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먼― 우주, 가까운 우주🌌(Across the Universe) 5강 1부 지구🌏의 거주 가능성에 영향을 미치는 태양☀️ 자기 활동│카오스강연 시즌2

밤하늘을 바라보면 우리는 자연스럽게 우주의 신비로움에 대해 생각하게 됩니다. 우리가 우주를 관찰하고 이해할 수 있다는 사실은 매우 특별한 일입니다. 우주에서 오는 빛 덕분에 우리는 멀리 떨어진 별과 행성, 그리고 그곳에서 일어나는 현상들을 알 수 있습니다. 이처럼 인간이 우주를 관찰하고 분석할 수 있다는 점은 과학자로서 큰 경이로움을 느끼게 합니다. 더 나아가, 우리가 이 우주 안에 존재한다는 사실 자체도 매우 놀라운 일입니다. 많은 사람들이 밤하늘을 보며 '우주에 우리만 있을까?'라는 질문을 던집니다. 천문학자들은 태양계 밖에도 다양한 행성이 존재한다는 사실을 밝혀내고 있습니다. 이 중에는 지구와 비슷한 환경을 가진 행성도 있습니다. 과연 그곳은 생명이 살 수 있을까요? 이러한 질문은 현대 천문학에서 매우 중요한 주제이며, '거주 가능성'이라는 개념으로 연구되고 있습니다. 이 연구의 기준점은 바로 우리가 살고 있는 지구입니다. 지구가 생명체가 살기에 적합한 이유는 태양 덕분입니다. 태양은 수소 핵융합 반응을 통해 엄청난 에너지를 방출하며, 이 에너지가 지구에 안정적이고 오랜 기간 동안 공급됩니다. 태양의 밝기는 그 크기에서 비롯되며, 핵융합 반응이 매우 느리게 일어나기 때문에 태양은 약 100억 년 동안 빛을 낼 수 있습니다. 이러한 안정성과 오랜 지속성 덕분에 지구는 생명체가 번성할 수 있는 환경을 유지할 수 있습니다. 또한 태양빛은 생명체에게 적합한 질적 특성을 가지고 있습니다. 하지만 태양은 자비로운 존재이면서도 동시에 난폭한 면모를 가지고 있습니다. 태양에서 방출되는 태양풍과 코로나 질량 방출 같은 현상은 행성의 대기를 위협할 수 있습니다. 실제로 화성은 과거에 지구처럼 두꺼운 대기와 바다가 있었지만, 태양풍과 태양 폭풍에 의해 대기를 잃고 황량한 행성이 되었습니다. 반면, 지구는 자기장이라는 방패 덕분에 태양의 난폭함으로부터 보호받고 있습니다. 자기장은 지구 내부의 다이나모 효과에 의해 생성되며, 이는 행성의 생존에 매우 중요한 역할을 합니다. 태양과 지구의 자기장은 전도성 유체의 운동과 자전에 의해 만들어집니다. 태양 내부의 대류 운동과 자전, 그리고 지구 핵의 액체 철이 이러한 자기장을 생성하는 원동력입니다. 자기장은 태양에서는 창의 역할을, 지구에서는 방패의 역할을 하며, 행성의 환경을 결정짓는 중요한 요소입니다. 과거에는 화성도 자기장을 가지고 있었으나, 내부 열을 잃으면서 자기장이 사라지고 대기 역시 소실되었습니다. 태양 역시 과거에는 더 빠르게 자전하며 더 강력한 자기장과 태양 폭풍을 만들어냈을 것으로 추정됩니다. 역사적으로 가장 강력한 태양 폭풍은 1859년의 캐링턴 사건에서 관측되었습니다. 이 슈퍼 태양 폭풍은 지구의 자기권을 심각하게 교란시켜 전신 시스템을 마비시키고, 북반구 전역에 밝은 오로라를 발생시켰습니다. 오늘날과 같은 첨단 문명에서는 이러한 강력한 태양 폭풍이 발생할 경우, 통신, 위성, 전력 시스템 등 사회 전반에 큰 혼란을 초래할 수 있습니다. 과학자들은 이러한 슈퍼 태양 폭풍이 약 100년에 한 번꼴로 발생할 것으로 예측하고 있으며, 미래에도 다시 일어날 가능성이 있습니다. 젊은 태양은 지금보다 훨씬 더 난폭했으며, 슈퍼 태양 폭풍이 더 자주 발생했을 것으로 보입니다. 이러한 강력한 태양 활동은 초기 지구와 화성의 환경에 큰 영향을 미쳤을 것입니다. 만약 지구가 자기장을 충분히 유지하지 못했다면, 대기 역시 화성처럼 사라졌을지도 모릅니다. 이러한 가설을 바탕으로 태양과 행성의 상호작용, 그리고 우주 환경이 생명체의 존재에 미치는 영향을 연구하는 것은 매우 흥미로운 과제입니다. 앞으로도 태양과 우주에 대한 연구는 인류의 미래와 직결된 중요한 주제가 될 것입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
지구환경과학
천문학

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

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

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학
지구환경과학
융합

[페스티벌+어스] 지구에서 본 우주 by 윤성철, 심채경 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

우주는 겉보기에 차갑고 텅 빈 죽음의 공간처럼 보이지만, 역설적으로 그 안에서 생명을 잉태하는 모순적인 장소입니다. 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소가 화산 폭발이라는 재난을 통해 공급되어 지구를 따뜻하게 유지하듯, 우주의 거친 환경 또한 생명 탄생의 필수적인 배경이 됩니다. 광활한 우주에 흩어진 수조 개의 은하와 수많은 별은 단순한 천체가 아니라, 생명이 존재할 수 있는 물리적 토대를 마련하는 거대한 시스템의 일부라고 할 수 있습니다. 열역학 제2법칙에 따르면 모든 사물은 질서 있는 상태에서 무질서한 평형 상태로 나아갑니다. 하지만 생명은 주변과 끊임없이 에너지를 주고받으며 스스로를 비평형 상태로 유지하는 독특한 현상입니다. 만약 우주가 영원히 정지해 있었다면 이미 최대 엔트로피에 도달해 죽음의 공간이 되었겠지만, 빅뱅이라는 거대한 사건이 우주를 동적인 변화의 상태로 몰아넣었습니다. 이러한 변화와 비평형 상태 덕분에 우리는 정지된 죽음이 아닌 역동적인 생명을 유지할 수 있습니다. 빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨뿐이었으나, 중력의 작용으로 별이 탄생하면서 생명에 필요한 중원소들이 만들어지기 시작했습니다. 별의 내부에서 일어나는 핵융합 반응은 탄소, 산소, 질소와 같은 필수 원소들을 합성하고, 초신성 폭발을 통해 이를 우주 공간으로 흩뿌립니다. 이렇게 순환하는 물질들은 다음 세대의 별과 행성을 구성하는 재료가 되며, 시간이 흐를수록 우주 전체에서 생명이 탄생할 가능성은 점차 증가하는 과정을 거치게 됩니다. 생명체가 살기 위해서는 중심 별로부터 너무 뜨겁지도 차갑지도 않은 적절한 거리, 즉 '생명체 거주 가능 지대(Habitable Zone)'가 확보되어야 합니다. 천문학자들은 이 지대를 중심으로 수천 개의 외계 행성을 탐색하며 생명의 흔적을 찾고 있습니다. 최근에는 제임스 웹 우주망원경과 같은 첨단 장비를 통해 외계 행성 대기에서 수증기의 신호를 포착하는 등, 지구가 아닌 다른 곳에서도 생명이 존재할 수 있는 환경을 확인하려는 노력이 활발하게 이어지고 있습니다. 전통적인 생명체 거주 가능 지대를 벗어난 곳에서도 생명의 가능성은 발견됩니다. 목성의 위성 유로파나 토성의 위성 엔셀라두스처럼 표면이 얼음으로 덮인 천체들은 그 아래에 거대한 지하 바다를 품고 있을 것으로 추정됩니다. 태양 빛이 직접 닿지 않는 깊은 곳이라도 내부의 열에너지를 이용한 화학합성을 통해 생태계가 유지될 수 있다는 사실은, 생명의 조건이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 다양하고 강인할 수 있음을 시사하는 중요한 발견입니다. 단순히 물이 존재하는 것을 넘어, 그 안에 염분과 유기 화합물이 포함되어 있는지는 생명 탐사에서 매우 중요한 지표가 됩니다. 지구의 심해 열수구 주변에서 햇빛 없이도 다양한 생명체가 번성하듯, 외계 위성의 지하 바다에서 뿜어져 나오는 간헐천 성분은 그곳이 생명을 부양할 수 있는 화학적 에너지를 갖췄는지 알려줍니다. 이러한 발견들은 생명의 근원이 반드시 태양 에너지에만 국한되지 않음을 보여주며 인류의 우주 탐사 범위를 획기적으로 넓혀줍니다. 우주적 관점에서 지구는 광활한 어둠 속에 홀로 떠 있는 '창백한 푸른 점'에 불과하며, 생존을 위해 치러야 하는 대가는 지독한 외로움일지도 모릅니다. 하지만 이 외로움은 역설적으로 지구가 생명이 살기에 얼마나 안락하고 보호받는 공간인지를 증명하는 증거이기도 합니다. 우주를 탐구하며 다른 생명체를 찾는 여정은 결국 우리가 발을 딛고 있는 이 행성이 얼마나 특별하고 소중한지를 깨닫고, 이를 보존해야 한다는 책임감을 느끼게 하는 숭고한 과정입니다.

심채경, 윤성철

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

물리학
천문학

[페스티벌+어스] 유튜버 스테이지 (Youtu-verse) by 1분과학, 과학드림, 지식인미나니 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

공룡에 대한 우리의 인식은 지난 200년 동안 극적으로 변화해 왔습니다. 초기 고생물학자들은 공룡을 꼬리를 땅에 끌며 느릿느릿 걷는 거대한 도마뱀이나 코뿔소 같은 모습으로 복원했습니다. 하지만 1970년대 '공룡 르네상스'를 거치며 공룡이 꼬리를 높이 치켜들고 역동적으로 달리는 정온동물이었을 가능성이 제기되었습니다. 최근에는 깃털 공룡 화석들이 잇따라 발견되면서, 공룡이 현대의 새와 밀접하게 연결되어 있다는 사실이 정설로 자리 잡았습니다. 이러한 복원도의 변화는 우리가 당연하게 믿어왔던 지식이 새로운 증거 앞에서 얼마나 유연하게 바뀔 수 있는지를 잘 보여줍니다. 과학은 고정된 진리가 아니라 끊임없이 변화하고 수정되는 역동적인 과정입니다. 과거의 학자들이 이구아노돈의 엄지뼈를 코 위에 붙였던 실수는 당시의 한정된 정보 속에서 최선의 추론을 내린 결과였습니다. 이후 더 완전한 골격 화석이 발견되면서 오류는 수정되었고, 우리는 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있었습니다. 이처럼 과학의 진정한 매력은 정해진 결론에 있는 것이 아니라, 새로운 증거를 토대로 기존의 고정관념을 깨뜨려 나가는 합리적인 탐구 과정에 있습니다. 이러한 태도는 우리가 세상을 더 객관적이고 열린 마음으로 바라보게 하는 힘이 됩니다. 인공지능 기술 역시 인간의 뇌신경망을 모방하려는 끊임없는 시도 끝에 탄생했습니다. 1950년대 앨런 튜링의 질문에서 시작된 이 여정은 초기 컴퓨터의 성능 한계로 인해 긴 정체기를 겪기도 했습니다. 그러나 하드웨어의 비약적인 발전과 방대한 데이터의 축적은 '심층신경망'이라는 돌파구를 마련했습니다. 오늘날의 인공지능은 단순히 입력된 명령을 수행하는 수준을 넘어, 스스로 패턴을 학습하고 정답을 찾아가는 과정을 반복하며 정확도를 높입니다. 이제 인공지능은 스마트폰의 얼굴 인식부터 자율주행에 이르기까지 우리 일상의 깊숙한 곳에서 보이지 않는 조력자 역할을 수행하고 있습니다. 최근 등장한 생성형 인공지능은 인간의 고유 영역이라 여겨졌던 창작의 세계까지 확장되고 있습니다. 텍스트 몇 줄만으로 정교한 그림을 그리거나 음악을 작곡하는 인공지능의 능력은 우리에게 저작권과 창의성에 대한 새로운 질문을 던집니다. 하지만 인공지능과 인간을 대립 관계로 볼 필요는 없습니다. 인공지능은 인간이 처리하기 힘든 방대한 데이터를 순식간에 분석하여 단백질 구조를 예측하거나 에너지 효율을 최적화하는 등 인류의 난제를 해결하는 데 기여하고 있습니다. 결국 인공지능은 인간의 삶의 질을 높이고, 우리가 더 가치 있는 일에 집중할 수 있도록 돕는 강력한 도구로서 진화하고 있는 것입니다. 과학은 세상을 바라보는 하나의 철학이 될 수 있습니다. 우리는 흔히 사물이나 현상에 '좋다' 혹은 '나쁘다'와 같은 주관적인 가치를 부여하며 살아갑니다. 하지만 과학의 시선으로 본 세상은 어떠한 선입견도 없는 객관적인 실체 그 자체입니다. 중력가속도에 따라 떨어지는 사과나 빛조차 빨아들이는 블랙홀은 그저 자연의 법칙을 따를 뿐, 도덕적인 판단의 대상이 아닙니다. 이처럼 언어와 관념이 만들어낸 가상의 의미를 걷어내고 세상을 있는 그대로 바라볼 때, 우리는 비로소 본질에 다가갈 수 있습니다. 이러한 과학적 사고방식은 우리를 편견으로부터 자유롭게 만듭니다. 우리 주변의 흔한 이끼를 대하는 태도의 변화는 과학적 시각의 중요성을 상징적으로 보여줍니다. 많은 이들이 이끼를 습하고 더러운 곳에서 자라는 무가치한 존재로 여기지만, 과학적으로 이끼는 지구 생태계의 위대한 개척자입니다. 4억 5천만 년 전 육상으로 올라온 최초의 생명체인 이끼는 척박한 환경에서 산소를 공급하며 오늘날의 생태계를 만드는 기초를 닦았습니다. 한 평 남짓한 이끼가 수십 그루의 소나무보다 더 많은 산소를 생산하고 미세먼지를 정화한다는 사실을 알게 되면, 무심코 지나쳤던 작은 생명체에서도 경이로운 아름다움을 발견하게 됩니다. 과학 소통은 전문가와 대중 사이의 간극을 메우고 합리적인 사회를 만드는 핵심적인 역할을 합니다. 현대 과학은 고도의 전문성을 띠고 있어 일반인이 접근하기 어렵지만, 과학 커뮤니케이터들은 이를 쉬운 언어로 풀어내어 지식의 문턱을 낮춥니다. 과학적 사실을 공유하는 것은 단순히 정보를 전달하는 것을 넘어, 대중이 논리적이고 비판적인 사고를 할 수 있도록 돕는 과정입니다. 모든 사람이 과학을 즐기고 일상의 문제를 과학적으로 해결하려 노력할 때, 우리 사회는 더 진보하고 개인의 삶은 더욱 풍요로워질 것입니다. 과학은 이제 실험실을 넘어 우리의 삶을 변화시키는 강력한 동력이 되고 있습니다.

1분과학, 과학드림, 지식인미나니

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

융합

[국제천문연맹총회] 8/6 모두를 위한 천문학 by 브라이언 P. 슈미트 교수(Prof. Brian P. Schmidt)

우주는 약 140억 년 전, 상상할 수 없을 만큼 뜨겁고 밀도가 높은 상태에서 폭발적으로 팽창하며 탄생했습니다. 이를 우리는 '빅뱅'이라 부르며, 그 흔적은 오늘날 우주 마이크로파 배경 복사라는 잔광으로 남아 우리에게 도달하고 있습니다. 이 빛은 우주가 태양 표면처럼 뜨거웠던 시절의 모습을 담고 있는 가장 오래된 사진과도 같습니다. 천문학자들은 이 미세한 빛의 파동을 분석하여 초기 우주의 구성 성분과 물리적 특성을 연구하며, 시공간이 어떻게 시작되었는지에 대한 근본적인 질문에 답을 찾아가고 있습니다. 20세기 초 에드윈 허블은 멀리 떨어진 은하들이 우리로부터 멀어지고 있다는 사실을 발견하며 정적인 우주관을 뒤흔들었습니다. 그는 은하의 거리가 멀수록 후퇴 속도가 더 빠르다는 '허블의 법칙'을 정립했고, 이는 우주가 모든 방향으로 팽창하고 있음을 시사했습니다. 빛의 파장이 길어지는 적색편이 현상은 우주 팽창의 결정적인 증거가 되었으며, 이를 통해 우리는 우주의 나이를 추정할 수 있게 되었습니다. 비록 초기에는 거리 측정의 오류로 나이 계산에 혼선이 있었으나, 현대 천문학은 이를 정교하게 보정하며 우주의 역사를 재구성하고 있습니다. 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 휘어짐으로 설명하며 현대 우주론의 토대를 마련했습니다. 그는 질량이 공간을 왜곡시킨다는 혁신적인 아이디어를 제시했고, 이는 일식 관측을 통해 별빛이 휘어지는 현상이 증명되면서 사실로 확인되었습니다. 아인슈타인은 처음에 우주가 정지해 있다고 믿어 '우주 상수'라는 개념을 도입했으나, 이후 허블의 관측을 통해 우주가 팽창한다는 사실이 밝혀지자 이를 철회하기도 했습니다. 그러나 이 우주 상수는 훗날 우주의 가속 팽창을 설명하는 암흑 에너지의 개념으로 화려하게 부활하게 됩니다. 1990년대 후반, 천문학자들은 초신성이라는 강력한 별의 폭발 현상을 이용해 우주의 팽창 속도 변화를 정밀하게 측정하기 시작했습니다. Ia형 초신성은 광도가 일정하여 우주의 거리를 재는 표준 촛불 역할을 하는데, 관측 결과 우주는 중력에 의해 팽창 속도가 느려지는 것이 아니라 오히려 점점 더 빨라지고 있었습니다. 이 예상치 못한 가속 팽창의 발견은 전 세계 과학계를 놀라게 했으며, 2011년 노벨 물리학상의 영예로 이어졌습니다. 이는 우주를 밀어내는 미지의 힘이 존재한다는 사실을 공식적으로 확인한 역사적 사건이었습니다. 현대 우주론의 표준 모델에 따르면, 우리가 알고 있는 원자로 이루어진 일반 물질은 우주 전체의 단 5%에 불과합니다. 나머지 95%는 빛을 내지 않아 보이지 않는 암흑 물질과 우주를 가속 팽창시키는 암흑 에너지로 채워져 있습니다. 암흑 물질은 은하을 하나로 묶어주는 중력적 역할을 하며, 암흑 에너지는 공간 자체의 에너지로서 우주를 밀어내는 척력으로 작용합니다. 우리는 아직 이들의 정체를 완전히 파악하지 못했지만, 우주 마이크로파 배경 복사와 은하 분포 연구를 통해 그 존재 비율과 영향력을 매우 정밀하게 계산해내고 있습니다. 제임스 웹 우주 망원경과 같은 최첨단 장비들은 이제 인류가 한 번도 보지 못한 우주의 깊은 과거를 들여다보고 있습니다. 적외선 관측을 통해 초기 은하의 형성과 별의 탄생 과정을 추적하며, 외계 행성의 대기 성분을 분석해 생명체의 흔적을 찾으려는 시도도 계속되고 있습니다. 또한 거대 전파 망원경 배열인 SKA는 수소 가스의 분포를 통해 우주의 재이온화 시기를 밝혀낼 준비를 하고 있습니다. 이러한 관측 기술의 발전은 암흑 에너지의 성질을 규명하고, 현대 물리학이 직면한 허블 상수 불일치 문제와 같은 새로운 수수께끼를 해결하는 열쇠가 될 것입니다. 암흑 에너지에 의한 가속 팽창이 멈추지 않는다면, 우주의 미래는 매우 차갑고 외로운 모습이 될 것입니다. 은하들은 서로 너무 멀어져 결국 빛조차 도달할 수 없는 지평선 너머로 사라지게 되며, 밤하늘은 점차 어둠에 잠길 것입니다. 하지만 이러한 거대한 우주적 운명 속에서도 인류는 끊임없이 질문을 던지며 지식의 지평을 넓혀왔습니다. 우주를 이해하려는 순수한 호기심은 GPS, Wi-Fi, 디지털 카메라 센서와 같은 혁신적인 기술로 이어져 인류의 삶을 풍요롭게 만들었습니다. 우주를 탐구하는 것은 결국 우리 자신의 기원과 미래를 이해하는 과정입니다.

Brian Paul Schmidt(브라이언 폴 슈미트)

카오스재단카오스크로스

천문학

[술술과학] 지구 역사상 가장 오래 산 생물은?😺👽🌿_식물 EP.08 (식물의 시간#4)

지구상에서 가장 거대한 생명체를 떠올릴 때 많은 이들이 공룡이나 대왕고래를 먼저 생각하곤 합니다. 아르헨티노사우루스 같은 거대 공룡은 무게가 70톤에 달하며, 현존하는 동물 중 가장 큰 대왕고래는 무려 190톤에 이르는 압도적인 체구를 자랑합니다. 하지만 진정한 의미에서 지구 역사상 가장 큰 생명체는 동물이 아닌 식물의 영역에 존재합니다. 생명에 대한 시야를 넓혀 식물까지 포함한다면, 우리가 알고 있던 거대함의 기준은 완전히 새롭게 정의되며 자연의 압도적인 스케일을 마주하게 됩니다. 세계에서 가장 큰 생물로 알려진 '셔먼 장군 나무'는 세쿼이아의 일종으로, 지상 높이만 83미터에 달하며 무게는 최소 1,200톤 이상으로 추정됩니다. 이는 대왕고래 6마리를 합친 것보다 무거운 수치입니다. 세쿼이아는 주로 미국 북서부 해안의 안개가 자욱한 지역에서 서식하며, 부족한 수분을 안개로부터 얻는 독특한 생존 전략을 가집니다. 또한 두꺼운 수피 덕분에 산불에도 강하며, 오히려 불이 나야 솔방울이 열려 번식할 수 있는 강인한 생명력을 지니고 있어 자연의 신비로움을 더해줍니다. 덩치뿐만 아니라 높이에서도 식물은 독보적입니다. 세계에서 가장 키가 큰 나무인 '히페리온'은 높이가 116미터에 이르며, 그 이름처럼 높은 곳에서 세상을 내려다봅니다. 우리에게 친숙한 메타세쿼이아는 이들의 친척으로, 한때 멸종된 것으로 알려졌으나 1940년대 중국에서 발견되어 현재는 전 세계의 아름다운 가로수로 사랑받고 있습니다. 비록 메타세쿼이아가 30미터 이상 자라며 웅장함을 뽐내지만, 100미터가 넘는 원조 세쿼이아 앞에서는 그저 작은 나무처럼 보일 정도로 식물의 세계는 광활하고 거대합니다. 샌프란시스코 인근의 뮤어 우즈는 이러한 거대 세쿼이아들의 본거지로, 영화 거장 알프레드 히치콕의 작품 '현기증'의 배경이 되기도 했습니다. 영화 속 주인공이 거대한 나무의 나이테를 가리키며 자신의 탄생과 죽음이 그저 한 점에 불과함을 읊조리는 장면은 깊은 울림을 줍니다. 수천 년을 버텨온 나무의 나이테 속에서 인간의 일생은 아주 짧은 순간에 지나지 않습니다. 이러한 식물의 시간은 우리에게 삶을 바라보는 새로운 관점과 겸손함을 가르쳐 주며, 자연이 품은 유구한 역사를 다시금 깨닫게 합니다. 지구상에서 가장 오래 산 생명체 역시 식물입니다. '므두셀라'라는 별명을 가진 강털소나무는 약 5,000년이라는 경이로운 세월을 살아왔습니다. 인류 문명의 시작과 함께한 이 나무의 장수 비결은 역설적이게도 '죽은 척하기'에 있습니다. 몸의 대부분을 죽은 상태로 유지하고 최소한의 조직만 활동하게 하여 에너지를 보존하는 전략입니다. 이처럼 세상에서 가장 크고, 높고, 오래 사는 존재들은 모두 식물입니다. 우리 곁의 식물을 단순한 풍경이 아닌 신비롭고 경이로운 생명으로 바라보는 감수성이 필요한 때입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[인터뷰] 이유리_식물도 욕망이 있다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물의 잎은 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하는 핵심적인 에너지 생성 공장입니다. 생존에 필수적인 광합성이 일어나는 장소인 만큼, 잎은 곤충이나 미생물 같은 생물학적 공격뿐만 아니라 가뭄과 바람 같은 물리적 환경 변화로부터도 스스로를 지켜내야 합니다. 식물은 이동할 수 없기에 도망치는 대신 정교한 방어 전략을 발달시켰으며, 이는 도시가 공격받았을 때 재건을 위해 노력하는 과정과 유사한 생존 본능을 보여줍니다. 식물은 손이 없어도 자신의 표면을 깨끗하게 유지하는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 대표적인 사례인 연꽃잎은 더러운 환경에서도 방수 효과와 자정 작용을 통해 청결을 유지하는데, 이는 표면의 특수한 미세 구조 덕분입니다. 과학자들은 이러한 식물의 비밀을 파헤쳐 방수 페인트나 기능성 의류 제작에 응용하고 있습니다. 외부 환경으로부터 자신을 보호하고 스스로를 정화하는 식물의 지혜는 현대 공학 기술의 중요한 영감이 되고 있습니다. 식물은 동물과 달리 신체 부위를 자유롭게 새로 만들거나 떼어내는 유연한 생장 방식을 가집니다. 줄기세포가 곳곳에 잠자고 있다가 필요에 따라 새로운 줄기나 잎을 형성하며, 심지어 잘린 잎 하나에서도 뿌리가 내려 새로운 개체로 재분화되기도 합니다. 이러한 강력한 재분화 능력은 식물이 환경 변화에 적응하고 손상을 극복하는 핵심 동력입니다. 움직이지 못하는 한계를 극복하기 위해 식물은 끊임없이 자신을 갱신하며 생명력을 이어가는 독특한 전략을 선택했습니다. 진화의 역사에서 식물과 동물을 가른 결정적인 차이는 세포벽이라는 '갑옷'의 유지 여부에 있었습니다. 초기 세포들은 독립성을 지키기 위해 단단한 벽을 가졌으나, 다세포 생물로 진화하는 과정에서 동물은 움직임을 위해 이를 벗어던졌고 식물은 이를 유지하는 길을 택했습니다. 이 선택은 소통 방식의 차이로 이어졌습니다. 식물 세포는 벽을 사이에 두고 원거리 통신을 하듯 정보를 주고받으며, 이러한 독특한 체계가 식물만의 복잡한 생명 현상을 가능하게 만들었습니다. 현미경으로 들여다본 식물의 세계는 단순한 평면이 아니라 정교하게 설계된 3차원 건축물과 같습니다. 세포벽의 단단하고 질긴 특성 덕분에 식물 세포는 별 모양이나 뾰족한 모양 등 다채로운 형태를 띠며, 이들이 모여 견고한 구조물을 형성합니다. 식물은 성장 단계나 환경 변화에 맞춰 이 구조를 유연하게 리모델링하며 최적의 상태를 유지합니다. 눈에 보이지 않는 미세한 공간 속에서 벌어지는 이러한 건축적 변화는 식물이 가진 생명력의 신비로움을 잘 보여줍니다.

이유리

카오스재단카오스강연

생명과학

[술술과학] 식물행성 'Plant Planet'🌲_식물 EP.01 (식물의 관점#1)

우리는 흔히 식물을 움직이지 않는 정적인 존재로 여기며 때로는 물건처럼 가볍게 대하곤 합니다. 하지만 지구 전체 생물량의 약 80% 이상을 차지하며 생태계의 실질적인 주인공 역할을 하는 것은 바로 식물입니다. 이들은 태양 에너지를 생명의 원천으로 변환하고 이산화탄소를 흡수하여 지구의 허파 역할을 수행합니다. 외계인의 시선에서 지구를 정의한다면 아마도 '식물 행성'이라 부를 만큼, 식물은 단순히 배경으로 존재하는 것이 아니라 지구 생명권의 근간을 이루는 핵심적인 존재입니다. 생명의 고향인 바다에 더 많은 생물이 살 것 같지만, 실제 통계는 우리의 통념을 깨뜨립니다. 전체 생물량의 99%가 육상에 존재하며 바다 생물은 단 1%에 불과하기 때문입니다. 특히 육상에서 식물과 동물의 비율을 비교하면 식물이 동물보다 무려 200배나 더 많다는 놀라운 사실을 알 수 있습니다. 이는 지구상에서 눈에 보이는 생명체의 압도적인 다수가 식물이라는 점을 뒷받침합니다. 우리가 마주하는 거대한 녹색의 물결은 단순한 풍경이 아니라 지구를 지탱하는 거대한 생명력의 증거입니다. 인간이 속한 동물의 비중은 전체 생물량에서 고작 0.4%에 불과하며, 그중 인류는 단 0.01%라는 미미한 비중을 차지합니다. 그러나 이 작은 비중의 인류가 생태계에 끼치는 영향은 가히 파괴적입니다. 포유류 전체로 범위를 좁혀보면 인간과 가축의 무게가 전체의 96%를 차지하고, 야생 동물은 겨우 4%로 밀려난 상태입니다. 단일 종인 호모 사피엔스가 40억 년 진화의 역사가 만들어낸 자연스러운 생명 분포를 인위적으로 왜곡하고 있는 현실은 우리가 식물에 대해 가져야 할 태도를 다시금 생각하게 합니다. 과학자 호프 자런은 저서 '랩걸'을 통해 인류 문명이 4억 년간 지속된 생명체를 식량, 의약품, 목재라는 세 가지 도구적 관점으로만 분류해버렸다고 비판합니다. 도시화가 진행되면서 식물이 일구어 놓은 푸른 땅은 다시 황폐한 콘크리트로 덮였고, 인간은 알량한 죄책감을 덜기 위해 작은 화분에 식물을 가두어 기르고 있습니다. 인류 문명 시작 이후 전 세계 나무의 절반이 사라졌다는 사실은 우리가 식물의 세계를 얼마나 무분별하게 훼손하며 살아왔는지를 여실히 보여주는 가슴 아픈 지표입니다. 이제는 인간 중심의 사고에서 벗어나 식물의 눈높이에서 세상을 바라보는 과학적 태도가 절실히 필요합니다. 식물은 동물 없이도 자생할 수 있지만, 인간을 포함한 모든 동물은 식물 없이는 단 한 순간도 생존할 수 없기 때문입니다. 우리가 원하는 세상에 식물이 존재하는 것이 아니라, 식물들이 구축해 놓은 거대한 세계 속에 우리가 잠시 머물고 있다는 겸손한 인식이 필요합니다. 빛을 향해 자라나는 식물처럼 우리도 생명의 근원을 존중하고 공존의 길을 찾는 방향으로 나아가야 할 때입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[인터뷰] 우주 최대의 미스터리는?ㅣ스페이스오페라_릴레이 인터뷰 | 우가궁7

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

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

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
지구환경과학
천문학
융합

이책 읽어봐! 과학관 베스트셀러 '사이다' 시리즈

바다는 모든 생명체에게 삶의 터전이 되어 주는 소중한 공간입니다. 바다를 지키는 일은 인간뿐만 아니라 다양한 동물들에게도 중요한 책임입니다. 우리가 바다를 보호하는 것은 미래 세대와 지구 전체의 건강을 지키는 일이기도 합니다. 바다의 소중함을 인식하고, 이를 지키기 위한 노력이 필요하다는 점을 강조할 수 있습니다. 인공지능은 인간의 다양한 소리를 학습하고 이해할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 예를 들어, 인공지능은 특정 동물의 소리나 사람의 목소리를 듣고 이를 분석하여 다양한 정보를 얻을 수 있습니다. 이러한 기술은 우리의 일상생활뿐만 아니라 과학 연구에도 큰 도움을 주고 있습니다. 인공지능의 발전은 우리가 자연을 더 깊이 이해하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 천왕성에서는 적도를 제외한 대부분의 지역에서 밤이 무려 40년 동안 지속된다는 흥미로운 사실이 있습니다. 이처럼 우주에는 우리가 상상하지 못했던 다양한 현상들이 존재합니다. 과학은 이러한 신비로운 현상들을 탐구하고 설명하는 데 중요한 역할을 합니다. 우주와 자연에 대한 호기심은 과학적 탐구의 출발점이 됩니다.

국립과천과학관책📖저자강연

생명과학
지구환경과학
천문학
융합

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

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

윤성철

카오스재단카오스강연

천문학

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

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

이유경

카오스재단카오스강연

천문학

[인터뷰] 이유경_ 외계생명체를 극지생명체로 추측하는 이유 | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

북극은 흔히 얼음으로 뒤덮인 황량한 곳으로 생각하기 쉽지만, 사실은 무궁무진한 기회가 잠재된 광활한 땅입니다. 현재 북극 전체 거주 인구는 약 400만 명에 불과하지만, 매장된 자원은 매우 풍부하여 젊은이들이 자신의 인생을 걸고 도전해 볼 만한 가치가 충분합니다. 과학적 탐구뿐만 아니라 경제적, 사회적 측면에서도 북극은 새로운 개척지로서의 면모를 갖추고 있습니다. 미지의 세계를 향한 열망을 가진 이들에게 북극은 새로운 가능성을 제시하는 거대한 장소입니다. 기후변화로 인해 북극의 빙하가 녹으면서 과거에 보지 못했던 새로운 땅이 드러나고 있습니다. 연구에 따르면 지난 120년 동안 특정 지역의 빙하가 약 2km나 후퇴했을 정도로 변화의 속도가 빠릅니다. 이렇게 새롭게 드러난 토양에 미생물과 식물들이 어떻게 정착하고 생태계를 형성하는지를 관찰하는 것은 현대 과학의 중요한 과제입니다. 북극은 단순히 얼음만 있는 것이 아니라 습지, 사막, 초원 등 매우 다양한 지형을 포함하고 있어 생태학적으로도 매우 역동적인 공간이라 할 수 있습니다. 북극의 생태계는 생각보다 훨씬 풍성하고 다양합니다. 나무가 자라지 않는다는 특징이 있지만, 약 2,000여 종의 식물이 서식하며 수백만 마리의 순록이 떼를 지어 살아갑니다. 또한, 여름철에는 엄청난 수의 모기가 발견되기도 하는 등 생명력이 넘치는 곳입니다. 이러한 북극은 일반적인 항공편을 통해 알래스카나 캐나다, 노르웨이 등으로 비교적 편리하게 접근할 수 있습니다. 생태학자들은 단순히 위도뿐만 아니라 여름철 평균 기온과 수목한계선을 기준으로 북극의 경계를 정의하며 그 독특함을 연구합니다. 극지 연구의 가치는 지구를 넘어 우주로까지 확장됩니다. 남극과 북극의 혹독한 환경은 화성과 가장 유사한 조건을 갖추고 있어, 외계 생명체의 흔적인 '바이오시그니처'를 찾는 연구의 최적지입니다. 과학자들은 극지의 암석이나 토양에서 생명체의 흔적을 분석하는 기술을 개발하여, 향후 화성이나 목성의 위성에서 가져올 시료에 적용하고자 합니다. 산소 유무를 제외하면 화성과 매우 흡사한 환경을 지닌 극지는 인류가 우주로 나아가기 위한 전초 기지이자 거대한 실험실과 같은 역할을 수행하고 있습니다. 꽁꽁 얼어붙은 동토 속에서도 생명은 강인하게 살아 숨 쉽니다. 1g의 토양 속에 무려 1,000만 마리에 달하는 미생물이 존재한다는 사실은 화성과 같은 외계 행성에도 생명체가 존재할 수 있다는 강력한 희망을 줍니다. 우주생물학은 생물학뿐만 아니라 천문학, 지질학, 공학 등 다양한 분야의 협력이 필요한 융합 학문입니다. 과학에 대한 순수한 호기심을 가진 이들이라면 누구나 이 거대한 여정에 동참할 수 있습니다. 북극에서의 연구는 결국 인류의 기원과 우주 생명의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

이유경

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학

[석학인터뷰] 윤성철_ 천문학자가 외계생명체가 있다고 믿는 강력한 이유! | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

우주는 아무것도 없는 상태에서 시작되었지만, 그 안에는 이미 인간의 의식과 지능이 탄생할 수 있는 놀라운 가능성이 내재되어 있었습니다. 천문학자의 관점에서 우주의 물리적인 끝이 어디인지보다 더 흥미로운 질문은 우주가 품고 있는 가능성의 한계가 어디까지인가 하는 점입니다. 별과 블랙홀, 초신성을 거쳐 생명과 인간을 만들어낸 우주가 그 너머에 또 어떤 경이로운 현상을 숨기고 있을지 탐구하는 과정은 학문적으로 매우 큰 동기 부여를 제공합니다. 이러한 무한한 가능성이야말로 우주를 가장 아름답고 신비롭게 만드는 핵심적인 요소라고 할 수 있습니다. 별은 단순히 밤하늘에서 반짝이는 아름다운 존재를 넘어, 우리 존재의 근원이자 모든 것의 고향이라고 할 수 있습니다. 지구와 인체를 구성하는 다양한 원소들의 기원이 별의 활동에 맞닿아 있으며, 우리가 생명을 유지하는 데 필요한 모든 에너지의 근원 역시 태양이라는 별의 빛에서 비롯됩니다. 과학적인 측면에서 별은 생명체의 모태이자 어머니와 같은 존재로, 우주의 화학적 역사를 고스란히 담고 있습니다. 따라서 별을 연구하는 것은 곧 우리 자신의 뿌리를 찾는 과정이며, 우주라는 거대한 생태계 속에서 인간이 차지하는 위치를 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다. 초신성은 별이 수명을 다해 폭발하며 엄청난 빛을 내뿜는 현상으로, 우주의 화학적 진화를 이해하는 데 결정적인 역할을 합니다. 빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨뿐이었으나, 초신성 폭발을 통해 산소나 철과 같은 중원소들이 생성되어 우주 전역으로 퍼져나갔습니다. 또한 이 폭발은 주변 물질에 자극을 주어 새로운 별이 탄생하는 계기를 마련하기도 합니다. 즉, 초신성은 한 별의 죽음인 동시에 새로운 생명과 천체가 태어나는 역동적인 역사의 현장입니다. 이러한 과정을 통해 우리는 우주가 어떻게 변화해 왔으며, 현재의 복잡한 물질 세계가 어떻게 형성되었는지 파악할 수 있습니다. 외계 생명체의 존재 여부에 대해 많은 이들이 궁금해하지만, 광활한 우주의 크기를 고려할 때 외계 지성체가 어딘가에 존재할 확률은 매우 높습니다. 우리가 그들을 만나지 못하는 이유는 단순히 별과 별 사이의 거리가 너무나 멀기 때문이라는 물리적인 한계에 기인합니다. 외계 지성체에 대한 관심은 결국 '우리는 어디에서 왔는가'라는 인간 본연의 질문과 맞닿아 있으며, 우리 역시 우주의 관점에서는 외계 생명체의 일종이라는 사실을 깨닫게 합니다. 이러한 호기심은 인류가 지구라는 작은 행성을 넘어 더 넓은 세계로 시야를 확장하고, 생명의 본질을 깊이 있게 성찰하도록 이끌어 줍니다. 과학은 단순히 변하지 않는 법칙을 찾는 학문이 아니라, 질서와 혼돈이 공존하는 우주의 비가역적인 역사를 추적하는 과정입니다. 특히 무거운 별의 진화 과정은 우주의 역사를 이해하는 데 핵심적인 역할을 하며, 이러한 천체들이 만들어내는 역동적인 현상은 우리 존재의 근원을 설명해 줍니다. 대학의 지식은 상아탑에 갇혀 있지 않고 대중과 공유될 때 진정한 가치를 지니며, 이는 사회적 합의를 이끌어내는 중요한 토대가 됩니다. 우주를 바라보는 시각을 넓히는 것은 결국 인류가 서로 협력하여 더 나은 미래를 설계하고, 존재의 경이로움을 함께 나누는 숭고한 여정입니다.

윤성철

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학

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

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

조중현

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

지구환경과학
천문학

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

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

송기원

카오스재단읽다과학

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

[코로나 인터뷰] 석차옥 _단백질 구조 연구가 중요한 이유

단백질은 생명체를 구성하는 핵심적인 분자로, 우리 몸이라는 거대한 기계를 이루는 부품과 같습니다. 기계의 부품이 각기 다른 모양을 지녀야 제 기능을 하듯, 단백질 역시 고유한 단백질 구조를 형성해야만 생명 현상을 유지하는 역할을 수행할 수 있습니다. 따라서 단백질 구조를 명확히 파악하는 일은 생명 현상의 본질을 이해하는 첫걸음이자, 각종 질병의 치료제를 개발하는 데 있어 매우 중요한 토대가 됩니다. 하지만 인간의 직관만으로는 이 복잡한 단백질 구조를 예측하는 것이 거의 불가능에 가깝습니다. 단백질 구조를 예측하는 일은 수십 년간 과학계의 난제로 남아 있습니다. 최근 인공지능 기술인 알파폴드가 등장하며 큰 진전을 이루었지만, 여전히 한계는 존재합니다. 알파폴드는 기존에 축적된 아미노산 서열이 풍부한 경우에만 높은 정확도를 보이기 때문입니다. 아미노산 서열이 부족한 신종 바이러스 단백질의 경우, 인공지능이 제시하는 단백질 구조 중 상당수가 실제와 다를 가능성이 있어 여전히 인간의 정밀한 검토와 연구가 필요합니다. 인공지능은 어디까지나 연구를 돕는 도구로서 그 가치를 지닙니다. 실제 연구 현장에서는 초저온 전자현미경을 활용해 단백질 구조를 직접 관찰하기도 하지만, 이 과정에는 막대한 비용과 시간이 소요됩니다. 또한 이렇게 얻은 구조 정보조차 전체의 80~90% 수준에 그치는 불완전한 경우가 많습니다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 불완전한 구조 정보의 빈틈을 메워 100%의 완성된 모델을 만드는 데 집중하고 있습니다. 이는 단백질이 실제로 어떻게 움직이고 상호작용하는지 정밀하게 분석하기 위한 필수적인 기초 작업이며, 계산과학이 실험의 한계를 보완하는 지점이기도 합니다. 과학자로서의 삶은 끊임없는 고민과 슬럼프의 연속이기도 합니다. 학문적 성취에 대한 압박이나 진로에 대한 불안감은 누구에게나 찾아올 수 있는 시련입니다. 하지만 생명의 탄생을 직접 경험하며 삶의 가치를 새롭게 발견하거나, 직책이라는 외적인 조건보다 과학 그 자체를 즐기려는 마음가짐을 가질 때 비로소 어려움을 극복할 수 있습니다. 내가 지금 과학을 하고 있다는 사실 그 자체에 집중하며 마음을 비우는 태도는 연구자로서 긴 여정을 지속하게 하는 가장 큰 원동력이 됩니다. 연구에 몰입하다 보면 신체적인 건강을 소홀히 하기 쉽지만, 건강한 몸은 곧 건강한 연구의 밑바탕이 됩니다. 척추 건강을 위해 시작한 달리기나 한국무용은 단순한 운동을 넘어 정신 수양의 도구가 되기도 합니다. 특히 한국무용은 자신의 몸을 깊이 들여다보게 하며 예술적 욕구까지 충족시켜 주는 훌륭한 활동입니다. 연구실 환경을 좌식으로 꾸미고 틈틈이 몸을 돌보는 등의 노력은 지속 가능한 연구를 위해 반드시 필요합니다. 몸과 마음의 균형을 찾는 과정은 결국 더 나은 연구 결과로 이어지기 마련입니다.

석차옥

카오스재단코로나19 과학토크

화학
생명과학

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

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

선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

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

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

박종화

카오스재단카오스강연

생명과학

[노벨상 해설 강연] 빅뱅에서 외계생명체까지_ 박명구｜카오스재단 x 고등과학원 '2019 노벨상 해설 강연' | 1강

2019년 노벨 물리학상은 인류가 우주를 바라보는 관점을 근본적으로 바꾼 두 분야에 수여되었습니다. 현대 물리 우주론의 기틀은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 시작되었습니다. 1915년 발표된 장 방정식은 중력을 수학적으로 정의했으며, 이후 프리드만은 이 식을 우주 전체에 적용하여 우주가 정지해 있지 않고 팽창해야 한다는 사실을 이론적으로 도출했습니다. 이는 우주가 영원불변하다는 당시의 철학적 믿음을 깨뜨리고, 우주의 역사와 구조를 과학적으로 탐구할 수 있는 길을 열어준 혁명적인 사건이었습니다. 우주 팽창 이론은 관측을 통해 증명되었습니다. 허블은 멀리 있는 은하일수록 더 빨리 멀어진다는 사실을 발견했고, 이는 과거의 우주가 현재보다 훨씬 작고 뜨거웠음을 시사했습니다. 이로부터 대폭발, 즉 빅뱅 이론이 탄생했습니다. 빅뱅 이론의 결정적인 증거는 우주 모든 방향에서 관측되는 우주배경복사입니다. 초기 우주의 뜨거운 빛이 팽창과 함께 식어 현재까지 남아있는 이 복사는, 우주의 탄생 직후 상태를 알려주는 소중한 화석과 같은 역할을 하며 현대 우주론의 표준 모델을 뒷받침합니다. 제임스 피블스 교수는 이러한 이론적 토대 위에 현대 우주론의 정교한 체계를 세웠습니다. 그는 우주배경복사를 정밀하게 계산하고, 우주의 물질들이 중력에 의해 어떻게 거대한 구조를 형성하는지 통계적으로 분석했습니다. 특히 우리 눈에 보이지 않지만 우주 구조 형성에 결정적인 역할을 하는 '차가운 암흑 물질'의 존재를 강조하며 표준 우주론 모형을 정립했습니다. 그의 연구는 138억 년에 걸친 우주의 진화 과정을 하나의 일관된 물리적 서사로 완성하는 데 핵심적인 공헌을 했습니다. 우주론이 거시적인 우주의 역사를 다룬다면, 외계 행성 탐색은 우리 태양계 너머의 구체적인 세상을 찾는 여정입니다. 별은 스스로 빛을 내어 밝게 빛나지만, 그 주변을 도는 행성은 너무 작고 어두워 직접 관측하기가 매우 어렵습니다. 천문학자들은 행성이 별 주위를 공전할 때 발생하는 미세한 반작용에 주목했습니다. 행성의 중력으로 인해 별이 아주 조금씩 흔들리는 현상을 도플러 효과를 이용해 측정하는 것입니다. 이는 별빛의 파장이 주기적으로 변하는 것을 포착하여 행성의 존재를 간접적으로 증명하는 방식입니다. 1995년 미셸 마요르와 디디에 쿠엘로 교수는 이 방법을 통해 태양과 유사한 별인 '페가수스자리 51' 주변에서 첫 외계 행성을 발견했습니다. 이 행성은 목성만큼 거대하면서도 별에 매우 가까이 붙어 공전하는 '뜨거운 목성'이었습니다. 이는 거대 행성은 별에서 먼 곳에서만 형성된다는 기존의 천문학적 상식을 완전히 뒤집는 결과였습니다. 이 발견 이후 수천 개의 외계 행성이 추가로 발견되었으며, 인류는 태양계가 우주에서 유일한 형태가 아니라는 사실을 깨닫고 행성 형성 이론을 새롭게 쓰게 되었습니다. 한국의 천문학계 역시 이러한 외계 행성 탐색 분야에서 꾸준한 성과를 내고 있습니다. 보현산 천문대의 연구진은 독자적인 분광기와 분석 프로그램을 개발하여 여러 개의 외계 행성을 발견했으며, 최근에는 국민 참여를 통해 외계 행성계에 이름을 붙이는 프로젝트도 진행하고 있습니다. 앞으로 건설될 거대 마젤란 망원경(GMT)과 같은 차세대 관측 장비들은 외계 행성의 대기 성분을 분석하여 생명체의 흔적을 찾는 단계까지 나아갈 것입니다. 이는 인류가 우주에서 홀로 존재하는가라는 근원적인 질문에 답하는 과정이 될 것입니다. 2019년 노벨 물리학상이 조명한 두 연구는 우주의 거대한 기원부터 생명체가 존재할 수 있는 작은 행성까지, 인류의 지평을 무한히 확장했습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 시작된 우주론은 이제 우주의 정밀한 지도를 그리는 수준에 도달했으며, 외계 행성 탐사는 지구와 닮은 또 다른 세상을 찾는 구체적인 목표를 향해 달려가고 있습니다. 우리가 우주의 어디에서 왔으며, 이 광활한 공간 속에서 우리의 위치는 어디인지 이해하려는 과학적 열정은 앞으로도 인류를 새로운 발견의 시대로 인도할 것입니다.

박명구

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

물리학
천문학

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

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

김상욱, 우종학, 장대익

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물리학
생명과학
천문학
융합

[카오스 술술과학] 도대체 엔트로피란 무엇일까?

열역학 제2법칙은 자연계의 독특한 방향성을 설명하는 우주적 원리입니다. 대부분의 물리 현상은 가역적이지만, 열은 오직 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로만 흐르는 비가역적 성질을 지닙니다. 프랑스의 과학자 사디 카르노는 열기관의 효율을 연구하며 열을 100% 일로 전환할 수 없음을 증명했습니다. 그의 연구는 비록 사후에 재조명되었으나, 열이 한 방향으로 흐르며 에너지가 소실되는 과정을 과학적으로 규명하는 결정적인 출발점이 되었으며 현대 물리학의 근간을 이루는 토대가 되었습니다. 루돌프 클라우지우스는 카르노의 통찰을 바탕으로 엔트로피라는 개념을 도입하여 열역학 제2법칙을 완성했습니다. 그는 엔트로피의 변화량을 가해진 열량을 온도로 나눈 값으로 정의하며, 우주 전체의 엔트로피는 항상 증가한다는 원리를 확립했습니다. 이는 온도가 낮을수록 동일한 열량에 의한 엔트로피 증가 효과가 더 크다는 직관적인 이해를 가능하게 합니다. 결국 외부와 에너지 교환이 없는 고립계인 우주에서 엔트로피는 멈추지 않고 계속해서 커질 수밖에 없다는 것이 이 법칙의 핵심입니다. 루트비히 볼츠만은 엔트로피를 확률적 현상으로 재해석하며 물리학에 혁명을 일으켰습니다. 그는 거시적 상태에 대응하는 미시적 상태의 수가 많을수록 엔트로피가 높다고 보았습니다. 예를 들어, 멀쩡한 컵보다 깨진 컵의 입자 배열 상태가 훨씬 다양하기 때문에 시간은 자연스럽게 확률이 높은 방향으로 흐르게 됩니다. 이러한 통계적 접근은 엔트로피가 단순한 열의 흐름을 넘어 과거와 미래를 구분하는 '시간의 화살' 역할을 한다는 사실을 명확히 보여주며 고전 역학의 한계를 넓혔습니다. 제임스 맥스웰은 열역학 제2법칙에 도전하는 '맥스웰의 악마'라는 가상의 존재를 제안했습니다. 만약 분자의 속도를 선별하여 열을 분리할 수 있는 존재가 있다면 엔트로피를 감소시킬 수 있다는 가설이었습니다. 그러나 이후의 연구들은 악마가 분자를 측정하고 정보를 처리하는 과정에서 필연적으로 엔트로피가 발생한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이는 정보와 물리적 세계가 긴밀하게 연결되어 있으며, 어떤 지적인 개입도 열역학 제2법칙이라는 거대한 우주의 흐름을 결코 거스를 수 없음을 시사합니다. 생명체는 국소적으로 엔트로피를 감소시키며 질서를 유지하는 독특한 존재입니다. 에르빈 슈뢰딩거는 이를 '음의 엔트로피를 먹는다'고 표현하며, 생명이 외부의 질서를 흡수해 자신의 체계를 유지한다고 설명했습니다. 비록 미시 세계의 확률적 본성을 두고 아인슈타인과 보어 사이의 치열한 논쟁이 있었으나, 결국 우주는 확정된 실체가 아닌 확률에 의해 지배된다는 점이 입증되었습니다. 엔트로피는 단순히 우리가 세상을 완벽히 알지 못해 발생하는 현상이 아니라, 자연이 지닌 본연의 모습입니다.

카오스재단'도대체'시리즈

물리학

[강연] 저건 다 뭐지? - 별과 은하의 기원 _ by이석영｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 4강 | 4강

인류 역사에서 가장 오래된 질문은 아마도 밤하늘을 바라보며 던진 "저건 다 뭐지?"일 것입니다. 수백 년 전까지만 해도 별은 대기권 위의 가까운 천체로 여겨졌으나, 이제 우리는 그것들이 아주 멀리 떨어진 거대한 별임을 압니다. 원시 시대부터 문명이 끝나는 순간까지 변치 않을 이 질문은 단순히 지적 호기심을 넘어, 우주와 나 사이의 관계를 파악하려는 본능적인 시도입니다. 하늘의 반짝임이 우리와 어떤 상관이 있는지 이해하는 과정은 곧 인류의 기원을 찾는 여정과 같습니다. 1990년 허블 우주 망원경의 발사는 우주를 바라보는 인류의 시각을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 천문학자들은 아무것도 없다고 믿었던 좁은 하늘을 4개월간 끈질기게 관측한 끝에, 수천 개의 은하가 드글드글한 '허블 딥 필드'를 발견했습니다. 이곳에서 포착된 은하들은 100억 년 전의 초기 은하들로, 오늘날의 우아한 모습과는 달리 작고 찌그러진 형태를 띠고 있었습니다. 이는 우주 초기에 은하가 시작된 시점이 있었으며, 오랜 세월에 걸쳐 성장해 왔음을 증명하는 결정적인 단서가 되었습니다. 우주에는 약 1,000억 개 이상의 은하가 존재하며, 그 형태는 크게 나선 은하와 타원 은하로 나뉩니다. 흥미롭게도 나선 은하는 주로 홀로 존재하는 반면, 타원 은하는 수천 개씩 모여 거대 도시인 은하단을 형성합니다. 특히 타원 은하의 중심에는 태양 질량의 수억 배에 달하는 초거대 블랙홀이 존재하여 강력한 에너지를 뿜어냅니다. 반면 나선 은하는 거대한 별의 집단임에도 불구하고 피자 도우처럼 매우 얇은 원반 구조를 유지하는데, 이러한 형태적 다양성은 여전히 천문학계의 주요 미스터리로 남아 있습니다. 현대 우주론은 암흑 물질과 암흑 에너지라는 보이지 않는 존재를 통해 우주의 골격을 설명합니다. 빅뱅 초기, 우주 배경 복사에 나타난 10만분의 1이라는 미세한 밀도 차이는 중력의 영향으로 시간이 흐르며 거대한 구조를 형성했습니다. 밀도가 높은 곳은 더 많은 물질을 끌어당겨 은하와 은하단을 만들었고, 낮은 곳은 텅 빈 공간인 보이드가 되었습니다. 이러한 이론적 모델은 실제 관측된 우주의 은하 분포와 놀라울 정도로 일치하며, 우리가 발을 딛고 있는 우주의 설계도를 보여줍니다. 과학자들은 슈퍼컴퓨터를 활용해 우주 초기 조건으로부터 은하가 탄생하는 과정을 재현하는 데 성공했습니다. 4,800대의 컴퓨터를 병렬로 연결하여 3,000만 시간 동안 계산한 결과, 무질서하게 소용돌이치던 기체들이 특정 시점에 이르러 아름다운 나선팔을 가진 은하로 변모하는 과정을 목격했습니다. 이는 복잡한 물리 법칙들이 상호작용하여 우주론적 초기 조건만으로도 오늘날 우리가 보는 은하의 모습을 만들어낼 수 있음을 입증한 사례입니다. 인류는 이제 은하의 탄생을 과학의 틀 안에서 설명할 수 있게 되었습니다. 별은 은하라는 요람 속에서 기체가 응축되어 탄생하며, 평생을 태우고 남은 진귀한 원소들을 우주로 환원하며 생을 마감합니다. 태양 같은 별은 탄소와 질소를 만들고, 거대한 별은 초신성 폭발을 통해 산소, 인, 황 같은 생명의 필수 원소를 우주 전역에 뿌립니다. 우리 몸을 구성하는 수소는 빅뱅 초기에, 나머지 무거운 원소들은 수많은 별의 죽음을 통해 만들어진 것입니다. 결국 우리는 별이 남긴 유산으로 빚어진 존재이며, 우리 안에는 우주의 역사가 고스란히 새겨져 있습니다. 138억 년이라는 광활한 우주의 시간과 1,000억 개가 넘는 은하의 존재는 결코 낭비가 아닙니다. 생명에 필요한 복잡한 원소들이 만들어지고 지적인 존재가 나타나기 위해서는 그만큼의 긴 세월과 거대한 규모의 우주적 프로세스가 반드시 필요했기 때문입니다. 우주는 우리 한 사람 한 사람을 탄생시키기 위해 이 모든 과정을 거쳐온 셈입니다. 따라서 밤하늘의 별과 은하를 바라보는 것은 단순히 외부 세계를 관찰하는 것이 아니라, 우리 존재의 근원을 확인하고 삶의 경이로움을 되새기는 일입니다.

이석영

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천문학

[카오스 술술과학] 진화 타임머신, Evol호!

진화론은 우주론만큼이나 인류가 고안해 낸 가장 극적인 아이디어 중 하나입니다. 생명체가 아주 조금씩 변화하며 새로운 종으로 분화한다는 이 이론은 언뜻 황당하게 들릴 수 있지만, 우리 자신의 삶을 돌이켜보면 이해의 실마리를 찾을 수 있습니다. 세 살 아이가 여든 살 노인이 되는 과정처럼, 매일의 변화는 눈에 띄지 않지만 수십 년이 흐르면 완전히 다른 모습이 됩니다. 생명은 멈추지 않고 아주 조금씩, 그러나 확실하게 변화를 거듭하며 긴 역사를 만들어냅니다. 수만 년 전 늑대에서 갈라져 나온 수백 종의 개들을 떠올려 보면 진화의 힘을 실감하게 됩니다. 가상의 타임머신 '에볼호'를 타고 과거로 거슬러 올라가면, 우리는 수많은 생명체와 조우하게 됩니다. 약 700만 년 전에는 침팬지와의 공통 조상을 만나고, 더 거슬러 올라가 7,000만 년 전에는 원숭이들과의 공통 조상을 마주하게 됩니다. 이 여정은 인간이 홀로 존재하는 것이 아니라, 지구상의 수많은 영장류 및 포유류와 깊은 혈연관계로 얽혀 있음을 보여줍니다. 시간의 단위가 '억 년'으로 바뀌면 진화의 여정은 더욱 역동적으로 변합니다. 3억 년 전후로는 파충류와 조류, 그리고 양서류와의 공통 조상을 차례로 만나게 됩니다. 4억 년이 넘어서면 타임머신은 바닷속을 달리기 시작하며, 폐어나 실러캔스 같은 희귀한 물고기들의 조상과 마주합니다. 6억 년 전에는 바다 밑을 기어 다니던 기이한 모습의 곤충 조상을 만나게 되는데, 이는 오늘날 지구를 가득 채운 수십만 종의 곤충들이 하나의 뿌리에서 시작되었음을 상기시킵니다. 생명의 역사를 더 깊이 파고들수록 생명체들의 크기는 점차 작아져 육안으로는 볼 수 없는 세계에 진입합니다. 타임머신의 창을 현미경 모드로 전환해야만 비로소 꾸물거리는 미생물들의 활기찬 움직임을 관찰할 수 있습니다. 약 35억 년 전에는 식물뿐만 아니라 고세균이나 박테리아와의 공통 조상까지 만나게 됩니다. 이 시점의 조상들은 우리와 형태적으로 너무나 다르지만, 생명의 설계도를 공유하는 엄연한 가족의 일원으로서 그 존재감을 드러내며 생명의 신비를 더해줍니다. 마지막으로 38억 년 전의 과거에 도달하면 모든 생명체가 하나의 점으로 수렴하는 경이로운 순간을 맞이합니다. 지구상의 모든 종이 공유하는 마지막 공통 조상인 '루카(LUCA)'를 만나는 지점입니다. 루카로부터 시작된 생명의 줄기는 수십억 년의 세월을 거치며 거대한 나무처럼 뻗어 나가 현재의 다양한 생태계를 이루었습니다. 대기권 밖에서 바라본 지구의 모든 생명체는 결국 하나의 거대한 가족이며, 우리는 그 유구한 역사의 한 페이지를 장식하고 있는 소중한 존재입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[석학인터뷰] 이대열_지능은 문제 해결 능력!!

지적 허영심과 진정한 지적 욕구 사이의 경계는 때로 불분명하지만, 이는 새로운 지식을 탐구하는 강력한 동기가 되기도 합니다. 복잡한 과제를 수행하며 긴 시간 인내해야 하는 과학 연구와 달리, 음악은 연습하는 그 자체로 즉각적인 즐거움을 선사하는 특별한 영역입니다. 연구 과정에서 겪는 수많은 좌절과 긴 기다림 속에서 음악은 에너지를 재충전해 주는 소중한 안식처가 되어줍니다. 남들보다 뛰어난 실력은 아닐지라도, 온전히 그 시간을 즐길 수 있다는 사실만으로도 음악은 삶에 긍정적인 활력을 불어넣는 중요한 요소가 됩니다. 혼자서 모든 역할을 수행하는 원맨 밴드는 자신의 취향을 온전히 반영할 수 있다는 점에서 커다란 매력을 가집니다. 여러 구성원이 모여 의견을 조율하고 시간을 맞추는 번거로움 없이, 오로지 자신만의 속도와 방향으로 창작 활동을 이어갈 수 있기 때문입니다. 물론 연주부터 레코딩 엔지니어링까지 모든 과정을 홀로 책임져야 하기에 배워야 할 기술이 많고 경제적인 부담도 따르지만, 타인의 도움 없이 스스로 결과물을 만들어가는 과정은 그 자체로 커다란 성취감을 안겨줍니다. 이는 효율성을 넘어선 자기만족의 정점이라 할 수 있습니다. 과학자를 꿈꾸던 소년이 경제학을 거쳐 뇌과학의 길로 들어선 과정은 인간의 마음을 더 깊이 이해하고자 하는 열망에서 비롯되었습니다. 경제학이 가정하는 인간의 행동 이론이 현실의 복잡한 마음을 설명하기에는 지나치게 단순하다고 느꼈기 때문입니다. 보다 과학적인 방법으로 인간의 본질을 탐구하고자 심리학에 관심을 두게 되었고, 이는 자연스럽게 마음의 물리적 토대인 뇌에 대한 연구로 이어졌습니다. 이러한 여정은 주관적인 경험을 객관적인 과학의 언어로 풀어내려는 끊임없는 시도의 연속이었습니다. 우리는 흔히 뇌를 특별한 기관으로 여기지만, 생물학적 관점에서 뇌는 생존과 번식을 위한 문제 해결 도구 중 하나일 뿐입니다. 실제로 박테리아나 식물처럼 뇌가 없는 생명체들도 환경에 적응하며 매우 지능적인 행동을 보여줍니다. 따라서 뇌를 고립된 기관으로 보기보다는, 생명체가 직면한 과제들을 해결하기 위해 고안해 낸 여러 방법 중 하나로 이해하는 것이 적절합니다. 지능을 '문제를 해결하는 능력'으로 정의할 때, 우리는 생명체의 생존 여부를 통해 그 지능의 유효성을 객관적으로 판단할 수 있게 됩니다. 행복이라는 주제는 과학적 연구의 대상으로서 매우 까다로운 특성을 지닙니다. 행복은 철저히 주관적인 영역이어서 개인이 행복하다고 느끼면 그것으로 충분하지만, 과학은 모든 이가 동의할 수 있는 객관적인 데이터를 필요로 하기 때문입니다. 누군가에게는 고통스러운 일이 다른 이에게는 즐거움이 될 수 있는 것처럼, 행복의 기준은 사람마다 천차만별입니다. 따라서 뇌과학이 우리가 일상적으로 느끼는 행복에 대해 더 깊은 통찰을 제공하기 위해서는, 주관적 경험을 객관적 지표로 전환하기 위한 더 많은 연구와 시간이 필요합니다.

이대열

카오스재단석학인터뷰

생명과학
뇌인지과학

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

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

윤성철

카오스재단카오스강연

물리학
지구환경과학

[석학인터뷰] 왜 눈을 신의 작품이라 하는가? 과학이 말하는 눈의 기원은?! ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 6편 _ 공룡, 개미, 눈

고생대에서 중생대로 넘어가는 시기, 지구의 산소 농도는 급격히 낮아져 많은 생명체가 생존의 위협을 받았습니다. 특히 파충류들에게는 가혹한 환경이었으나, 그중 일부는 신체 구조를 혁신하며 살아남았습니다. 일반적인 도마뱀은 다리가 옆으로 뻗어 있어 움직일 때 폐가 압축되지만, 공룡은 다리가 몸 아래로 수직으로 내려와 달리는 중에도 자유롭게 호흡할 수 있었습니다. 이러한 효율적인 호흡 체계 덕분에 공룡은 저산소 환경에서도 거대한 몸집을 유지하며 지구의 지배자로 군림할 수 있었습니다. 만약 당시 산소 농도가 높았다면 공룡이라는 독특한 진화 단계는 나타나지 않았을지도 모릅니다. 곤충의 세계에서도 흥미로운 진화의 흔적을 발견할 수 있습니다. 우리가 흔히 보는 개미는 사실 벌목이라는 곤충 그룹에 속하며, 말벌과 매우 가까운 친척 관계입니다. 진화의 과정에서 개미는 말벌로부터 갈라져 나왔으며, 여왕개미와 수개미만 비행 능력을 유지하고 일개미는 날개를 잃는 방향으로 변화했습니다. 즉, 개미는 날개를 포기하고 지상 생활에 최적화된 '걸어 다니는 말벌'이라고 정의할 수 있습니다. 이러한 변화는 집단생활과 효율적인 자원 탐색을 위한 선택이었으며, 원래부터 날개가 없었던 것이 아니라 환경에 적응하며 점진적으로 형태가 바뀐 결과물입니다. 약 5억 4,100만 년 전 눈의 등장은 생명 역사상 가장 결정적인 사건이었습니다. 눈이 없던 시절의 생명체들은 수동적으로 먹이를 기다려야 했지만, 시각을 갖게 되면서 포식과 도피라는 능동적인 생존 전략이 가능해졌습니다. 이는 생물 다양성의 폭발적인 증가로 이어졌습니다. 흥미로운 점은 인간의 눈이 완벽하지 않다는 사실입니다. 인간은 망막 구조상 맹점이 존재하지만, 오징어와 같은 두족류는 맹점이 없는 더 효율적인 눈을 가지고 있습니다. 이는 복잡한 기관이 한순간에 설계된 것이 아니라, 오랜 시간 동안 무수한 단계를 거쳐 환경에 맞춰 점진적으로 진화해 온 결과임을 증명합니다.

이정모, 최재천

카오스재단릴레이 인터뷰

지구환경과학

[강연] 2018 노벨상 해설 강연 (KAOS, 고등과학원) _ 신의철, 이상민, 김석희 교수

2018년 노벨 생리의학상은 암 치료의 패러다임을 바꾼 면역 항암제 분야에 수여되었습니다. 기존의 항암 치료가 암세포를 직접 공격하는 방식이었다면, 제임스 앨리슨과 혼조 다스쿠 교수는 우리 몸의 면역 체계가 암세포를 스스로 공격하도록 만드는 길을 열었습니다. 이들은 면역 세포의 활성을 억제하는 이른바 '브레이크' 역할을 하는 단백질인 CTLA-4와 PD-1을 발견하고, 이를 차단함으로써 면역 세포가 암세포를 효과적으로 제거할 수 있음을 증명했습니다. 면역 관문 억제제로 불리는 이 치료법은 말기 암 환자들에게 새로운 희망이 되고 있습니다. 특정 면역 관문을 차단하면 억제되어 있던 T세포가 다시 활성화되어 암세포를 공격하기 시작합니다. 이 방식은 모든 환자에게 효과가 나타나지는 않지만, 한 번 반응이 나타나면 장기간 효과가 지속되는 '기억 반응'이라는 면역계의 특성 덕분에 완치에 가까운 결과를 얻기도 합니다. 이는 기초 과학 연구가 어떻게 인류의 생명 연장에 기여할 수 있는지를 보여주는 대표적인 사례입니다. 노벨 물리학상은 레이저 물리학 분야에서 혁신적인 도구를 발명한 과학자들에게 돌아갔습니다. 아서 애슈킨 박사는 빛의 압력을 이용해 미세한 입자를 포획하고 이동시킬 수 있는 '광학 집게'를 발명했습니다. 이 기술은 살아있는 세포나 바이러스, 박테리아를 손상시키지 않고 자유자재로 조작할 수 있게 함으로써 생물학 및 의학 연구에 획기적인 변화를 가져왔습니다. 아주 작은 세계를 다루는 정밀한 도구로서 레이저의 새로운 가능성을 열어준 것입니다. 제라르 무루와 도나 스트릭랜드 교수는 '처프 펄스 증폭(CPA)' 기술을 통해 극초단, 고출력 레이저의 시대를 열었습니다. 레이저 펄스를 시간적으로 늘려 증폭한 뒤 다시 압축하는 이 방식은 장비의 손상 없이 레이저의 세기를 비약적으로 높일 수 있게 했습니다. 펨토초라 불리는 1000조분의 1초라는 찰나의 시간 동안 태양빛보다 수백만 배 강한 에너지를 집중시킴으로써, 이전에는 관찰할 수 없었던 물질의 미세한 변화를 연구할 수 있는 토대를 마련했습니다. 이러한 고출력 레이저 기술은 우리 일상과 산업 현장에서도 널리 활용되고 있습니다. 특히 펨토초 레이저는 열에 의한 손상이 거의 없이 물질을 정밀하게 가공할 수 있어 라식 수술과 같은 의료 분야나 반도체 공정에서 필수적인 도구가 되었습니다. 아주 짧은 시간 동안 에너지를 전달하기 때문에 주변 조직에 영향을 주지 않고 목표 부위만을 정확하게 깎아낼 수 있는 것입니다. 이는 기초 물리학의 발명이 실질적인 기술 혁신으로 이어진 훌륭한 본보기입니다. 노벨 화학상은 자연의 진화 원리를 실험실로 가져온 '유도 진화' 연구에 수여되었습니다. 프랜시스 아널드 교수는 단백질의 설계도인 DNA에 무작위적인 변이를 일으키고, 그중 유용한 기능을 가진 단백질만을 선택하여 다시 변이를 반복하는 과정을 통해 최적의 효소를 만들어냈습니다. 이는 인간의 지적 설계 능력만으로는 도달하기 어려운 복잡한 단백질 구조를 자연의 선택 방식을 모방하여 효율적으로 찾아낸 성과로, 바이오 연료와 의약품 생산 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 조지 스미스와 그레고리 윈터 교수는 '파지 디스플레이' 기술을 통해 특정 항원에 결합하는 항체를 대량으로 찾아내는 방법을 개발했습니다. 바이러스의 일종인 파지를 이용해 수억 개의 단백질을 동시에 테스트함으로써, 질병 치료에 효과적인 항체를 신속하게 선별할 수 있게 된 것입니다. 이 기술은 류마티스 관절염이나 암 치료를 위한 항체 의약품 개발의 핵심이 되었습니다. 2018년 노벨상은 이처럼 기초 과학의 원리가 인류의 건강과 미래를 어떻게 풍요롭게 만드는지를 잘 보여주었습니다.

김석희, 신의철, 이상민

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

물리학
화학
생명과학

[석학인터뷰] 이강근_ 주요 선진국들이 다들 남극에서 경쟁 중이에요

남극은 수백 번의 비행을 거친 이들에게도 마치 다른 행성에 온 듯한 경이로운 풍경을 선사합니다. 특히 장보고 기지에서 남극점까지 이어지는 K-루트 탐사는 우리 과학 기술의 최전선을 보여주는 상징적인 활동입니다. 연구진은 이 거대한 얼음 대륙을 가로지르며 인류가 안전하게 이동할 수 있는 통로를 확보하기 위해 고군분투합니다. 이는 단순히 길을 내는 것을 넘어, 미지의 영역을 과학의 영역으로 확장하고 지구의 비밀을 풀기 위한 기초 토대를 닦는 숭고한 작업이라 할 수 있습니다. 안전한 탐사 경로를 개척하기 위해서는 첨단 기술의 도움이 필수적입니다. 인공위성으로 지형을 파악하고, 헬리콥터에 장착된 특수 레이더를 활용해 눈 밑에 숨겨진 위험 요소인 크레바스를 정밀하게 탐색합니다. 육안으로는 도저히 식별할 수 없는 빙하의 틈새를 과학 장비로 찾아내어 우회하거나 극복하는 과정이 반복됩니다. 이러한 정밀 조사는 탐사대원들의 생명을 보호할 뿐만 아니라, 향후 지속적인 연구가 가능하도록 물자와 장비를 운송할 수 있는 튼튼한 보급로를 완성하는 핵심적인 단계입니다. 남극의 현장은 지구 온난화라는 냉혹한 현실을 가장 선명하게 마주할 수 있는 곳이기도 합니다. 바다로 흘러내려와 거대하게 부서져 나가는 빙산의 조각들은 기후 위기가 더 이상 먼 미래의 이야기가 아님을 온몸으로 증명합니다. 크레바스가 벌어지며 빙하가 떨어져 나가는 역동적인 변화는 지구의 생태계가 급격히 변하고 있다는 강력한 경고입니다. 남극에서 목격하는 이러한 현상들은 우리가 발을 딛고 있는 지구가 얼마나 취약한 상태에 놓여 있는지를 실감하게 하며, 환경 보호의 절실함을 다시금 일깨워 줍니다.

이강근

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[카오스 술술과학] 생명의기원, 3막의드라마

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

카오스재단술술과학

생명과학

[석학인터뷰] 이석영_ 외계인이랑 대화하고 싶은데 못하는 이유는... | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

밤하늘의 은하는 우리에게 익숙하면서도 거대한 의문을 던집니다. 수많은 별이 모여 있는 은하가 왜 하필이면 납작한 원반 형태나 정교한 나선팔 모양을 하고 있는지에 대한 질문입니다. 중력의 법칙을 고려할 때 별들이 공 모양으로 뭉쳐 있는 것은 수학적으로 설명하기 쉽지만, 이탈리아 피자보다도 더 납작한 원반을 형성하며 질서정연하게 배열된 모습은 현대 천문학에서도 오랫동안 풀지 못한 숙제였습니다. 지난 200년 동안 천문학계는 이 복잡하고 신비로운 은하의 구조를 이해하기 위해 끊임없이 고뇌하며 그 기원을 추적해 왔습니다. 우주의 광활함을 고려할 때 지구 외에 지적 생명체가 존재할 가능성은 충분합니다. 우리 은하에만 천억 개의 별이 있고, 관측 가능한 우주에는 다시 천억 개의 은하가 존재하기 때문입니다. 비록 현재의 기술로는 그들과 교신하거나 직접 만날 확률이 매우 희박할지라도, 우주 어딘가에 우리와 같은 존재가 있을 것이라는 가설은 여전히 매력적입니다. 만약 시공간을 초월할 정도의 문명이 존재한다면 이미 우리 곁에 가득해야 함에도 불구하고, 현실에서 그들을 마주하기 어려운 이유는 천문학계의 거대한 미스터리 중 하나로 남아 인류의 호기심을 자극합니다. 최근 3~4년 사이, 천문학계는 도저히 이해할 수 없을 것만 같았던 은하의 기원에 대해 놀라운 실마리를 찾아내기 시작했습니다. 100년이 넘는 시간 동안 베일에 싸여 있던 은하 형성의 비밀이 현대 과학의 발전과 함께 서서히 밝혀지고 있는 것입니다. 우리가 바라보는 우주에는 태양과 같은 별이 천억 개씩 담긴 은하가 다시 천억 개나 존재하며, 그 크기는 인간의 가늠을 불허합니다. 이 거대하고 복잡한 우주의 질서를 이해하려는 여정은 이제 새로운 전환점을 맞이하고 있으며, 우리는 비로소 은하의 탄생 비화를 과학적으로 증명할 준비를 마쳤습니다.

이석영

카오스재단카오스강연

천문학

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

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

김유수

카오스재단카오스강연

화학

[강연] 생명체의 탄생 (2) _ 노정혜 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 1강 | 1강 ②

지구상의 모든 생명체는 공통의 조상인 루카(LUCA)로부터 시작되었습니다. 약 38억 년 전보다 더 이전에 존재했을 것으로 추정되는 루카는 세균과 고균의 분기점에 위치합니다. 현대 과학자들은 현존하는 수백만 개의 유전체 데이터를 분석하여 루카가 가졌을 법한 355개의 공통 유전자를 찾아냈습니다. 이를 통해 루카가 산소 없이 수소와 이산화탄소를 활용해 에너지를 얻고 질소를 고정하며 뜨거운 환경에서 생존했던 독립영양체였음을 유추할 수 있습니다. 생명의 탄생 과정을 설명하는 화학적 진화 가설은 무기물에서 유기물이 합성되는 과정을 다룹니다. 오파린과 홀데인은 원시 지구의 환원성 대기에서 복잡한 분자가 형성되었을 것이라 주장했습니다. 이를 증명하기 위해 밀러와 유리는 실험실에서 원시 지구 환경을 재현하여 아미노산을 포함한 다양한 유기물이 자연적으로 생성될 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 실험적 근거는 생명이 단순한 화학 반응의 축적을 통해 출현했을 가능성을 강력하게 뒷받침합니다. 유전 물질의 기원에 대해서는 DNA보다 RNA가 먼저 출현했다는 'RNA 세계' 가설이 지배적입니다. RNA는 유전 정보를 저장할 뿐만 아니라 스스로 화학 반응을 촉매하는 효소 기능까지 갖추고 있기 때문입니다. RNA는 스스로를 복제하거나 아미노산을 결합시켜 단백질을 만드는 초기 역할을 수행했을 것으로 보입니다. 이후 유전 정보가 더 안정적인 DNA로 옮겨가고 단백질이 복잡한 기능을 담당하면서 현대적인 생명 시스템의 기틀이 마련되었습니다. 생명체가 독립적인 개체로 기능하기 위해서는 외부와 구분되는 구획인 세포막이 필수적입니다. 물과 섞이지 않는 지질 분자들은 스스로 뭉쳐 이중층 구조의 주머니인 베지클을 형성하며, 이것이 원시 세포인 프로토셀의 모태가 되었습니다. 이 작은 주머니 안에 유전 물질과 촉매 역할을 하는 금속 성분들이 갇히면서 효율적인 화학 반응이 일어날 수 있는 환경이 조성되었습니다. 이러한 구획화는 생명 현상이 외부 환경의 간섭 없이 지속될 수 있게 한 결정적인 단계였습니다. 해저 열수구는 생명 탄생의 유력한 후보지로 꼽힙니다. 뜨거운 물이 솟구치는 이곳의 다공성 암석은 미세한 칸막이 역할을 하여 물질을 농축시키고 반응을 촉진했습니다. 특히 열수구 주변의 황화철과 황화니켈은 강력한 촉매 작용을 하며, 알칼리성 열수와 산성 바닷물 사이의 수소 이온 농도 차이는 생체 에너지 생성의 원천이 되었습니다. 이러한 자연적인 에너지 기울기는 초기 생명체가 복잡한 대사 과정을 시작할 수 있는 동력을 제공했습니다. 초기 지구는 산소가 없는 환경이었으나, 광합성 세균인 시아노박테리아의 출현으로 거대한 변화가 시작되었습니다. 이들은 빛 에너지를 이용해 물을 분해하고 산소를 배출하며 유기물을 합성했습니다. 대기 중 산소 농도가 높아지자 이를 활용해 효율적으로 에너지를 만드는 산소 호흡 생물들이 등장했습니다. 산소의 등장은 생명체의 에너지 효율을 극적으로 높였으며, 이는 더 복잡하고 거대한 생명체로 진화할 수 있는 생물학적 토대가 되었습니다. 원핵세포에서 진핵세포로의 진화는 '세포 내 공생'이라는 획기적인 사건을 통해 이루어졌습니다. 약 20억 년 전, 산소 호흡을 하는 세균이 다른 세포 안으로 들어가 공생을 시작하면서 미토콘드리아가 되었고, 이는 진핵생물의 기원이 되었습니다. 식물의 경우 광합성을 하는 시아노박테리아가 추가로 유입되어 엽록체가 형성되었습니다. 이러한 합작품인 진핵세포는 복잡한 막 구조와 핵을 갖추게 되었으며, 오늘날 지구상에 존재하는 다양한 다세포 생물로 진화하는 출발점이 되었습니다.

노정혜

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] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (3) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ③

인류의 화성 탐사는 더 이상 공상 과학 영화 속 이야기가 아닙니다. 일론 머스크의 스페이스X는 2025년을, NASA는 2030년대를 목표로 인류의 첫 화성 착륙을 준비하고 있습니다. 비록 기술적 문제로 일정이 다소 지연될 가능성은 있지만, 화성 탐사의 핵심 목적은 명확합니다. 바로 생명체의 존재 여부를 확인하고 소행성대에 매장된 희귀 자원을 확보하기 위한 전초 기지를 마련하는 것입니다. 로봇이 수십 년간 해결하지 못한 의문을 인간이 직접 가서 해결할 수 있다는 기대감이 이 거대한 여정을 이끄는 원동력이 되고 있습니다. 왜 수많은 행성 중 화성일까요? 가장 큰 이유는 생명 유지의 필수 요소인 물이 얼음 형태로 존재하기 때문입니다. 또한 화성은 다른 행성들에 비해 상대적으로 지구와 가깝고 탐사 현실성이 높습니다. 화성은 단순히 탐사의 대상을 넘어, 소행성대와 인접해 있어 희귀 자원을 지구로 가져오는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 이러한 지리적 이점 덕분에 화성은 인류가 지구 밖으로 영토를 확장하기 위한 가장 유력한 후보지로 꼽힙니다. 과학자들은 화성에서 생명체 흔적을 찾는 것이 인류 역사의 거대한 전환점이 될 것이라고 확신합니다. 화성 정착을 위해서는 극한의 환경을 극복할 첨단 기술이 필수적입니다. 화성에는 지구와 같은 자기장이 없어 고에너지 입자와 방사선으로부터 신체를 보호할 장치가 필요합니다. 또한 대기를 인위적으로 생성하거나 거주 구역 내에서 산소를 공급하는 기술도 연구되고 있습니다. 장기 체류를 위해서는 음식과 물의 자급자족이 중요하며, 특히 물을 100% 재활용하는 생명 유지 장치는 필수적입니다. 3명의 대원이 화성을 왕복하기 위해 필요한 물자와 식량만 10톤에 달하기 때문에, 이를 효율적으로 관리하고 운반하는 기술이 탐사의 성패를 좌우할 것입니다. 화성 탐사에서 가장 어려운 과제 중 하나는 '지구로의 귀환'입니다. 현재 기술로 화성 착륙은 가능하지만, 화성의 중력을 이겨내고 다시 이륙하여 지구로 돌아오는 기술은 아직 완벽히 확보되지 않았습니다. 화성의 중력은 달보다 강하며, 이륙에 필요한 연료를 지구에서 모두 가져가는 것은 무게 문제로 인해 매우 어렵습니다. 따라서 화성 현지에서 연료를 조달하거나, 이륙 효율을 극대화하는 혁신적인 추진 시스템이 개발되어야 합니다. 단순히 가는 것만이 목적이 아니라 안전하게 돌아오는 것까지 포함되어야 진정한 의미의 유인 탐사가 완성될 수 있습니다. 화성의 희박한 대기 환경은 탐사 방식에도 변화를 요구합니다. 지구 대기 밀도의 1%에 불과한 화성에서 비행하기 위해서는 기존과는 다른 형태의 드론이 필요합니다. 양력을 얻기 위해 프로펠러를 이중으로 장착하고 초고속으로 회전시키는 기술이 연구되고 있으며, 이는 바퀴 달린 로버가 가기 힘든 험난한 지형을 정찰하는 데 큰 도움을 줄 것입니다. 이러한 정찰용 드론은 우주 비행사들에게 실시간 내비게이션 역할을 하며 탐사 효율을 획기적으로 높여줄 것으로 기대됩니다. 현재 지구의 유사한 환경에서 프로토타입 테스트가 진행 중이며, 이는 미래 화성 탐사의 핵심 장비가 될 것입니다. 기술적 문제 못지않게 중요한 것이 우주 비행사의 신체적, 정신적 건강입니다. 화성 왕복에는 약 1,000일이라는 긴 시간이 소요되며, 이 기간 동안 비행사들은 좁은 우주선 안에서 고립된 생활을 견뎌야 합니다. 무중력 상태가 지속되면 뼈와 근육이 약해지고 심혈관계에 무리가 가기 때문에, 이를 방지하기 위한 혹독한 훈련과 건강 관리 시스템이 뒷받침되어야 합니다. 또한 장기간의 고립으로 인한 심리적 스트레스를 관리하기 위해 동료 간의 유대감 형성과 정신적 안정감을 주는 프로그램이 필수적입니다. 우주 탐사는 결국 인간이 수행하는 일이기에 인적 자원의 관리가 무엇보다 중요합니다. 지구에서의 연구는 화성 탐사의 밑거름이 됩니다. 우주 생물학자들은 호주의 사막처럼 화성과 지질학적으로 유사한 곳에서 지구 초기 생명체의 흔적인 스트로마톨라이트를 연구하며 화성에서 무엇을 찾아야 할지 학습합니다. 특히 광합성을 통해 산소를 만드는 박테리아를 화성에 이식하여 대기를 변화시키는 테라포밍 기술은 인류의 화성 거주를 위한 장기적인 비전입니다. 이러한 지구 기반의 모의 훈련과 미생물 연구는 화성 탐사 로봇의 착륙지를 선정하고, 인류가 화성에서 생존할 수 있는 구체적인 전략을 세우는 데 결정적인 역할을 하고 있습니다.

문경수, 이강환, 이정은

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (2) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ②

우주 나이 138억 년을 1년으로 압축한 우주 달력을 살펴보면 인류의 역사가 얼마나 찰나에 불과한지 실감할 수 있습니다. 빅뱅 이후 9월이 되어서야 태양계가 형성되었고, 지적 생명체의 근간이 되는 현생 인류는 12월 31일 밤 11시 52분에야 비로소 등장했습니다. 문명의 상징인 문자의 발명은 자정이 되기 불과 12초 전의 일입니다. 이처럼 기나긴 진화의 시간을 거쳐 지적 존재가 탄생했다는 사실은 우주 어딘가에 존재할지 모를 또 다른 생명체에 대한 탐구심을 자극하며, 우리가 왜 외계 행성을 탐사해야 하는지에 대한 근본적인 이유를 제시합니다. 지적 생명체와의 교신을 꿈꾸는 인류는 태양과 유사한 별 주위를 공전하는 지구형 행성을 찾기 위해 케플러 미션을 수행해 왔습니다. 2009년 발사된 케플러 우주 망원경은 지금까지 2,300여 개의 외계 행성을 발견했으며, 그중 생명체 거주 가능 구역에 위치한 지구형 행성도 20여 개에 달합니다. 우리 은하에만 약 1,000억 개의 별이 존재한다는 점을 고려하면, 지구형 행성은 수천만 개에 이를 것으로 추정됩니다. 이는 광활한 우주 어딘가에 우리와 같은 생명체가 존재할 가능성이 매우 높음을 시사하는 강력한 증거가 됩니다. 수많은 외계 행성이 존재함에도 불구하고 인류가 현실적으로 이주를 고려할 수 있는 후보지는 태양계 내의 화성이 유일합니다. 태양계를 벗어난 유일한 인공물인 보이저 1호가 경계를 넘는 데만 36년이 걸렸다는 사실은 성간 여행의 높은 벽을 실감케 합니다. 금성은 극심한 온실효과로 인해 생존이 불가능하며, 수성 또한 거주지로 적합하지 않습니다. 따라서 인류는 화성 테라포밍을 통해 새로운 거주지를 확보하려는 원대한 계획을 세우고 있으며, 이를 위해 지구와 화성의 환경 차이를 면밀히 분석하고 있습니다. 지구가 생명체의 요람이 될 수 있었던 것은 태양과의 적절한 거리와 행성의 크기 덕분입니다. 지구는 액체 상태의 물을 보유할 수 있는 위치에 있으며, 적당한 크기 덕분에 내부 열을 유지하여 액체 외핵과 자기장을 형성할 수 있었습니다. 특히 판 구조론에 의한 탄소 순환 시스템은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하여 지구의 온도를 일정하게 유지하는 자정 능력을 제공합니다. 반면 화성은 화산 활동과 자기장이 사라져 대기를 잃고 메마른 사막이 되었습니다. 이러한 지구의 메커니즘을 이해하는 것은 화성을 재탄생시키기 위한 필수적인 과정입니다. 화성 테라포밍은 대기 조성, 액체 상태의 물 확보, 온도 상승, 식물 식재, 도시 건설이라는 5단계 과정을 거칩니다. 약 500년의 시간과 막대한 자본이 소요될 것으로 예상되는 이 프로젝트는 온실가스 배출이나 핵폭탄 투하 등 파격적인 방법까지 연구 대상에 포함합니다. 최근 스페이스X의 발사체 재사용 기술 성공은 이러한 계획의 실현 가능성을 획기적으로 높였습니다. 운송 비용의 감소는 화성 개척 시기를 앞당길 것이며, 머지않은 미래에 인류는 인터넷 쇼핑몰에서 화성 여행 티켓을 구매하는 시대를 맞이하게 될지도 모릅니다. 외계 생명체 탐사는 화성을 넘어 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 타이탄으로 확장되고 있습니다. 유로파의 두꺼운 얼음 지각 아래에는 지구보다 많은 양의 액체 상태의 물이 존재할 것으로 추정되며, 타이탄에는 메테인 호수가 있어 독특한 생명 활동의 가능성을 보여줍니다. 지구의 심해 열수구나 극한 환경에서 살아가는 미생물들은 태양 빛 없이도 생존할 수 있음을 증명했습니다. 이러한 극한 생명체에 대한 연구는 우주 생물학의 핵심이며, 우리가 상상하지 못한 형태의 생명체가 우주 곳곳에 존재할 수 있다는 사실을 뒷받침하는 중요한 지표가 됩니다. 인류가 막대한 비용과 위험을 무릅쓰고 우주 탐사를 계속하는 근본적인 동력은 지적 호기심입니다. '우주에 우리만 존재하는가'라는 질문에 답을 찾는 과정에서 인류의 과학 기술은 비약적으로 발전해 왔습니다. 현재의 기술로는 화성 이주가 불가능해 보일지라도, 탐구를 멈추지 않는 인간의 본성은 결국 기술적 한계를 극복해 낼 것입니다. 과학적 사고와 질문을 멈추지 않는 한, 인류는 지구라는 요람을 벗어나 우주 문명으로 도약하는 미래를 반드시 맞이하게 될 것입니다. 끊임없는 도전은 우리가 우주의 일원임을 증명하는 가장 고귀한 행위입니다.

이정은

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천문학

[강연] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (1) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ①

지구 온난화가 가속화되면서 극지방의 빙하가 녹고 해수면이 상승하는 등 인류의 터전이 위협받고 있습니다. 이러한 환경 변화는 사막화를 초래하여 식량 생산을 어렵게 만들고, 결국 인류는 지구를 대체할 새로운 행성을 찾아야 한다는 절박한 과제에 직면하게 되었습니다. 영화 '인터스텔라'나 '마션'에서 묘사된 것처럼, 황폐해진 지구를 떠나 우주로 이주하려는 상상은 이제 단순한 공상을 넘어 과학적 탐구의 대상이 되었습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해 우리는 이웃 행성으로 눈을 돌리고 있습니다. 화성은 지구와 가장 유사한 물리적 조건을 갖춘 이주 후보지입니다. 비록 대기압이 지구의 1%에 불과하고 산소가 없으며 기온 변화가 극심하지만, 암석 지표와 사계절의 존재는 매력적인 요소입니다. 반면 금성은 지구와 크기가 비슷함에도 불구하고 90기압이 넘는 고압과 500도에 육박하는 고온 때문에 생명체가 살기에 부적합합니다. 따라서 화성 지표 아래에 존재하는 얼음 상태의 물은 인류가 화성을 주목하는 결정적인 이유가 됩니다. 우리는 극한의 환경 속에서도 생존의 가능성을 화성에서 찾고 있습니다. 행성들의 운명을 이해하기 위해서는 태양계 전체의 탄생 과정을 살펴봐야 합니다. 우주의 성간 구름이 자기 중력으로 수축하며 중심부 온도가 1,000만 도에 이르면 수소 핵융합을 통해 별이 탄생합니다. 이때 회전하는 원반이 형성되는데, 최근 알마(ALMA) 전파 망원경을 통해 아기 별 주위의 원반에서 행성들이 만들어지는 생생한 증거가 포착되었습니다. 이 원반 속 먼지 티끌들이 서로 부딪히고 뭉쳐지면서 거대한 행성계의 기틀이 마련되는 것입니다. 이는 별과 행성이 별개의 존재가 아니라 하나의 시스템임을 보여줍니다. 원반 내의 온도 분포는 행성의 크기와 성질을 결정하는 핵심 요소입니다. 중심 별에서 멀어질수록 온도가 낮아지는데, 물 분자가 얼음 상태로 존재할 수 있는 경계선을 '스노우 라인'이라 부릅니다. 이 라인 바깥쪽은 얼음 입자가 아교 역할을 하여 암석 덩어리가 크게 자랄 수 있어 목성 같은 거대 행성이 형성됩니다. 반면 안쪽은 얼음이 없어 지구처럼 작은 암석형 행성들만 만들어지게 됩니다. 이는 태양계 행성 배치의 비밀을 푸는 열쇠가 되며, 왜 지구와 같은 암석형 행성이 태양 가까이 위치하는지를 설명해 줍니다. 약 45억 년 전 초기 지구는 수많은 미행성과의 충돌로 인해 암석이 모두 녹아버린 마그마 상태였습니다. 이후 충돌이 잦아들며 지구가 식어가는 과정에서 무거운 철과 니켈은 중심으로 가라앉아 핵을 형성하고, 가벼운 물질들은 지표로 떠올라 지각이 되었습니다. 이러한 분화 작용 덕분에 지구는 현재의 층상 구조를 갖게 되었으며, 내부의 잔여 열과 방사성 원소의 붕괴 에너지는 외핵을 액체 상태로 유지하며 지구의 자기장을 형성하는 원동력이 되었습니다. 이러한 내부 구조는 행성이 생명체를 보호하는 방패를 갖추는 과정이기도 합니다. 생명체가 번성하기 위해서는 지표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 '생명 서식 지대'가 확보되어야 합니다. 중심 별로부터 너무 가까우면 물이 증발하고, 너무 멀면 얼어붙기 때문에 적당한 거리를 유지하는 것이 필수적입니다. 이 지대의 위치는 별의 온도와 밝기에 따라 달라지는데, 뜨거운 별일수록 서식 지대는 멀리 형성됩니다. 따라서 외계 생명체를 탐사할 때는 단순히 행성의 위치뿐만 아니라 그 중심 별이 내뿜는 에너지의 특성을 면밀히 분석해야 합니다. 액체 상태의 물은 생명 현상을 촉발하는 가장 중요한 매개체이기 때문입니다. 별의 질량은 그 수명을 결정하며, 이는 지적 생명체의 탄생과 직결됩니다. 질량이 큰 별은 밝고 뜨겁지만 연료를 빠르게 소모하여 수명이 매우 짧습니다. 반면 태양과 같은 별은 약 100억 년의 수명을 가지며 생명체가 진화할 충분한 시간을 제공합니다. 지구에서 인류 문명이 탄생하기까지 약 40억 년이 걸렸다는 점을 고려하면, 수명이 짧은 거대 별 주위에서는 고등 지능을 가진 생명체를 기대하기 어렵습니다. 결국 우주 이주는 별과 행성의 조화로운 조건을 찾는 여정이며, 우리는 그 속에서 인류의 새로운 고향을 찾기 위한 탐사를 계속하고 있습니다.

이정은

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천문학

[강연] 현재 : 21세기 과학 혁명 | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 1부 | 1부 ②

약 138억 년 전 빅뱅으로 시작된 우주의 역사 속에서 지구는 약 46억 년 전에 탄생했습니다. 칼 세이건이 '창백한 푸른 점'이라 명명했듯, 광활한 우주에서 지구는 아주 작은 존재에 불과하지만 생명이 숨 쉬는 유일하고 아름다운 터전입니다. 지구와 생명은 서로 영향을 주고받으며 공진화해 왔으며, 이러한 유기적인 관계는 우리 존재의 근원을 이해하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 푸른 빛을 띠는 지구의 모습은 그 자체로 생명력이 넘치는 역동적인 역사를 대변하고 있습니다. 오늘날 지구는 인류의 활동으로 인해 전례 없는 위기에 직면해 있습니다. 기상 관측 이래 가장 높은 기온을 기록하고 이산화 탄소 농도가 급격히 상승하는 등 지구 온난화는 가속화되고 있습니다. 학자들은 인류가 지구 환경에 결정적인 영향을 미치는 현시대를 '인류세'라고 부르며 경고의 메시지를 보냅니다. 기후 변화는 단순한 자연 현상을 넘어 인류의 이기심과 경제적 논리가 결합된 복합적인 문제입니다. 우리가 직면한 환경적 재항을 막기 위해서는 공동의 대응과 성찰이 절실한 시점입니다. 생명 과학의 발전은 인류를 유전자의 '생존 기계'에서 유전자를 조작하는 '설계자'의 위치로 격상시켰습니다. 1953년 DNA 이중나선 구조의 발견 이후, 인류는 유전 정보를 해독하고 크리스퍼 유전자 가위를 통해 생명 정보를 편집하는 수준에 도달했습니다. 이는 40억 년 생명 역사에서 자연 선택의 원리를 넘어선 인공 선택의 시대를 의미합니다. 인간이 스스로의 설계도를 수정할 수 있게 됨에 따라, 진화의 주도권이 자연에서 인간의 손으로 옮겨가고 있으며 이는 생명의 본질에 대한 새로운 질문을 던집니다. 지능은 단순히 인간이나 고등 동물의 전유물이 아니라, 변화하는 환경 속에서 복잡한 문제를 해결해 나가는 생명체 보편의 능력입니다. 뇌가 없는 식충식물인 파리지옥이 자극의 횟수를 세어 소화액을 분비하거나, 기생충이 숙주의 행동을 조종하는 사례는 지능의 다양한 층위를 보여줍니다. 모든 생명체는 각자의 방식대로 생존과 복제를 위해 지능적인 전략을 구사합니다. 이러한 관점에서 지능은 유전자가 자신의 목적을 달성하기 위해 대리인에게 부여한 고도의 생존 도구라고 정의할 수 있습니다. 인류는 자신의 지능을 모방한 인공지능을 창조하며 새로운 진화의 단계에 들어섰습니다. 인간의 뇌가 유전자의 대리인으로서 복잡한 신경망을 통해 작동하듯, 인공지능 역시 인간의 필요에 의해 설계된 강력한 연산 도구입니다. 현재 인공지능의 발전 속도는 무어의 법칙을 따르며 인간의 지적 능력을 위협할 정도로 빠르게 성장하고 있습니다. 1,000억 개의 신경세포와 천조 개의 시냅스를 가진 인간의 뇌와 수십억 개의 트랜지스터를 가진 컴퓨터의 대결은 미래 사회의 가장 중요한 화두가 될 것입니다.

이대열

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뇌인지과학

[강연] 이상한 나라의 바이러스 (3) _ 신의철 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 10강 | 10강 ③

바이러스는 생명과 무생물의 경계에 서 있는 독특한 존재입니다. 생명의 정의에 따르면 유전과 증식, 진화의 특성을 갖추어야 하며, 스스로 대사 작용을 하고 환경에 반응해야 합니다. 하지만 바이러스는 숙주 세포 없이는 대사 활동을 할 수 없기에 완전한 생명체로 보기 어렵습니다. 전문가들은 이를 이분법적으로 나누기보다 무생물에서 생물로 이어지는 연속적인 스펙트럼상의 어느 지점에 위치한 존재로 이해합니다. 이러한 모호성은 바이러스 연구를 더욱 철학적이고 심오하게 만들며, 우리가 생명을 정의하는 방식에 대해 근본적인 질문을 던지게 합니다. 결국 바이러스는 생명의 본질을 탐구하는 데 있어 가장 흥미로운 경계선에 놓여 있습니다. 바이러스의 기원에 대해서는 여전히 명확한 정답이 없으나 크게 두 가지 이론이 대립하고 있습니다. 하나는 바이러스가 태초부터 독립된 존재로 발생했다는 설이고, 다른 하나는 숙주 세포의 유전 물질 일부가 떨어져 나와 독자적으로 진화했다는 설입니다. 어느 쪽이든 바이러스는 숙주와의 상호작용을 통해 끊임없이 변모해 왔으며, 이는 생태계의 다양성을 유지하는 한 축이 되기도 했습니다. 이러한 진화의 과정은 인류에게 새로운 질병의 위협을 가져다주기도 하지만, 동시에 생명 탄생과 진화의 신비를 풀 수 있는 중요한 열쇠를 제공하며 과학적 탐구의 대상이 되고 있습니다. 우리는 이 작은 존재를 통해 생명의 역사를 거슬러 올라가는 여정을 계속하고 있습니다. 인류 역사상 가장 무서운 질병 중 하나였던 천연두는 1978년 공식적으로 박멸되었습니다. 이는 인류가 백신이라는 무기를 통해 바이러스와의 전쟁에서 승리한 최초의 사례로 기록되며 의학사의 기념비적인 사건이 되었습니다. 그러나 역설적이게도 박멸 이후 백신 접종이 중단되면서 현대인들은 천연두에 대한 면역력을 완전히 상실하게 되었습니다. 만약 누군가 연구소 등에 보관 중인 바이러스를 테러의 목적으로 악용한다면, 과거 아메리카 원주민들이 겪었던 비극이 현대 사회에서 재현될 수 있다는 경고가 나옵니다. 이는 우리가 질병의 박멸 이후에도 경각심을 늦추지 말아야 할 이유를 명확히 보여주며, 보이지 않는 위협에 대한 지속적인 대비가 필요함을 일깨워줍니다. 21세기에 들어서며 사스, 메르스, 에볼라와 같은 신종 바이러스들이 잇따라 등장하며 인류를 위협하고 있습니다. 이들은 호흡기 전파나 직접 접촉 등 각기 다른 경로로 확산하며 높은 치사율을 기록하여 사회적 공포를 야기했습니다. 특히 메르스 사태는 특정 바이러스의 생물학적 특성뿐만 아니라, 대형 병원 집중화나 병문안 문화와 같은 한국 사회 특유의 요인이 감염 확산에 얼마나 큰 영향을 미칠 수 있는지 보여주었습니다. 이는 신종 감염병 대응이 단순히 과학과 의학의 영역을 넘어, 병원 시스템과 사회적 관습 전반의 정비가 필요한 복합적인 문제임을 시사하고 있습니다. 우리는 이러한 경험을 통해 더욱 견고한 방역 체계를 구축해 나가야 합니다. 신종 바이러스의 출현을 완벽히 막는 것은 현대 사회의 이동성을 고려할 때 불가능에 가깝습니다. 따라서 전문가들은 초기 대응 매뉴얼, 백신, 치료제라는 세 가지 축이 조화를 이루는 국가적 시스템 구축을 강조합니다. 특히 막대한 예산과 시간이 투입되는 백신 및 치료제 개발만큼이나, 저렴한 비용으로 효율적인 방역을 가능케 하는 역학 조사 시스템과 사회적 대응 매뉴얼의 중요성이 재조명되고 있습니다. 국가 차원의 철저한 대비와 더불어 손 씻기와 같은 개인의 위생 수칙 준수는 바이러스의 확산을 억제하는 가장 기본적이면서도 강력한 방어선이 됩니다. 이러한 삼박자가 갖춰질 때 비로소 우리는 감염병의 위협으로부터 보다 안전한 사회를 만들 수 있습니다. 조류 인플루엔자는 매년 겨울철마다 축산업계에 큰 타격을 주는 바이러스로, 인체 감염에 대한 우려도 함께 제기되곤 합니다. 주로 철새를 통해 전파되는 것으로 알려져 있으나, 국내 잔류 바이러스에 의한 발생 가능성도 꾸준히 논의되고 있습니다. 많은 이들이 감염된 가금류 섭취에 대해 불안감을 느끼지만, 바이러스는 열에 매우 약해 충분히 익혀 먹으면 인체에 무해하다는 것이 과학적으로 입증된 사실입니다. 특정 국가나 환경의 탓으로 돌리기보다는 바이러스가 서식하는 생태계의 변화를 면밀히 관찰하고, 과학적 근거에 기반한 대응을 통해 불필요한 사회적 비용을 줄여나가야 합니다. 이는 막연한 공포보다 정확한 정보가 위기 극복에 더 큰 도움이 됨을 보여줍니다. 최근 백신 부작용에 대한 우려로 접종을 거부하는 사례가 늘고 있으나, 이는 공동체의 안전을 위협하는 위험한 선택이 될 수 있습니다. 백신은 인류가 개발한 가장 경제적이고 효과적인 의약품이며, 집단 면역을 형성하여 사회 전체를 보호하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 과거 자폐증 유발 논란처럼 왜곡된 정보가 대중의 공포를 조장하기도 했지만, 백신 접종으로 얻는 사회적 이익은 극히 낮은 확률의 부작용보다 비교할 수 없이 큽니다. 나 자신과 사랑하는 가족, 그리고 이웃을 지키기 위해 과학적 사실에 근거한 올바른 판단과 백신 접종의 실천이 무엇보다 중요한 시점입니다. 우리는 과학에 대한 신뢰를 바탕으로 더 건강한 미래를 함께 만들어가야 할 책임이 있습니다.

김성한, 신의철, 장준

카오스재단카오스강연

생명과학

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

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

박종화

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생명과학

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

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

심상헌

카오스재단카오스강연

생명과학
지구환경과학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (3) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ③

2014년 노벨 화학상은 백 년 넘게 불가능이라 여겨졌던 광학 현미경의 회절 한계를 극복한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다. 전통적인 광학 현미경은 빛의 회절 현상 때문에 특정 크기보다 작은 바이러스나 세포 내부 구조를 선명하게 관찰하는 데 한계가 있었습니다. 전자 현미경은 분해능이 높지만 시료를 절단하거나 손상시켜야 하는 단점이 있는 반면, 광학 현미경은 살아있는 시료 내부를 그대로 볼 수 있다는 독보적인 장점이 있습니다. 이러한 미련을 버리지 못한 과학자들의 집념이 결국 초고분해능이라는 새로운 시대를 열었습니다. 윌리엄 모너는 세계 최초로 단일 분자를 실험적으로 관찰하는 데 성공하며 초고분해능 현미경의 개념적 토대를 마련했습니다. 그는 고체 결정 내의 아주 작은 농도로 존재하는 분자를 검출해냈을 뿐만 아니라, 특정 파장의 빛을 이용해 분자의 형광을 자유자재로 켜고 끄는 시스템을 개발했습니다. 분자가 형광을 내는 상태와 내지 않는 상태를 조절할 수 있게 된 이 기술은, 이후 등장하는 다양한 초고분해능 기술들의 핵심적인 원리가 되었습니다. 물리학적 기초를 바탕으로 화학적 한계를 극복한 그의 연구는 다학제적 연구의 중요성을 잘 보여줍니다. 에릭 베치그는 분자들이 동시에 빛을 내어 이미지가 겹치는 문제를 해결하기 위해 '시간차'라는 혁신적인 아이디어를 도입했습니다. 그는 모든 분자가 한꺼번에 형광을 내지 않도록 조절하여, 한 번에 아주 적은 수의 분자만 빛을 내게 한 뒤 그 위치를 각각 기록했습니다. 이렇게 서로 다른 시간대에 측정된 개별 분자들의 위치 정보를 하나로 중첩함으로써, 기존에는 흐릿하게 뭉쳐 보였던 이미지를 놀라울 정도로 선명하게 재구성하는 PALM 기술을 완성했습니다. 이는 관찰 대상을 개별적으로 분리하여 인식하려는 집요한 시도가 만들어낸 쾌거였습니다. 스테판 헬은 앞선 방식과는 전혀 다른 물리적 접근법인 STED 기술을 통해 분해능을 혁신했습니다. 그는 관찰하려는 면적을 연필 끝처럼 최대한 뾰족하게 줄여야 정확한 형상을 파악할 수 있다는 점에 주목했습니다. 이를 위해 유도 방출 원리를 이용해 도넛 모양의 레이저를 쏘아 주변부의 형광을 강제로 꺼 버리고, 오직 중심부의 좁은 영역에서만 빛이 나오도록 유도했습니다. 레이저의 강도를 높일수록 관찰 영역이 더욱 미세해지는 이 방식은, 기존 광학 현미경의 한계를 수십 배 이상 뛰어넘어 나노미터 수준의 정밀한 관찰을 가능하게 만들었습니다. 초고분해능 현미경 기술은 이제 치매의 원인 물질인 아밀로이드 섬유를 실시간으로 관찰하는 등 생명 과학 분야에서 혁명적인 변화를 일으키고 있습니다. 100년 넘은 난제에 도전하여 불가능을 가능으로 바꾼 과학자들의 사례는 우리에게 시사하는 바가 큽니다. 한 분야에 매몰되지 않는 다학제적 시각과 실패를 반복하면서도 굴하지 않는 끈기가 결합될 때 과학은 진보합니다. 살아있는 세포 내부의 움직임을 원자 수준에서 직접 눈으로 확인하려는 과학자들의 꿈은 이제 머지않은 미래의 현실로 다가오고 있습니다.

김성근

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물리학
화학

[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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화학
생명과학
천문학

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

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

원종우, 윤성철, 정애리

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천문학

[강연] 별빛이 우리에게 밝혀준 것들 - 태양과 별 (3) _윤성철 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 2강 | 2강 ③

밤하늘의 별이 영원해 보이는 이유는 인간의 시간 척도에서 거의 변하지 않기 때문입니다. 태양은 약 46억 년이라는 긴 세월 동안 중심 온도가 고작 5% 내외로 변했을 만큼 정밀한 메커니즘으로 작동하고 있습니다. 이는 온도 변화에 극도로 민감한 핵융합 반응이 매우 안정적으로 유지되고 있음을 의미하며, 이러한 정밀함 덕분에 별은 급격히 폭발하지 않고 수십억 년 동안 일정한 빛을 내며 존재할 수 있는 것입니다. 별의 안정성은 일상적인 상식과는 반대로 작동하는 특별한 성질에서 비롯됩니다. 별에 에너지가 공급되어 내부 압력이 높아지면 별은 팽창하며 오히려 온도가 낮아지고, 반대로 에너지가 줄어들면 중력에 의해 수축하며 온도가 올라갑니다. 이러한 자기 조절 시스템을 통해 별은 특정한 온도를 기가 막히게 유지합니다. 이처럼 극도로 안정한 시스템 덕분에 지구와 같은 행성에서 생명체가 진화할 수 있는 충분한 시간이 확보되었습니다. 우리 은하에는 태양과 같은 별이 수천억 개 존재하며, 그중 상당수는 생명이 탄생하기에 적합한 조건을 갖추고 있을 가능성이 큽니다. 하지만 우리는 아직 외계 지적 생명체의 흔적을 찾지 못했는데, 이를 '페르미 역설'이라 부릅니다. 지구가 생명 거주에 적합한 이유는 적절한 질량과 자기장, 그리고 지각 활동을 통해 대기와 온도를 유지하기 때문입니다. 과연 지구가 우주에서 유일하게 특별한 곳인지, 아니면 흔한 사례 중 하나인지는 현대 천문학의 핵심 질문입니다. 외계 생명체를 찾기 위한 첫걸음은 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 '생명 거주 가능 영역'에 위치한 행성을 발견하는 것입니다. 별과 너무 가깝지도, 멀지도 않은 이 구역은 생존의 필수 조건인 온도를 제공합니다. 천문학자들은 식 현상을 관측하여 이러한 행성들을 찾아냅니다. 만 분의 일에 불과한 아주 작은 밝기 변화를 포착함으로써 우리는 보이지 않는 먼 우주의 행성들을 식별해낼 수 있게 되었습니다. 현재까지 발견된 외계 행성은 수천 개에 달하며, 그중 수십 개는 생명 거주 가능 영역에 속해 있습니다. 한국의 KMTNet 프로젝트처럼 전 세계 여러 대륙에 망원경을 설치해 24시간 내내 별을 감시하는 노력 덕분에 탐사 속도는 더욱 빨라지고 있습니다. 우리가 이토록 간절하게 외계 행성을 찾는 이유는 단순히 새로운 세상을 발견하기 위함이 아닙니다. 그것은 광활한 우주 속에서 인간이라는 존재의 정체성을 확인하고, 우리의 근원을 이해하려는 본능적인 탐구 과정입니다.

윤성철

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천문학

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

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

강호정, 김성희, 이명현, 최재천

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생명과학
천문학

[강연] 생명의 기원 (3) - 죽음 : 생명의 한계성과 인간의 어리석음 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ③

생명의 가장 보편적인 특징은 역설적이게도 죽음입니다. 지구상의 모든 생명체는 반드시 끝이 있다는 한계성을 공유하지만, 이를 유전자의 관점에서 바라보면 이야기는 전혀 달라집니다. 개체는 사라져도 그 안에 담긴 화학물질의 기록인 유전자는 끊임없이 다음 세대로 이어지며 영속성을 유지하기 때문입니다. 우리는 유전자가 더 많은 복제본을 만들기 위해 잠시 머무는 생존 기계와 같은 존재일지도 모릅니다. 이러한 관점의 전환은 우리가 생명의 주체라는 오만에서 벗어나 생명의 거대한 흐름을 이해하는 첫걸음이 됩니다. 지구에 존재하는 모든 생명체는 공통 조상에서 시작된 거대한 대가족입니다. 인간의 몸속에 있는 유전자 중 일부는 아주 먼 옛날 은행나무나 다른 생물들과 한 집안이었던 역사를 공유하고 있습니다. 지금은 서로 다른 종으로 나뉘어 각자의 삶을 영위하는 것처럼 보이지만, 시간의 궤적을 거슬러 올라가면 결국 모두가 공통 조상에서 갈라져 나온 형제들입니다. 이러한 생명의 연속성은 우리에게 주변의 생명체들을 함부로 대할 권리가 없음을 일깨워주며, 모든 존재가 횡적으로 긴밀하게 연결되어 있다는 사실을 증명합니다. 과거 인류는 자신들만이 특별한 영혼을 가진 존재라고 믿으며 다른 생명체와 스스로를 분리하려 애썼습니다. 데카르트와 같은 철학자들은 인간만이 생각할 수 있는 독특한 존재라는 이원론을 펼쳤으나, 다윈의 진화론은 이러한 인간 중심적인 사고를 완전히 무너뜨렸습니다. 모든 생명이 공통 조상으로부터 왔다는 사실은 인간이 자연의 지배자가 아니라 거대한 생명의 그물 속에 존재하는 하나의 구성원일 뿐임을 가르쳐 줍니다. 다윈이 남긴 가장 위대한 유산은 인류를 겸허하게 만들고, 우리가 특별한 목적을 위해 탄생한 존재가 아님을 깨닫게 한 것입니다. 호모 사피엔스가 지구에 등장한 것은 46억 년이라는 긴 역사 속에서 찰나에 불과한 25만 년 전의 일입니다. 하지만 이 짧은 기간 동안 인류는 다른 호모 속의 종들을 몰아내고 유일하게 살아남아 지구의 모습을 급격하게 변화시켰습니다. 뛰어난 지능을 가졌음에도 불구하고 우리가 행하는 파괴적인 행동들은 과연 인류가 스스로를 '현명한 인간'이라 부를 자격이 있는지 의문을 던지게 합니다. 우연의 연속으로 탄생한 존재인 우리가 지금처럼 오만한 태도로 일관한다면, 미래의 지성체들에게 인류의 역사는 지구를 망가뜨린 기록으로 기억될지도 모릅니다. 인류에게 남은 희망은 기가 막힌 두뇌와 꺾이지 않는 의지를 바탕으로 자연을 더 깊이 이해하는 데 있습니다. '알면 사랑한다'는 말처럼, 우리가 자연에 대해 더 많이 알아갈수록 그들을 해치지 않고 공존하는 법을 배울 수 있기 때문입니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 우리가 발을 딛고 있는 이 세상을 사랑하기 위한 탐구의 여정입니다. 끊임없이 새로운 진리를 탐구하고 주변 생명체들과의 유대감을 회복할 때, 비로소 인류는 진정으로 현명한 존재로 거듭나며 지속 가능한 미래를 꿈꿀 수 있을 것입니다.

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 생명의 기원 (2) - 다윈 : 우리가 몰랐던 다윈, 그리고 진화 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ②

찰스 다윈은 DNA의 존재조차 몰랐던 시대에 모든 생명체가 하나의 공통 조상으로부터 기원했다는 놀라운 통찰을 제시했습니다. 그는 지극히 단순한 시작으로부터 오늘날의 거대한 생명의 파노라마가 펼쳐졌음을 논리적으로 유추해냈으며, 현대의 유전학 연구는 그의 혜안이 옳았음을 증명하고 있습니다. 다윈의 위대함은 생명의 역사를 이해하는 근본적인 틀을 마련했다는 점에 있으며, 이는 우리가 최초의 생명 탄생 과정을 완벽히 알지 못하더라도 그 이후의 변화 과정을 명확히 인식하게 해줍니다. 다윈의 인생은 비글호 항해를 기점으로 극적인 전환점을 맞이했습니다. 의학도와 신학도의 길을 포기하고 자연을 탐구하던 그는 선장의 대화 상대이자 수집가로서 5년간 세계를 누비며 방대한 생물 표본을 채집했습니다. 영국으로 돌아온 그는 이미 유명 인사가 되어 있었으나, 곧바로 가축과 비둘기 품종 개량 연구에 몰두하며 인위 선택이 생물의 형질을 어떻게 변화시키는지 확인하고자 했습니다. 이러한 연구는 자연계에서도 인간의 개입 없이 유사한 선택 과정이 일어날 수 있다는 확신을 심어주는 계기가 되었습니다. 다윈은 맬서스의 《인구론》을 통해 자연 선택의 핵심 원리를 깨달았습니다. 수학을 기피했던 그였지만, 자원은 한정되어 있고 개체는 기하급수적으로 증가한다는 논리 속에서 생존 경쟁의 필연성을 발견한 것입니다. 그는 외부의 설계자가 없어도 환경에 적합한 우수한 형질이 살아남아 번식에 이르는 '자연 선택' 과정을 정립했습니다. 이는 인류가 숲을 떠났기에 진화가 멈췄다는 오해를 불식시키며, 오히려 현대 사회의 치열한 경쟁 속에서 인간의 진화 속도가 더욱 빨라질 수 있음을 시사합니다. 1858년, 젊은 학자 앨프리드 월리스가 보낸 논문은 다윈에게 큰 충격을 주었습니다. 자신이 20년간 공들여온 이론과 거의 일치하는 내용을 담고 있었기 때문입니다. 지인들의 중재로 두 사람의 논문이 공동 발표되었고, 이후 다윈은 서둘러 자신의 연구를 요약한 《종의 기원》을 출간했습니다. 흔히 다윈이 종교적 갈등이나 두려움 때문에 발표를 미뤘다고 알려져 있지만, 실제로는 완벽을 기하는 그의 신중한 연구 스타일 때문이었습니다. 그는 결코 은둔자가 아니었으며, 전 세계 학자들과 끊임없이 교류하며 방대한 지식을 흡수했던 통섭의 학자였습니다. 진화가 일어나기 위해서는 변이, 유전, 생존 경쟁, 그리고 차등 번식이라는 네 가지 조건이 충족되어야 합니다. 자연계에는 수많은 변이가 존재하며, 이들이 유전되고 한정된 자원을 두고 경쟁하며 서로 다른 번식 성공률을 보일 때 진화는 필연적으로 발생합니다. 이는 믿음의 영역이 아니라 거부할 수 없는 자연 현상이며 과학적 사실입니다. 다윈이 구축한 이 견고한 이론의 틀은 현대 과학의 모든 분야를 관통하며, 오늘날 우리도 여전히 그의 거대한 지적 유산 안에서 생명의 신비를 탐구하고 있습니다.

최재천

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생명과학

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

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

최재천

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[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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[강연] 우주의 기원 (4) - 패널토의 & 질의응답 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 1강 | 1강 ④

우주의 운명은 팽창을 일으키는 암흑 에너지와 이를 억제하려는 중력 사이의 치열한 경쟁으로 결정됩니다. 현재 우주에는 약 천억 개의 은하가 존재하며, 이들이 만들어내는 거대한 중력이 팽창 속도를 늦추려 노력하고 있습니다. 그러나 관측 결과에 따르면 이미 승부는 결정되었습니다. 우주는 단순히 팽창하는 것을 넘어 그 속도가 점점 빨라지는 가속 팽창의 단계에 진입했습니다. 결국 중력은 암흑 에너지를 이기지 못하고, 우주는 영원히 팽창하며 모든 별이 식어버리는 차갑고 고요한 종말을 맞이하게 될 것으로 예측됩니다. 우주의 기원을 논할 때 빼놓을 수 없는 존재가 바로 블랙홀입니다. 최근 연구에 따르면 거의 모든 은하의 중심에는 태양 질량의 백만 배가 넘는 초거대 질량 블랙홀이 자리 잡고 있습니다. 흔히 블랙홀은 모든 것을 빨아들이기만 한다고 생각하기 쉽지만, 물질이 사건의 지평선으로 넘어가기 직전에는 막대한 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 은하 전체의 진화 과정을 좌우할 정도로 강력하여, 블랙홀은 우주의 역사를 써 내려가는 핵심적인 주인공 역할을 수행해 왔으며 은하의 운명과도 긴밀하게 연결되어 있습니다. 우주를 구성하는 별들의 운명은 오직 그 질량에 의해 결정됩니다. 역설적이게도 질량이 큰 별일수록 내부의 핵융합 반응이 격렬하게 일어나 연료를 빨리 소모하므로 수명이 짧습니다. 반면 질량이 작은 별들은 에너지를 천천히 태우며 훨씬 오래 생존합니다. 우리 태양은 약 46억 년 전에 탄생하여 현재 전체 수명인 100억 년의 절반 정도를 지나온 중년기에 해당합니다. 앞으로도 약 50억 년 동안은 수소를 태우며 빛을 낼 것이기에, 인류의 관점에서는 매우 긴 시간이 남아있다고 볼 수 있습니다. 우주의 거시적 구조를 이해하기 위해서는 눈에 보이지 않는 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체를 파악해야 합니다. 암흑 물질은 빛을 내지는 않지만 강력한 중력을 행사하여 은하들을 하나로 묶어주는 역할을 합니다. 반면 암흑 에너지는 우주 공간 자체에 존재하는 에너지로, 우주를 밖으로 밀어내는 척력으로 작용합니다. 현대 물리학은 이들의 존재를 정량적으로 측정하는 데 성공했지만, 그 근본적인 정체가 무엇인지에 대해서는 여전히 21세기 과학의 가장 큰 숙제로 남아있으며 우주의 미래를 결정짓는 핵심 요소입니다. 과학의 대전제는 우리가 관측 가능한 우주 전체에서 동일한 물리 법칙이 성립한다는 점입니다. 이러한 보편성은 생명 현상에도 적용될 가능성이 큽니다. 우리 은하에만 천억 개의 별이 있고 우주 전체에 다시 천억 개의 은하가 존재한다는 사실은, 지구 외에도 생명체가 존재할 확률이 매우 높음을 시사합니다. 비록 아직 외계 생명의 직접적인 증거를 찾지는 못했지만, 물과 탄소를 기반으로 하는 지구형 생명체뿐만 아니라 우리가 상상하지 못한 전혀 다른 형태의 존재가 우주 어딘가에 있을지도 모른다는 추론이 가능합니다. 우주를 관측한다는 것은 곧 과거를 들여다보는 일과 같습니다. 빛은 시공간을 따라 여행하며 우주의 역사를 우리에게 전달합니다. 흥미로운 점은 빛이 항상 직선으로만 움직이지 않는다는 사실입니다. 거대한 질량을 가진 천체 주변에서는 시공간이 휘어지며, 빛 또한 이 굴곡진 경로를 따라 휘어져 들어오게 됩니다. 이를 중력 렌즈 현상이라고 부르는데, 이러한 현상을 통해 우리는 직접 보이지 않는 암흑 물질의 분포를 확인하고 우주의 기하학적 구조를 연구할 수 있는 중요한 단서를 얻으며 우주의 광활함을 실감하게 됩니다. 우주의 시작에 대해서는 과거에 빅뱅 우주론과 정상 우주론이 치열하게 대립했습니다. 우주가 팽창하면서 새로운 물질이 계속 생성된다는 정상 우주론은 한때 매력적인 가설이었으나, 우주 배경 복사라는 결정적인 증거가 발견되면서 역사의 뒤안길로 사라졌습니다. 138억 년 전 뜨거운 빅뱅으로 시작된 우주는 그 흔적을 마이크로파의 형태로 온 우주에 남겨두었습니다. 오늘날 빅뱅 우주론은 수많은 관측 데이터에 의해 뒷받침되는 가장 견고한 과학적 정설로 자리 잡았으며, 인류는 이를 통해 우주의 탄생 신비를 풀어가고 있습니다.

김성근, 오세정, 우종학, 이현숙

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