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지진이 일어나지 않으면 어떻게 될까?

2023년 튀르키예와 시리아 접경 지역에서 발생한 대지진은 인류에게 막대한 피해를 입히며 지진의 공포를 다시금 각인시켰습니다. 지진은 건물을 붕괴시키고 쓰나미를 일으키는 등 파괴적인 힘을 지니고 있지만, 그 근원을 따라가 보면 지구가 살아있는 행성임을 증명하는 열쇠를 발견하게 됩니다. 지구 중심부의 핵은 막대한 열에너지를 방출하며 내부 물질의 열대류를 일으킵니다. 뜨거운 물질은 상승하고 차가운 물질은 하강하는 이 거대한 흐름은 지구의 겉 부분인 암석권을 움직이게 만드는 원동력이 됩니다. 지구의 암석권은 여러 개의 판으로 나뉘어 있으며, 이 판들은 지구 내부의 열과 중력에 의해 끊임없이 판 운동을 합니다. 지진은 주로 이 판들이 서로 맞닿는 경계부에서 발생하는데, 특히 밀도가 높은 판이 낮은 판 아래로 파고드는 섭입대에서 강력한 지진이 자주 관측됩니다. 섭입대에서는 지표면부터 지하 깊숙한 곳까지 다양한 깊이에서 응력이 집중되며 인류 역사상 가장 규모가 큰 지진들이 발생해 왔습니다. 반면 판이 서로 멀어지는 해령 부근에서는 상대적으로 얕은 깊이의 지진이 주로 발생하며 새로운 지각이 형성되기도 합니다. 전 세계 지진의 약 90%는 판의 경계에서 발생하지만, 나머지 10%는 판의 내부에서 일어납니다. 판 내부 지진은 경계부보다 발생 빈도는 낮지만, 과거에 형성된 단층이 새로운 응력을 받아 재활성화되면서 발생하기에 그 원인이 더욱 복잡한 경우가 많습니다. 이외에도 마그마의 이동으로 인한 화산 지진이나 인간의 활동으로 발생하는 인공 지진 등 지진의 형태는 매우 다양합니다. 결국 지구상의 모든 지역은 과거 어느 시점에든 지진을 경험했을 것이며, 판 운동이 지속되는 한 지진으로부터 완전히 자유로운 곳은 존재하지 않는다고 볼 수 있습니다. 만약 지구 내부의 열대류가 멈추고 판 운동이 중단된다면 어떤 일이 벌어질까요? 지진이 발생하지 않는다는 것은 지구가 활동성을 잃었음을 의미합니다. 판 운동이 멈춘 지구는 화성이나 금성처럼 단일 판으로 이루어진 행성이 될 것이며, 대기에 의한 침식과 풍화 작용으로 인해 지표면은 점차 평평해질 것입니다. 과학자들은 화성과 금성의 지질 구조를 연구함으로써 지구의 판 운동이 어떻게 시작되었고 지속되는지를 역으로 추적하고 있습니다. 이러한 연구는 지구가 다른 행성들과 달리 어떻게 독특한 지질학적 특성을 유지해 왔는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 지진은 우리에게 큰 재앙을 가져다주기도 하지만, 역설적으로 생명체가 살 수 있는 환경을 조성하는 데 필수적인 역할을 합니다. 판 운동은 탄소를 순환시켜 미생물부터 동식물에 이르기까지 생명 활동에 필요한 원소를 공급하며, DNA와 단백질 합성에 기여합니다. 즉, 지진은 지구가 여전히 뜨겁게 살아있으며 생명을 품을 수 있는 역동적인 시스템을 갖추고 있다는 증거인 셈입니다. 지진의 위험에 대비하는 동시에, 우리는 이 거대한 자연 현상이 지구 생태계를 유지하는 근본적인 메커니즘의 일부라는 사실을 기억해야 합니다.

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지구환경과학

[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

[질문과 토론의 과학 #37] 🌊우주에 가장 흔한 분자 중 하나가 물?

우주에는 우리 태양계와는 전혀 다른 구성 물질을 가진 행성계가 존재할 가능성이 매우 큽니다. 거대 항성들이 만들어내는 중원소의 비율에 따라 행성의 모습은 천차만별로 달라질 수 있기 때문입니다. 예를 들어 규소가 압도적으로 많은 행성이나 질소가 부족한 환경에서는 지구와 같은 DNA 구조를 가진 생명체가 탄생하기 어려울 것입니다. 이처럼 별들이 방출하는 원소의 종류와 주변 가스 구름과의 혼합 방식에 따라 우리가 상상하기 힘든 독특한 환경의 외계 행성이 형성될 수 있으며, 그곳의 생태계 또한 우리와는 완전히 다른 모습을 띠게 될 것입니다. 우리는 흔히 생명체의 필수 조건으로 물을 꼽지만, 이는 지극히 인간 중심적인 사고일 수 있습니다. 화성처럼 이산화탄소가 풍부한 곳이나 토성의 위성인 타이탄처럼 액체 메탄이 가득한 곳에서는 그 환경에 최적화된 전혀 다른 형태의 생명체가 진화했을 가능성이 있습니다. 따라서 외계 지적 생명체를 탐사할 때는 지구형 행성이라는 틀에 갇히지 않는 열린 자세가 필요합니다. 물이 아닌 다른 액체를 용매로 삼아 생명 활동을 이어가는 존재가 우주 어딘가에 분명히 존재할 수 있다는 가능성을 열어두어야 하기 때문입니다. 사실 물 분자 자체는 우주 공간에서 매우 흔하게 발견되는 물질 중 하나입니다. 하지만 대부분의 물은 차가운 우주에서 얼음 형태로 존재하기 때문에 생명 탄생에 필요한 화학 반응을 일으키기에는 한계가 있습니다. 생명체에게 중요한 것은 단순히 물의 존재 여부가 아니라, 그것이 화학적 용매 역할을 할 수 있는 액체 상태로 유지되느냐 하는 점입니다. 메탄 역시 마찬가지로 액체 상태로 존재할 수 있는 적절한 환경이 갖춰질 때 비로소 생명 탄생의 기여 가능성을 논할 수 있게 되며, 이러한 환경적 조건이 생명 거주 가능성을 결정짓는 핵심 요소가 됩니다. 생명의 재료가 되는 중원소와 유기물은 별의 탄생과 죽음, 그리고 복잡한 화학 반응을 거쳐 만들어집니다. 우주 먼지 표면에서 수소와 일산화탄소가 반응하여 메탄과 물이 생성되고, 이것들이 혜성이나 소행성에 실려 행성으로 전달되는 과정은 매우 긴 시간을 필요로 합니다. 최근 연구에 따르면 소행성에서 단백질의 기초인 글리신이나 설탕 분자가 발견되기도 하는데, 이는 생명의 씨앗이 우주 공간에서 이미 만들어져 외부에서 유입되었을 가능성을 시사합니다. 지구는 이러한 우주적 진화와 물질 전달이 수십억 년간 이어진 결과물이라고 볼 수 있습니다. 지구 생명체의 미래는 태양의 수명과 밀접하게 연결되어 있으며, 미생물과 같은 강인한 생명체는 태양이 에너지를 공급하는 한 수십억 년 동안 생존할 수 있을 것입니다. 그러나 인류와 같은 지적 생명체는 스스로를 파괴할 수 있는 힘을 가지고 있어, 자연이 허락한 시간보다 훨씬 짧은 생애를 보낼지도 모른다는 회의적인 시각도 존재합니다. 궁극적으로 우주가 계속 팽창하여 모든 물질이 원자 단위로 흩어지게 된다면 생명 친화적인 환경은 사라지겠지만, 그전까지 생명은 우주의 신비를 풀기 위한 여정을 계속하며 자신들의 존재 가치를 증명해 나갈 것입니다.

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[석학 인터뷰] 외계 생명체 진화 원리에 대한 생각🤔💭 | 2022 '진화가 필요한 순간'

인간이 지구라는 행성에 지금의 모습으로 존재하는 것은 실로 경이로운 행운의 결과입니다. 지구에서 생명이 탄생하고 스스로를 복제하는 원리는 수많은 과학적 시도에도 불구하고 아직 완벽히 재현되지 못한 신비의 영역입니다. 38억 년이라는 유구한 시간 동안 이어진 진화의 과정은 결코 정해진 방향이나 일정한 패턴을 따르지 않았습니다. 따라서 다른 행성에서 지구와 똑같은 진화의 경로가 반복되어 우리와 닮은 생명체가 존재할 확률은 사실상 제로에 가깝다고 볼 수 있습니다. 우리가 목격하는 생물 다양성은 지구만의 고유한 역사적 산물이기 때문입니다. 하지만 이것이 우주에 다른 생명체가 존재하지 않는다는 의미는 아닙니다. 광활한 우주에는 지구와 유사한 환경을 가진 행성이 수억 개 존재할 것이며, 그곳에서는 우리가 상상하지 못한 형태의 생명체가 진화했을 가능성이 큽니다. 비록 외형은 다를지라도 생명이 존재하는 곳이라면 자연선택이라는 보편적인 진화의 원리는 동일하게 작동할 것입니다. 개체 간의 변이가 존재하고 그것이 유전되며 환경에 적응한 개체가 살아남는 과정은 우주 어디에서나 통용되는 일반적인 이론입니다. 이러한 진화의 메커니즘은 지구를 넘어 우주 전체를 관통하는 생명의 법칙이라 할 수 있습니다. 외계 생명체가 어떤 화학적 기반을 가졌든, 그들이 복잡한 사회나 집단을 이루어 생존하기 위해서는 협력이라는 요소가 필수적일 것입니다. 개체들 사이의 차이가 유전되고 환경적 압력이 존재하는 한, 자연선택에 의한 진화는 필연적으로 발생합니다. 그 과정에서 생명체들은 어떻게 협력을 구축하고 유지할 것인가에 대해 끊임없는 생존 전략을 모색했을 것입니다. 어쩌면 우주 어딘가에 존재할 그들도 우리처럼 더 나은 공동체를 만들기 위한 사회적 실험을 지속하고 있을지도 모릅니다. 생명은 결국 고립된 개체가 아닌, 협력과 적응을 통해 완성되는 존재이기 때문입니다.

신승관, 이대한, 이상임, 이수지, 이융남, 이현숙, 정충원, 최정규

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[석학 인터뷰] 사상 최대의 진화적 사건은?😲 | 2022 '진화가 필요한 순간'

지구의 역사에는 다섯 번의 거대한 대멸종이 있었으며, 그중에서도 백악기 말 대멸종은 포유류의 운명을 바꾼 결정적인 사건이었습니다. 유카탄 반도에 거대한 운석이 충돌하며 당시 지구를 지배하던 공룡과 익룡 등 수많은 파충류가 한순간에 사라졌습니다. 이 거대한 비극은 역설적으로 인류가 출현할 수 있는 생태적 공간을 마련해 주었습니다. 만약 이 멸종이 없었다면 오늘날 인류가 지적 대화를 나누는 순간은 존재하지 않았을 것입니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 모든 생물종의 공통 조상인 FUCA(First Universal Common Ancestor)를 만나게 됩니다. 이는 무생물에서 생명체로 넘어가는 기적 같은 순간으로, 세포가 형성되고 복제가 시작된 지점을 의미합니다. 또한 인류는 DNA 구조를 발견하고 해석함으로써 유전의 비밀을 밝혀내는 지적 도약을 이루었습니다. 이러한 생명과학의 발전은 우리가 생명의 기원과 진화의 원리를 깊이 이해하게 만들었으며, 인류의 지성이 폭발적으로 성장하는 계기가 되었습니다. 인류 문명은 과거의 거대한 변화를 거치며 새로운 국면을 맞이했습니다. 집단 속에서 발생하는 다양한 사회적 현상들은 인류를 이전과는 전혀 다른 길로 인도했으며, 이는 현대 사회의 복잡한 구조를 형성하는 기초가 되었습니다. 하지만 진화는 과거의 기록에만 머물지 않습니다. 지금 이 순간에도 개개인의 생애 주기가 모여 진화의 동력을 만들어내고 있습니다. 현재를 살아가는 우리 모두가 진화라는 거대한 흐름의 주인공이며, 우리가 발을 딛고 있는 지금이야말로 생명 역사에서 가장 역동적이고 중요한 순간입니다.

신승관, 이대한, 이상임, 이수지, 이융남, 이현숙, 정충원, 최정규

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[강연] 마음의 진화 _ by이대한 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 4강 | 4강

인류는 아주 오래전부터 생명의 기원에 대해 탐구해 왔습니다. 과학적 관점에서 생명은 갑자기 하늘에서 떨어진 것이 아니라, 지구 초기 환경에서 일어난 복잡한 화학 반응의 산물입니다. 특히 심해의 열수 분출구는 지구의 에너지가 분출되는 천연 화학 실험실로서, 무기물로부터 유기물이 합성되고 최초의 원시 세포가 탄생하기에 최적의 장소였습니다. 놀라운 점은 지구가 형성된 후 생명이 출현하기까지 걸린 시간이 우주적 관점에서 매우 짧았다는 사실이며, 이는 적절한 조건만 갖춰진다면 우주 어디에서든 생명이 탄생할 수 있음을 시사합니다. 초기 생명체는 단순한 단세포 형태였으나, 약 20억 년 전 발생한 산소 급증 사건은 진화의 거대한 전환점이 되었습니다. 광합성 세균의 번성으로 대기 중 산소가 늘어나자, 이를 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 생명체들이 등장했습니다. 이 과정에서 고세균이 산소를 사용하는 박테리아를 삼켜 공생하는 '세포 내 공생'이 일어났고, 이는 오늘날 우리 세포 속의 미토콘드리아가 되었습니다. 이러한 에너지 혁신은 생명체가 더 크고 복잡한 구조를 갖출 수 있는 물리적 토대를 마련해주었으며, 진핵생물이라는 새로운 가문의 시대를 열었습니다. 에너지를 효율적으로 얻게 된 생명체는 단세포의 한계를 넘어 다세포 생물로 진화하기 시작했습니다. 흥미롭게도 다세포성은 진화의 역사에서 여러 번 독립적으로 나타났는데, 이는 포식자의 위협과 같은 환경적 압박이 주요한 원인이었습니다. 혼자 있을 때보다 여럿이 뭉쳐 덩치를 키우는 것이 생존에 유리했기 때문입니다. 세포들이 군집을 이루고 각자의 역할을 분담하는 분업화가 진행되면서 생명체는 더욱 정교한 기능을 수행할 수 있게 되었으며, 이는 훗날 복잡한 신체 기관과 신경계가 발달할 수 있는 중요한 발판이 되었습니다. 동물의 진화에서 신경계의 출현은 정보 처리의 혁명을 의미합니다. 특히 좌우대칭 체형의 진화는 동물이 일정한 방향으로 전진할 수 있게 만들었고, 이는 앞쪽에서 환경 정보를 먼저 받아들이는 '머리화' 현상을 촉진했습니다. 감각 기관과 이를 처리하는 신경 세포들이 머리 부분에 집중되면서 마침내 뇌라는 정교한 하드웨어가 탄생하게 된 것입니다. 빗해파리와 같은 원시 동물 연구를 통해 알 수 있듯이, 신경계는 아주 오래전부터 생존을 위한 핵심 도구로 발달해 왔으며 이는 인간이 가진 고도의 지능으로 이어지는 긴 여정의 시작이었습니다. 인간의 뇌는 다른 영장류와 비교했을 때 유독 크고 복잡한 구조를 자랑합니다. 특히 고차원적인 인지 기능을 담당하는 신피질의 확장은 인간을 특별한 존재로 만드는 결정적인 요인이 되었습니다. 최근의 유전학 연구에 따르면 인간의 뇌는 침팬지나 원숭이보다 훨씬 늦게 성숙하는 특성을 보이는데, 이러한 '느린 발달' 덕분에 뇌는 외부 환경과 상호작용하며 더 정교한 신경 회로를 구축할 수 있는 시간을 벌게 되었습니다. 결국 인간의 탁월한 지능은 유전적 설계도의 변화와 환경적 요인이 결합하여 빚어낸 진화의 경이로운 결과물이라 할 수 있습니다. 하지만 뇌라는 물리적 기관을 완벽히 이해한다고 해서 인간의 '마음'을 모두 설명할 수 있는 것은 아닙니다. 신경 세포 자체에는 의식이나 감정이 없지만, 수많은 세포가 복잡한 네트워크를 이룰 때 비로소 슬픔이나 의식 같은 고차원적인 현상이 나타나는데 이를 '창발'이라고 부릅니다. 마치 물 분자 하나에는 파도의 성질이 없지만 수많은 분자가 모여 파도를 만드는 것과 같습니다. 인지신경과학은 이러한 뇌의 생물학적 작용과 마음의 현상을 연결하려는 시도이며, 보이지 않는 마음의 실체를 과학의 영역으로 끌어들여 인간 존재의 본질을 탐구하고 있습니다. 결국 마음의 진화를 탐구하는 과정은 우주가 인간이라는 존재를 통해 자기 자신을 들여다보는 거대한 여정과 같습니다. 물질에서 시작된 진화가 생명을 낳고, 그 생명이 뇌를 거쳐 마음과 과학을 탄생시킴으로써 다시 우주의 기원을 묻게 된 것입니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 행위를 넘어, 끊어져 있던 물질과 정신의 고리를 다시 연결하여 우리가 어디에서 왔고 누구인지를 깨닫게 해줍니다. 40억 년이라는 긴 시간 동안 쉼 없이 이어져 온 진화의 물결 속에서, 인간의 마음은 우주를 이해하고 그 신비를 노래하는 가장 아름다운 도구로 자리 잡았습니다.

이대한

카오스재단카오스강연

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[석학 인터뷰] 캄브리아기 대폭발이 결정적 시기인 이유!?🌎 | 2022 카오스강연 '진화'

약 5억 4천만 년 전, 지구 생태계에는 '캄브리아기 대폭발'이라 불리는 경이로운 사건이 일어났습니다. 이는 오늘날 우리가 알고 있는 모든 동물의 기본 설계도인 '바디 플랜'이 완성된 시기로, 생명 진화의 역사에서 가장 중요한 기점으로 평가받습니다. 당시 바다에는 산소 농도가 급격히 증가하며 생명체가 활동하기에 최적의 환경이 조성되었고, 이를 바탕으로 수많은 종이 폭발적으로 분화하기 시작했습니다. 다윈조차 의문을 가졌을 만큼 이 갑작스러운 변화는 현대 고생물학에서도 여전히 핵심적인 연구 주제로 다뤄지고 있습니다. 화석 기록에 따르면 이 시기에 동물의 골격과 같은 단단한 부위가 갑자기 등장합니다. 이는 단순히 생명체가 늘어난 것을 넘어, 개체 간의 치열한 생존 경쟁이 시작되었음을 의미합니다. 먹고 먹히는 관계가 빈번해지면서 자신을 보호하기 위한 외골격이나, 더 빠르게 헤엄치기 위한 내골격의 진화가 필수적이었습니다. 즉, 공격과 방어라는 생존 전략이 맞물리며 화석으로 남을 수 있는 신체 구조가 동시다발적으로 발달하게 된 것입니다. 이러한 변화는 생명체가 환경에 수동적으로 적응하는 단계를 넘어 복잡한 생태계를 형성했음을 보여줍니다. 캄브리아기 대폭발의 가장 흥미로운 지점 중 하나는 바로 '눈'의 진화입니다. 이전의 생명체들이 단순히 빛을 감지하는 수준이었다면, 이 시기에는 사물을 구체적으로 인식할 수 있는 정교한 눈이 등장했습니다. 시각의 발달은 본격적인 포식자의 출현을 이끌었고, 이는 생태계에 거대한 파장을 일으켰습니다. 포식자로부터 살아남기 위해 동물들은 더욱 다양하고 새로운 생존 전략을 세워야 했으며, 이 과정에서 완전히 새로운 형태의 동물문들이 탄생하게 되었습니다. 눈의 진화가 생명의 다양성을 촉발한 결정적인 방아쇠 역할을 했을 가능성이 큽니다. 우리는 흔히 진화의 과정을 현대의 지식 체계 안에서만 이해하려 하지만, 진정한 진화를 이해하기 위해서는 35억 년이라는 방대한 시간의 개념을 먼저 받아들여야 합니다. 인간의 관점에서 1억 분의 1이라는 확률은 불가능에 가깝지만, 지질학적 시간의 흐름 속에서는 충분히 일어날 수 있는 필연적인 사건이 됩니다. 캄브리아기의 폭발적 변화 역시 우연한 미스터리가 아니라, 오랜 시간 축적된 환경적 요인과 생물학적 실험이 맞물려 나타난 결과입니다. 따라서 우리는 불완전한 지식의 한계를 인정하고, 당시의 환경이 왜 그런 변화를 가능하게 했는지 탐구하는 자세가 필요합니다. 캄브리아기에는 현재 우리가 볼 수 있는 형태보다 훨씬 더 기기묘묘하고 다양한 '바디 플랜'이 존재했습니다. 생명은 끊임없이 분화하며 스스로를 실험했고, 그 과정에서 나타난 수많은 형태 중 자연 선택을 통해 살아남은 것들이 오늘날 동물의 기틀이 되었습니다. 당시의 폭발적인 다양성은 생태계가 최적의 생존 모델을 찾아가는 거대한 시행착오의 과정이었던 셈입니다. 결국 캄브리아기 대폭발은 생명이 주어진 환경에서 어떻게 분화하고 적응하는지를 보여주는 가장 역동적인 사례이며, 지구 역사의 흐름 속에서 언젠가는 일어날 수밖에 없었던 필연적인 축제였습니다.

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

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[질문Q] 엽록체가 있는 진핵세포는 왜 동물로 진화하지 않았을까? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 6강 | 생명의 기원

세포 내 공생은 생명 진화의 획기적인 전환점이었습니다. 엽록체나 미토콘드리아의 조상 생명체들은 고세균과 같은 숙주 세포 안으로 들어가면서 외부의 치열한 경쟁으로부터 보호받고 안정적인 자원을 제공받게 되었습니다. 반대로 숙주 세포는 이들로부터 산소와 에너지를 공급받으며 상호 이익을 누렸습니다. 이러한 관계는 오징어와 발광 세균의 사례에서도 찾아볼 수 있는데, 미생물은 숙주로부터 먹이를 얻고 오징어는 미생물이 내는 빛을 이용해 포식자를 피하거나 먹이를 찾으며 공존의 지혜를 발휘합니다. 생명의 기원에 대해서는 단 하나의 뿌리만을 생각하기 쉽지만, 실제로는 여러 곳에서 시원 세포들이 탄생했을 가능성이 큽니다. 최근 학계에서는 모든 생명의 공통 조상인 'LUCA' 이전에 첫 번째 조상을 의미하는 'FUCA'라는 개념을 사용하기도 합니다. 비록 초기에는 다양한 생태계에서 여러 생명 그룹이 출현했겠지만, 환경 적응력과 경쟁 우위를 점한 특정 그룹이 생태계를 주도하면서 나머지는 멸종했을 것입니다. 결국 오늘날 지구상의 모든 생명체는 그 치열한 경쟁에서 살아남은 마지막 공통 조상의 후손들인 셈입니다. 흔히 광합성을 하는 생물은 움직이지 못한다고 생각하지만, 이는 육상 식물에 국한된 편견에 가깝습니다. 실제로 유글레나와 같은 미생물이나 미역의 생식 세포인 유주자는 편모를 이용해 빛을 찾아 활발하게 이동합니다. 바다 민달팽이 역시 광합성 효율을 높이기 위해 스스로 빛이 잘 드는 쪽을 찾아 움직이는 능력을 갖추고 있습니다. 이처럼 수많은 광합성 생물들이 생존과 번식을 위해 운동성을 유지하며 환경에 대응하고 있다는 점은 생명체들이 얼마나 다양한 방식으로 진화해 왔는지를 잘 보여줍니다. 엽록체의 내부 구조를 살펴보면 그 진화의 흔적이 고스란히 남아 있습니다. 남세균에서 유래한 틸라코이드막은 광합성의 핵심적인 역할을 수행하며, 세포 내 공생 과정을 거치면서 여러 겹의 막 구조로 발전했습니다. 1차 공생을 통해 형성된 내막과 외막은 각각 원래의 세균막과 숙주 세포의 세포막에서 기원한 것입니다. 이후 2차, 3차 공생을 거치며 막의 층수가 늘어나는 복잡한 진화 과정을 겪게 되는데, 이는 생명체가 외부 인자를 자신의 일부로 받아들여 정교하게 최적화해 온 결과물이라 할 수 있습니다. 생명체에게 운동성은 생존을 위한 강력한 도구이지만, 동시에 막대한 에너지를 소모하는 선택이기도 합니다. 동물은 에너지의 상당 부분을 이동에 사용하는 반면, 육상 식물은 움직임 대신 성장에 집중하여 빛을 더 효과적으로 확보하는 전략을 취했습니다. 나무들이 서로 더 높이 자라기 위해 경쟁하거나 층상 구조를 형성하는 것은 움직이지 않고도 최선의 효율을 내기 위한 노력입니다. 결국 운동성의 유무는 우열의 문제가 아니라, 자신의 유전자를 다음 세대에 더 안정적으로 전달하기 위해 각자의 환경에서 선택한 최적의 생활 전략인 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[인터뷰] 송충의_과학자는 질문으로 농사짓는 사람

화학의 세계에서 분자를 합성하는 과정은 우리 실생활 전반에 걸쳐 매우 중요한 역할을 수행합니다. 인류는 오랫동안 자연계의 원리를 모방하거나 특정 원소를 활용해 화학 반응을 조절해 왔지만, 최근에는 기존의 틀을 깨는 새로운 촉매 기술이 등장하여 학계의 주목을 받고 있습니다. 이 새로운 기술은 복잡한 실험 장치나 막대한 비용 없이도 효율적인 분자 합성을 가능하게 하여 기초 과학 연구의 패러다임을 바꾸고 있으며, 화학자들이 분자 구조를 더욱 자유롭게 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었습니다. 새로운 촉매의 발견은 단순히 실험 기법의 변화를 넘어, 우리가 원하는 성질의 분자를 만드는 제3의 고속도로를 건설한 것과 같습니다. 지금까지 인류는 특정 구조의 분자를 생성하기 위해 제한적인 방법론에 의존해 왔지만, 유기 촉매는 물리적, 화학적, 의학적 성질을 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 선택지를 제공합니다. 이는 마치 목적지로 가는 기존의 두 갈래 길 외에 훨씬 빠르고 효율적인 새로운 경로를 발견한 것과 같으며, 화학자들이 분자 구조를 더욱 자유롭게 설계할 수 있는 토대가 됩니다. 한국의 과학 기술이 세계적인 수준으로 도약하기 위해서는 창의적인 발상과 이를 뒷받침하는 전폭적인 지원 시스템이 필수적입니다. 과거 콜럼버스가 신항로를 개척할 때 이사벨라 여왕의 지원이 있었기에 아메리카 대륙 발견이 가능했듯, 과학자의 무모해 보이는 도전에도 믿음을 주는 사회적 분위기가 필요합니다. 또한, 단순히 새로운 발견에 그치지 않고 많은 연구자가 그 길을 따라가며 연구의 즐거움을 공유할 때 비로소 노벨상과 같은 세계적인 성과가 탄생할 수 있습니다. 현재 학계에서는 '카이랄 분자'의 자기 복제와 진화에 관한 심도 있는 연구가 진행되고 있습니다. 분자가 스스로를 복제하며 진화하는 과정을 탐구하는 것은 지구가 탄생한 초기 단계에서 생명체가 어떻게 태동했는지에 대한 시나리오를 그리는 작업입니다. 아직 명확하게 밝혀지지 않은 생명 탄생의 초기 단계를 과학적 가설로 증명해 나가는 과정은 매우 도전적인 과제입니다. 이러한 연구는 분자 수준에서의 진화를 이해함으로써 생명의 근원에 한 발짝 더 다가가는 중요한 이정표가 될 것입니다. 과학자의 본질적인 역할은 단순히 지식을 습득하는 것이 아니라, 인류를 위한 '질문'을 심고 가꾸는 농부가 되는 것입니다. 농부가 씨앗을 뿌려 가을에 풍성한 수확을 거두어 사람들을 배부르게 하듯, 과학자는 엉뚱해 보일지라도 가치 있는 질문을 던짐으로써 인류의 발전에 기여해야 합니다. 좋은 질문은 그 자체로 새로운 연구의 씨앗이 되며, 이를 통해 얻은 해답은 세상을 변화시키는 힘을 가집니다. 끊임없이 질문을 농사짓는 자세야말로 미래의 과학자들이 지향해야 할 진정한 모습입니다.

송충의

카오스재단석학인터뷰

화학

[인터뷰] 우주 최대의 미스터리는?ㅣ스페이스오페라_릴레이 인터뷰 | 우가궁7

우주를 탐구하는 인류에게는 여전히 풀리지 않는 거대한 질문들이 남아 있습니다. 가장 먼저 떠오르는 의문은 광활한 우주에 우리 외에 다른 지적 생명체가 존재하는가 하는 점입니다. 또한 우주의 대부분을 차지하고 있지만 정체를 알 수 없는 암흑물질과 암흑에너지, 그리고 블랙홀 내부와 같은 극한의 환경에서도 우리가 아는 물리 법칙이 유효한지에 대한 의문도 핵심적인 과제입니다. 이러한 미스터리들은 결국 우리가 왜, 그리고 어떻게 존재하는가라는 근본적인 물음에 답하기 위한 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 현대 우주론에서 가장 큰 비중을 차지하는 난제는 단연 암흑에너지입니다. 관측에 따르면 우주 에너지의 약 75%가 암흑에너지로 이루어져 있으며, 이는 아인슈타인이 한때 도입했다가 폐기했던 우주상수와 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다. 하지만 과학자들은 이 거대한 에너지의 정체를 밝히기 위한 실마리조차 제대로 잡지 못하고 있는 실정입니다. 이것이 과학적 질문인지조차 의심받을 정도로 난해한 이 문제는, 인류가 우주의 팽창 메커니즘을 완전히 이해하기 위해 반드시 넘어야 할 거대한 장벽과도 같습니다. 우주 전체에는 수조 개의 별이 존재하지만, 현재까지 우리가 아는 지적 생명체는 지구의 인류가 유일합니다. 확률적으로 보면 생명체의 존재는 너무나 희귀한 사건이며, 논리적으로 설명하기 힘든 신비에 가깝습니다. 따라서 차세대 천문학의 가장 중요한 목표 중 하나는 외계 생명체의 실존 여부를 확인하는 것입니다. 만약 외계 생명체가 발견된다면, 그들이 지구의 생명체와 얼마나 닮았고 또 다른지를 비교함으로써 생명이라는 현상이 우주에서 갖는 보편성을 탐구하는 새로운 학문의 장이 열릴 것입니다. 생명의 기원에 대한 탐구는 단순히 생물학적 영역을 넘어 천문학적 관점에서도 매우 중요합니다. 우주의 첫 순간이 어떻게 시작되었는지, 그리고 무기물이 어떻게 유기 생명체로 진화할 수 있었는지는 여전히 베일에 싸여 있습니다. 일부 학자들은 지구 생명체의 기원이 화성에서 온 암석에 있을지도 모른다는 가설을 제시하기도 하며, 우주 공간에서 아미노산이 형성되는 과정을 연구하기도 합니다. 이처럼 생명의 탄생 과정을 규명하는 일은 여러 학문이 융합되어야 하는 종합적인 과제이며, 인류가 풀어야 할 가장 중요한 숙제 중 하나입니다. 물리학의 관점에서 볼 때, 우리 우주가 지금처럼 거대한 크기로 오랫동안 안정적으로 존재한다는 사실 자체가 하나의 기적입니다. 현대 물리학은 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력 등은 어느 정도 이해하고 있지만, 중력의 진정한 실체와 양자 역학과의 결합 문제는 여전히 해결하지 못했습니다. 표준 우주론이 설명하지 못하는 암흑 우주의 비밀을 밝혀내고, 일반 상대성 이론과 물질의 관계를 새롭게 정립하는 사상적 구조를 만드는 것이 다음 세대 과학자들의 몫입니다. 이러한 도전은 우주의 존재 그 자체에 담긴 경이로움을 이해하는 길로 우리를 인도할 것입니다.

권우진, 김용철, 박성찬, 박창범, 신지혜, 윤성철, 이명현, 이석영, 이성재, 이영욱, 이유경, 이필진, 임명신, 임채호, 정애리, 조중현, 최기운

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
지구환경과학
천문학
융합

[강연] 내가 외계인을 상상하는 이유 (앞내용 추가!) ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 3 | 9강 ③

우주는 단순히 시공간의 집합이 아니라 물리 법칙이 허용하는 영역으로 정의될 수 있습니다. 과학자들은 이 경계 안에서 일어나는 현상을 탐구하며, 자연 법칙을 벗어난 초자연적인 영역은 상상의 영역으로 남겨둡니다. 이러한 관점은 과학적 상상력이 부족해서가 아니라, 정해진 규칙 안에서 해답을 찾아내려는 지적 치열함의 산물입니다. 우리가 살고 있는 이 우주는 물리 법칙이라는 견고한 틀 안에서 작동하며, 그 안에서 벌어지는 모든 일은 논리적으로 설명 가능해야 합니다. 과학의 탐구 과정은 루미큐브를 맞추는 것과 비슷합니다. 조각을 분해해서 다시 조립하는 것은 규칙을 어기는 행위이며, 진정한 해결책이 될 수 없습니다. 과학자들은 자연이 부여한 제한 조건을 임의로 해제하지 않고, 그 안에서 최대한의 상상력을 발휘하여 생명 탄생과 같은 복잡한 기작을 밝혀내고자 합니다. 초자연적인 존재나 지적 설계자에 의존하는 '데우스 엑스 마키나' 식의 사고를 거부하고, 물리 법칙만으로 생명의 신비를 설명하려는 노력이 바로 과학의 본질입니다. 외계 생명체에 대한 탐구가 과학적인 질문이 될 수 있는 이유는 물리 법칙이 전 우주에 동일하게 적용되기 때문입니다. 뉴턴이 사과가 떨어지는 힘과 행성이 공전하는 힘이 같음을 증명했듯, 지구에서 생명을 탄생시킨 법칙은 다른 행성계에서도 유효합니다. 실제로 소행성에서 다양한 아미노산이 발견되는 것은 우주 공간에서 유기 물질이 자연스럽게 합성됨을 보여줍니다. 탄소를 기반으로 한 복합 유기 분자가 우주에 흔하다는 사실은 생명 탄생의 가능성이 지구에만 국한되지 않음을 시사합니다. 지구는 우리가 아는 유일한 생명의 샘플이지만, 그 안의 다양성을 통해 보편성을 유추할 수 있습니다. 산소나 햇빛이 없는 극한 환경에서도 미생물이 서식한다는 사실은 외계 행성의 다양한 환경에서도 생명이 존재할 수 있음을 암시합니다. 우주 생물학자들은 사막, 극지방, 심해 등 지구상의 극한지를 연구하며 생존의 한계를 탐색합니다. 이러한 연구는 단 하나의 샘플이 가진 한계를 극복하고, 외계 생명체가 존재할 수 있는 환경적 범위를 넓혀주는 중요한 지표가 됩니다. 생명의 진화 방향 역시 물리 법칙의 제한을 받기에, 우리는 외계 생명체의 모습을 합리적으로 추론할 수 있습니다. 이를 '수렴 진화'라고 하는데, 서로 다른 조상을 가진 생명체라도 비슷한 환경에서는 최적의 형태를 갖추게 됩니다. 예를 들어 물속에서 빠르게 이동하기 위해 돌고래와 물고기가 비슷한 유선형 몸을 갖게 된 것과 같습니다. 하늘을 나는 생명체라면 대칭적인 날개를 가질 것이고, 효율적인 복제 코드를 사용하는 등 물리적 제약 안에서 가장 최적화된 솔루션을 선택했을 가능성이 큽니다. 고등 문명을 이룩한 지적 생명체라면 그 형태는 더욱 제한적일 것입니다. 과학 기술을 발전시키기 위해서는 별을 관측할 수 있는 지상 환경과 도구를 다룰 수 있는 정교한 신체 기관이 필수적입니다. 원근감을 파악하기 위한 두 개의 눈, 정보를 처리하는 뇌, 그리고 에너지를 효율적으로 얻기 위한 섭식 구조 등은 물리 법칙이 제시하는 필연적인 선택지입니다. 이러한 신체적 조건들은 지적 생명체가 갖추어야 할 최소한의 과학적 요건이자 진화의 결과물로서 나타나게 될 것입니다. 외계 생명체의 발견은 코페르니쿠스 혁명의 진정한 완성을 의미합니다. 지구가 우주의 중심이 아님을 깨달은 것처럼, 인간 역시 우주에서 유일한 지적 생명체가 아님을 확인하는 과정이기 때문입니다. 빅뱅 이후 수소와 헬륨뿐이었던 우주에 생명이 등장하고 스스로를 의식하기 시작했다는 사실은 경이로운 일입니다. 우주가 인간이라는 존재를 통해 자신을 해석하고 의식하게 되었듯이, 또 다른 지적 생명체와의 만남은 우주적 자아를 확장하는 계기가 될 것입니다. 우리는 그 경이로운 조우를 간절히 기다리고 있습니다.

윤성철

카오스재단카오스강연

천문학

[석학인터뷰] 조중현_ 지구멸망을 알게 되면 시민에게 알려야 할까? | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

우주 개발이 본격화된 1957년 이후 인류는 8,000개가 넘는 인공 구조물을 우주로 쏘아 올렸습니다. 인공위성과 탐사선들은 각자의 임무를 수행하지만, 모든 기계에는 수명이 존재합니다. 활동을 마친 구조물들은 궤도 수명이 다하면 지구 중력에 이끌려 대기권으로 추락하게 되는데, 이는 지상의 인류에게 실질적인 재해로 다가올 수 있습니다. 이러한 인공적인 위협으로부터 지구의 안전을 지키고 대응 시나리오를 마련하는 것은 현대 우주 과학의 중요한 과제 중 하나로 자리 잡았습니다. 우주에는 인공적인 위협 외에도 소행성이나 혜성 같은 자연적인 위험 요소가 상존합니다. 실제로 2013년 러시아 첼랴빈스크에 추락한 소행성은 수천 채의 가옥을 파괴하고 많은 부상자를 발생시켰습니다. 과거 시베리아 퉁구스카 지역의 대폭발처럼 인류가 만든 핵무기보다 강력한 에너지를 지닌 천체 충돌은 역사 속에서 반복되어 왔습니다. 현대 사회는 인구가 밀집된 대도시를 중심으로 발전했기에, 작은 충돌이라도 과거와는 비교할 수 없는 막대한 피해를 입힐 가능성이 큽니다. 지구는 약 45억 5,000만 년이라는 유구한 세월 동안 수많은 우주의 격변을 견뎌내며 살아남았습니다. 하지만 그 장구한 역사 속에서 인류의 등장은 찰나에 불과하며, 우리가 말하는 우주의 위험은 사실 지구 자체가 아닌 인류의 생존에 직결된 문제입니다. 영화 속 상상력이 아닌 현실의 위협으로서 소행성 충돌은 지구상의 생명체와 문명을 순식간에 앗아갈 수 있는 파괴력을 지닙니다. 따라서 우주를 바라보는 우리의 시각은 단순한 탐구를 넘어 인류라는 종의 보존을 위한 방어적 관점으로 확장되어야 합니다. 지구 방위를 위해 전 세계 전문가들은 '지구 방위 학회(PDC)'를 통해 구체적인 대응책을 논의합니다. 여기에는 NASA의 전문가들뿐만 아니라 핵물리학자들도 참여하여 소행성의 궤도를 변경하기 위한 물리적 충돌이나 핵에너지를 이용한 방어 시나리오를 연구합니다. 우주 공간에는 공기가 없기에 핵폭발의 충격파 대신 방사 에너지를 활용해 천체를 밀어내는 정교한 기술이 검토됩니다. 매년 다양한 국가와 지역을 타격 지점으로 설정한 가상 시나리오를 반복하며, 인류는 보이지 않는 우주의 위협에 대비하는 방패를 구축하고 있습니다. 우주에 대한 탐구는 결국 '우리는 누구인가'라는 철학적인 질문과 맞닿아 있습니다. 칼 세이건이 말한 '코스모스'가 물리적 우주를 넘어 생명의 기원과 철학을 포괄하듯, 우주 위험에 대한 대응 역시 인류의 존재 가치를 지키는 일입니다. 모든 시민이 이 전문적인 분야를 깊이 공부할 필요는 없겠지만, 적어도 정책을 결정하는 이들과 전문가들은 인류의 생존이 걸린 이 주제를 무겁게 인식해야 합니다. 우주는 아름다운 신비의 대상인 동시에, 우리가 끊임없이 살피고 대비해야 할 거대한 생존의 현장이기 때문입니다.

조중현

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

지구환경과학
천문학

[연구뭐하지?] 심민섭 교수_서울대학교 '지구미생물학 연구실' | 인류보다 더 오래된 지구의 원주민, 미생물

우리가 살고 있는 현재의 지표 환경은 지난 45억 년이라는 기나긴 시간 동안 지구와 생명체가 끊임없이 상호작용한 결과물입니다. 초기 지구는 지금보다 훨씬 뜨거웠으며, 지구가 점차 식어가는 과정에서 지표의 화학적 조성이 변화했고 그에 맞춰 생명체의 생태도 진화해 왔습니다. 특히 산소를 발생시키는 광합성 생명체의 등장은 인류가 숨 쉴 수 있는 대기를 형성하는 결정적인 계기가 되었습니다. 이처럼 지구의 역사는 단순히 암석의 변화가 아니라, 지구와 생명체가 서로 영향을 주고받으며 만들어온 거대한 서사시라고 할 수 있습니다. 지구의 역사를 이해하기 위해 연구자들은 미생물에 주목합니다. 미생물은 지구 탄생 초기부터 거주해 온 원주민과 같은 존재로, 매우 다양한 원소를 이용해 대사 작용을 수행하며 지구 환경에 깊숙이 관여해 왔습니다. 하지만 미생물은 크기가 매우 작고 형태가 단순하여 일반적인 화석 기록으로는 그 흔적을 찾기가 매우 어렵다는 한계가 있습니다. 따라서 눈에 보이는 형태적 화석보다는 미생물이 남긴 미세한 화학적 흔적을 추적하는 것이 과거의 생태계를 복원하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 됩니다. 미생물이 남긴 암석 속의 흔적을 해석하기 위해서는 먼저 현대의 미생물들이 어떤 화학적 흔적을 만들어내는지 연구해야 합니다. 이를 통해 일종의 '암호표'를 만드는 과정이 필요합니다. 현재의 생태계에서 얻은 데이터를 바탕으로 과거 암석에 기록된 화학적 흔적을 대조하고 해석함으로써, 수십억 년 전의 생태계를 생생하게 복원할 수 있습니다. 이러한 연구 방식은 단순히 과거를 돌아보는 것에 그치지 않고, 지구의 미래나 생명체가 존재할 가능성이 있는 외계 행성을 탐사하는 데에도 중요한 기초 자료로 활용될 수 있습니다. 지구생물학은 지질학적 증거인 암석과 생물학적 원리를 결합한 융합 학문입니다. 연구실에서는 지질학을 전공한 연구자들이 암석에서 화학적 흔적을 추출해 과거 미생물의 활동을 추적하는 한편, 생물학적 배경을 가진 연구자들은 가상의 생태계를 조성해 미생물을 직접 배양하기도 합니다. 미생물의 대사 과정에서 발생하는 화학적 흔적들이 왜, 어떻게 만들어지는지 정밀하게 분석함으로써 지질학적 기록의 신뢰도를 높이는 것입니다. 이러한 다각적인 접근은 지구라는 거대한 시스템을 이해하는 데 필수적인 과정입니다. 연구의 대상은 거대한 공룡에서 눈에 보이지 않는 미생물로 옮겨왔지만, 미지의 세계를 탐구하고자 하는 열정은 변함이 없습니다. 눈에 보이는 거대한 화석 대신 화학적 흔적 분석에 집중하면서 연구의 스케일은 과거에 비해 작아졌을지라도, 그 속에 담긴 지구의 비밀은 결코 작지 않습니다. 과거의 환경을 복원하고 생명의 기원을 찾아가는 여정은 지금도 척박한 현장 조사와 정밀한 실험실 분석을 통해 계속되고 있습니다. 이러한 탐구는 우리가 발을 딛고 있는 이 행성의 과거와 미래를 연결하는 소중한 통로가 됩니다.

심민섭

카오스재단연구뭐하지

생명과학
지구환경과학

[그림으로 보는 과학뉴스] 소행성 탐사 part1

일본의 소행성 탐사선 하야부사 2호가 소행성 류구에서 채취한 귀중한 샘플을 지구로 보내왔습니다. 2020년 12월, 하야부사 2호는 지표 약 200km 상공에서 류구의 샘플이 담긴 캡슐을 호주 사막으로 떨어뜨리는 데 성공했습니다. 이 샘플들은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)를 통해 전 세계 연구팀에 전달되어 정밀 분석 과정을 거치게 됩니다. 막대한 비용과 기술력을 투입해 소행성 샘플을 가져온 이유는 단순한 기술 과시를 넘어 우주의 근원적인 비밀을 풀기 위함입니다. 우리는 흔히 밤하늘을 수놓는 유성이나 땅에 떨어진 운석을 보며 우주를 실감합니다. 운석은 우주를 떠돌던 파편 덩어리가 지구 대기권을 통과해 지표면에 도달한 것이며, 대기 중에서 타버리는 것은 유성이라 부릅니다. 특히 지구가 혜성이나 소행성이 지나간 궤도를 통과할 때 그 파편들이 대거 유입되면서 장관을 이루는 것이 바로 유성우입니다. 소행성은 이러한 천체들의 본체와 같은 존재로, 태양계 형성 당시의 정보를 고스란히 간직하고 있는 거대한 바위 덩어리라고 할 수 있습니다. 천문학자들이 소행성에 주목하는 이유는 이들이 '태양계의 화석'이기 때문입니다. 약 46억 년 전 거대한 성운이 회전하며 태양과 행성들이 만들어질 때, 행성으로 합쳐지지 못하고 남은 잔재들이 바로 소행성과 혜성입니다. 행성들은 형성 과정에서 반복된 충돌로 인해 초기 상태가 변형되었지만, 소행성은 당시의 성분을 온전히 유지하고 있습니다. 따라서 소행성 샘플을 분석하는 것은 태양계가 처음 만들어지던 시점의 기록을 읽어내는 것과 같습니다. 초기 지구는 뜨거운 불덩어리 상태인 '마그마 바다'를 이루고 있었습니다. 이러한 환경에서는 물이 존재하기 어려웠을 것이기에, 현재 지구의 풍부한 바다가 어디에서 왔는지에 대한 의문이 생깁니다. 과학자들은 지구가 식은 이후, 물을 많이 머금고 있는 소행성이나 혜성이 충돌하며 외부에서 물을 공급했을 것이라는 가설을 가장 유력하게 보고 있습니다. 이 가설을 증명하기 위해 소행성의 성분을 직접 확인하려는 노력이 계속되고 있습니다. 결국 지구의 바다와 생명체의 근원이 되는 유기물들이 태양계 형성 초기의 재료들로부터 왔을 가능성이 큽니다. 소행성 류구에서 가져온 샘플 한 톨에는 지구가 어떻게 '물의 행성'이 되었는지, 그리고 생명 탄생에 필요한 재료들이 어떻게 전달되었는지에 대한 단서가 숨겨져 있습니다. 우주 저 멀리서 온 작은 파편들이 들려주는 이야기는 인류가 어디에서 왔을까를 밝혀줄 중요한 열쇠가 될 것입니다. 소행성 탐사는 단순한 우주 개발을 넘어 우리 존재의 뿌리를 찾아가는 여정입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

생명과학
지구환경과학
천문학

[강연] 생명을 품은 행성으로 살아남기 by이정은｜2020 서울대 자연과학 공개강연 '과학으로 살아남기' | 3강

우주는 광활하지만 생명체가 존재한다고 알려진 곳은 현재까지 지구가 유일합니다. 2019년 노벨 물리학상이 외계 행성 발견자들에게 수여된 것은 인류가 생명의 기원을 찾으려는 열망이 얼마나 큰지를 잘 보여줍니다. 우리는 태양계 너머 수많은 행성계가 존재함을 알게 되었고, 그 속에서 지구와 같은 환경을 가진 행성을 찾기 위해 끊임없이 탐구하고 있습니다. 이러한 탐구는 결국 우리 지구가 어떻게 생명을 품은 행성으로 살아남았는지에 대한 근원적인 질문으로 이어지며, 우주적 관점에서 우리의 존재를 다시금 돌아보게 합니다. 지구는 우리 은하 중심에서 약 2만 7천 광년 떨어진 변두리에 위치하며, 이는 생명 탄생에 매우 유리한 조건입니다. 은하 중심의 위험한 환경을 피해 평범하고 안정적인 태양이라는 별 옆에 자리 잡았기 때문입니다. 태양은 너무 밝지도 무겁지도 않아 약 100억 년이라는 긴 수명을 가졌으며, 이는 지구가 생명을 잉태하고 지적 존재로 진화할 수 있는 충분한 시간을 제공했습니다. 광활한 우주 속에서 지구는 아주 작은 점에 불과하지만, 그 위치와 시간적 배경은 생존을 위한 완벽한 조화를 이루며 우리가 오늘날 이곳에 존재할 수 있게 했습니다. 태양계의 여덟 개 행성 중 오직 지구에만 생명이 존재하는 핵심적인 이유는 표면에 액체 상태의 물이 있기 때문입니다. 천문학자들은 별 주위에서 물이 액체로 존재할 수 있는 영역을 '생명 서식 지대'라고 부릅니다. 케플러 미션을 통해 수천 개의 외계 행성을 발견하며 지구와 닮은 환경을 찾으려 노력했지만, 단순히 위치만으로는 생명의 존재를 확신할 수 없습니다. 금성이나 화성처럼 같은 서식 지대에 있더라도 행성마다 각기 다른 물리적 조건에 따라 생명체의 거주 가능 여부가 극명하게 갈리기 때문이며, 이는 지구만의 특별한 조건을 연구해야 하는 이유가 됩니다. 행성이 형성되는 과정에서 '설선(Snow Line)'은 행성의 크기와 성분을 결정하는 중요한 경계가 됩니다. 이 경계 안쪽에서는 열에 의해 얼음이 승화하여 작은 암석 행성이 만들어지고, 바깥쪽에서는 얼음 입자들이 먼지를 뭉치게 도와 거대 행성이 탄생합니다. 흥미로운 점은 지구가 형성될 당시 태양의 강력한 에너지로 인해 지표면의 탄소가 대부분 파괴되었다는 사실입니다. 생명체의 뼈대인 탄소가 부족했던 초기 지구가 어떻게 지금처럼 풍부한 유기물을 보유하게 되었는지는 행성 진화의 신비로운 과정 중 하나이며, 이는 외부로부터의 물질 유입 가능성을 시사합니다. 초기 지구는 미행성들의 충돌로 인해 뜨거운 마그마 상태였으며, 이 과정에서 물과 대기를 잃어버렸을 가능성이 큽니다. 과학자들은 오늘날 지구의 물과 탄소가 혜성과의 충돌을 통해 외부에서 유입되었을 것으로 추정합니다. 로제타 미션을 통해 혜성 67P를 탐사한 결과, 그곳에서 아미노산의 일종인 글리신을 포함한 다양한 유기 물질이 발견되었습니다. 이는 생명의 씨앗이 우주 공간으로부터 전달되었을 가능성을 뒷받침하며, 지구가 생명을 품을 수 있는 화학적 토대를 마련하는 데 결정적인 역할을 했음을 보여주는 중요한 증거가 됩니다. 행성의 질량은 생명 유지 시스템을 가동하는 원동력입니다. 지구는 적당한 질량 덕분에 내부 열을 유지할 수 있었고, 이는 액체 상태의 외핵과 자기장을 형성하여 태양풍으로부터 대기를 보호했습니다. 또한 판구조론에 의한 탄소 순환은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하여 적정한 온실 효과를 유지하게 합니다. 반면 질량이 작은 화성은 내부가 빠르게 식어 자기장과 대기를 잃었고, 금성은 폭주하는 온실 효과로 인해 생명이 살 수 없는 환경이 되었습니다. 결국 행성의 크기와 지질학적 활동이 그 행성의 생존 운명을 결정짓는 핵심 요소인 셈입니다. 현재 지구는 온난화 가속화라는 심각한 위기에 직면해 있으며, 이는 과거 금성이 겪었던 온실 효과의 폭주와 닮아 있습니다. 해수면 상승과 기온 변화가 계속된다면 지구는 더 이상 생명을 품은 행성으로 남지 못할 수도 있습니다. 인류는 화성을 지구처럼 만드는 테라포밍을 꿈꾸기도 하지만, 그보다 앞서야 할 것은 유일한 안식처인 지구를 본래의 모습대로 지켜내는 일입니다. 지구가 생존해 온 경이로운 과정을 이해한다면, 우리가 지금 발 딛고 있는 이 행성을 보존하는 것이 얼마나 절실하고 중요한 과제인지 다시 한번 깨닫게 됩니다.

이정은

카오스재단서울대자연과학공개강연

천문학

[강연] 패널토의 by우종학 김상욱 장대익 | 2019 콘서트 '변신, 기원이야기' 마지막 변신 (4) | 4부

우주를 깊이 연구하다 보면 초기 조건이나 진화 과정이 마치 인간의 존재를 위해 정교하게 설계된 것처럼 보일 때가 있습니다. 이를 '인류 원리'라고 부르는데, 이는 우주의 특별한 조건들이 인류의 탄생을 가능하게 했다는 관점입니다. 비록 지극히 인간 중심적인 사고라는 비판도 존재하지만, 과학자들은 이를 통해 우주의 미세 조정된 물리 상수들이 갖는 의미를 깊이 있게 고찰해 왔습니다. 이러한 논의는 우리가 왜 이곳에 존재하는가라는 근원적인 질문에 대한 과학적, 철학적 답변을 찾는 과정이라 할 수 있습니다. 인류 원리에 대한 대안으로 제시되는 흥미로운 가설 중 하나는 '다중 우주론'입니다. 우리 우주가 유일한 것이 아니라 무수히 많은 우주 중 하나라면, 그중 생명체가 살기에 적합한 환경을 가진 우주가 존재하는 것은 확률적으로 당연한 일이 됩니다. 비록 아직 직접적인 물질적 증거는 부족하지만, 다중 우주론은 인간 중심적인 해석을 배제하고 우리 존재를 과학적으로 설명하려는 시도로서 많은 지지를 받고 있습니다. 이는 우주를 바라보는 우리의 시야를 무한의 영역으로 확장해 주며, 존재의 우연성을 과학의 틀 안으로 끌어들입니다. 과학의 역사는 끊임없는 변신의 역사입니다. 흔히 '패러다임 전환'이라 불리는 거대한 변화를 통해 인류는 우주와 자연을 이해하는 관점을 혁명적으로 바꾸어 왔습니다. 하지만 현대 과학자들은 새로운 이론이 과거의 지식을 완전히 부정하기보다는, 기존의 틀을 유지하면서 더 넓은 영역을 포괄하는 방식으로 발전한다고 봅니다. 뉴턴의 고전 역학이 상대성 이론과 양자역학이라는 더 큰 집의 일부가 된 것처럼, 과학은 점진적으로 완성도를 높여가며 우주의 실재에 다가가고 있습니다. 이러한 축적의 과정이 인류 문명을 지탱하는 견고한 기초가 됩니다. 우주의 역사는 곧 생명의 역사이기도 합니다. 138억 년 전 빅뱅에서 시작된 수소와 헬륨의 우주는 별의 탄생과 죽음을 거치며 생명에 필요한 무거운 원소들을 만들어냈습니다. 물리학적 관점에서 생명은 결국 원자들의 정교한 조합이며, 열역학적 법칙 안에서 자기 복제와 유지를 수행하는 경이로운 현상입니다. 이처럼 물리학과 생물학의 경계를 넘나드는 통합적 시각은 우주 전체의 흐름 속에서 인간이 차지하는 위치를 더욱 명확하게 이해할 수 있도록 돕습니다. 원자의 탄생에서 지적 생명체의 출현까지 이어지는 과정은 그 자체로 하나의 거대한 드라마입니다. 인류의 미래에 대한 전망은 낙관과 비관이 공존하는 영역입니다. 우주가 가속 팽창하며 모든 것이 산산이 흩어지는 먼 미래를 생각하면 허무함이 느껴질 수도 있지만, 과학자들은 인류가 가진 지성과 기술의 힘에 주목합니다. 우리는 자연적인 멸종의 위기를 극복하고 우주가 존재하는 한 생존의 방법을 찾아낼 잠재력을 지니고 있습니다. 과학 기술의 발전은 단순히 편리함을 넘어, 인류라는 종이 우주적 시공간 속에서 영속할 수 있는 길을 열어주는 열쇠가 될 것입니다. 이러한 낙관론은 탐구를 멈추지 않는 인류의 의지를 반영합니다. 인간의 이성이 우주의 모든 비밀을 완벽하게 파헤칠 수 있을지에 대해서는 여전히 의문이 남습니다. 우리가 새로운 사실을 하나 알아낼 때마다 그 뒤에 숨겨진 더 거대한 미지의 영역을 발견하게 되기 때문입니다. 하지만 이러한 지적 한계는 절망이 아닌 새로운 탐구의 동력이 됩니다. 과학은 정답을 내놓는 학문이라기보다, 끊임없이 질문을 던지고 그 답을 찾아가는 과정 그 자체에 가치가 있습니다. 미지의 세계를 보존하며 탐구하는 자세야말로 과학 정신의 핵심이며, 이는 인류가 우주를 대하는 가장 겸손하면서도 위대한 태도입니다. 우리는 우주라는 거대한 수수께끼의 일부이자, 동시에 그 수수께끼를 풀어나가는 유일한 존재입니다. 우주의 역사책은 인류의 이해가 깊어질 때마다 처음부터 다시 쓰여야 하는 운명을 지니고 있습니다. 기원의 문제로 끊임없이 돌아와 질문을 던지는 행위는 우리가 누구인지, 어디로 가고 있는지를 확인하는 과정입니다. 우주적 변신의 최종 결과물인 인류가 우주를 이해하려 노력하는 이 드라마는, 그 자체로 우주가 스스로를 인식하는 경이로운 순간이라 할 수 있습니다. 우리는 이 끝없는 탐구의 여정을 통해 존재의 의미를 매 순간 새롭게 정의해 나갑니다.

김상욱, 우종학, 장대익

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물리학
생명과학
천문학
융합

[강연] 물질에서 생명으로의 변신 by김상욱 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (2) | 2부

우주의 탄생과 초신성의 폭발을 거쳐 만들어진 원소들은 주기율표라는 질서정연한 체계를 이룹니다. 이 원소들은 마치 레고 블록처럼 서로 결합하여 물이나 소금 같은 새로운 물질을 만들어내며, 더 나아가 생명이라는 정교한 작품을 탄생시킵니다. 물리학적 관점에서 생명은 결국 원자들의 변신과 조합으로 이루어진 결과물입니다. 우리 몸을 구성하는 원자들은 아주 오래전 별의 내부에서 만들어져 지구로 온 것이기에, 우리는 모두 별에서 온 후예라고 할 수 있습니다. 물리학자가 생명을 이야기하는 것은 낯설게 느껴질 수 있지만, 양자물리학의 거장 슈뢰딩거는 이미 1944년에 '생명이란 무엇인가'라는 질문을 던졌습니다. 생명체 또한 원자로 구성되어 있기에 그 본질을 이해하려면 원자의 세계를 들여다보아야 합니다. 생명은 우주에서 가장 흔한 원소들인 수소, 탄소, 질소, 산소로 이루어져 있습니다. 이는 생명이 우주의 보편적인 질서 속에서 탄생했음을 의미하며, 물리학적 법칙을 통해 생명의 신비를 풀어낼 수 있는 근거가 됩니다. 우리 몸의 97%를 차지하는 네 가지 원소는 각기 독특한 역할을 수행합니다. 수소는 가장 단순하면서도 풍부한 원소로 에너지를 만드는 핵심 역할을 하며, 탄소는 네 개의 팔을 이용해 복잡한 유기물의 뼈대를 형성합니다. 질소는 생명 현상의 병목 구간을 담당하고, 산소는 전자를 강력하게 끌어당기는 성질을 통해 생명 활동에 필요한 에너지를 방출하게 합니다. 이러한 원소들의 화학적 결합과 상호작용이 모여 비로소 살아 움직이는 생명체의 기초가 마련되는 것입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 우주의 무질서도는 항상 증가하지만, 생명체는 에너지를 사용하여 자신의 질서를 유지합니다. 생명은 외부에서 에너지를 받아들여 끊임없이 자신을 보수하고 정돈하는 과정을 거칩니다. 우리가 숨을 쉬는 호흡 과정은 사실 세포 수준에서 일어나는 '천천히 타오르는 연소'와 같습니다. 산소가 전자를 가져오며 발생하는 에너지는 생명체가 무질서로 향하는 자연의 흐름을 거스르고 고유한 질서를 유지할 수 있게 해주는 원동력이 됩니다. 세포 내부에서 벌어지는 복잡한 화학 반응들은 누군가의 지시가 아닌, 분자들의 무작위적인 움직임과 충돌을 통해 일어납니다. 물속에서 엄청난 속도로 움직이는 분자들은 적절한 시기에 서로를 만나 반응을 일으키며 생명 활동을 이어갑니다. 이는 마치 수많은 망치가 공중에 날아다니다가 필요할 때 손에 잡히는 것과 같은 확률적인 과정입니다. 따라서 생명체는 영양분을 섭취하여 분자의 농도를 유지하고, 적절한 체온을 유지함으로써 이러한 분자들의 운동을 활발하게 만들어야 합니다. 최초의 생명체는 에너지를 스스로 만들기 어려운 환경에서 탄생했을 가능성이 큽니다. 심해의 열수 분출구는 수소 이온 농도 차이가 자연적으로 존재하여 외부의 도움 없이도 에너지를 공급받을 수 있는 최적의 장소였습니다. 이곳의 작은 기포들은 오늘날 세포의 크기와 유사하며, 초기 생명체가 에너지를 얻고 복제를 시작할 수 있는 요람이 되어주었습니다. 생명은 이처럼 척박해 보이는 환경에서도 물리학적인 에너지 구배를 활용하여 그 위대한 첫걸음을 내디뎠을 것으로 추정됩니다. 생명의 또 다른 본질인 복제는 DNA라는 정교한 정보 체계를 통해 이루어집니다. DNA는 원자 수준에서 정보를 저장하며, 10억 개당 단 하나의 오류만을 허용할 정도로 놀라운 정확성을 자랑합니다. 이러한 복제 시스템은 완벽을 지향하지만, 때때로 발생하는 변이는 생명체가 환경에 적응하며 다양성을 확보하는 계기가 됩니다. 결국 생명은 원자로 만들어진 정교한 화학 기계이며, 물리 법칙에 따라 자기를 유지하고 복제하며 진화해 온 우주의 경이로운 결과물이라고 할 수 있습니다.

김상욱

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물리학

[강연] 별이 피고 지는 우주의 끝에서 by우종학 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (1) | 1부

인류 문명은 오래전부터 '변신'이라는 테마에 깊이 몰두해 왔습니다. 신화와 전설은 물론 문학과 미술, 음악에 이르기까지 변신은 상상력의 원천이 되었습니다. 생물계에서도 곤충의 탈바꿈처럼 자연스러운 변화가 존재하며, 이는 진화론적 숙명과도 같습니다. 과학의 관점에서 변신은 곧 진화로 정의됩니다. 우주의 역사는 물리적, 화학적, 생물학적 진화가 겹겹이 쌓여 만들어진 거대한 변신의 기록이라 할 수 있습니다. 우주의 시작인 빅뱅은 에너지에서 물질이 탄생한 가장 극적인 변신의 순간이었습니다. 초기 우주는 상상할 수 없을 만큼 뜨거운 용광로와 같았으며, 이곳에서 쿼크와 같은 기본 입자들이 만들어졌습니다. 우주가 팽창하며 온도가 낮아지자 양성자와 전자가 결합하여 수소와 헬륨이라는 최초의 원자가 탄생했습니다. 이 단순한 원소들은 3:1의 질량비로 우주를 가득 채우며, 앞으로 펼쳐질 복잡한 우주 역사의 기초가 되었습니다. 빅뱅 이후 우주는 한동안 빛을 내는 천체가 없는 암흑 시대를 거쳤습니다. 하지만 중력의 작용으로 거대한 가스 구름들이 뭉치기 시작하면서 새로운 변화가 일어났습니다. 가스 덩어리가 수축하며 내부 온도가 1,000만 도에 도달하자, 비로소 수소 핵융합 반응이 시작되며 별이 탄생했습니다. 별의 탄생은 우주의 두 번째 기적이라 불릴 만큼 중요한 사건입니다. 별은 단순했던 우주에 빛과 열을 공급하며 다채로운 원소들을 만들어내는 공장 역할을 수행하게 됩니다. 별은 일생의 대부분을 중력과 내부 압력이 균형을 이루는 정역학적 평형 상태로 보냅니다. 별의 중심부에서는 끊임없이 핵융합 반응이 일어나며 수소에서 헬륨으로, 다시 탄소와 산소를 거쳐 가장 안정적인 원소인 철에 이르기까지 다양한 원소들이 생성됩니다. 이 과정은 마치 양파 껍질처럼 층을 이루며 무거운 원소들을 배열합니다. 별은 단순한 빛의 원천을 넘어, 우주의 화학적 다양성을 풍성하게 만드는 어머니와 같은 존재로서 기능하며 우주를 변화시킵니다. 모든 별은 결국 죽음을 맞이하지만, 그 끝은 또 다른 창조의 시작이 됩니다. 질량이 큰 별이 초신성으로 폭발할 때 발생하는 엄청난 에너지는 철보다 무거운 원소들을 만들어냅니다. 또한 중성자별끼리의 충돌과 같은 격렬한 사건을 통해 금이나 백금 같은 귀금속 원소들이 탄생하기도 합니다. 별이 죽으면서 우주 공간으로 흩뿌린 이 원소들은 성간 물질이 되어 다음 세대의 별과 행성, 그리고 생명체를 구성하는 소중한 재료가 되어 우주를 순환하게 됩니다. 우리 인간의 몸을 구성하는 원소들을 살펴보면 우주의 역사가 고스란히 담겨 있음을 알 수 있습니다. 몸의 대부분을 차지하는 산소와 탄소는 과거 어느 조상별의 내부에서 만들어진 것이며, 우리가 지닌 금 장신구의 원자들은 중성자별의 충돌에서 기원했습니다. 결국 우리는 별의 진화 과정이 낳은 산물이며, 우주에서 만들어진 원소들을 잠시 빌려 생명을 유지하고 있는 셈입니다. 인간은 우주와 분리된 존재가 아니라, 별의 먼지로 이루어진 우주의 일부분입니다. 우주의 긴 역사 속에서 인간의 삶은 100년이라는 찰나의 시간에 불과합니다. 하지만 우리는 이 짧은 시간을 통해 우주의 비밀을 탐구하고 생명의 경이로움을 느낍니다. 우리가 사용한 원소들은 언젠가 다시 우주로 돌아가 새로운 별이나 행성의 일부가 될 것입니다. 따라서 우리는 우주의 주인이라기보다 잠시 머물다 가는 구성원으로서, 우리에게 주어진 시간을 소중히 여기고 지구와 우주를 아름답게 가꾸어야 할 책임을 지니고 있습니다. 밤하늘의 별은 오늘도 우리의 삶을 지켜보고 있습니다.

우종학

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천문학

[석학인터뷰] 과학자들이 말하는 기원 - '모든 것의 기원' 통합편

현대 우주론은 빅뱅 이론과 급팽창 이론이 결합된 표준 우주론으로 설명됩니다. 우주 초기 아주 짧은 순간에 일어난 급팽창은 양자 요동을 통해 다양한 진공에너지를 가진 다중우주의 가능성을 열어주었습니다. 이러한 거시적 우주의 탄생과 더불어 미시 세계에서는 힉스입자가 중요한 역할을 합니다. 2012년 실험적으로 증명된 힉스입자는 진공에 깔린 힉스장을 통해 기본 입자들에 질량을 부여하며 현재 우리가 보는 물질세계의 근간을 마련했습니다. 우주의 대칭성과 입자의 특정한 물리량은 물질의 근원을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 우리가 매일 마시는 물 한 잔에는 우주의 장대한 역사가 고스란히 담겨 있습니다. 물을 구성하는 수소는 우주 탄생 직후의 빅뱅을 통해 만들어졌으며, 산소는 별의 내부에서 일어나는 핵융합 과정을 거쳐 탄생했습니다. 이처럼 물질은 빅뱅과 별의 진화라는 두 축을 통해 형성되었습니다. 약 45억 년 전 태양계가 형성될 당시, 원시 지구는 화성 크기의 행성인 테이아와 충돌하는 거대한 사건을 겪었습니다. 이 충돌의 결과로 현재의 지구가 만들어졌고, 흩어진 파편들이 모여 달이 형성되었다는 가설은 지구의 기원을 설명하는 유력한 이론입니다. 생명의 기원에 대해서는 외계유입설보다 지구 내 유기물의 결합으로 인한 자연발생설이 더 많은 지지를 얻고 있습니다. 초기 지구에서 자기 복제가 가능한 RNA 분자가 등장하고, 이것이 점차 안정적인 DNA로 진화하면서 생명의 기초가 마련된 것으로 보입니다. 흥미로운 점은 박테리아부터 인간에 이르기까지 지구상의 모든 생명체가 공통적으로 DNA를 공유한다는 사실입니다. 이는 모든 생명이 단 하나의 세포에서 시작되었음을 시사하며, 초기 원시 세포가 만들어지는 과정은 여전히 현대 과학이 풀어야 할 신비로운 미스터리로 남아 연구가 계속되고 있습니다. 약 32억 년 전 광합성을 하는 시아노박테리아의 등장은 지구 환경을 획기적으로 변화시켰습니다. 이들이 배출한 산소는 당시 혐기성 생물들에게는 치명적인 독소였으나, 생명체들은 공생을 통해 이를 극복했습니다. 혐기성 박테리아가 호기성 박테리아를 받아들여 미토콘드리아가 되고, 일부는 시아노박테리아를 흡수해 엽록체가 되는 세포내공생 과정을 거치며 진핵생물이 탄생했습니다. 이러한 진화적 사건은 동물과 식물의 분화로 이어졌으며, 복잡한 다세포 생명체가 번성할 수 있는 토대가 되었습니다. 인류의 진화는 아르디피테쿠스에서 시작하여 오스트랄로피테쿠스를 거쳐 호모 속으로 이어졌습니다. 약 200만 년 전 기후 위기 속에서 등장한 호모 에렉투스는 아프리카를 넘어 전 세계로 확산되었고, 마침내 호모 사피엔스가 유일한 인류로 남게 되었습니다. 뇌의 진화는 동물의 움직임과 밀접하게 연관되어 환경에 적응하고 문제를 해결하는 방향으로 발전해 왔습니다. 하지만 의식이나 정신의 기원, 그리고 우주가 왜 존재하는가와 같은 근원적인 질문들은 여전히 과학적 방법론의 한계를 시험하며 우리에게 깊은 철학적 과제를 던져주고 있습니다.

김대수, 김항배, 김형도, 박성찬, 서민아, 윤성철, 윤환수, 이대열, 이상희, 이석영, 이일하, 최덕근

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
생명과학
천문학
융합

[강연] 물질의 기원 - 빅뱅에서 희토류까지 _ by윤성철｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 3강 | 3강

우리 존재의 근원은 무엇일까요? 흔히 정신이나 이데아 같은 추상적인 가치를 숭고하게 여기지만, 사실 우리의 본질을 결정하는 것은 물질입니다. 우리가 느끼는 사랑, 기쁨, 슬픔과 같은 감정조차도 결국 원자와 분자의 정교한 상호작용이 만들어낸 결과물입니다. 현대 과학은 우주의 모든 현상을 입자의 운동으로 설명하며, 인류 문명의 발전 역시 청동과 철, 반도체와 같은 물질의 발견과 궤를 같이해 왔습니다. 따라서 물질의 기원을 탐구하는 여정은 곧 '우리는 어디에서 왔는가'라는 궁극적인 질문에 답을 찾아가는 과정이라고 할 수 있습니다. 우주는 정지해 있지 않고 끊임없이 운동하며 변화합니다. 20세기 초, 허블과 르메트르는 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어진다는 사실을 발견하며 우주 팽창의 시대를 열었습니다. 시간을 거꾸로 돌리면 우주의 모든 질량은 하나의 점으로 수렴하게 되는데, 이를 '원시 원자'라고 부릅니다. 초기 우주는 상상할 수 없을 만큼 뜨겁고 밀도가 높았으며, 빛과 입자가 서로 뒤섞인 수프와 같은 상태였습니다. 이러한 역동적인 시작은 우주가 영원불변할 것이라는 과거의 믿음을 깨뜨리고, 물질이 탄생할 수 있는 시공간적 배경을 마련해 주었습니다. 빅뱅 직후의 짧은 순간 동안 우주에서는 최초의 핵합성이 일어났습니다. 조지 가모프와 그의 동료들은 초기 우주의 높은 온도와 밀도 속에서 수소와 헬륨이 만들어지는 과정을 이론적으로 규명했습니다. 하지만 빅뱅에 의한 핵합성은 단 3분이라는 짧은 시간 동안만 허용되었습니다. 우주가 급격히 팽창하며 온도가 낮아졌기 때문입니다. 이로 인해 우주에는 수소와 헬륨만이 압도적인 비율로 존재하게 되었고, 탄소나 철과 같이 더 무거운 원소들이 만들어지기 위해서는 별이라는 거대한 용광로가 등장할 때까지 오랜 기다림이 필요했습니다. 별의 내부에서는 수소를 헬륨으로, 다시 헬륨을 더 무거운 원소로 바꾸는 연금술이 펼쳐집니다. 특히 생명의 근간이 되는 탄소의 탄생은 매우 극적인 과정을 거칩니다. 프레드 호일은 세 개의 헬륨 핵이 동시에 충돌하여 탄소가 되는 '3중 알파 반응'을 설명하며, 탄소 원자가 가진 특수한 공명 에너지 준위 덕분에 우리가 존재할 수 있음을 밝혀냈습니다. 만약 탄소 핵의 공명 에너지 준위가 조금만 달랐더라도 우주에는 생명체가 존재할 수 없었을 것입니다. 이처럼 별은 자신의 몸을 태워 산소, 질소, 규소 등 문명과 생명에 필요한 원소들을 차곡차곡 만들어냈습니다. 철보다 무거운 금이나 백금, 희토류 같은 원소들은 일반적인 별의 진화 과정만으로는 설명하기 어렵습니다. 철은 원자핵 중 가장 안정한 상태이기에 더 이상의 핵융합이 자발적으로 일어나지 않기 때문입니다. 이러한 귀금속들은 초신성 폭발이나 중성자별의 충돌과 같은 우주의 가장 격렬한 사건을 통해 탄생합니다. 특히 최근 관측된 중성자별의 충돌 현상인 '킬로노바'는 엄청난 양의 중성자를 방출하며 금과 같은 무거운 원소들을 우주로 흩뿌리는 현장을 확인시켜 주었습니다. 우리가 소중히 여기는 보석들은 사실 우주의 거대한 폭발이 남긴 흔적인 셈입니다. 우주는 별의 탄생과 죽음을 통해 물질을 끊임없이 순환시킵니다. 늙은 별이 폭발하며 내뿜은 중원소들은 우주 공간의 가스 구름과 섞여 다음 세대의 별과 행성을 만드는 재료가 됩니다. 시간이 흐를수록 우주에는 수소와 헬륨 이외의 무거운 원소 함량이 높아지며, 이는 생명체가 탄생할 확률이 점점 커졌음을 의미합니다. 우리 태양계 역시 이전 세대 별들이 남긴 유산을 물려받아 형성되었습니다. 우주의 역사는 단순히 시간이 흐르는 과정이 아니라, 복잡하고 정교한 물질들이 축적되어 생명의 가능성을 넓혀온 진화의 기록이라고 볼 수 있습니다. 우리가 마시는 물 한 잔에는 빅뱅의 수소와 별의 산소가 공존하고 있습니다. 우리 몸속을 흐르는 피의 철분과 DNA의 탄소 역시 수십억 년 전 어느 이름 모를 별의 내부에서 만들어진 것입니다. 우리는 10억 분의 1이라는 미세한 비대칭을 뚫고 살아남은 입자들의 후예이며, 우주의 모든 역사를 몸소 체현하고 있는 귀한 존재입니다. 비록 인간의 삶은 우주의 시간에 비하면 찰나에 불과하지만, 우리를 구성하는 원자 하나하나에는 우주의 시작부터 현재까지 이어진 장대한 서사가 담겨 있습니다. 우리는 모두 별에서 온 아이들이며, 그 자체로 우주의 신비를 품고 있습니다.

윤성철

카오스재단카오스강연

물리학
지구환경과학

[카오스 술술과학] 은하수를 여행할 지구인을 위한 안내서 I - 저건 다 뭐지?(별)

밤하늘을 가득 채운 빛의 99% 이상은 별입니다. 태초의 빅뱅 이후 우주는 급격히 팽창하며 식어갔고, 더 이상 새로운 물질을 만들 수 없는 차가운 공간이 되었습니다. 하지만 우주는 중력이라는 힘을 이용해 기체를 한데 모아 다시 뜨거운 열을 발생시키는 절묘한 방법을 찾아냈습니다. 이렇게 탄생한 별은 우주의 거대한 대장간이 되어, 수소와 헬륨뿐이었던 단순한 공간에서 생명에 필요한 새로운 원소들을 빚어내기 시작했습니다. 이는 우주가 스스로를 풍요롭게 만들기 위해 선택한 위대한 진화의 시작이자 생명의 기틀을 마련한 사건이었습니다. 우리와 가장 가까운 별인 태양은 지구 생태계가 유지될 수 있도록 끊임없이 빛과 열을 공급하며 안정적인 환경을 제공합니다. 놀라운 점은 이토록 격렬한 반응에도 불구하고 태양의 표면 온도가 매우 일정하게 유지된다는 사실입니다. 태양 내부의 고밀도 기체 층은 핵융합으로 발생한 에너지가 밖으로 나오는 과정을 수없이 지연시키며 열을 고르게 섞어주는 역할을 수행합니다. 이러한 정교한 메커니즘 덕분에 지구는 수십억 년 동안 생명을 유지할 수 있는 소중한 터전이 되었으며, 우리는 그 혜택 속에서 살아가고 있습니다. 별의 운명은 태어날 때의 질량에 의해 결정됩니다. 태양과 같은 중간 크기의 별은 약 100억 년의 수명을 누리며, 연료를 모두 소진하면 외부 기체를 우주로 방출하고 탄소로 이루어진 백색왜성으로 남게 됩니다. 이때 방출된 기체는 우주 공간으로 수십 광년씩 퍼져나가며 행성상 성운을 만듭니다. 별은 죽음을 통해 자신이 평생 일궈온 물질들을 다시 우주의 품으로 돌려보내며, 이는 다음 세대의 별과 행성이 태어날 수 있는 소중한 밑거름이 되어 우주의 거대한 순환 고리를 완성하는 역할을 합니다. 태양보다 훨씬 거대한 별들은 짧고 굵은 생을 마감하며 초신성 폭발이라는 장렬한 최후를 맞이합니다. 이 폭발은 수천 광년 거리까지 에너지를 쏟아내며, 별 내부에서 만들어진 산소, 철, 마그네슘과 같은 진귀한 원소들을 우주 공간에 널리 퍼뜨립니다. 이러한 현상은 단순한 파괴가 아니라 우주적 다양성을 확보하는 결정적인 사건입니다. 만약 거대한 별이 초신성 폭발을 통해 원소들을 흩뿌리지 않았다면, 우주는 생명체가 탄생할 수 없는 척박하고 고요한 공간으로 영원히 남았을 것이며 우리 인간도 존재할 수 없었을 것입니다. 우리의 몸을 구성하는 탄소, 질소, 산소 등의 원소들은 대부분 과거 어느 별의 죽음과 초신성 폭발에서 기원했습니다. 결국 인류는 별의 먼지로부터 태어난 존재이며, 우리 모두의 근원은 광활한 은하수 어딘가에 닿아 있습니다. 인종이나 지역의 차이를 넘어 우리 모두는 별에서 유래한 '스타'이자 초신성의 유산인 '슈퍼스타'인 셈입니다. 밤하늘의 별을 바라보는 것은 곧 우리 자신의 기원을 마주하고 광활한 우주 속에서 깊은 동질감을 느끼는 숭고한 여정과도 같으며, 우리는 모두 우주의 일부로서 연결되어 있습니다.

카오스재단술술과학

천문학

[석학인터뷰] 과학이 말하는 생명의 기원은?!ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 3편_ 생명, 진핵세포, 동물과 식물

생명의 기원을 설명하는 두 가지 주요 가설은 우주 기원설과 자연발생설입니다. 프랜시스 크릭이 제안한 우주 기원설은 외계의 생명 씨앗이 지구로 유입되어 진화했다는 흥미로운 주장을 담고 있으며, 이는 수많은 공상과학 영화의 모티프가 되기도 했습니다. 반면, 리처드 도킨스를 비롯한 현대 생물학자들이 주로 지지하는 자연발생설은 지구상의 유기물들이 자연스럽게 결합하여 자기복제자를 형성했다고 봅니다. 초기 지구의 환경에서 우연히 탄생한 이 자기복제자는 생명 탄생의 결정적인 첫걸음이 되었으며, 이후 수십억 년에 걸친 복잡한 진화의 역사를 여는 열쇠가 되었습니다. 초기 자기복제자의 형태는 아마도 RNA였을 것으로 추정됩니다. RNA는 정보를 저장하면서도 스스로 화학 반응을 촉매할 수 있는 능력이 있지만, 분자 구조가 비교적 불안정하다는 단점이 있습니다. 생명체는 진화와 선택의 과정을 거치며 더욱 정교하고 안정적인 정보 저장 매체를 필요로 하게 되었고, 이 과정에서 RNA는 보다 견고한 구조를 가진 DNA로 진화했을 가능성이 큽니다. 이러한 분자적 진화는 생명체가 가혹한 환경 변화에 대응하며 유전 정보를 안전하게 보존하고 다음 세대로 전달할 수 있는 생물학적 기반을 마련해 주었습니다. 지구상의 모든 생명체는 박테리아부터 인간에 이르기까지 공통적으로 DNA를 공유하고 있습니다. 이는 우리가 단 하나의 공통 조상으로부터 시작되었음을 시사하며, 이를 도식화한 것이 바로 '생명의 나무'입니다. 이 계통도에 따르면 인간은 버섯과 같은 균류와 사촌 관계일 정도로 유전적으로 가깝지만, 식물과는 매우 먼 친척 관계에 있습니다. 비록 겉모습은 판이하게 다를지라도, 지구상의 모든 생물은 수십억 년 전 탄생한 단 하나의 세포에서 뻗어 나온 가지들로서 서로 긴밀하게 연결되어 있다는 점이 생물학적 신비로움을 더해줍니다. 약 35억 년 전 지구를 지배했던 초기 생명체들은 산소가 없는 환경에서 살아가는 혐기성 박테리아였습니다. 그러나 약 32억 년 전 광합성을 통해 산소를 배출하는 시아노박테리아가 등장하면서 지구 대기 성분은 급격한 변화를 맞이했습니다. 당시 혐기성 생물들에게 산소는 치명적인 독성 물질이었으나, 일부 생명체들은 호기성 박테리아와 공생 관계를 맺음으로써 이러한 환경적 위기를 극복해 냈습니다. 이러한 세포 내 공생은 단순한 생존 전략을 넘어, 복잡한 구조를 가진 진핵생물이 출현하게 된 결정적인 계기가 되었습니다. 단세포 진핵생물이 호기성 박테리아를 받아들여 미토콘드리아로 정착시키면서 동물의 조상이 먼저 출현했을 것으로 보입니다. 이후 일부 개체들이 광합성을 하는 시아노박테리아까지 추가로 받아들여 세포 내 공생을 이룸으로써 식물의 계보가 시작되었다는 것이 현재의 유력한 시나리오입니다. 비록 동식물의 정확한 출현 시기와 과정에 대해서는 여전히 풀어야 할 미스터리가 많지만, 동물이 식물보다 먼저 등장했다는 점에는 많은 학자가 공감하고 있습니다. 원시 세포에서 시작된 이 거대한 여정은 오늘날 지구의 풍요로운 생태계를 구성하는 근간이 되었습니다.

윤환수, 이일하

카오스재단릴레이 인터뷰

생명과학

[석학인터뷰] 그것이 알고 싶다?! 현대과학으로도 도저히 설명할 수 없는 미스터리는? _1편ㅣ미스터리 릴레이

현대 과학은 우주가 빅뱅을 통해 시작되었다는 수많은 증거를 확보했지만, 정작 그 현상이 왜 발생했는지에 대해서는 여전히 답을 내놓지 못하고 있습니다. 이것이 필연적인 사건이었는지 아니면 우연의 산물이었는지조차 명확하지 않은 상황에서, 인류가 과연 이 근원적인 질문에 답할 수 있을지는 미지수입니다. 빅뱅이라는 거대한 패러다임 속에서 우리는 우주에 대한 수많은 의문을 해결해 왔으나, 그 시작점의 본질은 여전히 인간의 지성이 도달하지 못한 미지의 영역으로 남아 있습니다. 현재 천문학계의 가장 큰 화두는 암흑 에너지와 암흑 물질의 정체를 밝히는 일입니다. 만약 이 요소들 중 하나라도 존재하지 않는다는 사실이 밝혀진다면 우리가 맹신해 온 빅뱅 이론의 근간이 흔들릴 수도 있습니다. 특히 우주 상수의 미세한 값을 이해하는 것은 현대 물리학의 성배와도 같은 과제로 여겨집니다. 수많은 학자가 이 문제에 도전해 왔으나 아직 명쾌한 해답을 찾지 못했으며, 이 수수께끼를 푸는 이는 인류 과학사에 획을 긋는 업적을 남기게 될 것입니다. 입자 물리학은 소립자를 연구하는 학문이지만, 더 근본적으로는 우주의 탄생과 진화 과정을 추적하는 학문이기도 합니다. 물리학자들은 우주를 구성하는 기본 입자들이 어떻게 상호작용하며 현재의 모습을 갖추게 되었는지 그 원리를 찾고자 합니다. 특히 우리가 살고 있는 시공간이 왜 하필 4차원인지, 혹은 우리가 인지하지 못하는 여분의 차원이 존재하는지에 대한 질문은 매우 흥미로운 주제입니다. 이러한 근본적인 원리에 대한 탐구는 우주를 설명하는 궁극적인 이론에 도달하기 위한 필수적인 과정입니다. 물질의 세계를 넘어 생명의 탄생으로 시야를 확장하면 또 다른 거대한 미스터리가 우리를 기다리고 있습니다. 무생물인 물질이 어떻게 생명력을 가진 존재로 진화했는지는 물리학이 아직 제대로 다루지 못하는 영역입니다. 우주의 역사 속에서 생명이 등장한 것이 물리 법칙이 예견한 필연인지, 아니면 극히 희박한 확률이 만들어낸 우연인지에 대한 논의는 끊이지 않습니다. 특히 인간이 가진 자의식의 정체와 그것이 어떻게 형성되었는지는 과학이 풀어야 할 가장 고차원적인 숙제 중 하나입니다. 인간의 뇌는 겉보기에는 특징 없는 조직처럼 보이지만, 의식을 만들어내고 고도의 인지 기능을 수행하는 경이로운 기관입니다. 최근의 인공지능 기술은 뇌의 기능을 모방하고 있지만, 스스로를 인식하는 '앎'의 단계에는 이르지 못했습니다. 신경과학이 의식의 비밀을 밝혀낸다면 인공지능 또한 자아를 가진 존재로 진화할 가능성이 있습니다. 더불어 인간이 대규모로 협동하는 이유나 끊임없이 출현하는 새로운 질병에 대한 연구는 생물학적 관점에서 인류의 미래를 이해하는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

김대수, 김준홍, 김항배, 김형도, 박성찬, 윤성철, 이석영, 최재천

카오스재단릴레이 인터뷰

지구환경과학
천문학
융합

[카오스 술술과학] 기원, 궁극의 질문들

우주의 탄생을 추적하는 일은 138억 년이라는 거대한 시간의 장벽을 넘어서는 탐정의 수사와도 같습니다. 사건 현장은 이미 훼손된 수준을 넘어 상상할 수 없을 만큼 팽창해 버렸고, 특정한 장소를 지목하기조차 어려운 상황입니다. 하지만 과학자들은 우주 곳곳에 남겨진 미세한 흔적들을 통해 결정적인 단서를 찾아냅니다. 빅뱅 후 38만 년에 우주를 가득 채웠던 빛의 기록이나 45억 년 전 지구가 형성된 과정은 인류에게 기원에 대한 근원적인 질문을 던지게 합니다. 우리는 보이지 않는 과거의 발자국을 따라가며 우주라는 거대한 퍼즐 조각을 하나씩 맞춰가고 있습니다. 지구의 탄생 이후 발생한 가장 경이로운 사건은 바로 생명의 등장입니다. 무생물에서 시작해 스스로 움직이고 변화하며 자신과 닮은 존재를 복제해 내는 생명체는 이전의 물리적 현상과는 전혀 다른 차원의 변화를 보여주었습니다. 기나긴 진화의 여정 끝에 등장한 인류는 단순한 관찰자를 넘어, 우리 몸을 구성하는 원소들이 우주와 지구의 역사와 깊이 연결되어 있음을 깨닫게 됩니다. 결국 기원을 탐구하는 과정은 우리 자신을 이해하는 과정과 맞닿아 있으며, 인류는 스스로가 이 거대한 우주적 서사의 일부임을 증명하는 명탐정의 역할을 수행하고 있습니다. 현대의 과학자들은 망원경과 현미경을 통해 우주와 생명의 증거들을 집요하게 파헤치며 모든 존재의 역사를 재구성하고 있습니다. 이 과정에서 생명의 본질이 단순한 부분의 합인지, 아니면 그 이상의 무엇인지에 대한 철학적 질문들이 쏟아져 나옵니다. 생명의 탄생이 우연인지 필연인지, 그리고 물질의 세계에서 어떻게 정신이라는 고차원적인 현상이 발현될 수 있었는지에 대한 탐구는 여전히 진행 중입니다. 기원의 문제는 단순히 과거를 돌아보는 것이 아니라, 인간의 본질과 우주에서의 위치를 정의하는 궁극의 질문들로 우리를 안내하며 끊임없는 지적 탐험을 촉구합니다.

카오스재단술술과학

물리학
융합

[석학인터뷰] 김유수_ 분자의 기원, 정말 미스터리하지 않나요? | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

표면 화학은 물질의 경계면에서 일어나는 독특한 현상을 탐구하는 매력적인 분야입니다. 분자가 특정 표면에 흡착될 때 발생하는 물리적, 화학적 변화는 물질의 성질을 근본적으로 이해하는 데 중요한 열쇠가 됩니다. 특히 기존의 용액이나 기체 상태에서는 관찰할 수 없었던 새로운 반응 경로를 발견할 수 있다는 점에서 현대 과학의 핵심적인 위치를 차지하고 있습니다. 이러한 미세한 상호작용을 분석하는 과정은 물질 세계의 비밀을 풀어나가는 흥미로운 여정입니다. 연구자로서의 길은 끊임없는 자기 증명과 학문적 호기심의 연속입니다. 낯선 환경에서 연구를 수행하며 겪는 현실적인 어려움은 오히려 학자로서의 정체성을 견고하게 다지는 계기가 됩니다. 또한, 분자가 어떻게 탄생하고 진화하여 생명체로 이어졌는지에 대한 근원적인 질문은 과학자가 평생을 바쳐 탐구할 가치가 있는 거대한 미스터리입니다. 이러한 본질적인 탐구 정신은 직업적인 고뇌를 넘어 연구를 지속하게 하는 가장 강력한 동력이 됩니다. 학문의 길에서 개인의 성취보다 중요한 것은 지속 가능한 연구 환경을 구축하는 일입니다. 연구자로서 쌓아온 전문 지식과 지혜는 후배 과학자들이 시행착오를 줄이고 성장할 수 있는 밑거름이 되어야 합니다. 직접적인 탐구 활동을 넘어 다음 세대를 육성하고 그들이 역량을 마음껏 펼칠 수 있는 토대를 마련해 주는 헌신적인 자세야말로, 과학자로서의 생애를 가치 있게 마무리하는 가장 고귀한 태도라고 할 수 있습니다.

김유수

카오스재단카오스강연

화학

[카오스 술술과학] 거울아 거울아, 세상에서 제일 예쁜 분자가 뭐니?

생명체를 구성하는 거대 분자인 고분자 중에서도 DNA는 유전 정보를 전달하는 핵심적인 역할을 수행합니다. DNA는 아데닌, 티민, 구아닌, 사이토신이라는 네 가지 염기의 조합으로 모든 생명의 설계도를 그려냅니다. 흥미로운 점은 이들 분자가 화학적으로는 매우 흔한 퓨린이나 피리미딘 계열의 사촌들과 닮았음에도 불구하고, 오직 이 네 가지만이 선택되었다는 사실입니다. 수많은 유사 분자들 사이에서 왜 하필 이들이 생명의 언어로 낙점되었는지에 대한 의문은 분자 수준의 정교한 선택 과정을 암시합니다. 자연이 특정 염기만을 선택한 기준은 바로 분자의 안정성에 있습니다. 모든 분자는 빛이나 열 에너지를 받으면 에너지가 높아지는 '들뜬 상태'가 될 수 있는데, 이때 분자는 구조가 변하거나 다른 물질로 바뀌기 쉽습니다. 아데닌과 그 쌍둥이 형제 분자를 비교해 보면, 아데닌은 에너지를 받아도 쉽게 들뜨지 않는 반면 형제 분자는 매우 민감하게 반응합니다. 유전 정보라는 막중한 임무를 수행하기 위해서는 외부 자극에도 변치 않는 충실함이 필수적이었기에, 자연은 가장 안정적인 분자들을 선택하여 생명의 연속성을 보장한 것입니다. 단백질을 구성하는 기본 단위인 아미노산에서도 자연의 기묘한 선택은 계속됩니다. 화학적으로는 두 형태가 동등한 지위를 가져야 마땅하지만, 놀랍게도 지구상의 모든 생명체 내 단백질은 오직 한쪽 방향의 분자로만 이루어져 있습니다. 이러한 불균형 현상은 생태계를 지배하는 독특한 특징이며, 이는 생명 탄생의 신비를 푸는 중요한 열쇠로 여겨집니다. 과학자들은 이를 통해 생명 시스템이 어떻게 정교하게 구축되었는지 연구하고 있으며, 이는 현대 과학이 당면한 가장 어려운 난제 중 하나로 손꼽힙니다. 왜 자연이 왼손잡이 아미노산만을 선택했는지에 대해서는 현대 과학에서도 여전히 명확한 해답을 내놓지 못하고 있습니다. 초기 우주 형성 과정에서 미세하게 더 많았던 특정 방향의 분자가 진화를 거치며 증폭되었다는 가설이 존재하지만, 이를 뒷받침할 결정적인 근거는 아직 부족한 실정입니다. 거울 속의 세상처럼 완벽히 대칭적인 두 가능성 중 하나가 선택된 이 사건은, 단순한 화학적 우연을 넘어 생명 시스템이 구축되는 과정에서 발생한 가장 극적이고도 신비로운 현상 중 하나로 평가받습니다. 결국 분자의 세계에서 시작된 이 질문은 우주의 기원과 생명의 탄생을 잇는 거대한 징검다리가 됩니다. 우주가 팽창하고 냉각되는 과정에서 물질들이 형태를 갖추고, 작은 분자들이 결합하여 DNA와 아미노산이라는 생명의 근원에 도달하기까지의 여정은 유기적으로 연결되어 있습니다. 호모카이랄리티라는 현상은 우리가 단순히 지구라는 환경을 넘어, 우주 전체의 질서 속에서 생명이 어떻게 정의되고 형성되었는지를 다시금 성찰하게 만듭니다. 분자 하나에 담긴 선택의 흔적이 곧 우주의 역사인 셈입니다.

카오스재단술술과학

화학

[강연] 구글 신은 아직도 모든 것을 알고 있다? (1) _ by정하웅 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 1강 | 1강 ①

과학은 우리 삶의 근간을 이루는 학문이지만, 대중에게는 여전히 어렵고 멀게 느껴지는 영역이기도 합니다. 이러한 간극을 좁히기 위해 마련된 대중과학강연은 지식의 공유를 넘어 미래를 준비하는 중요한 소통의 장이 됩니다. 특히 기초과학의 중요성을 알리고 복잡한 이론을 쉽게 풀어내는 시도는 현대사회에서 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 많은 이들이 과학적 사고를 통해 세상을 바라볼 때, 비로소 우리 사회는 더 나은 방향으로 나아갈 동력을 얻게 됩니다. 우리가 마주할 미래는 과학기술의 발전 속도에 따라 그 모습이 결정됩니다. 인공지능, 로봇공학, 생명공학 등 다양한 분야가 융합하며 만들어낼 변화는 예측하기 어려울 정도로 빠르고 광범위합니다. 이러한 변화의 흐름 속에서 '미래과학'이라는 주제는 단순한 호기심을 넘어 생존과 직결된 화두가 되었습니다. 다가올 시대를 이해하기 위해서는 현재의 과학적 성취를 점검하고, 그것이 우리 삶에 어떤 영향을 미칠지 깊이 있게 고찰하는 시간이 반드시 필요합니다. 최근 과학에 대한 대중의 관심이 그 어느 때보다 뜨겁습니다. 수준 높은 과학강연에 참여하기 위해 치열한 경쟁을 뚫어야 할 정도로, 지적 갈망을 채우고자 하는 열기가 대단합니다. 이는 단순히 정보를 습득하는 것을 넘어, 전문가와 소통하며 과학적 통찰력을 얻고자 하는 욕구가 반영된 결과입니다. 이러한 열정적인 참여는 과학계와 대중 사이의 벽을 허물고, 과학이 문화의 일부로 자리 잡는 데 결정적인 역할을 하고 있으며 새로운 지식의 지평을 넓혀줍니다. 과학의 가치를 전달하는 과정에서 지식을 전달하는 매개자의 역할은 매우 막중합니다. 복잡한 수식과 이론 뒤에 숨겨진 흥미로운 이야기들을 발굴하여 대중의 눈높이에 맞게 전달하는 것은 고도의 전문성을 요하는 작업입니다. 청중이 과학의 매력을 발견하고 스스로 질문을 던질 수 있도록 돕는 가교 역할은 과학대중화의 핵심입니다. 이러한 노력이 모여 과학은 더 이상 전문가들만의 전유물이 아닌, 모두가 즐기고 토론할 수 있는 공통의 언어가 되어 우리 곁에 머물게 됩니다. 미래를 설계하는 과학의 여정에 동참한다는 것은 설레면서도 무거운 책임감이 따르는 일입니다. 우리가 오늘 나누는 과학적 담론은 내일의 기술적 토대가 되고, 나아가 인류의 삶을 풍요롭게 만드는 밑거름이 될 것입니다. 과학적 탐구 정신을 잃지 않고 끊임없이 질문하며 답을 찾아가는 과정 자체가 바로 미래를 준비하는 가장 확실한 방법입니다. 앞으로 펼쳐질 수많은 과학적 발견들이 우리에게 어떤 놀라움을 선사할지 기대하며, 그 변화의 중심에서 함께 호흡하고 고민하는 자세가 필요합니다.

정하웅

카오스재단카오스강연

물리학

[강연] 과거 : 지구와 생명의 대화 | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 1부 | 1부 ①

약 46억 년 전 탄생한 초기 지구는 오늘날과는 전혀 다른 모습이었습니다. 수많은 운석과 혜성이 충돌하며 질소, 이산화탄소, 수증기 같은 기체들이 대기에 공급되었고, 활발한 화산 활동을 통해 지구 내부의 가스들이 끊임없이 분출되었습니다. 시간이 흐르며 지구가 점차 식어감에 따라 대기 중의 수증기가 응결하여 바다가 형성되었는데, 이는 생명체가 탄생할 수 있는 결정적인 환경적 토대가 되었습니다. 이러한 물리적, 화학적 변화는 단순한 행성이었던 지구를 생명의 요람으로 탈바꿈시키는 위대한 첫걸음이었습니다. 원시 지구의 가혹한 환경 속에서 생명의 기본 부품인 아미노산이 만들어졌고, 이는 자기 복제와 대사 작용을 수행하는 최초의 생명체로 진화했습니다. 심해 열수구와 같은 특수한 환경은 에너지를 얻고 물질을 조립하기에 적합한 장소를 제공했으며, 이곳에서 RNA와 DNA, 그리고 지질 막을 갖춘 단위 생명체가 출현했습니다. 과학자들은 이를 모든 생명체의 공통 조상인 '루카(LUCA)'라고 부릅니다. 루카의 탄생은 지구 역사 24시간 중 새벽 5시경에 해당하며, 이후 수십억 년에 걸친 위대한 진화의 서막을 알리는 사건이었습니다. 약 35억 년 전 출현한 남세균은 광합성을 통해 지구 환경을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 이들은 태양 에너지를 이용해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하며 대기 성분을 재편했습니다. 약 22억 년 전 발생한 산소 농도의 급격한 상승은 지질학적 기록인 호상철광층과 붉은 지층을 통해 확인할 수 있습니다. 산소의 증가는 지구의 온실 효과를 조절하여 생명체가 번성하기 적합한 온도를 유지하게 했으며, 이는 단순한 유기물 수준을 넘어 더 복잡한 생명체로 나아갈 수 있는 에너지 기반을 마련해 주었습니다. 풍부해진 에너지를 바탕으로 생명체는 구조적 혁신을 단행했습니다. 초기 원핵세포는 별도의 구획 없이 생존에 필요한 요소들을 배치했으나, 진핵세포는 유전 정보를 핵 안에 보호하고 특정 기능을 수행하는 소기관들을 갖추기 시작했습니다. 특히 다른 세균을 세포 안으로 받아들여 에너지 공장인 미토콘드리아와 엽록체로 변화시킨 세포 내 공생은 진화의 결정적 순간이었습니다. 이러한 변화는 마치 단칸방에서 살던 생명체가 가전제품과 가구를 갖춘 현대적인 집으로 이사한 것과 같으며, 더 높은 수준의 생명 활동을 가능하게 했습니다. 진핵세포의 등장은 필연적으로 다세포 생물로의 진화로 이어졌습니다. 볼복스와 같은 녹조류 연구를 통해 알 수 있듯이, 단세포에서 다세포로의 전환은 생각보다 복잡한 유전적 장벽을 요구하지 않았습니다. 세포 분열을 조절하는 소수의 유전자 변화만으로도 세포들은 군집을 이루고 각자의 역할을 분담하며 하나의 유기체로서 기능을 수행하게 되었습니다. 이러한 다세포화는 생명체가 더 큰 체구와 복잡한 신경계를 갖추는 기반이 되었으며, 마침내 지구상에 지능과 의식을 가진 존재가 출현할 수 있는 통로를 열어주었습니다.

안진호

카오스재단카오스콘서트

지구환경과학

[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (4) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ④

생명체의 에너지 화폐인 ATP는 외부에서 공급되는 음식물을 소모하여 만들어집니다. 식물의 광합성과는 달리, 인간의 ATP 생성은 햇빛과 직접적인 상관관계가 없습니다. 이론적으로 외부 영양 공급만 충분하다면 햇빛이 없는 환경에서도 인간의 생존은 가능합니다. 하지만 비타민 D 합성이나 시각적 인지 등 건강한 삶을 유지하기 위해서는 햇빛이 필수적인 역할을 수행합니다. 따라서 생존 그 자체와 건강한 삶의 질은 별개의 문제로 접근해야 하며, ATP는 그 중심에서 생명 유지의 근본적인 동력을 제공합니다. 노화 연구의 진정한 목적은 단순히 수명을 연장하는 불로장생에 있지 않습니다. 현대 의학이 지향하는 바는 질병 없이 건강하게 살 수 있는 '건강 수명'을 늘리는 것입니다. 실제로 라파마이신과 같은 약물을 이용한 연구에 따르면, 수명이 길어짐과 동시에 암 발생 확률이 줄어드는 결과가 관찰되기도 합니다. 이는 노화 억제 기술이 단순히 생물학적 시간만 늘리는 것이 아니라, 신체의 전반적인 건강 상태를 최적으로 유지하는 데 기여할 수 있음을 시사합니다. 후대에게 부담을 주지 않는 건강한 고령화 사회를 만드는 것이 노화 연구의 핵심 과제입니다. 미토콘드리아는 세포 내 발전소 역할을 하지만, 동시에 세포 자살을 결정하는 '아포토시스' 신호를 조절하기도 합니다. 암세포가 미토콘드리아를 통한 에너지 생산을 기피하고 세포질에서의 비효율적인 방식을 택하는 이유 중 하나가 바로 여기에 있습니다. 암세포는 자살 프로그램이 작동하는 것을 막기 위해 미토콘드리아의 기능을 억제하거나 개수를 줄여 생존을 도모합니다. 이러한 암세포의 독특한 대사 전략은 생존을 위한 처절한 선택이며, 미토콘드리아가 단순한 에너지 생산 기구 이상의 복합적인 생명 조절 장치임을 보여주는 증거이기도 합니다. ATP는 단백질의 구조를 변화시킴으로써 실질적인 생체 에너지를 공급합니다. 인산기가 단백질에 결합하면서 발생하는 강한 전하와 에너지 변화가 단백질의 움직임을 유도하는 원리입니다. 우리 몸은 정교한 에너지 시스템을 통해 모든 생리 작용을 수행하며 살아갑니다. 하지만 이 과정은 무한 동력이 아니기에, 소모된 에너지를 보충하기 위해서는 반드시 외부로부터 음식물을 섭취해야 합니다. 자동차가 전기에너지를 동력으로 움직이듯, 생명체는 ATP라는 단위를 통해 세포 내의 다양한 활동을 지원하며 생명을 유지해 나갑니다. 탄수화물 섭취를 극도로 제한하는 다이어트 상황에서도 우리 몸은 지방과 단백질을 분해하여 뇌에 필요한 포도당을 스스로 만들어냅니다. 이를 포도당 신생합성이라 부르며, 비상시에는 케톤체를 에너지원으로 활용하기도 합니다. 이러한 정교한 대사 시스템과 ATP 활용 능력은 수십억 년 전 산소가 없던 지구 초기 시절부터 이어져 온 생명의 유산입니다. 지구상의 거의 모든 생명체가 공통적으로 ATP를 에너지 화폐로 사용한다는 사실은, 이 시스템이 생명 진화의 역사에서 얼마나 효율적이고 근본적인 선택이었는지를 다시 한번 일깨워 줍니다.

고형종, 박중진, 정종경

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 리보핵산 : 최초의 생명물질로부터 메신저까지 (3) _ 김빛내리 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 3강 | 3강 ③

생명과학의 역사는 단백질과 DNA를 거쳐 이제 RNA라는 새로운 국면을 맞이하고 있습니다. 과거에는 유전 정보의 단순한 전달자로만 여겨졌던 RNA가 현대 과학에서는 생명 현상의 핵심 조절자로 주목받고 있습니다. 특히 인간 유전체 사업 이후 우리가 새롭게 알게 된 사실은 유전 정보의 극히 일부만이 단백질을 만드는 데 사용된다는 점입니다. 이러한 변화는 생명체를 바라보는 우리의 관점을 근본적으로 바꾸어 놓았으며, 보이지 않는 곳에서 생명을 움직이는 RNA의 실체를 밝히는 것이 현대 생물학의 최전선이 되었습니다. 우리 몸의 설계도인 DNA 중 단백질 정보를 담고 있는 영역은 단 2%에 불과합니다. 나머지 98%는 단백질을 만들지 않는 '논코딩 영역'으로, 여기서 만들어지는 것이 바로 논코딩 RNA입니다. 여기에는 마이크로 RNA뿐만 아니라 크기가 큰 롱 논코딩 RNA 등 다양한 종류가 포함됩니다. 과거에는 이 영역을 쓸모없는 '정크 DNA'로 치부하기도 했으나, 최근 연구를 통해 이들이 유전자 발현을 정교하게 조절하며 질병의 발생과 치료에 깊이 관여하고 있음이 밝혀지고 있습니다. 현재 인류가 파악한 인간 유전자는 약 4만 개에 달하며, 그중 절반에 가까운 1만 8,000여 개가 논코딩 RNA 유전자로 추정됩니다. 놀라운 사실은 이들 중 우리가 이름을 붙이고 구체적인 기능을 알고 있는 것은 10%도 채 되지 않는다는 점입니다. 즉, 우리 몸 안에는 여전히 정체를 알 수 없는 90% 이상의 RNA가 존재하며, 이들의 역할을 규명하는 과정은 생명과학의 거대한 미개척지로 남아 있습니다. 이 미지의 영역을 탐구하는 것은 암을 비롯한 난치병 치료의 새로운 열쇠를 찾는 과정이 될 것입니다. 생명의 기원을 거슬러 올라가면 'RNA 월드'라는 가설을 만나게 됩니다. 약 35억 년 전 원시 지구에서 DNA나 단백질보다 RNA가 먼저 등장했을 것이라는 이론입니다. RNA는 정보를 저장하는 유전 물질의 특성과 화학 반응을 촉진하는 효소의 기능을 동시에 갖추고 있기 때문입니다. 실제로 1980년대에 RNA가 스스로를 자르는 효소 기능을 한다는 사실이 발견되면서 이 가설은 학계의 정설로 자리 잡았습니다. 이는 RNA가 생명의 탄생과 진화 과정에서 일당백의 역할을 수행했음을 시사합니다. 생체 내 화학적 증거들 또한 RNA의 우선성을 뒷받침합니다. 모든 생명체는 에너지를 전달하는 ATP와 같은 RNA 소재를 직접 합성하지만, DNA의 소재는 반드시 RNA 소재에서 산소 원자 하나를 떼어내는 과정을 거쳐 만들어집니다. 즉, 현대의 복잡한 생명체 안에서도 DNA는 RNA로부터 파생된 형태를 유지하고 있는 셈입니다. 이러한 분자 수준의 선후 관계는 태초에 RNA가 먼저 존재했고, 이후 더 안정적인 정보 저장 매체인 DNA와 효율적인 기능 수행자인 단백질로 역할이 분담되었음을 보여주는 강력한 증거입니다. RNA 연구는 그 중요성만큼이나 까다로운 과정을 요구합니다. RNA는 화학 구조상 염기성 조건에서 쉽게 분해될 뿐만 아니라, 우리 주변 어디에나 존재하는 분해 효소인 RNase에 매우 취약하기 때문입니다. 연구자들은 실험 과정에서 RNA가 파괴되지 않도록 극도의 주의를 기울여야 하며, 이러한 예민함은 RNA 연구의 높은 진입 장벽이 되기도 합니다. 하지만 이러한 불안정성은 역설적으로 RNA가 환경 변화에 민감하게 반응하며 생명 현상을 실시간으로 조절하는 역동적인 분자임을 증명하는 특성이기도 합니다. 20세기 후반이 DNA의 시대였다면, 21세기는 RNA의 시대라고 할 수 있습니다. 이제 DNA 분석은 기술의 발전으로 대중화되었으며, 과학자들의 시선은 유전 정보의 실행 단계인 RNA와 그 상호작용으로 향하고 있습니다. 나아가 미래에는 탄수화물이나 지질과 같이 아직 미지의 영역으로 남아 있는 분자들에 대한 연구가 폭발적으로 성장할 것입니다. 생명체를 구성하는 다양한 요소들이 어떻게 협력하고 경쟁하며 생명을 유지하는지 밝혀내는 여정은 앞으로도 끊임없이 이어질 것입니다.

강창원, 김빛내리, 정선주

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생명과학

[강연] 지구 내부로의 여행 (1) _ 심상헌 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 2강 | 2강 ①

우리는 종종 밤하늘의 수많은 별을 바라보며 지구가 생명체를 품은 특별한 존재인지에 대해 깊이 고민하곤 합니다. 이러한 탐구는 생물학적 호기심을 넘어, 지구의 내부를 연구하는 지질학적 관점에서도 매우 중요한 화두가 됩니다. 인류는 이미 태양계 끝자락에 위치한 명왕성의 사진을 찍어 보낼 정도로 먼 우주를 탐사해 왔으나, 정작 발밑으로 불과 6,300km 아래에 있는 지구 중심부에 대해서는 직접 눈으로 확인하거나 만져볼 수 없는 미지의 영역으로 남아 있습니다. 이러한 보이지 않는 세계를 이해하는 것이야말로 지구의 진정한 모습을 발견하는 첫걸음이 됩니다. 지구 내부는 양파처럼 여러 개의 층으로 구성되어 있습니다. 우리가 딛고 서 있는 얇은 암석층인 지각 아래에는 약 3,000km 두께의 거대한 맨틀이 자리 잡고 있습니다. 맨틀은 지각보다 밀도가 높은 암석들로 이루어져 있으며, 그 더 깊은 곳에는 거대한 금속 철과 니켈로 구성된 핵이 존재합니다. 이러한 층상 구조는 단순히 정지해 있는 것이 아니라, 지구 전체의 역동적인 변화를 이끄는 근원이 됩니다. 우리는 이 거대한 암석과 금속의 층들이 어떻게 상호작용하며 현재의 지구 환경을 만들어냈는지 탐구해야 하며, 이는 지구의 과거와 미래를 연결하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 지구의 표면은 약 40여 개의 딱딱한 판으로 나뉘어 끊임없이 움직이고 있습니다. 이를 판구조론이라 부르는데, 판들이 서로 충돌하거나 멀어지면서 지진과 화산 활동 같은 다양한 지질학적 현상을 일으킵니다. 특히 대서양 바닥에 길게 뻗어 있는 중앙해령은 뜨거운 맨틀 물질이 올라와 새로운 지각이 탄생하는 역동적인 장소입니다. 이곳은 단순히 암석이 만들어지는 곳을 넘어, 지구 내부의 물질이 수권과 만나 독특한 생태계를 형성함으로써 지권과 생명이 어떻게 연결될 수 있는지를 보여주는 중요한 단서를 제공합니다. 이러한 상호작용은 지구가 단순한 돌덩이가 아님을 증명합니다. 새롭게 탄생한 해양 지각은 약 1억 년이라는 긴 세월 동안 바다 밑을 이동하다가 다시 지구 내부로 들어가는 섭입 과정을 거칩니다. 일본 열도와 같은 섭입대에서는 해양 지각이 대륙 지각 밑으로 파고들며 깊은 곳까지 지진을 발생시킵니다. 이 과정에서 지표의 물과 대기 성분이 포함된 암석들이 지구 깊숙이 전달되고, 다시 뜨거워진 물질이 지표로 순환하게 됩니다. 이러한 거대한 물질의 순환은 지구를 살아있는 행성으로 유지하며, 우리가 흔히 아는 물의 순환보다 훨씬 더 긴 호흡으로 지구의 환경을 조절하고 있습니다. 이는 지구 시스템 전체가 하나의 유기체처럼 움직이고 있음을 시사합니다. 지구 내부의 가장 깊은 곳인 핵은 생명 유지에 필수적인 자기장을 형성합니다. 태양은 우리에게 에너지를 공급하지만, 동시에 생명체에게 치명적인 태양풍을 내뿜기도 합니다. 만약 지구 핵이 만들어내는 자기장이 없었다면, 강력한 에너지 입자들이 지표면에 그대로 쏟아져 내려 생명이 존재하기 어려웠을 것입니다. 결국 우리가 딛고 있는 단단한 땅속 깊은 곳의 움직임이 보이지 않는 보호막을 만들어 우리를 지켜주고 있는 셈입니다. 이처럼 지구 내부로의 여행은 우리가 왜 이곳에서 안전하게 살아갈 수 있는지를 이해하는 과정이며, 지권의 활동이 생명 보호의 근간임을 깨닫게 해줍니다.

심상헌

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생명과학
지구환경과학

[강연] 지구 내부로의 여행 (3) _ 심상헌 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 2강 | 2강 ③

지구는 표면과 내부를 아우르는 거대한 물질 순환 체계를 갖추고 있습니다. 이 순환이 원활하게 이루어지기 위해서는 물질을 끊임없이 움직이게 하는 동력인 대류 현상과, 이동한 물질을 안정적으로 붙잡아둘 수 있는 저장 능력이 필수적입니다. 지각 아래 깊은 곳에 존재하는 다양한 광물과 암석들은 물과 같은 성분을 포함할 수 있는 놀라운 잠재력을 지니고 있습니다. 이러한 내부의 역동성은 단순히 암석의 움직임을 넘어, 우리가 살아가는 지표면의 환경을 유지하고 생명체가 생존할 수 있는 기반을 닦는 근본적인 힘으로 작용합니다. 지구 내부의 질량은 지표면의 대기권이나 수권에 비해 압도적으로 큽니다. 수권은 지구 전체 질량의 약 100 ppm, 대기권은 1 ppm도 되지 않는 아주 미미한 비중을 차지할 뿐입니다. 이는 지구 내부의 암석들이 아주 적은 비율의 원소만 포함하고 있더라도, 지표 전체의 물과 공기 양에 맞먹는 거대한 양을 저장할 수 있는 무한한 저장소가 됨을 의미합니다. 중앙 해령에서 솟아오른 물질이 바다와 반응하고 다시 섭입대를 통해 지구 깊숙이 돌아가는 과정은, 지구 전체를 하나로 연결하며 물질을 보존하고 분배하는 거대한 물질 순환계의 핵심입니다. 생명 유지에 필수적인 물과 산소의 기원은 여전히 현대 과학이 풀지 못한 거대한 수수께끼입니다. 지구 역사의 절반에 해당하는 긴 시간 동안 대기 중 산소 농도는 현재의 1%에도 미치지 못했으며, 특정 시점에 산소가 급격히 증가한 원인에 대해서는 지구 내부 활동이 미친 영향을 포함하여 다양한 가설이 제기되고 있습니다. 물 역시 유구한 지질학적 시간을 거치며 내부에서 솟아올랐거나 혹은 표면에서 내부로 유입되었을 가능성이 큽니다. 이러한 연결 고리를 이해하는 것은 지구가 어떻게 생명이 번성하는 유일한 행성이 되었는지 밝히는 중요한 열쇠가 됩니다. 지질학적 기록을 살펴보면 지구 내부의 활동이 생명의 멸종과 진화에도 깊이 관여했음을 알 수 있습니다. 과거 지구상에서 생명체가 갑자기 사라졌던 대멸종의 시기들은 거대한 화산 분출이 지표를 덮었던 흔적들과 놀랍도록 일치합니다. 이는 내부의 변화가 지표 생태계를 완전히 뒤바꿀 수 있음을 시사합니다. 이웃 행성인 화성 또한 과거에는 물과 대기가 존재했으나 현재는 황폐한 사막으로 변했습니다. 과학자들이 화성에 지진계를 보내 내부를 탐사하려는 이유는, 행성 내부의 역동성이 사라지는 것이 곧 행성의 죽음과 직결될 수 있다는 가설을 확인하기 위해서입니다. 목성의 위성 유로파는 얼음 껍질 아래에 거대한 바다와 중앙 해령이 존재할 가능성으로 인해 외계 생명체 탐사의 핵심지로 주목받고 있습니다. 또한 태양계 밖에서 발견되는 수천 개의 외계 행성 중 상당수는 지구와 유사한 환경을 가졌을 것으로 추정되어 인류의 호기심을 자극합니다. 우리가 지구를 깊이 이해해야 하는 이유는 바로 여기에 있습니다. 지구는 우주를 이해하는 가장 확실한 시작점이며, 지질학적 연구를 통해 쌓아가는 단서들은 인류의 지식을 한 층 더 높이고 우리가 우주에서 혼자인가라는 근원적인 질문에 답할 소중한 기회를 제공할 것입니다.

심상헌

카오스재단카오스강연

생명과학
지구환경과학

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ④

기후변화 연구의 진정한 가치는 단순히 학술적인 성과를 내는 것에 그치지 않고, 연구 결과가 시민들의 구체적인 행동을 이끌어내는 데 있습니다. 특히 기후 위기는 사회적 약자에게 더 가혹하게 다가오기에, 폭염에 취약한 쪽방촌 노인들의 건강을 살피는 것과 같은 실천적 활동이 병행되어야 합니다. 이는 석탄 화력 발전소를 줄이고 원전의 위험성을 회피하면서도 안정적인 전력 공급을 고민하는 에너지 전환의 문제와도 직결됩니다. 기후 예측이 어려운 이유는 기후 시스템이 가진 비정상성과 불확실성 때문입니다. 과거의 기상 기록이 현재의 기준이 되지 못하는 비정상성은 우리가 가졌던 상식을 뒤흔들며, 모델의 한계와 지식의 부족은 미래를 확정적으로 말하기 어렵게 만듭니다. 과학은 수학처럼 정답이 딱 떨어지는 영역이 아니기에, 다양한 가설이 충돌하고 논쟁하는 과정은 필수적입니다. 이러한 불확실성 속에서도 우리는 최선의 선택을 내려야 하는 과제를 안고 있습니다. 지구온난화에 대한 과학계의 의견은 인위적 활동이 주된 원인이라는 쪽으로 강력하게 기울어 있습니다. 수많은 논문을 분석한 결과, 대다수의 전문가가 현재의 기온 상승이 인위적 요인에 의한 것임을 인정하고 있습니다. 비록 소수의 회의론이 존재하더라도, 전문가 대다수가 경고하는 위험을 무시하는 것은 합리적이지 않습니다. 지식으로서의 이견은 존중하되, 행동의 근거로서 기후 과학이 주는 함의는 조금 더 적극적으로 해석하고 받아들일 필요가 있습니다. 하지만 기후 데이터의 신뢰성에 대해 의문을 제기하는 시각도 존재합니다. 인공위성 관측이 시작되기 이전인 100년 전의 자료들은 관측소의 위치나 기술적 한계로 인해 전 지구를 대표하기에 부족할 수 있다는 지적입니다. 특히 유럽이나 미국 중심의 데이터가 해양이나 다른 지역의 상황을 충분히 반영하지 못했을 가능성이 큽니다. 이러한 데이터의 불완전함은 장기적인 온난화 추세를 확신하는 데 있어 신중함을 요구하는 근거가 되기도 합니다. 지구의 온도는 온실가스 외에도 엘니뇨나 라니냐, 화산 폭발과 같은 자연적인 변동 요인에 의해 끊임없이 출렁거립니다. 화산재가 태양빛을 차단하여 온도를 낮추거나 해수면 온도의 변화가 기온을 끌어올리는 현상은 우리가 체감하는 기후변화의 큰 부분을 차지합니다. 이러한 자연 변동의 폭이 워낙 크다 보니, 서서히 진행되는 지구온난화의 신호를 명확히 구분해내는 것은 매우 어려운 작업입니다. 이는 기후변화를 자연스러운 현상으로 보려는 회의론의 배경이 됩니다. 관측 기술의 비약적인 발전은 지구온난화의 증거를 더욱 견고하게 만들고 있습니다. 과거 냉각화를 주장하던 소수의 의견이 있었으나, 데이터의 정확도가 높아진 현대에 이르러서는 온난화에 대한 과학적 합의가 더욱 공고해졌습니다. 2000년대 초반의 기온 정체기와 같은 현상도 정밀한 분석을 통해 자연 변동의 일부로 해석되고 있습니다. 결국 기술의 발전은 불확실성을 줄여나가며, 인위적 활동이 지구에 미치는 영향을 더욱 명확하게 드러내는 역할을 수행합니다. 기후변화의 원인을 분석할 때 과학자들은 인위적 활동과 자연적인 요인을 모두 고려합니다. 국제적인 평가 보고서들에 따르면 인위적 요인이 약 80%를 차지하며, 나머지 20% 정도가 자연적인 변동으로 파악됩니다. 도시화 효과나 태양 활동 등 다양한 변수가 복합적으로 작용하지만, 장기적인 상승 곡선은 온실가스의 증가와 궤를 같이합니다. 결국 기후 위기에 대응한다는 것은 이러한 복잡한 메커니즘을 이해하고, 우리가 통제할 수 있는 인위적 요인을 줄여나가는 과정입니다.

김백민, 안병옥, 최용상

카오스재단카오스강연

지구환경과학

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

태양은 매초 엄청난 에너지를 방출하며 빛나고 있지만, 그 에너지의 근원을 밝히는 과정은 결코 쉽지 않았습니다. 초기 과학자들은 중력 수축이나 방사능 붕괴를 에너지의 원인으로 꼽았으나, 이는 지질학적으로 증명된 지구의 나이 수십억 년을 설명하기에는 턱없이 부족했습니다. 계산에 따르면 이러한 방식으로는 태양이 수천 년밖에 버틸 수 없었기 때문입니다. 결국 천문학자와 지질학자들 사이에서 태양계의 나이를 둘러싼 거대한 논쟁이 벌어졌고, 이는 현대 물리학이 해결해야 할 중요한 과제가 되었습니다. 이 논쟁의 실마리는 아인슈타인의 상대성 이론과 에딩턴의 통찰을 통해 풀리기 시작했습니다. 수소 원자 네 개가 결합하여 헬륨 하나를 만들 때 발생하는 미세한 질량 결손이 엄청난 에너지로 전환된다는 수소 핵융합 가설이 등장한 것입니다. 하지만 양성자 사이의 강력한 전기적 척력인 '쿨롱 장벽'을 넘기에는 태양 중심의 온도가 낮다는 한계가 있었습니다. 고전 물리학의 관점에서는 불가능해 보였던 이 현상은 조지 가모프가 발견한 '양자 터널 효과' 덕분에 비로소 과학적 타당성을 얻게 되었습니다. 수소 핵융합은 단순히 에너지를 만드는 과정을 넘어 우주의 연금술과 같은 역할을 합니다. 한스 베테는 양성자-양성자 연쇄 반응(PP 체인)과 탄소-질소-산소 순환(CNO 순환)을 통해 별의 내부에서 새로운 원소들이 탄생하는 과정을 규명했습니다. 별은 수소를 태워 헬륨을 만들고, 더 나아가 탄소, 산소, 그리고 가장 안정적인 원소인 철에 이르기까지 다양한 중원소들을 합성해냅니다. 이러한 핵융합 반응은 별의 질량과 중심 온도에 따라 다르게 나타나며 우주를 구성하는 물질의 다양성을 확보하는 기반이 됩니다. 철보다 무거운 원소들은 별의 평온한 일생이 아닌, 초신성 폭발과 같은 격동의 과정에서 탄생합니다. 폭발 시 쏟아져 나오는 수많은 중성자가 기존 원소에 포획되면서 금이나 우라늄 같은 무거운 물질들이 만들어지는 것입니다. 이렇게 생성된 원소들은 우주 공간으로 흩어져 성간 물질이 되고, 다시 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 됩니다. 우리가 일상에서 접하는 질소나 생명의 근원인 DNA의 뼈대를 이루는 인(P) 역시 이러한 별들의 죽음과 탄생이 반복되는 순환 과정을 통해 우리에게 전달되었습니다. 우주의 역사를 관측하면 시간이 흐를수록 중원소의 함량이 높아지는 진화의 흔적을 발견할 수 있습니다. 초기 우주에는 수소와 헬륨뿐이었으나, 수많은 별의 탄생과 죽음을 거치며 현재의 풍요로운 화학적 조성을 갖추게 된 것입니다. 이는 지구와 같은 행성, 그리고 우리 인간이 존재할 수 있는 환경이 우주적 진화의 산물임을 의미합니다. 결국 우리 몸을 구성하는 원소들은 과거 어느 시점에 별의 내부에서 만들어진 것이며, 우리는 138억 년 우주의 역사를 몸소 기억하고 있는 역사적인 존재라고 할 수 있습니다.

윤성철

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 생명의 기원 (4) - 패널토의 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ④

과학의 여정은 '모른다'는 사실을 솔직하게 자각하는 것에서 시작됩니다. 생명의 기원이라는 거대한 수수께끼 앞에서 우리는 여전히 겸손할 수밖에 없지만, 이러한 무지의 자각은 단순히 멈춤을 의미하는 것이 아닙니다. 오히려 더 구체적이고 본질적인 질문을 던지게 만드는 강력한 원동력이 됩니다. 우리가 모르는 것을 하나씩 알아가는 과정 자체가 인류 문명이 걸어온 길이며, 스스로의 한계를 인정하고 질문을 던질 때 비로소 새로운 앎의 지평이 열리는 법입니다. 우주적 관점에서 생명은 확률과 통계의 문제입니다. 우리 은하에만 수천억 개의 별이 존재하고, 그중 지구와 환경이 비슷한 행성은 수십억 개에 달한다는 사실이 최신 망원경 관측을 통해 밝혀지고 있습니다. 137억 년이라는 광활한 시간과 엄청난 수의 행성을 고려한다면, 생명체가 지구에만 존재할 확률은 매우 낮습니다. 천문학자들은 우주 곳곳에 생명이 존재할 가능성을 열어두고 있으며, 이는 우리가 생명을 바라보는 시야를 지구라는 닫힌 세계에서 우주라는 열린 계로 확장하게 합니다. 생명 현상이 나타나기 위해서는 반드시 자신을 보호하고 규정할 수 있는 경계 시스템이 필요합니다. 세포가 막으로 둘러싸여 내부의 질서를 유지하듯, 생명은 외부와 구별되는 물리적 혹은 가상의 막을 통해 존재를 이어갑니다. 지구 역시 하나의 거대한 시스템으로서 이러한 막의 역할을 수행하며 생명을 보호합니다. 비록 우주로부터 끊임없이 물질이 유입되는 열린 계일지라도, 생명이라는 정교한 질서가 유지되기 위해서는 내부를 규정할 수 있는 독립적인 공간이 확보되어야 한다는 점은 생물학적 존재의 핵심입니다. 진화의 진정한 동력은 흔히 오해하는 돌연변이보다 유전자 재조합에 있습니다. 돌연변이는 대부분 생존에 불리한 경우가 많으며, 환경 변화에 우연히 적응하는 기초적인 변이 제공자 역할을 할 뿐입니다. 오히려 서로 다른 유전적 배경을 가진 개체들이 만나 유전자를 섞고 재조합하는 과정이 종의 다양성을 폭발적으로 증가시킵니다. 집단 간의 유전자 흐름은 돌연변이를 기다리는 것보다 훨씬 빠르고 강력하게 생명체의 변화를 이끌어내며, 이것이 바로 다윈이 설명한 진화의 핵심 메커니즘입니다. 현대 기술의 발전이 인간의 지능을 퇴화시킨다는 우려가 있지만, 이는 뇌의 사용 방식이 변화하는 과정으로 보아야 합니다. 단순한 기억이나 반복적인 정보 인출은 기계에 맡기고, 인간의 뇌는 더 고차원적인 창의성과 복잡한 사고에 집중하게 된 것입니다. 우리는 이제 외부의 두뇌를 하나 더 가진 셈이며, 이를 통해 과거와는 전혀 다른 방식으로 지적 능력을 확장하고 있습니다. 암기 위주의 시대가 저물고, 도구를 활용해 어떻게 새로운 가치를 창출할 것인가가 생존의 중요한 열쇠가 되었습니다. 인류는 현재 역사상 유례없는 거대한 유전적 실험을 치르고 있습니다. 과거에는 지리적 장벽에 막혀 국지적으로만 일어나던 유전자 흐름이 이제는 전 지구적 차원에서 동시다발적으로 벌어지고 있습니다. 전 세계의 유전자가 하나로 섞이는 이 현상은 인류라는 종 전체의 고유 변이를 줄이는 동시에 개별 집단의 다양성을 높이는 기묘한 결과를 낳습니다. 이러한 대규모의 유전자 혼합이 미래의 인류를 어떤 모습으로 변화시킬지는 그 누구도 예측할 수 없는 흥미롭고도 중대한 진화적 과제입니다. 바이러스와의 전쟁에서도 진화적 관점은 중요한 지혜를 제공합니다. 바이러스의 독성과 전염성 사이에는 밀접한 상관관계가 있으며, 숙주를 너무 빨리 죽이는 강한 독성은 오히려 전염에 불리하게 작용하여 스스로 소멸할 가능성이 큽니다. 우리는 막연한 공포에 휩싸이기보다 전염 경로를 차단하고 진화의 메커니즘을 이해함으로써 더 현명하게 대응할 수 있습니다. 생명은 끊임없이 변화하며 생존 전략을 수정해 나갑니다. 이러한 변화의 흐름을 읽어내는 것이야말로 우리가 복잡한 생태계 속에서 공존할 수 있는 길입니다.

강호정, 김성희, 이명현, 최재천

카오스재단카오스강연

생명과학
천문학

[강연] 물질의 기원 (1) - 빅뱅 우주론의 세 기둥 _ 김희준 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 2강 | 2강 ①

우주의 탄생 이후 물질이 어떻게 형성되었는지를 탐구하는 것은 인류의 가장 근본적인 질문 중 하나입니다. 물질은 소립자에서 시작하여 원자와 분자를 거쳐 생명체로 이어지는 거대한 흐름 속에 존재합니다. 과거에는 물질의 기원을 과학적으로 논하기 어려웠으나, 현대 과학은 우주의 역사를 통해 이를 일목요연하게 설명해 줍니다. 물질과 빛의 상호작용으로 이루어진 이 세상에서 우리가 어디서 왔는지를 추적하는 과정은 곧 우주와 생명의 기원을 이해하는 열쇠가 됩니다. 우주의 역사는 크게 다섯 단계의 진화 과정을 거쳐 현재에 이르렀습니다. 빅뱅 직후 소립자들이 급격히 변모한 초기 진화를 시작으로, 별들이 탄생하고 소멸하며 무거운 원소를 만들어낸 별의 진화가 이어졌습니다. 이후 우주 공간에 퍼진 원소들이 결합하여 유기물을 형성하는 화학적 진화가 일어났고, 지구라는 환경에서 생명체가 등장하는 생물학적 진화로 연결되었습니다. 마지막으로 인류가 등장하여 지성을 갖추게 된 인류의 진화까지, 이 모든 과정은 정교한 인과관계로 얽혀 있습니다. 시간을 거슬러 올라가면 물질의 변화 양상을 더욱 구체적으로 확인할 수 있습니다. 수만 년 전 농경의 시작과 수십만 년 전 현생 인류의 등장을 지나, 수억 년 전 공룡의 시대를 거쳐 10억 년 전에는 바닷속 광합성 박테리아가 지구의 환경을 바꾸어 놓았습니다. 100억 년 전으로 더 깊이 들어가면 태양계조차 형성되기 이전의 원시 우주와 마주하게 됩니다. 이러한 시간적 추적은 우리가 단순히 현재에 머무는 존재가 아니라, 우주의 유구한 역사와 긴밀히 연결된 존재임을 깨닫게 합니다. 빅뱅 우주론은 세 가지 강력한 증거를 통해 뒷받침됩니다. 첫째는 허블의 법칙으로 알려진 우주의 팽창이며, 둘째는 우주 전체에 균일하게 퍼져 있는 우주 배경 복사입니다. 마지막으로 가장 결정적인 증거는 우주에 존재하는 원소의 분포 비율입니다. 우주 어디를 보더라도 수소와 헬륨의 질량비가 약 3대 1로 일정하게 나타난다는 사실은, 이 가벼운 원소들이 우주 초기의 뜨거운 상태에서 한꺼번에 만들어졌음을 시사합니다. 이는 물질의 기원을 밝히는 결정적인 단서가 됩니다. 원소의 기원에 대한 과학적 이해는 20세기를 거치며 완성되었습니다. 초기에는 모든 원소가 별 내부에서 만들어졌거나 혹은 빅뱅 당시에 생성되었다는 주장이 대립했으나, 현재는 두 과정이 상호 보완적임을 알고 있습니다. 수소와 헬륨 같은 가벼운 원소는 빅뱅 초기에 형성되었고, 탄소나 산소, 철과 같은 무거운 원소들은 별의 내부와 초신성 폭발 과정을 통해 탄생했습니다. 결국 우리 몸을 구성하는 수소는 138억 년 전의 것이며, 우리는 말 그대로 별의 먼지로부터 온 존재들입니다.

김희준

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물리학
천문학

[강연] 지구의 기원 (1) - 하루는 왜 24시간일까 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ①

우리가 흔히 말하는 역사 시대는 인류가 문자로 기록을 남기기 시작한 약 6,000년 전부터를 의미합니다. 하지만 지구의 나이가 약 46억 년임을 고려하면, 역사 시대는 전체 지구 역사의 찰나에 불과합니다. 지질학적으로는 지구가 탄생한 시점부터 현재까지를 지질 시대로 정의하지만, 실제로 연구할 수 있는 가장 오래된 암석의 나이는 약 40억 년 전의 것입니다. 따라서 지구가 탄생한 직후부터 약 6억 년 동안의 기록은 암석으로 남아 있지 않은 '기록 없는 시대'입니다. 이 시기를 이해하기 위해서는 지질학적 상상력과 과학적 추론이 필요합니다. 현대 지질학은 지구를 단순한 암석 덩어리가 아닌 지권, 수권, 기권, 생물권이 상호작용하는 하나의 거대한 시스템으로 파악합니다. 우리가 발을 딛고 사는 지권은 반지름 약 6,370km의 고체 지구로, 산소, 철, 규소, 마그네슘이라는 네 가지 원소가 전체의 94%를 차지하고 있습니다. 그 위를 물과 공기가 덮고 있으며, 그 사이에서 수많은 생명이 살아가고 있습니다. 지구의 역사를 공부한다는 것은 단순히 돌을 연구하는 것을 넘어, 과거의 바다와 대기, 그리고 그 속에 살았던 생명체들이 어떻게 변화하며 오늘날에 이르렀는지를 밝혀내는 과정입니다. 우리가 일상에서 사용하는 '하루 24시간'이라는 단위는 고대 이집트와 그리스 학자들에 의해 정의된 인위적인 약속입니다. 과학적으로 하루는 지구가 스스로 한 바퀴 도는 자전 주기를 의미하는데, 기준을 어디에 두느냐에 따라 태양일과 항성일로 나뉩니다. 태양을 기준으로 하는 태양일은 지구가 공전하는 거리만큼 더 돌아야 하기에 약 24시간이 걸리지만, 먼 별을 기준으로 하는 항성일은 약 23시간 56분입니다. 이처럼 시간의 정의는 지구의 자전과 공전이라는 천문학적 운동에 기초하고 있으며, 이는 우주 속 지구의 위치를 확인하는 중요한 척도가 됩니다. 놀랍게도 과거 지구의 하루는 지금보다 훨씬 짧았습니다. 미국의 고생물학자 존 웰스는 산호 화석의 성장선을 분석하여 이 사실을 증명해냈습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 매일 미세한 골격을 형성하는데, 계절에 따른 성장 속도 차이가 나무의 나이테처럼 기록됩니다. 연구 결과, 약 4억 년 전 데본기 산호 화석에는 1년의 날수가 약 400일로 기록되어 있었습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 훨씬 빠르게 자전했음을 의미하며, 조석력 등의 영향으로 지구의 자전 속도가 수억 년에 걸쳐 서서히 느려져 왔음을 보여주는 결정적인 증거입니다. 지구의 자전 속도는 지금도 만 년에 약 0.2초씩 느려지고 있으며, 아주 먼 미래에는 자전이 멈출지도 모릅니다. 하지만 그보다 먼저 태양의 수명이 다할 것이기에 인류가 당장 걱정할 일은 아닙니다. 중요한 것은 생명체가 출현하기 이전, 즉 화석 기록조차 없는 지구의 탄생 초기 모습을 어떻게 재구성하느냐는 점입니다. 이를 위해서는 지구뿐만 아니라 달과 태양계 전체의 형성 과정을 통합적으로 이해해야 합니다. 지구의 어린 시절을 추적하는 여정은 결국 우리가 어디에서 왔으며, 이 행성이 어떻게 생명의 요람이 되었는지를 찾아가는 과정과 같습니다.

최덕근

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지구환경과학