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세상은 왜 녹색인가?

우주에서 바라본 지구는 대륙 대부분이 짙은 초록색으로 빛나며 우리에게 강렬한 인상을 남깁니다. 도심의 회색 풍경에 익숙한 우리에게 이 거대한 초록빛은 자연의 생명력을 상징하지만, 한편으로는 의문이 생기기도 합니다. 수많은 초식동물이 매일같이 엄청난 양의 식물을 먹어 치움에도 불구하고, 산과 들은 왜 여전히 푸르름을 유지하고 있는 것일까요? 1960년 생태학자 넬슨 헤어스턴은 바로 이 점에 주목하여 '세상은 왜 녹색인가?'라는 근본적인 질문을 던졌습니다. 단순히 엽록소가 녹색 빛을 반사하기 때문라는 물리적 이유를 넘어, 그 이면에는 정교한 생태계 메커니즘이 숨어 있습니다. 헤어스턴과 연구진은 포식자가 초식동물의 개체 수를 조절함으로써 식물을 보호한다는 '하향식 조절' 이론을 제시했습니다. 실제로 영국의 한 산악 지대에서 진행된 울타리 실험을 통해 이러한 원리를 확인할 수 있었습니다. 양의 출입을 막은 구역은 식물이 무성하게 자라난 반면, 양이 자유롭게 드나드는 곳은 풀의 길이가 눈에 띄게 짧아졌습니다. 하지만 흥미로운 사실은 포식자가 없는 환경에서도 초식동물이 식물을 완전히 전멸시키지는 못했다는 점입니다. 포식자의 유무는 식생의 구성을 변화시키는 중요한 요인이지만, 세상이 녹색을 유지하는 유일한 열쇠라고 보기는 어려웠습니다. 식물은 포식자의 도움 없이도 스스로를 보호하기 위해 '상향식 조절'이라는 강력한 전략을 구사합니다. 이동할 수 없는 한계를 극복하기 위해 가시나 딱딱한 외피를 만드는 물리적 방어는 물론, 독성 화학물질을 생성하는 화학적 방어를 활용합니다. 우리가 흔히 접하는 피톤치드, 카페인, 니코틴, 타닌 등은 사실 식물이 초식동물의 공격으로부터 자신을 지키기 위해 만들어낸 이차 대사산물입니다. 이러한 물질들은 초식동물에게 독성을 발휘하거나 불쾌한 맛을 느끼게 하여, 식물이 무분별하게 먹히는 것을 효과적으로 방지하는 생화학적 방패 역할을 수행하게 됩니다. 또한 식물은 생존에 필수적인 질소 함량을 부위별로 조절하는 고도의 전략을 사용합니다. 종자 번식에 필요한 꽃이나 열매에는 질소를 높여 동물을 유인하고 맛있게 만드는 반면, 광합성을 담당하는 잎이나 줄기는 의도적으로 영양가를 낮추고 맛없게 만듭니다. 이러한 영양적 방어는 초식동물이 식물 전체를 소비하는 것을 막고 섭식 효율을 떨어뜨립니다. 결국 초식동물은 배를 채우기 위해 더 많은 에너지를 소모해야 하며, 이는 자연스럽게 식물의 생물량을 보존하는 결과로 이어집니다. 식물은 단순히 먹잇감이 아니라 자신의 부위를 전략적으로 선택하여 내어주는 셈입니다. 지구상의 생물량 데이터를 살펴보면 식물 생물량은 약 450기가톤인 데 반해 모든 동물을 합친 동물 생물량은 2기가톤에 불과합니다. 이는 전체 동물 생물량이 식물 생물량의 1%조차 되지 않는다는 것을 의미하며, 식물의 방어 전략이 얼마나 압도적인 성공을 거두었는지 입증합니다. 생태학자 스튜어트 핌의 말처럼 초식동물의 관점에서 세상은 가시투성이이고 맛없는 공간일지도 모릅니다. 하지만 이러한 식물의 치열한 생존 투쟁 덕분에 지구는 갈색으로 변하지 않고 푸른 생명력을 유지할 수 있습니다. 우리가 매일 마주하는 초록빛 풍경은 식물이 수억 년간 일궈낸 치열한 방어의 결과물입니다.

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생명과학
지구환경과학

기존 생물학의 상식을 파괴한 초파리의 정자

여름철 흔히 볼 수 있는 초파리는 아주 작지만, 그 정자의 길이는 무려 5cm에 달해 인간 체격으로 환산하면 30m에 이르는 거대한 크기를 자랑합니다. 인간 정자보다 1,000배나 긴 꼬리를 가진 이들이 좁은 몸속에서 엉키지 않는 비결은 매우 독특합니다. 연구에 따르면 정자들은 꼬리가 길어 엉키기 쉬운 구조임에도 불구하고, 특별한 움직임을 통해 충돌을 피합니다. 꼬리를 휘둘러 앞으로 나아가는 일반적인 방식이 아닌, 서로를 밀어내는 파동을 이용해 질서 있게 이동하며 목표를 향해 나아가는 것입니다. 초파리 정자는 개별적으로 돌진하는 대신 단체로 서로를 밀어내며 목표를 향해 나아갑니다. 이러한 정자의 신비로운 구조와 움직임은 스콧 피트닉 교수의 끈질긴 연구 끝에 밝혀졌습니다. 1992년 처음 거대 정자의 존재를 보고한 이후, 그는 15년이라는 긴 시간 동안 왜 초파리가 자신의 몸보다 훨씬 긴 정자를 가지게 되었는지 그 미스터리를 추적했습니다. 이는 작은 동물이 거대한 정자를 엉키지 않고 제 기능을 유지하도록 만드는 생물학적 메커니즘을 실시간으로 시각화한 최초의 사례로 평가받고 있습니다. 초파리 정자가 거대해진 진화적 이유는 치열한 생존 전략에 있습니다. 먼저 들어간 긴 정자는 암컷의 몸속을 가득 채워 다른 수컷의 정자가 침입하지 못하도록 철벽 방어하는 바리케이드 역할을 수행합니다. 또한, 암컷 초파리의 정자 보관 기관이 8cm 이상의 복잡한 미로 구조로 되어 있다는 점도 중요한 원인입니다. 결국 수컷은 이 험난하고 가혹한 경로를 끝까지 통과하여 난자에 도달하기 위해, 정자의 길이를 늘리고 튼튼하게 만드는 방향으로 진화할 수밖에 없었던 것입니다.

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물리학
생명과학

공룡 고기는 무슨 맛이었을까?

우리가 즐겨 먹는 치킨이 생물학적으로 공룡의 후예라는 사실은 이제 널리 알려진 상식입니다. 그렇다면 수천만 년 전 멸종한 거대 공룡들의 실제 고기 맛은 어떠했을까요? 고생물학자들은 화석화된 뼈 대신 근육 생리학과 생태학적 특성을 통해 이 흥미로운 질문의 해답을 찾고 있습니다. 고기의 맛과 색을 결정하는 가장 핵심적인 요소는 근육 내 산소를 저장하는 단백질인 미오글로빈입니다. 이 단백질은 철 원자를 포함하고 있어 특유의 금속성 풍미를 자아내는데, 농도가 높을수록 고기는 진한 붉은색을 띠고 강한 철분 맛을 냅니다. 이는 활동량이 적어 담백한 닭고기와 활동량이 많아 붉은빛을 띠는 오리고기의 차이를 통해 쉽게 이해할 수 있는 원리입니다. 거대한 몸집을 자랑하는 용각류 공룡들은 계절에 따라 300km 이상의 먼 거리를 이동하며 끊임없이 근육을 사용했습니다. 이러한 활발한 이동은 근육 내 미오글로빈 농도를 크게 높였을 것이며, 결과적으로 그들의 고기는 현대의 소고기나 사슴고기처럼 진한 붉은색과 강렬한 풍미를 가졌을 것으로 추정됩니다. 대형 육식 공룡인 티라노사우루스 역시 마찬가지입니다. 이들은 생존을 위해 끊임없이 고강도의 사냥 활동을 펼쳐야 했고, 이 과정에서 발달한 근육은 현재의 독수리나 매와 같은 맹금류와 유사한 묵직한 철분 맛을 지녔을 가능성이 큽니다. 결국 거대 공룡의 맛은 우리가 흔히 접하는 가금류보다는 훨씬 야생적이고 강한 풍미에 가까웠을 것입니다. 반면 오비랍토르와 같은 소형 잡식성 공룡들은 현재의 닭과 매우 흡사한 생활 방식을 유지하며 전혀 다른 맛을 냈을 것으로 보입니다. 깃털로 덮인 몸을 가진 이들은 장거리 이동이나 격렬한 사냥보다는 제한적인 범위 내에서 활동했기에 근육 내 미오글로빈 농도가 낮았을 것으로 보입니다. 따라서 오비랍토르의 고기는 담백하고 부드러운 현대의 닭고기와 매우 유사한 맛이었을 확률이 높습니다. 비록 공룡의 실제 조직은 지층 속으로 사라져 그 맛을 직접 확인할 길은 없지만, 과학적 근거를 바탕으로 한 이러한 상상은 생명과 진화의 흔적을 되짚어보는 흥미로운 여정을 선사합니다. 공룡의 맛에 대한 궁금증은 곧 우리를 둘러싼 생태계의 뿌리를 찾아가는 과정이기도 합니다.

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생명과학

[강연] 할머니는 인류 진화의 원동력 _ by이수지 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 5강 | 5강

생물학에서 '생애사'는 개체가 태어나 성장하고 번식하며 죽음에 이르기까지의 전 과정을 의미합니다. 이는 단순히 시간의 흐름을 나열하는 것이 아니라, 각 종이 생존과 번식을 위해 선택한 일종의 '생애사'라고 할 수 있습니다. 문어처럼 짧은 생애 동안 단 한 번의 번식에 모든 에너지를 쏟는 종이 있는가 하면, 수백 년을 살며 매년 씨앗을 퍼뜨리는 삼나무처럼 종마다 그 양상은 매우 다양하게 나타납니다. 이러한 차이는 진화의 과정에서 각 환경에 적응하며 만들어진 결과물입니다. 인간의 생애사를 깊이 이해하기 위해서는 우리가 영장류라는 사실을 기억해야 합니다. 약 7,500만 년 전 공통 조상에서 갈라져 나온 영장류는 다른 포유류에 비해 유독 '느리고 긴' 생애를 사는 특징이 있습니다. 특히 인간은 침팬지나 보노보 같은 가까운 친척들과 많은 특징을 공유하면서도, 진화 과정에서 독특한 변화를 겪어왔습니다. 다른 영장류와의 공통점은 조상의 흔적을 보여주며, 차이점은 인간이 환경에 적응하며 겪었던 특별한 선택의 압력을 유추하게 하는 중요한 단서가 됩니다. 인간은 영장류 특유의 느린 생애 주기를 유지하면서도, 역설적으로 번식 속도는 다른 대형 유인원보다 빨라지는 방향으로 진화했습니다. 가장 눈에 띄는 특징은 출산 간격이 짧아졌다는 점입니다. 보통 수유 기간이 길면 다음 임신까지 시간이 오래 걸리지만, 인간은 젖을 떼는 시기를 앞당겨 출산 간격을 줄였습니다. 이는 인구학적으로 개체군을 빠르게 늘릴 수 있는 이점이 되지만, 동시에 산모와 아이의 건강에 위험을 초래할 수 있는 진화적 비용을 수반하는 선택이기도 했습니다. 짧은 출산 간격으로 인한 위험을 극복하기 위해 인간은 '협력 육아'라는 독특한 시스템을 발전시켰습니다. 포유류 전체에서 드물게 아버지가 양육에 적극적으로 참여하며, 가족을 넘어 집단 구성원들이 함께 아이를 돌보는 문화가 정착된 것입니다. 이러한 협력은 아이의 사망 위험을 낮추고 산모의 부담을 덜어주어, 인간이 가진 독특한 생애 주기가 안정적으로 유지될 수 있도록 도왔습니다. 이는 인간이 사회적 유대감을 바탕으로 생존 확률을 높여온 진화적 전략의 핵심이라 할 수 있습니다. 인간의 생애사에서 또 다른 미스터리는 번식 능력이 사라진 뒤에도 오래 생존하는 '폐경 후 수명'입니다. 진화적 관점에서 번식하지 않는 개체의 생존은 난제였으나, '할머니 가설'은 이를 명쾌하게 설명합니다. 할머니들이 축적된 지식과 자원을 바탕으로 손주들의 양육을 도움으로써, 딸이 더 빨리 다음 자녀를 가질 수 있게 하고 손주의 생존율을 높였다는 것입니다. 최근에는 범고래나 일부 코끼리 종에서도 유사한 사례가 발견되며, 이 가설은 생애사 연구의 중요한 축으로 자리 잡았습니다. 진화의 거대한 흐름을 이해하기 위해서는 출산율, 생존율, 이주율이라는 인구학적 지표를 분석하는 것이 필수적입니다. 특정 유전적 형질이 집단 내에서 어떻게 퍼져나가는지는 결국 개별 개체들이 얼마나 살아남고 자손을 남기는가에 달려 있기 때문입니다. 인구학은 단순히 숫자를 세는 학문이 아니라, 연령별로 변화하는 생물학적 사건들을 통해 진화의 동력을 구체적으로 파악하게 해주는 도구입니다. 이를 통해 우리는 노화의 패턴이나 집단의 성장 가능성을 과학적으로 예측할 수 있습니다. 느리고 긴 생애사를 가진 영장류는 개체군 증가 속도가 매우 느려 멸종 위기에 취약한 특성을 보입니다. 현재 많은 영장류가 서식지 파괴와 환경 변화로 사라질 위험에 처해 있으며, 이는 인간 자신을 이해할 소중한 비교 대상을 잃는 것과 같습니다. 전 생애에 걸친 방대한 데이터를 수집하고 분석하는 연구는 인간과 영장류의 공존을 위한 기초가 됩니다. 생물 다양성을 보존하고 각 종의 독특한 생애사를 연구하는 일은, 결국 우리 인류가 걸어온 길과 나아갈 미래를 밝히는 과정입니다.

이수지

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이수지 _ 연구를 위해 만들어진 섬, 까요 산띠아고 | 2022 '진화가 필요한 순간'

진화 인류학은 인류의 진화 과정을 이해하기 위해 형태적, 유전적, 행동적 자료를 종합적으로 분석하는 학문입니다. 특히 인간이 속한 영장류의 출산율 패턴과 '생애사' 과정은 진화적 맥락에서 매우 중요한 연구 대상입니다. 인간의 진화사를 구축하는 과정에서 우리는 단순히 과거를 돌아보는 것에 그치지 않고, 현재 우리가 보이는 행동 표현형 특질들이 어떤 생물학적 기반 위에서 형성되었는지를 탐구합니다. 이러한 비교 연구는 인간과 현생 영장류 사이의 공통점과 차이점을 밝혀내어 인류만의 독특한 생존 전략을 이해하는 열쇠가 됩니다. 진화 생물학의 관점에서 볼 때, 모든 생명체가 무조건 오래 살고 자손을 많이 낳는 방향으로만 진화하지 않는 이유는 무엇일까요? 그 해답은 '상쇄 관계'라는 개념에 있습니다. 생명체가 가진 자원은 한정되어 있기 때문에, 특정 형질에 자원을 집중하면 다른 형질에 투자할 자원이 줄어들 수밖에 없습니다. 예를 들어, 성장에 많은 에너지를 쏟으면 번식 시기가 늦어지거나 자손의 수가 줄어들기도 합니다. 이러한 상쇄 관계는 주어진 생태적 조건에 따라 최적의 균형점을 찾아가며, 결과적으로 지구상의 다양한 종들이 각기 다른 생애사 패턴을 보이게 만드는 근본적인 원인이 됩니다. 협력 육아는 부모 외의 개체들이 양육에 참여하는 현상으로, 곤충부터 조류, 포유류에 이르기까지 폭넓게 관찰됩니다. 개미나 벌처럼 고도로 조직화된 사회를 이루는 경우도 있고, 새들처럼 독립 전의 형제자매를 돌보는 형태도 존재합니다. 하지만 포유류 중에서 인간의 협력 육아는 매우 특별한 위치를 차지합니다. 인간은 집단 내에서 음식을 나누고 끈끈한 유대감을 바탕으로 공동 양육을 수행하며, 특히 번식 수명이 끝난 조부모가 손주를 돌보는 행동은 다른 종에서 찾아보기 힘든 독특한 특징입니다. 이러한 협력적 구조는 인간의 긴 유년기를 지탱하는 중요한 진화적 장치가 되었습니다. 현대 사회의 저출산 현상은 단순히 아이를 낳지 않으려는 선택이라기보다, 출산 시기가 지연되는 생애사적 변화로 이해할 수 있습니다. 인간은 영장류 중에서도 성체가 되기까지의 유년기가 매우 길고 느린 생애사 패턴을 가지고 있습니다. 현대의 젊은 세대는 자원을 획득하고 사회적 기반을 마련하는 데 과거보다 더 많은 시간을 소모하게 되었고, 이는 자연스럽게 출산의 지연으로 이어집니다. 그러나 생물학적 생식력에는 분명한 한계가 존재하기 때문에, 개인의 출산 의도와 실제 이행 사이에는 생태적 어려움으로 인한 간극이 발생하게 됩니다. 따라서 저출산 문제는 인간의 생물학적 특성과 사회적 환경 사이의 충돌로 보아야 합니다. 인간의 생애사를 깊이 이해하기 위해 연구자들은 붉은털원숭이와 같은 영장류 군집을 장기적으로 관찰합니다. 푸에르토리코의 카요 산티아고 섬은 1950년대부터 유지되어 온 연구용 군집으로, 인위적인 개입을 최소화한 상태에서 원숭이들의 전 생애를 추적할 수 있는 귀중한 장소입니다. 이곳에서는 개체들의 사회적 행동, 유전적 구성, 생리적 기전 등이 어떻게 상호작용하는지에 대한 방대한 데이터가 축적됩니다. 이러한 야생에 가까운 환경에서의 비교 연구는 인간이 가진 인구학적 패턴의 뿌리를 찾고, 우리가 직면한 생물학적 질문들에 대한 실마리를 제공하는 중요한 토대가 됩니다.

이수지

카오스재단석학인터뷰

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

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

[인터뷰] 강호정_땅속 미생물이 인간이 배출하는 CO2의 5배 이상 배출한다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

흙 속 미생물과 기후 변화를 연구하는 생태학의 세계에서 가장 주목받는 식물 중 하나는 '스파그넘'이라 불리는 물이끼입니다. 이 식물은 화려한 꽃도 없고 성장 속도도 매우 느리지만, 죽은 뒤에도 잘 썩지 않고 땅속에 층층이 쌓이는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 주로 춥고 축축한 북미나 시베리아 지역에 분포하며, 광합성을 통해 흡수한 탄소를 장기간 저장하는 중요한 역할을 수행합니다. 기후 변화 대응의 핵심인 탄소 저장고로서 물이끼의 가치는 매우 높습니다. 지표면의 극히 일부만을 차지하는 습지는 지구 생태계의 거대한 스펀지와 같습니다. 비가 많이 올 때는 물을 머금어 홍수를 예방하고, 가뭄 시에는 저장했던 물을 조금씩 내보내 피해를 줄이는 조절 능력을 발휘합니다. 또한 수많은 동식물이 서식하는 생물 다양성의 보고이자, 전 지구적인 탄소 저장고로서 인류 문명사적으로도 막대한 가치를 지닙니다. 철새들이 긴 여정 중에 쉬어가는 기착지 역할까지 수행하며 지구의 생명력을 유지하는 데 기여하고 있습니다. 기후 변화로 인한 온도 상승은 땅속 미생물의 호흡을 가쁘게 만들어 탄소 분해를 가속화합니다. 이는 대기 중으로 더 많은 이산화탄소를 배출하는 결과를 초래하며, 강수량 변화에 따른 미생물 구성의 변화는 환경에 또 다른 연쇄 반응을 일으킵니다. 특히 미생물이 매년 내뿜는 이산화탄소의 양은 인류가 화석 연료를 태워 발생하는 양의 5배가 넘습니다. 메탄이나 아산화질소 같은 강력한 온실기체 발생에도 핵심적인 역할을 하기에 미생물 연구는 기후 위기 해결의 열쇠가 됩니다. 생태학은 실험실 안의 분석을 넘어 자연 그 자체를 연구 대상으로 삼는 학문입니다. 연구자들은 야외 조사지에서 장기간 생태계의 변화를 관찰하고, 때로는 인위적으로 온도를 높이거나 이산화탄소를 살포하여 미래 환경을 모사하는 조작 실험을 수행합니다. 현장 조사와 실험실 분석, 그리고 방대한 데이터를 처리하기 위한 통계학적 방법론이 결합된 융합적인 성격을 띱니다. 이러한 다각적인 접근을 통해 우리는 기후 변화가 생태계 전반에 미치는 영향을 보다 정밀하게 예측할 수 있습니다. 우리가 눈으로 보는 식물의 모습은 빙산의 일각에 불과하며, 땅속에는 그만큼 거대한 뿌리 시스템이 존재합니다. 뿌리는 단순히 식물을 지지하고 영양분을 흡수하는 것을 넘어, 주변 미생물 및 다른 식물들과 복잡한 네트워크를 형성합니다. 최근 연구에 따르면 나무들은 균류를 매개로 화학적 정보를 주고받으며 서로 소통하고 자원을 공유합니다. 겉으로 보이는 초록빛 잎사귀만큼이나 보이지 않는 땅속에서 일어나는 역동적인 상호작용에 주목할 때 식물의 진면목을 이해할 수 있습니다.

강호정

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생명과학

[인터뷰] 김광형_2050년 식량위기가 과장이 아닌 이유? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물병생태학은 식물병을 생태학적 관점에서 접근하여 기후변화에 따른 병원균의 동태와 생태계 내 다른 생물들과의 상호작용을 연구하는 학문입니다. 특히 전 세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 벼는 식량 안보와 직결되는 중요한 작물로, 기후변화에 대응하기 위한 연구의 핵심 대상이 됩니다. 기후 서비스는 이러한 기후 정보를 농업과 수자원 등 다양한 분야의 의사결정에 활용할 수 있도록 지원하며, 특히 기후변화에 취약한 개발도상국의 농업 체계를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 과거의 기후변화는 비교적 완만하게 진행되어 농업 체계가 그 속도에 맞춰 적응할 여유가 있었으나, 산업혁명 이후의 변화는 그 속도가 너무 빨라 현재의 기술력으로 대응하기에 한계가 있습니다. 기후변화는 더 이상 50년이나 100년 뒤의 먼 미래 이야기가 아니라, 지금 당장 우리 삶에 영향을 미치고 있는 현실적인 위협입니다. 아열대 작물 재배와 같은 긍정적인 측면도 일부 존재하지만, 급격한 환경 변화로 인한 부정적인 영향이 훨씬 크기 때문에 우리는 기후변화의 당사자라는 인식을 가지고 적극적으로 대응해야 합니다. 농업이 기후변화와 만났을 때 발생하는 '방아쇠 효과'는 매우 치명적입니다. 작은 사건이 연쇄적인 반응을 일으켜 거대한 결과를 초래하듯, 농업의 타격은 기근과 전염병을 넘어 경제 위기와 국가의 존립을 흔드는 전쟁으로까지 이어질 수 있습니다. 역사를 되짚어 보더라도 기후변화로 인한 농업의 붕괴가 문명의 멸망으로 이어진 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 따라서 농업을 지키는 것은 단순히 먹거리를 확보하는 차원을 넘어, 우리 사회의 안정과 지속 가능성을 유지하기 위한 가장 기본적인 방어선을 구축하는 일과 같습니다. 기후변화로 인해 식물은 병해충에 의한 생물적 스트레스와 가뭄, 폭염 같은 비생물적 스트레스를 동시에 겪게 됩니다. 이러한 복합적인 스트레스 상황에서 식물이 나타내는 저항 메커니즘은 단일 스트레스 상황과는 전혀 다른 양상을 보일 수 있어 정밀한 연구가 필요합니다. 이상기후가 빈번해짐에 따라 식물의 대응 능력을 파악하고 이를 강화하는 방법을 찾는 것은 미래 농업의 핵심 과제입니다. 식물이 환경 변화에 어떻게 대처하는지, 그리고 어떤 상황에서 더 취약해지는지를 밝혀내는 연구는 기후 위기 시대의 농업을 지탱하는 과학적 토대가 됩니다. 2050년 90억 명에 달할 인구를 부양하기 위해서는 현재보다 약 70% 이상의 식량 생산 증대가 필요하지만, 기존의 기술로는 이를 달성하기 어렵습니다. 이에 대한 현실적인 대안으로 주목받는 것이 GMO입니다. GMO를 통해 병해충 저항성을 높이거나 열악한 환경에서도 잘 자라는 작물을 개발함으로써 소실되는 식량을 줄이고 생산성을 극대화할 수 있습니다. GMO에 대한 막연한 불안감보다는 인슐린 생산처럼 이미 우리 삶에 기여하고 있는 과학적 사례들을 바탕으로, 장기적인 생태계 영향을 면밀히 검토하며 식량 위기를 해결할 도구로 활용해야 합니다.

김광형

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생명과학

[인터뷰] 김상규_식물이 사용한다는 언어는? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학의 세계에서 야생 담배는 매우 흥미로운 연구 대상입니다. 산불이 난 뒤 연기 속의 특정 물질을 인식해 발아하는 이 식물은 밤이면 나방을 유인하기 위해 향기로운 꽃을 피웁니다. 이러한 식물의 독특한 형질을 연구하는 기초 과학자들은 유전체 교정 기술을 통해 특정 유전자의 기능을 밝혀내고자 노력합니다. 이는 단순히 작물의 생산성을 높이는 것을 넘어, 자연계에서 식물이 생존하고 상호작용하는 근본적인 원리를 이해하려는 학문적 열정에서 비롯됩니다. 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 능동적으로 소통하며, 그 수단은 바로 화학 물질입니다. 식물은 이 화학적 언어를 통해 주변 식물이나 곤충에게 자신의 상태를 알리거나 특정 행동을 유도합니다. 과학자들은 특정 물질을 만들거나 만들지 못하게 조작한 식물을 자연에 내놓고 관찰함으로써 이 언어를 해독합니다. 이러한 연구는 식물이 단순히 제자리에 머무는 존재가 아니라, 화학 물질을 통해 복잡한 사회적 관계를 맺고 있음을 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 지구상에 속씨식물이 번성하게 된 비결은 생존 파트너를 찾아낸 지혜에 있습니다. 과거의 식물들이 바람이나 물에 의존해 수동적으로 번식했다면, 속씨식물은 벌과 나비 같은 곤충을 유혹하는 법을 터득했습니다. 꽃향기와 색깔로 매개자를 불러들여 자신의 씨앗을 더 멀리, 더 효과적으로 퍼뜨린 것입니다. 이러한 상호작용은 생태계의 다양성을 풍성하게 만들었으며, 식물이 환경에 적응하기 위해 얼마나 정교한 전략을 진화시켜 왔는지를 잘 보여주는 사례입니다. 찰스 다윈은 일찍이 뿌리를 식물의 뇌라고 주장하며 그 중요성을 강조했습니다. 실제로 식물은 뿌리가 충분한 영양분과 물을 찾기 전까지 지상부의 성장을 억제하며 신중하게 판단을 내립니다. 최근 연구에 따르면 숲속의 나무들은 미생물을 매개로 뿌리끼리 연결되어 영양분과 정보를 주고받는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 식물이 개별적인 존재를 넘어 거대한 네트워크를 형성하고 있음을 시사하며, 우리가 아직 알지 못하는 뿌리 중심의 의사소통 체계가 존재함을 암시합니다. 훌륭한 식물학자가 되기 위해 필요한 것은 지식이나 기술 이전에 식물의 입장에서 생각해보는 마음가짐입니다. 관심 있는 식물 곁에 가만히 앉아 그들이 어떻게 세상을 느끼고 살아가는지 관찰하는 시간은 식물의 본질을 이해하는 데 필수적입니다. 이러한 훈련은 식물이 가진 다양한 형질에 대한 깊은 호기심을 자극하고, 보이지 않는 생태계의 연결 고리를 발견하는 밑거름이 됩니다. 식물이 되어 보는 연습을 통해 우리는 자연을 대하는 새로운 시각을 얻게 될 것입니다.

김상규

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생명과학

[과학자가 쓴 과학책 #27] 이원영_물 속을 나는 새 ㅣ 펭귄이 이렇게 귀엽게 생긴 이유는?

남극 세종과학기지로 향하는 길은 멀고도 험난합니다. 칠레의 푼타아레나스를 거쳐 비행기를 네 번이나 갈아타고, 고무보트까지 동원해야 비로소 닿을 수 있는 대장정입니다. 약 30시간의 비행을 포함해 총 4박 5일이 소요되는 이 여정은 지루할 법도 하지만, 창밖으로 펼쳐지는 끝없는 얼음 대륙을 마주하는 순간 경이로움으로 바뀝니다. 200년 전 인류가 처음 이 땅을 밟았을 때 느꼈을 설렘과 초조함이 교차하며, 하얀 얼음으로 뒤덮인 신비로운 세계가 연구자를 맞이합니다. 연구자의 일상은 낭만과는 거리가 멉니다. 커다란 그물을 들고 펭귄을 쫓는 모습은 마치 침입자와 같습니다. 인간을 극도로 경계하는 도시의 까치와 달리, 남극의 펭귄들은 인간에 대한 두려움이 적어 연구가 수월한 편이지만 미안한 마음은 지울 수 없습니다. 연구를 위해 잠시 포획하는 과정에서 펭귄이 느끼는 스트레스를 최소화하려 노력하며, 이들이 야생에서 보여주는 본연의 행동을 방해하지 않으려 세심한 주의를 기울입니다. 과학자로서의 사명감과 생명에 대한 애정 사이에서 끊임없이 고민하며 연구는 계속됩니다. 펭귄의 삶에서 육지에서의 모습은 극히 일부분에 불과합니다. 일생의 80% 이상을 차가운 바닷속에서 보내는 이들의 비밀을 풀기 위해 '바이오로깅' 기술이 활용됩니다. 펭귄의 몸에 GPS, 비디오 카메라, 가속도계 등을 부착하여 인간이 직접 관찰할 수 없는 심해의 활동을 기록합니다. 최근 21세기에 들어서야 본격적으로 발달한 이 장비들은 펭귄이 얼마나 깊이 잠수하는지, 물속에서 머리를 몇 번 움직여 먹이를 사냥하는지 등 베일에 싸여 있던 수중 생태를 생생하게 드러내 줍니다. 물속에서 펭귄은 날개를 이용해 마치 하늘을 날듯 유려하게 움직입니다. 이들은 포식자인 표범물개로부터 자신을 보호하기 위해 여러 마리가 동시에 잠수하는 '싱크로나이즈드 다이빙'을 수행합니다. 여럿이 함께 움직임으로써 포식자의 시선을 분산시키는 희석 효과와 감시의 눈을 늘리는 정찰 효과를 얻는 것입니다. 수면 근처로 크릴을 몰아 사냥하고 동료들과 끊임없이 의사소통하며 살아가는 모습은 펭귄이 단순한 새를 넘어 남극 바다에 완벽히 적응한 '물속을 나는 새'임을 증명합니다. 펭귄을 자세히 들여다보면 개체마다 고유한 특징이 있음을 알 수 있습니다. 얼굴의 점무늬나 부리의 모양이 저마다 달라, 이들을 하나의 집단이 아닌 독립된 개체로 존중해야 함을 깨닫게 됩니다. 또한 이들이 배출하는 엄청난 양의 분변은 남극의 토양 생태계를 변화시키는 중요한 역할을 합니다. 분변의 흔적은 인공위성 사진을 통해 황제펭귄의 새로운 번식지를 찾아내는 결정적인 단서가 되기도 합니다. 이처럼 펭귄의 존재는 그 자체로 남극 생태계의 거대한 순환을 이끄는 핵심적인 고리입니다. 하지만 평화로워 보이는 남극에도 기후 위기의 그림자가 짙게 드리워져 있습니다. 최근 남극의 여름 기온이 영상 20도까지 치솟는 이상 고온 현상이 발생하며 빙하가 빠르게 녹아내리고 있습니다. 빙하가 녹으며 유입된 토사 입자들은 펭귄의 주식인 크릴의 아가미를 막아 대규모 폐사를 유발합니다. 실제로 지난 수십 년 사이 턱끈펭귄과 황제펭귄의 개체 수가 급격히 감소했다는 보고가 잇따르고 있습니다. '지구 최후의 날 빙하'라 불리는 스웨이츠 빙하의 붕괴는 펭귄뿐만 아니라 인류 전체의 생존을 위협하는 경고등입니다. 펭귄은 남극 생태계의 상위 포식자이자 환경 변화를 가장 먼저 감지하는 지표 생물입니다. 특히 바다 얼음 위에서만 번식하는 황제펭귄은 서식지 파괴로 인해 세기말이면 멸종 위기에 처할 것이라는 비관적인 전망이 나옵니다. 우리가 펭귄을 보호해야 하는 이유는 단순히 그들이 귀엽기 때문이 아닙니다. 펭귄이 사라진 지구는 결국 인간도 살 수 없는 곳이 될 것이기 때문입니다. 펭귄을 살리자는 외침은 곧 인류의 지속 가능한 미래를 위한 절박한 호소이며, 지금 당장 온실가스 감축을 위해 행동해야 하는 이유입니다.

이원영

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생명과학
지구환경과학

[과학자가 쓴 과학책 #23] 김산하_습지주의자 ㅣ 습지, 여러 생물들이 하나의 프레임에 들어오는 순간

생태학자는 자신이 연구하는 생물 종이 사라지는 절망적인 상황을 일상적으로 마주하며 살아갑니다. 이러한 현실 속에서 단순히 지식을 전달하는 것을 넘어, 사람들이 자연의 가치를 깊이 체감할 수 있도록 돕는 '경험 디자인'의 역할은 매우 중요합니다. 제품을 더 잘 팔기 위한 전략을 과학과 생태 환경에 적용하여, 사람들이 특정 공간이나 생명체에 대해 더 큰 설득력을 느끼고 소중히 대하도록 만드는 것입니다. 이는 사라져 가는 것들을 지키기 위한 보존 생물학의 절실함에서 비롯된 새로운 시도라고 할 수 있습니다. 과학적 사실을 나열하는 설명조의 문체보다는 문학적인 표현법이 생태계의 경이로움을 전달하는 데 더 효과적일 때가 있습니다. 저서 『습지주의자』는 팟캐스트와 소설 형식을 결합하여 독자가 자신의 삶과 자연에 대한 사유를 자연스럽게 연결하도록 유도합니다. 주인공의 일상과 팟캐스트 진행자의 목소리가 교차하는 독특한 구조는 독자에게 마치 곁에서 이야기를 들려주는 듯한 생생한 경험을 선사합니다. 이러한 실험적인 시도는 과학 콘텐츠가 대중의 감수성에 더 깊이 스며들 수 있는 통로가 되어줍니다. 물은 우리가 구축한 문명 세계의 질서를 깨뜨리는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 통제된 병 속의 물과 달리, 자연 속의 물은 제멋대로 흐르며 모든 생명을 잉태하는 근원이 됩니다. 특히 습지는 땅이 물을 머금고 있는 희한한 지형으로, 그 어떤 곳보다 생태적 밀도가 높고 생명력이 넘치는 공간입니다. 물이 있느냐 없느냐에 따라 생명의 번식이 결정되기에, 습지는 전체가 살아 움직이는 듯한 직감적인 경외감을 우리에게 선사합니다. 이는 우리가 자연의 역동성을 가장 가까이서 느낄 수 있는 지점이기도 합니다. 자연계의 어떤 생물도 다른 종을 완전히 몰아내는 방식으로 우점하지는 않습니다. 오직 인간만이 유일하게 대규모로 다른 생명체의 터전을 없애며 군림하고 있습니다. 진정한 공존이란 우리가 자연을 공유하고 있다는 사실을 깨닫는 것에서 시작됩니다. 어린 시절의 순수한 호기심을 되살려 자연 속으로 직접 뛰어들어 탐구하되, 생물을 채취하거나 착취하는 방식이 아닌 함께 살아가는 지혜를 배워야 합니다. 균형을 맞추려는 노력이야말로 인간이 생태계의 일원으로서 회복해야 할 가장 중요한 태도입니다. 습지에 대한 정의는 람사르 협약과 같은 국제적인 기준에만 국한될 필요가 없습니다. 우리 주변의 작은 시냇가, 개울, 혹은 논 근처의 둠벙조차도 수많은 생명이 찾아오는 소중한 습지입니다. 아무리 작은 공간이라도 그곳이 생태계에서 수행하는 역할을 이해한다면, 우리는 자연을 함부로 훼손하지 않고 주관적인 애정을 담아 바라볼 수 있게 됩니다. 나를 포함한 모든 동식물이 함께 이용하는 공간으로서 습지를 재정의할 때, 우리의 일상은 더욱 촉촉하고 풍요로운 감각으로 채워질 것입니다.

김산하

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생명과학

[연구뭐하지] 정충원 교수_서울대학교 '집단유전체학연구실' | 진화의 역사! 그것이 알고싶다

집단유전체학은 생물종 내 개체들이 가진 유전적 다양성을 분석하여 그들의 진화적 과거를 재구성하는 학문입니다. 모든 생물은 유전적으로 조금씩 다르며, 이러한 차이가 발생하는 과정을 진화, 특히 소진화라고 부릅니다. 과거에 작용했던 진화적 힘이 현재 개체들의 유전적 패턴에 흔적을 남기기 때문에, 우리는 이를 역으로 추적하여 해당 생물이 어떤 경로를 거쳐 현재에 이르렀는지 파악할 수 있습니다. 즉, 유전체 데이터는 생물의 역사를 기록한 일종의 지도와 같으며 이를 통해 생물의 진화사를 규명하는 것이 연구의 핵심입니다. 연구의 또 다른 중요한 축은 유전체로부터 유전자 변이를 찾아내고 그 패턴을 파악하는 일입니다. 특히 옛날 사람의 유골에서 추출한 고DNA를 분석하면 역사책 속 인물들의 친족 관계나 이동 경로를 과학적으로 증명할 수 있습니다. 이는 단순히 과거를 들여다보는 것을 넘어, 지금은 사라진 민족들의 혼합과 이동의 역사를 복원하는 고유전체학의 영역으로 확장됩니다. 이러한 작업은 문헌 기록이 없는 선사 시대나 고대사의 공백을 메우는 데 결정적인 역할을 수행하며 인류가 거쳐온 발자취에 대한 이해를 획기적으로 넓혀줍니다. 집단유전체학의 대상은 인류에 국한되지 않고 북극의 사향소와 같은 야생 동물로도 이어집니다. 사향소는 겉모습은 소와 비슷하지만 유전체 분석을 통해 실제로는 양이나 염소에 더 가까운 종임이 밝혀지기도 했습니다. 연구자들은 유전적 근연 관계를 밝힘으로써 집단이 어떻게 나뉘고 어떤 공통점과 차이점을 갖게 되었는지 탐구합니다. 이처럼 유전체 데이터는 겉으로 드러나는 형질만으로는 알 수 없었던 생물종의 계통과 분화 과정을 명확하게 규명해 주는 강력한 도구가 되어, 생물학적 기원에 대한 근원적인 궁금증을 해결해 줍니다. 최근의 연구는 인간과 동물을 넘어 생태계 전반으로 범위를 넓히고 있습니다. 특정 지역 환경에 적응하며 나타난 자연선택의 영향을 분석하거나, 소나무재선충과 같은 생태 침입종의 전파 경로를 파악하는 것이 대표적입니다. 1980년대 한국에 유입된 재선충이 이후 어떻게 진화하고 확산되었는지 유전체 수준에서 분석하면 산림 피해를 막기 위한 전략 수립에 기여할 수 있습니다. 이는 진화학적 연구가 순수 학문을 넘어 실생활과 밀접한 생태적 문제를 해결하고 생물 자원을 보호하는 데에도 중요한 단서를 제공함을 보여주는 사례입니다. 진화생물학은 지구상의 방대한 생물다양성을 하나의 통합적인 이론 체계로 설명할 수 있는 틀을 제공합니다. 다큐멘터리에서 접하는 신기한 생물들의 삶과 다양한 민족의 역사는 진화라는 관점을 통해 비로소 유기적으로 연결됩니다. 물리학이 세계에 대한 보편적인 설명을 제시하듯, 진화생물학은 생물의 다양성과 시간에 따른 변화를 과학적으로 규명하는 매력적인 학문입니다. 결국 유전체 연구는 생명이라는 거대한 신비를 풀어나가는 과정이며, 우리 자신을 포함한 지구상의 모든 생명체가 연결되어 있음을 깨닫게 하는 숭고한 여정이라 할 수 있습니다.

정충원

카오스재단연구뭐하지

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[과학관 Life : 곤충쌤과 함께하는 곤충클레이] 슬기로운 나비생활

나비는 알에서 태어나 애벌레와 번데기 과정을 거쳐 성충이 되는 완전 탈바꿈 곤충입니다. 나비의 한살이는 생명의 신비로움을 관찰하기에 아주 좋은 주제입니다. 나비는 알을 낳을 때 애벌레가 깨어나자마자 바로 먹을 수 있는 식물 위에 알을 낳습니다. 알의 모양은 종류에 따라 동그란 형태부터 길쭉한 포탄 모양까지 매우 다양합니다. 클레이를 이용해 작고 흰 알을 나뭇잎 위에 올리는 것만으로도 생명의 시작을 생생하게 표현할 수 있습니다. 알에서 깨어난 애벌레는 부지런히 잎을 먹으며 성장합니다. 애벌레의 몸을 만들 때는 초록색 클레이를 길쭉한 타원형으로 만든 뒤, 도구를 사용해 여러 마디로 나누어 주는 것이 포인트입니다. 머리 부분에는 작은 눈과 입을 만들어 생동감을 더해줍니다. 겉으로는 잘 보이지 않지만 애벌레에게도 엄연히 다리가 존재하며, 이를 세밀하게 관찰하는 과정은 곤충의 구조를 이해하는 데 큰 도움이 됩니다. 조물조물 클레이를 반죽하며 애벌레의 통통한 질감을 살려보는 재미가 있습니다. 성장을 마친 애벌레는 번데기 단계에 접어듭니다. 번데기는 외부의 위협으로부터 자신을 보호하기 위해 주로 눈에 잘 띄지 않는 곳에 자리를 잡습니다. 갈색 클레이를 물방울 모양으로 빚고 가위로 윗부분을 다듬으면 사실적인 번데기 형태가 완성됩니다. 번데기는 가만히 멈춰 있는 것처럼 보이지만, 내부에서는 성충이 되기 위한 격렬한 변화가 일어납니다. 가끔씩 꿈틀거리며 살아있음을 알리기도 하고, 숨구멍을 통해 끊임없이 호흡하며 화려한 비상을 준비하는 인고의 시간을 보냅니다. 마침내 번데기를 뚫고 나온 나비의 몸은 머리, 가슴, 배의 세 부분으로 뚜렷하게 구분됩니다. 배 부분은 여러 개의 마디로 이루어져 있으며, 머리에는 꿀을 빨아먹기 위한 빨대 모양의 입이 돌돌 말려 있습니다. 이러한 세밀한 특징들을 클레이로 하나씩 구현하다 보면 곤충의 해부학적 구조를 자연스럽게 익힐 수 있습니다. 커다란 눈과 섬세한 다리를 붙여주면 나비의 전체적인 골격이 완성되며, 생명의 경이로움을 다시 한번 느끼게 됩니다. 나비의 가장 큰 매력은 화려한 날개에 있습니다. 곤충의 날개는 보통 네 개로 이루어져 있으며, 양쪽이 대칭을 이루도록 배치하는 것이 중요합니다. 파란색과 검은색 클레이를 섞어 날개의 기본 형태를 잡고, 그 위에 노란색으로 다채로운 무늬를 넣어주면 세상에 하나뿐인 나비가 탄생합니다. 이렇게 완성된 알, 애벌레, 번데기, 나비를 한자리에 모아놓으면 나비의 전체적인 한살이가 한눈에 들어옵니다. 직접 손으로 만들며 배우는 과정은 생태계의 순환을 이해하는 소중한 경험이 됩니다.

국립과천과학관곤충 Life🐝

생명과학

[강연] Why so many? - 성 로잘리아의 축복과 쥐라기 공원 _ by최재천｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 7강 | 7강

생명의 본질은 복제에 있습니다. 가상의 DNA 본부에서 바라본 지구는 수많은 생명체가 각자의 데이터를 복제하며 살아가는 거대한 사업장과 같습니다. 여기서 중요한 것은 특정 종의 번영이 아니라 전체 복제량의 유지입니다. 인간이 지구 전역에 퍼져 성공을 거두었지만, 생태계의 관점에서는 하나의 종이 사라지고 다른 존재가 그 자리를 대신해도 복제의 원리는 멈추지 않습니다. 이러한 냉혹한 생명의 원리 속에서 우리는 다양성이라는 생존 전략을 발견하게 됩니다. 생명은 개별적인 존재의 안위보다 유전 정보의 지속을 우선시하며, 그 과정에서 수많은 변이를 허용합니다. 생태학의 아버지 허친슨은 산타 로살리아 성당의 연못에서 작은 딱정벌레들을 관찰하며 '생태적 지위(Niche)'라는 개념을 정립했습니다. 이는 자연계에 단순히 공간만 존재하는 것이 아니라, 시간과 자원을 나누어 쓰는 미세한 생태적 지위가 촘촘히 박혀 있음을 의미합니다. 겉보기에는 평범한 연못이라도 그 안에는 수많은 생명체가 서로의 영역을 침범하지 않고 공존할 수 있는 입체적인 틈새가 마련되어 있습니다. 이러한 생태적 지위의 분화가 바로 지구를 풍요롭게 만드는 다양성의 근간이 됩니다. 자연은 3차원적인 시공간을 쪼개어 더 많은 생명이 깃들 수 있는 자리를 끊임없이 만들어냅니다. 다양성은 종 사이뿐만 아니라 한 종 내부에서도 찬란하게 빛납니다. 무당벌레의 무늬가 개체마다 다르듯, 우리 인간도 저마다 고유한 외모와 특성을 지니고 있습니다. 거대한 대왕고래부터 눈에 보이지 않는 바이러스에 이르기까지 생명체는 크기와 형태의 한계를 넘나들며 존재합니다. 자연은 왜 이토록 복잡하고 다양한 형태를 만들어냈을까요? 그것은 단순히 보기 좋기 위함이 아니라, 변화무쌍한 환경 속에서 생명이 끊기지 않고 이어지기 위한 필연적인 선택이었습니다. 이러한 변이는 예기치 못한 환경의 변화에 대응할 수 있는 생명만의 보험과도 같습니다. 우리는 효율성을 위해 단일 재배(Monoculture) 방식을 택하곤 합니다. 하지만 바나나 농장처럼 유전적으로 동일한 개체들만 모여 있는 곳은 병충해나 환경 변화에 극도로 취약합니다. 살충제에 내성을 가진 곤충이 등장하면 순식간에 전체 생태계가 무너질 수 있기 때문입니다. 반면 다양한 생물이 어우러진 자연은 서로가 서로를 견제하고 보완하며 건강한 네트워크를 유지합니다. 다양성은 단순히 도덕적인 가치를 넘어, 생존을 위한 가장 강력한 방어 기제인 셈입니다. 획일화된 시스템은 관리하기 편할지 모르나, 작은 충격에도 전체가 붕괴될 위험을 내포하고 있습니다. 찰스 다윈은 '종의 기원'을 통해 지극히 단순한 시작으로부터 가장 아름답고 경이로운 형태들이 진화해 왔음을 역설했습니다. 그는 가축의 품종 개량(인위 선택)에서 힌트를 얻어 자연에서도 환경에 적합한 변이가 살아남는 '자연 선택'이 일어난다는 사실을 밝혀냈습니다. 돌연변이와 유전자의 흐름, 그리고 우연한 사건들이 겹치며 생명은 끊임없이 새로운 변이를 만들어냅니다. 이러한 과정은 설계된 계획이 아니라, 생명이 스스로 길을 찾아가는 역동적인 과정의 결과물입니다. 자연은 의도적인 선택이 아니라, 주어진 조건에서 최선을 다해 살아남은 결과들의 집합체라고 할 수 있습니다. 성 선택은 다양성을 가속화하는 또 다른 핵심 동력입니다. 암수가 서로를 선택하는 과정은 결코 무작위적이지 않으며, 이 신중한 선택을 통해 매 세대 독특한 유전자 조합이 탄생합니다. 공작의 화려한 꼬리나 개미의 자기희생적 행동은 생존 투쟁만으로는 설명하기 어려운 생명의 신비를 보여줍니다. 유성 생식을 통해 유전자를 섞는 행위는 번거롭고 위험할 수 있지만, 이를 통해 얻는 유전적 다양성은 종이 멸종의 위기를 극복하고 진화의 역사를 써 내려가는 원동력이 됩니다. 성은 유전자를 재조합함으로써 부모와는 또 다른, 새로운 가능성을 지닌 후손을 세상에 내놓습니다. 오늘날 인류는 유전자 조작과 기술 발전을 통해 스스로의 운명을 결정지으려 합니다. 하지만 인위적인 선택으로 다양성을 훼손하고 획일화된 길을 걷는다면, 우리는 예기치 못한 재앙 앞에 무력해질 수 있습니다. 이제 우리는 스스로를 '현명한 인간'이라 자부하는 호모 사피엔스를 넘어, 다른 생명체와 공존하며 지구를 공유하는 '호모 심비우스'로 거듭나야 합니다. 생태적 전환을 통해 다양성을 존중하고 보존하는 것만이 인류가 지구라는 터전에서 오래도록 지속될 수 있는 유일한 길입니다. 우리의 미래는 기술적 진보가 아니라, 자연의 다양성을 얼마나 포용하느냐에 달려 있습니다.

최재천

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[석학인터뷰] 최재천_ 과학자일수록 글을 잘 써야 해요 | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

우리 사회에 '통섭'이라는 화두가 등장한 지 어느덧 10년이 넘는 시간이 흐르며 많은 변화가 있었습니다. 초기에는 생소한 개념으로 인해 학계의 비판을 받기도 했으나, 이제 통섭은 일상적인 용어로 자리 잡으며 학문 간 경계를 허무는 중요한 가치가 되었습니다. 소통의 필요성을 인정하는 사회적 분위기가 형성된 것은 매우 고무적인 성과이며, 문과와 이과의 장벽 없이 자라난 미래 세대가 주역이 될 때 우리 학문은 서양 못지않게 더욱 활발하고 깊이 있게 꽃피울 것으로 기대됩니다. 과학자에게 글쓰기는 자신의 이론과 생각을 세상에 알리는 가장 강력하고 필수적인 도구입니다. 흔히 과학자는 글을 못 써도 된다고 생각하는 경향이 있지만, 이는 반드시 극복해야 할 잘못된 편견입니다. 훌륭한 글은 타고난 재능보다는 원고를 끊임없이 퇴고하는 인고의 시간을 거치며 비로소 탄생합니다. 머릿속의 내용을 한 번에 완성하려 하기보다, 일단 쏟아낸 뒤 정성을 다해 퇴고하는 노력이 뒷받침된다면, 독자의 마음을 움직이는 결과물을 얻는 것은 결코 어려운 일이 아닙니다. 과학적 사고를 할 수 있는 지능을 갖춘 사람이라면 글쓰기 또한 충분히 해낼 수 있는 영역입니다. 학문을 전달하는 과정에서 대중과의 생생한 교감은 무엇보다 중요합니다. 교육 현장에서 학생들의 흥미를 끌기 위해 강단에서 춤을 추거나 동물의 소리를 직접 흉내 내는 등 다양한 시도를 즐기는 태도는 지식 전달의 효율을 높입니다. 특히 물개 소리를 연구하여 직접 묘사하며 생명체와 교감하려 했던 노력은, 과학적 탐구가 단순히 딱딱한 이론에 머물지 않고 우리 삶의 생생한 즐거움이자 경이로움이 될 수 있음을 보여주는 좋은 사례입니다. 지구 생명의 역사는 아주 단순한 박테리아에서 시작되었으나, 오늘날 우리 주변은 믿기 힘들 정도로 다양한 생명체들이 복잡한 관계를 맺으며 가득 차 있습니다. '왜 이토록 많은 생명이 존재하는가'라는 질문은 인류가 마주한 가장 흥미로운 의문 중 하나이며, 과학이 풀어야 할 숙제입니다. 생물다양성의 원리를 이해하는 것은 단순히 종의 숫자를 파악하는 것을 넘어, 생명이 진화해 온 근본적인 방향성과 그 경이로운 생존 전략을 탐구하는 일입니다. 생명이 끊임없이 다양해지는 길을 택한 근본적인 이유는 복제의 유리함에 있습니다. 태초에 DNA나 RNA가 만들어진 이후, 한 가지 방식에만 머무르기보다 다양한 전략을 취하며 복제하는 것이 변화하는 환경에서 살아남기에 훨씬 유리했기 때문입니다. 마치 여러 사업을 동시에 운영하며 위험을 분산하는 것과 같은 이치로, 이러한 진화적 논리는 지구 생태계가 왜 이토록 풍요롭고 다채로운 모습으로 발전해 왔는지를 과학적으로 명쾌하게 설명해 줍니다.

최재천

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[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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