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

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

정충원

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 짧강] 인류와 함께 공존하는 감염병과 수리모델링_by정은옥｜2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강

4차 산업혁명 시대에 접어들었음에도 불구하고 인류는 여전히 신종 인플루엔자의 위협으로부터 자유롭지 못합니다. 2009년의 신종 인플루엔자 대유행과 2015년의 메르스 사태는 현대 사회에서 감염병 관리가 얼마나 중요한 과제인지를 여실히 보여주었습니다. 이러한 위기 상황에서 수리 생물학자들은 감염병의 확산 양상을 예측하고 효과적인 대응 방안을 마련하기 위해 수학적 모델링을 활용합니다. 특히 미분방정식을 이용한 모델은 시간에 따른 감염자 수의 변화를 정교하게 계산하여 방역 정책의 과학적 근거를 제시하는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 감염병 모델링은 단순히 수학적 수식만으로 완성되는 것이 아니라 역학자들과의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 수학자들은 질병관리청의 감염 역학 전문가들과 소통하며 잠복기, 유병 환자, 회복자 등 의학적 개념을 수식에 반영하는 과정을 거칩니다. 대표적인 모델인 SEIR 모델은 인구 집단을 감수성자, 잠복기 감염자, 증상 유무에 따른 감염자, 그리고 회복자 그룹으로 세분화하여 분석합니다. 이러한 다학제적 접근은 복잡한 감염병의 전파 경로를 정확하게 파악하고 현실의 데이터를 모델에 투영하여 예측의 신뢰도를 높이는 근간이 됩니다. 2009년 신종 인플루엔자 확산 당시, 연구진은 전국적인 지역 확산 모델을 구축하기 위해 한국 특유의 통근 및 통학 데이터를 적극적으로 활용했습니다. 우리나라는 인구의 60% 이상이 지역 간 이동을 하는 특성을 가지고 있어 이를 반영한 네트워크 모델링이 무엇보다 중요했습니다. 연구자들은 사인 함수를 이용해 하루 중 출퇴근 시간에 따른 인구 흐름을 모델링하였고, 이를 미분방정식과 결합하여 수도권 각 지역 간의 감염 확산 양상을 매우 정교하게 재현해냈습니다. 이는 단순한 통계 수치를 넘어 질병이 지리적으로 어떻게 이동하는지를 시각화하는 성과를 거두었습니다. 수리 모델링의 진정한 가치는 과거의 데이터를 재현하는 것에 그치지 않고 다양한 방역 정책의 효과를 미리 시뮬레이션해 볼 수 있다는 점에 있습니다. 백신이나 치료제가 충분하지 않은 초기 단계에서는 격리나 이동 제한과 같은 비약물적 중재 전략이 매우 중요합니다. 정책 입안자들은 모델을 통해 제한된 예산과 자원을 어디에 집중할 때 가장 큰 효과를 거둘 수 있는지 판단할 수 있습니다. 이는 막대한 사회적 비용을 절감하고 인명 피해를 최소화하기 위한 전략적 의사결정 도구로서, 과학적 방역 체계의 핵심적인 요소로 자리 잡고 있습니다. 연구 결과에 따르면 감염병 확산을 막기 위해 교통망의 중심지인 허브 지역을 통제하는 것보다 최초 발생지인 소스 지역을 집중적으로 관리하는 것이 훨씬 효과적이었습니다. 예를 들어 유동 인구가 많은 강남 지역보다 최초 환자가 발생한 소도시의 이동을 제한했을 때 전국적인 감염자 감소 효과가 더 크게 나타났습니다. 또한 중재 시점은 빠를수록 좋으며 일정 기간 이상의 과도한 통제는 오히려 효율성이 떨어진다는 점도 확인되었습니다. 이러한 정밀한 분석 결과는 미래의 신종 인플루엔자 위기 상황에서 자원을 효율적으로 배분하고 최적의 방역 타이밍을 결정하는 데 중요한 지침이 됩니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[인터뷰] 정충원_고유전체 연구가 말하는 한민족의 기원 / 우리는 단일민족인가?

오래된 시료에서 추출한 고유전체 DNA는 시간이 흐름에 따라 조각나고 분해되어 있지만, 일정 길이 이상의 서열만 확보된다면 과거의 유전 정보를 복원하는 것이 가능합니다. 연구 과정에서 가장 주의해야 할 점은 현대인의 유전 물질에 의한 오염을 방지하는 것입니다. 이를 위해 특수 시설과 엄격한 관리 체계가 필요하며, 이러한 기술적 토대 위에서 우리는 수만 년 전 인류의 이동 경로와 생존 전략을 과학적으로 추적할 수 있게 되었습니다. 유전자는 생명체의 역사를 담고 있는 가장 정밀한 기록물인 셈입니다. 아메리카 대륙으로의 인류 진출은 마지막 빙하기가 끝난 약 1만 8,000년 전 이후 알래스카를 통해 시작되었습니다. 당시 인류는 베링기아라는 지역에서 혹독한 환경을 견디며 기회를 엿보다가, 기후가 온화해지자 매우 빠른 속도로 남하하여 대륙 전체로 확산했습니다. 이는 단순히 거주지를 옮기는 이동을 넘어, 비어 있는 생태계를 선점하며 인구를 늘려가는 폭발적인 확산 과정이었습니다. 이러한 현상은 유라시아나 호주 대륙에 현생 인류가 처음 등장했을 때와 유사한 양상을 보이며 인류의 강한 생존력을 증명합니다. 중앙아시아 타림 분지에서 발견된 미라들은 서구적인 외모와 독특한 유물 덕분에 오랫동안 유럽 계통의 이주민일 것이라는 가설이 지배적이었습니다. 그러나 최신 유전체 연구 결과, 이들은 외부에서 유입된 집단이 아니라 플라이스토세 시기부터 해당 지역에 거주하던 수렵 채집인의 후손임이 밝혀졌습니다. 이는 가축이나 언어 같은 문화적 요소가 반드시 대규모 인구 이동을 동반하지 않을 수 있음을 시사합니다. 즉, 타림 분지 집단은 외부의 문물을 능동적으로 수용하면서도 자신들의 유전적 정체성을 유지해 온 독자적인 계통이었던 것입니다. 인류사에서 농경이나 목축 같은 거대한 문화적 변동이 일어날 때, 유전자의 변화가 항상 수반되는 것은 아닙니다. 유럽의 사례처럼 대규모 인구 교체가 문화를 전파하기도 하지만, 중동이나 동아시아의 여러 지역에서는 기존 거주민들이 유전적 변화 없이 새로운 기술만을 습득한 사례가 빈번히 발견됩니다. 사람들은 자신의 환경에 도움이 되는 문물을 발견하면 이를 적극적으로 테스트하고 받아들이는 성향이 있기 때문입니다. 이는 인구 이동의 속도보다 아이디어나 문물의 전파 속도가 더 빠를 수 있음을 보여주는 중요한 증거입니다. 현대 한국인은 지역에 관계없이 매우 동질적인 유전자 프로필을 공유하고 있으며, 이는 청동기 시대 이후 한반도 내에서 급격한 인구 교체가 없었음을 의미합니다. 한국인의 직계 조상은 남만주 일대에서 형성되었을 가능성이 크며, 고고학적 증거와 유전체 데이터를 결합한 다학제적 연구가 현재 활발히 진행 중입니다. 한 민족의 기원을 밝히는 일은 단순히 유전자를 분석하는 것을 넘어 고기후학, 지리학, 언어학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 인류사의 거대한 퍼즐을 맞춰가는 과정이라 할 수 있습니다.

정충원

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