만들 수 없는 것은 이해하지 못한 것'이라는 신념 아래 생명의 작동 원리를 규명하고 인류가 직면한 식량, 의료, 환경 문제를 해결하고자 합니다. 생명과학의 도전은 기존 지구 생명체의 범주를 넘어섭니다. 과학자들은 자연계에 존재하지 않는 새로운 화합물로 작동하는 생명체를 디자인하여 통제 가능성을 높이거나, NASA의 테라포밍 프로젝트처럼 외계 행성 환경에 적합한 생태계를 조성하려는 꿈을 꾸고 있습니다. 이미 2010년에는 화학적으로 합성된 유전자로 작동하는 세균이 탄생했으며, 최근에는 효모의 복잡한 염색체를 단순화하여 통합하는 실험에도 성공했습니다. 이는 우리가 유전 정보를 읽는 단계를 지나 직접 써 내려가는 '라이트(Write)' 단계에 도달했음을 의미합니다. 하지만 이러한 기술적 진보는 유토피아만을 약속하지 않습니다. 합성 생물학은 진입 장벽이 낮아 누구나 쉽게 접근할 수 있는 만큼, 생물 무기 제조와 같은 위험한 목적으로 악용될 소지가 다분한 양날의 칼과 같습니다. 유전자 가위 기술의 대중화는 생명체 디자인의 속도를 더욱 가속화하고 있으며, 이는 우리에게 무거운 윤리적 책임을 요구합니다. 시인 예이츠가 말했듯 꿈에서 책임이 시작된다면, 생명을 설계하려는 인간의 꿈 역시 그에 걸맞은 깊은 성찰과 사회적 합의가 동반되어야 할 것입니다.

송기원

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생명과학

[정말 읽었니?#10] 전중환 교수 _ '이기적 유전자'는 왜 중요한가?

리처드 도킨스의 저서 '이기적 유전자'는 1976년 출간된 이래 수많은 오해와 비판의 중심에 서 왔습니다. 많은 이들이 이 책을 유전자가 인간의 모든 행동을 결정한다는 유전자 결정론이나, 삶의 목적을 부정하는 허무주의적 시각으로 오해하곤 합니다. 심지어 일부 학자들은 이 책이 독창적인 이론 없이 동료들의 연구를 잘 포장한 대중과학서에 불과하다고 폄하하기도 합니다. 하지만 이 책은 생물학의 패러다임을 근본적으로 바꾼 학술적 가치를 지니고 있으며, 우리가 인간 본성을 깊이 있게 이해하기 위해 반드시 거쳐야 할 관문과도 같습니다. '이기적 유전자'라는 제목의 진정한 의미는 자연선택의 주체가 누구인지를 밝히는 데 있습니다. 도킨스는 유전자가 실제로 의식이나 의도를 가지고 이기적으로 행동한다고 주장한 것이 아닙니다. 그는 선택의 기본 단위가 개체나 집단이 아닌 유전자임을 설명하기 위해 이 용어를 선택했습니다. 유전자는 그저 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 속성을 가진 DNA 염기 서열일 뿐이며, 인간을 포함한 모든 생명체는 이러한 유전자를 보존하고 전달하기 위해 정교하게 설계된 생존 기계에 해당합니다. 다윈의 진화론에 따르면 생명체는 자연선택이라는 기계적인 과정을 통해 환경에 적응하며 진화합니다. 나뭇잎을 완벽하게 흉내 내는 곤충이나 먼 거리를 활공하는 새의 날개처럼 정교한 적응은 마치 누군가 의도적으로 설계한 것처럼 보이지만, 사실은 생존과 번식에 유리한 변이가 세대를 거쳐 축적된 결과입니다. 여기서 중요한 질문은 이러한 선택이 과연 누구의 이득을 위해 일어나는가 하는 점입니다. 도킨스는 그 이득의 주체가 종의 보존이나 개체의 안녕이 아니라, 바로 유전자 자체라는 점을 명확히 규명하며 진화의 새로운 지평을 열었습니다. 흔히 사람들은 '종족 보존의 본능'이라는 표현을 쓰며 생명체가 집단이나 종의 이익을 위해 행동한다고 믿습니다. 레밍이 개체 수 조절을 위해 집단 자살을 한다는 신화처럼 개체가 자신을 희생해 집단을 구한다는 가설은 낭만적으로 보이지만, 유전학적으로는 성립하기 어렵습니다. 이타적인 개체들 사이에 이기적인 '얌체'가 한 마리라도 등장하면, 그 얌체는 희생하지 않고 살아남아 자신의 유전자를 퍼뜨릴 것이기 때문입니다. 결국 집단 전체의 이익보다는 유전자 수준의 복제 성공도가 진화의 방향을 결정하는 유일한 기준이 됩니다. 도킨스의 가장 독창적인 공헌 중 하나는 생명체를 '복제자'와 '운반자'로 엄격히 구분한 것입니다. 유전자는 수천, 수만 세대를 거쳐 복제본의 형태로 살아남는 불멸의 복제자이며, 인간을 포함한 개체는 그 복제자를 잠시 담아 나르는 덧없는 운반자에 불과합니다. 소크라테스라는 개인은 역사 속으로 사라졌지만 그를 구성했던 유전자들은 후손을 통해 계속 이어지는 것과 같습니다. 이러한 관점은 혈연 이타성이나 상호 협력과 같은 복잡한 사회적 행동들을 유전자의 이득이라는 하나의 일관된 틀로 설명할 수 있게 해주는 강력한 도구가 됩니다. 인간의 몸과 마음이 유전자의 생존을 위해 진화했다는 사실이 우리가 반드시 유전자의 명령에 복종해야 함을 의미하지는 않습니다. 진화심리학적 관점에서 볼 때, 도로 위의 분노나 고칼로리 음식에 대한 갈망은 과거 수렵 채집 시대에는 생존에 도움이 되었을지 모르나 현대 사회에서는 오히려 해가 되기도 합니다. 우리가 왜 이러한 본능을 갖게 되었는지 그 기원을 과학적으로 이해한다면, 오히려 이성과 반성 능력을 활용해 본능의 지배에서 벗어날 수 있습니다. 즉, 본성을 아는 것은 그것을 통제할 수 있는 힘을 얻는 과정입니다. 도킨스는 인간만이 유일하게 이기적인 복제자의 폭정에 반역할 수 있는 존재라고 강조했습니다. 우리는 유전자가 설계한 생존 기계로 태어났지만, 교육과 문화를 통해 관용과 이타성을 배우고 실천할 수 있는 독특한 능력을 갖추고 있습니다. '이기적 유전자'를 읽는 진정한 목적은 우리를 움직이는 보이지 않는 손의 정체를 파악하고, 그 지식을 바탕으로 더 인본주의적이고 평화로운 사회를 설계하는 데 있습니다. 이 책은 단순한 생물학 이론서를 넘어 인간 존재의 의미를 새롭게 정의하고 우리가 나아갈 방향을 제시하는 철학적 지침서입니다.

전중환

카오스재단읽다과학

생명과학

[석학인터뷰] 배상수_물리학도가 유전자가위를 연구하게된 이유

크리스퍼 유전자가위는 현대 과학사에서 인류가 불을 발견한 것에 비견될 만큼 획기적인 전환점으로 평가받고 있습니다. 과거에는 유전 정보를 그저 멀리서 관찰하는 데 그쳤다면, 이제는 생명의 설계도인 DNA를 직접 수정하고 교정할 수 있는 시대가 본격적으로 열린 것입니다. 이는 단순한 기술적 진보를 넘어 생명공학의 패러다임을 완전히 바꾸는 거대한 사건이라 할 수 있습니다. 크리스퍼 유전자가위의 등장은 질병 치료와 생명 현상 이해에 있어 이전과는 전혀 다른 새로운 세대를 예고하고 있으며, 전 세계 수많은 연구자가 이 도구를 필수로 활용하게 될 것입니다. 생명 현상을 탐구하는 데 있어 물리학이나 수학 등 다양한 학문적 배경은 새로운 관점을 제시하는 중요한 열쇠가 됩니다. 이론 물리학적 토대 위에서 세포를 관측하고 DNA를 다루는 연구에 뛰어들면, 생명 현상 이면에 숨겨진 근본적인 작동 원리와 메커니즘에 대해 더욱 깊은 의문을 갖게 됩니다. 크리스퍼 유전자가위가 어떤 원리로 DNA를 절단하고 작동하는지 분석하는 과정에서 기존 생물학과는 차별화된 접근이 가능해지는 것입니다. 이러한 학제 간 융합은 생명과학의 경계를 넓히고, 복잡한 생명 시스템을 보다 정밀하게 이해하는 데 결정적인 역할을 수행합니다. 2012년 등장한 3세대 크리스퍼 유전자가위는 불과 8년 만에 노벨상을 거머쥐며 그 압도적인 파급력을 증명했습니다. 현재는 이를 기반으로 한 염기교정이나 프라임에디팅 기술로 끊임없이 진화하고 있으며, 머지않아 크리스퍼 유전자가위를 능가하는 4세대 기술의 등장도 충분히 예견되는 상황입니다. 이러한 기술적 진보는 난치성 희귀 유전 질환의 치료는 물론, 기후 변화 대응이나 농작물 품종 개량 등 인류가 직면한 거대한 과제들을 해결할 핵심적인 열쇠가 될 것입니다. 크리스퍼 유전자가위는 인류의 삶을 획기적으로 증진하며 의학적 한계를 극복하는 혁신의 아이콘으로 자리 잡을 것입니다. 새로운 기술의 도입에는 항상 윤리적 논의와 규제의 정비가 뒤따르기 마련입니다. 과거 시험관 아기 기술이 처음 등장했을 때도 사회적 우려와 비판이 거셌지만, 현재는 법과 제도의 테두리 안에서 수많은 가정에 새로운 희망을 전하고 있습니다. 크리스퍼 유전자가위 역시 오프타겟 효과에 의한 부작용이나 사회적 불평등 심화와 같은 과제를 안고 있지만, 이를 무조건 막기보다는 사회 구성원들이 열린 자세로 논의를 시작해야 합니다. 치명적인 질환을 후대에 물려주지 않으려는 부모의 마음과 사회적 가치를 충분히 고려하여, 기술을 안전하고 유익하게 활용할 수 있는 합리적인 기준 마련이 시급합니다. 미래를 이끌어갈 젊은 세대들이 과학 기술의 진정한 가치를 깨닫고 이 분야에 과감히 도전하기를 진심으로 기대합니다. 과학 기술자는 단순히 지식을 습득하는 존재가 아니라, 세상에 없던 새로운 것을 창조하고 인류의 난제를 해결해 나가는 개척자이기 때문입니다. 크리스퍼 유전자가위와 같은 혁신적인 도구를 다루며 생명의 신비를 풀어나가는 과정은 그 어떤 일보다 가치 있고 보람찬 여정이 될 것입니다. 더 많은 인재가 원대한 꿈을 품고 과학의 세계로 뛰어들 때, 우리 사회는 기술적 진보를 넘어 더 나은 미래로 나아갈 수 있는 강력하고 지속 가능한 동력을 얻게 될 것입니다.

배상수

카오스재단석학인터뷰

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

[강연] 질병 진단, 치매 치료를 하는 인공지능? 바이오메디컬 인공지능! _ by신현정 ㅣ 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 8강 | 8강

인공지능 기술이 의료 분야와 결합하면서 인류의 건강한 삶을 향한 새로운 지평이 열리고 있습니다. 의료 인공지능은 단순히 기술적인 진보를 넘어, 우리가 아직 완전히 이해하지 못한 생명체의 신비를 풀어낼 무한한 가능성을 지닌 블루오션으로 평가받습니다. 특히 방대한 의료 데이터로부터 유의미한 정보를 추출하여 질병을 예측하고 진단하는 과정은 현대 의학의 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 이러한 변화는 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 치료를 제공하는 정밀 의료의 시대를 앞당기고 있습니다. 의료 현장에서 발생하는 데이터의 약 80%는 영상 이미지입니다. CT, MRI, PET와 같은 의료 영상 데이터는 매년 기하급수적으로 증가하여 이제는 엑사바이트(EB) 단위를 논할 정도로 방대해졌습니다. 합성곱 신경망(CNN)과 같은 딥러닝 기술은 이러한 거대 데이터를 학습하여 암 조직을 식별하거나 병변을 찾아내는 데 탁월한 성능을 보입니다. 인간의 시각적 한계를 보완하는 인공지능의 분석 능력은 진단의 정확도를 높이는 핵심적인 역할을 수행하며 의료 현장의 효율성을 극대화하고 있습니다. 흥미로운 실험에 따르면, 반복적인 학습을 거친 비둘기도 암 조직의 패턴을 파악하여 높은 정확도로 양성과 악성을 구분해낼 수 있습니다. 이는 복잡한 의료 데이터 분석의 핵심이 결국 정교한 패턴 인식에 있음을 시사합니다. 기계 학습에서는 여러 알고리즘의 판단을 모아 성능을 극대화하는 앙상블 러닝 기법을 활용합니다. 인공지능은 지치지 않는 학습 능력을 바탕으로 인간 전문가의 판단을 보조하며 의료 서비스의 질을 획기적으로 개선하고 있으며, 이는 데이터 기반 의학의 새로운 가능성을 보여줍니다. 의료 분야의 인공지능은 이미지 분석을 넘어 텍스트와 음성 데이터로 영역을 넓히고 있습니다. 수천만 건의 의학 논문과 임상 기록을 학습한 인공지능은 의사에게 최적의 치료법을 제안하며, 가상 간호사 아바타는 환자와 소통하며 건강 상태를 실시간으로 관리합니다. 순환 신경망(RNN) 기술을 기반으로 한 음성 인식과 자연어 처리 능력은 의료 상담의 문턱을 낮추고 있습니다. 이러한 기술적 결합은 시공간의 제약 없는 의료 서비스를 가능하게 하며, 환자와 의료진 사이의 가교 역할을 충실히 수행합니다. 생명 과학 분야에서는 유전체, 전사체, 단백질체 등 다양한 오믹스 데이터를 통합 분석하는 멀티 오믹스 연구가 활발합니다. 이를 '바이오 피라미드' 구조로 체계화하면 유전자와 질병 사이의 복잡한 상관관계를 네트워크 관점에서 파악할 수 있습니다. 특정 노드에 연결이 집중되는 척도 없는 네트워크 이론을 적용하면 질병을 유발하는 핵심 유전자를 보다 효율적으로 찾아낼 수 있습니다. 이는 복잡한 생명 현상을 시스템적으로 이해하려는 시도의 정점이라 할 수 있으며, 질병의 근본 원인을 규명하는 데 기여합니다. 치매와 같은 난치성 질환의 치료제를 개발하기 위해 인공지능은 표적 유전자를 탐색하는 데 결정적인 기여를 합니다. 수만 개의 유전자와 수억 개의 단일 염기 다형성(SNP) 정보를 분석하여 질병과의 연관성을 수치화하는 과정은 기계 학습 없이는 불가능한 영역입니다. 또한 인공지능은 기존 약물의 새로운 효능을 발견하는 약물 재창출 분야에서도 두각을 나타내고 있습니다. 막대한 비용과 시간이 소요되는 신약 개발 과정을 단축함으로써 인류의 난제 해결에 다가서고 있으며, 이는 환자들에게 새로운 희망이 되고 있습니다. 진정한 의미의 정밀 의료를 실현하기 위해서는 파편화된 의료 데이터를 표준화하고 안전하게 공유하는 체계가 필수적입니다. 오디세이(OHDSI)와 같은 국제적인 데이터 표준화 노력은 인공지능이 더 양질의 데이터를 학습할 수 있는 토대를 마련해 줍니다. 동시에 개인정보 보호를 위한 기술적 장치를 마련하여 환자의 데이터 주권을 보장하는 것이 중요합니다. 기술과 윤리가 조화를 이룰 때, 인공지능은 인류의 건강한 미래를 보장하는 가장 강력한 도구가 될 것이며, 우리는 이를 통해 질병 없는 세상을 꿈꿀 수 있습니다.

신현정

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[석학인터뷰] 신현정_ 의료분야의 인공지능, 블루오션이죠 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

인공지능과 바이오메디컬의 결합은 높은 진입 장벽만큼이나 독보적인 가치를 지닙니다. 명확한 논리로 구성된 IT 분야와 달리, 생물학은 정답이 정해져 있지 않은 복잡성을 지니고 있어 두 분야를 동시에 섭렵한 전문가는 희소성을 갖게 됩니다. 이러한 융합 연구는 단순히 기술을 적용하는 것을 넘어, 서로 다른 학문적 특성을 이해하고 조화시키는 과정에서 새로운 가능성을 발견하는 재미를 선사합니다. 낯선 분야에 도전하여 지긋이 연구를 이어가는 인내심은 결국 누구도 쉽게 넘볼 수 없는 유니크한 경쟁력이 됩니다. 산업공학을 전공하며 프로그래밍과 신경망 구축에 매진했던 경험은 인공지능 연구의 든든한 밑거름이 되었습니다. 특히 독일 막스 플랑크 연구소에서의 경험은 생물학이라는 학문에 매료되는 결정적인 계기가 되었습니다. 0과 1로 명확히 떨어지는 디지털 세계와 달리, 상황에 따라 결과가 달라질 수 있는 생물학의 유연함과 깊이 있는 용어들은 연구자로서 도전 의식을 자극하며 학문적 매력을 더해주었습니다. 이러한 배경은 데이터 중심의 사고방식을 생명 과학의 복잡한 현상에 접목하는 중요한 전환점이 되었습니다. 교육자로서 가장 큰 보람은 학생들의 성장을 지켜보는 데 있습니다. 이미 우수한 학생보다 조금은 부족했던 학생이 연구실에 들어와 학문적으로 발전하여 세계적인 학회에서 발표하는 모습을 볼 때 깊은 감동을 느낍니다. 일상에서는 반려견들과 시간을 보내며 단순하고 평온한 삶의 가치를 배우기도 합니다. 이러한 균형 잡힌 삶은 연구와 교육에 집중할 수 있는 에너지를 제공하며, 제자들이 사회에서 제 역할을 다할 수 있도록 돕는 원동력이 됩니다. 학생들의 잠재력을 끌어올리는 과정은 연구만큼이나 가치 있는 일입니다. 의료 분야에서 인공지능은 거대한 데이터의 바다를 항해하는 핵심적인 도구로 자리 잡았습니다. 인간이 처리하기 힘든 방대한 빅데이터를 효율적으로 분석하여 의료진의 최종 결정을 돕는 역할을 수행합니다. 건강하게 오래 살고자 하는 인류의 근원적인 욕구와 맞물려, 인공지능 의료 기술은 무궁무진한 기회가 잠재된 블루오션이라 할 수 있습니다. 복잡한 의료 정보를 쉽게 찾아주고 접근성을 높여주는 기술은 우리 삶의 질을 획기적으로 개선할 것이며, 이는 인공지능이 반드시 필요한 이유이기도 합니다. 인공지능은 신약 및 백신 개발 과정에서 혁신적인 변화를 이끌어내고 있습니다. 수많은 후보 물질 중에서 가능성이 높은 대상을 선별하고 점수화함으로써 연구의 탐색 공간을 획기적으로 좁혀줍니다. 이는 질병의 원인이 되는 유전자를 특정하고, 그에 적합한 약물 구조를 설계하는 데 결정적인 도움을 줍니다. 앞으로 인공지능은 질병 정복을 위한 여정에서 연구자들에게 가장 강력하고 정밀한 조력자로서 그 역할을 더욱 확대해 나갈 것입니다. 개괄적인 소개부터 심도 있는 분석까지, 인공지능과 바이오메디컬의 만남은 계속될 것입니다.

신현정

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[정말 읽었니?#9] 송기원 교수_ '종의 기원', 지성에서 영성으로 가는 여정

찰스 다윈의 '종의 기원'은 단순한 고전을 넘어 현대 생명과학의 근간을 이루는 정수입니다. 많은 이들이 처음에는 이 방대한 기록을 지루하게 느낄 수 있지만, 생명의 원리를 깊이 탐구하다 보면 다윈이 보여준 집요함에 경외감을 느끼게 됩니다. 그는 수많은 사실을 수집하고 분석하여 생명 현상을 관통하는 하나의 논리를 세웠습니다. 연구가 막히거나 힘든 순간, 다윈의 집요함을 떠올리며 다시금 과학적 탐구의 힘을 얻게 되는 것은 그가 남긴 학문적 태도가 오늘날의 과학자들에게도 여전히 유효하기 때문입니다. 다윈 이전의 생물학은 단순히 생명체를 분류하고 수집하는 박물학의 수준에 머물러 있었습니다. 그러나 다윈은 모든 생명체가 동일한 원리에 의해 존재하게 되었다는 혁신적인 논리를 제시하며 근대 생물학의 문을 열었습니다. 그 핵심은 바로 '자연선택'입니다. 무작위적인 변이 속에서 자연 환경에 더 잘 적응한 개체가 살아남아 자손을 남기는 과정이 반복되면서, 아주 단순한 생명체로부터 오늘날의 다양하고 복잡한 생태계가 형성되었습니다. 이는 지구상의 모든 종이 같은 방법으로 탄생했음을 증명한 최초의 시도였습니다. 진화에는 정해진 방향이나 목적이 없다는 점은 다윈이 강조한 또 다른 중요한 개념입니다. '생명의 나무' 비유처럼 진화는 공통 조상으로부터 여러 갈래로 뻗어 나가는 우연의 산물이며, 만약 지구가 다시 태어난다면 지금과는 전혀 다른 생명체들이 존재할 수도 있습니다. 또한, 다윈은 생존에 불리해 보이는 화려한 특징들이 왜 나타나는지를 '성선택' 개념으로 설명했습니다. 포식자의 눈에 띄는 위험을 감수하더라도 번식을 위해 이성에게 매력을 어필하는 형질이 선택됨으로써 생명의 다양성은 더욱 풍성해질 수 있었습니다. 현대 과학은 다윈이 미처 알지 못했던 유전학과 분자생물학의 발전을 통해 진화의 과정을 더욱 정밀하게 이해하게 되었습니다. 특히 발생 과정에서의 유전자 발현 차이가 어떻게 다양한 형태의 생명체를 만드는지 연구하는 '이보디보(Evo-Devo)' 분야는 다윈의 이론을 현대적으로 확장하고 있습니다. 아주 단순한 유전자 세트가 어떻게 작동하느냐에 따라 경이로울 정도로 다채로운 생명체가 탄생한다는 사실은, 다윈이 '종의 기원' 말미에서 언급했던 생명의 장엄함을 과학적으로 뒷받침하며 우리에게 깊은 감동을 줍니다. 오늘날 우리는 인위적인 유전공학과 합성생물학의 시대를 살아가며 자연의 섭리에 개입하고 있습니다. 다윈이 강조한 '자연은 도약하지 않는다'는 원리와 생태계의 '공진화'를 되새겨볼 때, 인간에 의한 급격한 변화와 멸종의 가속화는 깊은 성찰을 요구합니다. 과학이란 결국 남들이 던지지 않은 질문을 찾아 답을 해나가는 영적인 여정입니다. 다윈이 보여준 자연에 대한 순수한 호기심과 겸허한 태도는, 우리가 앞으로 마주할 생명 윤리와 환경 문제에 대해 중요한 혜안을 제공해 줄 것입니다.

송기원

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생명과학

[노벨상 해설강연] 노벨생리의학상: C형간염 바이러스 정복기_ 신의철｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 1강

2020년 노벨 생리의학상은 C형 간염 바이러스를 발견하여 인류 건강에 기여한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다. 과거 수혈은 생명을 구하는 필수적인 의료 행위였으나, 의도치 않게 간염을 전파하는 위험을 안고 있었습니다. 1960년대 중반에는 수혈 환자의 약 20%가 간염에 걸릴 정도로 심각한 문제였습니다. 이후 B형 간염 바이러스가 발견되고 진단법이 도입되면서 위험은 크게 줄었지만, 여전히 정체를 알 수 없는 간염 사례들이 남아 인류를 위협하고 있었습니다. 하비 올터 박사는 수혈 후 발생하는 간염 중 A형도, B형도 아닌 새로운 유형이 존재함을 임상적으로 증명했습니다. 그는 이를 '논에이 논비(Non-A, Non-B) 간염'이라 명명하고, 원인 바이러스를 찾기 위해 수많은 혈액 샘플을 체계적으로 수집했습니다. 비록 그가 직접 바이러스를 분리해내지는 못했지만, 14년이라는 긴 시간 동안 끈기 있게 모은 샘플들은 후속 연구자들이 바이러스의 실체를 밝혀내는 데 결정적인 토대가 되었습니다. 1989년 마이클 호턴 박사는 분자생물학적 기법을 동원해 마침내 C형 간염 바이러스의 유전 서열을 찾아내는 데 성공했습니다. 당시에는 바이러스를 직접 배양하여 관찰하는 것이 불가능했기에, 유전자 정보만을 먼저 규명한 것은 혁신적인 성과였습니다. 이를 통해 감염 여부를 확인할 수 있는 진단 키트가 개발되었고, 헌혈액 스크리닝이 가능해지면서 수혈을 통한 감염 위험은 전 세계적으로 급격히 감소하며 안전한 수혈 시대가 열리게 되었습니다. 찰스 라이스 박사는 마이클 호턴이 발견한 유전자가 실제로 간염을 일으키는 유일한 원인임을 확증했습니다. 그는 실험실에서 합성한 바이러스 RNA를 침팬지의 간에 주입하여 질병이 유발되는 과정을 증명해냈습니다. 이 연구는 C형 간염 바이러스의 생활사를 이해하고 치료제를 개발하는 데 있어 필수적인 과학적 근거를 제공했습니다. 이후 바이러스 복제 시스템이 구축되면서, 과학자들은 시험관 내에서 항바이러스 약물의 효능을 직접 시험할 수 있는 길을 찾았습니다. 오늘날 C형 간염은 두 달 정도 약을 복용하면 99% 이상의 환자가 완치될 수 있는 '정복된 질병'이 되었습니다. 과거의 난치병이 이제는 간단한 경구제 투여만으로 해결 가능한 시대가 온 것입니다. 하지만 여전히 전 세계 수천만 명의 감염자가 자신이 환자라는 사실조차 모른 채 살아가고 있습니다. 이제는 과학적 발견의 단계를 넘어, 숨겨진 감염자를 찾아내고 치료의 기회를 제공하는 공중보건학적 노력이 인류의 마지막 과제로 남아 있습니다.

신의철

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

화학

[노벨상 해설강연] 노벨화학상: 다가오는 유전자 교정 시대_ 배상수｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 3강

지구상의 모든 생명체는 세포를 기본 단위로 하며, 그 안에는 생명 활동을 영위하고 정보를 전달하는 유전 물질인 DNA가 존재합니다. DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기로 이루어진 일종의 문자열과 같습니다. 우리가 외국어를 공부하여 그 의미를 이해하듯, DNA의 서열을 읽고 쓰는 기술은 생명의 신비를 풀기 위한 핵심적인 도구입니다. 특히 유전자 가위 기술은 DNA를 직접 표적화하여 정보를 수정함으로써, 유전자의 기능과 원리를 규명하고 질병을 치료할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 유전자 교정의 역사는 1960년대 제한 효소의 발견으로부터 시작되었습니다. 초기에는 특정 염기 서열을 인식해 자르는 제한 효소를 이용해 인슐린을 대량 생산하는 등 유전공학의 혁명을 일으켰으나, 인간과 같은 복잡한 생명체에 적용하기에는 한계가 있었습니다. 인식하는 서열이 너무 짧아 원치 않는 부위가 함께 잘리는 문제가 있었기 때문입니다. 이후 단백질을 이용해 정밀도를 높인 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌 기술이 개발되었지만, 제작 과정이 까다롭고 비용이 많이 들어 대중적으로 활용되기에는 어려움이 따랐습니다. 3세대 기술인 크리스퍼 유전자 가위는 구조가 단순하고 제작이 쉬워 유전자 교정의 대중화를 이끌었습니다. 이 기술은 박테리아가 바이러스의 공격에 대항하기 위해 갖춘 후천적 면역 체계에서 착안한 것으로, 특정 DNA를 찾아가는 가이드 RNA와 절단 역할을 하는 단백질로 구성됩니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나는 이 시스템을 인공적으로 재설계하여 효율적인 도구로 만들어낸 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다. 이제 연구자들은 RNA 서열만 교체함으로써 원하는 유전자를 자유자재로 교정할 수 있는 강력한 수단을 갖게 되었습니다. 크리스퍼 유전자 가위 기술은 기초 과학 연구부터 실생활 응용까지 광범위한 변화를 가져왔습니다. 실험실에서는 특정 유전자가 제거된 형질 전환 동물을 단기간에 만들어 질병 모델 연구에 활용하며, 농업 분야에서는 갈변하지 않는 버섯이나 기후 변화에 강한 작물을 개발하고 있습니다. 의료 분야에서는 환자의 세포를 체외에서 교정해 다시 주입하거나, 체내 특정 기관에 유전자 가위를 직접 전달하여 희귀 질환을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 심지어 멸종 동물의 복원이나 특정 유전자를 종 전체에 확산시키는 유전자 드라이브 기술까지 논의되고 있습니다. 유전자 교정 기술이 인간 배아에 적용되면서 사회적, 윤리적 논란이 제기되기도 했지만, 이는 기술의 발전 과정에서 반드시 거쳐야 할 숙제입니다. 과거 시험관 아기 기술이 처음 등장했을 때도 많은 우려가 있었으나, 현재는 수많은 난임 부부에게 희망을 주는 보편적인 기술로 자리 잡았습니다. 유전자 가위 역시 법적, 제도적 틀 안에서 안전하게 관리된다면 인류의 건강과 복지에 크게 기여할 것입니다. 상상 속의 미래가 현실이 되는 시대에, 우리는 이 강력한 도구를 지혜롭게 통제하고 활용하여 더 나은 세상을 만들어가야 합니다.

배상수

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[COVID-19_talk_13] Mutations are the driving force behind 00 (X! Don’t be misled!) _Kwangseog Ahn | 13강

최근 전 세계적으로 보고되는 코로나19 변이종 소식은 우리에게 큰 불안과 공포를 안겨주곤 합니다. 하지만 생물학적 관점에서 돌연변이는 모든 생명체 진화의 원동력이며, 바이러스에게도 이는 예외가 아닙니다. 영화 속에서 묘사되는 공포스러운 실체와 달리, 실제 돌연변이는 목적성이나 방향성 없이 무작위로 일어나는 자연스러운 현상입니다. 환경에 적응하는 개체가 살아남아 자손을 남기는 자연 선택의 원리에 따라, 돌연변이는 생태계의 다양성을 유지하고 생명체가 변화하는 환경 속에서 생존을 이어가게 하는 핵심적인 기제로 작용합니다. 바이러스는 유전 정보의 형태에 따라 DNA 바이러스와 RNA 바이러스로 구분되는데, 현재 유행하는 코로나19는 RNA 바이러스에 속합니다. RNA 복제 효소는 DNA 복제 효소와 달리 복제 과정에서 발생하는 오류를 바로잡는 교정 기능이 없어 훨씬 더 빈번하게 돌연변이를 만들어냅니다. 실제로 바이러스가 한 번 복제될 때마다 자손의 약 10%가 돌연변이를 가질 정도로 이는 매우 평범한 일입니다. 이러한 높은 변이율은 바이러스가 새로운 숙주에 적응하거나 종간 장벽을 돌파하여 생존 범위를 넓히는 데 결정적인 역할을 수행하게 됩니다. 돌연변이는 생명체에게 유익할 수도, 해로울 수도 있으며, 때로는 생존에 아무런 영향을 주지 않는 중립적인 성격을 띠기도 합니다. 나방이 주변 환경과 비슷한 보호색을 갖게 되는 변이는 천적으로부터 자신을 보호해 번식 가능성을 높여주지만, 인간의 귓불 모양이나 쌍꺼풀 유무는 생존력에 직접적인 이점을 주지 않는 중립적 변이의 대표적인 예시입니다. 바이러스 역시 대부분의 돌연변이가 자신에게 해로운 방향으로 작용하면 자연스럽게 도태되며, 오직 숙주와의 상호작용 속에서 전파에 유리한 형질을 획득한 변이종만이 우점종으로 살아남게 됩니다. 우리 몸의 면역 체계는 MHC 단백질과 T세포를 통해 이러한 바이러스의 침입에 정교하게 대응합니다. MHC 단백질은 감염된 세포 내부에서 바이러스 단백질 조각을 포획하여 세포 표면으로 데리고 나오는 정보 수집원 역할을 수행합니다. 이를 인식한 세포 독성 T세포는 해당 조각이 적군인지 아군인지 판별하는 판사처럼 행동하며, 바이러스에 감염된 세포를 직접 찾아내 제거합니다. 이러한 면역 반응은 바이러스가 체내에서 무한정 증식하는 것을 막고, 감염된 세포와 함께 바이러스를 사멸시킴으로써 우리 몸의 항상성을 유지하는 중요한 방어선이 됩니다. 백신 접종을 통해 형성되는 항체는 바이러스의 스파이크 단백질과 결합하여 세포 침투를 차단하는 역할을 합니다. 하지만 모든 항체가 동일한 방어력을 제공하는 것은 아니며, 특히 세포 수용체와 직접 결합하는 부위를 물리적으로 막아주는 '중화 항체'의 형성이 재감염 예방의 핵심입니다. 만약 스파이크 단백질의 특정 부위에 돌연변이가 생겨 항체가 이를 제대로 인식하지 못하게 되면 면역 효과가 떨어질 수 있습니다. 따라서 변이 바이러스의 등장은 백신의 효능에 영향을 줄 수 있는 변수이기에, 지속적인 모니터링과 연구를 통해 이에 대응하는 전략이 필요합니다. 바이러스의 진화 속도는 인간보다 압도적으로 빠르지만, 인류는 무궁무진한 유전자 다양성을 통해 이에 맞서고 있습니다. 지구상의 76억 인구는 각기 다른 MHC 조합을 보유하고 있어, 어떤 변이종 바이러스가 나타나더라도 이를 인식할 수 있는 면역 체계를 군집 차원에서 갖추고 있습니다. 파푸아뉴기니의 사례처럼 특정 환경에서 유리한 면역 유전자가 선택되기도 하며, 바이러스와 인간은 서로 한발 앞서기 위한 끊임없는 공진화를 벌입니다. 이러한 다양성은 특정 전염병이 인류 전체를 멸종시키지 못하게 막아주는 강력한 유전적 방어막이 되어줍니다. 장기적인 관점에서 바이러스는 숙주를 죽이기보다 전파력을 높이고 독성을 낮추는 방향으로 진화하는 경향이 있습니다. 숙주가 생존해야 바이러스 자신도 복제와 증식을 이어갈 수 있기 때문입니다. 1918년 스페인 독감이 오늘날 계절성 독감으로 자리 잡은 것처럼, 코로나19 역시 집단 면역의 형성과 바이러스의 유순한 적응 과정을 거치며 점차 통제 가능한 질병으로 변모할 것입니다. 돌연변이에 대한 과도한 공포에 휩싸이기보다는, 이것이 생태계의 자연스러운 적응 과정임을 이해하고 과학적인 방역과 면역 관리에 집중하는 자세가 무엇보다 중요합니다.

안광석

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나TALK-13] 돌연변이는 00의 원동력(X! 오해금지) _안광석 교수 | 13강

코로나19 변이의 등장은 대중에게 큰 불안을 안겨주지만, 생물학적 관점에서 돌연변이는 모든 생명체 진화의 원동력입니다. 돌연변이는 목적성 없이 무작위로 일어나며, 환경에 가장 잘 적응하는 개체가 살아남아 자손을 남기는 자연 선택의 과정을 거칩니다. 이는 단순히 강한 자가 생존하는 것이 아니라, 변화하는 환경에 유연하게 대처하는 존재가 우점종이 된다는 진화의 핵심 원리를 잘 보여줍니다. 따라서 변이 자체를 공포의 대상으로만 볼 것이 아니라 생명 활동의 자연스러운 과정으로 이해할 필요가 있습니다. 바이러스는 유전 정보에 따라 DNA와 RNA 바이러스로 나뉘는데, 현재 유행하는 코로나19는 RNA 바이러스에 해당합니다. RNA 복제 효소는 DNA와 달리 에러 교정 기능이 없어 복제 시 많은 돌연변이를 만들어냅니다. 실제로 코로나19 바이러스는 한 번 복제될 때마다 자손의 약 10%가 돌연변이일 정도로 변이가 빈번하게 일어납니다. 이러한 높은 변이율은 바이러스가 새로운 숙주 환경에 빠르게 적응할 수 있게 하는 생존 전략이기도 하며, 우리가 마주하는 수많은 변이의 근본적인 원인이 됩니다. 인간에게 돌연변이는 주로 암과 같은 질병을 유발하는 해로운 현상으로 인식되지만, 바이러스에게는 생활사의 지극히 정상적인 일부분입니다. 바이러스가 숙주를 바꾸어 인간에게 적응할 때 돌연변이는 필수적이며, 이후 전파 과정에서 일어나는 변이는 바이러스와 인간 사이의 상호 적응 과정이라 할 수 있습니다. 숙주가 죽으면 바이러스 자신도 생존할 수 없기에, 치명적인 독성을 가진 변이는 시간이 흐를수록 자연스럽게 도태되는 경향을 보입니다. 결국 바이러스는 숙주와 공존 가능한 방향으로 진화하게 됩니다. 우리 몸의 면역 체계는 바이러스의 침투를 막기 위해 다양한 항체를 생성합니다. 코로나19의 스파이크 단백질 하나에 대해서도 여러 종류의 항체가 만들어질 수 있는데, 그중 세포 수용체와의 결합 부위를 직접 차단하는 중화 항체가 재감염 예방에 가장 결정적인 역할을 합니다. 백신 접종 후 항체가 형성되었다고 해서 모두가 완벽히 보호되는 것은 아니며, 어떤 부위에 결합하는 항체가 얼마나 생성되었느냐에 따라 면역력의 차이가 발생하게 됩니다. 이는 개인의 유전적 특성과 면역 반응의 다양성에 기인합니다. 세포독성 T세포는 감염된 세포를 직접 찾아내어 파괴함으로써 바이러스의 증식을 억제하는 중요한 역할을 수행합니다. 이때 MHC 단백질은 세포 내부의 바이러스 조각을 포획해 표면으로 끌어올려 T세포에게 정보를 전달하는 핵심적인 매개체 역할을 합니다. T세포는 이 정보를 바탕으로 해당 세포가 아군인지 적군인지를 정교하게 판별하며, 바이러스에 감염된 세포만을 정확히 식별하여 제거합니다. 이러한 면역 세포들의 유기적인 협력 시스템 덕분에 인간은 끊임없이 변화하는 외부 병원체의 위협에 효과적으로 대응할 수 있습니다. 인간은 바이러스의 빠른 진화 속도에 맞서 무궁무진한 면역 레퍼토리를 보유하고 있습니다. 특히 개인마다 다른 MHC 유전자의 다양성은 인류 전체가 특정 전염병으로 인해 한꺼번에 멸종하지 않게 하는 강력한 방어 기제입니다. 지구상의 76억 인구는 각기 다른 조합의 면역 유전자를 가지고 있어, 어떤 치명적인 변이 바이러스가 나타나더라도 이를 인식하고 대응할 수 있는 개체가 군집 내에 반드시 존재하게 됩니다. 이러한 유전적 다양성이야말로 인류가 수많은 팬데믹의 역사 속에서도 끈질기게 생존해 온 비결입니다. 장기적인 관점에서 바이러스는 숙주와 공존하기 위해 점차 독성은 약해지고 전파력은 최적화되는 방향으로 진화합니다. 스페인 독감이 오늘날의 계절성 독감이 된 것처럼, 코로나19 역시 인간의 집단 면역과 상호작용하며 점차 유순한 형태로 자리 잡을 가능성이 큽니다. 다만 이를 위해서는 개인의 방역 수칙 준수와 사회적 협력이 필수적입니다. 바이러스와의 싸움은 단순히 과학의 영역을 넘어, 공동체를 위한 배려와 인내가 동반될 때 비로소 종식될 수 있으며 우리는 이를 통해 더 안전한 일상으로 돌아갈 수 있습니다.

안광석

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생명과학

[정말 읽었니?#7] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (2편 심화)

리처드 도킨스는 진화의 기본 단위를 개체가 아닌 유전자로 정의하며 '유전자 선택론'을 일관되게 주장해 왔습니다. 동료 과학자들이 개체 수준의 포괄 적합도를 논할 때도, 그는 유전자가 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 관점이 훨씬 명확하다고 강조했습니다. 유전자는 스스로를 복제하는 '복제자'이고 개체는 이를 운반하는 '운반자'일 뿐이라는 구분은 현대 생물학의 핵심 원칙으로 자리 잡았습니다. 이러한 시각은 생명 현상을 개체의 의도가 아닌 유전자의 생존 전략이라는 더 근본적인 차원에서 이해하게 해 줍니다. 자연계에서 관찰되는 개체의 이타적 행동은 사실 유전자의 이기적 계산에서 비롯됩니다. 유전자는 자신이 속한 개체에게 손해가 되더라도, 다른 개체의 몸속에 있는 자신의 복제본이 생존할 확률인 '근연도'를 고려하여 행동을 결정합니다. 상대방이 얻는 이득에 근연도를 곱한 값이 자신의 희생보다 크다면, 유전자는 결과적으로 다음 세대에 더 많은 복제본을 남기는 순이득을 얻게 됩니다. 따라서 겉으로 보이는 숭고한 희생은 유전자가 자신의 복제본을 퍼뜨리기 위해 설계한 정교한 생존 방식의 결과물이라고 해석할 수 있습니다. 도킨스는 '진화 가능성'이라는 개념을 통해 생명체의 구조적 설계가 진화의 속도와 방향에 미치는 영향을 설명합니다. '눈먼 시계공'에서 보여주듯, 단순한 형태에서 시작된 무작위적 변이가 복잡한 생명체로 진화하기 위해서는 유효한 변이를 지속적으로 생산할 수 있는 건축적 토대가 필요합니다. 예를 들어 좌우대칭과 같은 짜임새 있는 설계도를 가진 생물군은 무질서한 구조보다 진화 가능성이 훨씬 높습니다. 이는 특정 집단이 선택된 결과가 아니라, 변화를 수용하고 발전시킬 수 있는 구조적 우수성이 진화를 가속화한 것입니다. 유전자의 관점에서 개체는 유전자를 전달하기 위한 일회용 소모품에 불과하며, 이는 노화와 성의 진화 원리와도 맞닿아 있습니다. 유성 생식은 유전적 다양성을 높여 생존 이득을 제공하지만, 그 과정에서 개체는 에너지를 소모하고 결국 노화라는 과정을 겪으며 폐기됩니다. 또한 뇌는 유전자가 모든 행동을 직접 통제하기 비효율적이기 때문에 만들어낸 중추 사령부입니다. 인간은 이 뇌를 통해 이성을 발휘하며, 유전자가 심어놓은 원초적인 본능과 정서적 추동력을 스스로 조절하고 통제할 수 있는 독특한 능력을 갖추게 되었습니다. 문화적 진화를 설명하는 밈(Meme)은 유전자와 유사한 방식으로 작동하며 우리 사회의 가치관이나 유행어, 건축 양식 등을 전파합니다. 이러한 문화적 요소들은 모방을 통해 사람들의 머릿속으로 옮겨지며 독자적인 진화 과정을 거칩니다. 한편, 진화적으로 안정된 전략(ESS)은 특정 전략이 집단 내에 자리 잡으면 다른 변이가 침투할 수 없는 상태를 의미합니다. 이는 진화의 역사에서 더 이상 변화가 일어나지 않는 종착역과 같은 지점입니다. 진화적으로 안정된 전략(ESS) 개념을 통해 우리는 동물의 행동이나 사회적 규범이 특정 방식으로 고착되는 이유를 과학적으로 분석할 수 있습니다.

전중환

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생명과학

[정말 읽었니?#6] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (1편)

리처드 도킨스의 저서 『이기적 유전자』는 출간 이후 수많은 오해와 찬사를 동시에 받아온 과학계의 고전입니다. 많은 이들이 제목만 보고 인간이 본래 이기적인 존재라거나 유전자가 우리를 조종한다는 결정론적 시각으로 오해하곤 합니다. 하지만 도킨스가 강조한 '이기적'이라는 표현은 자연선택의 기본 단위가 개체나 집단이 아닌 유전자라는 점을 설명하기 위한 은유에 불과합니다. 유전자가 다음 세대에 자신의 복제본을 더 많이 남기려는 속성을 생물학적 관점에서 정의한 것이지, 인간의 도덕적 가치 판단을 내포한 것은 아닙니다. 유전자는 결코 홀로 존재하거나 작동하지 않습니다. 도킨스는 이를 조정 선수의 비유를 통해 명쾌하게 설명합니다. 뛰어난 조정 선수 한 명만으로는 경기에서 이길 수 없으며, 팀원들이 서로 호흡을 맞춰 노를 저어야 승리할 수 있듯이 유전자 또한 게놈이라는 생태계 내에서 상호 협력해야 합니다. 날카로운 이빨을 만드는 유전자가 제 기능을 하려면 이를 뒷받침할 튼튼한 다리와 소화 기관을 만드는 유전자들의 도움이 필수적입니다. 결국 '이기적 유전자'의 생존 전략은 역설적으로 개체 내에서의 긴밀한 '협력'을 전제로 성립되는 셈입니다. 흔히 제기되는 또 다른 오해는 이 책이 유전자 결정론을 옹호한다는 시각입니다. 그러나 도킨스가 진정으로 강조하는 바는 유전자 중심 진화론이지, 유전자가 모든 행동을 결정한다는 운명론이 아닙니다. 진화는 수백만 년에 걸쳐 특정 유전자의 빈도가 변해가는 과정이며, 이 과정에서 유전자가 선택의 단위임을 밝힌 것입니다. 개체의 발달 과정에서는 유전과 환경이 끊임없이 상호작용한다는 점을 도킨스 역시 인정합니다. 따라서 이 책은 한 세대 내의 형질 발달보다는 긴 역사적 흐름 속에서 진화가 어떻게 일어나는지를 규명하는 데 집중하고 있습니다. 『이기적 유전자』의 독창성은 산발적으로 흩어져 있던 해밀턴, 트리버스 등 당대 석학들의 이론을 '유전자 중심'이라는 하나의 틀로 통합했다는 데 있습니다. 도킨스는 복잡한 학술 논문에 파묻혀 있던 개념들을 대중과 동료 과학자 모두가 이해할 수 있는 명료한 언어로 재구성하여 진화론의 거대한 지붕을 완성했습니다. 또한 그는 자신의 이론이 종교적 신념이 아님을 분명히 합니다. 만약 이론을 반증할 명백한 증거가 나타난다면 언제든 입장을 바꿀 준비가 되어 있다는 그의 태도는 과학이 지향해야 할 객관적 진리 탐구의 자세를 잘 보여줍니다. 진화론은 현대 심리학을 생물학의 한 분과로 편입시키며 인간의 마음과 행동을 이해하는 새로운 지평을 열었습니다. 진화심리학은 인간의 정신 기제를 진화적 적응의 산물로 파악하며, 이는 의학이나 사회과학 등 다양한 분야로 확장되고 있습니다. 『이기적 유전자』는 단순히 지식을 전달하는 책을 넘어, 세상을 바라보는 근본적인 틀을 제공합니다. 1976년에 처음 세상에 나온 이 책이 여전히 유효한 통찰을 주는 이유는, 생명 현상의 본질을 꿰뚫는 날카로운 시각과 과학적 이성이 지닌 힘을 우리에게 끊임없이 상기시키기 때문입니다.

전중환

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[COVID-19_talk_2] The probability for the virus to have been artificially made in Wuhan? _Jong Bhak | 2강

게놈은 생명체의 모든 유전 정보를 담고 있는 설계도와 같습니다. 인간의 정보가 0과 1로 이루어진 디지털 신호라면, 생물학적 정보는 A, T, G, C라는 네 가지 화학 신호의 조합으로 구성됩니다. 코로나바이러스는 이 중 RNA 형태의 게놈을 가진 바이러스로, 특히 단일 가닥의 양성 가닥 구조를 띠고 있습니다. 이러한 구조적 특징 덕분에 바이러스는 인간 세포에 침투하자마자 별도의 변환 과정 없이 즉각적으로 단백질을 생성하며 빠르게 복제와 감염을 진행할 수 있는 강력한 효율성을 갖추게 됩니다. 바이러스의 게놈을 해독하는 것은 감염병 대응의 가장 핵심적인 단계입니다. 게놈 서열을 분석하면 해당 바이러스가 어떤 종인지 명확히 동정할 수 있을 뿐만 아니라, 변이의 흐름을 파악하여 미래의 재발 가능성을 컴퓨터로 예측할 수 있습니다. 특히 백신과 치료제 개발에 있어 게놈 정보는 필수적입니다. 어떤 단백질 부위를 타깃으로 삼아야 효과가 좋을지, 진단 키트를 제작할 때 어떤 서열을 탐지해야 효율적일지를 모두 계산할 수 있기 때문입니다. 즉, 게놈은 현대 방역의 정밀한 지도 역할을 수행합니다. 코로나19 바이러스는 에이즈나 일반 감기 바이러스에 비해 상대적으로 게놈 크기가 크고 구조적으로 안정적인 편에 속합니다. 하지만 이 안정적인 바이러스가 인간에게 치명적인 위협이 된 배경에는 '게놈 재조합'이라는 사건이 있었습니다. 박쥐와 천산갑 등 서로 다른 종에 기생하던 바이러스들이 특정 환경에서 유전 정보를 교환하며 새로운 잡종 바이러스를 만들어낸 것입니다. 이렇게 탄생한 변종은 인간 세포의 수용체에 기존보다 훨씬 강력하게 결합하는 능력을 갖추게 되었고, 이것이 대유행의 시발점이 되었습니다. 바이러스가 질병을 일으키기 위해서는 인간의 게놈과 상호작용하는 과정이 필요합니다. 인간 세포 표면의 ACE2와 같은 수용체 단백질이 바이러스와 결합할 때, 인종이나 민족마다 가진 유전적 특성에 따라 감염률이나 치사율에 차이가 발생할 수 있습니다. 실제로 유럽인과 아시아인 사이에는 유전적인 저항성 차이가 존재한다는 연구 결과도 있습니다. 그러나 유전적 요인보다 더 중요한 것은 사회적 방역 시스템입니다. 개인의 유전자가 아무리 우수하더라도 마스크 착용이나 거리두기 같은 사회적 노력이 동반되지 않으면 감염을 막기 어렵습니다. 인간의 게놈을 분석하면 바이러스의 족보를 찾듯 우리 민족의 기원도 추적할 수 있습니다. 한국인의 게놈은 수만 년에 걸친 복잡한 혼혈의 역사를 담고 있습니다. 약 4만 년 전 아시아 대륙으로 이동해 온 초기 인류의 흔적부터, 남방계와 북방계 인류가 한반도에서 만나 섞이며 형성된 거대한 네트워크의 결과물입니다. 바이러스가 재조합을 통해 다양성을 확보하듯, 인류 역시 끊임없는 이동과 혼합을 통해 현재의 유전적 구성을 갖추게 되었습니다. 이러한 다양성은 역설적으로 새로운 환경과 질병에 적응하는 힘이 되기도 합니다. 우리는 흔히 바이러스를 박멸해야 할 적으로 간주하지만, 생물학적 관점에서 인간과 바이러스는 떼려야 뗄 수 없는 공생 관계입니다. 놀랍게도 인간 게놈의 상당 부분은 과거에 침투했던 바이러스로부터 유래한 흔적들로 채워져 있습니다. 인류는 수억 년 동안 바이러스와 유전 정보를 주고받으며 진화해 온 존재라고도 볼 수 있습니다. 바이러스는 숙주를 모두 죽이면 자신도 번식할 수 없기에, 시간이 흐를수록 독성은 약해지고 전파력은 유지되는 방향으로 순화되며 결국 우리 곁의 풍토병으로 자리 잡게 됩니다. 이번 팬데믹은 자연재해라기보다 초기 방역과 국제적 협력의 실패가 불러온 인재에 가깝습니다. 바이러스는 정치적 국경이나 사상을 가리지 않지만, 인류는 정보 공유와 과학적 소통 대신 봉쇄와 비난을 선택하며 위기를 키웠습니다. 앞으로 다가올 새로운 감염병에 대비하기 위해서는 바이러스를 단순히 공포의 대상으로 보지 말고, 철저한 게놈 분석과 보안 기술을 통해 관리 가능한 영역으로 끌어들여야 합니다. 바이러스와의 공존은 피할 수 없는 숙명이기에, 과학적 합리성을 바탕으로 한 체계적인 대응만이 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 것입니다.

박종화

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나TALK-2] 코로나19 우한연구소에서 나올 가능성 '빵' _박종화 교수 | 2강

게놈은 생명체가 가진 모든 유전 정보의 총합을 의미하며, 우리 몸을 구성하는 세포 속 핵 안에 염색체 형태로 존재합니다. 컴퓨터가 0과 1로 정보를 처리하듯, 생물은 A, T, G, C라는 네 가지 화학적 염기 서열을 통해 방대한 정보를 저장하고 처리합니다. 코로나바이러스는 이 중 RNA 형태의 게놈을 가진 바이러스로, 단일 가닥의 양성 가닥 구조를 취하고 있어 인체 침투 시 별도의 과정 없이 즉각적으로 단백질을 복제하며 빠르게 증식하는 특징을 보입니다. 바이러스의 게놈을 해독하는 것은 감염병 대응의 가장 핵심적인 단계입니다. 이를 통해 우리는 바이러스의 정확한 종 식별을 수행하고, 시시각각 발생하는 변이의 흐름을 파악하며 미래의 재발 가능성을 컴퓨터 모델링으로 예측할 수 있습니다. 특히 백신과 치료제 개발, 그리고 효율적인 진단 키트 제작은 모두 게놈 서열 정보를 기반으로 이루어집니다. 게놈 데이터가 전 세계적으로 공유됨으로써 인류는 유례없는 속도로 방역 체계를 구축할 수 있는 과학적 토대를 마련하게 되었습니다. 코로나19 바이러스의 탄생 배경에는 '게놈 재조합'이라는 자연적인 진화 과정이 자리 잡고 있습니다. 연구 결과에 따르면 박쥐와 천산갑에 기생하던 서로 다른 코로나바이러스가 특정 숙주 내에서 유전적으로 섞이면서 인체 수용체에 20배 이상 잘 결합하는 새로운 잡종 바이러스가 탄생한 것으로 보입니다. 이러한 재조합은 바이러스의 다양성을 높이는 생존 전략이며, 코로나바이러스는 3만 개의 염기 서열을 가진 비교적 크고 안정적인 구조를 유지하면서도 환경에 맞춰 끊임없이 변화하며 인류를 위협해 왔습니다. 바이러스가 인체에 침투할 때 핵심적인 역할을 하는 것은 세포 표면의 ACE2 수용체입니다. 코로나바이러스는 이 수용체와 결합하여 세포 내부로 진입하는데, ACE2가 많이 분포된 폐, 심장, 신장, 그리고 남성의 고환 등의 장기가 주요 공격 대상이 됩니다. 게놈 분석을 통해 이러한 침투 경로와 장기별 발현 특성을 파악하면, 어떤 환자군이 더 위험한지 혹은 어떤 증상이 나타날지를 과학적으로 예측할 수 있습니다. 이는 단순한 방역을 넘어 정밀 의료 차원의 치료 전략을 세우는 데 필수적인 정보가 됩니다. 코로나19가 전 세계적인 팬데믹으로 번진 것은 자연재해라기보다 인류의 대응 실패에 따른 인재에 가깝습니다. 바이러스 자체의 치명성보다 더 큰 문제는 국가 간의 정보 공유 부족과 이기적인 정치적 대응, 그리고 과학적 소통의 부재였습니다. 바이러스를 효과적으로 통제하기 위해서는 국경 봉쇄보다 과학자들의 긴밀한 협력과 투명한 데이터 공개가 선행되어야 했습니다. 초기 대응 단계에서 정치적 논리가 아닌 과학적 리더십이 발휘되었다면, 우리는 훨씬 더 적은 희생으로 이 위기를 관리할 수 있었을 것입니다. 바이러스와 인간의 상호작용은 각 개인의 게놈 특성에 따라 다르게 나타납니다. 인종이나 민족마다 유전적 구성이 다르기 때문에 특정 바이러스에 대한 저항성이나 치사율에서 차이가 발생할 수 있습니다. 실제로 한국인을 포함한 아시아인의 게놈은 유럽인에 비해 코로나바이러스에 대한 유전적 저항성이 상대적으로 높다는 연구 결과가 보고되기도 했습니다. 하지만 이러한 유전적 요인은 확률적인 가능성일 뿐, 실제 감염 여부와 예후는 마스크 착용이나 손 씻기와 같은 사회적 방역 수칙 준수 여부에 의해 더 크게 좌우됩니다. 인류는 수억 년의 진화 과정 속에서 바이러스와 끊임없이 공존해 왔으며, 우리 게놈의 상당 부분은 과거에 침투했던 바이러스의 흔적으로 채워져 있습니다. 바이러스를 완전히 박멸하는 것은 생태계의 원리상 불가능하며, 오히려 바이러스는 숙주와 함께 살아가기 위해 독성을 낮추고 전파력을 높이는 방향으로 순화되는 경향을 보입니다. 따라서 우리는 바이러스를 공포의 대상으로만 볼 것이 아니라, 철저한 과학적 연구를 통해 그 특성을 이해하고 관리하며 함께 살아가는 지혜를 터득해야 합니다.

박종화

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나 인터뷰] 박종화_ 한국사람이 코로나19에 좀더 저항성이 있다?!

게놈은 우리 몸을 구성하는 유전 정보의 총합이자 생명의 설계도와 같습니다. 바이러스부터 인간에 이르기까지 모든 생명체는 고유한 유전 정보 덩어리를 가지고 있으며, 이를 해독하는 과정은 DNA나 RNA를 추출하여 염기 서열을 읽어내는 것에서 시작됩니다. 특히 바이러스의 경우 생명체 여부에 대한 논란이 있으나, 생명의 핵심 특징인 유전 정보를 담고 있다는 점에서 일종의 생명체로 간주할 수 있습니다. 현대 과학은 이러한 유전 정보를 해독하는 단계를 넘어 인공적으로 합성된 DNA까지 분석할 수 있는 수준에 도달했습니다. 염기 서열 그 자체가 생명의 본질이며, 이를 연구하는 것은 생명 현상을 이해하는 가장 근본적인 방법입니다. 팬데믹 상황에서 바이러스의 전파력과 치사율은 대개 반비례하는 경향을 보입니다. 바이러스가 생존하며 널리 퍼지기 위해서는 숙주를 너무 빨리 죽이지 않으면서도 적절한 전파력을 유지해야 하는 일종의 균형이 필요하기 때문입니다. 최근 연구에 따르면 코로나19에 대한 감염 양상은 인종이나 개인의 유전적 차이에 따라 다르게 나타날 수 있다는 사실이 밝혀지고 있습니다. 특히 한국인 수천 명의 게놈 데이터를 분석한 결과, 특정 유전적 요인이 바이러스에 대한 저항성에 기여할 가능성이 제기되었습니다. 이는 유전 정보가 질병의 확산과 대응 방식에 얼마나 중요한 영향을 미치는지 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 게놈 분석 전문가가 되기 위해서는 두 가지 핵심적인 역량이 필요합니다. 첫 번째는 방대한 유전 정보를 다룰 수 있는 컴퓨터 프로그래밍 능력입니다. 게놈은 거대한 정보의 흐름이기에 이를 효율적으로 분석하기 위한 기술적 토대가 필수적입니다. 두 번째는 암 정복이나 노화 방지와 같이 해결하고자 하는 절실하고 구체적인 목표 의식입니다. 생물학적 지식과 프로그래밍 능력이 결합될 때 비로소 복잡한 게놈 데이터를 유의미한 가치로 전환할 수 있습니다. 인류가 직면한 난제들을 해결하기 위해 게놈을 연구하는 과정은 학문적인 성취를 넘어 세상에서 가장 흥미롭고 보람찬 일 중 하나가 될 것입니다.

박종화

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[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

[생존과학] 알고 먹자, 식품 안전!

현대 사회에서 먹거리 안전은 생존과 직결된 중요한 화두입니다. SNS와 뉴스를 통해 쏟아지는 정보 속에서 무엇이 과학적 사실이고 무엇이 가짜 뉴스인지 구분하기란 쉽지 않습니다. 특히 유전자 변형 생물체인 GMO는 특정 작물에 없는 유전자를 결합해 병충해에 강하게 만든 새로운 생물체로, 식량 부족 문제의 해결책으로 주목받아 왔습니다. 하지만 유전자 변형이라는 용어가 주는 막연한 거부감 때문에 많은 이들이 섭취에 대한 불안감을 느끼고 있는 것이 현실입니다. GMO의 안전성에 대해서는 이미 과학계의 폭넓은 지지가 이루어져 있습니다. 2016년에는 120여 명의 노벨상 수상자들이 GMO의 안전성을 옹호하는 성명을 발표했으며, 미국 국립학술원 또한 인체 위해성에 대한 과학적 근거가 없음을 명확히 했습니다. 우리가 섭취한 GM 식품은 일반 식품과 마찬가지로 입과 위, 장을 거치며 소화되고 배설되는 과정을 거칩니다. 체내에 축적되거나 유전적 영향을 미친 사례가 보고된 바 없으므로 과도한 공포를 가질 필요는 없습니다. 방사능에 대한 오해를 풀기 위해서는 방사선과 방사능의 차이를 이해하는 것이 우선입니다. 방사선이 에너지의 흐름이라면, 방사능은 그 에너지를 방출하는 능력을 의미합니다. 우리는 이미 태양과 땅, 공기 등 자연 속에서 발생하는 천연 방사능에 노출되어 살아가고 있습니다. 인공 방사능 역시 그 성질이 천연 방사능과 특별히 다르거나 더 위험한 것은 아닙니다. 중요한 것은 노출되는 양이며, 일상적인 환경에서 접하는 수준은 인체에 치명적인 영향을 주기 어렵습니다. 우리가 즐겨 먹는 수산물의 방사능 오염 수치도 과학적으로 따져보면 우려할 수준이 아닙니다. 연간 방사선 피폭 허용치인 1밀리시버트와 비교했을 때, 세슘에 오염된 생선을 매년 평균 섭취량만큼 먹더라도 그 피폭량은 허용치의 2%에도 미치지 못합니다. 김이나 콩 같은 일반 식품에도 이미 천연 방사성 물질인 칼륨이 포함되어 있으며, 우리는 일상적으로 이를 섭취하며 살아갑니다. 따라서 식품 속 방사능에 대해 막연한 공포심을 갖기보다는 정확한 수치를 신뢰하는 태도가 필요합니다. 마지막으로 농약에 대한 걱정 역시 과학적 사실을 통해 덜어낼 수 있습니다. 국내에서 사용되는 농약의 대부분은 저독성 또는 보통 독성으로 분류되며, 엄격한 안전 기준에 따라 희석하여 사용됩니다. 살포된 농약의 80% 이상은 햇빛과 비바람에 의해 자연적으로 분해되며, 작물에 남은 미량의 성분조차 세척과 조리 과정을 거치면 대부분 제거됩니다. 잔류 농약에 대한 지나친 걱정보다는 올바른 세척법을 실천하는 것이 건강한 식생활을 유지하는 합리적인 방법입니다.

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생명과학
융합

[인생과학책 #6] 종의 기원 VS 이기적 유전자! 역대 최고의 과학 베스트셀러, 정말 읽었니? (2)

찰스 다윈의 '종의 기원'은 현대 생물학의 근간을 이루는 기념비적인 저작입니다. 다윈은 진화라는 거대한 사건을 설명하기 위해 당시 사람들이 쉽게 이해할 수 있었던 '육종', 즉 품종 개량의 원리를 전략적으로 활용했습니다. 인간이 짧은 시간 동안 인위적 선택을 통해 새로운 품종을 만들어낼 수 있다면, 무한한 시간을 가진 자연이 생존에 유리한 형질을 선택하여 종의 변화를 이끌어내지 못할 이유가 없다는 논리였습니다. 이러한 '자연선택'의 개념은 당시 종교적 세계관이 지배하던 사회에 커다란 충격을 던졌으며, 합리적 사고의 새로운 지평을 열었습니다. 다윈은 '종의 기원'의 마지막 대목에서 생명의 역사를 장엄한 서사시로 묘사했습니다. 단순한 시작점에서 출발한 생명이 중력의 법칙에 따라 행성이 회전하는 동안 끊임없이 진화하여 경이롭고 아름다운 형태로 전개되어 왔다는 그의 통찰은 과학적 사실을 넘어선 감동을 줍니다. 비록 초판 이후 종교적 압박으로 인해 '창조주'라는 표현을 슬쩍 끼워 넣기도 했으나, 그의 본질적인 메시지는 흔들리지 않았습니다. 다윈이 탔던 비글호는 단순한 탐사선을 넘어 인간 지성의 대해를 누비는 합리적 정신의 보루가 되어 오늘날까지 우리에게 큰 영감을 주고 있습니다. 다윈의 진화론을 현대적 관점에서 재해석한 인물이 바로 리처드 도킨스입니다. 그의 저서 '이기적 유전자'는 생명을 바라보는 관점을 개체에서 유전자로 완전히 옮겨놓았습니다. 도킨스는 인간을 포함한 모든 생명체가 유전자의 생존을 위해 설계된 '생체 로봇'에 불과하다고 파격적으로 주장합니다. 이는 마치 네커 정육면체를 바라보는 시각에 따라 형체가 달라 보이듯, 진화의 주체를 개체가 아닌 유전자의 관점에서 바라볼 때 비로소 생태계의 복잡한 이타적 행동과 협력의 원리를 명확하게 이해할 수 있다는 신다윈주의적 통찰을 제시한 것입니다. '이기적 유전자'라는 제목은 종종 오해를 불러일으키지만, 도킨스는 유전자들 사이의 '협력'이 생존에 얼마나 중요한지를 강조했습니다. 이기적인 유전자들이 자신의 복제본을 널리 퍼뜨리기 위해 때로는 개체의 이타적 행동을 유도하며, 이러한 전략이 진화적으로 안정적인 상태를 유지하게 만든다는 것입니다. 또한 그는 '확장된 표현형' 개념을 통해 유전자의 영향력이 개체의 몸을 넘어 환경에까지 미친다는 독창적인 이론을 펼쳤습니다. 비록 학계 일각에서는 그를 대중 과학 저술가로 폄하하기도 했으나, 흩어져 있던 진화론적 아이디어들을 하나의 틀로 통합한 그의 공로는 부정할 수 없습니다. 과학은 미신과 광신에 대항하는 인류의 가장 강력한 무기입니다. 칼 세이건이 과학을 '어둠 속의 촛불'이라 불렀듯, 리처드 도킨스 역시 자신의 자서전 제목을 통해 그 정신을 계승하고자 했습니다. 다윈에서 도킨스, 그리고 세이건으로 이어지는 지적 계보는 우리에게 합리적 사고와 비판적 태도의 중요성을 일깨워 줍니다. 가짜 뉴스와 사이비 과학이 범람하는 현대 사회에서 이들의 고전은 단순한 지식의 전달을 넘어 세상을 바라보는 명확한 눈을 제공합니다. 짧은 수명의 촛불일지라도 어둠을 밝히려는 이들의 노력은 인류 지성의 대해를 밝히는 영원한 등불로 남을 것입니다.

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생명과학

[과학자가 쓴 과학책#3] 다윈의 식탁 by장대익 | KAOS X 공원생활 특집 | 김태훈의 게으른 책읽기

과학은 단순히 실험실에서 이루어지는 행위를 넘어, 기록되고 읽히는 과정을 통해 비로소 완성됩니다. 우리가 파인만이나 다윈 같은 위대한 과학자들을 기억하는 이유는 그들이 남긴 저작을 통해 인류의 지적 유산을 다음 세대로 전달했기 때문입니다. 과학 책을 읽는다는 것은 세상을 바라보는 새로운 눈을 갖는 일이며, 복잡한 자연 현상 뒤에 숨겨진 원리를 탐구하는 첫걸음이 됩니다. 이러한 읽기의 과정은 우리를 과학적 세계관으로 안내하며, 삶의 본질을 이해하는 깊은 통찰을 제공합니다. 기계공학을 전공하던 한 청년이 '우리는 어디서 와서 어디로 가는가'라는 본질적인 질문을 던지며 진화학자의 길로 들어선 과정은 매우 흥미롭습니다. 고갱의 예술적 질문에 대한 해답을 과학철학과 진화생물학에서 찾으려 했던 노력은, 현대 과학이 단순한 지식의 나열이 아니라 인간 존재에 대한 탐구임을 보여줍니다. 복잡한 기계의 작동 원리를 연구하던 시각은 생명이라는 정교한 시스템을 분석하는 토대가 되었고, 이는 대중에게 진화론의 정수를 전달하는 강력한 동력이 되었습니다. 진화론은 초등학생도 이해할 수 있을 만큼 논리 구조가 단순하지만, 동시에 우리의 직관을 거스르는 반직관적인 특성을 지니고 있습니다. 우리는 복잡한 시계를 보면 당연히 설계자를 떠올리지만, 다윈은 자연선택이라는 기계적이고 점진적인 과정을 통해 그보다 훨씬 정교한 생명체가 탄생할 수 있음을 증명했습니다. 0.1%의 시각이라도 생존에 유리하다면 그것이 누적되어 결국 인간의 눈과 같은 경이로운 구조를 만들어낸다는 설명은, 자연의 다양성을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 현대 진화론의 세계는 창조론과의 대립을 넘어, 진화의 메커니즘을 둘러싼 내부적인 논쟁으로 더욱 풍성해졌습니다. 유전자의 관점에서 이타성을 설명하려는 리처드 도킨스와 역사적 우발성과 화석 기록의 불연속성을 강조하는 스티븐 제이 굴드의 대립은 그 대표적인 사례입니다. 자연선택이 어느 수준에서 작동하는지, 진화의 속도가 얼마나 균일한지에 대한 이들의 치열한 논쟁은 진화론이 고착된 교리가 아니라 끊임없이 발전하고 생동하는 학문임을 우리에게 일깨워 줍니다. 진화론을 이해하는 것은 단순히 과학 지식을 습득하는 것을 넘어, 자연이라는 거대한 책을 읽기 위한 문자를 배우는 것과 같습니다. 외국어를 모르면 타국의 문화를 깊이 있게 이해할 수 없듯이, 진화라는 언어를 모르면 우리를 둘러싼 생태계의 질서와 변화를 온전히 해석할 수 없습니다. 다윈이 선사한 이 지적 도구는 우리가 감각적으로만 인식하던 세상을 논리적이고 체계적으로 바라보게 하며, 인류가 자연의 일부로서 지녀야 할 겸손과 지혜를 가르쳐 줍니다.

장대익

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생명과학

[강연] 첨단의학 _ by김상우, 박종화 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

DNA는 우리 생명 활동의 모든 정보를 담고 있는 설계도와 같습니다. 세포 핵 속에 존재하는 23쌍의 염색체에는 아데닌, 시토신, 구아닌, 티민이라는 네 가지 염기가 특정 순서로 배열되어 있으며, 이 염기서열이 곧 단백질을 만드는 정보가 됩니다. 부모로부터 물려받은 이 유전 정보는 우리의 외형뿐만 아니라 체내에서 일어나는 복잡한 생명 현상을 정밀하게 관장합니다. 따라서 염기서열의 미세한 차이는 개개인의 고유한 특성을 결정짓는 근본적인 요소가 됩니다. 돌연변이란 물질로서의 염기서열이 변하는 현상을 의미합니다. 이는 방사선, 자외선, 담배와 같은 외부 요인에 의해 발생하기도 하지만, 세포가 분열하며 DNA를 복제하는 과정에서 일어나는 자연스러운 복제 오류에 의해서도 생겨납니다. 우리 몸은 이러한 오류를 스스로 수정하는 정교한 기작을 갖추고 있으나, 완벽하게 복구되지 못한 일부 변화는 흉터처럼 남아 축적됩니다. 이러한 변화는 때로 치명적인 질병의 원인이 되기도 하지만, 생태계 전체의 관점에서는 종의 다양성을 유지하는 핵심 동력이 됩니다. 최근 연구에 따르면 인간의 몸은 단 하나의 유전 정보로만 이루어진 고정된 존재가 아닙니다. 수정란이 수천억 개의 세포로 분열하는 과정에서 각 세포에는 서로 다른 변이가 누적되며, 결과적으로 우리 몸은 조금씩 다른 DNA를 가진 세포들이 모인 '체세포 모자이크'와 같은 상태가 됩니다. 이는 나이가 들수록 정상 조직 내에서도 유전적 다양성이 증가함을 의미하며, 특정 부위에 발생한 변이가 뇌전증이나 암과 같은 질환의 직접적인 원인이 되기도 한다는 사실을 시사합니다. 인류는 이러한 유전 정보를 해독하기 위해 비약적인 기술 발전을 이루어 왔습니다. 과거 13년의 시간과 천문학적인 비용이 소요되었던 인간 게놈 프로젝트 이후, 차세대 유전체 분석 기술(NGS)의 등장으로 이제는 단 하루 만에 저렴한 비용으로 개인의 전체 유전체를 분석할 수 있게 되었습니다. 수많은 DNA 조각을 동시에 읽어 들여 컴퓨터로 재구성하는 이 기술은 유전체 분석의 대중화를 이끌었으며, 이제 개인이 자신의 유전자 지도를 휴대하며 건강 관리에 활용하는 시대를 열어가고 있습니다. 유전체 분석 기술은 현대 의학을 '정밀 의학'의 시대로 인도하고 있습니다. 특정 유전자 변이가 암 발생 위험을 높인다는 사실을 미리 파악하여 예방적 조치를 취하거나, 환자가 가진 고유한 변이에 최적화된 표적 치료제를 선택함으로써 치료 효율을 극대화할 수 있게 되었습니다. 또한 혈액 속에 떠다니는 미세한 DNA를 분석하여 암을 조기에 발견하거나 태아의 건강 상태를 확인하는 비침습적 검사 방식은 환자의 부담을 줄이면서도 정확한 진단을 가능하게 합니다. 유전체는 단순한 화학 물질의 나열을 넘어, 생명체가 소통하고 정보를 처리하는 정교한 '언어'와 같습니다. 바이러스가 인간 세포에 감염되는 과정 역시 바이러스의 언어 체계가 인간의 언어와 상호작용하며 정보를 교환하는 일종의 소통 과정으로 이해할 수 있습니다. 우리가 지구상의 다양한 생명체와 바이러스의 유전체 언어를 깊이 이해할수록, 예상치 못한 감염병의 확산을 미리 예측하고 대응할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 이는 생명의 본질을 파악하는 가장 강력한 도구가 됩니다. 미래의 유전학은 질병의 치료를 넘어 인간의 수명과 삶의 질을 근본적으로 변화시킬 잠재력을 지니고 있습니다. 유전체 빅데이터와 환경 정보를 결합한 정밀한 예측 시스템은 인류가 무병장수의 길로 나아가는 데 결정적인 역할을 할 것입니다. 자신의 유전 정보를 스스로 관리하고 활용하는 디지털 헬스케어의 확산은 개인이 건강의 주체가 되는 시대를 의미합니다. 끊임없이 변화하는 DNA의 특성을 이해하고 이를 과학적으로 활용함으로써, 인류는 생명의 신비를 풀고 더 나은 미래를 설계해 나갈 것입니다.

김상우, 박종화

카오스재단카오스강연

생명과학

[석학인터뷰] 김상우 ─ DNA는 대부분 쓰레기다?! | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

2000년대 이후 생물학은 비약적인 변화를 맞이했습니다. 과거에는 단일 유전자나 단백질의 기능을 깊이 있게 분석하는 연구가 주를 이루었으나, 현재는 유전체 활동과 염기서열 정보를 포함한 방대한 데이터가 쏟아지고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 컴퓨터 기술은 단순한 도구를 넘어 생명 현상을 해석하기 위한 필수적인 요소가 되었습니다. 데이터를 능숙하게 다루고 분석할 수 있는 능력은 특정 질병에 국한되지 않고 생명 전체의 원리를 조망할 수 있는 넓은 시야를 제공하며, 이는 현대 과학자들에게 커다란 축복과도 같습니다. 이제 생물학은 복잡한 데이터를 정교하게 해석하는 정보 과학의 시대로 접어들었습니다. 눈에 보이지 않는 미세한 DNA를 관찰하기 위해서는 생화학이나 나노기술의 정교함이 필요하며, 여기서 얻은 거대한 데이터를 유의미한 정보로 바꾸기 위해서는 수학과 통계학, 그리고 전산학의 엄밀함이 요구됩니다. 자칫 잘못된 발견으로 이어질 수 있는 오류를 방지하기 위해 정교한 계산이 필수적이기 때문입니다. 결국 이러한 과정을 거쳐 도출된 결과는 다시 생물학과 의학의 영역으로 회귀하여 질병 치료와 같은 실질적인 응용 단계로 나아가게 됩니다. 이처럼 DNA 연구는 현대 과학의 정수를 모아 생명의 본질에 다가가는 숭고한 여정이라 할 수 있습니다. 생명의 설계도인 DNA를 연구하는 과정은 과학자로서의 태도와 철학을 정립하는 여정이기도 합니다. 칼 세이건의 '코스모스'가 생명 진화의 경이로움을 일깨워주었다면, 리처드 도킨스의 저작들은 엄밀한 탐구 정신을 견지하는 데 큰 영향을 주었습니다. 이러한 영감과 과학적 태도를 바탕으로 유전 변이를 탐지하고 질병의 원인을 밝혀내는 노력은 인류가 직면한 한계를 극복하는 열쇠가 됩니다. 결국 DNA 연구는 생명의 근원을 이해하고 더 나은 미래를 설계하기 위한 숭고한 도전입니다. 우리는 이러한 탐구를 통해 질병의 고통에서 벗어나 더 건강한 삶을 향한 발걸음을 내딛고 있습니다.

김상우

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생명과학

[석학인터뷰] 박종화_ 인간이 영원히 산다?! | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

어린 시절 동물을 좋아하던 소년은 유한한 인간의 수명에 충격을 받고 영생의 길을 고민하기 시작했습니다. 그 과정에서 게놈 연구의 필요성을 깨달았고, 이를 위해 컴퓨터 기술을 결합한 융합 학문의 길을 걷게 되었습니다. 게놈은 인류 역사상 금속활자나 인쇄기의 발명에 비견될 만큼 위대한 혁명이며, 인간 존재에 대한 근본적인 접근법을 바꾸는 열쇠입니다. 이제 게놈이 기록되기 시작하면서 인류는 이전에는 상상조차 할 수 없었던 기술적 진보와 혁명적인 변화를 맞이할 준비를 하고 있습니다. 인간의 수명에 정해진 한계는 없으며, 노화를 늦추거나 되돌리는 기술이 완성되는 순간 인류는 삶의 기간을 스스로 결정하는 선택권을 갖게 될 것입니다. 100년이나 200년, 혹은 그 이상의 삶을 영위할지 여부는 더 이상 피할 수 없는 운명이 아닌 개인의 의지에 따른 선택 영역으로 들어오게 됩니다. 노화 정복을 향한 연구는 인류가 죽음의 굴레에서 벗어나는 새로운 시대를 열어줄 것이며, 이는 생물학적 한계를 극복하려는 인간의 끊임없는 도전이 결실을 맺는 과정이라 할 수 있습니다. 과학자로서의 성장에 큰 영향을 준 것은 버트런드 러셀의 철학과 역설에 대한 질문들이었습니다. 모순을 해결하기 위한 수학적 논리와 과학적 질문의 과정은 생명공학 연구의 든든한 뼈대가 되었습니다. 앞으로의 미래는 지구상의 모든 생명체와 인간의 게놈이 완전히 해독되는 시대로 나아가고 있습니다. 울산에서 진행 중인 '한국인 1만 명 게놈 사업'은 이러한 거대한 흐름의 일환이며, 게놈이 단순한 운명을 넘어 우리가 스스로 변화시키고 개척할 수 있는 영역임을 증명하는 철학적이고 과학적인 여정이 될 것입니다.

박종화

카오스재단카오스강연

생명과학

[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] 메리 콜린스(UCL 면역학부 교수)_과학은 친구들과 수다 떨면서 하는 재밌는 학문이죠

일본 사회에서 여성 과학자가 마주하는 현실은 매우 엄격합니다. 결혼한 여성에게 완벽한 아내와 어머니, 그리고 훌륭한 연구자라는 세 가지 역할을 동시에 요구하는 높은 기대치는 큰 부담이 됩니다. 이는 영국과도 차이가 있는데, 영국은 주니어 단계의 여성 과학자는 많지만 리더급으로 성장하는 경우는 드뭅니다. 연구와 리더십이라는 두 가지 막중한 책임을 동시에 수행하는 것이 현실적으로 매우 어렵기 때문입니다. 이러한 환경적 요인은 여성 과학자들이 연구 자체에만 집중하게 만드는 선택의 기로에 서게 합니다. 과학계의 리더십 문제는 단순히 개인의 역량 차이가 아니라 사회적 구조와 깊이 연관되어 있습니다. 여성들이 가족과 부모, 아이를 돌봐야 한다는 사회적 압박은 연구에 온전히 집중하는 것을 방해하는 근본적인 원인이 됩니다. 연구실 운영과 조직 관리라는 두 마리 토끼를 잡는 것은 누구에게나 힘든 일이며, 이를 해결하기 위해서는 가사 분담과 같은 실질적인 지원과 더불어 사회적 인식의 변화가 반드시 선행되어야 합니다. 리더십에 집중하기 위해 연구실 운영을 내려놓는 결단이 필요한 경우도 생깁니다. 어린 여학생들이 과학에 흥미를 느끼게 하려면 초등학교 시절부터 롤모델을 접하게 하는 것이 중요합니다. 과학이 단순히 딱딱한 학문이 아니라 사람들과 소통하고 협력하는 창의적인 분야임을 깨뜩게 해주어야 합니다. 많은 여학생이 심리학을 선택하는 이유는 그것이 사람과 관련된 학문이라 생각하기 때문입니다. 따라서 고등학교 시절 연구실 체험 등을 통해 과학 역시 즐거운 팀워크의 과정임을 직접 경험하게 하는 노력이 필요합니다. 과학은 이상한 교수님들만 있는 곳이 아니라 친구들과 어울리며 즐겁게 일할 수 있는 곳입니다. 생명공학 분야의 혁신인 유전자 치료나 크리스퍼(CRISPR) 기술은 의학적 난제를 해결할 열쇠로 주목받고 있습니다. 하지만 이러한 기술이 실제 환자들에게 혜택으로 돌아가기까지는 매우 긴 시간이 필요합니다. 과거 유전자 치료의 사례를 보면 기술에 대한 기대가 정점에 달한 시점으로부터 실제 임상 적용까지 약 40년이라는 세월이 걸렸습니다. 과학적 발견이 노벨상으로 이어지는 것도 중요하지만, 연구실에서 환자에게 도달하기까지의 복잡한 과정과 그 속에 담긴 인내의 시간을 이해하는 것이 무엇보다 중요합니다. 한국은 이미 세계적인 수준의 기술력을 보유하고 있으며, 과학을 소중히 여기는 열정적인 문화를 가지고 있습니다. 노벨상 수상에 대한 과도한 압박감을 느끼기보다는 현재 보유한 기술적 강점에 자부심을 갖는 태도가 필요합니다. 기초 과학에 대한 투자와 더불어 젊은 연구자들에게 자유로운 연구 환경을 제공한다면, 기술 강국으로서의 면모는 더욱 빛날 것입니다. 자신의 직관을 믿고 연구에 몰입할 수 있는 문화가 정착될 때 진정한 과학적 진보가 이루어지며, 이는 국가의 자부심으로 이어질 것입니다.

Mary Katharine Levinge Collins(메리 콜린스)

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생명과학
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[강연] 생명의 음표, RNA _김빛내리｜2019 서울대 자연과학대학 공개강연 '과학 선율' | 4강

과학자가 되는 과정은 거창한 계기보다 배움과 깨달음의 즐거움을 느끼는 찰나의 순간에서 시작되곤 합니다. 어린 시절 우연히 접한 과학사 책을 통해 자연의 원리를 궁금해하던 고대 학자들의 열정에 감동하며 과학자의 꿈을 키울 수 있었습니다. 생명과학은 수많은 암기 사항이 존재하는 복잡한 학문처럼 보이지만, 그 이면에는 모든 생명체를 관통하는 단순하고도 아름다운 원리가 숨어 있습니다. 이러한 근원적인 질문에 답을 찾아가는 과정은 과학자에게 가장 큰 매력으로 다가오며, 이는 곧 평생의 탐구로 이어지는 원동력이 됩니다. 생물학의 세계는 겉보기에 매우 다양하고 복잡하지만, 태초의 공통 조상으로부터 시작된 생명의 역사는 일관된 법칙을 공유합니다. 특히 유전 정보를 담고 있는 DNA는 생명의 설계도 역할을 하며 우리 몸의 모든 형질을 결정하는 핵심 물질입니다. 하지만 21세기의 생명과학은 단순히 정보를 읽어내는 단계를 넘어, 그 정보가 어떻게 해석되고 작동하는지를 이해하는 방향으로 나아가고 있습니다. 복잡한 생명 현상 속에서 단순한 원리를 찾아내는 일은 지적 희열을 선사하며, 인간을 포함한 모든 생명체를 지배하는 근원적인 원리를 이해하게 해줍니다. DNA가 유전 정보를 안정적으로 보관하는 창고라면, RNA는 그 정보를 실질적으로 구현하는 역동적인 매개체입니다. RNA는 DNA와 달리 단일 가닥으로 존재하며, 스스로 꼬이거나 다른 물질과 결합하여 매우 복잡한 구조를 형성할 수 있는 유연함을 지니고 있습니다. 이러한 화학적 특성 덕분에 RNA는 정보 전달자뿐만 아니라 효소로서의 촉매 작용을 하거나 유전 물질 그 자체로 기능하기도 합니다. 생명의 음표라고 불리는 RNA의 다양한 변주는 생명체가 환경에 적응하고 생존하는 데 필수적인 역할을 수행하며 생명의 하모니를 완성합니다. 오랫동안 과학자들은 크기가 작은 RNA들을 실험 과정에서 버려지는 불필요한 물질로 여겨왔습니다. 그러나 마이크로RNA의 발견은 유전자 조절의 새로운 지평을 열었습니다. 이 작은 분자들은 특정 유전자의 발현을 억제하거나 단백질 합성을 조절함으로써 세포의 운명을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 우리 몸의 모든 세포는 동일한 DNA를 가지고 있음에도 불구하고, 어떤 RNA가 얼마나 만들어지느냐에 따라 신경 세포나 혈액 세포처럼 서로 다른 기능을 수행하게 됩니다. 이는 생명의 신비로움을 보여주는 가장 핵심적인 기제 중 하나입니다. RNA 연구는 현대 의학에서 진단과 치료의 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 바이러스의 염기서열을 분석하여 질병을 조기에 정확하게 진단하는 것은 물론, 환자 맞춤형 핵산 치료제를 통해 희귀 유전 질환을 극복할 길을 열어주고 있습니다. RNA 치료제는 기존의 화합물 의약품보다 개발 기간이 짧고 특정 유전자를 정밀하게 제어할 수 있다는 강력한 장점이 있습니다. 특히 백신 개발이나 유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR)에서도 RNA는 핵심적인 도구로 활용되며 인류의 건강한 미래를 견인하는 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 하나의 과학적 발견이 실제 치료제로 이어지기까지는 수십 년에 걸친 기초 연구와 수많은 실패의 과정이 필요합니다. 꼬마선충이나 초파리와 같은 모델 동물을 이용한 호기심 기반의 연구가 결국 인류를 구하는 기술의 토대가 됩니다. 과학자에게 실패는 단순한 좌절이 아니라 가설을 수정하고 새로운 사실을 배우는 소중한 과정입니다. 따라서 과학자가 되기 위해서는 눈앞의 성과에 일희일비하지 않고, 미지의 영역을 탐구하는 과정 자체를 즐길 수 있는 낙관적인 태도와 끈기가 무엇보다 중요합니다. 이러한 인내의 시간이 모여 인류의 지식은 진보합니다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 이들에게는 과학 지식뿐만 아니라 인문학적 소양을 포함한 폭넓은 시야가 요구됩니다. 현상을 보이는 그대로 해석하지 않고 그 이면의 원리를 통찰하기 위해서는 다양한 분야의 경험을 쌓고 사고의 유연성을 기르는 것이 큰 도움이 됩니다. 생명은 DNA, RNA, 단백질 등 수많은 요소가 조화를 이루어 연주하는 거대한 교향곡과 같습니다. 이 아름다운 하모니를 이해하려는 열정과 건강한 신체를 바탕으로 끊임없이 질문을 던질 때, 우리는 생명의 본질에 한 걸음 더 다가갈 수 있으며 새로운 과학적 발견의 주인공이 될 수 있습니다.

김빛내리

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[노벨상 강연] 윌리엄 케일린_ 2019 노벨상 수상자｜카오스재단 x 고등과학원 '2019 노벨상 해설 강연' | 3강

윌리엄 케일린 교수는 임상 의사로 수련을 받던 중 유전적 결함으로 발생하는 암에 깊은 관심을 갖게 되었습니다. 특히 그는 폰 히펠-린다우 병(VHL)이라는 희귀 질환에 주목했습니다. 이 질환은 뇌나 망막, 척수 등에 비정상적인 혈관 형성을 특징으로 하는 종양을 유발하며, 신장암의 주된 원인이 되기도 합니다. 약 3만 명 중 한 명꼴로 발생하는 이 질환은 단순한 희귀병을 넘어, 우리 몸이 암에 걸리는 근본적인 기전을 이해하는 중요한 출발점이 되었습니다. 우리 몸의 설계도인 DNA는 단백질을 만드는 청사진 역할을 합니다. VHL 유전자에 변이가 생기면 이 청사진에 잘못된 지시가 담기게 되고, 결과적으로 비정상적인 단백질이 생성됩니다. 30억 개의 염기 중 단 하나만 잘못되어도 단백질의 기능에 치명적인 문제가 생길 수 있으며, 이는 환자에게 생과 사를 가르는 중대한 사안이 됩니다. 이러한 유전적 변이는 암 발생 위험을 비약적으로 높이며 세포의 정상적인 제어 기능을 마비시키게 됩니다. VHL 환자의 종양은 신생 혈관 형성이 매우 활발하여 마치 혈관 덩어리처럼 보이는 특징이 있습니다. 또한 신체가 너무 많은 적혈구를 생성하게 만드는 독특한 현상을 동반하기도 합니다. 이는 세포가 충분한 산소를 공급받고 있음에도 불구하고, 산소가 부족하다고 착각하여 계속해서 산소 부족 신호를 보내기 때문입니다. 연구자들은 이 과정에서 혈관 내피 성장 인자(VEGF)와 에리스로포이에틴 호르몬이 과도하게 만들어진다는 사실을 발견했습니다. 산소 감지의 핵심은 저산소 유도 인자(HIF)와 VHL 단백질의 상호작용에 있습니다. 산소가 충분할 때 VHL 단백질은 저산소 유도 인자(HIF)를 포착하여 파괴하는 역할을 하지만, 산소가 부족하면 이 과정이 중단되어 HIF가 축적됩니다. 축적된 HIF는 혈관을 더 만들라는 지시를 내리게 됩니다. 만약 VHL 유전자에 결함이 생기면 산소 농도와 상관없이 HIF가 계속 쌓이게 되어, 암세포가 멈추지 않고 성장할 수 있는 환경이 조성되는 것입니다. 과학자들은 저산소 유도 인자(HIF)의 특정 아미노산에 산소 원자가 붙는 과정을 규명함으로써 새로운 치료의 길을 열었습니다. 이 메커니즘을 조절하는 억제제는 빈혈 환자의 적혈구 생성을 돕거나, 심장마비 및 뇌졸중 환자의 산소 공급 문제를 해결하는 데 사용될 수 있습니다. 실제로 신장암 치료를 위해 비정상적인 신호를 차단하는 약물들이 개발되어 승인을 받았으며, 이는 다양한 고형암 치료에 있어 새로운 전기를 마련할 것으로 기대되고 있습니다. 윌리엄 케일린 교수는 과학 연구에 있어 논리적인 사고 체계와 좋은 질문의 중요성을 강조합니다. 그는 실패를 일상적인 과정으로 받아들이며, 예상치 못한 결과에서 새로운 배움을 얻는 창의적인 태도가 필요하다고 말합니다. 단순히 알려진 지식을 습득하는 것을 넘어, 자연의 섭리를 밝혀내기 위해 끈질기게 질문을 던지는 과정이 과학의 본질입니다. 이러한 탐구의 즐거움을 느끼며 스스로에게 엄격하게 임할 때 위대한 발견이 뒤따르게 됩니다. 미래의 과학자들에게 노벨상이라는 결과보다 연구 과정 자체를 사랑할 것을 권합니다. 과학적 발견은 인류의 삶을 개선하는 강력한 힘을 지니고 있지만, 동시에 유전자 편집 기술과 같은 첨단 기술에 대해서는 엄격한 윤리적 책임감이 요구됩니다. 과학자는 자신이 답할 수 없는 영역에 대해 솔직하게 인정하는 합리성을 갖추어야 하며, 끊임없이 변화하는 기술 속에서도 본질적인 기전을 이해하려는 노력을 멈추지 말아야 인류의 발전에 기여할 수 있습니다.

William G. Kaelin Jr(윌리엄 케일린)

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

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

[강연] 생명의 대변신과 변주 by장대익 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (3) | 3부

생명의 역사는 단순한 원소에서 복잡한 유기체로 변모해온 경이로운 과정입니다. 하나의 세포에서 시작해 수조 개의 세포를 가진 인간이 되기까지의 여정은 마치 마법과도 같지만, 이는 45억 년이라는 유구한 시간 동안 자연이 일궈낸 필연적인 결과입니다. 우리는 흔히 진화를 거대한 미스터리로 여기지만, 그 이면에는 과학적으로 설명 가능한 정교한 메커니즘이 숨어 있습니다. 우주가 마법사라면 자연은 천재라는 말처럼, 생명은 끊임없는 변신을 통해 지금의 다양성을 확보하게 되었습니다. 찰스 다윈은 『종의 기원』을 통해 생명이 '사다리'가 아닌 '나무'의 형태로 진화한다는 혁신적인 관점을 제시했습니다. 과거에는 생명체가 고정된 순위에 따라 일직선으로 배열되어 있다고 믿었으나, 다윈은 공통 조상으로부터 가지가 뻗어 나가듯 종이 분화된다는 사실을 깨달았습니다. 이러한 '생명의 나무' 개념은 종교적 통념을 깨고 자연적인 원인에 의한 생명 이해의 길을 열었습니다. 모든 생명체는 각자의 가지 끝에서 독자적인 역사를 써 내려가고 있는 셈입니다. 우리는 흔히 진화를 하등한 것에서 고등한 것으로 나아가는 일직선상의 행진으로 오해하곤 합니다. 말이나 인간의 진화 과정을 그릴 때 작은 체구에서 큰 체구로, 혹은 원숭이에서 인간으로 변하는 도식이 대표적인 예입니다. 하지만 실제 진화는 수많은 가지 중 대다수가 멸종하고 운 좋게 살아남은 결과물입니다. 인간 역시 호모 속의 여러 종 중에서 유일하게 생존한 호모 사피엔스일 뿐이며, 진화의 최종 목적지라기보다는 거대한 생명의 나무에서 뻗어 나온 하나의 가지에 불과합니다. 자연 선택은 진화를 이끄는 가장 핵심적인 동력으로, 변이와 차별적 적합도, 그리고 대물림이라는 세 가지 조건이 충족될 때 작동합니다. 개체들 사이에는 반드시 차이가 존재하며, 그중 특정 환경에서 생존과 번식에 유리한 형질을 가진 개체가 더 많은 후손을 남기게 됩니다. 이러한 유리한 변이가 다음 세대로 전달되면서 종의 특성이 서서히 변화하는 것입니다. 이는 설계자 없이도 자연이 스스로 정교한 생명체를 빚어낼 수 있음을 보여주는 위대한 원리입니다. 복잡한 눈이나 뇌와 같은 기관이 어떻게 우연히 만들어질 수 있느냐는 의문은 자연 선택의 '누적 선택' 과정을 이해함으로써 풀립니다. 자연 선택은 한 번에 완벽한 결과물을 내놓는 것이 아니라, 금고 번호를 하나씩 맞춰가는 과정처럼 작은 이득을 주는 변이들을 수 세대에 걸쳐 쌓아 올립니다. 아주 미미한 빛을 감지하는 수준에서 시작해 정교한 시각을 갖추기까지, 자연은 눈먼 시계공처럼 목적 없이도 완벽에 가까운 적응을 이뤄냈습니다. 이러한 누적 선택은 불가능해 보이는 복잡성을 가능케 합니다. 생명의 역사에는 종 분화를 넘어선 거대한 전환점들이 존재했습니다. 최초의 복제 시스템인 RNA 월드의 등장부터 세포 내 공생을 통한 진핵생물의 출현, 그리고 유전적 다양성을 폭발시킨 성의 탄생이 그것입니다. 특히 성의 출현은 유전자를 섞어 새로운 조합을 만들어냄으로써 생태계에 전례 없는 풍요로움을 선사했습니다. 이러한 대변혁은 생명이 단순히 형태를 바꾸는 것을 넘어, 존재의 방식을 근본적으로 혁신하며 진화의 속도와 범위를 확장해온 과정이라 할 수 있습니다. 현대 진화생물학의 정점인 '이보디보(Evo-Devo)'는 서로 다른 생명체들이 놀랍게도 공통된 유전자 도구를 공유한다는 사실을 밝혀냈습니다. 초파리와 생쥐처럼 외형이 판이한 동물들도 신체 구조를 결정하는 '혹스(Hox) 유전자'라는 공통의 레고 블록을 사용합니다. 같은 유전자를 언제, 어디서, 얼마나 발현시키느냐에 따라 닭이 되기도 하고 비단뱀이 되기도 하는 것입니다. 결국 지구상의 모든 생명은 동일한 유전적 원리를 바탕으로 변주된 하나의 거대한 교향곡과도 같습니다.

장대익

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[강연] 창의성의 기원, 뇌가 사랑한 오브제 _ by김대수｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 10강 | 10강

유전자는 자연의 역사 속에서 자신의 존재를 보존하고 자손에게 전달하기 위해 뇌라는 경이로운 기관을 만들어냈습니다. 유전자가 담을 수 있는 정보량은 한정적이지만, 뇌는 그 수만 배에 달하는 방대한 정보를 수집하고 활용할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 결국 뇌는 유전자의 생존을 돕기 위해 세상에 적응하고, 때로는 슬픔과 행복이라는 감정을 만들어내며 창의적인 방식으로 외부 세계와 소통하는 신비로운 역할을 수행합니다. 우리 뇌는 세상을 바라볼 때 모든 정보를 낱개로 받아들이기보다 특정 단위로 묶어서 인식하는 경향이 있는데, 이를 '오브제'라고 부릅니다. 예술가들이 과일로 사람의 얼굴을 그리듯, 뇌는 파편화된 정보 속에서 본질을 끌어내어 하나의 의미 있는 대상으로 완성하거나 다른 대상과 분리하여 인식합니다. 이러한 패턴 완성 및 분리 기능은 뇌가 복잡한 환경 속에서 사물을 정확히 판별하고 생존에 필요한 판단을 내리는 데 핵심적인 근거가 됩니다. 생명 진화의 역사를 살펴보면 뇌의 존재 이유는 움직임과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있습니다. 신경계가 없는 해면동물이나 고정된 생활을 하는 멍게와 달리, 고등 동물일수록 목과 턱, 손발이 발달하여 주변의 오브제와 적극적으로 상호작용하게 되었습니다. 사물을 만지고 다루는 능력이 발달함에 따라 뇌의 기능도 함께 진화했으며, 이는 자연 속의 다양한 자원을 활용하여 생존과 번식의 가능성을 높이는 결정적인 계기가 되었습니다. 창의성이란 단순히 독특한 생각을 하는 것에 그치지 않고, 사물의 새로운 용도를 발견하여 실질적인 유용함을 만들어내는 능력을 의미합니다. 물고기를 잡기 위해 빵 조각을 미끼로 사용하는 새의 행동처럼, 자연계에서 창의성은 더 많은 에너지를 효율적으로 습득하게 해주는 강력한 생존 전략입니다. 남들이 이미 검증된 방식에만 머물 때, 새로운 아이디어를 통해 틈새시장을 개척하는 창의적 활동은 개체와 종의 번영에 커다란 이점을 제공합니다. 신경과학적 관점에서 호기심은 특정 물체에 대한 끌림과 탐구 욕구로 정의됩니다. 연구 결과, 시상하부의 MPA라는 신경 영역이 물체에 대한 호기심을 관장한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 신경이 활성화되면 동물은 새로운 대상에 강한 애착을 보이며 이를 획득하기 위해 평소에 없던 창의적인 행동을 발휘합니다. 즉, 호기심은 뇌가 목표를 발견했을 때 이를 달성하기 위해 잠재된 능력을 끌어올리는 핵심적인 동력이 됩니다. 창의력을 현실에서 구현하는 또 다른 핵심 기제는 '메타인지'입니다. 이는 자신이 아는 것과 모르는 것을 구분하고, 하나의 경험을 전혀 다른 상황에 적용하여 문제를 해결하는 고차원적인 학습 능력입니다. 뇌가 오브제를 탐색하며 얻은 정보들을 융합하고 응용하는 과정에서 메타인지가 작동하며, 이는 단순한 지식 습득을 넘어 새로운 가치를 창출하는 창의적 사고로 이어집니다. 이러한 능력은 변화하는 환경에 적응하는 데 필수적입니다. 사물의 가치를 판단하고 창의적인 선택을 내리는 과정에는 사회적 신뢰와 환경이 중요한 변수로 작용합니다. 마시멜로 실험이 보여주듯, 미래의 보상을 믿고 현재의 욕구를 참아내는 능력은 뇌가 더 깊은 아이디어를 생산할 시간을 벌어줍니다. 또한, 충분한 휴식은 뇌가 정보를 연결하고 창의성을 발휘하게 돕는 '인큐베이션' 역할을 합니다. 결국 창의성은 오브제를 향한 뇌의 본능이자, 세상을 더 유용하게 활용하려는 생명력의 표현입니다.

김대수

카오스재단카오스강연

생명과학
뇌인지과학

[강연] 어떻게 호모 사피엔스는 지배적 동물이 되었나? _ by김준홍｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 9강 | 9강

인류의 역사는 약 600만 년 전 침팬지와의 공통 조상에서 갈라져 나온 이후 수많은 종이 공존하며 이어져 왔습니다. 하지만 흥미롭게도 최근 3만 년 이내의 시기에는 오직 호모 사피엔스만이 지구상에 유일한 인간 종으로 남게 되었습니다. 과거에는 오스트랄로피테쿠스나 네안데르탈인 등 다양한 친척 종들이 동시에 존재했으나, 현재는 우리만이 생태계의 정점에 서 있습니다. 이러한 현상은 인류 진화사에서 매우 이례적인 사건이며, 우리가 어떻게 다른 종들을 제치고 지배적인 위치를 차지하게 되었는지에 대한 근본적인 질문을 던지게 합니다. 호모 사피엔스의 기원에 대해서는 아프리카에서 시작되어 전 세계로 퍼져나갔다는 '아프리카 기원설'이 오랫동안 정설로 받아들여졌습니다. 그러나 최근 유전학의 발전으로 네안데르탈인의 게놈이 복원되면서, 현대인의 유전자 속에 네안데르탈인의 흔적이 1~2%가량 남아 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 두 종 사이에 일정 부분 혼종이 가능했음을 시사합니다. 그럼에도 불구하고 턱 끝의 유무나 두개골의 형태 등 해부학적 차이는 뚜렷하며, 호모 사피엔스는 자신들만의 독특한 신체적 특징을 유지하며 환경에 적응해 나갔습니다. 약 4만 년 전, 인류의 역사에는 이른바 '인지 혁명'이라 불리는 거대한 변화가 일어났습니다. 이전까지의 석기가 지역에 상관없이 유사한 형태를 띠었던 것과 달리, 이 시기부터는 지역마다 독특한 양식의 도구가 등장하고 예술적 상징물이 폭발적으로 늘어났습니다. 동굴 벽화, 정교한 장신구, 원거리 교역의 흔적 등은 호모 사피엔스가 단순히 생존을 넘어 고도의 상징 체계와 네트워크를 구축했음을 보여줍니다. 이러한 문화적 역량은 인류가 척박한 환경을 극복하고 전 지구로 뻗어 나가는 결정적인 원동력이 되었습니다. 호모 사피엔스가 네안데르탈인보다 생존에 유리했던 핵심적인 이유는 개별적인 지능의 높고 낮음보다는 '집단지성'의 차이에 있었습니다. 네안데르탈인은 평균적으로 사피엔스보다 더 큰 뇌를 가졌음에도 불구하고, 소규모 집단에 머물며 지식을 축적하고 공유하는 능력이 상대적으로 부족했습니다. 반면 사피엔스는 더 긴 수명과 넓은 사회적 네트워크를 바탕으로 세대를 거쳐 지식을 쌓아가는 '누적적 문화'를 발전시켰습니다. 앞선 세대의 혁신을 이어받아 발전시키는 능력이야말로 인간을 특별하게 만든 힘입니다. 인간의 문화는 동물의 사회적 학습과는 차원이 다른 정교함을 지닙니다. 침팬지나 고래 같은 동물들도 지역별로 다른 행동 양식을 보이는 문화적 특성을 지니고 있지만, 인간처럼 복잡한 기술을 대를 이어 발전시키지는 못합니다. 이는 타인의 의도와 목적을 정확히 파악하고 모방하는 인간 특유의 인지 능력 덕분입니다. 또한, 집단의 규모가 클수록 혁신이 일어날 확률이 높아지고 지식의 퇴보를 막을 수 있습니다. 인구 밀도와 교류의 빈도는 집단지성의 크기를 결정하며, 이는 곧 종의 경쟁력으로 직결되었습니다. 문화는 단순히 지식의 축적에 그치지 않고 인간의 유전적 형질까지 변화시키는 '유전자-문화 공진화'를 이끌어냈습니다. 불을 사용해 음식을 익혀 먹는 문화는 소화 기관을 축소시키고 뇌를 발달시키는 신체적 변화를 가져왔으며, 가축을 기르는 낙농 문화는 성인이 되어서도 우유를 소화할 수 있는 유전자를 확산시켰습니다. 이처럼 인간은 환경에 수동적으로 적응하는 존재를 넘어, 스스로 만든 문화적 환경을 통해 자신의 진화 방향을 결정해 왔습니다. 유전자와 문화는 서로 얽혀 상호작용하며 인간이라는 종의 정체성을 형성해 온 것입니다. 오늘날 인류는 지구상의 모든 포유류 바이오매스의 상당 부분을 차지할 만큼 압도적인 지배종이 되었습니다. 우리가 초래한 환경 변화와 생물 멸종의 속도는 '인류세'라는 새로운 지질 시대의 명칭을 낳을 정도로 강력합니다. 하지만 인류의 성공이 의도된 계획이 아닌 수많은 우연과 집단지성의 결과임을 기억할 때, 우리는 겸허한 자세를 가질 필요가 있습니다. 미래의 진화 역시 우리가 어떤 문화를 선택하고 어떤 가치를 공유하느냐에 달려 있습니다. 지배적 위치에 걸맞은 책임감을 바탕으로 지속 가능한 공존을 모색해야 할 때입니다.

김준홍

카오스재단카오스강연

융합

[강연] 인류의 기원 _ by이상희｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 8강 | 8강

인류의 기원을 탐구하는 고인류학은 우리가 누구인지, 그리고 현재의 모습에 이르기까지 어떤 과정을 거쳤는지를 밝히는 학문입니다. 약 6,500만 년 전 공룡의 멸종 이후 포유류의 시대가 열렸고, 그 흐름 속에서 약 500만 년 전 인류의 조상인 호미닌이 등장했습니다. 과거에는 인류 진화를 단선적 진화 과정으로 이해했으나, 현대 과학은 이를 다양한 종들이 각자의 환경에 적응하며 뻗어 나간 복잡한 계통수의 형태로 파악합니다. 이러한 관점의 변화는 인류가 단일한 경로가 아닌, 수많은 시도와 적응을 통해 진화해 왔음을 시사합니다. 최초의 인류를 정의하는 결정적인 특징은 큰 두뇌나 도구 사용이 아닌 '직립 보행'이었습니다. 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스는 유인원과 유사한 외형을 가졌음에도 불구하고, 골반과 발의 구조를 통해 직립 보행의 증거를 뚜렷하게 남겼습니다. 특히 아르디피테쿠스 라미두스의 발견은 인류가 사바나가 아닌 숲 환경에서부터 이미 직립 보행을 시작했음을 보여주며 기존의 학설을 뒤집었습니다. 이는 진화가 우리가 생각했던 것보다 훨씬 이른 시기에, 그리고 다채로운 환경 속에서 시작되었음을 증명하는 중요한 단서가 됩니다. 약 200만 년 전 등장한 호모 속은 이전 세대와 비교해 비약적인 두뇌 성장을 이루었습니다. 커진 두뇌는 많은 정보를 저장하고 복잡한 사회적 관계를 유지하는 데 유리했지만, 동시에 엄청난 에너지를 소모하고 출산의 고통을 수반하는 대가를 치러야 했습니다. 인류는 이를 극복하기 위해 고칼로리의 육식을 섭취하고 공동체 내에서 서로의 출산을 돕는 사회적 협력을 발달시켰습니다. 이러한 변화는 인류가 단순히 생물학적 존재를 넘어, 서로 의지하고 정보를 공유하는 고도의 사회적 동물로 진화하는 결정적인 계기가 되었습니다. 아프리카에서 기원한 호모 속은 인구가 늘어남에 따라 자연스럽게 유라시아 대륙으로 서식지를 넓혀갔습니다. 이는 계획된 이주라기보다 환경의 변화에 따라 꿈틀거리며 퍼져 나간 생존의 과정이었습니다. 특히 반복되는 빙하기와 간빙기의 혹독한 기후 변화는 인류에게 끊임없는 적응을 요구했습니다. 인류는 이러한 고난의 시간을 거치며 도구를 개량하고 문화를 형성했으며, 변화하는 환경 속에서 유연하게 대처할 수 있는 지적 능력을 더욱 정교하게 다듬어 나갔습니다. 이 과정에서 인류는 지구 전역으로 퍼져 나가는 탐험가의 면모를 갖추게 되었습니다. 현생 인류인 호모 사피엔스의 등장은 흔히 '창의 혁명'으로 불립니다. 약 3만 년 전부터 인류는 단순한 생존 도구를 넘어 예술적 가치가 담긴 장신구나 조각상을 만들기 시작했습니다. 이는 나와 타인, 그리고 우리 집단을 구분하는 고도의 인지 체계가 형성되었음을 의미합니다. 최근 발견된 호모 날레디의 사례는 이러한 상징적 사고와 매장 문화가 예상보다 훨씬 이른 시기에, 그리고 작은 두뇌를 가진 종에게서도 나타났을 가능성을 제시합니다. 이는 인류다움의 정의가 뇌의 크기만이 아니라 죽음을 대하는 태도와 상징적 사고에 있음을 시사합니다. 최근 유전학의 발전은 인류 진화에 대한 기존의 통념을 완전히 뒤흔들었습니다. 과거에는 현생 인류가 다른 종들을 대체하며 홀로 살아남았다고 믿었으나, 게놈 분석 결과 네안데르탈인이나 데니소바인과의 혼종이 빈번하게 일어났음이 밝혀졌습니다. 인류의 계통은 깔끔하게 갈라지는 계통수가 아니라, 서로 만나고 헤어지기를 반복하는 망상 진화의 과정과 같습니다. 우리는 단일한 기원에서 온 순수한 존재가 아니라, 수많은 조상의 유전자가 복잡하게 얽혀 만들어진 거대한 흐름의 결과물입니다. 이러한 망상 진화의 역사는 인류가 본래부터 포용적이고 역동적인 존재였음을 말해줍니다. 고인류학이 주목해야 할 또 다른 가치는 다양성입니다. 그동안 인류 진화의 주인공은 주로 성인 남성으로 묘사되어 왔으나, 실제 역사 속에는 여성, 어린이, 노인 등 다양한 구성원들이 함께 존재하며 문화를 일구어 왔습니다. 진화는 멈추지 않는 역동적인 과정이며, 인류는 지금 이 순간에도 환경과 상호작용하며 변화하고 있습니다. 우리가 누구인지 묻는 질문은 결국 우리가 어떻게 서로 연결되어 있으며, 앞으로 어떤 다양성을 포용하며 나아갈 것인지에 대한 답을 찾는 과정입니다. 인류의 진화는 과거의 기록이 아니라 현재와 미래를 향한 끊임없는 흐름입니다.

이상희

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생명과학
지구환경과학

[강연] Why so many? - 성 로잘리아의 축복과 쥐라기 공원 _ by최재천｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 7강 | 7강

생명의 본질은 복제에 있습니다. 가상의 DNA 본부에서 바라본 지구는 수많은 생명체가 각자의 데이터를 복제하며 살아가는 거대한 사업장과 같습니다. 여기서 중요한 것은 특정 종의 번영이 아니라 전체 복제량의 유지입니다. 인간이 지구 전역에 퍼져 성공을 거두었지만, 생태계의 관점에서는 하나의 종이 사라지고 다른 존재가 그 자리를 대신해도 복제의 원리는 멈추지 않습니다. 이러한 냉혹한 생명의 원리 속에서 우리는 다양성이라는 생존 전략을 발견하게 됩니다. 생명은 개별적인 존재의 안위보다 유전 정보의 지속을 우선시하며, 그 과정에서 수많은 변이를 허용합니다. 생태학의 아버지 허친슨은 산타 로살리아 성당의 연못에서 작은 딱정벌레들을 관찰하며 '생태적 지위(Niche)'라는 개념을 정립했습니다. 이는 자연계에 단순히 공간만 존재하는 것이 아니라, 시간과 자원을 나누어 쓰는 미세한 생태적 지위가 촘촘히 박혀 있음을 의미합니다. 겉보기에는 평범한 연못이라도 그 안에는 수많은 생명체가 서로의 영역을 침범하지 않고 공존할 수 있는 입체적인 틈새가 마련되어 있습니다. 이러한 생태적 지위의 분화가 바로 지구를 풍요롭게 만드는 다양성의 근간이 됩니다. 자연은 3차원적인 시공간을 쪼개어 더 많은 생명이 깃들 수 있는 자리를 끊임없이 만들어냅니다. 다양성은 종 사이뿐만 아니라 한 종 내부에서도 찬란하게 빛납니다. 무당벌레의 무늬가 개체마다 다르듯, 우리 인간도 저마다 고유한 외모와 특성을 지니고 있습니다. 거대한 대왕고래부터 눈에 보이지 않는 바이러스에 이르기까지 생명체는 크기와 형태의 한계를 넘나들며 존재합니다. 자연은 왜 이토록 복잡하고 다양한 형태를 만들어냈을까요? 그것은 단순히 보기 좋기 위함이 아니라, 변화무쌍한 환경 속에서 생명이 끊기지 않고 이어지기 위한 필연적인 선택이었습니다. 이러한 변이는 예기치 못한 환경의 변화에 대응할 수 있는 생명만의 보험과도 같습니다. 우리는 효율성을 위해 단일 재배(Monoculture) 방식을 택하곤 합니다. 하지만 바나나 농장처럼 유전적으로 동일한 개체들만 모여 있는 곳은 병충해나 환경 변화에 극도로 취약합니다. 살충제에 내성을 가진 곤충이 등장하면 순식간에 전체 생태계가 무너질 수 있기 때문입니다. 반면 다양한 생물이 어우러진 자연은 서로가 서로를 견제하고 보완하며 건강한 네트워크를 유지합니다. 다양성은 단순히 도덕적인 가치를 넘어, 생존을 위한 가장 강력한 방어 기제인 셈입니다. 획일화된 시스템은 관리하기 편할지 모르나, 작은 충격에도 전체가 붕괴될 위험을 내포하고 있습니다. 찰스 다윈은 '종의 기원'을 통해 지극히 단순한 시작으로부터 가장 아름답고 경이로운 형태들이 진화해 왔음을 역설했습니다. 그는 가축의 품종 개량(인위 선택)에서 힌트를 얻어 자연에서도 환경에 적합한 변이가 살아남는 '자연 선택'이 일어난다는 사실을 밝혀냈습니다. 돌연변이와 유전자의 흐름, 그리고 우연한 사건들이 겹치며 생명은 끊임없이 새로운 변이를 만들어냅니다. 이러한 과정은 설계된 계획이 아니라, 생명이 스스로 길을 찾아가는 역동적인 과정의 결과물입니다. 자연은 의도적인 선택이 아니라, 주어진 조건에서 최선을 다해 살아남은 결과들의 집합체라고 할 수 있습니다. 성 선택은 다양성을 가속화하는 또 다른 핵심 동력입니다. 암수가 서로를 선택하는 과정은 결코 무작위적이지 않으며, 이 신중한 선택을 통해 매 세대 독특한 유전자 조합이 탄생합니다. 공작의 화려한 꼬리나 개미의 자기희생적 행동은 생존 투쟁만으로는 설명하기 어려운 생명의 신비를 보여줍니다. 유성 생식을 통해 유전자를 섞는 행위는 번거롭고 위험할 수 있지만, 이를 통해 얻는 유전적 다양성은 종이 멸종의 위기를 극복하고 진화의 역사를 써 내려가는 원동력이 됩니다. 성은 유전자를 재조합함으로써 부모와는 또 다른, 새로운 가능성을 지닌 후손을 세상에 내놓습니다. 오늘날 인류는 유전자 조작과 기술 발전을 통해 스스로의 운명을 결정지으려 합니다. 하지만 인위적인 선택으로 다양성을 훼손하고 획일화된 길을 걷는다면, 우리는 예기치 못한 재앙 앞에 무력해질 수 있습니다. 이제 우리는 스스로를 '현명한 인간'이라 자부하는 호모 사피엔스를 넘어, 다른 생명체와 공존하며 지구를 공유하는 '호모 심비우스'로 거듭나야 합니다. 생태적 전환을 통해 다양성을 존중하고 보존하는 것만이 인류가 지구라는 터전에서 오래도록 지속될 수 있는 유일한 길입니다. 우리의 미래는 기술적 진보가 아니라, 자연의 다양성을 얼마나 포용하느냐에 달려 있습니다.

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[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

[카오스 술술과학] 그 사람이 좋은 이유, 남자를 고르는 진화적 기준

우리가 드라마 속 주인공의 멋진 외모에 열광하는 이유는 단순히 시각적인 즐거움 때문만이 아닙니다. 진화심리학적 관점에서 보면, 턱과 어깨가 발달한 남성성이나 V라인의 여성성은 우수한 유전적 자질을 나타내는 정직한 신호입니다. 테스토스테론이나 에스트로겐 같은 성호르몬은 면역력을 희생하면서까지 외형을 가꾸는 '비싼 비용'을 요구하기 때문입니다. 따라서 이런 특징을 가진 이성에게 끌리는 것은 건강하고 우수한 유전자를 자녀에게 물려주려는 본능적인 선택이라 할 수 있습니다. 하지만 우수한 유전자를 가진 남성이 반드시 좋은 배우자가 되는 것은 아닙니다. 통계적으로 남성성이 강한 남성은 많은 여성에게 인기가 많아 혼외정사 확률이 높고, 가족이나 자녀에게 투자하는 시간이 적은 경향이 있습니다. 이로 인해 여성들은 배란 주기라는 생물학적 기제에 따라 전략적인 선택을 하게 됩니다. 배란기에는 우수한 유전자를 지닌 남성에게 끌리지만, 비배란기에는 가정에 충실하고 다정한 중성적 외모의 남성을 선호하며 유전자와 양육 사이에서 타협점을 찾는 것입니다. 물론 이러한 진화적 선호가 현실의 모든 선택을 결정짓는 절대적인 법칙은 아닙니다. 우리가 매일 스테이크를 먹고 싶어 하지만 실제로는 상황에 맞는 식사를 하듯, 실제 배우자 선택은 각자의 구체적인 환경과 조건에 따라 달라지기 마련입니다. 중요한 것은 내가 왜 상대에게 반했는지, 혹은 왜 갈등이 생기는지에 대한 과학적 근거를 이해하는 과정입니다. 이러한 지식은 연인 사이의 불필요한 오해를 줄여주고, 더 깊은 소통과 건강한 관계를 유지하는 데 실질적인 도움을 줍니다.

카오스재단술술과학

생명과학
융합

[석학인터뷰] [KAOS x KIAS] 라스 브링크(노벨물리학상 위원회) _ 한국 학생들의 창의성이 부족하다고? Never!

인류는 아주 오래전부터 죽음을 극복하고 불멸을 누리기를 꿈꿔왔습니다. 과거에는 신화나 전설 속의 이야기로만 치부되었던 불멸의 꿈이 현대 과학의 발전과 함께 점차 현실적인 연구 과제로 부상하고 있습니다. 생명공학의 비약적인 발전은 노화의 기전을 밝혀내고 이를 늦추거나 되돌릴 수 있는 가능성을 제시하며, 인간의 수명을 획기적으로 연장하려는 시도로 이어지고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 단순한 생존을 넘어 인간 존재의 본질에 대한 근본적인 질문을 던지게 만듭니다. 우리는 이제 죽음이라는 필연적 한계에 도전하며 새로운 진화의 단계를 준비하고 있습니다. 불멸을 향한 기술적 접근은 크게 생물학적 방식과 디지털 방식으로 나뉩니다. 생물학적으로는 세포의 노화를 결정하는 텔로미어의 길이를 조절하거나 유전자 편집 기술을 통해 질병에 대한 저항력을 극대화하는 연구가 진행 중입니다. 반면, 디지털 방식은 의식 업로드를 통해 육체의 한계를 벗어나려는 시도를 포함합니다. 이러한 연구들은 아직 초기 단계에 머물러 있지만, 과학계는 머지않은 미래에 인간이 노화를 질병처럼 치료할 수 있는 시대가 올 것이라고 조심스럽게 예측하고 있습니다. 이는 인류가 유지해온 생명의 패러다임을 뒤바꾸는 혁명적인 변화가 될 것입니다. 하지만 새로운 기술의 등장은 언제나 예상치 못한 위험과 윤리적 논쟁을 동반합니다. 불멸의 기술을 실험하는 과정에서 발생할 수 있는 부작용이나 사회적 불평등 문제는 우리가 반드시 해결해야 할 과제입니다. 만약 특정 계층만이 불멸의 혜택을 누리게 된다면, 이는 인류 역사상 유례없는 심각한 계급 격차를 초래할 수 있습니다. 또한, 죽음이 사라진 세상에서 삶의 가치와 의미가 어떻게 변할지에 대한 철학적 고찰도 필요합니다. 기술의 완성도만큼이나 이를 수용할 사회적 합의가 중요한 이유입니다. 기술이 인간을 지배하는 것이 아니라, 인간이 기술을 통해 더 나은 삶을 설계할 수 있는 지혜가 필요합니다. 과학적 실험은 때로 개인의 삶과 밀접하게 연결되어 예기치 못한 순간을 만들어내기도 합니다. 기술의 진보를 증명하기 위해 위험을 감수하는 실험자들의 헌신은 인류 발전에 기여하지만, 그 이면에는 가족의 걱정과 일상의 소중함이 자리 잡고 있습니다. 우리는 기술의 혜택과 위험 사이에서 아슬아슬한 균형을 유지하며 살아갑니다. 진정한 불멸이란 단순히 생물학적 생존을 넘어, 우리가 남긴 가치와 기억이 다음 세대로 이어지는 과정일지도 모릅니다. 우리는 매 순간 삶의 유한함을 느끼면서도, 동시에 영원히 기억될 무언가를 남기기 위해 끊임없이 노력하며 살아갑니다. 결국 불멸의 기술은 인간이 자연의 섭리에 도전하는 가장 대담한 시도 중 하나가 될 것입니다. 과학은 불가능해 보였던 영역을 하나씩 정복해 나가고 있으며, 그 과정에서 우리는 생명의 소중함을 다시금 깨닫게 됩니다. 기술이 가져올 미래가 축복이 될지 재앙이 될지는 결국 인간이 그 기술을 어떻게 정의하고 활용하느냐에 달려 있습니다. 끊임없는 탐구와 성찰을 통해 우리는 기술과 인간성이 조화를 이루는 길을 찾아야 하며, 그것이 진정한 의미의 인류 발전으로 나아가는 방향일 것입니다. 불멸이라는 거대한 꿈을 향한 여정은 이제 막 시작되었으며, 그 끝에서 우리가 마주할 미래는 지금의 상상을 뛰어넘을 것입니다.

Lars Elof Gustaf Brink(라스 브링크)

카오스재단석학인터뷰

물리학
융합

[석학인터뷰] 이상희_ 우리의 조상은 네안데르탈인이다? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

고인류학은 인류의 기원과 진화 과정을 탐구하는 학문으로, 우리가 현재의 모습을 갖게 된 이유를 밝혀냅니다. 과거에는 주로 화석을 통해 연구가 이루어졌으나, 최근 20년 사이 유전학적 접근법이 비약적으로 발전하며 새로운 지평을 열었습니다. 이러한 연구는 단순히 과거를 돌아보는 것에 그치지 않고, 호모 사피엔스가 변화하는 환경 속에서 어떻게 살아남았는지에 대한 근본적인 질문을 던집니다. 고인류학자는 유전자와 화석이라는 단서를 통해 인류의 발자취를 추적하며 우리 존재의 뿌리를 찾아가는 여정을 지속하고 있습니다. 인간은 어떤 극한 환경에서도 적응해 나가는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 고고학 발굴 현장에서는 때로 수천 년 동안 쌓인 짐승의 배설물이 굳어 먼지가 날리는 열악한 상황을 마주하기도 합니다. 처음에는 거부감이 들 수도 있지만, 시간이 흐르면 그 먼지 속에서도 평온하게 식사를 할 만큼 환경에 동화됩니다. 이러한 적응력은 인류가 지구 곳곳으로 퍼져나가 생존할 수 있었던 핵심적인 원동력이 되었습니다. 불편함을 극복하고 주어진 조건에 맞춰 삶을 영위하는 모습은 인간이 가진 가장 강력한 생물학적 특징 중 하나라고 할 수 있습니다. 인류의 계보는 단순히 하나의 선으로 이어진 피라미드 구조가 아닙니다. 우리는 네안데르탈인, 데니소바인, 그리고 아직 이름조차 밝혀지지 않은 여러 고인류 집단의 유전자가 뒤섞인 후손입니다. 세대를 거슬러 올라갈수록 조상의 수는 기하급수적으로 늘어나며, 결국 특정 시점의 모든 인류가 현대인의 공통 조상이 되는 복잡한 그물망을 형성합니다. 진화의 과정은 고립된 기원에서 시작된 것이 아니라, 서로 다른 집단이 끊임없이 교류하며 유전자와 문화, 아이디어를 나눈 결과물입니다. 이러한 혼합과 교류야말로 인류가 다양성을 유지하며 진화해 온 실제 모습입니다. 학문적 탐구의 길에서 가장 큰 즐거움은 역설적으로 가장 고통스러운 순간이 해결될 때 찾아옵니다. 연구자들은 종종 해결책이 보이지 않는 막막한 터널 속에 갇힌 듯한 기분을 느끼며 자신의 자질을 의심하기도 합니다. 하지만 포기하지 않고 묵묵히 과정을 견뎌내다 보면, 어느 순간 꽉 막혔던 문제가 풀리며 비약적인 진전을 이루는 경험을 하게 됩니다. 어려움이 크면 클수록 그것을 극복했을 때 느끼는 성취감과 희열 또한 비례하여 커지기 마련입니다. 이러한 인내의 과정은 학자로서의 성장을 이끄는 중요한 자양분이 되며, 다음 도전을 지속하게 하는 힘이 됩니다. 생물학적 관점에서 진화란 세대를 거치며 유전자 빈도에 변화가 생기는 현상을 의미합니다. 여기에는 더 나아지거나 나빠진다는 가치 판단이 포함되지 않으며, 오직 변화 그 자체만이 존재합니다. 흔히 진화를 진보와 혼동하여 '역진화'라는 표현을 쓰기도 하지만, 과학적으로는 어떤 방향의 변화든 모두 진화의 범주에 속합니다. 다윈의 적자생존 역시 환경에 가장 잘 적응한 개체가 살아남아 그 형질을 이어가는 자연스러운 섭리를 설명합니다. 결국 진화는 완벽을 향한 행진이 아니라 생존을 위한 끊임없는 변화의 기록입니다.

이상희

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까? _ by김성근｜ 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 1강 | 1강 ①

화학은 우리 주변에서 일어나는 모든 변화를 다루는 아주 중요한 학문입니다. 많은 이들이 화학을 어렵고 복잡하게 느끼지만, 사실 그 이면에는 오묘하고 흥미로운 미스터리가 가득 숨겨져 있습니다. 물질의 구조가 기능을 결정하고, 그 구조를 인위적으로 설계하여 만들어내는 과정은 마치 건축가가 정교한 집을 짓는 것과 같습니다. 이러한 변화를 이해하는 것은 세상을 구성하는 근본적인 원리를 깨닫고 우리 삶을 풍요롭게 만드는 첫걸음이 됩니다. 모든 화학적 변화를 일으키는 근본적인 동력은 바로 에너지입니다. 에너지는 물질의 상태를 바꾸고 물리적, 화학적 변화를 유도하는 핵심 요소입니다. 특히 화학 결합 내부에 잠재적으로 저장된 에너지를 엔탈피라고 부르는데, 이는 자극을 주면 언제든 밖으로 뿜어져 나올 준비가 된 에너지입니다. 대부분의 반응은 에너지 장벽을 넘어야 일어나며, 이 과정을 통해 에너지는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며 안정한 상태를 찾아갑니다. 화학의 진정한 가치는 단순히 자연을 관찰하는 데 그치지 않고 새로운 물질을 만들어내는 합성에 있습니다. 예를 들어 강력한 항암제인 택솔은 원래 희귀한 나무에서 추출했으나, 화학자들의 노력을 통해 인공적으로 합성할 수 있게 되었습니다. 이는 자연을 훼손하지 않으면서도 인류에게 필요한 솔루션을 제공하는 화학의 힘을 보여줍니다. 유기화학자는 복잡한 분자를 설계하고 조립하는 분자 건축가로서 세상에 없던 새로운 가치를 창조합니다. 우리가 일상에서 접하는 물질들은 상상할 수 없을 만큼 무수히 많은 분자로 이루어져 있습니다. 눈물 한 방울에 담긴 물 분자의 개수는 약 10의 21승 개에 달하며, 이를 전 인류가 밤낮없이 센다고 해도 수만 년이 걸릴 정도입니다. 이처럼 거대한 숫자의 입자를 다루기 때문에 화학은 개별 원자의 움직임을 넘어 통계적인 관점에서 접근해야 합니다. 이러한 인식의 격차를 이해할 때 비로소 거시적인 화학 현상의 본질에 다가갈 수 있습니다. 자연계의 변화에는 일정한 방향성이 존재하는데, 이를 설명하는 개념이 바로 엔트로피입니다. 향수 냄새가 방 안으로 퍼지거나 잉크가 물속에서 확산하는 현상은 에너지가 보존됨에도 불구하고 결코 스스로 되돌아오지 않습니다. 이는 자연이 어떤 의지를 가진 것이 아니라 순전히 확률의 게임이기 때문입니다. 무질서도가 증가하는 방향, 즉 경우의 수가 가장 많은 상태로 나아가는 것이 우주의 자연스러운 흐름이며 이를 열역학 제2법칙이라 합니다. 루트비히 볼츠만은 엔트로피를 통계적으로 정의하며 비가역성의 원리를 규명했습니다. 입자의 개수가 무수히 많아지면 특정 상태로 다시 돌아올 확률은 수학적으로는 존재할지 몰라도 현실적으로는 0에 수렴하게 됩니다. 공기 입자들이 우연히 방 한구석으로 몰려 우리가 숨을 쉬지 못하게 될 확률이 없는 이유도 바로 여기에 있습니다. 이러한 통계적 필연성은 시간이 한 방향으로만 흐르는 '시간의 화살'을 만들어내며 거시 세계의 질서를 유지합니다. 생명체는 엔트로피가 증가하는 우주의 흐름 속에서 질서를 유지하는 독특한 존재입니다. 우리는 외부로부터 에너지를 섭취하고 대사 과정을 거침으로써 내부의 무질서도를 낮추고 정교한 구조를 유지합니다. 이는 열역학 법칙에 위배되는 것이 아니라, 우주 전체의 엔트로피를 증가시키는 대가로 국소적인 질서를 창조하는 과정입니다. 결국 에너지와 엔트로피를 이해하는 것은 생명의 탄생과 우주의 운명을 관통하는 거대한 미스터리를 푸는 열쇠가 됩니다.

김성근, 성재영

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