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푸바오는 왜 중국으로 가야하는가?

푸바오는 한국에서 태어나 큰 사랑을 받은 대왕판다로, '행복을 주는 보물'이라는 이름처럼 많은 이들에게 기쁨을 선사했습니다. 하지만 2024년 4월, 푸바오는 정들었던 한국을 떠나 중국으로 돌아가게 되었습니다. 이는 대왕판다의 소유권이 중국 정부에 있으며, 한국에는 대여 형식으로 머물렀기 때문입니다. 중국은 1984년부터 기증 대신 대여 방식을 채택하여 판다 외교를 이어오고 있으며, 해외에서 태어난 새끼 판다 역시 종 보존을 위해 일정 연령이 되면 중국으로 반환되어야 하는 원칙이 존재합니다. 중국이 판다를 대여 방식으로 관리하는 데에는 생물학적인 보전 목적이 매우 큽니다. 대왕판다는 현재 국제자연보전연맹(IUCN)이 지정한 멸종위기종으로, 야생과 시설을 통틀어 개체 수가 약 2,500마리에 불과합니다. 이들은 서식지가 중국 내륙의 특정 산맥으로 한정되어 있고, 대나무만을 섭취하는 까다로운 식성을 지니고 있습니다. 또한 암컷의 번식 주기가 길고 번식률이 다른 곰들에 비해 현저히 낮아, 개체군 유지를 위해서는 국가 차원의 체계적이고 집중적인 관리가 필수적입니다. 개체 수가 적고 서식지가 제한된 생물종은 '멸종의 소용돌이'라는 위험에 직면하기 쉽습니다. 스웨덴의 남부민물도요 사례를 보면, 서식지 단절로 인해 격리된 개체군 내에서 근친교배가 빈번해졌습니다. 유전적으로 유사한 개체끼리 교미하면 자손의 생존율과 부화율이 급격히 떨어지는 '근교약세' 현상이 나타납니다. 이러한 악순환이 반복되면 개체군은 스스로 회복하지 못하고 점차 쇠퇴하게 되는데, 이는 특정 지역에 고립된 생물들이 겪는 가장 치명적인 위협 중 하나로 꼽힙니다. 멸종의 소용돌이에서 벗어나기 위해서는 인간의 적극적인 개입이 필요합니다. 유전적 다양성을 확보하기 위해 서로 다른 지역의 개체들을 인위적으로 짝짓기시키고, 부상당한 개체를 치료하여 번식 가능한 개체 수를 최대한 늘려야 합니다. 푸바오가 중국으로 돌아간 결정적인 이유도 바로 여기에 있습니다. 유전적으로 거리가 먼 짝을 찾아 근친교배를 방지하고, 대왕판다라는 종의 유전정보 총량을 건강하게 유지하기 위한 과학적 노력의 일환인 것입니다. 이러한 헌신적인 노력 덕분에 대왕판다의 멸종위기 등급은 '위기'에서 '취약'으로 한 단계 완화되는 성과를 거두었습니다. 이는 인간의 의지와 노력이 있다면 멸종의 위기를 극복할 수 있다는 희망적인 사례를 보여줍니다. 비록 푸바오를 가까이서 볼 수 없는 아쉬움은 크지만, 이러한 과정은 대왕판다라는 종을 지구상에서 더 오래 만나기 위한 필수적인 여정입니다. 이제 우리는 판다를 넘어 더 다양한 멸종위기종에 관심을 기울여 건강한 생태계를 만들어가야 합니다.

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생명과학
지구환경과학

새의 조상은 공룡일까?

1861년 독일 바이에른 지방에서 발견된 시조새 화석은 생물학계에 거대한 파장을 일으켰습니다. 화석 수집가였던 의사 헤르만 폰 마이어는 석공으로부터 까마귀 크기의 새 화석을 입수하게 되었고, 이는 훗날 진화론의 결정적 증거로 주목받게 됩니다. 당시 '공룡'이라는 용어를 만든 리처드 오언은 이 화석이 진화의 증거로 쓰이는 것을 막기 위해 서둘러 이를 입수했습니다. 그는 시조새가 파충류와 조류의 중간 단계가 아닌, 단순히 최초의 새일 뿐이라고 주장하며 창조론적 관점을 고수하려 노력했습니다. 하지만 리처드 오언의 주장은 '다윈의 불독'이라 불리던 토머스 헉슬리에 의해 반박되었습니다. 헉슬리는 시조새 화석을 면밀히 분석하는 한편, 같은 지층에서 발견된 작은 공룡인 콤프소그나투스에 주목했습니다. 놀랍게도 시조새에서 깃털만 제거하면 콤프소그나투스와 골격 구조가 거의 일치한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 완벽한 파충류인 공룡과 조류의 중간 단계가 실존함을 증명하는 강력한 근거가 되었으며, 시조새를 둘러싼 과학적 논쟁은 진화론이 승리하는 방향으로 전개되었습니다. 현대 과학은 시조새가 현대 조류의 직접적인 조상은 아니라고 보고 있습니다. 최신 이론에 따르면 시조새와 현대의 새는 수각류 공룡으로부터 각각 다른 경로를 통해 진화했습니다. 즉, 시조새는 공룡에서 진화한 한 갈래일 뿐이며, 새는 공룡의 또 다른 계보에서 독자적으로 진화했다는 것입니다. 조류를 정의하는 가장 핵심적인 특징은 깃털인데, 과거에는 깃털이 오직 비행을 위해 진화했다고 믿어왔습니다. 그러나 최근의 발견들은 깃털의 기원과 목적에 대해 전혀 새로운 시각을 제시하고 있습니다. 2011년 새롭게 발견된 시조새 화석은 깃털이 비행만을 위한 도구가 아니었음을 시사합니다. 비행에 적합한 비대칭형 칼깃이 날개뿐만 아니라 뒷다리에서도 발견되었으며, 비행 능력이 없는 여러 공룡에게서도 다양한 형태의 깃털이 확인되었습니다. 이는 깃털이 초기에는 체온 유지, 방수, 또는 짝짓기를 위한 구애용으로 먼저 사용되었음을 의미합니다. 이후 환경에 적응하는 과정에서 특정 부위의 깃털이 비행에 최적화된 도구로 전문화되었고, 여러 종에서 독립적으로 비행 능력이 발달하게 된 것입니다. 이제 새가 공룡의 후예라는 사실은 과학계에서 부정할 수 없는 정설로 자리 잡았습니다. 깃털의 역사는 공룡이 처음 등장한 2억 4천만 년 전까지 거슬러 올라가며, 육식공룡뿐만 아니라 초식공룡인 쿨린다드로메우스에게서도 복잡한 깃털 구조가 발견되었습니다. 이는 모든 공룡의 공통 조상이 이미 깃털을 가지고 있었을 가능성을 시사합니다. 결국 공룡은 멸종한 과거의 괴물이 아니라, 깃털을 가진 채 하늘을 날아다니는 오늘날의 새로 우리 곁에 여전히 살아남아 있는 셈입니다.

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생명과학
지구환경과학

[대담] 2024 '노벨상 해설강연' 과학톡!(TALK) by 조정효, 백민경, 이준호 l 고등과학원&카오스재단

최근 노벨 물리학상과 화학상이 인공지능 관련 연구에 수여되면서 과학계에는 새로운 바람이 불고 있습니다. 인공지능은 단순히 계산을 돕는 도구를 넘어, 기존 연구의 한계를 극복하고 지식의 지평을 넓히는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 특히 수학과 같은 기초 과학 분야에서는 인공지능을 활용해 수십 년간 풀리지 않던 난제들을 해결하려는 시도가 이어지고 있으며, 이는 연구의 시간과 비용을 획기적으로 절감하는 결과로 이어지고 있습니다. 이러한 변화는 과학 전반의 발전 속도를 가속화하며 연구 생태계를 더욱 풍부하게 만들고 있습니다. 연구 현장에서는 이미 'AI 사이언티스트'라 불리는 인공지능이 등장하여 큰 충격을 주고 있습니다. 이 인공지능은 스스로 논문을 읽고 연구 문제를 발굴하며, 코드를 짜고 실험 결과를 해석하여 논문까지 작성하는 수준에 도달했습니다. 단돈 15달러 정도의 비용으로 인간 연구자가 수행하던 절차적인 과정들을 대신 처리할 수 있게 된 것입니다. 이제 과학자들은 단순히 반복적인 업무에 매달리기보다, 인공지능이 아직 흉내 내기 어려운 인간만의 고유한 영역인 상상력을 발휘하는 데 더 집중해야 하는 시점을 맞이하고 있습니다. 생물학 분야에서도 인공지능의 도입은 연구실 문화를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 과거에는 전자현미경 사진을 일일이 수작업으로 분석하며 수천 시간을 소모해야 했지만, 이제는 딥러닝 기술을 통해 훨씬 빠른 속도로 데이터를 처리할 수 있게 되었습니다. 또한 학생들은 프로그래밍 과정에서 인공지능에게 코드의 뼈대를 요청하거나 버그를 수정하는 등 효율적인 방식으로 연구를 진행합니다. 비록 인공지능의 결과물을 검증하는 인간의 역할은 여전히 중요하지만, 딥러닝을 제외하고는 이제 현대 과학 실험의 속도를 논하기 어려울 정도가 되었습니다. 인공지능의 급격한 발전은 인간의 지능을 뛰어넘을 것인가에 대한 철학적인 질문을 던집니다. 인공지능은 방대한 데이터에서 패턴을 찾아내는 데 탁월한 능력을 보이지만, 인간의 지능은 의식과 연결된 훨씬 복합적인 영역입니다. 과거 과학자들이 보편적인 규칙을 찾아내기 위해 고군분투했던 것처럼, 전혀 관련 없어 보이는 분야를 창의적으로 묶어내는 능력은 여전히 인간의 고유한 자산으로 남아 있습니다. 따라서 인공지능이 특정 과업에서 인간을 앞설지라도, 복합적인 사고와 가치 판단을 내리는 인간의 지능을 완전히 대체하기는 쉽지 않을 것으로 보입니다. 강력한 도구에는 그에 따르는 책임과 윤리적 고민이 필수적입니다. 단백질 디자인이나 유전자 가위 기술처럼 인류에게 큰 이득을 줄 수 있는 기술이 자칫 생화학 무기나 윤리적 문제를 일으키는 도구로 악용될 우려도 존재하기 때문입니다. 따라서 과학계는 인공지능 기술이 인류에게 위협이 되지 않도록 규제와 정책적 가이드라인을 마련하기 위한 사회적 합의를 지속적으로 이끌어내야 합니다. 인공지능이라는 새로운 도구를 주체적으로 활용하면서도, 인간으로서의 가치관과 윤리 의식을 지키는 것이 건강한 과학 기술의 미래를 만드는 길입니다.

백민경, 이준호, 조정효

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물리학
화학
생명과학

혈액형에 따라 진짜 피🩸가 다를까? 혈액을 구성하는 성분!ㅣ별별실험실x국립과천과학관

우리 몸을 흐르는 혈액은 체중의 약 8%를 차지하며 생명 유지에 필수적인 역할을 합니다. 혈액의 구성을 자세히 살펴보기 위해서는 원심분리기를 활용하여 성분을 분리하는 과정이 필요합니다. 원심분리기는 회전력을 이용해 밀도 차이에 따라 혈액을 층으로 나누어 주는데, 이때 기기의 균형을 맞추기 위해 양쪽에 동일한 양의 시료를 넣는 것이 중요합니다. 이 과정을 거치면 붉은색의 혈액이 투명한 액체 층과 붉은 적혈구 층으로 확연히 구분되는 모습을 관찰할 수 있습니다. 원심분리가 완료된 혈액은 크게 혈장과 혈구 성분으로 나뉩니다. 전체 혈액의 약 55%를 차지하는 투명한 액체 성분인 혈장은 영양소와 노폐물을 운반하는 중요한 역할을 수행합니다. 그 아래쪽에는 산소 운반을 담당하는 붉은색의 적혈구 층이 두껍게 자리 잡게 됩니다. 이러한 각 성분의 비중을 측정하면 우리 몸의 전반적인 건강 상태나 빈혈 발생 여부를 과학적으로 진단할 수 있는 근거가 됩니다. 따라서 혈액 성분 분리는 단순한 관찰을 넘어 의학적으로도 매우 중요한 의미를 지닙니다. 현미경을 통해 혈액을 더 자세히 들여다보면 수많은 적혈구가 동글동글한 모양으로 퍼져 있는 것을 볼 수 있습니다. 적혈구는 위에서 보았을 때 원형이지만, 실제로는 가운데가 오목하게 들어간 원반 형태를 띠고 있어 산소를 효율적으로 운반하기에 적합한 구조를 갖추고 있습니다. 혈액이 붉게 보이는 이유는 바로 이 적혈구 속에 포함된 헤모글로빈 때문이며, 고배율로 관찰할수록 세포 하나하나의 선명한 경계와 입체적인 구조가 드러납니다. 혈액형은 적혈구 표면에 존재하는 응집원과 혈청 속의 응집소 사이의 결합 반응에 의해 결정됩니다. 특정 혈청을 혈액에 떨어뜨렸을 때 나타나는 응집 현상을 관찰하면 해당 혈액이 어떤 응집원을 가지고 있는지 파악할 수 있습니다. 이러한 원리를 이용하면 육안으로도 A형, B형, AB형 등을 정확하게 판별할 수 있으며, 이는 안전한 수혈을 위한 가장 기초적이면서도 중요한 검사 과정이 됩니다. 실험을 통해 확인하는 혈액형의 변화는 생명 과학의 신비로움을 잘 보여주는 사례입니다. O형 혈액은 다른 혈액형과 차별화되는 독특한 특징을 가지고 있습니다. O형의 적혈구에는 응집원이 존재하지 않기 때문에 항 A 혈청이나 항 B 혈청 어느 쪽과도 응집 반응을 일으키지 않습니다. 이러한 특성 덕분에 긴급한 상황에서 수혈이 필요할 때, O형은 다른 혈액형의 사람들에게 혈액을 나누어 줄 수 있는 중요한 역할을 수행하기도 합니다. 혈액형의 원리를 이해하는 것은 단순히 타입을 나누는 것을 넘어, 우리 몸의 면역 체계와 생명 구조가 얼마나 정교하게 설계되어 있는지를 깨닫게 해주는 유익한 경험이 됩니다.

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생명과학

과학자들이 말하는 올바른 진화🐾란 무엇일까? 진화는 진보하는 걸까?🧐ㅣ(수요관측회)별 헤는 밤⭐

진화라는 단어는 우리에게 익숙하지만, 동시에 가장 많은 오해를 받는 개념이기도 합니다. 흔히 진화를 약육강식의 논리나 적자생존을 통한 끊임없는 진보로만 이해하곤 하지만, 이는 진화의 한 단면만을 본 것입니다. 실제 진화의 역사를 깊이 들여다보면, 단순히 강한 자가 살아남는 것이 아니라 변화하는 환경에 적응하며 살아남은 존재가 강한 것임을 알게 됩니다. 특히 현대 진화학은 경쟁보다는 다양성의 보존과 생명체 간의 공생, 그리고 협력이 생존에 얼마나 중요한 역할을 했는지 강조합니다. 이러한 관점의 변화는 우리가 세상을 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓습니다. 우리가 흔히 겪는 또 다른 오해는 진화를 개별 개체의 변신으로 생각하는 것입니다. 대중문화의 영향으로 한 생명체가 갑자기 다른 모습으로 변하는 것을 진화라 부르기도 하지만, 생물학적 진화는 개체가 아닌 집단 내에서 일어나는 메커니즘입니다. 특정 환경에서 유리한 형질을 가진 개체들이 더 많이 살아남아 번식함으로써 세대를 거쳐 종의 특성이 변화하는 과정인 것입니다. 과거 국내에서는 진화학을 제대로 배울 기회가 부족했고 관련 서적도 드물었기에 이러한 기초적인 개념조차 왜곡되어 전달되는 경우가 많았습니다. 올바른 공부를 통해 이러한 오해를 바로잡는 것이 진화 이해의 첫걸음입니다. 진화가 항상 더 나은 방향, 즉 진보를 향해 나아간다는 생각 역시 경계해야 할 부분입니다. 과학자 스티븐 제이 굴드는 이를 '술 취한 사람의 걸음걸이'에 비유했습니다. 생명은 박테리아보다 더 단순해질 수 없는 한계점이라는 벽에서 시작되었기에, 무작위로 움직이다 보면 결국 복잡성이 증가하는 방향으로만 열려 있는 것처럼 보일 뿐입니다. 즉, 진화는 정해진 목적지를 향해 달려가는 직선적인 진보가 아니라, 주어진 환경 제약 속에서 우연과 필연이 얽히며 만들어내는 다채로운 변화의 궤적입니다. 이러한 비결정론적 관점은 생명의 역사가 가진 역동성과 우연의 소중함을 일깨워 줍니다. 진화의 주체는 생명체 자신이 아니라 그들을 둘러싼 환경입니다. 다윈이 제시한 '자연 선택'이라는 개념은 생명체가 의지를 가지고 스스로를 변화시키는 것이 아니라, 환경이 특정 형질을 선택해 냈음을 의미합니다. 이러한 탐구는 지구를 넘어 우주 생물학으로까지 확장됩니다. 외계 생명체를 찾는 여정은 단순히 타자를 발견하려는 목적을 넘어, 생명 탄생의 보편적인 조건을 확인하고 우리 인류의 기원을 더 깊이 이해하려는 시도입니다. 만약 지구 밖에서 우리와 유사하거나 혹은 전혀 다른 생명 시스템을 발견한다면, 이는 생명 진화에 대한 우리의 시야를 우주적 규모로 넓혀줄 것입니다. 21세기를 살아가는 우리에게 진화가 주는 가장 큰 교훈은 협력과 공감의 가치입니다. 진화의 핵심 키워드가 생존과 번식인 것은 분명하지만, 인류는 이를 단순히 이기적인 경쟁이 아닌 '초사회성'이라는 독특한 방식으로 풀어왔습니다. 현대 사회의 극심한 갈등과 격차 속에서 진화학은 우리에게 공동체의 범위를 어디까지 넓힐 것인지 묻습니다. 타인의 고통에 공감하고 협력의 단위를 확장하는 능력이야말로 인류가 진화의 과정에서 얻은 가장 강력한 생존 전략입니다. 결국 진화를 공부한다는 것은 우리가 어떻게 서로를 돕고 공존하며 미래를 설계할 것인지 고민하는 과정과 맞닿아 있습니다.

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생명과학

빵🥐은 어떻게 발효될까? 효모(yeast)를 직접 눈으로👀 관찰하다!!ㅣ별별실험실x국립과천과학관

발효는 미생물이 산소가 없는 환경에서 당류를 분해하여 새로운 물질을 만들어내는 신비로운 생물학적 과정입니다. 이 과정에서 효모는 에탄올과 이산화탄소를 생성하고, 유산균은 젖산을 만들어내며 우리 생활에 유용한 변화를 일으킵니다. 눈에 보이지 않는 작은 생명체들이 생존을 위해 에너지를 얻는 이 화학적 활동은 인류의 식문화와 과학 기술 발전에 지대한 영향을 미쳐왔습니다. 효모가 발효를 진행할 때 가장 눈에 띄는 변화 중 하나는 기체의 발생입니다. 주스에 들어있는 당류는 효모에게 훌륭한 에너지원이 되며, 이를 섭취한 효모는 대사 과정의 부산물로 이산화탄소를 내뿜습니다. 실험을 통해 플라스크 입구에 풍선을 씌워두면, 시간이 흐름에 따라 보이지 않던 기체가 모여 풍선이 부풀어 오르는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 미생물의 활동을 시각적으로 증명하는 흥미로운 현상입니다. 우리가 즐겨 먹는 빵의 폭신한 질감 역시 효모의 발효 작용 덕분입니다. 밀가루 반죽에 효모와 설탕을 섞으면 효모가 당류를 분해하며 이산화탄소를 방출하고, 이 기체가 반죽 사이에 갇히면서 스펀지 같은 공기층을 형성합니다. 반죽이 부풀어 오르는 과정에서 특유의 에탄올 향이 나는 것도 발효의 증거입니다. 설탕의 양에 따라 발효의 속도와 정도가 달라지며, 이는 맛있는 빵을 만드는 핵심적인 과학적 원리가 됩니다. 현미경을 통해 관찰한 효모의 세계는 더욱 경이롭습니다. 막걸리와 같은 발효주 속에는 수많은 효모가 존재하지만, 우리 눈에는 보이지 않을 만큼 작습니다. 하지만 400배에서 1,000배까지 확대하면 동글동글한 막을 가진 효모의 형태를 뚜렷하게 볼 수 있습니다. 미세한 생명체들이 액체 속에서 활발하게 존재하며 끊임없이 화학 반응을 일으키는 모습은 자연의 정교함과 생명의 신비를 다시금 깨닫게 해줍니다. 효모는 '출아법'이라는 독특한 방식으로 번식합니다. 모세포의 몸 일부가 혹처럼 튀어나와 자라나다가, 자신과 똑 닮은 모습이 되면 떨어져 나가 새로운 개체가 되는 방식입니다. 현미경상에서 두 마리가 살짝 연결된 듯한 모습은 바로 이 번식 과정을 보여주는 것입니다. 이처럼 작은 미생물들이 만들어내는 발효의 산물들은 우리 삶 곳곳에서 활용되고 있으며, 보이지 않는 곳에서 일어나는 이들의 활동은 여전히 탐구할 가치가 무궁무진합니다.

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화학
생명과학

🐙문어빨판을 닮은 흡착판?! 생체모방기술에 대해 알아보자😃ㅣ별별실험실x국립과천과학관

자연은 오랜 시간 진화하며 가장 효율적인 생존 방식을 찾아왔습니다. 인간은 이러한 자연의 지혜를 빌려 혁신적인 기술을 만들어내는데, 이를 '자연 모방'이라고 부릅니다. 대표적인 사례로 도꼬마리 씨앗의 갈고리 구조를 본뜬 벨크로와 문어 빨판의 원리를 이용한 흡착판이 있습니다. 이들은 각기 다른 방식으로 물체에 고정되는 힘을 발휘하며 우리 생활 속에서 매우 유용하게 활용되고 있습니다. 자연의 구조를 관찰하는 것만으로도 우리는 훌륭한 공학적 해답을 얻을 수 있습니다. 벨크로와 흡착판은 고정력 대결을 통해 그 특성이 명확히 드러납니다. 흡착판이 강력한 압력 차이를 이용해 수직으로 버티는 힘이 강하다면, 벨크로는 수많은 작은 갈고리가 얽히며 유연하게 고정되는 특징이 있습니다. 특히 벨크로의 진정한 가치는 단순히 잘 붙어 있는 것에만 있지 않습니다. 특정 방향으로 힘을 가하면 아주 쉽게 떼어낼 수 있다는 점이 핵심입니다. 이러한 가역적인 특성 덕분에 아이들의 신발이나 의류 등 일상 곳곳에서 편리함을 제공하며 자연의 원리를 증명하고 있습니다. 연잎은 자연 모방 기술의 또 다른 놀라운 사례인 '연잎 효과'를 보여줍니다. 연잎 표면은 물에 젖지 않고 물방울을 동글동글하게 굴려 보내는 독특한 성질을 가지고 있습니다. 이는 미세한 돌기들이 물방울과의 접촉 면적을 최소화하기 때문입니다. 실험을 통해 확인해 보면, 일반 유리판은 물이나 오염 물질을 그대로 흡수하거나 묻히는 반면, 연잎은 케첩이나 물엿 같은 끈적한 액체조차도 슬라임처럼 깔끔하게 튕겨냅니다. 이러한 자가 세정 능력은 태양광 패널이나 방수 소재 개발에 큰 영감을 줍니다. 하늘을 나는 생물들뿐만 아니라 식물의 씨앗에서도 놀라운 비행 기술을 발견할 수 있습니다. 단풍나무 씨앗은 한쪽에 치우친 날개 모양을 가지고 있어, 떨어질 때 헬리콥터의 프로펠러처럼 뱅글뱅글 돌며 하강합니다. 이러한 회전은 씨앗이 지면에 닿기까지의 시간을 늦춰주어, 바람을 타고 더 멀리 퍼져나갈 수 있게 돕는 전략입니다. 인간은 이 작은 씨앗의 비행 원리에 착안하여 헬리콥터의 로터 시스템을 발전시켰습니다. 자연의 설계는 생존을 위한 가장 정교한 공학적 결과물이라 할 수 있습니다. 단풍나무 씨앗의 비행 원리는 공기 역학적 관점에서 설명됩니다. 날개의 형태에 따라 공기 흐름의 속도 차이가 발생하고, 이는 곧 압력의 차이로 이어집니다. 베르누이의 원리처럼 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 공기의 힘이 씨앗을 더 오래 공중에 머물게 하는 것입니다. 이처럼 자연은 물리 법칙을 완벽하게 활용하여 자신만의 생존 방식을 구축해 왔습니다. 우리가 주변의 동식물을 세밀하게 관찰하고 그 원리를 탐구해야 하는 이유는, 그 안에 인류의 문제를 해결할 열쇠가 숨겨져 있기 때문입니다.

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물리학
생명과학
융합

🌿식물이 광합성을 해야 하는 이유! 과학실험으로 알아보아요❤ㅣ별별실험실x국립과천과학관

식물은 동물과 달리 스스로 양분을 만들어내는 특별한 능력을 갖추고 있습니다. 이 과정을 광합성이라고 부르는데, 물과 이산화탄소 그리고 햇빛이라는 세 가지 필수 요소가 필요합니다. 광합성을 통해 식물은 산소와 함께 포도당, 즉 녹말이라는 양분을 생성합니다. 우리가 일상에서 섭취하는 밥이나 빵 같은 음식 속에 들어있는 녹말도 결국 식물이 태양 에너지를 이용해 만들어낸 결과물인 셈입니다. 이러한 생명 활동은 지구 생태계를 유지하는 가장 기초적이면서도 중요한 에너지의 원천이 됩니다. 식물이 실제로 녹말을 만들었는지 확인하기 위해서는 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 사용합니다. 본래 갈색을 띠는 이 시약은 녹말과 반응하면 신기하게도 청남색으로 색깔이 변하는 성질이 있습니다. 예를 들어 우리가 먹는 밥에 이 용액을 떨어뜨리면 즉각적으로 색이 변하는 것을 볼 수 있는데, 이는 밥 속에 풍부한 녹말이 들어있음을 증명합니다. 식물의 잎에서도 동일한 반응이 나타난다면, 그것은 해당 부위에서 광합성이 활발하게 일어났음을 보여주는 결정적인 증거가 됩니다. 광합성에서 빛의 역할을 정확히 규명하기 위해서는 정교한 실험 설계가 필요합니다. 이미 잎 속에 저장된 녹말이 실험 결과에 영향을 주지 않도록, 먼저 식물을 며칠간 암실에 두어 기존의 양분을 모두 소모하게 해야 합니다. 그 후 잎의 일부분을 알루미늄 포일로 가려 빛을 차단한 상태에서 다시 햇빛을 쬐어줍니다. 이렇게 하면 빛을 받은 부분과 받지 못한 부분 사이의 대조군이 형성됩니다. 이 과정은 과학적 탐구에서 변인을 통제하고 특정 요소의 효과를 확인하는 핵심적인 단계라고 할 수 있습니다. 실험의 정확도를 높이기 위해 잎의 초록색을 제거하는 탈색 과정이 필수적입니다. 잎 속의 엽록소는 초록색을 띠고 있어, 아이오딘 용액의 색 변화를 관찰하는 데 방해가 되기 때문입니다. 잎을 에탄올에 넣고 가열하면 엽록소가 파괴되면서 초록색이 빠져나오고 잎은 점차 하얗게 변합니다. 엽록소가 제거된 잎은 마치 하얀 도화지처럼 변하여, 이후 시약을 떨어뜨렸을 때 나타나는 미세한 색깔 변화를 훨씬 더 선명하고 확실하게 관찰할 수 있는 상태가 됩니다. 탈색된 잎에 아이오딘 용액을 뿌리면 놀라운 결과가 나타납니다. 빛을 받았던 부분은 청남색으로 변하지만, 포일이나 스티커로 가려졌던 부분은 원래의 색을 유지합니다. 이를 응용하면 잎 위에 글자나 그림을 새기는 '광합성 인화'도 가능합니다. 스티커를 붙인 모양대로 녹말이 형성되지 않아 그 형태가 잎에 그대로 남게 되는 것입니다. 이러한 실험은 식물이 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 경이로운 과정을 시각적으로 확인시켜 주며, 자연의 신비로움을 다시금 깨닫게 해줍니다.

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생명과학

전 세계 누적 매출 1위 💊의약품의 특허 만료, 🧑‍🔬바이오시밀러 출시 대기 중! | 요즘과학

멘델은 8년간 3만 개의 완두콩을 분석하며 유전학의 기초를 닦았습니다. 가난한 환경에서도 학문에 대한 열정을 멈추지 않았던 그의 끈기는 현대 생물학의 근간이 되었으며, 오늘날 우리는 그 유산을 바탕으로 바이오의약품이라는 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 최근 세계 매출 1위 의약품인 휴미라의 특허가 만료되면서 바이오시밀러에 대한 관심이 뜨겁습니다. 이는 단순한 복제를 넘어 생명공학 기술의 정수를 보여주는 분야로, 전 세계 제약 시장의 판도를 바꿀 중요한 전환점이 되고 있습니다. 의약품은 크게 합성의약품과 바이오의약품으로 나뉩니다. 아스피린처럼 화학적 합성을 통해 만드는 약과 달리, 바이오의약품은 살아있는 세포나 생명체에서 유래한 성분을 함유합니다. 세포 배양이나 유전자 재조합 기술을 활용하기 때문에 제조 공정이 매우 복잡하고 민감합니다. 이러한 특성 때문에 바이오의약품은 오리지널 의약품과 완벽하게 동일하게 만드는 것이 불가능에 가깝습니다. 그래서 '동일하다'는 표현 대신 '유사하다'는 의미의 바이오시밀러라는 명칭을 사용하게 된 것입니다. 바이오시밀러가 시장에 나오기 위해서는 엄격한 검증 과정을 거쳐야 합니다. 오리지널 의약품과 유사한 효과를 내는지 입증하기 위해 품질 비교 시험, 비임상 비교 시험, 그리고 임상 비교 시험이라는 세 단계를 거칩니다. 품질 시험에서는 물리화학적 특성과 순도를 분석하고, 비임상 단계에서는 세포와 동물을 대상으로 생리학적 영향을 평가합니다. 마지막으로 인체에 투여하여 약물이 어떻게 흡수되고 대사되는지 확인하는 임상 시험을 통해 안전성과 유효성을 최종적으로 확정 짓게 됩니다. 우리가 흔히 접하는 의약품의 이름에는 재미있는 규칙이 숨어 있습니다. 제약 회사들은 환자들이 기억하기 쉽도록 성분명과 회사 이름을 결합하거나, 치료 효과를 나타내는 적응증을 이름에 반영하곤 합니다. 예를 들어 유명한 근육통 치료제인 케토톱은 주성분인 케토프로펜의 앞글자를 따서 지어진 이름입니다. 이처럼 복잡한 성분명을 친숙한 브랜드로 변환하는 과정은 환자들에게 약의 효능을 직관적으로 전달하고, 치료에 대한 접근성을 높이는 중요한 마케팅 전략 중 하나로 작용합니다. 최근에는 바이오시밀러를 넘어 기존 약보다 성능을 개선한 바이오베터 연구가 활발합니다. 이는 약의 효능을 높이거나 투여 방법을 편리하게 바꾸는 등 오리지널보다 더 나은 가치를 제공합니다. 정맥주사를 피하주사 제형으로 바꾸어 환자의 편의성을 극대화한 사례가 대표적입니다. 바이오베터는 독자적인 특허를 인정받을 수 있어 시장 출시가 자유롭고, 오리지널보다 높은 가격을 책정받을 수도 있습니다. 이러한 기술 혁신은 환자의 삶의 질을 높이는 동시에 제약 산업의 새로운 성장 동력이 되고 있습니다.

국립과천과학관요즘과학👏

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[석학 인터뷰] 진화론의 과학적 증거는 충분할까?📖🔍 | 2022 '진화가 필요한 순간'

진화론은 오랜 연구를 통해 방대한 정보가 축적된 현대 과학의 견고한 패러다임입니다. 토마스 쿤의 개념을 빌리자면, 진화론은 단순한 가설을 넘어 생명 현상을 설명하는 가장 강력한 틀로 자리 잡았습니다. 특히 DNA와 RNA 구조에서 비롯되는 변이와 종의 다양성은 실험실과 야외 모두에서 충분히 입증되고 있습니다. 현재의 진화론 외에 지구의 생물 다양성을 이토록 명쾌하게 설명할 수 있는 경쟁 이론은 존재하지 않으며, 우리는 끊임없이 다윈의 통찰이 옳았음을 증명해 나가는 과정에 있습니다. 진화 원리는 생물학적 영역을 넘어 문화적 차원으로까지 확장되고 있습니다. 규범이나 새로운 아이디어, 개인의 선호가 전파되는 속도는 유전적 진화보다 훨씬 빠르며, 이러한 문화적 진화가 유전적 진화와 어떻게 상호작용하는지를 규명하는 것은 현대 과학의 흥미로운 과제입니다. 비록 종의 분화를 실험적으로 완벽하게 재현하는 데는 시간이 더 필요하겠지만, 생명의 기원과 상세한 진화 메커니즘을 밝히려는 노력은 계속되고 있습니다. 이는 진화생물학이 정체된 학문이 아니라 여전히 역동적으로 발전하고 있음을 보여줍니다. 과학은 고정된 진리가 아니라 증거를 바탕으로 끊임없이 자기 발전을 거듭하는 학문입니다. 지금까지 쌓아온 수많은 증거가 진화론을 강력하게 뒷받침하고 있지만, 과학자들은 100% 완벽한 결론에 안주하지 않고 새로운 가능성을 열어둡니다. 만약 진화론보다 생명 현상을 더 잘 설명할 수 있는 새로운 증거와 이론이 등장한다면, 과학계는 기꺼이 그 방향으로 나아갈 것입니다. 사회적 평판이나 소문의 확산 과정에서도 진화 메커니즘이 작동하듯, 진화에 대한 탐구는 앞으로도 다양한 분야에서 새로운 증거를 찾아내며 그 지평을 넓혀갈 것입니다.

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

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

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

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

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바이러스가 공격할 때👿, 우리의 몸음 어떻게 방어🖐할까? 바이러스의 공격과 면역ㅣ과학원리체험@home 시즌3

바이러스는 스스로 생명 활동을 할 수 없기에 반드시 살아있는 숙주 세포 안으로 침투해야만 합니다. 하지만 모든 바이러스가 아무 세포나 공격할 수 있는 것은 아닙니다. 바이러스 표면의 돌기와 숙주 세포의 수용체가 마치 열쇠와 자물쇠처럼 정교하게 맞물려야만 침투가 가능하기 때문입니다. 이러한 특이성 때문에 특정 바이러스는 특정 생물이나 조직만을 감염시키며, 우리 몸의 세포들은 각기 다른 수용체를 통해 외부 물질을 선별적으로 받아들이는 방어 기제를 작동시킵니다. 우리 몸은 외부 병원체의 공격에 대응하기 위해 면역이라는 정교한 방어 시스템을 가동합니다. 면역은 크게 두 가지로 나뉘는데, 먼저 선천 면역은 자연 살해 세포인 NK 세포나 항바이러스 물질인 인터페론을 통해 즉각적인 방어를 수행합니다. 반면 적응 면역은 침입한 항원의 정보를 기억하여 대응하는 방식입니다. 이는 과거의 감염 경험이나 백신 접종을 통해 형성되며, 우리 몸이 특정 바이러스를 기억하고 더욱 효율적으로 싸울 수 있게 돕는 핵심적인 역할을 합니다. 백신은 우리 몸의 적응 면역 체계를 훈련시키는 중요한 도구입니다. 특히 mRNA 백신은 바이러스 돌기의 설계도를 몸속에 전달하여, 실제 바이러스가 침입하기 전에 미리 항체를 생성하도록 유도합니다. 이렇게 만들어진 항체들은 바이러스의 돌기에 달라붙어 숙주 세포의 수용체와 결합하지 못하도록 방해합니다. 마치 열쇠 구멍을 막아버리는 것과 같은 원리로, 바이러스가 세포 안으로 들어와 증식하는 과정을 원천적으로 차단하며 우리 몸을 안전하게 보호하는 것입니다. 코로나19 바이러스가 호흡기 질환을 일으키는 이유는 호흡기 내 섬모 상피세포에 있는 ACE2 수용체와 결합하기 때문입니다. 본래 섬모 상피세포는 이물질을 밖으로 밀어내는 방어 역할을 하지만, 바이러스에 감염되면 이 세포들이 파괴되어 제 기능을 잃게 됩니다. 방어막이 사라진 호흡기를 통해 바이러스는 폐까지 쉽게 도달하며, 이는 폐렴과 같은 중증 질환으로 이어지는 원인이 됩니다. 특정 수용체와의 결합이 우리 몸의 방어 체계를 무너뜨리는 치명적인 경로가 되는 셈입니다. 바이러스는 숙주가 되는 생명체의 종류에 따라 동물, 식물, 세균, 인간 바이러스로 분류됩니다. 최근에는 동물의 바이러스가 변이를 일으켜 인간에게 전파되는 '인수공통 감염병'이 큰 위협이 되고 있습니다. 사스, 메르스, 그리고 코로나19 등이 대표적인 사례로, 원래는 특정 동물에게만 머물던 바이러스가 종의 벽을 넘어 인류 전체에 팬데믹을 일으키기도 합니다. 이러한 변화는 바이러스가 환경에 적응하며 끊임없이 진화하고 있음을 보여주는 증거이기도 합니다.

국립과천과학관👩‍🔬과학원리체험@home

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

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

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

카오스재단석학인터뷰

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

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

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

카오스재단석학인터뷰

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[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

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[강연] 새는 날고 곤충은 뛴다 : 진화가 만들어 낸 움직임의 신비 _ by이상임 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 2강 | 2강

자연선택에 의한 진화는 개체 간의 유전적 차이가 환경에 따라 생존과 번식의 차이로 이어지며 개체군의 조성이 변화하는 과정입니다. 이 과정을 통해 만들어진 결과물을 우리는 '적응'이라 부릅니다. 적응은 단순히 환경에 맞추는 것을 넘어 개체의 적응도를 높이는 구체적인 특징을 의미합니다. 진화의 역사 속에서 날개나 다리의 구조와 같은 중요한 적응이 나타날 때마다 생태계에는 폭발적인 종분화가 일어났으며, 이는 생명체가 새로운 환경으로 진출하는 결정적인 계기가 되었습니다. 새의 날개는 공룡의 앞다리에서 분화된 놀라운 적응의 산물입니다. 날개는 단순히 하나의 판이 아니라 수많은 깃털이 정교하게 모여 익형 구조를 이룹니다. 특히 인접한 깃털 사이에는 미세한 돌기와 가시가 존재하여 마치 벨크로처럼 서로를 붙잡아주는 역할을 합니다. 이러한 구조 덕분에 날개를 아래로 내릴 때는 넓은 면적을 형성해 큰 힘을 받고, 위로 올릴 때는 틈이 생겨 공기가 잘 흐르게 됩니다. 깃털 하나하나가 비행에 최적화된 독립적인 익형이면서도 동시에 거대한 날개의 일부로 기능하는 셈입니다. 비행의 정교함은 '알룰라'라고 불리는 깃에서 정점을 찍습니다. 새의 엄지손가락에 해당하는 이 구조는 착륙이나 방향 전환 시에 주로 사용됩니다. 비행기 날개의 슬랫과 유사한 역할을 하는 알룰라는 날개 앞부분에서 와류를 발생시켜 공기 흐름이 날개 표면에 밀착되도록 돕습니다. 이를 통해 받음각이 높은 상황에서도 실속을 방지하고 양력을 높여줍니다. 아주 작은 깃털 하나가 비행의 안정성과 기동성을 결정짓는 핵심적인 장치로 작용하며 자연선택의 정밀함을 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 비행의 원리는 중력, 양력, 추력, 항력이라는 네 가지 힘의 상호작용으로 설명됩니다. 날개의 유선형 구조는 위아래의 압력 차이를 만들어내며, 뉴턴의 작용-반작용 법칙과 베르누이의 원리에 의해 기체를 위로 떠오르게 하는 양력을 발생시킵니다. 새들은 수천만 년 전부터 이러한 물리 법칙을 몸의 구조와 행동으로 구현해 왔습니다. 상황에 따라 날개의 받음각을 조절하며 양력을 키우거나 줄이는 새들의 비행 기술은 인간이 만든 최첨단 비행기보다 훨씬 유연하고 효율적인 자연의 공학적 성취라고 볼 수 있습니다. 곤충의 세계에서도 물리학을 이용한 놀라운 적응을 발견할 수 있습니다. 소금쟁이는 수면의 표면장력을 깨지 않으면서도 강력하게 도약하는 기술을 가졌습니다. 이들은 다리를 내리는 속도와 물을 치는 힘을 정교하게 조절하여 수면이 허용하는 최대치의 힘을 이끌어냅니다. 만약 다리가 수면을 뚫고 빠지게 되면 도약에 필요한 힘을 얻을 수 없기 때문에, 소금쟁이의 다리 형태와 움직임은 수면의 물리적 특성과 밀접하게 연관되어 진화했습니다. 이는 생명체가 환경의 물리적 한계를 어떻게 극복하고 이용하는지를 잘 보여줍니다. 적응은 개체의 생존 전략과도 깊이 연결되어 있습니다. 암컷 소금쟁이는 교미 시 수컷을 등에 업고 있어 포식자의 위험에 더 많이 노출되는데, 이로 인해 체중 변화에 더 민감하게 반응하여 도약 속도를 조절하는 기작을 발달시켰습니다. 또한 베트남의 거대 소금쟁이는 일반적인 종과 달리 다리를 수면 아래로 빠뜨리면서도 털 사이에 포집된 공기 방울을 이용해 도약하는 독특한 방식을 취합니다. 이처럼 같은 목적을 가진 행동이라도 종의 크기와 환경에 따라 서로 다른 진화적 해결책이 존재한다는 점은 생명 다양성의 신비를 더해줍니다. 생명체의 구조와 기능은 결코 분리될 수 없으며, 이를 온전히 이해하기 위해서는 생물학뿐만 아니라 물리, 공학, 수학 등 다학문적 접근이 필수적입니다. 진화는 모든 생명 현상의 근간을 이루는 원리이기에, 분자 수준부터 생태계 전체에 이르기까지 어느 스케일에서나 연구될 수 있습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 완성한 적응의 결과물은 현대 과학의 난제를 해결할 중요한 열쇠가 됩니다. 생체 모방 기술을 넘어 생명의 원리를 깊이 탐구하는 과정은 우리가 자연과 공존하며 미래를 설계하는 데 큰 영감을 줄 것입니다.

이상임

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이상임 _ 새의 날개와 비행의 신비 | 2022 '진화가 필요한 순간'

생명체의 비행과 도약은 오랜 진화의 역사를 거쳐 만들어진 정교한 적응의 산물입니다. 새가 공중을 날고 물고기가 바다를 헤엄치는 것은 기계가 작동하는 원리와 유사한 환경적 제약을 공유합니다. 유체와의 상호작용을 연구할 때 생물학적 관점뿐만 아니라 기계공학적 도구를 활용하는 이유도 여기에 있습니다. 날개와 같은 복잡한 구조는 단 한 번의 돌연변이로 탄생하지 않습니다. 수많은 변이가 누적되고 자연선택을 거치며 비로소 환경에 최적화된 비행이라는 놀라운 능력이 완성되는 것입니다. 새와 곤충은 모두 하늘을 날지만 그 진화적 기원은 완전히 다릅니다. 곤충의 날개는 다리를 둘러싼 조직의 일부가 변형된 것이라면, 새의 날개는 척추동물의 앞다리가 진화한 결과입니다. 이처럼 서로 다른 조상으로부터 출발했음에도 비행이라는 동일한 해결책에 도달한 것은 진화의 흥미로운 지점입니다. 곤충의 날개가 네 개라고 해서 새보다 비행 능력이 우월한 것은 아니며, 각자 자신이 처한 환경에서 충분한 양력과 조종력을 확보할 수 있는 독자적인 생존 전략을 구축해 온 것입니다. 비행기와 새의 날개 사이에는 결정적인 차이가 존재합니다. 고정된 형태를 가진 비행기 날개와 달리, 새의 날개는 위아래로 움직일 뿐만 아니라 각도를 자유자재로 조절할 수 있는 유동적인 구조를 가집니다. 이러한 유연성 덕분에 새는 이륙 시 다리로 지면을 차고 오르는 동시에 날갯짓으로 방향과 힘을 정밀하게 제어합니다. 특히 알바트로스처럼 날개가 뾰족한 새들은 까치와 달리 도움닫기가 필수적인데, 이는 종마다 신체 구조에 맞춰 비행 방식이 최적화되었음을 보여주는 사례입니다. 진화은 흔히 단순함에서 복잡함으로 나아가는 일정한 방향성이 있다고 오해받곤 하지만, 실제로는 예측 불가능한 과정에 가깝습니다. 생명체의 형질은 최선의 선택이 아니라 현재 주어진 조건에서 문제를 해결하기 위한 최적의 선택을 따릅니다. 우리가 생체모방공학을 통해 자연에서 아이디어를 얻는 이유도 바로 여기에 있습니다. 비슷한 환경에 놓인 생명체들이 공통으로 도출해낸 효율적인 해결책을 분석함으로써, 우리는 기계 설계에 있어 보다 혁신적이고 실질적인 영감을 얻을 수 있게 됩니다. 새의 비행은 본능과 학습, 그리고 물리적 법칙이 절묘하게 어우러진 결과물입니다. 비행을 위한 근육과 골격은 타고나지만, 변화무쌍한 환경에서 날개를 어떻게 움직일지는 경험을 통해 습득됩니다. 특히 까치의 비행을 관찰하면 깃털 하나하나가 공기의 흐름에 따라 유연하게 휘어지는 모습을 볼 수 있습니다. 새가 의도적으로 깃털을 구부리는 것이 아니라, 깃털의 재질과 공기역학적 상호작용이 만들어내는 이 아름다운 움직임이야말로 생태계가 빚어낸 가장 경이로운 예술 중 하나입니다.

이상임

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생명과학

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

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

전중환

카오스재단카오스강연

생명과학

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

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

전중환

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생명과학

[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

[강연] 자연선택, 성선택 그리고 성갈등 _ by 한창석 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 2강 | 2강

진화는 집단을 구성하는 개체들의 특성이 세대를 거치며 변화하는 과정을 의미합니다. 호주의 토끼 사례는 이를 극명하게 보여줍니다. 1950년대 호주 정부는 급증한 토끼 개체수를 조절하기 위해 치명적인 믹소마 바이러스를 도입했습니다. 초기에는 토끼의 99%가 사라졌으나, 바이러스에 면역을 가진 소수의 개체가 살아남아 번식하면서 집단 전체가 바이러스에 저항성을 갖는 방향으로 진화했습니다. 이는 환경에 적응한 형질이 선택되어 다음 세대로 전달되는 자연선택의 원리를 잘 보여주는 사례입니다. 찰스 다윈은 비글호 항해를 통해 자연선택의 영감을 얻었습니다. 특히 갈라파고스 제도의 섬마다 다른 육지거북의 등딱지 모양을 관찰하며 종의 변화 가능성을 포착했습니다. 그는 인간이 원하는 형질을 선택해 품종을 개량하는 '인위 선택'에서 힌트를 얻어, 자연에서도 수만 세대에 걸쳐 유사한 선택 과정이 일어날 것이라 확신했습니다. 다윈은 저서 『종의 기원』을 통해 공통 조상에서 갈라져 나온 종들이 환경에 적응하며 점진적으로 변화한다는 '변화를 동반한 계승'의 개념을 정립했습니다. 생존에 유리한 형질만 남는다면 공작의 화려한 꼬리나 새들의 긴 깃털은 설명하기 어렵습니다. 포식자의 눈에 잘 띄고 이동에 불편을 주는 이러한 형질들은 생존에는 불리하지만 번식 성공도를 높여주기 때문에 진화합니다. 이를 '성선택'이라 합니다. 퉁가라 개구리의 사례처럼 암컷을 유혹하는 복잡한 울음소리는 포식자인 박쥐를 불러들이는 위험을 동반하지만, 번식에서 얻는 이득이 생존의 손실보다 크다면 해당 형질은 유지됩니다. 즉, 진화는 생존과 번식이라는 두 가치 사이의 정교한 타협점입니다. 암수 간의 외형과 행동 차이는 자손에 대한 투자 차이에서 기인합니다. 생물학적으로 암컷은 크고 영양분이 풍부한 난자를 소량 생산하며 양육에 더 많은 에너지를 쏟는 반면, 수컷은 작고 많은 정자를 생산하며 여러 짝을 만나 번식 기회를 늘리려 합니다. '베이트먼의 원리'에 따르면 수컷은 짝짓기 횟수가 늘어날수록 번식 성공도가 비례해서 증가하지만, 암컷은 그렇지 않습니다. 이러한 불균형으로 인해 수컷은 경쟁자를 물리치고 암컷에게 선택받기 위해 더 화려하고 공격적인 형질을 발달시키는 방향으로 성선택을 받게 됩니다. 번식 과정은 항상 조화롭지만은 않으며, 암수 간의 이해관계 충돌인 '성 갈등'이 빈번하게 발생합니다. 수컷은 자신의 유전자를 남기기 위해 강압적인 교미를 시도하기도 하고, 암컷은 과도한 교미로 인한 에너지 손실과 신체적 피해를 막기 위해 이를 거부하는 형질을 진화시킵니다. 빈대의 날카로운 생식기나 이에 대항하는 암컷의 두꺼운 체벽처럼, 한쪽의 공격적 형질과 다른 쪽의 방어적 형질이 서로 맞물려 진화하는 '양성 간 길항적 공진화'는 마치 끝없는 군비 경쟁과 같은 양상을 띠며 생물의 다양성을 정교하게 다듬어 나갑니다. 등빨간소금쟁이의 사례는 성 갈등의 극단적인 전략을 보여줍니다. 암컷이 강압적 교미를 피하기 위해 생식기를 몸 안으로 숨기자, 수컷은 물결 신호를 보내 포식자인 송장헤엄치기를 유인하는 '협박 구애'를 진화시켰습니다. 포식자의 공격 위험에 노출된 암컷은 자신의 생존을 위해 수컷의 교미 요구를 빠르게 수용하게 됩니다. 이처럼 성 갈등은 단순히 힘의 우위를 점하는 과정이 아니라, 주변 환경과 포식 압력 등 다양한 생태적 요인들이 복합적으로 작용하여 암수 사이의 힘의 균형과 번식 전략을 결정짓는 역동적인 과정입니다. 성이 존재하는 생물에게 성 갈등은 피할 수 없는 숙명과도 같습니다. 이는 유전적 이득을 최대화하려는 생물학적 본능에서 비롯되며, 세대를 거치며 끊임없이 변화하고 타협하는 과정을 반복합니다. 이러한 관점은 현대 사회의 젠더 갈등을 이해하는 데도 중요한 시사점을 제공합니다. 갈등을 단순히 부정적인 현상으로 보기보다, 서로 다른 이해관계가 충돌하며 새로운 균형점을 찾아가는 자연스러운 과정으로 인식할 필요가 있습니다. 진화의 원리를 깊이 이해함으로써 우리는 생물학적 차이를 존중하고 사회적 공존을 위한 지혜를 얻을 수 있습니다.

한창석

카오스재단카오스강연

생명과학

[티저] 2022 가을 카오스 강연 '진화' 티저

스티븐 호킹은 시간을 거꾸로 돌려 우주의 기원을 탐구하고자 했습니다. 빅뱅 우주론은 138억 년 전 우주의 시작과 변화 과정을 이론적으로 설명하며 우리에게 우주의 역사를 보여줍니다. 이와 마찬가지로 생명의 기원과 진화를 설명하는 핵심 이론이 바로 진화론입니다. 진화론은 약 20만 년 전 인류의 시작을 넘어, 무려 40억 년 전 지구상에 나타난 최초의 단순한 생명체로부터 현재의 모든 생명이 비롯되었다고 말합니다. 우주의 탄생만큼이나 신비로운 생명의 역사는 아주 단순한 형태에서 시작되어 오늘날의 복잡한 생태계를 이루게 되었습니다. 많은 이들이 단세포 생물에서 인간과 같은 복잡한 존재가 진화했다는 사실을 믿기 어려워합니다. 하지만 영국의 생물학자 홀데인은 우리가 단 하나의 수정란에서 시작해 단 9개월 만에 복잡한 신체를 가진 인간으로 성장한다는 점을 지적했습니다. 우리 각자가 이미 생명의 경이로운 변화를 몸소 증명해낸 셈입니다. 40억 년이라는 장구한 시간 동안 생명의 역사가 이와 같은 진보를 이루어내지 못할 이유는 없습니다. 더욱 놀라운 점은 이러한 진화의 과정이 결국 스스로의 기원과 진화 자체를 자각하고 이해할 수 있는 지적 존재를 탄생시켰다는 사실입니다. 진화론은 대중에게 친숙한 이론이지만, 동시에 가장 많은 오해를 받는 영역이기도 합니다. 상대성 이론이나 양자역학처럼 난해한 물리 법칙은 의심 없이 받아들이는 반면, 진화에 대해서는 누구나 잘 안다고 생각하며 회의적인 시각을 보내는 경우가 많습니다. 그러나 진화의 이야기는 결코 단순하지 않으며, 그 이면에는 우리가 미처 깨닫지 못한 심오하고 놀라운 과학적 원리들이 가득 차 있습니다. 진화론을 정확하고 깊이 있게 이해하는 과정은 곧 우리 자신과 생명의 본질을 마주하는 소중한 기회가 될 것입니다.

카오스재단2022 카오스강연 '진화'

[해썰이 있는 과학뉴스] 작전명 : 안티에이징, 노화의 비밀을 찾아라!

아름다움을 향한 인간의 욕망은 시대를 막론하고 변함이 없습니다. 하지만 흐르는 시간 속에서 우리는 필연적으로 노화라는 과정을 마주하게 됩니다. 생물학적 관점에서 노화란 시간이 흐름에 따라 생물의 사망률이 점차 높아지는 현상을 의미합니다. 우리 몸을 구성하는 세포들은 끊임없이 사멸과 재생을 반복하는데, 백혈구는 3일, 피부세포는 2~4주 정도의 수명을 가집니다. 젊을 때는 세포의 재생이 활발하지만, 나이가 들수록 새로 생겨나는 세포보다 죽는 세포가 많아지면서 신체 기능이 점차 저하되는 노화가 진행됩니다. 최근 연구에 따르면 노화의 핵심적인 원인 중 하나가 혈액줄기세포의 변화에 있음이 밝혀졌습니다. 영국의 연구팀이 전 연령대의 혈액을 분석한 결과, 70세를 기점으로 혈구의 다양성이 급격히 떨어진다는 사실을 발견했습니다. 65세 미만의 성인은 수만 개의 줄기세포가 혈액을 만들어내지만, 70세 이상의 노인은 단 10~20개의 줄기세포가 전체 혈액의 절반 가까이를 생성하게 됩니다. 이러한 특정 줄기세포의 과도한 점유와 다양성 상실이 고령층에서 급격한 노화가 진행되는 결정적인 이유로 지목되고 있습니다. 줄기세포는 우리 몸의 인체 조직 전반에 분포하며 세포의 재생과 분화를 가능하게 하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 상처가 났을 때 피부가 스스로 회복되는 것도 모두 줄기세포 덕분입니다. 흥미로운 점은 도마뱀이나 플라나리아 같은 생물은 몸의 15~20%가 줄기세포로 구성되어 있어 놀라운 재생 능력을 보여주지만, 인간은 단 1% 내외의 줄기세포만을 보유하고 있다는 사실입니다. 나이가 들수록 이 줄기세포의 수마저 줄어들기 때문에 상처 회복 속도가 더뎌지고 신체의 전반적인 재생 능력이 약화되는 결과를 초래합니다. 현대 과학은 이제 노화를 자연스러운 현상이 아닌 치료 가능한 질병으로 바라보기 시작했습니다. 2018년 세계보건기구는 노화에 질병 코드를 부여하며 의학적 개입의 가능성을 열어두었습니다. 대표적인 치료 기술로는 유도만능줄기세포가 꼽힙니다. 이는 성숙한 피부세포 등에 특정 유전자를 주입하여 배아줄기세포와 같은 만능 분화 능력을 갖추게 하는 혁신적인 기술입니다. 이를 통해 손상된 뇌세포를 회복시켜 치매를 치료하는 등 노화로 인한 퇴행성 질환을 극복하려는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있습니다. 노화의 원인은 줄기세포 외에도 유전적, 환경적 요인이 복합적으로 작용합니다. 세포 분열 시 염색체 말단이 짧아지는 텔로미어 현상은 노화의 시계라고 불리며, 복제양 돌리가 일찍 죽음을 맞이한 원인으로도 잘 알려져 있습니다. 또한 체내 활성산소의 축적, 유전체의 불안정성, 미토콘드리아 DNA의 돌연변이 등도 세포의 노화를 가속화하는 주범입니다. 비록 노화를 완전히 멈출 수는 없지만, 이러한 과학적 기전들을 하나씩 밝혀냄으로써 인류는 건강한 젊음을 더 오래 유지할 수 있는 새로운 길을 개척해 나가고 있습니다.

국립과천과학관요즘과학👏

생명과학

[술술과학] 꽃의 성생활 (1)💐🌼_ EP.14(식물의 관점#7)

꽃은 단순히 아름다운 장식물이 아니라 식물의 엄연한 생식 기관입니다. 우리가 흔히 떠올리는 꽃은 꽃잎과 꽃받침, 암술과 수술을 갖춘 형태지만, 식물의 세계에서 꽃의 정의는 훨씬 넓습니다. 속씨식물의 생식기관을 넘어 소나무나 은행나무 같은 겉씨식물, 심지어 이끼의 포자체까지도 넓은 의미에서는 꽃의 범주에 포함되기도 합니다. 이처럼 다양한 형태를 지닌 꽃은 종족 번식이라는 본연의 임무를 수행하기 위해 각기 다른 모습으로 진화해 왔으며, 그 속에는 생존을 위한 치밀한 설계가 숨어 있습니다. 식물은 유전적 다양성을 확보하기 위해 자가수분을 피하려는 경향이 있습니다. 이를 위해 한 나무에 암꽃과 수꽃이 따로 피는 암수한그루 방식이나, 아예 나무 자체가 암수로 나뉘는 암수딴그루 방식을 채택하기도 합니다. 소나무나 호박은 전자에 해당하며, 은행나무나 버드나무는 후자의 대표적인 예입니다. 이러한 전략은 근친교배로 인한 열성 유전자의 발현을 막고, 변화하는 환경 속에서 종의 생존 확률을 높이는 중요한 생존 지혜라고 할 수 있습니다. 이는 인간 사회가 근친혼을 금기시하는 것과도 일맥상통하는 자연의 섭리입니다. 움직이지 못하는 식물은 번식을 위해 바람이나 동물의 힘을 빌립니다. 특히 곤충이나 새를 유혹하기 위해 화려한 꽃잎과 향기를 발달시켰습니다. 하지만 한 꽃 안에 암술과 수술이 함께 있는 양성화의 경우, 의도치 않은 자가수분이 일어날 위험이 큽니다. 이를 방지하기 위해 식물은 암술의 길이를 수술보다 길게 만들거나, 자신의 꽃가루가 묻으면 화학 물질로 무력화시키는 '자가불화합성'이라는 놀라운 능력을 발휘합니다. 이러한 정교한 시스템을 통해 식물은 이동의 한계를 극복하고 건강한 후손을 남기기 위한 최적의 경로를 찾아냅니다. 아마존의 빅토리아 수련은 기상천외한 성전환 전략을 구사합니다. 첫날 밤에는 암꽃으로 피어 곤충을 가두었다가, 이튿날 수꽃으로 변해 꽃가루를 묻혀 내보내는 방식입니다. 흥미롭게도 이 식물의 거대한 잎과 반복적인 구조는 현대 건축에도 영감을 주었습니다. 영국의 수정궁을 설계한 조셉 팩스턴은 식물의 모듈 구조에서 힌트를 얻어 대형 건축물을 효율적으로 지었습니다. 이는 자연의 설계가 인간의 기술적 한계를 극복하는 데 얼마나 큰 도움을 주는지 보여주는 사례이며, 식물의 구조가 지닌 공학적 완결성을 증명하는 대목이기도 합니다. 개나리나 앵초 역시 암술과 수술의 길이를 조절한 두 종류의 꽃을 만들어 자가수분을 철저히 차단합니다. 우리가 무심코 지나치는 길가의 꽃들 속에는 이토록 치열하고도 정교한 생존의 드라마가 숨겨져 있습니다. 영화 '콘택트'에서 우주의 경이로움에 말을 잇지 못했던 주인공의 감동은, 어쩌면 우리 곁의 식물 세계를 깊이 들여다볼 때도 동일하게 느낄 수 있는 것입니다. 자연의 상상력으로 빚어낸 꽃은 그 자체로 설명이 필요 없는 한 편의 아름다운 시와 같으며, 익숙함에 가려진 경외감을 다시금 일깨워 줍니다.

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[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

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

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

이호정

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[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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[술술과학] 최초로 땅을 밟은 식물은?🌎🌿_식물 EP.04 (식물의 관점#3)

우리가 일상에서 마주하는 식물들의 독특한 외형은 사실 생존을 위한 치열한 설계의 결과입니다. 만약 외계인이 지구의 식물을 관찰한다면, 그들이 가장 먼저 깨달을 사실은 식물에게 빛과 물이 절대적으로 중요하다는 점일 것입니다. 대부분의 식물이 하늘을 향해 똑바로 서서 잎을 넓게 펼치고 있는 이유는 태양 에너지를 효율적으로 흡수하기 위한 일종의 태양 전지판 역할을 수행하기 위해서입니다. 또한, 땅속 깊이 뻗은 뿌리와 줄기 내부의 정교한 수송 시스템은 물을 확보하고 운반하기 위한 필수적인 장치입니다. 이처럼 식물의 모든 구조는 움직이지 않고도 에너지를 얻고 생명을 유지하기 위한 최적의 효율성을 갖추고 있습니다. 생명체가 육상으로 진출한 것은 약 5억 년 전으로, 대기 중에 산소가 축적되어 오존층이 형성된 이후에야 비로소 가능해졌습니다. 태양의 강한 자외선을 막아줄 보호막이 생기자 식물들은 습한 물가를 떠나 황무지였던 땅 위로 발을 내디뎠습니다. 이때 가장 큰 과제는 수분 유지였습니다. 식물은 체내 수분 증발을 막기 위해 세포벽에 큐티클 층을 형성했고, 이끼류를 거쳐 양치식물에 이르러서는 물과 양분을 운반하는 관다발이라는 혁신적인 시스템을 구축했습니다. 이러한 관다발의 등장은 식물이 중력을 거슬러 더 높이 자라고, 잎과 뿌리를 유기적으로 연결하여 대지와 하늘의 물질을 순환시키는 토대가 되었습니다. 초기 육상 식물은 오늘날과 같은 잎이 없었기에 주로 줄기를 통해 광합성을 수행했습니다. 하지만 더 많은 빛을 갈구하는 과정에서 식물의 구조는 혁신적으로 변화했습니다. 처음에는 줄기에서 돋아난 아주 작은 돌기 형태의 소엽이 나타났고, 시간이 흐르며 이것이 점차 넓고 복잡한 형태의 진정엽으로 발전했습니다. 양치식물 단계에 이르러 식물은 비로소 진정한 의미의 진정엽을 갖게 되었으며, 이는 태양 전지판의 면적을 극대화하여 에너지 효율을 높인 것과 같습니다. 오늘날 우리가 보는 거대한 연잎이나 수련의 잎들은 빛을 향한 식물의 오랜 열망이 만들어낸 진화의 정점이라고 할 수 있습니다. 육상 진출은 식물의 번식 방식에도 거대한 변화를 불러왔습니다. 물속에서는 정자가 자유롭게 헤엄쳐 수정이 가능했지만, 건조한 육지에서는 수정란을 보호할 새로운 전략이 필요했습니다. 이에 식물은 어미 몸의 일부가 난자를 보호막처럼 감싸는 '배'를 형성하기 시작했습니다. 이러한 특징 때문에 육상 식물을 '유배 식물'이라고도 부르며, 이는 인간이 자궁 속에서 태아를 보호하는 것과 유사한 생존 전략입니다. 비록 초기 식물의 배는 얇은 막에 불과했지만, 외부의 열악한 환경으로부터 어린 개체를 안전하게 보호함으로써 식물이 물가에서 벗어나 더 넓은 대륙으로 퍼져 나갈 수 있는 결정적인 계기가 되었습니다. 식물은 배와 더불어 '포자'라는 독특한 생식 세포를 통해 육상 환경에 완벽히 적응했습니다. 포자는 두껍고 튼튼한 세포벽을 가지고 있어 극한의 환경에서도 생명 활동을 멈춘 채 수백 년간 휴면 상태로 버틸 수 있는 놀라운 생명력을 자랑합니다. 식물은 포자체와 배우체 세대를 교대로 거치는 복잡한 세대 교대 과정을 통해, 물이 부족한 상황에서도 때를 기다리며 번식을 이어가는 전략을 취했습니다. 이끼류나 양치식물 같은 식물들이 오늘날까지 번성할 수 있었던 비결은 바로 이러한 인내의 전략에 있습니다. 보잘것없어 보이는 작은 이끼류조차도 사실은 척박한 땅을 개척해낸 위대한 생존의 역사를 간직한 주인공들입니다.

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[인터뷰] 김기중_인간처럼 개성이 뚜렷한 나무들!?! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라본 식물은 단순한 생명체 이상의 의미를 지닙니다. 아프리카의 척박한 환경에서 살아가는 바오밥나무를 관찰하다 보면, 나무마다 각기 다른 개성이 뚜렷하다는 사실을 깨닫게 됩니다. 이는 마치 인간이 저마다 다른 성격과 특징을 가진 것과 같습니다. 생텍쥐페리의 소설 속 바오밥나무가 우리에게 친숙한 것처럼, 식물은 우리 곁에서 고유한 생명력을 뽐내며 존재합니다. 식물을 깊이 이해하려는 노력은 결국 우리 인간의 지적 탐구 영역을 넓히는 과정이며, 알면 알수록 더 많은 궁금증을 자아내는 식물만의 독특한 매력에 빠져들게 합니다. 식물의 진화 과정에서 나타나는 변화는 인류의 기술 혁신과 닮아 있습니다. 라이트 형제의 초기 비행기가 오늘날의 거대한 항공기로 발전했듯, 식물 역시 작은 변화의 시도를 통해 거대한 진화의 물줄기를 만들어냈습니다. 특히 이동성이 없는 식물은 기후 변화에 매우 민감하게 반응하며 생존을 위한 혁신을 거듭합니다. 최근 한반도 남쪽의 식물들이 북상하거나 난대성 식물이 내륙에서 발견되는 현상은 기후 변화에 적응하려는 식물들의 치열한 노력을 보여줍니다. 이러한 적응 과정은 식물이 지구상에서 번성할 수 있었던 핵심적인 이유이자 진화의 원동력이 됩니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 식물 세포의 탄생은 매우 흥미로운 과정을 거쳤음을 알 수 있습니다. 초기 지구 환경에서 초기 진핵 세포에 세균이 들어와 미토콘드리아가 형성된 동물성 세포가 먼저 등장했고, 이후 광합성을 하는 남세균이 공생하며 식물성 세포가 만들어졌습니다. 이는 식물이 에너지를 스스로 생산하기 이전에 이미 환경 속의 유기물을 이용하는 생명체들이 존재했음을 시사합니다. 이러한 세포 수준의 공생과 변화는 식물이 광합성이라는 강력한 생존 전략을 갖추게 된 결정적인 계기가 되었으며, 복잡한 생태계의 기초를 닦는 중요한 전환점이 되었습니다. 식물이 물속에서 육지로 진화하기 이전부터 이미 암수의 구분이 존재했다는 사실은 놀랍습니다. 조류 조상에서 시작된 이러한 생식 과정은 육상으로 이동하며 더욱 정교해졌습니다. 또한, 단세포에서 군체를 이루고 다세포 생물로 진화하는 과정에서 식물은 세포 간의 네트워크를 형성하며 구조적 완성을 이루었습니다. 특히 세균으로부터 전수받은 능력을 바탕으로 만들어진 세포벽은 식물 진화의 신의 한 수였습니다. 셀룰로스로 이루어진 세포벽은 외부 환경으로부터 세포를 보호하고 삼투압에 저항하며 식물이 육상 환경에 성공적으로 안착할 수 있도록 도왔습니다. 현재 지구상에는 약 40만 종의 육상 식물이 존재하며, 이들의 역사는 끊임없는 혁신과 적응의 연속이었습니다. 아널드 토인비가 인류 역사를 '도전과 응전'으로 정의했듯이, 식물의 6억 년 진화사 역시 새로운 환경에 대한 도전과 그에 따른 혁신적인 응전의 기록입니다. 끊임없이 새로운 기술을 개발해 생존하는 기업처럼, 식물 또한 변화하는 지구 환경에 맞춰 자신을 혁신해온 종만이 번성할 수 있었습니다. 식물의 진화 역사를 혁신과 적응의 관점에서 바라보는 것은 생명의 신비를 이해하는 동시에, 우리 삶과 사회가 나아가야 할 방향에 대해서도 깊은 통찰을 제공합니다.

김기중

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[과학관 Life] 왕사슴벌레

사슴벌레 중에서도 가장 수명이 길고 멋진 외형을 자랑하는 왕사슴벌레는 곤충 애호가들에게 인기가 많습니다. 곤충의 기본 구조인 머리, 가슴, 배를 이해하며 클레이로 그 형태를 재현해 볼 수 있습니다. 먼저 검은색 클레이를 둥글게 빚은 뒤 손으로 눌러 머리 모양을 잡습니다. 눈은 검은색 바탕에 흰색을 더해 생동감을 주며, 실제 곤충의 특징을 세밀하게 관찰하는 과정은 생물학적 호기심을 자극하기에 충분합니다. 왕사슴벌레의 가장 큰 매력은 왕관을 닮은 큰 턱입니다. 두 개의 물방울 모양을 만들어 머리 앞에 고정하고, 안쪽을 정교하게 다듬어 날카로운 돌기를 표현하면 위엄 있는 모습이 완성됩니다. 머리 윗부분에는 더듬이를 만들어 붙이는데, 이는 단순한 장식이 아닙니다. 더듬이는 주변 환경의 변화를 감지하여 생존에 필요한 여러 정보를 수집하는 아주 중요한 감각 기관의 역할을 수행하기 때문입니다. 곤충의 입 구조는 먹이 섭취 방식에 따라 다양하게 발달해 있습니다. 왕사슴벌레는 주로 나무에서 나오는 수액을 먹고 사는데, 입 부분의 특수한 구조가 먹이를 효율적으로 섭취할 수 있게 도와줍니다. 이는 모세관 현상의 원리를 이용한 것입니다. 클레이로 입 모양을 빚으며 이러한 생존 전략을 떠올려 본다면, 자연의 신비로운 메커니즘을 더욱 깊이 있게 이해하고 탐구할 수 있는 소중한 계기가 됩니다. 가슴과 배 부분은 곤충의 이동을 담당하는 핵심 부위입니다. 가슴은 넓적한 형태로 만들고, 그 아래로 마디가 나뉜 배와 딱딱한 딱지날개를 표현합니다. 곤충의 다리는 총 6개이며 모두 가슴 부위에 연결되어 있다는 점에 유의해야 합니다. 다리 마디를 정교하게 나누어 만들고, 앞다리는 나무에 잘 매달릴 수 있는 방향으로 배치하면 숲속에서 살아가는 왕사슴벌레의 역동적인 자세를 실감 나게 재현할 수 있습니다. 왕사슴벌레는 성충이 된 이후에도 자연에서 오랜 시간 살아가는 강인한 생명력을 지니고 있습니다. 특히 암컷은 딱지날개에 선명한 세로줄 무늬가 있어 수컷과 구별되는 독특한 외형적 특징을 보여줍니다. 추운 계절을 견디고 따뜻한 봄이 찾아와 숲의 생명력이 깨어날 때, 우리가 만든 모형처럼 멋진 곤충들이 숲속을 활기차게 누비는 모습을 상상해 봅니다. 자연과 교감하는 시간은 생명의 소중함을 느끼게 해줍니다.

국립과천과학관곤충 Life🐝

생명과학

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

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

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[술술과학] 동물은 식물에서 진화하지 않았다?🌼🐘_식물 EP.02 (식물의 관점#2)

식물과 동물을 구분하는 기준은 시대에 따라 변화해 왔습니다. 과거 아리스토텔레스는 움직임의 유무를 기준으로 삼아 '심겨 있는 것'과 '움직이는 것'으로 생물을 분류했습니다. 하지만 현대 과학의 관점에서 식물을 정의하는 것은 훨씬 복잡한 문제입니다. 광합성 능력, 세포벽의 존재, 다세포성, 그리고 육상 거주라는 네 가지 핵심 키워드를 어떻게 조합하느냐에 따라 식물의 기원은 35억 년 전부터 5억 년 전까지 수십억 년의 편차를 보이기 때문입니다. 결국 식물의 본질을 이해하기 위해서는 그들이 수행하는 가장 중요한 생화학적 과정인 광합성에 주목할 필요가 있습니다. 광합성은 태양의 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물이라는 화학적으로 매우 안정적인 물질을 포도당과 산소로 전환하는 기적 같은 과정입니다. 이 놀라운 기술을 처음으로 선보인 존재는 가장 단순한 생명체인 남세균이었습니다. 이들은 오늘날 녹조 현상을 일으키는 주범으로 오해받기도 하지만, 실제로는 지구 대기의 화학적 조성을 완전히 바꾸어 놓은 위대한 개척자들입니다. 화학적으로는 폐기물이나 다름없던 물질들을 생명의 에너지원으로 탈바꿈시킨 이들의 등장은 지구 생태계가 형성되는 데 있어 가장 결정적인 사건 중 하나로 평가받습니다. 식물이 광합성을 통해 산소를 배출하기 시작하자, 생명체들은 이 강력한 반응성을 지닌 산소에 적응하며 호기성 세균이라는 새로운 존재를 탄생시켰습니다. 호흡은 광합성 과정을 정확히 뒤집은 역과정으로, 산소를 이용해 양분을 태워 무산소 호흡보다 20배나 높은 효율로 에너지를 얻어냅니다. 이는 식물과 동물이 서로의 생성물을 원료로 사용하는 완벽한 콤비 플레이를 가능하게 했습니다. 태양이라는 무한한 에너지원을 연료로 삼아 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 이 순환 시스템은 지구상의 생명체가 영속할 수 있는 거대한 에너지 장치이자 일종의 영구 기관을 만들어낸 셈입니다. 생명 진화의 제3차 혁명은 세포 내 공생을 통한 진핵생물의 등장입니다. 약 15억 년 전, 호기성 세균이 다른 세포 속으로 들어가 미토콘드리아가 되었고, 이후 남세균이 합류하여 엽록체로 진화했습니다. 이들은 각각 에너지 공장과 광합성 공장의 역할을 맡아 세포의 복잡성을 비약적으로 높였습니다. 흥미로운 점은 세포 내 공생 순서상 미토콘드리아의 정착이 엽록체보다 먼저 일어났다는 사실입니다. 이는 세포 수준에서 볼 때, 식물 세포의 조상이 동물 세포의 조상보다 나중에 출현한, 보다 복잡하고 진화된 형태일 수 있음을 시사하는 흥미로운 대목입니다. 결국 식물과 동물 중 무엇이 먼저인가라는 질문에 대한 답은 우리가 식물을 어떻게 정의하느냐에 따라 달라집니다. 광합성을 하는 생명체를 기준으로 하면 식물이 앞서지만, 세포 내 공생 순서를 따지면 식물 세포가 더 늦게 완성되었기 때문입니다. 그러나 분명한 사실은 식물이 지구 생태계의 실질적인 주인이라는 점입니다. 동물은 식물이 생산한 자원 없이는 단 한 순간도 존재할 수 없지만, 식물은 스스로 에너지를 만들어내며 생명의 근간을 유지합니다. 경계가 흐릿한 진화의 역사 속에서도 식물은 생명이라는 거대한 메커니즘을 실질적으로 장악하고 지탱하는 핵심 축입니다.

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생명과학

[명강리뷰] 뇌 커넥톰, 마음을 볼 수 있을까? by이준호 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 3강

뇌는 수많은 신경세포가 거대한 네트워크를 형성하고 있는 장기입니다. 단순히 세포들이 쌓여 있는 것이 아니라 서로 긴밀하게 소통하며 정보를 주고받는다는 점이 특징입니다. 이러한 신경세포 연결의 총합을 '커넥톰'이라고 부르며, 이는 유전자의 총합인 게놈처럼 뇌가 수행하는 모든 기능의 설계도와 같습니다. 이 정교한 연결망을 분석하는 것은 생명체의 마음과 행동이 어떻게 형성되는지 밝혀내는 핵심적인 과정이며, 뇌과학 연구의 궁극적인 지향점이기도 합니다. 현대 과학은 MRI 기술을 활용해 뇌의 활동을 시각화하고, 사람이 무엇을 보고 생각하는지 유추하는 단계에 이르렀습니다. 특정 사물을 볼 때 활성화되는 뇌의 영역을 기록하여 일종의 '뇌 신호 사전'을 만드는 방식입니다. 비록 아직은 재구성된 영상이 다소 흐릿하고 완벽하지 않지만, 기술의 발전 속도는 놀랍습니다. 머지않은 미래에는 뇌의 신호만으로도 타인의 마음을 읽거나 시각적 경험을 공유하는 것이 가능해질 것이라는 기대를 모으고 있습니다. 인간 뇌의 1,000억 개에 달하는 신경세포를 모두 분석하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그래서 과학자들은 훨씬 단순한 구조를 가진 '예쁜꼬마선충'에 주목합니다. 이 생물은 몸길이가 1mm에 불과하며, 전체 세포 수가 1,000개도 되지 않습니다. 그중 신경세포는 단 302개뿐이지만, 먹이를 찾고 짝짓기를 하는 등 생존에 필요한 고도의 행동을 모두 수행합니다. 단순한 시스템을 통해 복잡한 뇌의 기본 원리를 파악하려는 전략적인 접근인 셈입니다. 1960년대부터 시작된 예쁜꼬마선충 연구는 20여 년의 노력 끝에 302개 신경세포의 연결망을 완전히 규명해냈습니다. 1mm의 선충을 아주 얇게 잘라 전자현미경으로 촬영하고, 수만 장의 사진을 이어 붙여 신경세포 하나하나의 위치와 연결 상태를 파악한 것입니다. 이를 통해 약 8,000개의 시냅스로 이루어진 세계 최초의 커넥톰 지도가 완성되었습니다. 비록 아주 작은 벌레의 뇌일지라도, 그 속에 담긴 정교한 연결 구조는 생명체의 마음이 어떻게 형성되는지 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 하지만 현재의 커넥톰 지도는 물리적으로 연결된 '유선' 통신망에 집중되어 있다는 한계가 있습니다. 실제 뇌 안에서는 신경전달물질이 멀리 퍼져 나가며 정보를 전달하는 '무선' 통신도 활발하게 일어납니다. 보이지 않는 이 무선 연결망까지 모두 이해해야만 진정한 의미의 뇌 지도를 완성했다고 할 수 있습니다. 단순한 벌레의 마음에서 시작된 탐구는 이제 더 넓은 영역으로 확장되고 있으며, 이러한 도전은 인간 존재의 근원인 뇌의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

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[인터뷰] 유주연_바이러스와의 공존, 어느날 일어나보니...? | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학자의 길을 걷다 보면 자연스레 '까칠하고 깐깐하다'는 평을 듣게 되곤 합니다. 이는 직업병이라기보다 사실에 기반한 사고를 지향하는 과학적 태도에서 비롯된 결과입니다. 주관적인 추정이나 근거 없는 가정을 철저히 경계하고, 오직 명확한 증거(Evidence)에 기반하여 의견을 개진하는 것이 연구의 기본이기 때문입니다. 이러한 비논리적인 행위를 피하려는 노력은 일상생활에도 영향을 미치지만, 결국 이는 현상을 왜곡 없이 바라보려는 과학자만의 정직한 시선이라고 할 수 있습니다. 스스로를 끊임없이 경계하며 질문을 던지는 태도야말로 진실에 다가가는 첫걸음이 됩니다. 처음부터 과학자를 꿈꿨던 것은 아니었습니다. 본래 질병을 고치는 의사가 되고 싶었으나, 우연한 기회에 접한 유전학 수업이 인생의 전환점이 되었습니다. 특히 '선천성 대사 이상'이라는 책과 겸상 적혈구 빈혈증에 대한 사례를 접하며 큰 전율을 느꼈습니다. 단순히 병을 치료하는 행위를 넘어, 특정 단백질의 아미노산 변이가 어떻게 질병으로 이어지는지 그 근원적인 기전을 이해하고 싶다는 강렬한 열망이 생겨난 것입니다. 병이 왜 생기는지를 탐구하는 과정에서 찾은 깨달음은 지금까지 연구의 길을 걷게 하는 가장 강력한 동력이 되었습니다. 연구라는 긴 여정에서 '희열'의 순간은 아주 간헐적으로 찾아옵니다. 그 짧은 찰나를 위해 연구자는 기나긴 인고의 시간을 열정으로 버텨내야 합니다. 하지만 열정은 가만히 둔다고 유지되는 것이 아니라, 마치 식물처럼 정성껏 물을 주고 가꾸어야 하는 대상입니다. 특히 정신력은 체력 상태와 밀접하게 연결되어 있습니다. 체력이 뒷받침되지 않으면 열정은 금방 시들기 마련이기에, 규칙적인 운동을 통해 최상의 몸 상태를 유지하는 것은 연구의 연장선이자 필수적인 과정입니다. 건강한 신체는 곧 창의적인 연구를 지속할 수 있는 든든한 버팀목이 됩니다. 복잡한 연구 데이터 속에서 길을 잃었을 때, 해답은 의외로 단순함에 있었습니다. '생각의 탄생'이라는 책을 통해 깨달은 것은, 핵심 아이디어를 찾기 위해 불필요한 것들을 과감히 버려야 한다는 점이었습니다. 모든 데이터를 끌어안고 이해하려 하기보다, 생명 현상의 본질을 흐리는 군더더기를 솎아내는 작업이 선행되어야 합니다. "버릴 것이 무엇인지 찾아야 한다"는 가르침은 연구실의 중요한 철학이 되었고, 이는 복잡한 현상을 명료한 법칙으로 설명해 내는 과학적 통찰력의 핵심이 되었습니다. 비우는 과정을 통해 비로소 현상의 진정한 의미가 보이기 시작합니다. 현재 우리는 바이러스와 함께 살아가는 시대를 지나고 있습니다. 바이러스의 변이는 두려움의 대상이 아니라, 생존을 위한 자연스러운 변화의 과정입니다. mRNA 백신은 우리 몸이 바이러스를 기억하고 빠르게 대응할 수 있도록 돕는 정교한 기술의 산물입니다. 궁극적으로 바이러스는 인간과 공존할 수 있는 평화로운 방향으로 진화해 나갈 것입니다. 마치 소설 '안드로메다 스트레인'의 결말처럼, 치명적이었던 존재가 어느 순간 우리와 공존 가능한 형태로 변모하기를 기대합니다. 연구의 즐거움을 잃지 않고 이 신비로운 생명 현상을 탐구하는 여정은 앞으로도 계속될 것입니다.

유주연

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 최희정_ 구조세포생물학을 하고 싶어요! | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학은 끊임없이 미지의 영역에 대한 화두를 던지며 탐구의 가치를 증명하는 매력적인 분야입니다. 명확한 답을 주는 수학과 화학에 매료되었던 어린 시절의 열정은 고등학교 시절 화학 선생님의 영향으로 더욱 깊어졌습니다. 이러한 화학적 원리원칙에 대한 이해는 훗날 생물학적 현상을 탐구하는 든든한 밑바탕이 되었으며, 결국 단백질의 생김새와 기능을 연구하는 구조생물학자의 길로 이끌었습니다. 자신이 진정으로 즐길 수 있는 일을 찾는 것이야말로 과학자로서의 길을 꾸준히 걷게 하는 가장 큰 원동력이 됩니다. 구조생물학의 핵심은 '구조가 기능을 설명한다'는 원리에 있습니다. 이는 마치 나사를 조이는 드라이버와 볼트를 돌리는 스패너의 모양이 서로 다른 이유와 같습니다. 단백질 역시 특정한 3차원 구조를 형성함으로써 생체 내에서 고유한 역할을 수행합니다. 단백질을 구성하는 아미노산들은 화학 물질이기에, 이들 사이의 상호작용을 이해하는 데 있어 화학적 지식은 필수적입니다. 세포막 단백질이 외부 신호를 어떻게 받아들여 내부로 전달하는지 그 작용 기전을 밝히는 것은 생명 현상을 이해하는 첫걸음이 됩니다. 최근 구조생물학 분야는 인공지능 기술의 도입으로 획기적인 변화를 맞이하고 있습니다. 과거에는 단백질 구조 하나를 규명하는 데 막대한 시간과 노력이 필요했지만, 이제는 알파폴드2와 같은 프로그램을 통해 아미노산 서열만으로도 상당히 정확한 구조 예측이 가능해졌습니다. 하지만 거대 복합체의 형태나 미세한 화학 분자와의 결합을 예측하는 데는 여전히 한계가 존재합니다. 따라서 예측 프로그램은 연구를 대체하는 것이 아니라, 오히려 구조 정보를 효율적으로 활용하여 단백질의 기능을 더욱 깊이 있게 연구할 수 있도록 돕는 강력한 도구가 됩니다. 생명이란 무엇인가에 대한 정의는 관점에 따라 다양하게 해석될 수 있습니다. 물리학자 슈뢰딩거는 무질서 속에서 질서를 찾아가는 엔트로피 감소의 과정을 생명으로 보았으나, 생물학적으로는 유전 물질을 통한 증식과 대사 활동, 환경에 반응하며 진화하는 능력을 중시합니다. 이러한 기준에서 볼 때, 스스로 생존하지 못하고 숙주에 기생하는 바이러스는 생명체와 생명 물질 사이의 경계에 놓여 있습니다. 하지만 최근 거대 바이러스의 발견처럼 새로운 과학적 사실들이 밝혀짐에 따라 생명에 대한 우리의 정의와 기준도 끊임없이 변화하고 확장될 것입니다. 앞으로의 연구는 개별 단백질의 구조를 넘어, 복잡한 세포 시스템 안에서 일어나는 역동적인 상호작용을 직접 관찰하는 방향으로 나아가고 있습니다. 이를 '인사이투(In situ) 구조생물학'이라 부르는데, 이는 조각조각 떨어진 정보들을 세포라는 전체 맥락 속에서 하나로 짜 맞추는 작업입니다. 바이러스가 수용체와 결합하여 세포 내부로 침투하는 과정이나 단백질 간의 결합 시간을 실시간으로 확인하는 기술은 생명 현상을 더욱 입체적으로 이해하게 해줄 것입니다. 이러한 도전은 우리가 세포 안에서 일어나는 일들을 더욱 빠르고 정확하게 파악하는 시대를 열어줄 것입니다.

최희정

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생명과학

[연구뭐하지] 강호정 교수_연세대학교 '생태공학연구실' | 미생물과 기후변화의 관계..?! 다양한 사람들이 다양한 미생물을 연구하는 곳

연세대학교 생태공학연구실은 기후 변화로 인해 급격히 변화하는 전 지구적 생태계를 연구하며, 이러한 변화가 생태계에 어떤 생물학적 피드백을 주는지 탐구하는 것을 핵심 목표로 삼고 있습니다. 연구원들은 각자 숲, 습지, 북극, 도시 생태계 등 서로 다른 환경을 대상으로 연구를 수행하며, 개별적인 연구 결과들을 하나로 합쳐 전 지구적 탄소 순환이 어떻게 변화하고 있는지 파악합니다. 기후 위기의 시대에 탄소의 흐름을 정확히 이해하는 것은 환경 변화에 대응할 수 있는 과학적 근거를 마련하는 매우 중요한 과정이라고 할 수 있습니다. 연구실의 주요 관심사 중 하나는 이산화탄소보다 강력한 온실효과를 일으키는 메탄입니다. 산림 토양이 메탄을 흡수하는 능력을 실측하고 추정하는 연구를 통해 전 지구적 산림의 역할을 규명하는 데 집중하고 있습니다. 또한, 갯벌에 침입 식물이 유입되었을 때 발생하는 메탄의 양을 측정하거나, 도시 공원의 미생물 분포가 지역별로 어떻게 다른지 분석하는 등 우리 주변의 다양한 생태계를 면밀히 조사합니다. 이러한 현장 중심의 연구는 기후 변화의 메커니즘을 구체적으로 이해하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 데이터를 제공합니다. 지구상에는 우주의 별보다 많은 수의 미생물이 존재하며, 이들은 이산화탄소와 메탄 같은 온실가스를 생성하거나 제거하는 결정적인 역할을 수행합니다. 연구실은 북극의 영구동토층이 녹을 때 발생하는 기체의 변화를 예측하기 위해 알래스카와 노르웨이 등지에서 직접 샘플을 채취하고 실험을 수행합니다. 또한 '블루 카본'의 거대한 저장소인 맹그로브 숲과 습지의 탄소 저장 안정성을 연구하며, 미생물의 활성을 조절하여 기후 변화를 억제할 수 있는 해답을 찾고 있습니다. 이는 인류의 생존과 직결된 생태학적 과제를 해결하는 과정입니다. 이곳은 '다양성을 엮는 곳'이라는 철학 아래, 환경공학뿐만 아니라 생물학, 화학, 사회학 등 다양한 학문적 배경을 가진 인재들이 모여 협력하고 있습니다. 지금까지 13개국 출신의 연구자들이 거쳐 갔을 정도로 국제적이고 개방적인 연구 환경을 자랑하며, 구성원들의 다양한 경험은 연구의 깊이를 더해줍니다. 연구실 문화 또한 매우 민주적이고 평등하여, 교수와 학생이 격의 없이 소통하며 자유롭게 의견을 나눌 수 있는 분위기가 형성되어 있습니다. 이러한 인적 다양성은 복잡한 생태계 문제를 다각도에서 바라보고 창의적인 해결책을 도출하는 강력한 원동력이 됩니다. 기후 변화와 지구 환경에 깊은 호기심을 가진 많은 학생이 현실적인 불안감으로 인해 꿈을 주저하곤 합니다. 하지만 대학원은 자신의 잠재력을 극대화하고 본래 가졌던 학문적 열정을 실현할 수 있는 소중한 기회의 장입니다. 자신이 즐거움을 느끼고 남다른 강점이 있는 분야를 찾아 끈기 있게 도전한다면, 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 전문가로 성장할 수 있을 것입니다. 생태공학연구실은 앞으로도 전 지구적 생태계의 미생물 반응을 이해하고 기후 변화의 부정적 영향을 줄이기 위한 연구를 지속하며, 미래를 이끌어갈 연구자들과 함께 성장해 나갈 것입니다.

강호정

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

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

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[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.

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[명강리뷰] 뇌: 신비한 세계로의 초대 by 신희섭ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강

뇌의 기원을 이해하려면 진화라는 창을 통해 생명체를 바라봐야 합니다. 단세포 생물은 신경 없이도 생존에 문제가 없지만, 다세포 생물로 진화하며 세포 간 정보 공유가 필수적이 되었습니다. 진화는 생명체가 왜 어떤 것은 뇌가 있고 어떤 것은 없는지, 그리고 복잡한 구조를 갖게 된 원리가 무엇인지 설명해 주는 유일한 도구입니다. 이러한 관점은 살아있는 생명체를 깊이 있게 들여다볼 수 있는 유리창과 같습니다. 초기 신경계는 해파리처럼 전신을 동시에 수축시키기 위한 '동기화' 목적으로 등장했습니다. 이후 편형동물 단계에서 좌우와 앞뒤라는 신체 축이 생기며 이동이 입체적으로 변했고, 이에 따라 복잡해진 정보를 처리할 신경절이 형성되었습니다. 이는 단순한 1차원적 반응이 3차원적 계산으로 진화했음을 의미하며, 이동을 위한 거대한 계산기가 필요해졌음을 시사합니다. 뇌의 핵심 기능이 '이동'에 있다는 사실은 멍게의 생애 주기에서 잘 드러납니다. 헤엄치는 유충 시절에는 올챙이와 비슷한 형태를 띠며 뚜렷한 뇌를 가졌던 멍게가 바위에 붙어 정착 생활을 시작하면 뇌를 스스로 퇴화시켜 없애버립니다. 이는 뇌가 환경 정보를 분석해 최적의 이동을 결정하기 위해 존재하며, 더 이상 이동이 필요 없는 생명체에게는 뇌가 불필요한 자원임을 보여주는 증거입니다. 파충류 단계에 들어서면 대뇌 피질과 감정을 조절하는 편도체가 발달하기 시작합니다. 이때 나타나는 '정동(Emotion)'은 우리가 인지하는 감정과는 다른 생리적 반응으로, 위험 상황에서 즉각적으로 심박수와 혈압을 높여 생존 확률을 극대화합니다. 뇌는 논리적 판단 이전에 몸의 상태를 급격히 변화시킴으로써 개체를 보호하는 역할을 수행하며, 이는 생존을 위한 필수적인 진화적 장치라고 할 수 있습니다. 뇌의 진화는 개체를 이동하게 만드는 강력한 동기인 보상 회로를 탄생시켰습니다. 이러한 보상 회로는 번식과 탐구의 원동력이 되지만, 때로는 통제를 벗어나 중독에 빠지게 하기도 합니다. 또한, 타인의 고통을 자신의 것처럼 느끼는 공감 능력의 발달은 뇌가 단순한 생존 기계를 넘어 사회적 연결을 지향하는 고도의 복잡성을 갖추게 되었음을 증명하며 생명체 간의 깊은 유대를 가능하게 합니다.

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요리의과학1부

과학은 당연하게 여겨지는 현상에 대해 의심하고 질문하는 것에서 시작됩니다. 이러한 과학적 사고의 연장선에서 인간을 다른 영장류와 구분 짓는 가장 결정적인 요소를 꼽으라면 단연 '요리'라고 할 수 있습니다. 요리는 단순히 배를 채우는 행위를 넘어, 식재료를 가열하고 가공하여 영양 섭취의 효율성을 극대화하는 과정입니다. 인류는 요리를 통해 생존의 한계를 극복했으며, 이는 우리가 지금의 지적인 존재로 진화하는 데 가장 핵심적인 발판이 되었습니다. 인류의 조상이 나무 위를 벗어나 땅으로 내려온 사건은 목숨을 건 거대한 모험이었습니다. 약 700만 년 전 침팬지와의 공통 조상에서 갈라진 이후, 인류는 직립 보행이라는 독특한 길을 걷기 시작했습니다. 아르디피테쿠스 라미두스와 같은 초기 인류의 화석을 보면 엄지발가락의 변화가 골반과 등뼈, 나아가 두개골의 구조까지 바꾸어 놓았음을 알 수 있습니다. 이러한 신체적 변화는 인류가 다른 유인원과는 전혀 다른 방향으로 진화하며 거대한 뇌를 가질 수 있는 기초적인 토대를 마련해 주었습니다. 뇌가 커지기 위해서는 이를 지탱할 수 있는 신체 구조가 필수적이었습니다. 인류는 직립 보행을 통해 척추가 두개골의 한가운데를 받쳐주는 '대후두공'의 위치 변화를 겪었습니다. 네 발로 걷는 동물이나 너클 워킹을 하는 유인원과 달리, 인류는 머리의 무게를 효율적으로 분산시킬 수 있게 되면서 뇌의 용량을 비약적으로 키울 수 있었습니다. 이는 단순히 머리가 커진 것이 아니라, 복잡한 사고와 사회적 상호작용을 가능하게 하는 생물학적 혁신이 일어났음을 의미합니다. 인간의 뇌는 몸무게의 2%에 불과하지만, 전체 에너지의 25%를 소비하는 매우 비효율적인 기관입니다. 이처럼 막대한 에너지를 감당하기 위해서는 생식보다 훨씬 효율적인 영양 공급원이 필요했습니다. 요리는 식재료를 부드럽게 만들고 소화 흡수율을 높여줌으로써, 인류가 짧은 시간 안에 많은 에너지를 얻을 수 있게 해주었습니다. 침팬지가 하루의 대부분을 씹는 데 시간을 보내는 것과 달리, 인류는 요리 덕분에 남는 시간을 활용해 도구를 만들고 문명을 발전시킬 수 있었습니다. 불의 사용은 인류 진화의 정점을 찍은 사건이었습니다. 호모 에렉투스는 약 150만 년 전부터 자연적으로 발생한 불을 이용하기 시작했고, 이후 스스로 불을 피우는 기술을 터득하며 지구 전역으로 뻗어 나갔습니다. 불을 통한 가열 조리는 기생충과 박테리아를 제거하여 위생적인 섭취를 가능하게 했으며, 추위와 포식자로부터 인류를 보호하는 역할도 했습니다. 결국 요리하는 인간, 즉 '호모 코쿠엔스'의 등장은 인류가 자연의 지배자로서 거듭나게 된 결정적인 계기가 되었습니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
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[술술과학] 건강과학(2) : 바이러스vs박테리아

바이러스는 생물과 무생물의 경계에 서 있는 아주 독특하고 애매모호한 존재입니다. 유전 물질인 RNA나 DNA를 단백질 껍질인 캡시드가 감싸고 있는 매우 단순한 구조를 가지고 있습니다. 스스로 단백질을 합성하거나 에너지를 만들 수 있는 설비가 전혀 없기에, 다른 생명체의 세포를 빌려야만 자손을 증식할 수 있는 절대 기생체입니다. 마치 컴퓨터 시스템을 해킹하는 칩처럼 세포의 공장을 점거하여 자신을 복제하는 특성을 지니고 있어, 생명 활동의 근간을 흔드는 위험한 존재로 인식되기도 합니다. 박테리아는 하나의 세포로 이루어진 독립적인 생명체입니다. 바이러스보다는 훨씬 복잡한 구조를 갖추고 있으며, 스스로 생명 활동을 유지할 수 있는 다양한 물질을 포함하고 있습니다. 17세기 레이우엔훅에 의해 처음 발견된 박테리아는 그 모양이 작은 막대기를 닮았다고 해서 붙여진 이름입니다. 흔히 박테리아라고 하면 해로운 존재로만 생각하기 쉽지만, 사실 우리 몸의 마이크로바이옴처럼 인체에 유익하거나 해가 없는 미생물이 대다수를 차지하며 생태계의 중요한 축을 담당하고 있습니다. 바이러스와 박테리아는 크기 면에서도 확연한 차이를 보입니다. 박테리아가 바이러스보다 대략 10배에서 100배 정도 더 크며, 이는 인체 세포 하나에 바이러스 천 마리를 일렬로 세울 수 있는 수준입니다. 이러한 미세한 존재들 중에는 인류에게 치명적인 위협이 되는 'A급 병원체'들이 존재합니다. 천연두와 에볼라 바이러스, 그리고 페스트균과 탄저균 같은 박테리아들이 여기에 속합니다. 이들은 역사적으로 엄청난 감염 속도와 높은 치사율을 기록하며 인류 사회에 극심한 공포와 공황 상태를 몰고 온 공통점이 있습니다. 역사상 가장 악명 높은 킬러로는 천연두와 흑사병을 꼽을 수 있습니다. 천연두는 20세기에만 3억 명 이상의 목숨을 앗아갔으며, 14세기 유럽을 휩쓴 흑사병은 당시 세계 인구의 절반 가까이를 감소시킬 정도로 참혹했습니다. 특히 흑사병은 몽골군이 사체를 성 안으로 던져 넣은 최초의 박테리아전에서 비롯되었다는 설이 있을 만큼 그 전파 과정이 극적이었습니다. 천연두는 현재 완전히 박멸되었으나, 흑사병은 여전히 세계 곳곳에서 간헐적으로 발생하며 인류를 위협하는 가공할 살상 능력을 증명하고 있습니다. 모든 미생물이 인류의 적은 아닙니다. 암세포만을 골라 공격하는 바이러스나, 박테리아를 잡아먹는 바이러스인 '박테리오파지'처럼 흥미로운 존재들도 많습니다. 특히 박테리오파지는 항생제 내성을 가진 슈퍼 박테리아를 퇴치할 대안으로 주목받으며 현대 의학의 새로운 희망이 되고 있습니다. 바이러스와 박테리아는 인간의 관점에서는 정복해야 할 대상일지 모르나, 사실 이들은 지구 생명체의 출발선에서 다채로운 생태계를 일궈온 위대한 개척자들입니다. 따라서 우리는 이들을 편견 없이 이해하려는 겸손한 자세가 필요합니다.

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[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.

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[정말 읽었니?#8] 장대익 교수_ '종의 기원', 다윈이 '나는 죽음이 두렵지 않다'고 한 이유

찰스 다윈의 『종의 기원』은 인류 지성사의 뿌리와 같은 존재입니다. 수많은 과학 서적이 존재하지만, 세상을 근본적으로 바꾼 책을 꼽으라면 뉴턴의 『프린키피아』나 코페르니쿠스의 저작과 어깨를 나란히 합니다. 특히 이 책은 38억 년에 달하는 생명의 역사를 과학적으로 이해할 수 있게 해주는 유일한 열쇠입니다. 우리가 어디서 왔고 무엇이며 어디로 가는지에 대한 고전적인 질문에 대해, 다윈은 자연선택이라는 명쾌한 해답을 제시하며 과학의 역사를 그 이전과 이후로 나누는 거대한 분수령을 만들었습니다. 흔히 『종의 기원』을 단순히 종이 변한다는 사실을 처음 주장한 책으로 오해하곤 합니다. 하지만 종의 변화 자체는 다윈 이전에도 많은 학자가 논의하던 주제였습니다. 다윈의 진정한 독창성은 두 가지 핵심 개념에 있습니다. 첫째는 모든 생명이 공통 조상에서 갈라져 나와 나뭇가지처럼 뻗어 나갔다는 '생명의 나무' 개념입니다. 둘째는 이러한 진화가 어떤 메커니즘을 통해 일어나는지를 설명하는 '자연선택' 이론입니다. 이 두 기둥은 현대 생물학을 지탱하는 가장 강력한 이론적 토대가 되었습니다. 과학의 역사에서는 비슷한 시기에 여러 천재가 같은 결론에 도달하는 '동시 발견'이 종종 일어납니다. 다윈과 알프레드 러셀 월리스의 관계가 대표적입니다. 두 사람은 각자 독립적으로 연구했음에도 불구하고, 맬서스의 『인구론』을 읽으며 결정적인 영감을 얻었습니다. 식량은 산술급수적으로 늘지만 인구는 기하급수적으로 증가한다는 맬서스의 통찰을 동식물계 전체로 확장한 것입니다. 이를 통해 생존 투쟁이 자연스럽게 진화의 원동력이 된다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 『종의 기원』을 처음 접하는 독자들은 1장의 방대한 비둘기 이야기에서 좌절하곤 합니다. 하지만 이 고비를 넘겨 3장과 4장에 도달하면 자연선택과 생존 투쟁의 정수를 만날 수 있습니다. 다윈은 자신의 이론이 가진 약점을 숨기지 않는 정직한 과학자였습니다. 6장에서는 스스로 이론의 난점을 고백하며 이를 논리적으로 해결하려 노력합니다. 유전학적 지식이 부족했던 시대적 한계로 5장은 현대 관점에서 오류가 있지만, 전체적인 논리 구조는 여전히 경이로울 만큼 완벽에 가깝습니다. 다윈은 생물이 점진적으로 진화한다면 그 중간 단계의 화석이 발견되어야 한다는 점을 알고 있었습니다. 당시의 불완전한 화석 기록은 그의 이론을 위협하는 가장 큰 난제였습니다. 그러나 지난 150년간 고생물학은 눈부시게 발전했습니다. 물고기와 양서류의 중간 단계인 '틱타알릭'과 같은 결정적인 화석들이 발견되면서 다윈의 가설은 화려하게 증명되었습니다. 비어 있던 고리들이 하나둘 채워지며, 다윈이 가졌던 의구심은 이제 현대 과학의 확고한 증거들로 대체되었습니다. 다윈은 자신의 책이 학자들만의 전유물이 되기를 원하지 않았습니다. 그는 노동자들도 읽을 수 있도록 책값을 낮추고 쉬운 문체로 쓰기 위해 노력한 베스트셀러 작가였습니다. 비록 당시 빅토리아 시대 특유의 만연체 문장 때문에 오늘날 읽기에는 다소 어렵게 느껴질 수 있지만, 그 안에는 대중과 소통하려는 다윈의 열정이 담겨 있습니다. 최근의 번역 작업들은 이러한 다윈의 의도를 살려, 현대인들이 과학적 개념을 정확하게 이해하면서도 유려하게 읽을 수 있도록 돕는 데 집중하고 있습니다. 『종의 기원』을 읽는 것은 자연 세계에 대한 일종의 '문맹' 상태에서 벗어나는 과정과 같습니다. 이 책은 우리 주변의 생명이 왜 그토록 다양하고 정교한 기능을 갖추고 있는지 설명해 주는 최고의 안내서입니다. 다윈의 관점을 통해 세상을 바라보기 시작하면, 길가에 핀 작은 꽃 한 송이조차 이전과는 전혀 다른 경이로움으로 다가옵니다. 인류의 사고방식을 근본적으로 뒤바꾼 이 위대한 고전은, 우리가 자연의 일부로서 지녀야 할 겸손함과 생명에 대한 깊은 경외감을 일깨워 줍니다.

장대익

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[Warning] 2020 Ai X | 2020 가을 카오스강연 'Ai X' 티저

우리가 누군가를 마주하고 타인의 존재를 확인하는 찰나의 순간, 뇌 속에서는 경이로운 연쇄 반응이 일어납니다. 시각 정보가 눈을 통해 들어오면 뇌의 후두엽을 거쳐 방추상 안면 영역이라 불리는 곳으로 전달됩니다. 이곳은 얼굴의 미세한 특징을 분석하여 우리가 아는 사람인지 아닌지를 순식간에 판별해냅니다. 단순한 시각적 자극이 구체적인 존재로 치환되는 이 과정은 현대 과학에서도 여전히 흥미로운 연구 대상 중 하나로 꼽히며, 인간관계의 시작을 알리는 생물학적 신호탄이 됩니다. 인식의 단계가 지나면 뇌는 기억의 저장고인 해마를 뒤져 상대방과 공유했던 과거의 경험과 감정을 불러옵니다. 짧은 감탄사는 단순한 소리가 아니라, 뇌가 방대한 데이터를 처리하며 찾아낸 일치점에 대한 반응입니다. 이 과정에서 도파민이나 옥시토신 같은 신경전달물질이 분비되기도 하며, 이는 상대방에 대한 반가움이나 경계심 같은 정서적 태도를 결정짓습니다. 찰나의 마주침 속에서도 우리의 신경계는 상대방의 존재를 온전히 받아들이기 위해 이토록 복잡하고 정교한 계산을 수행하고 있는 것입니다. 결국 타인을 인지하고 소통을 시작하는 행위는 인간이 사회적 동물로서 생존하기 위해 진화시켜 온 고도의 전략입니다. 서로의 존재를 확인하는 짧은 대화는 고립된 개체들을 연결하고 공동체의 결속력을 다지는 기초가 됩니다. 과학적 관점에서 볼 때, 우리가 타인을 향해 내뱉는 짧은 한마디는 단순한 음성 신호를 넘어선 깊은 유대감의 표현입니다. 이러한 상호작용은 뇌의 사회적 네트워크를 활성화하며, 인간이 타인과 공존하며 살아가는 이유를 명확하게 보여주는 증거라고 할 수 있습니다.

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[연구뭐하지?] 이인아 교수_서울대학교 '학습과 기억 연구실' | 학습과 기억의 세계, 그 너머에 존재하는 것은?

인간은 누구나 자신의 기억 속으로 타임머신을 타고 여행하듯 과거를 회상하곤 합니다. 서울대학교 뇌인지과학과 학습과 기억 연구실은 이러한 인간의 '일화 기억'이 뇌라는 생물학적 조직에서 어떻게 형성되고 인출되는지를 과학적으로 탐구합니다. 우리가 매일 겪는 다양한 경험은 곧 개인의 정체성을 형성하는 근간이 되며, 연구실은 세포 수준의 뇌 활동이 어떻게 우리의 삶과 마음을 구성하는지 그 비밀을 풀기 위해 노력하고 있습니다. 이곳 연구실은 마치 다양한 악기가 모여 하나의 화음을 만들어내는 밴드와 같습니다. 생물학, 뇌인지과학뿐만 아니라 전기공학, 컴퓨터공학, 심리학, 심지어 음악과 스포츠를 전공한 인재들이 모여 각자의 전문성을 발휘합니다. 서로 다른 배경을 가진 연구자들이 협력하여 하나의 연구 주제를 다각도에서 조명하는 융합적 환경은 이 연구실만의 큰 강점입니다. 이러한 다양성은 복잡한 뇌의 신비를 풀어나가는 데 필수적인 창의적 사고의 원천이 됩니다. 연구의 핵심은 기억의 중추로 알려진 해마와 측두엽의 기능을 밝히는 데 있습니다. 연구진은 살아있는 쥐에게 가상현실(VR) 환경을 제공하고, 특정 장소나 상황에 따라 보상을 얻는 기억 과제를 수행하게 합니다. 쥐가 가상현실(VR) 세계에서 문제를 해결하는 동안 뇌세포의 활동을 실시간으로 측정하며, 전기생리학이나 광유전학 기술을 동원해 뇌 영역 간의 상호작용을 분석합니다. 이는 실제 환경과 유사한 실험 설계를 통해 기억의 메커니즘을 정교하게 파악하기 위함입니다. 뇌인지과학 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 생명체를 다루는 막중한 책임감을 동반합니다. 실험에 참여하는 동물을 매일 세심하게 보살피는 것은 기본이며, 연구 과정에서 예상치 못한 다양한 기술적 문제들을 해결해야 합니다. 컴퓨터 코딩부터 회로 설계, 심지어 실험 장비 설치에 이르기까지 폭넓은 실무 능력이 요구됩니다. 따라서 유연한 사고방식을 가지고 새로운 분야를 배우는 과정을 즐길 수 있는 태도가 연구자로서 성장하는 데 매우 중요한 요소로 작용합니다. 뇌인지과학은 생물학적 세포가 어떻게 전기적 신호를 주고받으며 마음과 심리를 만들어내는지 연구하는 학문으로, 전통적인 단일 학문의 경계를 넘어섭니다. 특히 인공지능이나 가상현실(VR) 기술의 발전은 뇌인지과학적 이해 없이는 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다. 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 우리나라도 이 흐름에 발맞춰 빠르게 성장하고 있습니다. 뇌의 신비를 탐구하는 이 분야는 미래 과학을 이끌어갈 청소년들에게 무한한 가능성을 제시합니다.

이인아

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

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

전중환

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[정말 읽었니?#5] 최재천 교수 "손잡지 않고 살아남은 생명은 없다!"

리처드 도킨스의 '이기적 유전자'는 단순한 과학 서적을 넘어 한 사람의 인생관과 세계관을 송두리째 바꿀 수 있는 강력한 힘을 지니고 있습니다. 이 책을 읽기 전과 후의 세상은 결코 같을 수 없으며, 유전자의 관점에서 세상을 바라보는 새로운 렌즈를 얻게 됩니다. 복잡하게 얽혀 있던 세상의 의문들이 유전자의 생존 전략이라는 틀 안에서 가지런히 정리되는 경험은 경이롭기까지 합니다. 이는 단순히 지식을 습득하는 과정을 넘어, 생명의 본질을 꿰뚫어 보는 통찰을 제공하며 세상을 보는 눈을 뜨게 합니다. '이기적'이라는 단어는 종종 오해를 불러일으키지만, 이는 유전자가 의식적인 의도를 가졌다는 뜻이 아닙니다. 도킨스는 유전자의 작용 결과가 이기적인 방식으로 나타난다는 점을 강조했습니다. 만약 그가 책을 다시 쓴다면 '불멸의 유전자'나 '영생의 유전자'라는 제목을 고려했을 만큼, 핵심은 유전자가 세대를 거쳐 자신을 보존하려는 속성에 있습니다. 우리는 이제 유전자가 단독으로 행동하는 것이 아니라, 전체 유전체 안에서 때로는 협력하고 때로는 갈등하며 복잡한 메커니즘을 수행한다는 사실을 잘 알고 있습니다. 유전자는 단순히 단백질을 만드는 정보를 담은 화학 물질에 불과하지만, 그들이 만들어내는 생명체는 환경과의 상호작용 속에서 고유한 존재로 거듭납니다. 일란성 쌍둥이조차 완벽하게 같지 않다는 사실은 생명이 유전자 결정론만으로 설명될 수 없음을 보여줍니다. 유전적 요인만큼이나 생태적 환경과 양육의 과정이 중요하며, 이는 법적·사회적 맥락에서도 '유전적 부모'와 '생태적 부모'를 구분해야 하는 이유가 됩니다. 생명은 유전자라는 설계도와 환경이라는 무대가 함께 만들어내는 장엄한 오케스트라와 같습니다. 윌리엄 해밀턴 교수는 유전자 수준에서의 선택이 어떻게 이타적 행동을 유발하는지 수학적으로 증명했습니다. 개미나 꿀벌 사회에서 일개미가 스스로 번식하지 않고 여왕개미를 돕는 행위는 개체 차원에서는 희생처럼 보이지만, 유전자 관점에서는 자신의 복사본을 더 많이 남기는 효율적인 전략입니다. 이러한 '친족 선택' 이론은 이타주의의 뿌리가 결국 유전자의 이기적 생존 본능에 닿아 있음을 설명합니다. 선택의 단위가 개체가 아닌 유전자라는 통찰은 진화 생물학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 최근 생물학계는 경쟁만큼이나 '협력'의 중요성에 주목하고 있습니다. 자연계에서 발견되는 수많은 공생 관계는 단순히 선의에 의한 것이 아니라, 치열한 생존 경쟁에서 살아남기 위한 고도의 전략입니다. 악어와 악어새의 관계처럼, 경쟁자가 없는 블루오션을 찾아 서로의 필요를 충족시키는 방식은 자연 선택의 결과입니다. 지구상에서 가장 성공한 생명체로 꼽히는 꽃 피는 식물과 곤충의 결합은 서로 손을 잡는 것이야말로 진화의 역사에서 가장 강력한 승리 공식이었음을 증명하는 생생한 사례입니다. 유전적 연관성이 없는 관계에서도 협력은 발생합니다. 로버트 트리버스의 '상호 호혜성 이론'은 우리가 왜 타인을 돕는지에 대한 실마리를 제공합니다. 자주 마주치는 동료를 돕는 행위는 언젠가 나에게 돌아올 도움을 기대하는 본능적 계산이 깔려 있을 수 있습니다. 이는 인간 사회뿐만 아니라 흡혈박쥐와 같은 동물 세계에서도 관찰되는 보편적인 현상입니다. 결국 이타주의는 사회적 관계망 속에서 유전자의 생존 가능성을 높이는 정교한 메커니즘으로 작동하며, 이는 공동체의 결속을 다지는 핵심적인 동력이 됩니다. 인류는 이제 '현명한 인간'이라는 자만에서 벗어나 다른 생명체와 공존하는 '호모 심비우스(Homo Symbious)'로 거듭나야 합니다. 기후 위기와 팬데믹 같은 전 지구적 과제는 더 이상 경쟁만으로는 해결할 수 없으며, 지구라는 생태계를 공유하는 모든 존재와의 연대가 필수적입니다. 자연은 결코 홀로 살아남은 자들의 무대가 아니라, 서로 손을 잡은 자들이 미처 손을 잡지 못한 자들을 밀어내며 이어온 역사입니다. 유전자의 이기적 속성을 이해하는 것은 역설적으로 우리가 왜 더 넓게 협력해야 하는지를 깨닫게 하는 출발점이 됩니다.

최재천

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

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

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

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

장대익

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

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

김상우

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[카오스 술술과학] 눈이 찍고 뇌가 본다, 착시 | 카오스 브레인 오디세이(8)

우리는 흔히 본다는 행위를 카메라가 상을 맺는 과정처럼 단순하게 생각하곤 합니다. 하지만 망막에 맺힌 상을 누가 보느냐는 질문에 직면하면, 무한 루프와 같은 논리적 오류인 '호문쿨루스 역설'에 빠지기 쉽습니다. 실제로 본다는 것은 단순히 이미지를 수용하는 단계를 넘어, 뇌가 정보를 처리하고 해석하는 대단히 복잡한 과정입니다. 과학적으로도 우리가 어떻게 시각적 경험을 갖게 되는지는 여전히 풀리지 않은 신비로 남아 있으며, 이는 시각이 단순한 물리적 현상 그 이상임을 시사합니다. 우리 눈의 망막에 맺히는 상은 사실 위아래가 뒤집힌 2차원 영상에 불과합니다. 그러나 우리가 지각하는 세상은 똑바로 선 입체적인 3차원 공간입니다. 이러한 기적 같은 변환은 뇌가 망막의 이미지를 수동적으로 수용하는 것이 아니라, 복잡한 연산 과정을 거쳐 시각적 인지 상태를 능동적으로 생성하기 때문에 가능합니다. 뇌는 외부의 물리적 자극을 자신만의 체계로 재구성하는 정교한 장치이며, 이 과정을 통해 우리는 비로소 일관된 현실을 인식하게 됩니다. 시각의 독특한 특성을 가장 잘 보여주는 사례는 바로 착시 현상입니다. 네커 큐브처럼 하나의 이미지를 두 가지 방식으로 지각하거나, 주변 사물과의 배치에 따라 대상의 크기를 실제와 다르게 인식하는 현상은 우리의 눈이 아닌 뇌가 정보를 능동적으로 해석하고 있음을 증명합니다. 우리는 대상의 실제 상태를 알고 있음에도 불구하고 뇌가 내리는 판단을 거부하지 못합니다. 이는 시각이 단순히 객관적인 수치를 측정하는 도구가 아니라, 뇌의 특정 메커니즘에 의해 재구성되는 주관적 경험임을 알려줍니다. 우리의 뇌는 과거의 경험과 주변 환경을 바탕으로 시각 정보를 보정합니다. 그림자 속에 있는 물체가 실제보다 더 밝을 것이라고 추론하여 인식하는 밝기 착시나, 한 번 학습한 이미지를 이전과 다르게 지각하는 현상이 대표적입니다. 이러한 특징은 현실을 부정확하게 인식하게 만들기도 하지만, 복잡한 환경 속에서 사물을 더 효율적으로 파악하도록 돕습니다. 즉, 뇌는 단순히 빛의 양을 측정하는 것이 아니라 맥락을 파악하여 우리에게 가장 유용한 정보를 우선적으로 선택하여 보여주는 것입니다. 이러한 시각적 특성은 진화의 산물이며 인간뿐만 아니라 동물에게서도 발견됩니다. 아르고스 꿩의 꽁지깃에 있는 구슬 무늬는 빛과 그림자의 원리를 이용해 입체감을 만들어내어 암컷을 유혹합니다. 찰스 다윈은 자연 선택과 유전이라는 원리만으로 이러한 경이로운 특징들이 형성될 수 있음을 통찰했습니다. 위쪽에서 빛이 비치는 지구의 환경에 적응하며 생존에 유리한 방향으로 진화해 온 결과가 바로 지금 우리가 세상을 보는 방식입니다. 진화는 불가능해 보이는 시각적 마법을 오랜 시간을 거쳐 완성해냈습니다.

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뇌인지과학

[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

[카오스 술술과학] 뇌 시리즈 '카오스 브레인 오디세이' 시작

생명체의 기본 단위가 세포이듯, 뇌와 신경계의 기본 단위는 뉴런입니다. 뉴런은 일반적인 세포와 달리 세포체, 수상돌기, 축삭돌기라는 독특한 구조를 가지고 있어 마치 외계 생명체나 복잡한 전선망처럼 보입니다. 이러한 구조는 신호를 효율적으로 전달하기 위한 최적의 형태입니다. 뉴런들이 서로 연결되는 지점인 시냅스를 통해 감각과 운동 신호가 오가며, 인간의 뇌는 거대한 연결망을 형성하여 신체를 정교하게 통제합니다. 식물과 달리 동물에게 뇌가 존재하는 근본적인 이유는 바로 움직임에 있습니다. 동물이 진화하며 움직임이 다양해짐에 따라 신경계도 함께 복잡해졌고, 여러 감각기관이 집중된 머리 부분에서 신경조직이 고도로 발달하며 뇌가 탄생했습니다. 인간의 뇌는 이 복잡한 신경계를 통제하는 사령탑 역할을 수행합니다. 뇌는 크게 네 부분으로 구분되며, 각 부위는 생명 유지부터 고차원적인 사고에 이르기까지 저마다의 고유한 기능을 담당하며 유기적으로 작동합니다. 뇌의 하단에 위치한 뇌간은 호흡과 순환 등 생명 유지를 위한 가장 원시적이고 필수적인 기능을 수행합니다. 그 뒤편의 소뇌는 운동 조절과 기억을 담당하여 우리가 자전거나 피아노를 익숙하게 다룰 수 있게 돕습니다. 한편, 뇌의 중심부에 있는 간뇌는 감각과 운동 정보를 분류하여 전달하는 역할을 하며, 체내 항상성을 유지하고 호르몬 분비를 조절합니다. 이처럼 뇌의 하부 구조들은 우리가 의식하지 않아도 생존에 필요한 기본적인 조건들을 완벽하게 조율합니다. 뇌의 대부분을 차지하는 대뇌는 감정을 담당하는 변연계와 사고를 담당하는 대뇌피질로 나뉩니다. 변연계의 해마와 편도체는 기억과 감정을 연결하여 과거의 경험을 생존 전략으로 활용하게 합니다. 반면 대뇌피질은 이를 바탕으로 미래의 전략을 세우고 행동을 결정합니다. 특히 전두엽은 정보를 종합해 판단하는 핵심적인 역할을 하며, 나머지 부위들은 각각 감각, 언어, 시각 정보를 처리합니다. 이러한 구조를 통해 인간은 현재를 넘어 과거와 미래로 의식을 확장합니다. 뇌는 수많은 뉴런과 시냅스가 얽혀 있는 복잡한 조직이지만, 각 부위가 개별적인 역할을 수행하면서도 긴밀하게 협력하는 유기적인 체계입니다. 우리는 뇌를 통해 자아를 형성하고 세상을 인식하지만, 역설적으로 뇌 자체에 대해 우리가 알고 있는 지식은 여전히 매우 적습니다. 뇌는 인류에게 남겨진 마지막 미개척지와 같습니다. 이 신비로운 사령탑을 이해하려는 노력은 곧 인간 본연의 가치와 존재의 의미를 찾아가는 여정이 될 것입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[석학인터뷰] 윌리엄 케일린_노벨상 수상자의 이야기 ㅣ 새벽 4시 40분, 스톡홀름에서 전화가 온다면?

노벨상 수상 소식을 알리는 스톡홀름에서의 전화는 한 과학자의 인생을 송두리째 바꾸어 놓습니다. 매년 수상 확률이 희박함에도 불구하고 벨소리를 켜두고 잠드는 설렘은 모든 연구자의 마음속에 자리 잡고 있을 것입니다. 사실 많은 과학자가 처음부터 연구의 길을 확신하는 것은 아닙니다. 의학도를 꿈꾸던 청년이 훌륭한 멘토를 만나 진정한 과학의 가치를 깨닫고 뒤늦게 연구에 뛰어드는 사례도 많습니다. 중요한 것은 자신이 하는 일을 즐기며 열정을 쏟을 수 있는 환경을 만나는 것입니다. 과학자로서의 삶에서 가장 큰 축복은 일이 더 이상 노동이 아닌 놀이처럼 느껴지는 순간을 맞이하는 것입니다. 연구실에서 기술을 익히고 자신만의 아이디어를 구체화하다 보면, 어느덧 스스로의 재능에 대한 확신이 생기기 시작합니다. 관련 분야의 문헌을 탐독하며 지식의 지평을 넓히는 과정은 모호했던 의문들을 명확하게 해소해 줍니다. 이러한 자신감은 단순히 지식의 양에서 오는 것이 아니라, 문제를 해결해 나가는 과정 자체를 즐기는 태도에서 비롯됩니다. 암 정복은 인류의 오랜 숙원이자 가능성 있는 목표입니다. 2000년 인간 게놈 지도가 발표된 이후, 암 연구는 비로소 정밀한 데이터에 기반한 체계적인 연구의 기틀을 마련하게 되었습니다. 과거 달 착륙이 공학적인 문제 해결의 영역이었다면, 암 치료는 여전히 풀어야 할 과학적 원리가 산재한 영역입니다. 공학은 비용과 시간을 예측할 수 있지만, 과학은 근본적인 원리를 발견해 나가는 과정이기에 더 많은 인내와 탐구가 필요합니다. 우리는 여전히 암이라는 복잡한 생물학적 퍼즐을 풀기 위한 원리를 배우는 중입니다. 모든 위대한 발견은 기술이나 실험 방법이 아니라, 해결하고자 하는 본질적인 질문에서 시작됩니다. 단순히 최신 기술을 사용하는 것에 매몰되지 않고, 그 질문이 얼마나 중요하고 흥미로운지를 먼저 성찰해야 합니다. 좋은 실험은 명확한 결과뿐만 아니라 문제를 바라보는 재치 있는 아이디어를 포함해야 합니다. 남들이 이미 수행하고 있거나 누구나 생각할 수 있는 뻔한 실험보다는, 자신만이 제시할 수 있는 새로운 관점과 반전이 담긴 연구가 과학의 진보를 이끌어냅니다. 현대 과학자들은 자신의 연구가 즉각적으로 어디에 응용될 수 있는지를 증명해야 한다는 압박을 자주 받습니다. 하지만 모든 혁신적인 응용은 기초적인 기전 연구라는 토대 위에서 탄생합니다. 처음에는 단순히 생물학적 퍼즐을 풀고자 했던 순수한 호기심이 결국 인류에게 유용한 지식으로 축적되는 것입니다. 과학에는 지름길이 없으며, 생명 현상을 깊이 있게 이해하려는 기초 연구가 선행될 때 비로소 암 치료와 같은 실질적인 응용 분야의 문이 열리게 됩니다.

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

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

장대익

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[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] 이정모_ 인류가 없는 우주? 우주에게는 가장 처참한 상황(수정)

인류는 현재 여섯 번째 대멸종이라는 거대한 환경적 변화의 기로에 서 있습니다. 과거 지구상에서 발생했던 다섯 차례의 대멸종 사례를 돌이켜보면, 당시 생태계의 정점에서 가장 번성했던 최상위 포식자들은 예외 없이 멸종의 길을 걸었습니다. 오늘날 지구에서 가장 압도적인 생물량을 차지하며 생태계를 지배하고 있는 존재는 바로 인간입니다. 이러한 생물학적 역사와 과학적 근거에 비추어 볼 때, 다가올 멸종의 파도 속에서 인류가 생존할 가능성은 매우 희박합니다. 이는 단순한 비관론이 아니라 자연의 섭리가 우리에게 보여주는 냉정한 경고입니다. 하지만 인간이 사라진 지구와 우주가 과연 어떤 가치를 지닐 수 있을지 깊이 고민해 보아야 합니다. 호모 사피엔스가 존재하지 않는다면 우주는 자신의 나이가 138억 년이라는 사실을 영원히 알지 못했을 것입니다. 우리가 존재함으로써 비로소 만물은 이름을 얻게 되었고, 자연의 경이로움에 대한 감탄과 고백도 가능해졌습니다. 인간은 우주를 관찰하고 해석함으로써 무미건조한 물리적 공간에 생명력과 의미를 불어넣는 특별한 역할을 수행합니다. 인간이 없는 우주는 아무리 화려할지라도 관찰자가 없는 빈 무대와 다를 바 없기 때문입니다. 과학의 본질은 단순히 축적된 지식의 양에 있는 것이 아니라 세상을 탐구하는 사고의 방식에 있습니다. 우리는 갈릴레오나 다윈 같은 위대한 선구자들보다 더 많은 최신 과학 정보를 알고 있지만, 그들이 존경받는 이유는 지식의 양 때문이 아니라 새로운 생각의 틀을 정립했기 때문입니다. 예를 들어 공룡의 탄생을 산소 농도 저하라는 환경적 고난에 맞선 진화의 결과로 이해하는 통찰력은 과학적 사고에서 비롯됩니다. 지식은 시대에 따라 변하고 낡아지지만, 끊임없이 질문을 던지고 증명해 나가는 과학적 방법론은 시대를 초월하는 영원한 가치를 지닙니다. 대중과 소통하는 과학 글쓰기나 교육 현장에서도 완벽주의보다는 실천적인 태도가 무엇보다 중요합니다. 불후의 명작을 남기겠다는 과도한 욕심을 내려놓고, 대중에게 필요한 지식을 신속하고 친숙하게 전달하는 방식이 때로는 더 큰 울림을 줍니다. 과학관 역시 단순히 전시물을 관람하는 정적인 공간을 넘어, 청소년들이 직접 실험하고 새로운 주제에 도전하는 역동적인 장소가 되어야 합니다. 정해진 정답을 수동적으로 따라가는 것이 아니라, 스스로 가설을 세우고 검증해 나가는 과정이야말로 우리가 지향해야 할 진정한 과학 교육의 모습입니다. 과학적 회의주의는 종교적 신념과도 충분히 공존할 수 있는 가치입니다. 진화론을 과학적 사실로 받아들이면서도 신앙을 유지하는 것은 모순이 아니라, 인간이 만든 고정관념에 대해 끊임없이 의심하고 질문하는 과정의 연장선입니다. 맹목적인 믿음보다는 합리적인 의심을 통해 진리에 다가가려는 노력은 과학과 종교 모두에서 유효한 태도입니다. 권위자의 말에 무조건 의존하기보다 자신의 지성과 양심에 비추어 세상을 탐구하는 태도가 필요합니다. 이러한 비판적 사고야말로 현대 사회를 살아가는 성숙한 지성인이 갖추어야 할 핵심적인 덕목입니다.

이정모

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[석학인터뷰] 윤환수_ 공생이 이렇게 중요합니다 여러분! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

생명의 기원을 연구하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제입니다. 일반적인 과학 연구는 가설을 세우고 실험을 통해 증명하며 반복 가능성을 확인해야 하지만, 30억 년 전의 환경을 재현하기란 현실적으로 불가능에 가깝기 때문입니다. 특히 국내 연구 환경에서는 단기적인 성과를 중시하는 경향이 있어, 수년 이상의 긴 호흡이 필요한 기원 연구에 매진할 연구자를 찾기가 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 생명의 뿌리를 찾는 작업은 인류의 근원적인 궁금증을 해결하고 과학의 지평을 넓히는 중요한 열쇠가 됩니다. 1967년 린 마굴리스 박사가 제안한 세포 내 공생설은 현대 생물학의 중요한 기둥이 되었습니다. 이 학설은 미토콘드리아나 엽록체가 본래 독립된 박테리아였다가 다른 세포와 결합하여 공생하게 되었다는 점을 시사합니다. 최근에는 고세균과 박테리아의 결합을 통해 진핵생물이 탄생했다는 가설까지 확장되어 연구가 진행되고 있습니다. 비록 진핵생물의 기원에 대해서는 더 많은 검증이 필요하지만, 공생은 생명 진화의 복잡성을 설명하는 데 있어 매우 설득력 있는 학설로 인정받고 있습니다. 해조류가 인간과 같은 지능이나 뇌를 가지고 소통할 수 있는지에 대한 질문은 매우 흥미롭습니다. 과학적으로 볼 때 해조류에게 인간과 같은 형태의 뇌는 없지만, 이들은 해류의 흐름에 몸을 맡기거나 햇빛을 더 잘 받기 위해 최적의 위치를 찾는 등 환경 자극에 민감하게 반응합니다. 비록 인간과 언어로 대화하는 수준의 커뮤니케이션은 어렵더라도, 생명체마다 각자의 생존 전략을 가지고 환경과 상호작용하는 모습은 그 자체로 연구할 가치가 충분한 생물학적 현상이라 할 수 있습니다.

윤환수

카오스재단카오스강연

생명과학

[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.

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생명과학

[카오스 술술과학] 과학의 중간계, 다양성의 제왕!

우리가 마주하는 세상은 정교한 레고 작품보다 훨씬 복잡하고 아름다운 구조를 지니고 있습니다. 레고가 부품에서 곧장 완성품이 되는 것과 달리, 우리 세계는 세 단계의 정교한 과정을 거쳐 형성됩니다. 가장 먼저 기본 입자들이 모여 원자를 구성하고, 이 원자들이 다시 결합하여 분자를 만들며, 최종적으로 우리가 보는 만물이 탄생합니다. 이때 기본 입자의 설계도라 할 수 있는 표준 모형의 17종 기본 입자와 118종의 원소를 정리한 주기율표는 우주를 이해하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 화학은 바로 이러한 원소들이 결합하여 만들어내는 무한한 분자의 세계를 다루는 학문이라 할 수 있습니다. 사물의 크기를 기준으로 세계를 탐험해 보면 놀라운 미시 세계가 펼쳐집니다. 인간이 맨눈으로 볼 수 있는 한계인 0.1mm 수준에는 머리카락 굵기나 유글레나 같은 세포 생물이 존재합니다. 현미경의 도움을 받아 더 깊이 들어가면 미세먼지와 세균이 활동하는 영역을 지나, 바이러스가 나타나는 나노미터 단위에 도달하게 됩니다. 여기서 더 작아지면 본격적인 분자와 원자의 세상이 시작되는데, 원자의 크기인 10⁻¹⁰m는 인간이 시각적으로 인지할 수 있는 최후의 보루와 같습니다. 그 너머에는 크기를 가늠하기 힘든 양성자와 점과 같은 전자, 쿼크의 영역이 자리 잡고 있습니다. 학문의 체계에서 화학은 단순함을 탐구하는 물리학과 복잡성을 다루는 생물학 사이의 가교 역할을 수행합니다. 매우 단순한 기본 입자로부터 어떻게 이토록 복잡한 생명 현상이 출현했는지는 인류 최대의 수수께끼 중 하나이며, 화학은 그 변화가 시작되는 핵심 지점에 위치합니다. 흥미롭다는 뜻의 영어 단어 '인터레스트(Interest)'가 '사이에 존재한다'는 라틴어 어원에서 유래했듯, 물질계와 생명계를 이어주는 화학의 위치는 그 자체로 매우 매력적입니다. 단순한 물리 법칙이 생명의 경이로움으로 변모하는 그 경계에서 화학은 우주의 신비를 푸는 중요한 단서를 제공하며 우리를 더 깊은 탐구의 세계로 안내합니다.

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물리학
융합

[석학인터뷰] 석차옥_ 계산화학의 확실한 정보로 미래의학을 앞당긴다 | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

현대 과학 연구에서 학문 간의 경계는 점차 희미해지고 있습니다. 물리학으로 시작해 화학과 계산 생물학을 아우르는 연구 여정은 특정 학문의 경계에 갇히지 않는 유연한 사고의 중요성을 보여줍니다. 하나의 문제를 해결하기 위해 몰입하다 보면 그것이 물리인지 화학인지 구분하는 것은 더 이상 중요하지 않게 됩니다. 이러한 융합적 태도는 복잡한 생명 현상을 다각도에서 조망하고, 기존의 방식으로는 풀기 어려웠던 난제들에 접근하는 새로운 열쇠가 됩니다. 과학자라는 정체성은 단순히 전공에 국한되는 것이 아니라, 진리를 탐구하는 과정 그 자체에서 정의되어야 합니다. 계산 생물학은 생체 분자를 연구 대상으로 삼는 이론 화학의 한 분야로, 실험만으로는 파악하기 힘든 생체 분자의 구조와 기능을 컴퓨터를 통해 예측하고 설계합니다. 이는 미래 의학의 패러다임을 바꿀 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 개인의 유전 정보와 의료 빅데이터에 분자 기반의 정밀한 계산 화학적 방법론이 더해진다면, 통계적 오차를 줄인 확실한 정보를 얻을 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 신약 개발과 정밀 진단을 가능하게 하여 인류의 건강 증진에 획기적인 기여를 할 것으로 기대됩니다. 화학은 인류의 삶을 풍요롭게 만들고 수명을 연장하는 데 기여해 왔지만, 동시에 환경 파괴와 에너지 고갈이라는 숙제를 남겼습니다. 이제 화학의 가장 큰 미스터리는 '화학이 만든 문제를 화학이 스스로 해결할 수 있는가'에 달려 있습니다. 우리 몸속에서 일어나는 모든 현상은 본질적으로 화학적 반응이며, 이를 인공지능과 컴퓨터 기술로 깊이 있게 이해하려는 노력이 필요합니다. 첨단 기술을 접목한 화학의 발전은 단순히 지식의 확장을 넘어, 지속 가능한 미래를 설계하고 인류가 직면한 위기를 극복하는 강력한 도구가 될 것입니다.

석차옥

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화학

[강연] 게임이론 - 인간의 행동을 예측하다 (2) _ by한순구 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 6강 | 6강 ②

권투 경기에서 상대적으로 약한 왼손을 연마하는 전략은 단순히 기술을 보강하는 것 이상의 의미를 지닙니다. 왼손이 강해지면 상대는 이를 경계하게 되고, 그 과정에서 오히려 결정적인 오른손을 사용할 기회가 더 많이 생겨나기 때문입니다. 이처럼 경제학적 원리는 숫자의 계산을 넘어 우리 삶의 전략적 선택과 깊이 맞닿아 있습니다. 수학적 사고를 바탕으로 한 게임 이론은 우리가 왜 특정 행동을 선택하는지, 그리고 그 선택이 상대방의 반응에 따라 어떻게 변화하는지를 명확하게 설명해 줍니다. 에볼라와 에이즈의 사례는 공격의 위력보다 상대의 방심을 유도하는 것이 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 치명적인 에볼라는 증상이 즉각적으로 나타나기에 신속한 격리가 가능하지만, 에이즈는 긴 잠복기 덕분에 숙주가 감염 사실을 모르는 사이 전 세계적으로 널리 퍼질 수 있었습니다. 병원균의 입장에서 잠복기는 숙주를 안심시키고 전염의 기회를 극대화하는 고도의 전략적 선택인 셈입니다. 이는 생물학적 현상조차 게임 이론의 틀 안에서 생존을 위한 치열한 수싸움으로 해석될 수 있음을 시사합니다. 황순원의 소설 '학'과 오 헨리의 소설 '20년 후'는 법과 우정 사이의 선택을 다루며 흥미로운 문화적 차이를 드러냅니다. 한국의 성삼이는 이념의 대립 속에서도 친구를 놓아주는 선택을 하지만, 미국의 지미는 절친한 친구가 범죄자임을 알게 되자 법에 따라 그를 체포합니다. 이러한 차이는 사회적 관계의 지속성에서 기인하는 경우가 많습니다. 반복 게임의 성격을 띠는 좁은 공동체 사회와, 일회성 게임의 성격이 강한 넓은 사회에서의 합리적 선택은 서로 다를 수밖에 없으며, 이는 각 사회가 지향하는 가치관의 토대가 됩니다. 경제학자들은 협력과 배신의 문제를 반복성과 일회성의 관점에서 분석합니다. 관계가 지속되는 반복 게임에서는 오늘의 배신이 미래의 보복으로 이어지기에 당장의 큰 이익을 포기하고 의리를 지키는 것이 장기적으로 훨씬 유리합니다. 반면, 다시 만날 일이 없는 일회성 게임에서는 배신을 통한 단기 이익 추구가 더 매력적인 선택지가 되곤 합니다. 결국 우리가 흔히 말하는 신뢰와 협력이라는 가치는 개인의 고결한 성품보다는, 관계가 지속될 것이라는 구조적 환경과 합리적 계산의 산물일 가능성이 높습니다. 기업 간의 담합과 배신 과정에서도 인간의 실리적인 심리 기제가 작동합니다. 약속을 어긴 상대에게 감정적으로 보복하기보다는, 미래의 이익을 위해 다시 손을 잡는 '재협상'이 빈번하게 일어나는 것이 그 증거입니다. 이는 인간이 순수한 감정보다는 인센티브, 즉 당근과 채찍이라는 명확한 보상 체계에 의해 움직이는 존재임을 보여줍니다. 증오심을 잠시 접어두고 다시 협력의 길을 택하는 과정은 냉혹해 보일 수 있으나, 경제학적 관점에서는 지속 가능한 이익을 창출하기 위한 지극히 효율적인 생존 전략이라 할 수 있습니다.

한순구

카오스재단카오스강연

수학
융합

[강연] 생물학은 인간의 본성을 밝혀낼 수 있을까? | 2017 카오스 토론회 : '과학vs과학철학' 4부 1강 | 4부 ②

생명체란 무엇인가라는 근원적인 질문에 대해 생물학은 복제와 상호작용, 그리고 엔트로피를 조절하는 상태로 정의합니다. 현대 생물학은 생명 현상을 물질과 정보의 흐름으로 파악하며, 특히 DNA라는 유전 정보가 생명체의 본질을 형성한다고 봅니다. 이러한 관점에서 인간의 본성 또한 생물학적 메커니즘과 유전 정보의 틀 안에서 이해될 수 있는 영역으로 들어오게 되었습니다. 생명은 단순히 멈춰 있는 상태가 아니라 끊임없이 에너지를 소모하며 자신을 유지하는 역동적인 과정입니다. 인류의 역사를 돌이켜보면 수렵 채집 시대의 동굴 벽화를 그렸던 인류와 현대인의 DNA는 큰 차이가 없습니다. 우리는 수십만 년 전의 유전 정보를 그대로 간직한 채 급격히 변화하는 현대 사회를 살아가고 있는 셈입니다. 이러한 생물학적 연속성은 인간의 본성이 오랜 진화의 산물임을 시사하며, 우리의 행동과 심리 기저에 원시적인 본능이 여전히 강력하게 작동하고 있음을 보여줍니다. 결국 현대인의 고민은 수렵 채집 시대의 몸과 마음으로 현대의 복잡한 문명을 살아가는 데서 기인합니다. 하지만 생물학이 본성이 작동하는 메커니즘을 구체적으로 제시할 수 있음에도 불구하고, 인간이 지향해야 할 방향성까지 제시하기에는 한계가 있다는 지적이 있습니다. 유전 정보 전체를 모두 읽어낸다 하더라도 그 속에 담긴 복잡한 의미를 완벽히 해독하는 것은 별개의 문제입니다. 특히 급변하는 기술 환경 속에서 인류가 어떤 미래를 선택해야 하는지에 대해 생물학은 침묵할 수밖에 없는 지점이 존재합니다. 이는 과학적 사실이 곧바로 윤리적 당위로 연결되지 않음을 의미합니다. 진화심리학은 인간의 마음과 행동을 생존과 번식을 위한 적응의 결과로 해석합니다. 우리가 특정한 음식을 선호하거나 짝을 고르고 집단을 형성하는 방식은 모두 수렵 채집 시대의 환경에 최적화된 결과물입니다. 이러한 관점은 인간의 고결해 보이는 정신 활동조차도 결국은 진화적 필요에 의해 형성된 본성의 일부임을 강조하며, 인간을 '양복 입은 원시인'으로 정의하기도 합니다. 마음의 작동 방식은 우연이 아니라 생존 확률을 높이기 위해 정교하게 설계된 도구 상자와 같습니다. 도덕성과 사회성 같은 인문학적 가치들 역시 뇌과학의 영역에서 새롭게 조명되고 있습니다. 뇌 영상 촬영을 통해 사회적 소외감이 물리적 통증과 동일한 뇌 부위를 활성화한다는 사실이 밝혀졌으며, 도덕적 판단 또한 순수한 이성보다는 감정과 인지적 추론의 복합적인 작용임이 드러났습니다. 이는 인간의 본성을 이해하는 데 있어 생물학적 토대가 얼마나 필수적인지를 잘 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 우리가 느끼는 고통과 공감은 뇌라는 생물학적 기관이 만들어내는 구체적인 반응입니다. 인간만이 가진 독특한 특성인 문화와 학습 능력, 즉 '밈(meme)'의 영역은 생물학적 본성과 끊임없이 상호작용합니다. 어떤 이들은 문화를 생물학적 범주를 넘어서는 '플러스알파'로 보기도 하지만, 다른 이들은 이 문화적 능력조차도 생물학적으로 설명 가능한 진화의 산물이라고 주장합니다. 결국 인간 본성의 탐구는 유전적 본능과 문화적 학습이 어떻게 얽혀 현재의 우리를 만들어냈는지를 밝히는 과정입니다. 문화는 생물학적 토대 위에서 피어난 인류만의 거대한 생존 전략이라 할 수 있습니다. 현대 생물학은 이제 인간을 객관적인 탐구 대상으로 삼아 그 본질에 다가서고 있습니다. 생물학적 연구 성과와 일관성을 갖춘 인문학적 성찰이 필요한 시점이며, 이를 통해 우리는 스스로의 한계를 명확히 인식할 수 있습니다. 본성을 이해하는 것은 단순히 과거를 아는 것에 그치지 않고, 우리가 가진 생물학적 조건 위에서 더 나은 미래 문화를 설계하기 위한 필수적인 토대가 될 것입니다. 과학과 철학의 대화는 인간이라는 존재를 더 깊이 이해하게 만드는 가장 강력한 도구가 됩니다.

송기원, 장대익

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화학
생명과학
융합

[강연] 생물학을 활용하여 인간의 능력을 향상시키는 일은 바람직한가? | 2017 카오스 토론회 : '과학vs과학철학' 4부 2강 | 4부 ②

생물학이 인간의 본성을 어디까지 밝혀낼 수 있는가에 대한 논의는 자연스럽게 인간 향상이 바람직한가라는 윤리적 질문으로 이어집니다. 본성을 이해하는 것을 넘어, 기술을 통해 그 본성을 수정하거나 강화하려는 시도는 현대 과학의 가장 뜨거운 쟁점 중 하나입니다. 이는 단순히 기술적 가능성의 문제를 넘어 우리가 어떤 존재가 되고자 하는지에 대한 철학적 선택을 요구합니다. 인간의 불완전함을 과학으로 보완하려는 의지와 자연의 섭리를 존중해야 한다는 신중론이 팽팽하게 맞서며 인류의 미래를 설계하는 중요한 담론을 형성하고 있습니다. 진화의 결과물인 자연이 항상 완벽하고 정교하게 설계되었다는 믿음은 생물학적 사실과 다를 수 있습니다. 인간의 눈은 오징어의 눈에 비해 시신경 구조가 비효율적이며, 기도와 식도가 교차하는 구조는 질식의 위험을 내포하는 등 이른바 '나쁜 설계'의 사례가 도처에 존재합니다. 이는 진화가 최선의 선택이 아닌, 주어진 조건에서 임기응변식으로 이루어졌음을 보여줍니다. 따라서 자연을 건드리는 것이 위험하다는 직관적 거부감보다는, 불완전한 설계를 지성적으로 보완하여 삶의 질을 높이려는 시도가 타당성을 얻기도 합니다. 과거 수렵 채집 시대에 생존에 유리했던 형질들이 현대 사회에서는 질병이나 장애로 분류되는 '진화적 부적응' 현상도 주목해야 합니다. ADHD는 과거 위험을 감지하는 데 유리한 형질이었으나, 정적인 현대 교육 환경에서는 치료의 대상이 되었습니다. 집중력을 높이는 약물을 사용하는 행위가 커피나 비타민 섭취와 본질적으로 무엇이 다른지에 대한 의문은 인간 향상에 대한 권리 논의로 확장됩니다. 기술을 통해 환경과 유전적 형질 사이의 간극을 메우는 것은 인류가 지속해 온 진보의 연장선일 수 있습니다. 반면 과학적 지식의 불완전성을 근거로 인위적인 개입에 신중해야 한다는 목소리도 높습니다. 과거에는 불필요하다고 여겨 제거했던 편도선이나 맹장이 사실은 중요한 면역 기관임이 밝혀진 사례처럼, 현재의 지식이 미래에는 오판으로 드러날 가능성이 큽니다. 트랜스 지방의 사례에서 보듯 한때 유익하다고 믿었던 기술이 치명적인 결과를 초래하기도 합니다. 우리가 생명 시스템을 완전히 이해하지 못한 상태에서 시도하는 향상은 예상치 못한 부작용을 낳을 수 있으며, 이는 단순한 기술적 오류를 넘어 생태계와 인류 전체에 돌이킬 수 없는 손실을 줄 수 있습니다. 향상이라는 개념 자체가 내포한 가치 판단의 위험성도 간과할 수 없습니다. 무엇이 더 나은 상태인지 정의하는 과정에는 사회적 편견과 차별이 개입될 여지가 큽니다. 특히 유전자 편집 기술을 통한 영구적인 유전 정보의 수정은 미래 세대의 결정권을 침해하고 인류의 다양성을 훼손할 우려가 있습니다. 특정 형질을 우월한 것으로 규정하고 이를 획일적으로 추구하게 되면, 인류는 변화하는 환경에 대응할 수 있는 유전적 유연성을 잃게 될 것입니다. 이는 기술의 공정성 문제를 넘어 인류라는 종의 존속과 직결되는 윤리적 파장을 일으킬 수 있습니다. 개인의 능력을 향상시키는 기술적 해결책에만 몰두할 경우, 다양성을 포용하지 못하는 사회 구조적 결함이 가려질 위험이 있습니다. ADHD 아동에게 약물을 처방하는 것이 교실의 효율성을 높일 수는 있지만, 산만한 아이들도 함께 어우러질 수 있는 교육 환경을 만드는 노력을 소홀히 하게 만들 수도 있습니다. 기술을 통한 개인의 변화와 사회 구조의 개선 사이에서 균형을 찾는 것이 중요합니다. 생물학적 본성을 인위적으로 바꾸기보다는, 인간이 가진 본연의 특성을 존중하면서도 건강하게 공존할 수 있는 문화를 조성하는 것이 진정한 의미의 인류 발전일 것입니다. 과학은 고정된 정답을 제시하는 것이 아니라 끊임없는 논쟁과 소통을 통해 성장하는 문화적 과정입니다. 인간 향상 기술을 둘러싼 찬반 논의는 우리가 지향해야 할 가치가 무엇인지 성찰하게 하며, 과학이 사회와 어떻게 상호작용해야 하는지를 보여줍니다. 전문가들만의 영역을 넘어 대중이 직접 질문하고 참여하는 과정 자체가 과학적 민주주의의 실현입니다. 생물학적 보수주의와 진보주의가 충돌하며 만들어내는 불꽃은 인류가 기술의 노예가 되지 않고 주체적으로 미래를 설계해 나가는 데 필수적인 동력이 될 것입니다.

송기원, 장대익

카오스재단마스터클래스

화학
생명과학
융합

[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (2) _ 김은준 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ②

세계적인 과학 잡지 '사이언스'는 창간 125주년을 맞아 인류가 반드시 해결해야 할 핵심 과제들을 선정했습니다. 그중 신경과학 분야에서 주목하는 첫 번째 질문은 의식의 생물학적 기전입니다. 우리가 아침에 깨어나 스스로의 존재와 사회적 위치를 인지하는 과정이 뇌 속의 어떤 시냅스와 신경회로를 통해 이루어지는지는 여전히 거대한 수수께끼입니다. 또한 조현병이나 자폐와 같은 정신질환이 발생하는 구체적인 원인을 밝혀내는 것 역시 현대 과학이 반드시 풀어야 할 중요한 미스터리로 남아 있습니다. 정신질환의 원인을 규명하는 과정에서 유전적 요인은 매우 중요한 비중을 차지합니다. 과거에는 정신질환과 유전의 상관관계에 대해 확신하지 못했으나, 최근 10년 사이 비약적인 과학적 진보를 통해 유전자가 깊이 관여한다는 사실이 밝혀졌습니다. 부모로부터 물려받은 유전자뿐만 아니라, 태아가 발달하는 과정에서 자연적으로 발생하는 돌연변이 또한 주요한 원인이 됩니다. 여기에 임신 중 감염이나 영양 부족과 같은 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 질환의 발생 여부를 결정하게 됩니다. 최근 유전체 분석 기술의 발전은 정신질환 연구에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 과거에는 막대한 비용이 들었던 전장 유전체 분석이 이제는 비교적 저렴한 비용으로 가능해졌으며, 이를 통해 2만 5천여 개의 유전자를 정밀하게 분석할 수 있게 되었습니다. 특히 부모와 자녀의 유전자를 함께 분석하는 '트리오 연구'는 질환의 원인이 유전적인지 혹은 발생 과정에서의 돌연변이인지를 명확히 구분해 줍니다. 이러한 진단은 임상적 치료뿐만 아니라 가족의 미래 계획을 세우는 데에도 결정적인 정보를 제공합니다. 자폐증과 관련된 유전자를 추적한 결과, 현재까지 약 800여 개의 관련 유전자가 발견되었습니다. 이들은 주로 뇌 발달을 조절하거나 시냅스의 기능을 담당하는 역할을 합니다. 특히 시냅스는 단순한 신경 전달 통로를 넘어, 그 내부에 1,000종 이상의 단백질이 복잡하게 얽혀 있는 거대한 우주와 같습니다. 이 미세한 단위에서 일어나는 오묘한 조합과 조화는 신경 전달의 강도를 세밀하게 조절하며, 여기에 이상이 생기면 신경 회로 전체의 기능 장애로 이어져 정신질환이 발생하게 됩니다. 유전자 이상과 정신질환 증상 사이의 인과 관계를 증명하기 위해 과학자들은 생쥐를 이용한 동물 실험을 진행합니다. 특정 유전자를 인위적으로 결손시킨 생쥐가 사회성 장애와 같은 증상을 보이는지 관찰함으로써 해당 유전자의 역할을 확인하는 것입니다. 예를 들어 '섕크2(Shank2)'라는 시냅스 단백질이 없는 생쥐는 새로운 동료에게 관심을 보이지 않는 등 뚜렷한 사회성 장애를 나타냅니다. 이러한 연구는 수많은 유전자가 뇌 기능에 미치는 영향을 하나씩 검증해 나가는 과정이며, 정신질환의 근본적인 치료법을 찾기 위한 필수적인 여정입니다.

김은준

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (4) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ④

우리 뇌의 신경 신호전달은 단순히 전선처럼 연결된 전기적 흐름이 아닙니다. 뉴런과 뉴런 사이의 시냅스를 통해 신호가 전달되는 과정은 일종의 릴레이 방식과 유사합니다. 이때 다음 뉴런을 흥분시키거나 억제하는 신경전달물질이 동시에 작용하며, 여러 신호가 합쳐져 발화 여부를 결정하는 '대의 민주주의적' 합의 과정을 거칩니다. 이러한 복잡성은 0과 1로만 이루어진 디지털 신호보다 훨씬 높은 유연성을 제공하며, 수만 개의 뉴런이 동시에 움직이는 정교한 동기화 기작을 가능하게 합니다. 특정 뇌 부위의 손상을 대체하기 위한 뇌 이식은 현대 과학이 꿈꾸는 기술이지만, 신경 회로를 다시 연결하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 현재는 줄기세포를 이용한 접근보다는 전극을 삽입해 전기적 신호를 주고받는 '뇌-기계 인터페이스(BMI)' 기술이 더 활발히 연구되고 있습니다. 이는 손상된 신경망을 대신해 외부 기기나 로봇 팔을 제어하는 방식으로, 물리적인 뇌 조직의 이식을 넘어선 새로운 치료 가능성을 제시합니다. 기술의 발전은 인간의 의지를 기계적 신호로 변환하여 신체적 한계를 극복하는 시대로 우리를 안내하고 있습니다. 인간의 뇌와 컴퓨터의 결정적인 차이는 하드웨어의 가변성과 신경전달물질에 있습니다. 컴퓨터는 고정된 하드웨어 위에서 0과 1의 신호만 오가지만, 뇌는 도파민과 같은 다양한 신경전달물질을 사용하여 정보 전달의 다양성을 유지합니다. 또한 뇌는 외부 자극과 환경에 따라 구조 자체가 변화하는 가소성을 지니고 있어, 고정된 기계보다 훨씬 융통성 있게 상황에 대처할 수 있습니다. 이러한 생물학적 특징은 인간이 복잡한 감정과 사고를 처리하며 끊임없이 학습하고 적응할 수 있게 만드는 근본적인 힘이 됩니다. 인간의 뇌가 비약적으로 진화할 수 있었던 배경에는 에너지 효율과 사회적 상호작용이라는 중요한 요소가 자리 잡고 있습니다. 불의 발견과 요리 문화는 영양 섭취의 효율성을 높여 뇌가 필요로 하는 막대한 에너지를 공급할 수 있게 했으며, 이는 신피질의 급격한 발달로 이어졌습니다. 또한 타인과의 관계 속에서 속고 속이지 않으려는 사회적 압력과 지적 능력이 뛰어난 개체가 선택받는 성 선택 과정 역시 뇌의 고도화를 이끈 동력이 되었습니다. 이러한 진화적 선택은 인간을 단순한 생존을 넘어 고도의 정신 활동을 영위하는 존재로 탈바꿈시켰습니다. 예쁜꼬마선충의 커넥톰 해독은 신경과학 분야에서 콜럼버스의 신대륙 발견과도 같은 획기적인 사건입니다. 비록 1mm 크기의 작은 생명체일지라도 그 신경망 지도를 완성하는 데는 10년이라는 긴 시간이 소요되었으며, 이는 뇌의 복잡성을 단적으로 보여줍니다. 하지만 지도를 가졌다고 해서 그 안에서 일어나는 모든 정보의 흐름과 행동의 원리를 완벽히 이해한 것은 아닙니다. 이제 우리는 신경망의 구조를 넘어 그 속에서 신호가 어떻게 운영되고 군집을 이루는지 탐구하는 새로운 시작점에 서 있으며, 이는 인공지능과 로봇 공학의 미래에도 깊은 영감을 줄 것입니다.

김경진, 김재상, 선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 멋진 세상을 만드는 빛 - 센 빛, 밝은 빛, 똑똑한 빛 (3) _이용희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 7강 | 7강 ③

레이저는 단순한 빛의 증폭을 넘어 우리 실생활의 난제를 해결하는 혁신적인 도구로 진화하고 있습니다. 예를 들어, 말라리아 퇴치를 위해 모기만을 정밀하게 타격하여 떨어뜨리는 레이저 사격 기계가 개발되고 있으며, 이는 인류의 보건 위생에 큰 기여를 할 것으로 기대됩니다. 또한, 전선으로는 한계가 있는 고속 데이터 통신 분야에서도 광섬유를 이용한 광통신 기술은 필수적인 요소가 되었습니다. 이처럼 레이저는 보이지 않는 곳에서 우리의 삶을 더욱 안전하고 편리하게 연결해 주는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 레이저의 진정한 위력은 극도로 짧은 시간 동안 강력한 에너지를 내뿜는 펄스 기술에서 나타납니다. 아주 짧은 순간에 빛을 비추는 스트로보 방식처럼, 레이저를 이용하면 분자나 원자의 움직임을 실시간으로 관찰하고 제어할 수 있습니다. 이러한 초고속 현상의 관측은 화학과 생의학 분야에서 수많은 노벨상 수상자를 배출할 만큼 학문적으로도 매우 중요한 가치를 지닙니다. 눈으로 볼 수 없었던 미시 세계의 역동적인 변화를 포착함으로써 인류는 물질의 근본적인 원리를 이해하는 새로운 창을 얻게 되었습니다. 생물학적 연구에서 레이저는 '광학 집게'라는 독특한 도구로 활용됩니다. 레이저 빔을 특정 지점에 집속시키면 작은 입자가 그 중심으로 끌려 들어가는 성질을 이용해 DNA, RNA, 단백질과 같은 미세한 물질을 손상 없이 붙잡고 이동시킬 수 있습니다. 과거에는 불가능해 보였던 세포 단위의 정밀한 조작이 가능해지면서 뇌과학과 유전공학 분야는 비약적인 발전을 거듭하고 있습니다. 빛이라는 무형의 도구가 물리적인 힘을 발휘하여 생명의 신비를 밝히는 정교한 손가락 역할을 수행하고 있는 셈입니다. 현대 레이저 기술은 현미경의 해상력을 기존보다 10배 이상 높여 초고해상도 이미징을 가능하게 했습니다. 형광 물질과 레이저를 결합하여 세포 내부의 복잡한 구조를 선명하게 관찰함으로써 질병의 원인을 파악하고 치료법을 찾는 데 결정적인 단서를 제공합니다. 더 나아가 단일 광자를 제어하는 수준에 이르면 양자 역학적 성질을 이용한 보안 통신이 가능해집니다. 복제가 불가능한 양자의 특성을 활용한 비밀 통신은 도청이 원천적으로 차단된 완벽한 보안 체계를 구축하는 미래 정보 통신의 핵심이 될 것입니다. 레이저는 때로는 정밀한 수술을 돕는 살리는 칼이 되고, 때로는 거리를 측정하는 가장 정확한 표준 자가 되기도 합니다. 1960년 첫 레이저가 탄생한 이후 지난 50여 년간 레이저는 반도체 공정, 3D 프린팅, 자율주행차의 라이다 등 상상할 수 있는 거의 모든 분야에 스며들었습니다. 초기에는 '문제를 찾는 해결책'이라고 불릴 만큼 그 잠재력을 다 알지 못했지만, 이제 레이저는 인류의 상상력을 현실로 바꾸는 만능 도구가 되었습니다. 앞으로도 빛을 향한 탐구는 우리가 꿈꾸는 미래를 실현하는 강력한 동력이 될 것입니다.

이용희

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물리학

[강연] 응답하라, 작은 것들의 세계여 - 현미경과 미시세계 (2) _김성근 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 5강 | 5강 ②

우주와 같은 거대한 세계에 대한 호기심은 인간의 유한함을 자각하게 하지만, 작은 세계에 대한 관심은 자연의 작동 원리를 파헤치려는 열망에서 시작됩니다. 복잡한 현상을 낱낱이 분해하여 이해하려는 '환원주의'는 현대 과학의 근간을 이룹니다. 전체를 이해하기 위해 각 부분을 나누어 분석하고 이를 다시 합치는 과정은 복잡한 자연을 단순화하여 연구할 수 있게 해줍니다. 이러한 미시세계 탐구는 단순히 작은 것을 보는 행위를 넘어, 자연의 본질적인 메커니즘을 이해하는 첫걸음이 됩니다. 과거 인류는 흑사병과 같은 질병을 신의 벌이나 나쁜 공기 탓으로 돌리며 초자연적인 현상으로 이해하곤 했습니다. 하지만 현미경의 발달로 병원균의 존재가 드러나면서 인류의 인식은 혁명적인 변화를 맞이했습니다. 보이지 않던 작은 존재들이 질병의 원인임을 깨닫게 되자, 자연 현상을 과학적이고 합리적인 모델로 설명할 수 있게 된 것입니다. 이는 과학과 철학, 종교를 구분 짓는 중요한 계기가 되었으며, 초자연적인 설명 없이도 자연을 온전히 이해할 수 있다는 확신을 인류에게 심어주었습니다. 미시세계를 들여다보는 일은 때로 낯설고 충격적인 시각적 경험을 선사합니다. 마이크로칩을 든 개미의 모습이나 우리 몸속의 작은창자 융모, 시신경 혈관 등은 일상적인 눈으로는 결코 볼 수 없는 정교한 구조를 드러냅니다. 이러한 미세 구조를 관찰하는 것은 단순히 호기심을 충족하는 데 그치지 않고, 질병의 원인을 찾거나 생명 활동의 에너지가 공급되는 과정을 이해하는 등 실질적인 해결책을 제시합니다. 더 작은 것을 보려는 인간의 욕구는 결국 과학적 진보를 이끄는 강력한 동력이 됩니다. 현미경의 성능을 결정짓는 핵심 요소는 가까이 있는 두 물체를 구분해내는 '공간 분해능'에 있습니다. 하지만 광학 현미경은 빛의 회절 현상으로 인해 약 200나노미터 이하의 물체는 관찰할 수 없다는 '회절 한계'라는 벽에 부딪히게 됩니다. 19세기 후반 물리학자 아베가 정립한 이 원리는 오랫동안 광학 현미경의 절대적인 한계로 여겨져 왔습니다. 제아무리 비싸고 정밀한 장비를 사용하더라도 가시광선을 사용하는 한 파동의 원초적인 특성인 회절을 극복하는 것은 불가능해 보였습니다. 광학 현미경의 한계를 극복하기 위해 등장한 대안이 바로 전자 현미경입니다. 전자가 입자인 동시에 파동이라는 성질을 이용해, 에너지를 높여 파장을 짧게 만듦으로써 분해능을 획기적으로 높인 것입니다. 전자 현미경은 광학 현미경이 보지 못했던 원자 수준의 세계를 열어주었지만, 시료 손상과 같은 단점도 존재합니다. 그럼에도 불구하고 과학자들은 여전히 광학 현미경의 가능성에 미련을 버리지 않고 있습니다. 안 된다고 여겨지는 한계를 극복하려는 도전 정신이 과학의 역사를 새로 쓰고 있습니다.

김성근

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물리학
화학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (5) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ⑤

동굴 물고기가 투명해지는 현상은 생존을 위한 에너지 효율의 결과입니다. 빛이 없는 환경에서는 화려한 색을 유지하는 데 에너지를 쓰는 것보다, 그 노력을 후각이나 다른 감각의 발달로 돌리는 것이 유리하기 때문입니다. 이는 단순히 보일 필요가 없어서가 아니라, 스트레스에 반응하는 호르몬 변화와 분자적 메커니즘이 결합된 진화의 과정입니다. 생물은 환경에 맞춰 가장 최적화된 생존 전략을 선택하며 변화해 나갑니다. 색이 없어도 생존에 문제가 없다면, 그러한 개체들이 군집 내에서 더 많이 살아남아 진화의 방향을 결정하게 됩니다. 시각 장애인의 다른 감각이 발달하는 이유는 뇌의 가소성과 자원 배분 때문입니다. 우리 뇌는 가용 에너지가 한정된 제로섬 게임과 같아서, 특정 감각 정보가 차단되면 그 능력을 보상하기 위해 촉각이나 청각 같은 다른 영역이 더 활성화됩니다. 이는 뇌의 일부만 사용한다는 속설과는 다르며, 생존에 필요한 정보를 더 효율적으로 처리하기 위한 필터링 과정의 결과입니다. 천재들이 특정 분야에서 부족함을 보이며 다른 능력을 극대화하는 것도 비슷한 맥락으로 이해할 수 있습니다. 결국 뇌는 주어진 환경에서 가장 필요한 정보에 주의를 집중하도록 설계되어 있습니다. 우리가 무지개를 일곱 가지 색으로 인식하는 것은 사회적 학습과 언어의 영향이 큽니다. 실제 자연계의 빛은 수많은 연속적인 스펙트럼으로 이루어져 있으며, 개인의 민감도나 직업적 훈련에 따라 인지하는 색의 가짓수는 수백 가지로 늘어날 수 있습니다. 색을 지각하는 세포의 수 자체가 다르기보다는, 미세한 색 차이를 얼마나 예민하게 받아들이느냐의 인지적 차이가 더 중요합니다. 결국 본다는 행위는 물리적 자극을 넘어 개인의 경험과 관심이 반영된 결과물이라 할 수 있습니다. 우리가 10만 가지 정도의 색을 구분할 수 있는 잠재력은 바로 이러한 인지적 노력에서 나옵니다. 현대인이 겪는 눈의 피로는 주로 안구를 움직이는 근육의 긴장에서 비롯됩니다. 눈은 정지된 물체보다 움직임에서 정보를 얻기 위해 끊임없이 미세하게 움직이는데, 이 과정에서 근육에 피로가 쌓이는 것입니다. 따뜻한 마사지는 혈관을 확장해 혈액 순환을 돕고 근육통을 완화하는 효과가 있습니다. 또한, 효과가 있다는 믿음 자체가 뇌에 긍정적인 영향을 주는 위약 효과도 무시할 수 없습니다. 눈의 건강을 지키기 위해서는 물리적 휴식과 심리적 안정이 조화를 이루어야 합니다. 망막 세포 자체는 통증을 느끼지 못하므로, 우리가 느끼는 피로감은 대부분 눈을 지탱하는 근육의 신호입니다. 자외선과 고에너지 청색광은 눈의 수정체와 망막에 직접적인 손상을 줄 수 있습니다. 수정체의 단백질이 변성되면 백내장이 발생하고, 망막 세포의 재생 능력이 손상과 보상의 균형을 잃으면 노인성 질환으로 이어집니다. 망막 세포는 매일 일정 비율로 재생되지만, 나이가 들수록 이 회복력이 떨어지기 때문에 젊을 때부터 선글라스 착용 등을 통해 자외선을 차단하는 습관이 중요합니다. 눈은 우리 몸에서 가장 예민한 감각 기관인 만큼 선제적인 보호가 필수적입니다. 스마트폰의 청색광 역시 완전히 검증되지는 않았으나, 망막 세포에 가해지는 에너지 자극이라는 측면에서 주의가 필요합니다. 시각 장애를 극복하기 위한 현대 과학의 시도는 유전자 가위, 줄기세포, 인공 망막 등 다양한 방향으로 진행되고 있습니다. 망막 세포를 이식하거나 CCD 카메라 모듈을 시신경에 연결하는 기술은 이미 연구 단계에 있으며, 중요한 것은 뇌가 새로운 신호를 학습하는 재활 과정입니다. 우리 뇌는 외부 자극에 적응하는 능력이 뛰어나기 때문에, 기술적 보완과 함께 정교한 훈련이 병행된다면 잃어버린 시각 정보를 다시 인지하는 것도 불가능한 영역은 아닙니다. 선천적인 색맹의 경우에도 유전자 조작 기술을 통해 사전에 방지하거나, 후천적인 손상을 줄기세포로 회복시키는 연구가 미래의 가능성을 열어주고 있습니다. 인간의 눈은 문어와 달리 시신경과 혈관이 광수용 세포 앞에 위치한 거꾸로 된 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 맹점이 생기고 혈관 질환 시 실명 위험이 크다는 단점이 있지만, 반사되는 빛을 차단해 더 선명한 상을 얻는 이점도 존재합니다. 진화는 완벽한 설계보다는 주어진 환경에서 최선의 타협점을 찾아가는 과정입니다. 광섬유처럼 빛을 전달하는 뮬러 세포의 존재는 이러한 구조적 한계를 극복하기 위한 생명체의 놀라운 적응력을 잘 보여줍니다. 비효율적으로 보일 수 있는 구조 안에서도 생명은 최적의 시각 정보를 얻기 위해 정교한 보완 장치를 마련하며 진화해 왔습니다.

석현정, 정용, 최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

[강연] 생명의 기원 by이기형 | 2015 여름 카오스 콘서트 '기원 Origin' 3강 | 3강

우주의 기원을 찾는 여정이 허블의 법칙에서 시작되었다면, 생명의 기원을 찾는 여정은 찰스 다윈의 진화론에서 출발합니다. 다윈의 이론은 지구상의 모든 생명체가 하나의 공통 조상에서 비롯되었음을 강력하게 시사합니다. 과학자들은 화석 기록과 DNA 분석을 통해 생명의 나무를 정교하게 그려왔으며, 그 뿌리 끝에는 오늘날의 박테리아와 유사한 단세포 생물이 자리하고 있음을 발견했습니다. 우리는 약 20만 년 전의 미토콘드리아 이브에서 시작해 600만 년 전 유인원(침팬지)과의 분기를 거쳐, 결국 단세포 생물이라는 기원에 도달하게 됩니다. 모든 생명체가 단세포 생물에서 기원했다는 증거는 우리 몸을 구성하는 세포 그 자체에 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 예외 없이 세포로 이루어져 있으며, 하나의 수정란이 분열하여 개체를 형성하는 방식 또한 놀랍도록 일치합니다. 동물이든 식물이든 세포의 기본적인 기능과 구조는 매우 유사하며, 이는 우리가 모두 같은 친척임을 증명합니다. 결국 세포라는 공통된 단위를 통해 우리는 생명의 연속성을 확인하며, 단세포 생물이 우리 모두의 머나먼 조상이라는 사실을 과학적으로 인정하게 됩니다. 단세포 생물의 탄생 이전에는 무기물에서 유기물이 만들어지는 '화학적 진화'의 과정이 있었습니다. 약 40억 년 전 원시 지구의 척박한 환경 속에서 수소, 메탄, 암모니아와 같은 물질들이 지열과 번개 같은 에너지원을 만나 아미노산과 같은 유기물로 변모했습니다. 이는 1953년 밀러의 실험을 통해 과학적으로 입증되었으며, 이후 단순한 분자들이 사슬처럼 연결되어 단백질과 같은 복잡한 구조를 형성할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 과정은 생명이 탄생하기 위한 기초적인 재료를 준비하는 필수적인 단계였습니다. 유기물이 준비된 후에는 이를 감싸 안을 지질막의 형성과 스스로를 복제할 수 있는 복제 물질의 등장이 중요해집니다. 과학자들은 화학적 과정을 통해 자연스럽게 지질막 구조가 형성되고, 이것이 융합과 분열을 반복하며 원시 세포(프로토셀)로 발전할 수 있음을 확인했습니다. 특히 RNA는 스스로 복제하는 능력뿐만 아니라 화학 반응을 돕는 효소의 역할까지 수행할 수 있어, 최초의 복제 물질로서 유력한 후보로 꼽힙니다. 이러한 원시적인 지질막들이 지구 곳곳을 떠다니며 생명으로 나아갈 준비를 마쳤던 것입니다. 원시 세포(프로토셀)가 진정한 생명체로 거듭나기 위해서는 '시간의 힘'과 '생물학적 진화'가 필요했습니다. 아주 낮은 확률의 사건이라도 수천만 년이라는 거대한 시간 속에서는 반드시 일어나는 필연이 됩니다. 원시 세포(프로토셀)들은 복제와 자연선택이라는 메커니즘을 통해 더 효율적으로 번식하는 방향으로 진화했습니다. 이 과정에서 복제 물질은 안정적인 DNA 구조를 갖추게 되었고, 생체 효소를 포섭하며 더욱 정교한 대사 시스템을 구축했습니다. 마침내 38억 년 전, 우리는 이를 비로소 생명이라 부를 수 있는 단세포 생물의 탄생으로 보게 됩니다. 생명 진화의 역사에서 가장 획기적인 전환점은 광합성과 산소 호흡의 등장입니다. 태양 에너지를 이용하는 광합성 생물의 출현은 지구 대기에 산소를 공급했고, 이는 에너지 효율을 극적으로 높이는 계기가 되었습니다. 산소 없이 얻을 수 있는 에너지가 극히 적었던 반면, 산소 호흡을 통해서는 수십 배에 달하는 에너지를 확보할 수 있게 된 것입니다. 이러한 에너지 혁명은 생명체가 단세포 생물의 한계를 벗어나 더 크고 복잡한 다세포 생물로 진화할 수 있는 원동력이 되었으며, 오늘날의 풍요로운 생태계를 만드는 밑거름이 되었습니다. 생명의 기원을 탐구하는 과정은 단순히 과거를 들여다보는 것을 넘어, 인간이 가진 호기심과 상상력의 위대함을 확인하는 일입니다. 과학은 현재의 생명체 속에서 수십억 년 전의 역사를 읽어내고, 보이지 않는 미시 세계에서 우주의 원리를 발견해냅니다. 아직 풀리지 않은 수많은 수수께끼가 남아있지만, 이는 미래 세대가 채워나갈 새로운 탐구의 영역이 될 것입니다. 과학에 대한 열정과 질문을 멈추지 않는 태도야말로 인류가 진화의 과정에서 얻은 가장 소중한 자산이며, 앞으로의 미래를 밝혀줄 등불이 될 것입니다.

이기형

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (2) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ②

뇌의 출현과 진화 과정을 살펴보면 생명체가 환경에 적응하기 위해 얼마나 정교한 구조를 갖추게 되었는지 알 수 있습니다. 가장 단순한 형태인 칠성장어의 뇌에서 시작하여 개구리와 파충류를 거치며 뇌는 점차 복잡해졌습니다. 특히 파충류 단계에 이르러 대뇌 피질이 형성되고 감정을 조절하는 편도체가 등장한 것은 진화사에서 매우 중요한 전환점입니다. 이러한 구조적 변화는 단순한 감각 처리를 넘어 생존을 위한 복합적인 반응을 가능하게 했으며, 인간의 뇌가 가진 고차원적인 기능의 토대가 되었습니다. 우리는 흔히 감정과 기분을 혼용하여 사용하지만, 뇌과학적 관점에서 이 둘은 명확히 구분됩니다. '이모션(Emotion)'은 의식적인 인지 이전에 발생하는 신체의 생리적 반응으로, 위험한 대상을 마주했을 때 심장 박동이 빨라지거나 체온이 오르는 현상을 말합니다. 반면 '필링(Feeling)'은 이러한 신체 변화를 뇌가 의식적으로 인지하고 언어로 표현할 수 있는 상태를 의미합니다. 즉, 감정은 생존을 위해 논리적 계산보다 앞서 작동하는 본능적인 회로이며, 우리가 위험으로부터 즉각적으로 회피할 수 있도록 돕는 필수적인 장치입니다. 뇌가 복잡해짐에 따라 개체 전체를 일관된 방향으로 움직이게 하는 강력한 동기 부여 시스템이 필요해졌는데, 이것이 바로 '쾌락 중추'와 '보상 회로'입니다. 식사나 번식, 호기심 충족과 같은 생존에 유리한 행동을 할 때 뇌는 보상을 제공하여 해당 행동을 반복하게 만듭니다. 하지만 이 시스템이 통제를 벗어나면 중독과 같은 문제가 발생하기도 합니다. 처음에는 생존을 위한 필요에 의해 생겨난 보상 회로가 때로는 뇌 전체를 지배하는 주인이 되기도 한다는 점은 뇌와 몸의 관계를 마스터와 슬레이브의 관점에서 다시 생각하게 만듭니다. 공포는 생존에 필수적인 감정이지만, 적절히 조절되지 못할 때 질환으로 이어지기도 합니다. 정상적인 뇌는 위험이 사라진 환경에서 공포 반응을 점차 줄여나가는 '공포 소거' 과정을 거칩니다. 그러나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 환자의 경우, 이 소거 기능이 제대로 작동하지 않아 과거의 공포 기억이 현재의 생리적 반응으로 고스란히 재현되는 고통을 겪습니다. 생쥐 실험을 통해 밝혀진 이러한 메커니즘은 공포가 단순한 심리적 위축을 넘어 뇌 회로의 오작동으로 인한 신체적 고통임을 보여주며, 이를 치료하기 위한 다양한 연구의 근거가 됩니다. 사회적 동물에게 공감은 개체 간의 유대를 강화하는 중요한 기제입니다. 타인의 고통을 보며 자신도 유사한 통증을 느끼는 '공감 고통'은 인간뿐만 아니라 생쥐와 같은 동물에게서도 관찰됩니다. 특히 이러한 공감 반응은 상대방과의 친밀도나 유대감에 따라 그 강도가 달라진다는 점이 흥미롭습니다. 오랜 시간 함께 지낸 동료나 가족의 고통에 더 민감하게 반응하는 뇌의 특성은 우리가 왜 사회적 관계를 맺고 서로를 돌보며 살아가는지를 생물학적으로 설명해 줍니다. 결국 뇌는 나라는 개체를 넘어 타인과 연결되도록 설계되어 있는 셈입니다.

신희섭

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[석학인터뷰] 교수님처럼 글을 잘 쓰려면 어떻게 해야하나요?- KAOS 최재천 국립생태원장 인터뷰 영상

생명의 기원을 밝히는 일은 과학계에서 가장 어려운 과제 중 하나입니다. 생명이 처음 탄생하던 순간을 직접 목격한 이가 없기에, 우리는 현재 관찰 가능한 데이터만을 바탕으로 과거를 유추할 수밖에 없습니다. 종교적 설명이나 외계 유입설은 언뜻 명쾌해 보이지만, 이는 근본적인 발생 원리에 대한 과학적 해답이 되기 어렵습니다. 외계에서 생명이 왔다고 가정하더라도 그 생명이 어디서 어떻게 시작되었는지에 대한 질문은 여전히 남기 때문입니다. 결국 우리는 지구라는 환경 안에서 생명이 태동한 과정을 논리적으로 추적해야만 합니다. 좋은 글을 쓰는 비결은 타고난 재능보다는 치열한 퇴고의 과정에 있습니다. 마감 기한을 스스로 앞당겨 설정하고, 완성된 초고를 수십 번 다시 읽으며 다듬는 정성이 필요합니다. 특히 글을 소리 내어 읽었을 때 느껴지는 리듬감은 독자에게 의미를 전달하는 핵심적인 요소입니다. 귀로 들었을 때 매끄럽지 않거나 호흡이 끊기는 문장은 과감히 수정해야 합니다. 글쓴이가 스스로 읽기에 불편함이 없을 때까지 고치고 또 고치는 반복적인 노력이 뒷받침될 때, 비로소 독자의 마음을 움직이는 생동감 넘치는 문장이 탄생하게 됩니다. 자연과학의 여러 분야 중 생물학은 독특한 위치를 차지합니다. 물리학이나 화학이 대상을 더 작은 단위로 쪼개어 분석하는 환원주의적 접근에 집중한다면, 생물학은 그 분석된 요소들을 다시 하나로 묶어내는 종합력을 요구합니다. 세포 하나를 들여다보는 분석력도 중요하지만, 그 세포들이 모여 하나의 생명체를 이루고 나아가 생태계 속에서 상호작용하는 전체적인 그림을 그릴 수 있어야 합니다. 생명의 오묘함은 단순히 부분을 합친 것 이상의 복잡성을 지니고 있기에, 이를 이해하기 위해서는 분석력과 종합력의 균형이 필수적입니다. 생물학적 탐구는 미시적인 세계와 거시적인 세계를 동시에 아우르는 매력을 지니고 있습니다. 분석력만을 강조하는 학문적 풍토에서 벗어나, 쪼개진 파편들을 연결하여 생명이라는 거대한 퍼즐을 완성해 나가는 과정은 지적 호기심을 자극하기에 충분합니다. 이러한 종합력은 생명 현상의 본질을 꿰뚫어 보는 힘이 됩니다. 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어 생명체가 살아가는 방식과 그 의미를 탐구하는 일은 인간이 자연을 이해하는 가장 깊이 있는 방법 중 하나입니다. 분석력과 종합력을 넘나드는 통찰력은 생물학자가 갖춰야 할 최고의 덕목입니다. 현대 과학에서 생물학의 역할은 갈수록 중요해지고 있습니다. 기후 위기나 질병 등 인류가 직면한 복잡한 문제들을 해결하기 위해서는 생명 시스템에 대한 다각적인 이해가 필요하기 때문입니다. 분석적인 데이터에 기반하면서도 전체적인 조화를 고려하는 생물학적 접근 방식은 미래 과학의 핵심적인 방법론이 될 것입니다. 자연의 섭리를 존중하며 생명의 기원부터 현재의 다양성까지 아우르는 학문적 여정은 우리에게 세상을 바라보는 새로운 눈을 제공합니다. 지적 치열함과 종합력을 통해 우리는 생명의 신비에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다.

최재천

카오스재단석학인터뷰

융합

[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

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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] 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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