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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.

국립과천과학관요즘과학👏

생명과학

[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #001 | 이현숙 센터장

서울대학교 바이오 인공지능 연구센터는 기초과학과 인공지능의 결합을 통해 인류 과학사에 새로운 족적을 남기고자 설립되었습니다. 이 센터는 국가 지원금이 아닌 순수 민간 기부금으로 운영되며, 눈에 보이는 단기적 목표보다는 미래를 개척하는 도전적인 연구를 지향합니다. 학과와 대학의 경계를 허물고 다양한 분야의 전문가들이 모여 협력하는 이 모델은 우리나라 연구 풍토와 지원 제도에 새로운 변화를 불러일으키고 있습니다. 센터는 단순한 연구 집단을 넘어, 인재들이 자유롭게 소통하며 시너지를 내는 혁신적인 플랫폼을 꿈꿉니다. 2020년 구글의 알파폴드가 단백질 구조 예측 기술을 발표한 사건은 센터 설립의 결정적인 계기가 되었습니다. 수십 년간 생명과학자들이 매달려온 난제를 인공지능이 해결하는 모습을 보며, 이현숙 센터장은 생명과학자로서 직업적 위기감과 두려움을 느꼈다고 회상합니다. 인공지능에 대한 무지가 미래의 뒤처짐으로 이어질 수 있다는 절박함은 혁신의 시작이 되었습니다. 이러한 두려움은 인공지능을 적이 아닌 동반자로 받아들이고, 이를 통해 더 큰 인류적 가치를 창출하려는 의지로 승화되었습니다. 바이오 인공지능 연구센터는 특정 학문에 국한되지 않는 초학제적 협력을 핵심 가치로 삼습니다. 인공지능 전문가뿐만 아니라 의학, 물리, 화학, 수학, 통계학, 기계공학 등 다양한 분야의 인재 40여 명이 모여 거대한 연구단을 구성했습니다. 이들은 단순히 자신의 연구를 수행하는 데 그치지 않고, 서로의 전문성을 공유하며 아무도 상상하지 못했던 새로운 프로젝트를 스스로 도출해 나갑니다. 이러한 자유로운 공모와 인터뷰를 통해 선발된 연구자들은 협력 연구에 대한 강력한 의지를 바탕으로 집단 지성의 힘을 보여주고 있습니다. 센터의 비전은 단순히 바이오와 인공지능의 결합을 넘어선 '종합 과학'의 실현에 있습니다. 10년, 20년 후에는 인공지능 외에도 새롭게 등장할 첨단 기술들을 유연하게 받아들여 생명 현상의 근원적인 질문들에 답하는 도전적인 연구단으로 성장하는 것이 목표입니다. 특히 인간의 질병 발생 원인 규명, 정밀한 진단, 신약 개발 등 인류의 삶을 실질적으로 개선할 수 있는 분야에 집중하고 있습니다. 이는 작은 나라에서도 세계를 놀라게 할 위대한 발견이 나올 수 있다는 가능성을 증명하려는 서울대학교의 담대한 도전이기도 합니다. 이현숙 센터장은 분자생물학자로서 유방암 억제 인자인 BRCA2의 기능을 규명하고 텔로미어의 항상성 유지 기전을 연구해 온 전문가입니다. 그녀의 연구 인생에서 가장 큰 성취는 역설적으로 '대실패'의 순간에서 시작되었습니다. 박사 과정 당시 세웠던 가설이 완전히 틀렸음을 입증하며 위기에 처했을 때, 포기하지 않고 도전했던 경험이 BRCA2 연구라는 거대한 기회로 이어졌습니다. 이러한 경험은 센터 운영 철학에도 반영되어, 연구자들이 실패를 두려워하지 않고 새로운 질문을 던질 수 있는 환경을 조성하는 밑거름이 되었습니다. 현재 생명과학 분야의 가장 큰 화두는 인공지능의 활용과 더불어 '노화' 연구입니다. 노화는 누구도 피할 수 없는 현상이지만, 그 분자생물학적 메커니즘은 여전히 미지의 영역으로 남아 있습니다. 센터는 인공지능과 데이터 사이언스를 활용해 노화 과정에서 발생하는 염증과 면역력 저하의 비밀을 풀고, 이를 통해 건강한 수명 연장을 실현하고자 합니다. 또한 방대한 유전자 시퀀싱 데이터를 학습하여 개인의 질병 확률을 예측하거나, 고해상도 영상 이미지를 분석해 세포의 운명을 정확히 판단하는 등 실질적인 연구 성과를 도출하고 있습니다. 이현숙 센터장은 자신이 단순한 롤 모델이 되기보다는, 후배 과학자들과 학생들이 마음껏 꿈을 펼칠 수 있는 '마당'이자 '플랫폼' 역할을 하기를 희망합니다. 과학은 스스로의 호기심을 좇는 과정이며, 그 과정에서 발생하는 시너지가 얼마나 큰 변화를 이끌어낼 수 있는지 보여주는 것이 그녀의 사명입니다. 바이오 인공지능 연구센터는 단순히 연구비를 지원하는 곳이 아니라, 사람들의 꿈이 모여 인류의 미래를 바꾸는 공간입니다. 이곳에서 탄생할 새로운 과학적 발견들이 세상을 더 나은 곳으로 만들 것이라는 낙관적인 믿음이 센터를 움직이는 원동력입니다.

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물질들의 오묘한 작용이 생물🦠 안에서 창발해내는 섬세하고 복잡한 생명현상을 탐구하다!🔍 | 2024 가족동반 진로탐색

생명과학은 생명이란 무엇인지를 탐구하는 광범위한 학문입니다. 생물의 구조와 기능은 물론, 기원과 진화, 생물 간의 상호작용을 깊이 있게 다룹니다. 세포생물학, 유전학, 생태학 등 다양한 세부 분야로 나뉘어 있으며, 각 분야는 생명을 이해하는 독특한 관점을 제공합니다. 이러한 지식은 의학, 농업, 환경과학 등 실생활과 밀접한 응용 분야에 기여하며 인류의 삶의 질을 높이는 데 필수적인 역할을 수행하고 있습니다. 최근 생명과학은 혁신적인 기술 발전을 통해 새로운 국면을 맞이하고 있습니다. 유전자를 정밀하게 편집할 수 있는 크리스퍼(CRISPR) 기술은 의학과 농업 분야에 혁명을 일으켰으며, 인공지능과 머신러닝은 복잡한 생물학적 빅데이터를 분석하여 새로운 발견을 가속화하고 있습니다. 또한 환자 개개인의 유전적 특성을 고려한 맞춤형 의학의 발전은 질병 치료의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 이러한 변화는 생명과학이 미래 사회의 문제를 해결하는 핵심 열쇠임을 보여줍니다. 생명과학 전공자들은 연구소나 기업에서 새로운 치료법과 백신을 개발하며 지식의 경계를 넓히는 과학자로 활약할 수 있습니다. 유전공학이나 단백질공학 기술을 활용해 산업적 혁신을 이끄는 전문가가 되기도 하며, 생태계 보호를 위해 힘쓰는 환경과학자의 길을 걷기도 합니다. 이외에도 지식을 전수하는 교육자나 대중과 소통하는 과학 커뮤니케이터 등 다양한 직업군이 존재합니다. 이는 생명과학이 가진 무한한 가능성과 사회적 영향력을 증명하는 대목입니다. 생명과학의 가장 큰 매력은 우리 자신을 포함한 생명체들의 오묘한 작용을 탐구하며 느끼는 지적 희열에 있습니다. 살아있는 생물을 깊이 있게 들여다볼수록 생명에 대한 깊은 경외감을 경험하게 됩니다. 학문적 즐거움뿐만 아니라, 기후변화 대응이나 감염병 예방, 식량 안보와 같은 지구촌의 시급한 과제들을 풀어나가는 데에도 이 학문은 중추적인 역할을 합니다. 인류의 지속 가능한 미래를 설계하는 데 있어 생명과학의 비중은 앞으로 더욱 커질 것입니다. 생명과학자가 되기 위해서는 논리적 사고와 창의성, 그리고 장기적인 연구를 견뎌낼 성실함이 필요합니다. 또한 타인과 협력하는 소통 능력과 윤리적 판단력도 중요합니다. 최근에는 수학, 통계학, 컴퓨터 과학 등 타 학문과의 융합이 활발하므로 폭넓은 학습이 권장됩니다. 청소년기에는 독서와 다큐멘터리 시청, 그리고 자연 속에서 생물을 직접 관찰하는 경험을 통해 호기심을 키우는 것이 좋습니다. 흥미를 느끼는 분야를 즐겁게 탐구하는 태도가 미래의 과학자로 성장하는 밑거름이 됩니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
융합

[인터뷰] 안광석_차세대 범용 백신을 꿈꾸는 바이러스 면역학자 ｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

바이러스와 인간의 면역 체계는 끊임없이 상호 작용하며 함께 진화해 왔습니다. 바이러스는 인간 세포 내에서 최대한 증식하고 전파하려는 본능을 가진 반면, 면역 체계는 이러한 이물질을 탐지하여 제거하려는 방어 기전을 작동시킵니다. 특히 전 세계 인구의 상당수가 감염된 사이토메갈로바이러스는 한 번 감염되면 평생 몸속에 머물며 면역력이 약해질 때 치명적인 질환을 일으킵니다. 이러한 위험성 때문에 전미 백신 위원회에서는 이 바이러스의 백신 개발을 최우선 과제로 꼽고 있으며, 바이러스의 면역 회피 전략을 이해하는 것이 치료제 개발의 핵심입니다. 과거 1800년대 런던의 콜레라 유행 당시, 질병의 원인을 공기 중의 나쁜 기운인 '미아즈마'로 보던 통념을 깨고 수인성 질병임을 밝혀낸 존 스노의 사례는 현대 역학의 시초가 되었습니다. 그는 가구별 조사와 상수도 자료 분석을 통해 콜레라 발생 지도를 만들었고, 특정 물 펌프가 감염의 근원임을 증명해 냈습니다. 이 발견은 상하수도 시설의 중요성을 일깨웠으며 공중보건학의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 이처럼 질병의 정확한 매개체와 원인을 규명하는 과학적 접근은 인류를 위기에서 구하고 보건 환경을 개선하는 강력한 도구가 됩니다. 신종 바이러스는 계속해서 탄생하며, 백신 접종 후에도 면역 압력을 피해 스스로 변이하는 특성을 가집니다. 특히 코로나19의 스파이크 단백질은 변이가 잦아 기존 백신의 효력을 떨어뜨리는 주요 원인이 됩니다. 과학자들은 이러한 변이에 상관없이 대응할 수 있는 범용 백신 개발을 오랜 숙원으로 삼고 연구에 매진하고 있습니다. 현재는 변이가 거의 없는 다른 바이러스 단백질을 타깃으로 하는 전략이 상당한 진척을 보이고 있습니다. 머지않아 단 한 번의 접종으로 다양한 변이체로부터 오랫동안 보호받을 수 있는 범용 백신의 시대가 열릴 것으로 기대됩니다. 현대 생명과학은 물리, 화학, 공학 등 타 학문과의 긴밀한 융합을 통해 발전하고 있습니다. 전자현미경의 발달로 보이지 않던 바이러스와 원자의 구조를 정밀하게 파악하게 되었고, 최근에는 AI와 데이터 사이언스가 복잡한 생명 현상을 명확하게 분석하는 데 기여하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 과거 수년이 걸리던 백신 개발 기간을 단 몇 주 수준으로 단축할 수 있는 혁신적인 여력을 제공합니다. 융합 과학의 발전은 생명과학의 한계를 뛰어넘어 인류가 직면한 복잡한 보건 문제를 해결하고 미래의 팬데믹에 대비하는 데 결정적인 역할을 수행할 것입니다. 분자생물학의 혁명이라 불리는 PCR 기술은 DNA 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 과거 수개월이 걸리던 유전자 클로닝 작업을 단 며칠로 단축시켰으며, 코로나19와 같은 급성 감염병의 신속한 진단을 가능케 하여 수많은 생명을 구했습니다. 이제 과학의 시선은 완치가 어려운 만성 감염 바이러스로 향하고 있습니다. 평생을 함께하며 끊임없이 질병을 일으키는 바이러스들을 통제하기 위한 연구는 지금도 계속되고 있습니다. 끊임없는 기술 혁신과 연구자들의 열정이 더해진다면, 인류는 만성 질환의 굴레에서 벗어나 바이러스와의 전쟁에서 새로운 승기를 잡을 수 있을 것입니다.

안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학

[강연] mRNA, 차세대 건강 혁명의 주역_by 안광석 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연' | 1강

2023년 노벨 생리의학상은 코로나19 팬데믹 상황에서 인류를 구한 mRNA 백신 개발의 주역들에게 돌아갔습니다. 헝가리 출신의 카탈린 카리코와 미국의 드루 와이즈만 박사가 그 주인공입니다. 이들의 연구는 단순히 전염병에 대응하는 수단을 넘어, 현대 의학의 패러다임을 바꾸는 혁신적인 성과로 평가받습니다. 수많은 생명을 구한 이 기술의 이면에는 한 과학자의 끈질긴 집념과 열정이 숨어 있습니다. 이번 수상은 과학적 발견이 우리 삶에 얼마나 직접적인 영향을 미칠 수 있는지를 보여주는 상징적인 사건입니다. 과거의 백신 제조 방식은 매우 노동 집약적이고 시간이 오래 걸리는 작업이었습니다. 바이러스를 증식시키기 위해 수많은 유정란에 주사기로 바이러스를 주입하고 다시 추출하는 과정을 거쳐야 했기 때문입니다. 하지만 1980년대 이후 분자생물학이 발전하면서 병원체 전체가 아닌 특정 성분만을 활용하는 방식이 가능해졌습니다. 특히 mRNA 기술은 생산 공정을 표준화할 수 있어 신속하고 비용이 저렴하며, 다양한 바이러스와 세균에 즉각적으로 적용할 수 있는 강력한 장점을 지니고 있습니다. mRNA 연구의 선구자인 카탈린 카리코 박사의 여정은 결코 순탄하지 않았습니다. 헝가리에서 미국으로 이민을 떠날 당시, 그녀는 전 재산인 1,000달러를 어린 딸의 테디베어 인형 속에 숨겨야 할 정도로 절박한 상황이었습니다. 미국에 도착한 후에도 비정규직 연구원으로서 불안정한 삶을 이어갔으며, mRNA 연구에 대한 학계의 냉대와 무관심을 견뎌야 했습니다. 하지만 그녀는 mRNA가 질병 치료의 핵심이 될 것이라는 확신을 굽히지 않았고, 이러한 믿음은 훗날 인류를 구하는 거대한 발견의 씨앗이 되었습니다. mRNA 기술의 가장 큰 난관은 인위적으로 만든 RNA를 체내에 주입했을 때 발생하는 강력한 염증 반응이었습니다. 카리코와 와이즈만 박사는 우리 몸의 천연 RNA인 tRNA에는 염증이 일어나지 않는다는 점에 주목했습니다. 연구 결과, tRNA에 포함된 '슈도우리딘'이라는 변형 염기가 면역 반응을 회피하는 열쇠임을 밝혀냈습니다. 이 발견을 통해 염증 반응 없이 단백질 생산 효율을 수십 배 이상 높인 변형 mRNA를 제작할 수 있게 되었으며, 이는 백신 상용화를 가능케 한 결정적인 돌파구가 되었습니다. 놀라운 발견에도 불구하고 카리코 박사는 소속 대학으로부터 교수 자질이 부족하다는 평가를 받으며 해고 통보를 받는 수모를 겪었습니다. 연구비 수주 실패와 논문 거절이 반복되는 상황에서도 그녀는 과학자로서의 자존심을 지키며 연구를 지속했습니다. 결국 그녀는 독일의 바이오엔테크로 자리를 옮겨 자신의 기술을 믿어주는 동료들을 만났고, 7년 뒤 전 세계를 휩쓴 코로나19에 대항하는 화이자 백신을 탄생시켰습니다. 이는 단기적인 성과에 매몰된 현대 학계에 인내와 기초 연구의 중요성을 일깨워주는 사례입니다. mRNA 기술의 잠재력은 코로나19 백신에 국한되지 않습니다. 이 기술은 암 치료 분야에서도 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 환자의 암세포에서만 나타나는 특이 단백질 정보를 mRNA에 담아 주입하면, 우리 몸의 면역 체계가 암세포를 직접 공격하도록 유도할 수 있습니다. 이미 30년 전부터 암 치료용으로 연구되어 온 이 플랫폼은 향후 심장 질환, 뇌 질환 등 다양한 난치병 치료제로 확대될 전망입니다. 이제 우리는 mRNA를 통해 질병을 예방하는 시대를 넘어 적극적으로 치료하는 새로운 의학적 시대로 진입하고 있습니다. 과학은 천재들만의 전유물이 아니라, 실패를 두려워하지 않는 인내와 집념의 산물입니다. 카리코 박사는 과학 연구를 조정 경기에 비유하며, 결승선을 보지 못하더라도 동료를 믿고 노를 젓는 과정 자체가 중요하다고 강조합니다. 수많은 거절과 무시 속에서도 묵묵히 자신의 길을 걸어온 그녀의 삶은 우리에게 깊은 감동을 줍니다. 진정한 혁신은 화려한 조명 아래서가 아니라, 아무도 알아주지 않는 실험실에서 묵묵히 흘린 땀방울을 통해 완성된다는 사실을 그녀의 노벨상 수상이 증명하고 있습니다.

안광석

카오스재단카오스크로스

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

카오스재단카오스강연

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학

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

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

이준호

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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

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

단백질 구조 예측의 정확성을 검증하는 것은 연구의 핵심적인 단계입니다. CASP와 같은 대회에서는 실험적으로 밝혀질 예정인 구조를 대상으로 예측을 수행하지만, 실제 연구 현장에서는 간접적인 실험을 통해 이를 확인합니다. 특정 아미노산을 변형했을 때 나타나는 성질의 변화를 관찰함으로써 예측된 구조의 타당성을 검토하는 방식입니다. 이러한 과정을 거쳐 구조 전체를 완벽히 풀어내지 못하더라도, 단백질이 가진 고유한 특성을 파악하고 다음 단계의 응용 연구로 나아갈 수 있는 토대를 마련하게 됩니다. 초저온 전자현미경(Cryo-EM)은 기존의 X선 방식보다 편리한 도구이지만, 여전히 단백질 시료 확보라는 큰 과제를 안고 있습니다. 특히 세포막에 파묻힌 단백질은 분리 과정에서 안정화하기가 매우 까다로워 실험적 접근이 어렵습니다. 실제 시료를 다루는 실험은 계산 과학에 비해 막대한 비용과 시간이 소요되며, 실험 환경과 실제 생체 환경 사이의 차이를 극복해야 하는 문제도 존재합니다. 따라서 실험 데이터의 한계를 인지하고 이를 보완할 수 있는 다각적인 연구 태도가 필수적입니다. 첨단 과학 연구를 지속하기 위해서는 이를 뒷받침할 수 있는 기반 시설과 컴퓨팅 자원이 필수적입니다. 우리나라는 IT 강국으로 불리지만, 기초 과학 분야에 투입되는 슈퍼컴퓨팅 자원은 주요 선진국들에 비해 다소 부족한 실정입니다. 계산 과학의 비중이 커지는 현대 연구에서 인프라에 대한 관심과 투자는 과학자들이 연구에 몰입할 수 있는 중요한 토대가 됩니다. 국가적 차원의 인프라 구축은 단순히 장비를 갖추는 것을 넘어, 미래 과학 기술의 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소로 작용합니다. 전통적인 분자 구조 예측은 물리학 법칙에 기반하여 차근차근 계산을 쌓아가는 방식을 취해왔습니다. 하지만 원자 수가 늘어날수록 계산량이 기하급수적으로 증가하여 현재의 슈퍼컴퓨터로도 수개월에서 수년이 걸리는 한계가 있습니다. 이러한 물리적 계산의 시간적 제약을 극복하기 위해 최근에는 머신러닝 기법이 적극적으로 도입되고 있습니다. 머신러닝은 데이터로부터 학습하여 실용적인 예측 결과를 도출하며, 원리 기반의 프로그램이 해결하지 못하는 영역을 보완하는 중요한 역할을 수행합니다. 인공지능을 활용한 화학 연구에서 가장 중요한 것은 양질의 데이터를 어떻게 효율적으로 학습시키느냐에 달려 있습니다. 알파폴드의 성공 사례에서 보듯, 기존의 과학적 지식과 서열 진화 법칙 같은 정교한 데이터를 입력값으로 사용하는 것이 결과의 질을 결정합니다. 또한 분자의 3차원 구조나 텍스트 표현 등 컴퓨터가 이해하기 쉬운 방식으로 데이터를 가공하는 연구도 활발히 진행 중입니다. 인공지능은 우리가 미처 알지 못했던 새로운 화학적 원리를 발견하게 해주는 강력한 계기가 될 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[인터뷰] 김유섭 _ '진화는 어떻게 일어나는가?'를 푸는 집단유전학 | 2022 카오스강연 '진화'

진화생물학은 생명체가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 탐구하는 학문으로, 무생물과는 비교할 수 없을 만큼 복잡한 생명의 신비를 다룹니다. 이 분야의 매력은 연구 방법의 다양성에 있습니다. 자연 속에서 동식물을 관찰하는 현장 연구자부터 실험실에서의 정밀한 분석을 즐기는 학자, 그리고 고도의 수학적 모델을 설계하는 이론가까지 각기 다른 배경을 가진 이들이 모여 학문적 토대를 쌓아 올립니다. 이러한 다학제적 성격은 진화생물학만이 가진 독창적인 면모이자 연구자들을 매료시키는 핵심 요소입니다. 지구상의 거대한 생물다양성을 설명하는 핵심 열쇠임에도 불구하고, 그동안 국내 진화생물학계의 규모는 주요 선진국에 비해 상대적으로 작았습니다. 생물학 커뮤니티 내에서 진화생물학의 중요성은 인지되어 왔으나, 이를 뒷받침할 체계적인 학술 조직의 부재가 아쉬움으로 남았습니다. 다행히 최근 뜻을 함께하는 연구자들이 모여 한국진화학회를 창립하며 새로운 전기를 마련했습니다. 약 40여 명의 정회원이 힘을 모은 이번 학회 설립은 국내 진화생물학 연구의 구심점 역할을 할 것으로 기대됩니다. 현재 우리나라 진화생물학 분야에는 흥미로운 불균형이 존재합니다. 대중 과학 서적 시장에서는 진화생물학 관련 도서가 큰 인기를 끌고 독자들의 관심도 매우 높지만, 정작 새로운 지식을 창출하는 전문 연구 인력은 턱없이 부족한 실정입니다. 이는 마치 관객과 평론가는 넘쳐나는데 정작 영화를 만드는 감독과 배우가 부족한 영화계의 모습과도 같습니다. 따라서 이제는 연구자 간의 네트워크를 공고히 구축하고, 차세대 진화생물학자들을 체계적으로 육성하여 학문의 내실을 다지는 노력이 절실한 시점입니다. 진화생물학은 더 이상 다른 생물학 분야와 동떨어진 고립된 학문이 아닙니다. 유전체학, 분자생물학, 바이러스학 등 현대 생물학의 주류 분야들과 긴밀하게 상호작용하며 함께 발전하는 단계에 접어들었습니다. 특히 호모 사피엔스가 어떻게 독보적인 생존 능력을 갖추게 되었는지, 그리고 다른 호미닌 종들의 멸종과 현재의 생태계 변화에 어떤 영향을 미쳤는지를 이해하는 데 진화적 관점은 필수적입니다. 한국진화학회는 이러한 학문 간 경계를 허물고 다양한 협력 과제를 수행하며 진화생물학의 지평을 넓혀갈 계획입니다. 진화의 구체적인 기제를 다루는 집단유전학은 진화가 어떤 방식으로 일어나는지를 과학적으로 규명하는 학문입니다. 20세기 초중반 기초를 닦은 창시자들의 시대를 지나, 현재는 방대한 유전 데이터를 바탕으로 '집단유전학의 르네상스'라고 불릴 만큼 눈부신 발전을 거듭하고 있습니다. 집단유전학의 탄생 배경부터 그 과정에서 발생한 학술적 갈등, 그리고 오늘날 현대 생물학에서 꽃을 피우기까지의 전 과정을 살펴봄으로써, 진화라는 거대한 흐름을 이해하는 유익한 토대를 마련할 수 있습니다.

김유섭

카오스재단석학인터뷰

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

[질토과+짧강] 🧬생명현상과 엔트로피_by성재영｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 1강

통계역학의 관점에서 생명은 매우 특별한 상태입니다. 우리 주변의 공기 입자들이 갑자기 한쪽으로 쏠려 숨을 쉬지 못하게 될 확률은 거의 0에 가깝습니다. 이는 마치 원숭이가 타자기를 쳐서 지구상의 모든 정보를 우연히 기록할 확률만큼이나 희박한 일입니다. 생명체는 이처럼 무한히 낮은 확률을 뚫고 고도의 질서를 유지하는 존재입니다. 수많은 분자가 모여 하나의 생명체를 이루고 그 상태를 지속하는 것은 에너지를 끊임없이 소비하며 엔트로피 증가에 저항하는 경이로운 과정이라 할 수 있습니다. 우리가 세상을 보고 듣는 감각 현상 또한 정교한 화학 반응의 산물입니다. 눈의 망막에 있는 분자들은 빛을 받으면 구조를 바꾸며 전기 신호를 생성하고, 귀의 청각 세포들은 소리의 진동에 맞춰 움직이며 이온을 흐르게 합니다. 이러한 개별적인 효소 반응들은 겉보기에는 매우 무질서해 보일 수 있지만, 생명체 내부에서는 정교하게 설계된 체계를 통해 질서정연한 신호로 변환됩니다. 결국 생명 현상의 본질은 무질서한 분자들의 움직임을 조절하여 의미 있는 정보를 만들어내는 데 있습니다. 생명체가 질서를 구현하는 핵심 기제는 바로 효소 반응 네트워크에 있습니다. 대장균과 같은 단순한 단세포 생물조차도 수많은 단백질과 효소를 이용해 먹이를 찾고 독성 물질을 피하는 복잡한 판단을 내립니다. 개별 효소의 반응은 무작위적이지만, 이들이 얽혀 있는 네트워크는 전체적인 조화를 이루며 생명 기능을 수행합니다. 최근 연구에 따르면 이러한 반응 속도의 유동성과 무질서도를 설명하는 '화학 유동 법칙'이 존재함이 밝혀졌으며, 이는 생명이 어떻게 수학적 정교함을 바탕으로 유지되는지 보여줍니다. 유전자는 생명체가 질서를 유지하기 위해 참조하는 정보의 원천입니다. 부모로부터 물려받은 유전 정보는 세포 내 반응 네트워크를 설계하는 설계도 역할을 하며, 정보량이 많아질수록 시스템의 엔트로피는 감소하게 됩니다. 흥미로운 점은 같은 유전자를 가진 세포라도 단백질의 개수나 상태가 조금씩 다르다는 것입니다. 생명체는 이러한 미세한 무질서와 변동성을 오히려 이용해 세포의 기능을 다양화하고 환경에 적응합니다. 즉, 완벽한 통제보다는 적절한 불확실성을 활용하는 것이 생명의 생존 전략인 셈입니다. 생명체의 조절 능력이 한계를 벗어나 질서가 무너질 때 우리는 이를 질병이라 부릅니다. 암세포의 무분별한 증식이나 혈당 조절의 실패는 세포 내 화학 반응 네트워크의 균형이 깨진 결과입니다. 따라서 현대 과학은 시스템생물학적 관점에서 이러한 네트워크를 복구하고 엔트로피를 관리하는 치료법을 연구하고 있습니다. 노화 역시 엔트로피 증가에 따른 자연스러운 과정이지만, 에너지를 극도로 소비하여 젊음을 되찾는 일부 생명체의 사례는 우리가 생명의 가역성과 질서 유지에 대해 더 깊이 탐구할 여지를 남겨줍니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[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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생명과학

[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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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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생명과학

[술술과학] 식물계의 슈퍼모델, 애기장대😎🌱_식물 EP.07 (식물의 시간#3)

애기장대는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 작고 보잘것없는 잡초처럼 보이지만, 식물학계에서는 '슈퍼모델'로 통하는 특별한 존재입니다. 유럽과 아시아 등 북방 지역에 주로 서식하며, 우리나라에서도 간혹 발견되는 이 식물은 민들레처럼 땅에 붙어 자라다가 하얀 꽃을 피우는 특징이 있습니다. 비록 식용이나 관상용으로서의 가치는 낮을지 모르나, 애기장대를 통해 이루어진 수많은 발견은 식물에 대한 인류의 이해를 근본적으로 뒤바꿔 놓았습니다. 이 작은 풀이 현대 식물학의 중심에 서게 된 배경에는 과학적 연구에 최적화된 독특한 생물학적 특성들이 숨어 있습니다. 애기장대가 모델 식물로 각광받는 이유는 연구 효율성이 매우 뛰어나기 때문입니다. 몸집이 작아 실험실이라는 제한된 공간에서도 대량으로 재배할 수 있으며, 생애 주기가 4주에서 6주 정도로 짧아 연구 결과를 빠르게 확인할 수 있습니다. 또한, 한 개체에서 엄청난 양의 종자를 얻을 수 있고 자가수정을 하기 때문에 외부의 도움 없이도 형질을 유지하며 번식하기에 용이합니다. 특히 유전적 변이를 유도하기 쉬워 돌연변이 연구에 최적화되어 있다는 점은 식물학계의 '초파리' 혹은 '예쁜꼬마선충'이라 불리기에 부족함이 없는 면모를 보여줍니다. 20세기 초 프리드리히 라이바흐에 의해 처음 주목받기 시작한 애기장대는 1990년대에 이르러 폭발적인 연구 성장을 이룩했습니다. 특히 2000년에는 식물 중 최초로 전체 유전체 분석이 완료되면서 식물학의 새로운 시대가 열렸습니다. 현재는 전 세계 연구자들이 인터넷을 통해 저렴한 비용으로 종자를 주문하고, 방대한 데이터베이스인 TAIR를 통해 연구 정보를 손쉽게 공유할 수 있는 시스템이 구축되어 있습니다. 이러한 체계적인 인프라는 애기장대가 전 세계 수천 개의 연구실에서 매년 수천 편의 논문으로 재탄생하는 원동력이 되고 있습니다. 최근 애기장대의 활약은 지구를 넘어 우주로까지 확장되고 있습니다. 미 항공우주국(NASA)은 우주 정거장의 미세 중력 환경에서 식물이 받는 스트레스를 연구하기 위해 애기장대를 우주선에 실어 보냈습니다. 이는 미래의 화성이나 달 탐사 시 인류가 우주에서 식물을 재배하기 위한 필수적인 기초 연구의 일환입니다. 극한 환경에서 식물이 분비하는 물질을 규명하고 이를 제어하는 기술을 개발함으로써, 애기장대는 인류의 우주 진출을 돕는 중요한 길잡이 역할을 수행하고 있습니다. 길가의 잡초가 인류의 미래 식량 안보를 책임질 핵심 열쇠가 된 셈입니다. 생물학자 자크 모노는 대장균에서 발견한 진실이 코끼리에게도 적용된다고 말하며 생명 원리의 보편성을 강조했습니다. 이처럼 작은 풀 하나를 탐구하는 과정은 결국 거대한 식물 세계 전체를 이해하는 과정과 맞닿아 있습니다. 수많은 연구자가 밤낮으로 이 작은 생명체에 매달리는 이유는 그 속에 담긴 생명의 보편적인 법칙을 찾기 위해서입니다. 애기장대는 단순한 실험 재료를 넘어, 식물이라는 거대한 우주를 들여다보는 가장 정교하고 아름다운 창틀이라 할 수 있습니다. 우리는 이 작은 잡초를 통해 생명의 경이로움과 그 속에 숨겨진 질서를 발견하게 됩니다.

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[카오스 짧강] 고세균 이름이 '토르' '로키' '오딘' '헤임달' 이라고? _ by 조장천 ｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 6강

미생물은 지구 생태계에서 압도적인 생물량을 차지하고 있습니다. 인류 전체의 몸무게를 합친 것보다 10배나 더 무거운 미생물들이 우리 주변에 존재하지만, 우리는 그들 중 극히 일부만을 배양하여 관찰할 수 있을 뿐입니다. 대부분의 미생물은 실험실에서 자라지 않아 그 실체를 파악하기 어렵지만, 과학자들은 이 보이지 않는 존재들 속에 생명 진화의 거대한 비밀이 숨겨져 있다고 믿고 연구를 지속해 왔습니다. 미생물은 단순한 유기체 이상의 의미를 지니며, 지구 생명의 역사를 기록한 살아있는 화석과도 같습니다. 1970년대 후반, 칼 워즈 교수는 리보솜 RNA 서열 분석을 통해 생명의 계보를 새롭게 정의했습니다. 그는 모든 생물을 세균, 고균, 그리고 진핵생물이라는 세 가지 영역으로 나누었으며, 외형은 세균과 닮았으나 분자적으로는 진핵생물과 유사한 고균의 독특한 특성을 밝혀냈습니다. 이러한 발견은 생명 진화의 흐름을 이해하는 데 획기적인 전환점이 되었으며, 진핵생물이 세균과 고균의 연합으로 탄생한 키메라와 같은 존재임을 시사하는 중요한 단서가 되었습니다. 진핵세포의 탄생 과정에서 가장 핵심적인 사건은 미토콘드리아의 획득입니다. 과거에는 미토콘드리아가 없는 원시 진핵세포가 존재할 것이라 예상했으나, 연구 결과 모든 진핵생물은 과거에 미토콘드리아를 가졌던 흔적을 보유하고 있음이 드러났습니다. 수소 가설에 따르면 수소를 생산하는 세균과 이를 이용하는 고균의 대사적 연합이 운명적인 만남을 이루었고, 이것이 오늘날 복잡한 생명체로 진화하는 결정적인 계기가 되었습니다. 이 과정은 생명체가 단순한 구조에서 벗어나 고도의 복잡성을 갖추게 된 역사적 사건입니다. 최근 분자생물학의 발전은 진핵생물의 기원에 대해 더욱 놀라운 사실을 알려줍니다. 심해 퇴적토에서 발견된 '로키 고균'을 비롯한 아스가르드 고균 그룹은 진핵생물과 유전적 특징을 상당 부분 공유하고 있습니다. 이는 진핵생물이 독립적인 영역이 아니라 고균의 한 갈래에서 파생되었을 가능성을 강력하게 뒷받침합니다. 북유럽 신화의 이름을 딴 이 고균들은 진핵생물의 조상과 가장 가까운 친척으로서, 우리가 어디에서 왔는지를 설명해 주는 중요한 열쇠가 되고 있습니다. 이들은 생명의 나무에서 진핵생물의 위치를 새롭게 정의하고 있습니다. 미생물학자들은 이제 유전자 분석을 넘어 이들의 실제 모습을 관찰하고 배양하기 위한 도전을 계속하고 있습니다. 로키 고균의 다양한 형태 변화나 헤임달 고균의 구조적 특징은 진핵세포의 초기 진화 과정을 이해하는 데 귀중한 정보를 제공합니다. 식세포 작용의 기원이나 공통 조상의 대사 방식 등 여전히 풀리지 않은 질문들이 많지만, 미생물에 대한 끊임없는 탐구는 결국 생명의 근원에 대한 답을 찾아가는 여정이 될 것입니다. 자연계의 미생물들이 보여주는 공생의 지혜는 우리에게 생명의 경이로움을 다시금 일깨워 줍니다.

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[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] 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

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화학

[연구뭐하지] 박승범 교수_서울대학교 '화학생물학 연구실' | 화학부에서 분자생물학 연구를? 그래서 더 다채로운 바이오 연구를 할 수 있는 곳!

생명 현상은 신비롭고 복잡하지만, 그 본질을 들여다보면 단백질, DNA, RNA와 같은 분자들의 정교한 상호작용으로 이루어져 있습니다. 화학생물학은 이러한 분자 수준에서의 화학적 상호작용을 이해하고 조절함으로써 생명의 비밀을 풀어나가는 학문입니다. 서울대학교 화학부 화학생물학 연구실은 이러한 기초적인 이해를 바탕으로 질병을 치료할 수 있는 새로운 치료제를 개발하는 데 매진하고 있습니다. 분자 수준의 통찰력은 복잡한 생명 현상을 명확하게 규명하는 강력한 도구가 됩니다. 연구실에서는 유기화학적 지식을 기반으로 인체의 신비를 탐구하며, 특히 다양한 질병 모델을 활용한 표현형 기반 스크리닝을 진행합니다. 발굴된 화합물이 어떤 단백질을 표적으로 삼는지, 그리고 어떤 생리적 기전을 통해 치료 효과를 나타내는지 파악하기 위해 TS-FITGE와 같은 독창적인 연구 기법을 활용합니다. 이는 단순히 물질을 발견하는 것에 그치지 않고, 그 물질이 생체 내에서 작용하는 구체적인 경로를 과학적으로 입증하여 신약 개발의 가능성을 높이는 중요한 과정입니다. 이곳의 유기합성 연구는 일반적인 유기화학과는 차별화된 지향점을 가집니다. 단순히 새로운 반응론을 개발하는 것에 머물지 않고, 그 반응이 생물학적으로 어떤 의미를 갖는지 끊임없이 자문합니다. 생물학적 활성이 기대되는 구조를 설계하여 합성하거나, 생명 현상을 실시간으로 관측할 수 있는 형광 분자를 제작하는 등 모든 합성 과정의 중심에는 생물학적 가치가 자리 잡고 있습니다. '왜 이 물질을 만드는가'에 대한 확고한 해답은 연구자들에게 강력한 동기를 부여하며 질병 치료라는 목표를 향해 나아가게 합니다. 연구의 효율성을 극대화하기 위한 아낌없는 지원과 최첨단 시설은 이 연구실의 큰 자랑입니다. 유기합성부터 바이오 실험까지 모든 단계를 한곳에서 마무리할 수 있도록 국내 최고 수준의 장비와 리소스를 갖추고 있습니다. 특히 연구자의 시간을 소중히 여기는 철학에 따라, 학생들이 연구에만 몰두할 수 있는 환경을 조성하는 데 지원을 아끼지 않습니다. 이러한 인프라는 학생들이 각자의 프로젝트를 독립적이면서도 전문적으로 수행할 수 있게 돕는 든든한 밑거름이 되어 줍니다. 다양한 전공 배경을 가진 인재들이 모여 협력하는 문화는 연구실을 더욱 풍요롭게 만듭니다. 교수님은 자신을 정원사에 비유하며, 학생들이 각자의 재능과 관심에 따라 스스로 성장할 수 있도록 돕는 조력자 역할을 자처합니다. 획일적인 방향을 강요하기보다 각자의 나무가 가장 예쁜 꽃을 피울 수 있도록 적절한 가지치기와 지원을 제공하는 것입니다. 미래의 유망한 분야를 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 것이 무엇인지 깨닫고 이를 깊이 있게 탐구할 때, 연구자로서의 진정한 성장이 시작됩니다.

박승범

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화학
생명과학

[질문Q] RNA백신을 개발할 때 항원 부위를 어떻게 선별할까?ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 3강ㅣRNA : 최초의 생명물질로부터 메신저까지

생명체의 유전 정보가 발현되는 과정은 단순히 설계도를 읽는 수준을 넘어 매우 정교한 조절 시스템을 거칩니다. 특정 유전자가 mRNA를 생성할 때, 전사 인자라는 단백질과 마이크로 RNA 같은 조절 인자들이 선택적으로 개입하여 필요한 양을 조절합니다. 이러한 조절은 크게 두 가지 축으로 이루어지는데, 바로 물질을 얼마나 빠르게 합성하느냐와 얼마나 신속하게 분해하느냐의 균형입니다. 세포는 상황에 따라 합성 속도를 높이거나 분해를 늦추는 방식으로 생체 물질의 농도를 유지하며 생명 활동을 이어갑니다. RNA는 생성된 직후에 바로 활성을 띠는 것이 아니라, 일종의 가공 과정을 거쳐야 비로소 제 기능을 발휘할 수 있습니다. 마치 요리에 양념을 더해 맛을 완성하듯, RNA 역시 적절한 변형 과정을 통해 활성화 상태로 전환됩니다. 또한, 생체 내 물질들은 제자리에 위치할 때만 정상적인 기능을 수행할 수 있습니다. 따라서 세포는 RNA가 합성된 장소에서 실제 역할이 필요한 장소로 이동하는 배치 과정까지도 엄격하게 통제합니다. 양과 활성도, 그리고 정확한 배치라는 세 가지 요소가 맞물려 세포 내의 정교한 질서가 유지되는 것입니다. 우리 몸을 구성하는 수조 개의 세포는 일부 예외를 제외하고 모두 동일한 DNA를 공유하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 피부, 간, 뇌 세포가 각기 다른 형태와 기능을 갖는 이유는 유전자 발현의 차이 때문입니다. 즉, 어떤 유전자가 RNA로 만들어지느냐에 따라 세포의 운명이 결정되는 것입니다. 발생 과정에서 특정 부위의 유전자 발현을 억제하거나 활성화함으로써 머리나 다리 같은 기관이 형성됩니다. 특히 여성의 X 염색체 중 하나를 비활성화하는 'Xist'와 같은 비코딩 RNA의 존재는 RNA가 유전체 전체의 발현을 조절하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 최근 주목받는 mRNA 백신 기술은 이러한 RNA의 특성을 의학적으로 활용한 대표적인 사례입니다. 항원 부위를 선별하여 RNA로 제작하면 동물 실험을 통해 빠르게 효과를 검증할 수 있어 전통적인 방식보다 개발 속도가 월등히 빠릅니다. 더 나아가 RNA는 질병 치료의 직접적인 표적이 되기도 합니다. 암세포에서 비정상적으로 일어나는 RNA 가공 과정을 조절하거나, 단백질이 아닌 RNA 자체를 표적으로 삼는 새로운 치료 전략이 연구되고 있습니다. 이는 기존의 단백질 중심 치료법을 넘어 질병 정복을 위한 표적의 범위를 획기적으로 넓혀주고 있습니다. RNA 연구의 발전은 다운 증후군과 같은 염색체 이상 질환의 새로운 치료 가능성까지 제시하고 있습니다. 특정 염색체의 활성을 조절하는 RNA 기전을 응용한다면 유전적 한계를 극복하는 혁신적인 전기가 마련될 수 있습니다. 다만, 시중의 RNA 화장품처럼 대중화된 제품들에 대해서는 신중한 접근이 필요합니다. RNA는 외부 환경에서 매우 쉽게 분해되며 세포막을 통과하기도 어렵기 때문입니다. 과학적 원리가 실제 효능으로 이어지기 위해서는 안정화 기술과 전달 체계에 대한 엄격한 검증이 선행되어야 하며, 이는 앞으로 과학계가 풀어야 할 숙제이기도 합니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[질문Q] '본성vs환경' 논쟁에서 환경적 요인이 더 크다고 봐야할까?ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강ㅣDNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠

유전자의 세계는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 다양하고 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 하나의 유전자가 가진 길이는 천차만별인데, 어떤 것은 염기가 만 개를 넘어가기도 하고 짧은 것은 수백 개에 불과하기도 합니다. 이에 따라 단백질을 구성하는 아미노산의 개수도 수백 개에서 수천 개까지 큰 차이를 보입니다. 평균적으로는 약 1,500개에서 2,000개 정도의 염기가 하나의 유전자를 이룬다고 볼 수 있지만, 이러한 수치적 평균보다는 각 유전자가 생명체 내에서 수행하는 고유한 역할과 그에 최적화된 구조를 이해하는 것이 유전학의 핵심적인 출발점이라 할 수 있습니다. 생명의 설계도는 이처럼 정교한 변주를 통해 완성됩니다. 획득 형질의 유전 여부는 현대 생물학에서 매우 흥미로우면서도 조심스러운 쟁점 중 하나입니다. 과거에는 환경에 의해 얻어진 형질이 후대에 전달되지 않는다는 견해가 지배적이었으며, 이는 우생학적 오용을 경계하는 사회적 분위기와도 맞물려 있었습니다. 하지만 최근 연구들은 특정 환경적 요인이 유전자의 직접적인 변형 없이도 후대에 영향을 미칠 수 있다는 증거들을 제시하고 있습니다. 물론 이러한 후성유전적 표지가 다음 세대로 명확히 전달되는 사례와 완전히 지워지는 사례가 공존하기 때문에, 이를 성급히 일반화하기보다는 현상이 매개되는 구체적인 메커니즘을 밝혀내는 과정이 현재 활발히 진행되고 있습니다. 인공 세포의 탄생은 생명체의 가장 큰 특징인 자기 재생산을 실험실 수준에서 구현하려는 시도에서 비롯되었습니다. DNA를 인공적으로 합성하여 세포 내에 도입함으로써 생명 현상을 일으키는 단계까지 도달한 것은 과학사적으로 큰 진전입니다. 영화 '쥬라기 공원'에서 묘사된 것처럼 기존 세포의 핵을 제거하고 새로운 DNA를 주입하는 방식은 이미 다양한 연구에서 활용되고 있습니다. 다만, DNA 복제와 단백질 합성을 돕는 효소 등 핵심적인 인프라는 여전히 기존 세포의 것을 빌려 써야 하기에, 이를 완전한 인공 생명체라 부르기보다는 반인공적인 상태로 정의하는 것이 더 정확한 접근일 것입니다. 이는 생명 창조를 향한 첫 번째 단추를 꿴 것과 같습니다. 인간의 DNA 중 단백질을 부호화하는 부위는 극히 일부에 불과하며, 과거에는 나머지 90% 이상의 영역을 아무런 기능이 없는 '비부호화 DNA'라고 치부하기도 했습니다. 그러나 연구가 거듭될수록 이 영역들이 유전자의 발현을 정교하게 조절하거나 염색체의 구조를 유지하는 등 생명 유지에 필수적인 역할을 수행한다는 사실이 밝혀지고 있습니다. 특정 유전자를 제거해도 생명체에 큰 변화가 없는 '유전자 적중' 실험의 사례처럼, 생명은 예상치 못한 중복성과 유연성을 가지고 있습니다. 진화의 흔적이자 미래의 가능성을 품은 이 비부호화 DNA는 생명의 신비를 푸는 새로운 열쇠가 되고 있으며, 우리가 아직 모르는 비밀이 그 안에 숨겨져 있을 것입니다. 모든 세포는 동일한 DNA 정보를 공유하지만, 각기 다른 조직과 기관으로 분화되는 과정은 정교한 프로그램에 의해 통제됩니다. 수정란이 분열하며 세포의 위치와 주변 환경에 따라 어떤 유전자를 발현시킬지 결정하는 '전사 조절'이 그 핵심입니다. 난자의 세포질에 포함된 단백질들과 조절 RNA들은 일종의 초기 구동 프로그램 역할을 하며, 세포가 놓인 위치적 특성인 '니치'와 상호작용하여 세포의 운명을 결정짓습니다. 결국 생명은 단순히 유전 정보의 나열이 아니라, 주어진 환경 속에서 특정 정보를 선택적으로 읽어내고 실행하는 역동적인 시스템의 결과물이라 할 수 있습니다. 이러한 복잡한 상호작용이 모여 하나의 완성된 생명체를 이룹니다.

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[명강리뷰] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 by 조윤제ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강

DNA는 생명체의 근본이자 기원을 담고 있는 물질로, 우리 몸의 설계도와 같습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 이중나선 모델은 단순히 구조를 밝힌 것을 넘어 유전 정보가 어떻게 다음 세대로 전달되는지 그 복제 메커니즘을 암시했다는 점에서 혁명적이었습니다. 당시 과학계는 유전자가 어떻게 복제되는지 전혀 알지 못했으나, 이중나선 구조의 발견은 두 가닥이 각각 복제의 틀이 될 수 있음을 시사하며 생명 과학의 새로운 지평을 열었습니다. 왓슨과 크릭의 가설은 이후 메셀슨과 스탈의 실험을 통해 '반보존적 복제' 모델로 증명되었습니다. 이는 기존의 이중나선이 두 가닥으로 쪼개지고 각각을 기반으로 새로운 염기가 합쳐져 새로운 DNA가 합성된다는 원리입니다. 또한 콘버그는 이러한 복제 과정이 수천, 수만 개의 염기를 단 몇 초 만에 처리할 수 있도록 돕는 생체 촉매인 DNA 복제 효소를 발견했습니다. 이러한 효소의 존재 덕분에 우리 몸은 방대한 유전 정보를 신속하고 정확하게 복제하며 생명 활동을 유지할 수 있습니다. 유전자의 염기 서열은 단백질을 구성하는 아미노산의 종류와 조합을 결정하며, 이는 곧 단백질의 고유한 입체 구조와 기능으로 이어집니다. 우리 몸의 근육을 움직이는 마이오신이나 산소를 운반하는 헤모글로빈처럼, 단백질은 그 모양에 따라 각기 다른 생체 기능을 수행합니다. 결국 유전자의 미세한 염기 서열 차이가 단백질의 기능을 변화시키고, 이것이 생명체의 외형이나 특성 같은 다양한 현상을 좌우하게 되는 것입니다. 이는 생명체의 다양성이 분자 수준에서 어떻게 시작되는지를 잘 보여줍니다. 하지만 생명체의 모든 운명이 오직 유전자에 의해서만 결정되는 것은 아닙니다. 최근 주목받는 후생유전학은 동일한 유전자를 가졌더라도 환경이나 시기에 따라 유전자의 발현 정도가 달라질 수 있음을 설명합니다. 세포 내에서 DNA는 히스톤 단백질에 감겨 염색체 형태를 띠는데, 이 구조가 풀리고 닫히는 타이밍에 따라 유전 정보의 읽기 여부가 결정됩니다. 즉, 우리가 처한 환경과 생활 방식이 유전자의 스위치를 켜고 끄는 역할을 하며 생명체의 다양성을 더욱 풍성하게 만드는 것입니다. 현대 과학은 염기 서열을 읽는 단계를 넘어 이를 조작하고 치료에 활용하는 수준에 도달했습니다. 특정 염기 서열을 자르는 제한 효소의 발견은 유전자 재조합 기술을 가능하게 했으며, 이는 생명공학 분야의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 나아가 건강한 유전자를 바이러스에 실어 환자의 세포에 전달하는 유전자 치료는 난치병 해결의 새로운 열쇠가 되고 있습니다. 이처럼 DNA에 대한 깊은 이해는 인류가 질병을 극복하고 생명의 신비를 응용하는 데 결정적인 기여를 하고 있습니다.

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[명강 리뷰] 아직도 너무도 모르는 '암' _ 암의 기원 by이현숙ㅣ2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 9강

암은 우리 몸의 세포가 통제력을 잃고 무한히 증식하며 발생하는 질병입니다. 이는 단순히 하나의 세포가 영원히 사는 것이 아니라, 끊임없이 자손 세포를 만들어내며 세력을 확장하는 과정을 의미합니다. 특히 악성 종양은 주변에 새로운 혈관을 만들어 영양분을 흡수하고, 원래의 위치를 벗어나 혈관을 타고 다른 기관으로 침투하는 '전이' 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 특징은 양성 종양과는 확연히 구분되는 점으로, 생물학적 관점에서 볼 때 암세포가 보여주는 이동성과 적응력은 매우 정교하고도 놀라운 생명 현상의 이면이라고 할 수 있습니다. 암의 기원에 대한 탐구는 100년 전 테오도르 보베리의 가설에서 큰 전환점을 맞이했습니다. 그는 암이 단 하나의 세포에서 시작되어 염색체 수가 변형되면서 발생하는 질병일 것이라고 예측했습니다. 이후 1975년 에임스 테스트를 통해 화학 물질이 유전자에 돌연변이를 일으키는 정도가 발암성과 직결된다는 사실이 증명되었습니다. 이는 DNA 손상이 암의 근본적인 원인이라는 현대 암 생물학의 핵심 원리를 확립하는 계기가 되었습니다. 결국 암은 유전 정보의 변형이 축적되어 세포의 정상적인 기능을 마비시키는 과정으로 정의될 수 있습니다. 세포는 분열 과정에서 발생하는 수많은 오류를 스스로 교정하는 정교한 시스템을 갖추고 있습니다. DNA 중합효소의 교정 기능과 복구 기작은 유전 정보의 정확성을 유지하는 핵심 장치입니다. 만약 DNA가 심하게 손상되면 세포는 '세포 주기 시계'를 멈추고 복구할 시간을 벌거나, 복구가 불가능할 경우 스스로 죽음을 택하는 '세포 사멸' 과정을 거칩니다. 이러한 일련의 과정을 'DNA 손상 반응(DDR)'이라고 부르며, 이는 암 치료 현장에서 가장 중요하게 다뤄지는 개념입니다. 세포 내에서 일어나는 이 조화로운 대응이 무너질 때 비로소 암세포가 본격적으로 발생하게 됩니다. 암의 발생 기전은 흔히 자동차의 가속 페달과 브레이크에 비유됩니다. 암을 유발하는 '암 유전자'는 세포 분열을 가속화하고, 이를 억제하는 '암 억제 인자'는 브레이크 역할을 수행합니다. 특히 유방암 억제 인자인 BRCA2와 같은 유전자들은 세포의 안정성을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다. 또한 암세포는 분열할 때마다 짧아지는 염색체 말단의 텔로미어를 유지하기 위해 '텔로머레이스'라는 효소를 활성화합니다. 이를 통해 암세포는 정상 세포가 도달하는 분열의 한계를 극복하고 영생에 가까운 증식 능력을 획득하게 되는 것입니다. 최근 암 생물학계는 암 조직 내에서도 줄기세포와 같은 역할을 하는 '암 줄기세포'의 존재에 주목하고 있습니다. 모든 암에 공통적인 것은 아니지만, 특정 암에서는 이 줄기세포를 표적으로 삼는 것이 치료 효율을 높이는 중요한 열쇠가 됩니다. 유전체학의 발전은 개인의 유전 정보를 분석하여 최적의 맞춤형 치료제를 찾는 정밀 의료의 시대를 열고 있습니다. 비록 개인정보 보호와 같은 사회적 과제가 남아있지만, 생명 현상의 본질을 규명하려는 끊임없는 탐구는 결국 우리 사회를 더욱 건강하고 안전하게 만드는 밑거름이 될 것입니다.

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[연구뭐하지?] 윤태영 교수_서울대학교 '막단백질단분자 연구실' | 과학계의 신대륙, 막 단백질의 세계로 오세요

서구 문명이 콜럼버스의 신대륙 발견을 통해 비약적인 발전을 이룩했듯이, 과학 연구에서도 아무런 보장이 없는 새로운 분야를 개척하려는 개척자 정신은 매우 중요합니다. 서울대학교 막 단백질 단분자 연구실은 이러한 개척자 정신을 바탕으로 막 단백질이 형성되는 복잡한 과정을 탐구하고 있습니다. 특히 이곳에서 독자적으로 개발한 '단분자 자기 집게' 기술은 자석의 힘을 이용해 단백질 분자 하나를 정밀하게 조절하며 그 구조적 변화를 관찰할 수 있게 해줍니다. 이는 생명 현상의 근원을 단분자 수준에서 이해하려는 혁신적인 시도로 평가받으며 세계적인 주목을 받고 있습니다. 연구실은 크게 두 팀으로 나뉘어 각기 다른 접근 방식으로 생명과학의 난제를 풀어나갑니다. 한 팀은 암과 밀접하게 연관된 막 단백질을 중심으로 단백질 간의 상호작용을 형광 기술을 통해 실시간으로 관찰하며, 다른 팀은 단분자 자기 집게를 이용해 단백질에 물리적인 힘을 가함으로써 그 안정성과 에너지 상태를 분석합니다. 이러한 연구는 단순히 기초 과학에 머물지 않고 향후 신약 개발의 물리적 토대를 마련하는 데 기여합니다. 생물학뿐만 아니라 물리, 화학, 수학적 지식을 아우르는 다학제적 접근은 이 연구실이 가진 강력한 경쟁력 중 하나로, 복잡한 생명 현상을 다각도에서 조명합니다. 자유로운 토론 문화와 자기주도적인 연구 환경은 학생들이 전문가로서 성장할 수 있는 훌륭한 밑거름이 됩니다. 스스로 문제를 찾고 해결하려는 의지를 갖춘 연구자들은 동료들과의 활발한 교류를 통해 지식의 스펀지처럼 성장해 나갑니다. 연구실 구성원들은 서로의 재능을 공유하며 남에게 도움을 구하는 것을 주저하지 않는 유연한 사고방식을 공유합니다. 남들이 가지 않은 새로운 길을 선택하여 자신만의 희소성을 확보하는 것, 그것이 바로 이 연구실이 지향하는 궁극적인 가치이자 지속 가능한 연구의 원동력입니다. 이러한 과정을 통해 연구자들은 단순한 지식 습득을 넘어 세상을 바라보는 깊이 있는 통찰력을 갖추게 됩니다.

윤태영

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[연구뭐하지?] 이현숙 교수_서울대학교 '암세포생물학연구실' | 암세포 연구실은 사이언스 어벤져스입니다

서울대학교 암세포 생물학 연구실은 각기 다른 개성과 장점을 가진 연구원들이 모여 하나의 목표를 향해 나아가는 '사이언스 어벤져스'와 같습니다. 분자생물학을 기반으로 암세포의 발생 기전을 연구하는 이곳은, 구성원 개개인의 역량이 조화를 이루어 거대한 과학적 난제를 해결하고자 노력합니다. 단순한 지식의 습득을 넘어 생명의 신비를 밝히려는 열정은 연구실을 지탱하는 가장 큰 원동력이 되며, 이는 곧 인류의 건강과 미래를 위한 소중한 발걸음이 됩니다. 현대 생명과학은 유전체 빅데이터와 인공지능 기술이 결합된 일종의 종합 예술 학문으로 진화하고 있습니다. 과거의 전통적인 실험 방식에 국한되지 않고, 다양한 학문적 배경을 가진 인재들이 협업하여 복잡한 생명 현상을 모델링하고 분석합니다. 고등학교 교과서에서 배운 기초 지식을 넘어 생명의 근원적인 질문에 답하고 싶은 이들이라면, 전공의 경계 없이 누구나 도전할 수 있는 열린 공간이 바로 오늘날의 생명과학 연구 현장입니다. 이곳은 하나의 질문이 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 '살아있는 연구실'을 지향합니다. 연구 과정에서 발생하는 수많은 의문은 새로운 답을 찾는 이정표가 되며, 이는 다시 후속 연구를 파생시키는 역동적인 흐름을 만들어냅니다. 특히 국내외 학회 참여와 대가들과의 교류를 통해 연구원들이 자신의 연구를 객관적으로 점검하고 새로운 시각을 가질 수 있도록 적극적으로 지원합니다. 이러한 개방적인 환경은 연구자가 두려움 없이 새로운 방법론을 도입하고 성장하는 밑거름이 됩니다. 연구실의 핵심 과제는 세포주기와 텔로미어 유지 기전을 규명하여 암 발생의 원인을 밝히는 것입니다. 이러한 기초 과학적 연구는 학문적 진보를 이룰 뿐만 아니라, 궁극적으로 암 정복을 통해 인류 사회에 기여하는 가치를 지닙니다. 세계적인 석학과의 만남이나 엄격한 심사 과정을 통해 연구의 질을 높이려는 노력은 연구원들에게 긍정적인 자극을 줍니다. 철저한 준비와 끊임없는 자기 성찰은 과학자로서 갖추어야 할 필수적인 덕목이며, 이는 곧 세계적인 수준의 연구 성과로 이어집니다. 진정한 과학적 탐구는 정해진 목표를 달성하는 것에 그치지 않고, 끊임없이 질문을 따라 미지의 세계로 나아가는 과정입니다. 모든 현상을 회의적인 시각으로 바라보고 본질을 파고드는 태도는 연구자에게 가장 중요한 자산입니다. 따라서 동료들과 활발하게 소통하며 자신의 연구를 명확하게 설명할 수 있는 적극적인 태도가 요구됩니다. 질문이 멈추지 않는 한 연구는 계속되며, 이러한 과정을 통해 우리는 생명의 신비에 한 걸음 더 가까이 다가가게 될 것입니다.

이현숙

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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

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생명과학

[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

카오스재단읽다과학

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

[그림으로 보는 과학뉴스] 2020 노벨 화학상

2020년 노벨 화학상은 유전자 교정 기술의 혁명을 일으킨 '크리스퍼 유전자 가위'를 발견한 두 여성 과학자에게 돌아갔습니다. 에마뉘엘 샤르팡티에 교수와 제니퍼 다우드나 교수는 생명과학의 패러다임을 바꾼 공로를 인정받았습니다. 이 기술은 유전체의 특정 부위를 정교하게 절단하여 유전 정보를 수정할 수 있게 해줍니다. 과거에는 상상하기 어려웠던 정밀한 유전자 교정이 가능해지면서 질병 치료와 농작물 개량 등 다양한 분야에서 인류의 미래를 바꿀 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 크리스퍼(CRISPR)라는 명칭은 '주기적으로 간격을 두고 분포하는 짧은 회문 구조 반복 서열'의 약자입니다. 처음 이 구조를 발견한 미생물학자들은 세균의 유전체 안에서 바이러스의 유전 정보가 규칙적으로 배열된 독특한 모습을 포착했습니다. 회문 구조란 앞에서 읽으나 뒤에서 읽으나 동일한 서열을 의미하며, 이는 세균의 생존 전략과 밀접한 관련이 있습니다. 초기 발견 당시에는 그 구체적인 기능을 알지 못했으나, 이 특이한 배열이 훗날 유전자 가위 기술의 핵심적인 토대가 되었습니다. 크리스퍼의 실질적인 방어 기제는 뜻밖에도 요구르트 회사의 연구 과정에서 밝혀졌습니다. 유산균이 바이러스의 공격에 저항하는 방식을 연구하던 중, 세균이 과거 침입했던 바이러스의 유전 정보를 기억해 두었다가 재침입 시 이를 즉각 제거한다는 사실이 드러난 것입니다. 세균은 일종의 '블랙리스트'를 만들어 바이러스의 염기 서열을 보관하고, 동일한 적이 나타나면 이를 인식해 파괴하는 정교한 면역 시스템을 갖추고 있었습니다. 이는 자연계에 존재하는 천연 유전자 가위의 발견이었습니다. 3세대 유전자 가위로 불리는 크리스퍼-Cas9 시스템은 이전 세대 기술들에 비해 비약적인 정확도를 자랑합니다. 1세대와 2세대 기술이 인식할 수 있는 염기 서열이 10개 내외였던 것에 반해, 크리스퍼-Cas9은 약 21개의 염기 서열을 인식할 수 있습니다. 인식하는 서열이 길어질수록 확률적으로 훨씬 더 정밀하게 원하는 위치를 찾아낼 수 있으며, 이는 오작동의 위험을 획기적으로 줄여줍니다. Cas9 효소는 이 과정에서 실제 유전자를 절단하는 '칼'의 역할을 수행하며 유전자 교정의 효율성을 극대화합니다. 이번 노벨상은 기술이 발표된 지 불과 8년 만에 수여되었다는 점에서 매우 이례적이고 획기적인 사례로 평가받습니다. 보통 수십 년의 검증 과정을 거치는 다른 과학 분야와 달리, 크리스퍼 기술이 인류 사회와 과학계에 미친 영향력이 그만큼 즉각적이고 거대했음을 의미합니다. 유전병의 근본적인 치료법을 제시하고 생명공학의 새로운 지평을 연 이 기술은, 앞으로도 의학적 혁신을 넘어 생태계 전반에 걸쳐 인류가 직면한 난제들을 해결하는 데 결정적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

국립과천과학관요즘과학👏

화학
생명과학

[COVID-19_talk_3] RT-PCR, the biggest contributor in Korea's successful quarantine _Hyunsook Lee | 3강

불확실성의 시대에 우리를 인도하는 것은 결국 정확한 데이터와 진실입니다. 분자생물학의 중심 원리인 '센트럴 도그마'는 정보의 흐름을 설명하며, 이는 코로나19라는 거대한 재난을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 전 세계 연구자들의 학술 데이터와 신뢰도 높은 정보를 종합하여 바이러스의 실체를 파악하는 일은 단순한 지식 습득을 넘어 생존을 위한 필수적인 과정입니다. 우리는 데이터를 통해 바이러스의 행동 방식을 이해하고, 이를 바탕으로 사회적 대응 전략을 수립함으로써 막연한 공포에서 벗어나 과학적인 해결책을 모색할 수 있습니다. 코로나19 바이러스의 기원을 둘러싼 논란은 과학적 데이터를 통해 명확히 정리될 수 있습니다. 유전체 분석 결과, 바이러스는 박쥐에서 시작해 중간 매개 동물을 거쳐 인간에게 전파되었으며, 이는 인위적인 조작보다는 자연적인 재조합의 결과임을 시사합니다. 항공 이동 경로와 일치하는 확산 패턴은 특정 지역에 대한 비난보다 선제적인 방역과 정보 공유의 중요성을 일깨워줍니다. 초기 단계에서 투명한 정보 공개와 신속한 역학 조사가 이루어졌다면 팬데믹이라는 전 지구적 재난을 지연시키거나 막을 수 있었을 것이라는 아쉬움은 우리에게 큰 교훈을 남깁니다. 한국이 방역의 모범 사례로 꼽힐 수 있었던 결정적 요인은 RT-PCR 기반의 신속한 진단 체계 구축에 있습니다. 메르스 사태의 경험을 거울삼아 질병관리본부는 확진자 발생 초기부터 바이오 기업들과 협력하여 진단 키트 개발에 박차를 가했습니다. 핵산을 증폭하여 바이러스의 존재를 확인하는 이 방법은 무증상 감염자까지 정밀하게 찾아낼 수 있어 확산 방지에 핵심적인 역할을 했습니다. 특히 바이러스의 변이가 적은 부위를 표적으로 삼아 민감도와 특이도를 높인 기술력은 전 세계적으로 그 우수성을 인정받았으며, 이는 보이지 않는 곳에서 헌신한 수많은 연구자와 방역 인력의 노고가 있었기에 가능했습니다. 치료제 개발에 있어서는 에볼라 치료제로 개발되었던 렘데시비르가 긴급 사용 승인을 받으며 표준 치료제로 자리 잡았습니다. 바이러스의 RNA 복제 효소를 저해하는 이 약물은 중증 환자의 회복 기간을 단축하는 효과를 보여주었습니다. 하지만 감염병 치료제는 공공재적 성격이 강함에도 불구하고, 경제적 논리에 밀려 개발이 중단되거나 지연되는 경우가 많습니다. 이번 팬데믹을 계기로 감염병 치료제와 백신 개발을 국가적, 국제적 차원의 필수 과제로 인식하고, 임상 시험의 효율성을 높일 수 있는 시스템을 마련해야 합니다. 이는 단순히 현재의 위기를 넘기는 것을 넘어 미래의 또 다른 감염병에 대비하는 안보의 영역입니다. 백신은 집단 면역을 형성하여 팬데믹을 종식시킬 수 있는 가장 확실한 수단입니다. 바이러스의 스파이크 단백질을 표적으로 삼아 항체를 형성하는 백신 개발은 생물학적으로 명확한 원리를 따르지만, 안전성과 유효성을 검증하기 위한 엄격한 임상 과정을 거쳐야 합니다. 최근에는 바이러스 벡터나 핵산 백신과 같은 최신 기술이 도입되어 개발 기간을 단축하려는 노력이 이어지고 있습니다. 비록 백신 개발에는 막대한 비용과 시간이 소요되지만, 이를 가속화하기 위한 '패스트 트랙' 제도와 국제적 협력은 필수적입니다. 백신은 단순히 개인의 보호를 넘어 사회 전체의 안전망을 구축하는 공중보건의 핵심 자산이기 때문입니다. 코로나19의 치명률은 고령층이나 비만, 당뇨, 고혈압 등 기저 질환을 가진 그룹에서 유독 높게 나타납니다. 이는 바이러스 자체가 가진 위험성뿐만 아니라, 우리 몸의 면역 체계와 기저 질환 사이의 복잡한 상호작용이 결과에 큰 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 또한 팬데믹 상황에서 의료 자원이 코로나19에 집중되면서 응급 환자나 다른 중증 질환자들이 적절한 치료 시기를 놓치는 부작용도 관찰되고 있습니다. 따라서 우리는 단순히 확진자 수를 줄이는 것을 넘어, 의료 시스템의 붕괴를 막고 취약 계층을 보호할 수 있는 입체적인 대응 전략을 수립해야 합니다. 미래에 닥칠지 모를 '감염병 X'에 대비하기 위해서는 과학적 세계관에 기반한 통합적인 대응 체계가 필요합니다. 노동 집약적인 진단 방식을 개선할 수 있는 휴대용 원스톱 진단 기기 개발과 더불어, 각 기관에 흩어진 데이터를 통합하여 분석할 수 있는 국가 주도의 데이터 센터 구축이 시급합니다. 또한 감염병 정보는 국가 안보와 직결된다는 인식 아래 전 세계적인 정보 공유와 외교적 협력이 이루어져야 합니다. 리더는 전문가들의 다양한 의견을 종합하여 입체적인 판단을 내려야 하며, 우리 사회 구성원 모두가 데이터를 중시하는 과학적 사고를 가질 때 비로소 어떤 재난도 슬기롭게 극복할 수 있을 것입니다.

이현숙

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학

[코로나TALK-3] 코로나19 한국 방역의 핵심은 RT-PCR? _이현숙 교수 | 3강

불확실성의 시대에 데이터는 진실을 안내하는 이정표가 됩니다. 코로나19라는 전례 없는 재난 속에서 분자생물학적 데이터는 바이러스의 정체를 밝히고 대응 전략을 세우는 핵심 근거가 되었습니다. 생명 현상의 기본 원리인 '센트럴 도그마'를 통해 정보가 어떻게 전달되고 단백질로 구현되는지 이해하는 것은 바이러스의 생존 전략을 파악하는 첫걸음입니다. 신뢰도 높은 학술 데이터와 기사들을 종합하여 분석할 때 비로소 우리는 막연한 공포에서 벗어나 과학적인 해결책을 모색할 수 있습니다. 바이러스의 기원을 추적하는 유전체 분석 데이터는 근거 없는 음모론을 잠재우는 강력한 도구입니다. 코로나19 바이러스의 확산 패턴은 비행기를 이용한 사람의 이동 경로와 정확히 일치하며, 이는 인위적인 조작이 아닌 자연적인 전파임을 시사합니다. 박쥐에서 시작된 바이러스가 중간 숙주를 거쳐 인간에게 적응하는 과정은 분자생물학적으로 증명된 사실입니다. 비록 기원 파악이 당장의 재난 극복에 직접적인 도움을 주지는 않더라도, 투명한 정보 공개와 과학적 분석은 팬데믹의 확산을 지연시키는 데 필수적인 역할을 합니다. 한국이 방역의 '커브 플래트닝'에 성공할 수 있었던 결정적 요인은 선제적인 RT-PCR 진단 도입에 있었습니다. 메르스(MERS) 사태의 경험을 바탕으로 구축된 진단 체계는 무증상 감염자까지 정밀하게 찾아내어 지역사회 전파를 차단하는 방어벽이 되었습니다. 항체 진단과 달리 바이러스의 핵산을 직접 증폭하는 방식은 감염 초기 단계에서도 높은 민감도를 자랑합니다. 이러한 성과는 보이지 않는 곳에서 헌신한 연구사들과 방역 관계자들의 노동이 뒷받침된 결과이며, 향후에는 노동 집약적인 과정을 개선한 효율적인 진단 기기 개발이 병행되어야 합니다. 바이러스의 생활사를 이해하면 치료제 개발의 방향성이 보입니다. 코로나19 바이러스는 표면의 스파이크 단백질을 통해 우리 몸의 ACE2 수용체와 결합하여 세포 내로 침투합니다. 현재 표준 치료제로 주목받는 렘데시비르는 바이러스의 RNA 복제 과정을 방해하는 원리를 이용합니다. 이 외에도 바이러스의 결합을 원천 차단하는 중화 항체나 혈장 치료제 등이 유망한 후보로 거론되고 있습니다. 다만, 특정 약물의 효과를 맹신하기보다는 기저 질환과의 상관관계를 고려한 정밀한 임상 시험과 데이터 축적이 선행되어야 진정한 게임 체인저를 확보할 수 있습니다. 백신 개발은 건강한 사람에게 투여된다는 점에서 치료제보다 훨씬 엄격한 안전성 검증을 요구합니다. 바이러스 자체를 약화시키거나 핵산 백신을 활용하는 등 다양한 플랫폼이 시도되고 있지만, 실제 상용화까지는 막대한 비용과 시간이 소요됩니다. 역사적으로 백신을 통해 완전히 퇴치된 질병은 천연두가 유일할 정도로 바이러스와의 싸움은 험난합니다. 그럼에도 불구하고 스파이크 단백질을 표적으로 하는 최신 기술들은 희망적인 데이터를 보여주고 있으며, 공공재적 성격을 띤 백신 개발을 위해 국가적 차원의 전폭적인 지원과 패스트 트랙 시스템이 필요합니다. 팬데믹은 의료 체계 전반에 심각한 영향을 미치며, 코로나19 환자뿐만 아니라 응급 처치가 필요한 일반 환자들의 생명까지 위협합니다. 데이터에 따르면 감염병 확산 시기에 일반 중환자실 이용률이 급감하는 현상이 나타나는데, 이는 치료 시기를 놓치는 2차 피해로 이어질 수 있습니다. 이러한 위기를 극복하기 위해서는 각 기관에 흩어진 의료 데이터를 통합하여 분석할 수 있는 국가 주도의 데이터 센터 건립이 시급합니다. 개인 정보를 보호하면서도 연구자들이 데이터를 자유롭게 활용할 수 있는 환경이 조성될 때, 우리는 비로소 미래의 '감염병 X'에 대비할 수 있는 안보 체계를 갖추게 됩니다. 재난 극복의 핵심은 전문가들의 입체적인 정보를 종합하여 책임감 있는 판단을 내리는 리더십에 있습니다. 역학 조사, 바이러스 연구, 외교적 협력 등 어느 한 분야의 지식만으로는 거대한 팬데믹의 파고를 넘을 수 없습니다. 데이터를 중시하는 과학적 세계관을 바탕으로 투명하게 정보를 공유하고 전 세계가 협조할 때 비로소 인류는 감염병으로부터 안전한 사회를 만들 수 있습니다. 과학은 단순히 지식의 나열이 아니라 미래를 대비하는 가장 강력한 도구입니다. 이번 사태를 거울삼아 구축된 과학적 대응 시스템은 우리 사회를 더욱 건강하고 회복 탄력성 있는 공동체로 인도할 것입니다.

이현숙

카오스재단코로나19 과학토크

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] 이현숙_ 암은 왜 생길까요? 결론부터 말씀드리면.. | 2020 서울대 자연과학대 공개강연 '과학으로 살아남기'

분자생물학은 전통적인 생물학의 틀을 넘어 물리학자와 화학자들의 시선에서 시작된 학문입니다. 생명 현상을 단순한 관찰이 아닌 물리화학적 구조를 기반으로 이해하려는 시도가 이 학문의 핵심입니다. DNA와 RNA, 그리고 단백질의 구조와 상호작용을 세밀하게 분석함으로써 생명의 본질에 접근합니다. 이는 과거 아리스토텔레스 방식의 동식물 분류와는 차별화된 현대 과학의 정수라고 할 수 있으며, 미시적인 세계에서 생명의 원리를 탐구합니다. 암 연구와 분자생물학은 떼려야 뗄 수 없는 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 실제로 암 생물학 분야에서 이룩한 성과의 상당 부분은 분자생물학적 방법론을 통해 도출되었습니다. 암의 발생 기전을 연구하다 보면 자연스럽게 분자 수준에서의 변화를 마주하게 되며, 이를 통해 암의 비밀을 하나씩 풀어나가게 됩니다. 결국 두 학문은 서로의 발전을 견인하며 인류의 건강을 증진하는 데 기여하고 있으며, 질병의 근본 원인을 파악하는 강력한 도구가 됩니다. 암은 본질적으로 DNA의 질병이라고 정의할 수 있습니다. 세포가 성장하고 분열하는 과정에서 DNA는 필연적으로 손상을 입게 되며, 이러한 돌연변이가 축적되면서 암이 발생합니다. 수명이 길어질수록 암 발생 확률이 높아지는 것은 생물학적인 숙명과도 같습니다. 하지만 최근에는 조기 진단 기술의 발전과 면역관문 억제제 같은 혁신적인 치료법의 등장으로 암을 다스리고 극복할 수 있는 가능성이 그 어느 때보다 높아지고 있는 추세입니다. 과학계의 지속 가능한 발전을 위해서는 다양성 확보가 필수적입니다. 특히 우수한 여성 인력들이 경력 단계마다 이탈하는 '파이프라인 누출' 현상은 반드시 해결해야 할 과제입니다. 대학원까지는 높은 비율을 차지하던 여성 과학자들이 교수로 임용되는 과정에서 급격히 줄어드는 현실은 사회적 지원의 부족을 시사합니다. 창의적인 연구 환경은 다양한 배경을 가진 이들이 섞여 있을 때 비로소 완성되며, 이는 과학계 전체의 경쟁력으로 이어집니다. 분자생물학의 태동과 열정을 느끼고 싶다면 호러스 저드슨의 저서 '창조의 제8일'을 추천합니다. 이 책은 분자생물학의 선구자들이 어떻게 학문의 기틀을 마련했는지, 그리고 노벨상의 산실인 케임브리지 분자생물학 연구소가 어떤 과정을 거쳐 탄생했는지를 생생하게 담고 있습니다. 과학적 탐구의 즐거움과 학문에 임하는 자세를 일깨워주는 이 기록은, 우리가 왜 분자생물학을 공부해야 하는지에 대한 깊은 울림과 영감을 선사할 것입니다.

이현숙

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[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

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

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

류형돈

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 성장과 노화의 연결고리 _ by류형돈｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 6강

노화는 단순히 시간이 흐르는 과정이 아니라, 분자적 수준에서 발생하는 마모와 부식의 결과입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 고립된 계의 무질서도인 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 흐릅니다. 우리 몸의 설계도인 DNA 역시 외부의 도움 없이 방치되면 산산조각이 나기 마련입니다. 하지만 생명체는 에너지를 섭취하여 끊임없이 스스로를 수리하며 이 법칙에 저항합니다. 이러한 복구 기전 덕분에 생명은 수천만 년 동안 유전 정보를 보존하며 이어져 올 수 있었습니다. 모든 생명체가 반드시 노화해야 하는 것은 아닙니다. 말미잘처럼 무성 생식을 하는 생물은 모든 세포의 건강을 완벽하게 유지하여 노화 없이 영생에 가까운 삶을 살기도 합니다. 반면 인간과 같은 유성 생식 생물은 한정된 자원을 종족 번식에 집중하는 전략을 선택했습니다. 생식 세포의 품질 관리에는 막대한 에너지를 쏟아붓지만, 그 대가로 신체를 구성하는 체세포의 관리는 소홀해지게 됩니다. 결국 노화는 종의 번영을 위해 개체의 신체를 소모품으로 사용하는 진화적 선택의 결과라고 볼 수 있습니다. 우리를 늙게 만드는 주범 중 하나는 생존에 필수적인 산소와 에너지 대사 과정에서 발생하는 활성산소입니다. 포도당을 산화시켜 에너지를 만드는 과정에서 전자가 무질서하게 튀어나가면, 불안정한 활성산소가 형성되어 세포 내 단백질과 DNA를 공격합니다. 이는 마치 자동차가 시간이 지나며 녹이 슬어가는 과정과 흡사합니다. 자외선 역시 분자의 화학 결합을 끊어 활성산소 생성을 촉진하며, 피부의 탄력을 유지하는 콜라겐과 엘라스틴을 파괴하여 노화를 가속화하는 외적 요인으로 작용합니다. 장수 마을의 사례와 수많은 동물 실험을 통해 증명된 가장 확실한 노화 지연 방법은 칼로리 제한, 즉 소식입니다. 영양 공급을 줄이면 세포는 성장을 멈추고 비상 체제로 전환되어 스스로를 보호하고 수리하는 유전자를 활성화합니다. 초파리부터 원숭이에 이르기까지 적게 먹은 집단은 더 건강하고 긴 수명을 누린다는 사실이 확인되었습니다. 이는 단순히 체중의 문제가 아니라, 세포 내부의 신호 전달 체계가 변화하여 무질서한 산화 반응을 억제하고 신체의 내실을 다지는 복구 기전이 강화되기 때문입니다. 현대 생물학은 인슐린과 성장 호르몬이 노화의 속도를 결정하는 핵심 인자임을 밝혀냈습니다. 음식을 많이 섭취하여 인슐린 신호 전달 체계가 강해지면 세포는 성장에만 집중하게 되고, 그 과정에서 노화가 촉진됩니다. 반대로 이 신호 전달 체계를 적절히 억제하면 세포는 배고픈 상태를 인지하며 항산화 유전자를 발현시키고 수명을 연장합니다. 성장과 노화는 동전의 양면과 같아서, 몸집을 키우고 빠르게 성장하는 데 자원을 많이 쓸수록 신체의 복구와 유지 보수 기능은 상대적으로 약화될 수밖에 없는 구조적 한계를 지닙니다. 인류는 역사의 대부분을 굶주림 속에서 보냈기에, 우리 몸은 에너지를 최대한 저장하고 식욕을 자극하는 방향으로 진화했습니다. 하지만 불과 100년 전부터 시작된 식량 혁명으로 인해 인류는 유례없는 풍요의 시대를 맞이했습니다. 진화의 속도가 환경의 변화를 따라잡지 못한 결과, 굶주림에 최적화된 우리 체질은 과잉 영양 상태에서 각종 퇴행성 질환과 빠른 노화에 직면하게 되었습니다. 따라서 현대인에게 소식은 단순한 다이어트가 아니라, 진화적 불일치를 극복하고 신체의 균형을 되찾는 과학적인 생존 전략입니다. 수명 연장은 의학의 발전뿐만 아니라 상하수도 정비와 같은 위생 환경의 개선에 큰 빚을 지고 있습니다. 또한 성호르몬이 수명에 미치는 영향에 대한 역사적 연구는 남녀의 수명 차이를 설명하는 중요한 단서를 제공합니다. 최근에는 노화된 세포만을 선택적으로 제거하거나 특정 약물을 통해 노화를 역전시키려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 노화는 피할 수 없는 운명이 아니라 조절 가능한 생물학적 과정으로 이해되고 있으며, 과학은 이제 인간이 건강하게 오래 살 수 있는 새로운 가능성의 문을 열고 있습니다.

류형돈

카오스재단카오스강연

생명과학

[석학인터뷰] 이일하_ GMO가 해롭다고요? 아닙니다!

식물은 정적인 존재로 보이지만, 끊임없이 진화하며 생명의 역사를 써 내려왔습니다. 약 5억 년 전, 식물은 동물과 함께 물속에서 육상으로 진출하는 거대한 변화를 맞이했습니다. 이 과정에서 식물은 곰팡이와의 공생이라는 독특한 전략을 선택했습니다. 수중에서는 무기 염류를 자유 확산으로 흡수할 수 있었으나, 척박한 육지에서는 그것이 불가능했기 때문입니다. 곰팡이는 유기물을 분해하여 식물에 필요한 무기 염류를 제공했고, 식물은 그 대가로 광합성 산물을 나누며 육지 생태계의 기틀을 마련했습니다. 지금도 이러한 공생 관계는 계속되고 있습니다. 생명 현상의 신비는 '창발성'이라는 개념을 통해 설명될 수 있습니다. 이는 개별 요소들이 모여 상위 단계의 시스템을 이룰 때, 하위 단계에서는 볼 수 없었던 새로운 성질이 나타나는 현상을 의미합니다. 수소와 산소라는 기체가 만나 전혀 다른 성질의 물이 되는 것처럼, 유기 분자들이 모여 거대 분자가 되고 이것이 다시 세포를 이룰 때 비로소 생명이라는 기적 같은 현상이 발현됩니다. 과학자들은 이러한 단계적 도약을 통해 단순한 화학 반응이 복잡한 생명 활동으로 진화하는 과정을 이해하고자 노력하며, 그 속에서 생명의 본질을 발견하게 됩니다. 유전자 변형 생물체(GMO)에 대한 대중의 우려와 달리, 과학계는 이를 영양학적 관점에서 안전하게 받아들입니다. GMO 역시 우리 몸에 들어오면 단백질, 핵산, 탄수화물 등의 기본 단위로 분해되어 흡수될 뿐입니다. 소화 과정을 거치면 결국 아미노산이나 포도당 같은 분자가 되어 우리 몸의 일부가 되므로, 유전적 변형이 인체에 특별한 해를 끼친다고 보기는 어렵습니다. 엄격한 승인 절차를 거친 GMO는 현대 과학이 제공하는 효율적인 자원이며, 이에 대한 막연한 공포보다는 객관적인 데이터에 근거한 이해가 필요합니다. 미래 생물학의 핵심은 뇌과학의 비약적인 발전에 있습니다. 인간의 뇌는 여전히 미개척 분야로 남아 있으며, 여기서 도출된 과학적 발견들은 인공지능(AI)에 직접적으로 투영되어 새로운 도약을 이끌 것입니다. 생물학적 원리가 인공지능(AI)에 결합함에 따라 생명체와 인공지능(AI) 사이의 경계는 점차 모호해질 전망입니다. 이러한 변화는 단순한 기술 발전을 넘어 인간성에 대한 근본적인 성찰을 요구합니다. 따라서 과학자뿐만 아니라 인문학자와 사회과학자들이 모여 인간의 가치를 보호하기 위한 깊이 있는 논의를 시작해야 할 시점입니다. 죽음이라는 현상을 생물학적으로 정의한다면, 그것은 결국 뇌의 죽음이라고 볼 수 있습니다. 질병이나 외상으로 인해 신체의 다른 장기들이 여전히 기능을 유지하거나 타인에게 이식되어 살아남더라도, 한 개인의 정체성을 결정하는 뉴런 네트워크가 파괴된다면 그 생명은 끝난 것으로 간주됩니다. 뇌는 때로 고통스러운 기억을 의식적으로 지워버리며 자신을 보호하기도 하지만, 그 뉴런 네트워크 자체가 소멸하는 순간 인간으로서의 존재도 사라집니다. 결국 생명이란 단순한 유기체의 생존을 넘어, 뇌가 구축한 복잡한 뉴런 네트워크의 지속이라 할 수 있습니다.

이일하

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[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] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (4) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ④

후생유전학의 발전은 과거 '획득 형질은 유전되지 않는다'는 생물학의 고전적 원칙에 새로운 질문을 던지고 있습니다. 환경적 요인에 의해 변화된 후생유전학적 표지가 후대에 전달될 가능성이 제기되면서, 과거 우생학적 논란을 넘어 과학적 증거들이 축적되고 있습니다. 하지만 모든 획득 형질이 유전되는 것은 아니며, 어떤 경우에는 유전 정보가 깨끗이 지워지기도 합니다. 현재 과학계는 이러한 현상이 일어나는 구체적인 기작을 밝히기 위해 연구를 지속하고 있으며, 이는 유전과 환경의 상호작용을 이해하는 중요한 열쇠가 될 것입니다. 인간의 유전 정보는 부모로부터 물려받지만, 그 조합은 무한대에 가까운 다양성을 지닙니다. 체세포 분열이 동일한 정보를 복제하는 데 집중한다면, 생식 세포를 만드는 감수 분열은 다양성을 목표로 합니다. 이 과정에서 일어나는 유전자 교차는 물리 법칙에 따른 우연성을 동반하며, 특정 유전병의 대물림 여부 또한 이러한 복잡한 확률의 결과입니다. 따라서 염기 서열 자체는 이미 결정되어 있을지라도, 그것이 어떻게 조합되어 발현되는지는 생명의 오묘한 질서 속에서 결정되는 운명적인 측면이 강하다고 볼 수 있습니다. 최근 인공 효모의 DNA를 합성하여 생명체를 탄생시켰다는 소식은 인공 생명체에 대한 논의를 불러일으켰습니다. 하지만 이를 완전한 인공 생명체로 보기에는 아직 한계가 있습니다. DNA라는 설계도는 인공적으로 만들었을지라도, 이를 구동하기 위한 효소나 세포질 환경은 기존 생명체의 것을 빌려왔기 때문입니다. 이는 마치 영화 속 아이디어처럼 기존의 생물학적 토대 위에 새로운 정보를 주입한 단계에 가깝습니다. 진정한 의미의 인공 생명체는 모든 구성 요소가 무에서 창조되어야 하며, 현재는 그 첫 단추를 뀄다는 점에 의미가 있습니다. 인간 유전체 중 단백질을 부호화하는 정보는 단 1%에 불과하며, 나머지 99%는 오랫동안 '비부호화 DNA'라 불리며 무시되어 왔습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 이 영역은 결코 쓰레기가 아니며, 유전자 발현을 정교하게 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 진화의 과정에서 살아남은 이 방대한 정보들은 생명 현상의 세밀한 조정을 담당하며, 우리가 아직 밝혀내지 못한 생명의 비밀을 간직하고 있습니다. 유전자를 제거해도 생존에 지장이 없는 현상 등은 생명체가 가진 중복성과 유연성을 보여주며, 비부호화 영역의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다. 우리 몸의 모든 세포는 동일한 유전 정보를 가지고 있지만, 조직마다 각기 다른 모습을 띠는 이유는 유전자 발현의 차이에 있습니다. 줄기세포가 특정 세포로 분화하는 과정은 어떤 유전자를 켜고 끌 것인지를 결정하는 정교한 프로그램에 의해 제어됩니다. 여기에는 세포질 내의 단백질이나 조절 RNA, 그리고 세포가 놓인 위치적 환경 등이 복합적으로 작용합니다. 결국 생명은 단순한 DNA 설계도를 넘어, 환경과 상호작용하며 정보를 해석하고 집행하는 역동적인 시스템이며, 이를 이해하는 것이 현대 생물학의 거대한 과제라고 할 수 있습니다.

강석현, 이현숙, 조윤제

카오스재단카오스강연

생명과학

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

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

노정혜

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 수학과 생물학의 아름다운 만남, 수리생물학 (2) _ by김재경 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강 | 7강 ②

우리 몸속에는 24시간 주기로 작동하는 정교한 생체 시계가 존재합니다. 이 시계의 핵심은 Period 단백질의 농도가 일정하게 오르내리는 진동 현상에 있습니다. 생물학적으로 이는 음성 피드백 루프라는 과정을 통해 조절됩니다. 특정 단백질이 유전자를 활성화해 Period 단백질을 만들면, 생성된 Period 단백질이 다시 자신의 생산을 억제하며 농도를 낮추는 방식입니다. 이러한 끊임없는 순환은 우리가 태어날 때부터 죽을 때까지 지속되며 몸 전체에 지금이 몇 시인지, 어떤 일을 해야 하는지에 대한 시간 정보를 전달하는 중요한 역할을 수행합니다. 세포 내에는 수많은 음성 피드백 루프가 존재하지만, 모든 루프가 주기적인 진동을 만들어내는 것은 아닙니다. 수학적 관점에서 이 문제를 해결하기 위해 미분방정식을 세워 분석해 보면, 진동이 발생하기 위한 특정한 조건이 필요함을 알 수 있습니다. 연구 결과, 특정 물질들 사이의 비율이 대략 1:1의 균형을 이룰 때 비로소 아름다운 리듬이 형성된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 생체 시계가 단순히 구조적 연결만으로 작동하는 것이 아니라, 구성 요소들 사이의 정교한 양적 균형 위에서 유지되고 있음을 시사합니다. 수학적 모델로 도출한 가설을 검증하기 위해 유전자 조작 쥐를 이용한 실험이 진행되었습니다. 약물을 통해 특정 단백질의 양을 조절하며 관찰한 결과, 수학적으로 예측했던 1:1의 비율이 깨지는 순간 쥐의 행동 패턴은 급격히 무너졌습니다. 규칙적으로 자고 깨던 쥐들이 무작위로 활동하기 시작하며 생체 시계가 고장 난 모습을 보인 것입니다. 이 실험은 추상적인 수학 공식이 실제 생명체의 복잡한 행동 원리를 정확하게 설명할 수 있음을 보여주는 강력한 증거가 되었으며, 수학과 생물학의 결합이 가진 힘을 증명해 냈습니다. 생체 시계의 또 다른 신비로운 특징은 온도의 변화에도 불구하고 주기가 일정하게 유지된다는 점입니다. 일반적인 화학 반응은 온도가 10도 상승할 때 반응 속도가 두세 배 빨라지지만, 생체 시계는 이러한 물리적 법칙을 거스르는 듯한 모습을 보입니다. 만약 식물이나 곤충의 시계가 온도에 따라 변한다면 계절마다 생체 리듬이 파괴될 것입니다. 과학자들은 이를 '온도 보상'이라 부르며, 외부 환경 변화 속에서도 생명체가 일정한 리듬을 유지할 수 있게 하는 숨겨진 장치를 찾기 위해 지난 60년 동안 연구를 이어왔습니다. 최근 연구에서는 Period 단백질의 분해 과정에서 기존의 상식을 깨는 독특한 현상이 발견되었습니다. 대부분의 물질은 시간이 지남에 따라 지수함수 형태로 매끄럽게 분해되지만, 이 단백질은 마치 의자 모양처럼 급격히 떨어졌다가 평탄해지는 과정을 반복하며 분해되었습니다. 이러한 기이한 분해 곡선은 기존 생물학적 지식으로는 설명하기 어려운 블랙박스와 같았습니다. 수학자들은 수백 가지의 미분방정식을 대입하는 시행착오 끝에 이 복복잡한 현상 이면에 숨겨진 원리를 밝혀내고 온도 보상의 미스터리를 풀기 위한 새로운 실마리를 찾았습니다.

김재경

카오스재단카오스강연

생명과학
수학

[강연] 수학과 생물학의 아름다운 만남, 수리생물학 (1) _ by김재경 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강 | 7강 ①

20세기가 물리학의 시대였다면, 21세기는 생물학의 시대로 불릴 만큼 생명과학 분야는 급격한 성장을 거듭하고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 수학과 생물학의 융합인 '수리생물학'은 복잡한 생명 현상을 이해하는 새로운 열쇠로 주목받고 있습니다. 과거에는 생명 현상을 단순히 관찰하고 기술하는 데 집중했다면, 이제는 수학적 모델링을 통해 생명 시스템의 근본적인 원리를 파악하려는 시도가 활발해지고 있습니다. 이는 단순히 학문의 결합을 넘어, 인류가 생명의 신비를 푸는 방식에 혁신적인 변화를 가져오고 있습니다. 왓슨과 크릭의 DNA 이중나선 구조 발견 이후, 생명과학은 분자 수준에서 유전자와 단백질의 상호작용을 연구하는 분자생물학 혁명을 맞이했습니다. 하지만 세포 내부의 수많은 분자가 얽혀 만들어내는 상호작용은 인간의 직관만으로는 파악하기 힘들 정도로 매우 복잡합니다. 방대한 데이터를 분석하고 그 이면에 숨겨진 규칙을 찾아내기 위해서는 논리적이고 정교한 수학적 사고가 필수적입니다. 수학은 복잡한 생명 시스템을 체계적으로 분석할 수 있는 틀을 제공하며, 보이지 않는 생명 활동의 질서를 시각화하는 역할을 합니다. 수리생물학에서 미래를 예측하기 위해 가장 널리 사용되는 도구 중 하나는 미분방정식입니다. 미분은 특정 양이 시간에 따라 얼마나 빨리 변하는지를 나타내는 지표로, 이를 통해 현재의 변화율로부터 미래의 상태를 계산해낼 수 있습니다. 마치 자동차의 현재 속도를 알면 미래의 위치를 예측할 수 있는 것과 같은 원리입니다. 이러한 수학적 모델링은 생명체 내에서 일어나는 화학 반응이나 물질의 농도 변화를 시간에 따른 함수로 나타냄으로써, 생명 현상의 동적인 변화 과정을 정밀하게 시뮬레이션하고 그 결과를 미리 확인해볼 수 있게 해줍니다. 수학적 모델링의 놀라운 점은 때때로 우리의 직관을 뛰어넘는 결과를 보여준다는 것입니다. 예를 들어, 특정 물질이 생성되고 소멸하는 간단한 화학 반응에서도 직관적으로는 농도가 일정하게 유지되거나 한 방향으로 변할 것 같지만, 수학적으로 분석하면 주기적인 진동 현상이 나타나기도 합니다. 이는 생명 시스템이 단순히 선형적인 인과관계로 이루어진 것이 아니라, 복잡한 피드백 루프를 통해 작동하고 있음을 시사합니다. 수학은 편견 없는 계산을 통해 우리가 미처 예상하지 못한 생명의 숨겨진 질서를 발견하도록 돕는 강력한 도구가 됩니다. 우리 몸은 24시간 주기로 수면, 호르몬 분비, 체온 조절 등을 수행하는 '서카디안 리듬'을 가지고 있습니다. 뇌의 시상하부에 위치한 생체 시계는 유전자의 발현과 단백질의 상호작용을 통해 시간을 인지하며, 이는 멜라토닌이나 성장 호르몬 같은 중요한 물질의 분비 시점을 결정합니다. 수리생물학은 이러한 생체 시계가 어떻게 오차 없이 작동하는지, 그리고 외부 환경 변화에 어떻게 적응하는지를 규명하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 결국 수학은 우리 몸이라는 정교한 기계가 시간을 측정하고 생명을 유지하는 원리를 밝히는 가장 아름다운 언어라고 할 수 있습니다.

김재경

카오스재단카오스강연

생명과학
수학

[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

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물리학

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

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

박종화

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생명과학

[강연] 우리 몸을 움직이는 에너지, 너의 정체는? (2) _ 정종경 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 7강 | 7강 ②

세포질에서 일어나는 해당 과정을 통해 포도당이 분해되면 피루브산이 생성됩니다. 이 피루브산은 미토콘드리아 내부로 들어가 본격적인 에너지 추출 과정을 시작합니다. 가장 먼저 피루브산은 탄소 하나를 이산화탄소 형태로 배출하며 아세틸-CoA라는 화합물로 변환됩니다. 이 과정은 단순히 물질을 변형시키는 것을 넘어, 포도당이 품고 있던 화학 결합 에너지를 본격적으로 꺼내기 위한 준비 단계라고 할 수 있습니다. 우리 몸은 이처럼 정교한 단계를 거쳐 거대한 에너지원을 다루기 쉬운 형태로 가공합니다. 아세틸-CoA는 미토콘드리아 내부의 TCA 회로에 진입하여 완전히 분해되는 과정을 거칩니다. 회로를 도는 동안 탄소는 이산화탄소로 버려지고, 그 과정에서 발생하는 고에너지 전자는 NADH와 FADH2라는 형태로 추출됩니다. 이는 마치 젖은 빨래를 탈수기에 넣고 돌려 물기만 쏙 빼내는 과정과 흡사합니다. 결국 하나의 포도당에서 유래한 두 개의 피루브산이 회로를 두 번 돌며 세포가 필요로 하는 에너지의 원천을 남기게 됩니다. 이 회로는 생명체가 에너지를 얻는 가장 핵심적인 순환 시스템입니다. 이 복잡한 화학 반응을 돕는 핵심 요소는 탈수소 효소와 조효소들입니다. 특히 NAD+와 FAD는 전자를 매우 좋아하는 성질을 가지고 있어, 효소가 떼어낸 전자를 안정적으로 받아내는 역할을 합니다. 흥미로운 점은 이 조효소들이 우리가 흔히 섭취하는 비타민 B 복합체 성분으로 이루어져 있다는 사실입니다. 우리가 에너지를 내기 위해 비타민을 챙겨 먹는 과학적인 이유가 바로 여기에 있으며, 이는 세포 대사의 효율성을 높이는 데 필수적입니다. 영양소의 섭취가 곧 에너지 생산의 효율로 직결되는 셈입니다. 추출된 고에너지 전자는 미토콘드리아 내막에 위치한 전자 전달계로 이동합니다. 이곳에는 여러 단백질 복합체들이 줄지어 서 있으며, 전자는 이들을 차례로 거치며 에너지를 조금씩 방출합니다. 너무 큰 에너지를 한꺼번에 사용하면 손실이 크기 때문에, 세포는 이를 잘게 쪼개어 전달하는 정교한 방식을 택한 것입니다. 마지막에 에너지를 다 쓴 전자는 산소와 결합하여 물을 형성하며 안전하게 처리됩니다. 이 과정은 세포가 에너지를 낭비 없이 관리하기 위한 고도의 전략적 선택이라 할 수 있습니다. 전자 전달 과정에서 방출된 에너지는 단순히 사라지지 않고, 미토콘드리아 내막 밖으로 수소 이온을 퍼 올리는 데 사용됩니다. 이로 인해 막을 경계로 수소 이온의 농도 구배와 전위차가 발생하게 되는데, 이는 마치 댐에 물을 가두어 높은 낙차를 만드는 것과 같습니다. 세포는 화학 결합 에너지를 직접 ATP로 바꾸는 대신, 수소 이온의 농도 구배라는 물리적인 위치 에너지 형태로 잠시 저장하는 놀라운 전략을 구사합니다. 이러한 에너지의 형태 변환은 생명 현상이 가진 경이로운 메커니즘 중 하나입니다. 저장된 에너지는 ATP 합성 효소라는 정교한 분자 기계를 통해 비로소 ATP로 전환됩니다. 수소 이온이 농도가 낮은 곳으로 흐르려는 성질을 이용해 효소 내부의 로터를 돌리면, 이 회전력이 화학적 결합을 유도하여 ATP를 만들어냅니다. 이 마이크로 머신은 초당 수백 번을 회전하며 놀라운 효율로 에너지를 생산합니다. 우리 몸의 에너지 효율이 자동차 엔진보다 두 배 이상 높은 약 40%에 달하는 비결이 바로 이 정밀한 기계적 구조에 있습니다. 이는 자연이 설계한 가장 효율적인 엔진이라고 불러도 손색이 없습니다. 산소가 부족한 상황에서 세포는 젖산 발효나 알코올 발효와 같은 대안적인 경로를 선택하기도 합니다. 비록 효율은 낮지만, 급박한 상황에서 생존을 이어가기 위한 세포의 유연한 대처 능력이라 할 수 있습니다. 결국 우리가 섭취하는 영양소는 이러한 복잡하고 경이로운 과정을 거쳐 생명 활동의 연료인 ATP로 거듭납니다. 건강한 식습관이 중요한 이유는 우리 몸속 미토콘드리아가 쉼 없이 에너지를 만들어낼 수 있도록 원료를 공급하기 위함입니다. 생명은 이 작은 세포 안에서 일어나는 거대한 에너지의 흐름 덕분에 유지됩니다.

정종경

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생명과학

[강연] 세포막 : 경계와 소통 (1) _ 윤태영 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 6강 | 6강 ①

세포막은 생명체의 가장 기본 단위인 세포를 보호하는 울타리이자, 외부와 끊임없이 정보를 주고받는 소통의 창구입니다. 다세포 생물인 인간의 몸속에서 세포들은 서로 밀집해 있으며, 세포막을 통해 '나'와 '남'을 구분하는 명확한 경계를 형성합니다. 하지만 이 경계는 단순히 단절을 의미하지 않습니다. 생명 유지에 필수적인 항상성을 지키기 위해 세포들은 세포막을 매개로 긴밀하게 협조하며, 이러한 소통 체계가 무너질 때 암과 같은 심각한 질병이 발생하기도 합니다. 따라서 세포막은 생명의 경계인 동시에 공존을 위한 소통의 장이라고 할 수 있습니다. 세포막을 구성하는 핵심 물질은 지질 분자입니다. 이 분자들은 물과 친한 친수성 머리와 물을 극도로 싫어하는 소수성 꼬리를 동시에 가진 독특한 구조를 띠고 있습니다. 마치 올챙이와 같은 형태를 한 지질 분자는 물속에서 자발적으로 꼬리 부분을 안쪽으로 숨기고 머리 부분을 밖으로 향하게 하여 지질 이중막을 형성합니다. 여기에 콜레스테롤과 같은 성분들이 더해져 막의 안정성을 높입니다. 흥미로운 점은 실제 생체 내 지질 분자의 꼬리는 매우 길고 복잡하여, 현대의 화학 기술로도 이를 완벽하게 재현하기 어려울 정도로 정교한 설계를 자랑한다는 사실입니다. 세포막이 지질 이중막이라는 사실은 1925년 고터와 그렌델의 실험을 통해 처음 제안되었습니다. 그들은 적혈구에서 추출한 지질 분자를 물 위에 펼쳐 그 면적을 측정했는데, 놀랍게도 적혈구 전체 표면적의 정확히 두 배에 해당하는 결과가 나왔습니다. 이를 통해 지질 분자가 위아래로 두 층을 쌓아 막을 형성한다는 가설이 세워졌고, 이후 과학적 검증을 거쳐 정설로 받아들여졌습니다. 생명체가 자신의 외벽으로 지질 이중막을 선택한 것은 정보 저장의 DNA나 기능 수행의 단백질을 선택한 것만큼이나 생명 진화의 역사에서 결정적인 사건이었습니다. 지질 이중막의 가장 큰 특징은 자발적으로 형성되면서도 놀라운 유연성과 강인함을 동시에 갖추고 있다는 점입니다. 세포막은 외부의 압력에 따라 모양이 자유롭게 변할 수 있어, 적혈구가 좁은 모세혈관을 통과할 때 심하게 구겨지더라도 파괴되지 않고 다시 원래의 모습을 되찾습니다. 동시에 나노 수준의 미세한 자극에도 꼬리 부분이 물에 노출되지 않으려는 성질 덕분에 쉽게 찢어지지 않는 견고함을 유지합니다. 이러한 물리적 특성은 세포가 외부 환경의 변화에 유연하게 대처하면서도 내부의 귀중한 생명 물질을 안전하게 보호할 수 있게 해줍니다. 건강한 세포막은 고정된 고체 상태가 아니라 분자들이 끊임없이 위치를 바꾸는 '2차원 유체'의 성질을 띱니다. 여기서 중요한 역할을 하는 것이 바로 불포화 지방산입니다. 꼬리가 곧은 포화 지방산은 서로 너무 잘 정렬되어 막을 딱딱하게 만들지만, 꼬리가 꺾인 형태의 불포화 지방산은 정렬을 방해하여 막의 유동성을 유지해 줍니다. 상온에서 굳지 않는 올리브유처럼 유연한 상태의 세포막은 신호 전달이 원활하고 혈관 건강에도 이롭습니다. 반면 막이 굳어 유동성을 잃으면 세포는 외부 자극에 취약해지고 소통 능력이 저하되어 건강에 적신호가 켜지게 됩니다. 1972년 정립된 '유동 모자이크 모델'은 세포막을 지질과 단백질이 섞여 떠다니는 망망대해로 묘사했습니다. 하지만 최근에는 세포막이 단순히 균질한 바다가 아니라, 특정 지질과 단백질이 모여 형성된 '지질 뗏목'이라는 특수한 구역들이 존재한다는 학설이 주목받고 있습니다. 마치 바다 위에 떠 있는 섬처럼 특정 기능을 수행하는 단백질들이 높은 농도로 모여 있는 이 구역은, 광활한 세포막 위에서 효율적인 신호 전달과 소통을 가능하게 합니다. 이러한 구획화는 세포가 복잡한 외부 신호를 더욱 정교하고 빠르게 처리할 수 있도록 돕는 고도의 전략이라고 볼 수 있습니다. 세포막의 소통을 실질적으로 주도하는 주인공은 막 사이에 박혀 있는 '막 단백질'입니다. 약 5나노미터 두께의 얇은 막 안에서 이 단백질들은 친수성과 소수성 영역을 교묘하게 배치하여 안테나와 같은 역할을 수행합니다. 신경세포가 세포막의 융합을 통해 화학 신호를 분출하거나, 성장호르몬 수용체가 외부 신호를 감지해 세포 내부의 DNA까지 전달하는 과정 모두가 이들의 활약 덕분입니다. 결국 세포막은 단순한 울타리를 넘어, 생명체가 외부 세계와 끊임없이 대화하며 생존을 도모하는 가장 역동적인 생화학적 무대라고 정의할 수 있습니다.

윤태영

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생명과학

[강연] 리보핵산 : 최초의 생명물질로부터 메신저까지 (4) _ 김빛내리 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 3강 | 3강 ④

생명체 내에서 유전 정보가 발현되는 과정은 매우 정교한 조절을 받습니다. 특히 마이크로 RNA(miRNA)는 특정 유전자의 발현을 억제하거나 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 이러한 조절은 단순히 RNA가 만들어지는 단계에만 국한되지 않습니다. 전사 인자라 불리는 단백질들이 특정 유전자를 선택적으로 활성화하며, 합성된 RNA가 얼마나 빠르게 분해되는지에 따라서도 그 농도가 결정됩니다. 즉, 세포는 필요에 따라 합성 속도를 높이거나 분해 속도를 늦추는 방식으로 생체 물질의 양을 세밀하게 관리하며 생명 활동을 유지합니다. RNA는 단순히 생성되는 것만으로 기능을 다하는 것이 아닙니다. 마치 요리에 양념을 치듯, 적절한 가공 과정을 거쳐야만 비로소 활성을 띠게 됩니다. 또한, 합성된 장소에서 실제 역할을 수행해야 하는 장소로 정확하게 이동하는 배치 과정 역시 필수적입니다. 아무리 중요한 물질이라도 엉뚱한 위치에 있으면 제 기능을 발휘할 수 없기 때문입니다. 이처럼 양과 활성도, 그리고 적절한 위치 선정이라는 세 가지 차원의 조절 기작이 수백 가지 방법으로 얽혀 작용함으로써 우리 몸의 복잡한 생물학적 시스템이 원활하게 돌아가게 됩니다. 유전 정보를 활용한 친자 확인이나 혈연관계 분석은 현대 과학의 대중적인 응용 사례 중 하나입니다. 흔히 드라마 등 매체에서 손자나 손녀의 판별이 어렵다는 오해가 퍼지기도 하지만, 실제로는 DNA 마커를 통해 세대를 건너뛴 혈연관계도 명확하게 판별할 수 있습니다. DNA는 변하지 않는 고유의 정보를 담고 있어 숫자로 명확한 결과를 제시해주기 때문입니다. 굳이 RNA를 사용하지 않더라도 DNA만으로 충분히 정밀한 분석이 가능하며, 이는 유전학적 정보가 얼마나 강력하고 속일 수 없는 생명의 설계도인지를 잘 보여주는 대목이라 할 수 있습니다. 세포는 외부 환경의 변화에 민감하게 반응하며 유전자 발현을 조절합니다. 호르몬이나 신경 신호, 심지어 스트레스와 같은 요인들도 마이크로 RNA(miRNA)의 생성과 가공 과정에 깊이 관여합니다. 예를 들어 신경 세포가 활성화될 때 특정 miRNA가 더 많이 만들어지거나 활동성이 변한다는 연구 결과는 환경이 생물학적 반응을 이끌어내는 중요한 변수임을 시사합니다. 세포별로 발현 양상이 다른 이유 역시 이러한 주변 환경 요인이 특정 유전자의 스위치를 켜거나 끄는 결정적인 포인트로 작용하기 때문이며, 이는 생명체의 뛰어난 적응력을 뒷받침합니다. 우리 몸을 구성하는 수조 개의 세포는 놀랍게도 거의 동일한 DNA를 공유하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 어떤 세포는 간이 되고 어떤 세포는 뇌가 되는 이유는 분화 과정에서 특정 유전자만 선택적으로 발현되기 때문입니다. 발생 초기 단계에서 세포들은 위치에 따라 좌표를 설정하고, 주변 세포와 협력하며 각자의 역할을 찾아갑니다. 이 과정에서 불필요한 유전자의 발현을 완전히 차단하는 조절이 일어나는데, 여성의 두 X 염색체 중 하나를 불활성화하는 'Xist' RNA처럼 비부호화 RNA가 유전체 전체의 발현을 제어하는 중요한 열쇠가 되기도 합니다. 최근 주목받는 RNA 백신 기술은 특정 항원을 코딩하는 mRNA를 세포에 주입하여 면역 반응을 유도하는 원리를 이용합니다. 표적 항원을 선별하는 과정에서 여러 후보군을 빠르게 테스트할 수 있다는 점은 RNA 기술의 큰 장점입니다. 더 나아가 유전자 과다 발현으로 발생하는 다운 증후군과 같은 질환에서도 RNA 조절 기작을 응용하려는 아이디어가 제시되고 있습니다. 특정 염색체의 발현 농도를 낮추는 방식으로 디자인된 RNA 치료제가 개발된다면, 이는 기존의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 치료법이 될 수 있으며 생명공학의 무한한 가능성을 보여주는 사례가 될 것입니다. 질병의 원인이 되는 돌연변이는 유전적 요인, 환경적 요인, 그리고 DNA 복제 과정에서의 무작위적 오류라는 세 가지 경로로 발생합니다. 특히 암의 경우 부모로부터 물려받은 유전적 영향보다는 세포 분열 시 발생하는 무작위적인 복제 오류가 더 큰 비중을 차지한다는 연구 결과가 있습니다. 이는 건강한 생활 습관만으로 모든 질병을 막을 수 없음을 의미하는 동시에, 생명 현상에 내재된 확률적 특성을 보여줍니다. 결국 생명은 정교한 조절 시스템과 불가피한 오류 사이의 균형 속에서 진화해 왔으며, 이를 이해하는 것이 현대 의생명과학의 핵심 과제입니다.

강창원, 김빛내리, 정선주

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

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 리보핵산 : 최초의 생명물질로부터 메신저까지 (1) _ 김빛내리 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 3강 | 3강 ①

RNA는 우리 몸의 모든 세포뿐만 아니라 우리가 섭취하는 음식물, 눈에 보이지 않는 세균과 바이러스에 이르기까지 생명체가 존재하는 모든 곳에 널리 퍼져 있습니다. 흔히 생명의 설계도로 알려진 DNA가 가장 유명하지만, 사실 RNA는 생명의 기원부터 현재까지 모든 생명 현상의 핵심적인 역할을 수행해 왔습니다. 리보핵산이라는 이름으로도 불리는 이 물질은 단순한 화학 분자를 넘어, 지구상의 모든 생명체가 생존하고 기능을 유지하는 데 없어서는 안 될 필수적인 구성 요소입니다. 우리 몸의 모든 활동은 결국 이 작은 분자의 움직임에서 시작된다고 해도 과언이 아닙니다. DNA와 RNA는 구조적으로 매우 유사하지만 결정적인 차이가 존재합니다. 두 분자 모두 당과 인산으로 이루어진 골격에 네 가지 염기가 결합한 형태를 띠고 있는데, RNA는 DNA의 티민(T) 대신 우라실(U)이라는 염기를 사용합니다. 또한 RNA의 당 구조에는 DNA보다 산소 원자가 하나 더 포함되어 있는데, 이 사소해 보이는 차이가 생물학적으로는 완전히 다른 기능을 가능하게 합니다. DNA가 이중나선 구조로 정보를 안정적으로 보관한다면, RNA는 단일 가닥으로서 훨씬 더 복잡하고 다양한 입체 구조를 형성하며 활동합니다. 이러한 구조적 유연성은 RNA가 생명 현상에서 다재다능한 역할을 수행할 수 있게 합니다. 생명 정보가 발현되는 과정은 마치 붕어빵을 찍어내는 과정과 비슷합니다. DNA라는 거푸집을 바탕으로 필요한 만큼의 RNA를 복사해내는 과정을 '전사'라고 부르며, 이때 하나의 기능을 수행하는 RNA 단위를 유전자라고 합니다. 인간은 약 3만 개 이상의 단백질 코딩 유전자를 포함해 총 10만 개에 달하는 유전적 틀을 가지고 있습니다. 이 수많은 틀 중에서 어떤 것을 선택해 RNA로 만들어내느냐에 따라 세포의 성격과 기능이 결정되며, 이는 생명체가 복잡한 구조를 유지하는 근간이 됩니다. 각기 다른 모양의 붕어빵 틀이 존재하듯, 유전자는 생명의 다양성을 빚어내는 원천입니다. RNA의 가장 대표적인 역할은 유전 정보를 전달하는 mRNA(메신저 RNA)로서의 기능입니다. mRNA는 DNA로부터 복사한 염기 서열 정보를 리보솜으로 전달하며, 이곳에서 세 개의 염기가 하나의 아미노산을 지정하는 '코돈' 암호를 통해 단백질이 합성됩니다. 우리 몸에는 수만 종류의 mRNA가 존재하지만, 모든 세포가 이를 동일하게 생산하지는 않습니다. 신경 세포는 신경에 필요한 정보를, 근육 세포는 근육에 필요한 정보를 담은 mRNA만을 선택적으로 활성화함으로써 각기 다른 조직의 특성을 갖추게 됩니다. 이러한 선택적 발현은 생명체가 효율적으로 작동하게 만드는 핵심 기제입니다. 단 하나의 수정란이 수조 개의 세포로 분열하여 정교한 신체를 형성하는 발생 과정은 RNA 조절의 정수를 보여줍니다. 모든 세포가 동일한 DNA 정보를 가지고 있음에도 불구하고 뼈, 근육, 신경 등으로 분화할 수 있는 이유는 특정 시점에 필요한 RNA가 정밀하게 조절되기 때문입니다. 이러한 조절 프로그램은 우리가 태어나 성장하고 노화하며 죽음에 이르는 생로병사의 전 과정을 관장합니다. 만약 이 정교한 RNA 발현 체계에 오류가 생긴다면 질병이 발생하거나 신체 구조에 심각한 변형이 일어날 수 있습니다. 결국 RNA는 생명의 탄생부터 소멸까지를 이끄는 보이지 않는 지휘자와 같습니다.

김빛내리

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생명과학

[강연] 토크쇼 (패널토의) | 2015 여름 카오스 콘서트 '기원 Origin' 4강 | 4강

우리는 138억 년이라는 거대한 우주의 역사를 거슬러 올라가며 우리 자신의 뿌리를 찾고자 노력합니다. 우주와 물질, 그리고 생명이 어떻게 시작되었는지에 대한 질문은 결국 '나는 어디에서 왔는가'라는 근원적인 물음으로 귀결됩니다. 인간은 단순히 존재하는 것에 그치지 않고, 자신을 둘러싼 자연의 기원을 궁금해하는 독독특한 존재입니다. 망원경으로 우주의 끝을 바라보거나 현미경으로 미세한 세계를 관찰할 때, 우리는 결국 그 속에서 우리 자신의 모습을 발견하게 됩니다. 이러한 지적 호기심은 인류가 문명을 발전시키고 세상을 이해하는 가장 강력한 동력이 되어 왔습니다. 빅뱅은 현대 과학이 설명하는 우주의 시작점이지만, 그 이전의 상태나 폭발을 일으킨 에너지의 정체에 대해서는 여전히 많은 수수께끼가 남아 있습니다. 물리학적으로 빅뱅은 시간의 시작을 의미하기 때문에 '그 이전'이라는 개념 자체가 성립하기 어려울 수 있습니다. 중력이 극도로 강한 특이점에서는 시간이 매우 천천히 흐르며, 시작점에 가까워질수록 시간의 흐름은 멈춘 것과 다름없는 상태가 됩니다. 따라서 빅뱅의 에너지가 어디서 왔는지를 묻는 것은 시간의 기원 그 자체를 탐구하는 것과 같으며, 이는 현대 물리학이 도전하고 있는 가장 거대한 장벽 중 하나입니다. 과학은 모든 질문에 즉각적인 해답을 내놓기보다는 관측과 데이터를 통해 진실에 다가가는 정직한 학문입니다. 빅뱅의 순간은 양자역학의 지배를 받는 미세한 영역이었을 것으로 추측되며, 진공 에너지나 초끈 이론 등 다양한 가설이 그 원인을 설명하려 시도하고 있습니다. 하지만 아직 인류는 그 폭발의 정확한 메커니즘을 완벽하게 밝혀내지 못했습니다. 모르는 것을 모른다고 인정하고 이를 탐구해 나가는 과정이야말로 과학이 가진 진정한 가치입니다. 이러한 불확실성은 오히려 새로운 연구와 상상력을 자극하며 우리가 우주를 더 깊이 이해하도록 이끕니다. 시작이 있다면 끝이 있기 마련이며, 생명의 최후 역시 과학의 중요한 관심사입니다. 개별 생명체의 수명은 염색체 말단의 텔로미어와 같은 유전적 요인뿐만 아니라 환경적 요인에 의해서도 결정됩니다. 시간의 화살은 결코 거꾸로 흐르지 않기에, 생명은 진화의 과정을 거쳐 복잡해질 뿐 과거의 단순한 형태로 되돌아가지 않습니다. 인류의 미래와 생명의 종말에 대한 논의는 우리가 현재를 어떻게 살아가야 하는지에 대한 철학적 성찰을 동반합니다. 환경오염이나 전쟁과 같은 외부적 위협 속에서 생명의 지속 가능성을 고민하는 것은 과학자의 사명이자 인류 공동의 과제입니다. 열역학 제2법칙인 엔트로피 법칙에 따르면 자연계는 질서에서 무질서의 방향으로 나아갑니다. 하지만 단세포생물이 복잡한 인간으로 진화하는 과정은 이 법칙에 어긋나는 것처럼 보일 수 있습니다. 여기서 중요한 점은 엔트로피 증가의 법칙이 외부와 차단된 '고립계'에서만 엄격하게 적용된다는 사실입니다. 생명체는 외부로부터 에너지를 섭취하고 노폐물을 배출하는 '열린계'에 해당합니다. 따라서 생명은 에너지를 소모함으로써 국소적으로 엔트로피를 낮추고 질서를 유지하며 진화할 수 있습니다. 이는 생명이 물리 법칙을 거스르는 것이 아니라 법칙 안에서 정교한 질서를 창조해가는 과정임을 보여줍니다. 생명의 기원을 분자 수준에서 바라보면 DNA와 RNA의 관계가 핵심적인 역할을 합니다. 오늘날 DNA는 유전 정보를 저장하고 RNA는 이를 전달하여 단백질을 만드는 역할을 분담하지만, 초기 생명체에서는 이 두 기능을 모두 수행하는 분자가 필요했을 것입니다. 과학자들은 RNA가 정보 저장과 촉매 기능을 동시에 가졌던 'RNA 세계'가 먼저 존재했을 것으로 추측합니다. 이후 구조적으로 더 안정적인 DNA가 유전 정보의 보관을 맡게 되면서 현재의 생명 시스템이 정착되었습니다. 이처럼 분자 하나하나의 변화와 선택이 쌓여 오늘날의 복잡하고 경이로운 생명 현상을 만들어낸 것입니다. 광활한 우주에서 지구에만 생명체가 존재한다는 것은 엄청난 공간 낭비일지도 모른다는 칼 세이건의 말처럼, 외계 생명체에 대한 탐구는 우리의 상상력을 자극합니다. 우주 어딘가에 우리와 유사하거나 혹은 전혀 다른 형태의 생명이 존재할 확률은 과학적으로 충분히 논의될 가치가 있습니다. 외계 생명체의 존재 여부를 확인하려는 노력은 결국 인류가 우주에서 어떤 위치를 차지하고 있는지를 확인하는 과정이기도 합니다. 과학은 단순히 지식을 전달하는 것을 넘어, 끊임없는 질문과 상상력을 통해 우리가 보지 못하는 세계를 꿈꾸게 하며 미래의 새로운 가능성을 열어줍니다.

김성근, 우종학, 이현숙, 정하웅

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[강연] 암의 기원 (2) - DNA란 무엇인가? _ 이현숙 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 9강 | 9강 ②

암의 기원에 대한 탐구는 100년 전 독일의 세포 생물학자 보베리의 가설에서 중요한 전환점을 맞이했습니다. 그는 암세포가 단 하나의 세포에서 시작되며, 염색체 수가 비정상적으로 변하는 이수배수체 현상이 그 원인이라고 주장했습니다. 당시로서는 파격적이었던 이 가설은 암이 무한 증식하는 성질을 가지며 물리적, 화학적 자극이나 미생물 감염에 의해 유발될 수 있음을 시사했습니다. 비록 결과론적인 관찰에 기반했다는 한계가 있었으나, 암의 본질을 꿰뚫어 본 그의 통찰은 현대 암 연구의 초석이 되었습니다. 1975년 등장한 에임스 테스트는 DNA 손상이 암의 근본적인 원인임을 입증하는 결정적인 계기가 되었습니다. 살모넬라균을 이용한 이 실험은 특정 화학 물질이 돌연변이를 많이 일으킬수록 강력한 발암원이 된다는 사실을 보여주었습니다. 이는 암 유전자(Oncogene)와 암 억제 유전자의 발견으로 이어졌으며, 바이러스 설이나 보베리의 염색체 설을 모두 포용하는 통합적인 이론을 가능케 했습니다. 결국 유전자의 변형이 세포의 비정상적인 분열을 초래하여 질병으로 이어진다는 현대적 암 발생 모델이 확립된 것입니다. 현대 생물학의 가장 위대한 발견으로 꼽히는 DNA 이중나선 구조는 유전 정보가 어떻게 보존되고 전달되는지를 명확히 설명해 주었습니다. 1953년 왓슨과 크릭은 로잘린드 프랭클린의 X선 회절 데이터를 바탕으로 DNA의 분자 구조를 규명해냈습니다. 이 구조는 유전자가 자손에게 정보를 전달하는 능력의 근원을 보여주었으며, 분자 생물학이라는 새로운 영역을 개척했습니다. 특히 DNA가 단순한 정보의 저장소를 넘어, 생명 현상을 조절하는 핵심 설계도임을 밝혀냄으로써 암과 같은 유전적 질병 연구에 획기적인 전기를 마련했습니다. 생명체가 유전 물질로 RNA 대신 DNA를 선택한 이유는 정보 보존의 안정성에 있습니다. 두 가닥의 나선 구조는 외부 자극으로부터 유전 정보를 보호하며, 복제 과정에서 반보수적인 특성을 통해 정확한 전수를 가능하게 합니다. 이러한 구조적 견고함은 진화 과정에서 생명체가 복잡한 유기체로 성장할 수 있는 토대가 되었습니다. 만약 유전 정보가 쉽게 변질되었다면 생명은 연속성을 유지하기 어려웠을 것입니다. 따라서 DNA는 단순한 분자를 넘어 생명의 역사와 진화를 기록하는 가장 신뢰할 수 있는 매체로 자리 잡았습니다. 세포가 분열할 때마다 일어나는 DNA 복제 과정은 완벽해 보이지만 늘 에러의 위험을 내포하고 있습니다. 중합 효소의 교정 기능과 정교한 DNA 복구 기작 덕분에 오류율은 획기적으로 낮아지지만, 그럼에도 불구하고 발생하는 미세한 돌연변이는 암 발생의 씨앗이 됩니다. 흥미롭게도 과거 화학 무기로 사용되었던 나이트로젠 머스터드가 오늘날 암 치료제로 쓰이는 이유는 암세포의 복구 기작 결함을 역이용한 결과입니다. 결국 암은 유전자 단위의 돌연변이와 염색체 구조의 대단위 손실이 축적되어 발생하는 복합적인 유전 질환인 셈입니다.

이현숙

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생명과학

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

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

이현숙

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생명과학

[강연] 현생인류와 한민족의 기원 (1) - 총론 : 어떻게 아는가? _ 이홍규 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 7강 | 7강 ①

인류의 기원을 탐구하는 여정은 관찰과 기록에서 시작되었습니다. 고대 그리스의 아리스토텔레스는 자연학을 통해 주변 세계를 기록했고, 로마의 플리니우스는 박물학적 관점에서 방대한 지식을 정리했습니다. 이후 18세기 카를 린네는 단순한 기록을 넘어 생물에 체계적인 이름을 붙이는 분류학을 창시했습니다. 그는 형태와 기능을 기준으로 생물을 계, 문, 강, 목, 과, 속, 종으로 나누었으며, 인간에게 '호모 사피엔스'라는 학명을 부여하여 인류를 자연의 체계 안에 편입시켰습니다. 린네가 생물의 체계를 세웠다면, 찰스 다윈은 그 체계가 어떻게 형성되었는지에 대한 원리를 제시했습니다. 다윈은 '종의 기원'을 통해 적자생존과 자연선택이라는 개념을 도입하여 생물이 환경에 적응하며 변이하고 분화한다는 사실을 설명했습니다. 그는 모든 생명이 공통의 선조에서 유래했다는 파격적인 주장을 펼쳤으며, 훗날 인류 역시 아프리카의 유인원과 공통의 조상을 가졌을 것이라고 추론하며 인류 기원 연구의 과학적 토대를 마련했습니다. 다윈의 진화론은 멘델의 유전 법칙과 만나 더욱 견고해졌습니다. 초기에는 유전자가 변하지 않고 보존된다는 점 때문에 진화론과 충돌하는 듯 보였으나, 유전자의 돌연변이가 진화의 원동력이 된다는 사실이 밝혀지면서 '현대 종합 이론'으로 통합되었습니다. 이는 생명체가 단순히 변하는 것이 아니라, 유전적 변이 중 생존에 유리한 형질이 선택되어 다음 세대로 전달되는 과정임을 과학적으로 입증하며 생물학의 완성도를 높였습니다. 생명의 역사를 한 그루의 나무로 시각화한 '생명의 나무'는 계통발생학의 핵심 개념입니다. 모든 생명체는 하나의 뿌리에서 시작되어 가지를 치듯 분화해 왔으며, 과학자들은 통계학적 방법인 분기학을 동원해 생물 간의 친연관계를 분석합니다. 이는 우주의 시작인 빅뱅처럼 생명 역시 단일한 기원에서 출발해 복잡한 시스템으로 진화했음을 보여줍니다. 이러한 계통도는 현대 생물학 교과서의 근간을 이루며 생명의 연속성을 상징합니다. 현대 진화론은 세포 내 공생설을 통해 더욱 확장되었습니다. 린 마굴리스는 돌연변이뿐만 아니라 서로 다른 생명체의 융합이 진화의 중요한 축이라고 주장했습니다. 특히 미토콘드리아는 과거 독립적인 박테리아였으나 다른 세포와 합쳐져 에너지를 생성하는 공생체가 되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 관점은 인류를 포함한 모든 진핵생물이 여러 생명체의 유전적 결합으로 탄생한 복합적인 존재임을 시사하며 진화의 새로운 지평을 열었습니다. 21세기 유전학의 비약적인 발전은 인류학 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 과거에는 겉모습이나 뼈의 형태를 보고 인종과 종을 구분했지만, 이제는 DNA 염기서열 분석을 통해 생명체의 정체성을 파악합니다. 유전체 분석 기술은 표현형 중심의 이해를 유전자형 중심으로 전환시켰으며, 아주 미세한 유전적 차이만으로도 해당 개체가 어떤 특성을 가졌는지, 어떤 경로로 이동하며 진화해 왔는지를 정확하게 추적할 수 있게 되었습니다. 유전학적 접근의 위력은 시베리아 데니소바 동굴에서 발견된 작은 뼈 조각 사례에서 극명하게 드러납니다. 고고학적으로는 정체를 알 수 없었던 1cm 남짓한 손가락뼈에서 DNA를 추출해 분석한 결과, 인류의 새로운 조상인 데니소바인의 존재가 확인되었습니다. 뼈의 형태가 아닌 유전 정보를 통해 고대 인류의 외형과 혈통을 복원해낸 이 사건은, 현대 과학이 과거의 흔적을 추적하여 인류와 민족의 기원을 밝히는 강력한 도구가 되었음을 증명합니다.

이홍규

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[석학인터뷰] 이현숙_수명 연장과 암의 정복은 두 마리 토끼인가요?

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

이현숙

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