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"붉은 여왕 가설"을 증명할 수 있을까?

루이스 캐럴의 소설 '거울 나라의 앨리스'에는 앨리스가 붉은 여왕과 함께 숨이 가쁘도록 달리는 유명한 장면이 나옵니다. 앨리스는 아무리 빨리 달려도 주변 경치가 전혀 변하지 않는 것에 의문을 갖지만, 여왕은 그저 그 자리에 머물기 위해서라도 온 힘을 다해 뛰어야 한다고 설명합니다. 미국의 생물학자 리 밴 베일런은 이 동화적 상상력을 과학의 영역으로 가져와 '붉은 여왕 가설'을 제안했습니다. 이는 생태계 내의 생물들이 경쟁에서 도태되지 않기 위해 주변 환경이나 경쟁자보다 끊임없이 더 빨리 진화해야 함을 의미합니다. 밤하늘에서 펼쳐지는 박쥐와 밤나방의 치열한 공중전은 이러한 진화적 경쟁을 잘 보여주는 대표적인 사례입니다. 박쥐는 정교한 초음파 시스템을 이용해 어둠 속에서도 나방의 위치를 파악하고 사냥하는 전술을 구사합니다. 이에 맞서 밤나방은 박쥐의 초음파를 감지하는 청각 기관을 발달시켰고, 비행 궤적을 불규칙하게 바꾸어 추적을 따돌리는 방어 기제를 진화시켰습니다. 박쥐 또한 나방이 듣지 못하는 주파수를 사용하거나 소리의 세기를 낮추는 스텔스 공격 전술로 대응하며, 양측은 생존을 위해 쉼 없이 전술을 업그레이드하고 있습니다. 붉은 여왕 가설을 과학적으로 입증하기 위해서는 전술의 고도화에도 불구하고 개체 간의 상대적인 생존 확률이 장기적으로 일정하게 유지된다는 사실을 보여주어야 합니다. 즉, 현재의 포식자가 과거의 피식자를 만났을 때는 압도적인 사냥 성공률을 보여야 하지만, 자신과 함께 진화한 동시대의 피식자를 상대로는 이전과 다름없는 수준을 기록해야 합니다. 하지만 서로 다른 시대의 생물들을 실제로 한자리에 모아 경쟁시키는 것은 매우 어려운 일이었기에, 2007년 호수 침전물을 활용한 기발한 연구가 등장하기 전까지 이 가설은 증명하기 힘든 난제로 남아있었습니다. 연구팀은 물벼룩인 '다프니아 마그나'와 그 몸속에 사는 기생 세균의 관계에 주목하여 실험을 설계했습니다. 호수 바닥의 침전물은 시간에 따라 층별로 쌓이기 때문에, 깊은 곳에서 발견된 개체일수록 더 먼 과거에 살았던 생물임을 뜻합니다. 연구진은 각기 다른 깊이의 지층에서 휴면 상태에 있던 물벼룩과 세균을 채집하여 다시 활동할 수 있게 부활시켰습니다. 이를 통해 서로 다른 시간대에 존재했던 숙주와 기생자를 실험실 환경에서 동시에 교차 노출시키는 것이 가능해졌고, 세대 간 진화의 선후 관계에 따른 상호작용을 정밀하게 분석할 수 있었습니다. 실험 결과, 현재의 기생 세균은 자신과 함께 살아온 숙주보다 과거의 숙주를 감염시키는 데 훨씬 뛰어난 성공률을 보였습니다. 이는 기생자가 숙주의 옛 방어 체계를 극복하며 끊임없이 진화해 왔음을 뜻하는 명확한 증거입니다. 반면 숙주 역시 기생자의 변화에 발맞춰 대응 체계를 개선해 왔기에, 동시대 개체들 간의 상대적인 감염률은 긴 세월이 흘러도 큰 변화 없이 유지되고 있었습니다. 결국 모든 생명체는 현재의 성공을 유지하기 위해 매 순간 변화해야 하며, 생존이란 멈추지 않는 진화의 전진 속에 있다는 진리가 이 연구를 통해 증명된 것입니다.

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생명과학

왜 흰동가리는 말미잘과 함께 살까?

영화 '니모를 찾아서'의 주인공으로 잘 알려진 흰동가리는 광대를 닮은 외모를 지녔으며, 말미잘과 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 이들은 주로 태평양과 인도양의 따뜻하고 얕은 바다 산호초 지대에서 서식합니다. 말미잘은 치명적인 독침이 있는 촉수를 가지고 있어 다른 물고기들에게는 공포의 대상이지만, 흰동가리는 피부에서 분비되는 특수한 점액질 덕분에 독으로부터 안전하게 보호받으며 말미잘 사이를 자유롭게 누빌 수 있습니다. 흰동가리에게 말미잘은 세상에서 가장 안전한 보금자리입니다. 몸집이 작은 흰동가리를 노리는 포식자들은 말미잘의 독침에 쏘여 기절하거나 목숨을 잃기 때문에, 흰동가리는 말미잘의 촉수 속에서 평온한 일상을 보낼 수 있습니다. 또한 말미잘이 먹이를 먹고 남긴 부스러기는 흰동가리에게 훌륭한 식사가 되기도 합니다. 이처럼 흰동가리는 말미잘을 단순한 거처를 넘어 배우자를 만나고 알을 낳아 번식하는 삶의 터전으로 삼으며, 포식자의 위협으로부터 자신과 후손을 지켜나갑니다. 말미잘 역시 흰동가리로부터 생존에 필수적인 도움을 받습니다. 독침을 가진 말미잘이라도 나비고기와 같은 천적의 공격에는 취약할 수 있는데, 이때 용감한 흰동가리가 나타나 공격자를 쫓아내며 말미잘을 방어합니다. 실제로 흰동가리를 잠시 제거하면 말미잘은 포식자를 피해 촉수를 움츠리고 숨어버리지만, 흰동가리가 돌아오면 다시 활짝 촉수를 펴고 활동을 시작합니다. 이는 말미잘이 흰동가리의 존재만으로도 큰 심리적 안정감과 실질적인 방어력을 얻고 있음을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 방어 외에도 흰동가리는 말미잘의 성장을 돕는 다양한 역할을 수행합니다. 흰동가리의 배설물에 포함된 질소는 말미잘 세포 속 공생 조류의 증식을 도와 성장을 촉진하며, 흰동가리가 주변을 헤엄치며 일으키는 물의 흐름은 산소가 부족한 암초 지대에서 원활한 산소 공급을 가능하게 합니다. 더불어 말미잘 주변의 찌꺼기를 청소해주고, 때로는 밝은 색깔로 다른 물고기를 유인해 말미잘의 사냥을 돕기도 합니다. 이러한 다각적인 지원 덕분에 말미잘은 척박한 바다 환경에서도 건강하게 생존할 수 있습니다. 전 세계 30여 종의 흰동가리는 각자 특정 종의 말미잘과만 상리공생하는 숙주 특이성을 보입니다. 이는 두 생물이 서로에게 얼마나 깊이 의존하고 있는지를 잘 보여주는 대목으로, 어느 한쪽이 없으면 상대방도 정상적인 삶을 영위하기 어렵습니다. 흰동가리와 말미잘의 관계는 단순히 자연의 신비에 그치지 않고, 서로 다른 존재가 협력하여 험난한 환경을 극복해 나가는 상리공생의 가치를 일깨워 줍니다. 우리를 포함한 모든 생명체에게 상리공생은 불확실한 미래를 대비하는 가장 강력하고 아름다운 생존 전략입니다.

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생명과학

🐛🪲그들만의 생존전략! 곤충의 생애주기🦋 l 곤충진화사 : INSECTA

곤충의 생애 주기는 크게 불완전 탈바꿈과 완전 탈바꿈의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 불완전 탈바꿈을 하는 곤충들은 알에서 깨어날 때부터 성충과 유사한 형태를 지니며, 허물을 벗는 과정을 통해 점진적으로 성장합니다. 반면 완전 탈바꿈을 하는 곤충들은 유충 시기에 성충과는 전혀 다른 형태를 보이며, 번데기라는 정적인 단계를 거쳐 극적인 변화를 이룹니다. 이러한 발달 방식의 차이는 곤충이 지구상에서 가장 번성한 생물군이 되는 데 결정적인 역할을 했습니다. 완전 탈바꿈의 가장 큰 생태적 이점은 유충과 성충 사이의 먹이 경쟁을 최소화한다는 점입니다. 나비의 유충이 식물을 먹으며 성장에 집중하는 동안, 성충은 꿀을 마시며 번식에 전념하는 식입니다. 이처럼 각 단계마다 서식 환경과 생존 목적이 분리되면서 종의 생존율과 지속성이 비약적으로 높아졌습니다. 실제로 현재 지구상에서 가장 종 다양성이 풍부한 나비목, 파리목, 벌목, 딱정벌레목 등은 모두 이러한 완전 탈바꿈 과정을 거치는 곤충들입니다. 곤충은 육상뿐만 아니라 수중 환경에서도 독특한 생존 방식을 구축해 왔습니다. 수서곤충이라 불리는 이들은 생애의 일부 또는 전부를 물속에서 보내며, 환경에 적응하기 위해 다양한 호흡 전략을 사용합니다. 물방개처럼 공기 방울을 몸에 달고 다니며 대기 중의 산소를 이용하는 종이 있는가 하면, 하루살이나 강도래처럼 기관 아가미를 통해 물속의 용존 산소를 흡수하는 종도 있습니다. 이러한 적응력 덕분에 곤충은 민물의 얕은 습지부터 흐르는 계곡까지 거의 모든 수계에 정착할 수 있었습니다. 포식자의 위협으로부터 살아남기 위해 곤충들은 경이로운 방어 전략을 구사합니다. 주변 사물과 흡사한 모습으로 자신을 숨기는 의태는 가장 대표적인 사례입니다. 나뭇잎과 똑 닮은 나비나 새똥처럼 보이는 유충은 천적의 눈을 속여 생존 확률을 높입니다. 또한, 화려한 색상으로 자신이 독이 있음을 경고하거나, 부엉이 눈과 같은 무늬로 포식자를 위협하기도 합니다. 이러한 전략은 움직임이 제한적인 알이나 번데기 시절, 그리고 연약한 성충 시기에 종을 보존하기 위한 필수적인 선택이었습니다. 곤충의 진화는 식물과의 긴밀한 상호작용인 공진화를 통해서도 빛을 발합니다. 마다가스카르의 다윈난과 그 꿀을 먹기 위해 비정상적으로 긴 주둥이를 갖게 된 박각시나방의 관계는 자연 선택의 신비로움을 잘 보여줍니다. 또한 아카시아 나무와 개미처럼 서로에게 집과 경비 서비스를 제공하며 공생하는 사례도 존재합니다. 이처럼 곤충은 끊임없는 형태 변화와 전략적 진화를 통해 지구의 모든 기후와 환경에 적응하며, 생태계의 핵심적인 구성원으로 자리 잡고 있습니다.

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생명과학

고양이🐱가 유연한 이유! 다양한 동물의 생김새, 별꼴 전시에서 확인해보세요! l 싸돌이가 간다

동물의 다양한 형태는 오랜 시간에 걸쳐 환경에 적응하며 진화해온 결과입니다. 우리가 흔히 볼 수 있는 고양이의 유연한 몸이나 독수리의 튼튼한 날개, 그리고 상어의 독특한 머리 모양까지, 모두 각자의 생존 환경에 맞춰 최적화된 구조를 가지고 있습니다. 이러한 형태적 특징은 단순히 외형적인 차이만이 아니라, 생존과 번식에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 형태학의 관점에서 동물의 모습을 살펴보면, 왜 각 동물이 그렇게 생겼는지에 대한 과학적 이유를 이해할 수 있습니다. 육상 동물들은 좁은 공간에서 많은 생물과 경쟁해야 하므로, 뛰어난 운동 능력을 갖추게 되었습니다. 예를 들어 고양이는 244개의 뼈를 가지고 있어, 사람보다 훨씬 더 유연하게 몸을 구부릴 수 있습니다. 특히 목뼈, 척추뼈, 꼬리뼈에 뼈가 집중되어 있어, 액체처럼 흐물흐물한 움직임이 가능합니다. 이러한 유연성은 고양이가 좁은 공간을 통과하거나 빠르게 움직일 수 있게 해주며, 생존에 큰 이점을 제공합니다. 하늘을 나는 새들은 날갯짓을 위해 뼈가 가볍고 튼튼해야 합니다. 독수리의 경우, 날개를 펼쳤을 때 길이가 3미터에 달할 정도로 크지만, 그 무게를 견디기 위해 뼈 구조가 삼각형 그물 형태로 되어 있습니다. 삼각형 구조는 외부 힘에 잘 견디고 모양이 쉽게 변하지 않아, 날갯짓을 할 때 안정성을 제공합니다. 반면 사각형 구조는 힘을 받으면 쉽게 변형되기 때문에, 새의 뼈에는 삼각형 구조가 주로 나타납니다. 해양 생물들은 물의 저항을 줄이기 위해 유선형의 몸을 가지게 되었습니다. 하지만 귀상어처럼 독특한 형태를 가진 동물도 존재합니다. 귀상어는 얼굴이 넓게 퍼져 있어 물의 저항이 클 것 같지만, 눈이 양옆에 달려 있어 넓은 시야를 확보할 수 있습니다. 또한 콧구멍이 눈 옆에 위치해 후각 범위가 넓고, 미세한 전류를 감지하는 능력까지 갖추고 있어 사냥에 매우 유리합니다. 이처럼 환경에 따라 동물들은 각기 다른 형태와 감각을 발달시켜 왔습니다. 진화는 항상 좋은 방향으로만 일어나는 것이 아니라, 그 시대와 환경에서 최선의 선택을 하는 과정입니다. 동물들의 다양한 형태는 각자의 생존 전략과 환경에 맞춰 변화해온 결과입니다. 같은 환경에서도 서로 다른 모습이 나타나는 이유는, 각 동물이 처한 상황과 필요에 따라 다른 방식으로 적응했기 때문입니다. 이러한 진화의 다양성은 지구상에 존재하는 수많은 동물들의 형태적 차이를 만들어냈습니다.

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[카오스 짧강] 세상이 대칭인 이유를 수학으로 설명하면?

바이러스는 생존을 위해 놀라운 속도로 자가 복제를 수행하며 증식합니다. 이러한 과정에서 바이러스의 구조가 대칭성을 띠는 이유는 효율적인 유전 정보 전달과 관련이 깊습니다. 복잡하고 불규칙한 형태를 자가 복제하려면 방대한 유전 정보가 필요하지만, 대칭 구조는 최소한의 유전 정보만으로도 동일한 형태를 무한히 만들어낼 수 있게 합니다. 이는 마치 정삼각형을 그릴 때 변의 길이 하나라는 정보만 있으면 수많은 복제본을 쉽게 만들 수 있는 원리와 같습니다. 결국 바이러스의 대칭성은 생존을 위한 가장 경제적이고 빠른 전략인 셈입니다. 유전 정보의 관점에서 볼 때, 대칭은 규칙성을 의미하며 이는 곧 저장해야 할 유전 정보량의 감소로 이어집니다. 원주율처럼 불규칙한 숫자의 나열을 외우는 것보다 반복되는 숫자를 기억하는 것이 훨씬 쉬운 것처럼, 바이러스 역시 유전 정보를 담는 공간이 한정되어 있습니다. 특히 바이러스는 박테리아보다 훨씬 작기 때문에 유전 정보를 담을 수 있는 용량이 극도로 제한적입니다. 따라서 이들은 구조를 단순화하고 대칭화함으로써 적은 양의 유전 정보만으로도 자신과 똑같은 개체를 신속하게 자가 복제해 나가는 방식을 선택하게 된 것입니다. 바이러스의 기하학적이고 대칭적인 구조를 명확히 파악하는 것은 현대 의학에서 매우 중요한 의미를 갖습니다. 비록 구조를 아는 것과 실제 치료제를 개발하는 것은 별개의 복잡한 문제일 수 있지만, 적의 형태를 정확히 인지하는 것만으로도 대응 전략의 차이는 어마어마해집니다. 바이러스가 가진 대칭성의 원리를 이해하면 그들이 어떻게 세포에 침투하고 자가 복제되는지 예측할 수 있는 단서가 됩니다. 이러한 기초 과학적 이해는 결과적으로 백신이나 치료제 개발의 토대가 되어 인류가 바이러스의 위협에 효과적으로 맞설 수 있게 돕습니다.

카오스재단질토과 + 짧강

감은 영어로 떫(th)음🤣 감에서 떫은 맛이 나는 이유?ㅣ별별실험실x국립과천과학관

식물은 자신을 보호하고 종족을 번식시키기 위해 다양한 전략을 구사합니다. 그중 하나가 열매를 무기로 사용하는 것입니다. 덜 익은 감이 떫은맛을 내는 이유는 '타닌'이라는 성분 때문인데, 이는 동물이 열매를 미리 먹지 못하게 막는 방어 기제입니다. 하지만 씨앗이 충분히 성숙해지면 감은 달콤하게 변하여 동물을 유인합니다. 동물이 달콤한 열매를 먹고 멀리 이동해 씨를 퍼뜨려 주기를 바라는 식물의 지혜로운 생존 전략이라고 할 수 있습니다. 떫은 감의 맛을 없애는 과정을 '탈삽'이라고 부릅니다. 우리 조상들은 빈 술독에 감을 넣어 떫은맛을 제거하곤 했는데, 이는 알코올 성분을 이용한 과학적인 방법입니다. 수용성인 타닌 성분은 입안의 침에 녹아 떫은맛을 느끼게 하지만, 알코올과 만나면 물에 녹지 않는 불용성으로 성질이 변하게 됩니다. 이렇게 성질이 변한 타닌은 혀에서 느껴지지 않게 되어, 우리는 떫은맛 대신 감 본연의 단맛을 온전히 즐길 수 있게 되는 것입니다. 파인애플을 먹을 때 입안이 따끔거리는 경험을 해본 적이 있을 것입니다. 이는 파인애플 속에 들어있는 '브로멜라인'이라는 강력한 단백질 분해 효소 때문입니다. 브로멜라인은 입안의 점막과 혀의 단백질을 분해하여 통증을 유발하는데, 이는 식물이 자신을 함부로 먹지 못하게 하려는 일종의 무기 역할을 합니다. 이러한 성질은 요리에서 고기를 부드럽게 만드는 연육 작용에 활용되기도 하지만, 생으로 과하게 섭취할 경우 구강 내 조직에 자극을 줄 수 있습니다. 단백질 분해 효소의 활성도는 가공 방식에 따라 큰 차이를 보립니다. 생파인애플에 고기를 재워두면 단백질이 심하게 분해되어 고기의 형체가 흐물흐물하게 녹아버릴 정도로 강력한 효과를 나타냅니다. 반면 통조림 파인애플은 제조 과정에서 열처리를 거치기 때문에 효소가 파괴되어 연육 작용이 현저히 떨어집니다. 따라서 고기를 부드럽게 만들 목적이라면 반드시 열을 가하지 않은 생과일을 사용해야 하며, 이를 통해 식물의 효소가 가진 강력한 위력을 실감할 수 있습니다. 척박한 환경에서 살아남기 위해 곤충을 사냥하는 식충식물들은 더욱 능동적인 무기를 갖추고 있습니다. 파리지옥은 잎 안쪽의 감각모가 자극을 받으면 순식간에 잎을 닫아 곤충을 가두고 소화액을 분비합니다. 네펜데스는 미끄러운 주머니 형태의 포충낭에 곤충을 빠뜨려 서서히 녹여 흡수합니다. 이들은 광합성만으로는 부족한 영양분을 보충하기 위해 단백질을 분해하는 정교한 생존 전략을 진화시켜 왔으며, 이는 자연계에서 식물이 보여주는 놀라운 적응력의 결과입니다.

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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

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

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

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학
지구환경과학
융합

[강연] 스트레스, 식물도 받을까? _ 이호정 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 6강 | 6강

거대한 세쿼이아나 바오밥나무가 수천 년의 세월을 견디며 거대한 몸집을 유지할 수 있는 비결은 무엇일까요? 그 해답의 중심에는 식물의 줄기가 있습니다. 줄기는 단순히 식물을 지탱하는 기둥을 넘어, 생존에 필요한 영양분과 물을 수송하고 때로는 에너지를 저장하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 하지만 최근 기후 변화로 인해 수천 년을 살아온 바오밥나무들이 고사하는 현상이 발생하며, 식물의 생존 전략과 환경 변화의 상관관계에 대한 연구가 더욱 중요해지고 있습니다. 식물 줄기의 가장 기본적인 기능은 중력을 거슬러 꼿꼿하게 서는 지지 기능입니다. 육상으로 진출한 식물은 부력이 없는 환경에서 광합성을 위해 하늘을 향해 뻗어 나가야 했고, 줄기는 이를 가능하게 하는 뼈대 역할을 맡았습니다. 또한 줄기 내부의 관다발 조직은 잎에서 만든 유기 양분을 뿌리로 보내고, 뿌리에서 흡수한 물과 미네랄을 꼭대기까지 전달하는 고속도로 역할을 합니다. 이러한 정교한 수송 시스템 덕분에 식물은 거대한 크기로 성장하면서도 전신에 에너지를 공급할 수 있습니다. 식물의 줄기 구조는 종류에 따라 확연히 다릅니다. 쌍떡잎식물은 관다발이 가장자리에 규칙적으로 배열되어 있으며, 형성층이라는 분열 조직을 통해 부피 생장을 하며 나이테를 만듭니다. 반면 벼나 대나무 같은 외떡잎식물은 관다발이 줄기 전체에 흩어져 있고 형성층이 없어 대부분 옆으로 굵어지는 성장에 한계가 있습니다. 나무의 나이테는 계절에 따른 세포 분열 속도 차이로 만들어지는데, 이는 식물이 환경의 변화를 자신의 몸에 기록하는 일종의 생장 기록부와 같습니다. 수백 미터 높이의 나무 꼭대기까지 물을 올리는 과정은 경이로운 물리적 현상입니다. 식물은 에너지를 거의 소모하지 않고도 증산 작용을 통해 발생하는 수분 포텐셜 차이를 이용해 물을 끌어올립니다. 물 분자 사이의 강한 응집력과 세포벽에 달라붙는 점착력 덕분에, 물 기둥은 끊어지지 않고 밧줄처럼 연결되어 중력을 거슬러 올라갑니다. 이는 식물이 외부 환경과 상호작용하며 물리 법칙을 생존에 얼마나 효율적으로 이용하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 질소는 식물의 생명 활동에 없어서는 안 될 필수 원소입니다. 유전 정보를 담은 DNA부터 광합성을 담당하는 엽록소, 그리고 생명체의 구성 성분인 단백질에 이르기까지 질소가 포함되지 않은 곳이 없습니다. 대기의 78%가 질소로 이루어져 있지만, 식물은 이를 직접 흡수할 수 없어 토양 속 미생물의 도움을 받아야 합니다. 질소 고정 세균과의 공생은 식물이 척박한 환경에서도 질소를 확보하기 위해 선택한 고도의 생존 전략 중 하나입니다. 인류는 하버와 보슈가 개발한 암모니아 합성법을 통해 질소 비료를 대량 생산하며 식량 위기를 극복했습니다. 하지만 과도한 비료 사용은 하천의 부영양화를 초래하고 강력한 온실가스인 아산화질소를 배출하는 등 환경 문제를 야기하고 있습니다. 이에 따라 최근 과학계는 비료 사용을 줄이면서도 식물의 질소 흡수 효율을 높이는 연구에 집중하고 있습니다. 특정 식물 개체가 낮은 질소 환경에서도 뿌리털을 발달시켜 생존하는 원리를 규명하는 것은 지속 가능한 농업의 열쇠가 될 것입니다. 식물은 움직일 수 없기에 환경 스트레스에 더욱 치열하게 반응합니다. 가뭄이나 고온 스트레스를 받으면 성장을 멈추고 항산화 물질을 만들어 자신을 보호하며, 해충의 공격을 받으면 화학 신호를 보내 천적을 불러들이기도 합니다. 유전자 교정 기술과 같은 첨단 과학은 이러한 식물의 방어 기제와 영양 흡수 능력을 극대화하여 미래의 기후 위기에 대응하려 합니다. 식물의 정교한 생존 메커니즘을 이해하는 것은 결국 인류와 식물이 이 행성에서 공존하기 위한 필수적인 과정입니다.

이호정

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생명과학

[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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생명과학

[술술과학] 식물의 성생활🌱_식물 EP.05 (식물의 관점#4)

식물의 성생활은 유전적 다양성을 확보하여 불확실한 미래에 대비하기 위한 치열한 진화의 결과물입니다. 유성생식은 이미 물속 단세포 녹조류 시절부터 시작되었으며, 이는 유전자를 효율적으로 섞어 후손의 생존 확률을 높이는 핵심적인 방법이었습니다. 특히 생명체는 유전자가 하나인 반수체(n)보다 두 개인 이배체(2n) 상태를 선호하는데, 이는 치명적인 돌연변이로부터 자신을 보호하기 위함입니다. 유전자가 두 개라면 하나가 망가져도 다른 하나가 그 기능을 대체할 수 있기 때문입니다. 진화의 과정에서 식물은 점차 이배체인 포자체 시기를 늘리는 방향으로 발전해 왔습니다. 이끼의 경우 우리가 흔히 보는 초록색 몸체가 반수체인 배우체이며, 포자체는 여기에 조그맣게 기생하는 형태를 띱니다. 반면 고사리에 이르면 우리가 보는 커다란 잎 자체가 이배체인 포자체로, 독립적인 성체로서 생활하게 됩니다. 이처럼 취약한 반수체 상태보다 안정적인 이배체 상태로 지내는 시간이 길어진 것은 육상 환경의 혹독한 변화에 적응하기 위한 식물만의 영리한 생존 전략이었습니다. 씨앗의 등장은 식물 진화 역사에서 가장 거대한 혁신 중 하나로 꼽힙니다. 포자가 단순히 번식을 위한 최소한의 수단이었다면, 씨앗은 배를 보호하는 강력한 삼중 보호막과 영양분을 갖춘 완벽한 생존 패키지라 할 수 있습니다. 은행나무 씨앗처럼 단단한 껍질로 배를 감싸고, 새끼가 자랄 때 필요한 양분인 배젖을 함께 제공하는 방식입니다. 이는 마치 어미가 새끼를 떠나보낼 때 따뜻한 담요로 정성껏 감싸고 젖병까지 들려 보내는 것과 같습니다. 이러한 구조적 완성도 덕분에 식물은 척박한 환경에서도 후손을 안전하게 퍼뜨릴 수 있었습니다. 씨앗과 꽃가루의 발달은 식물이 진정한 의미에서 물이라는 환경적 제약을 완전히 벗어나게 해주었습니다. 이끼나 고사리는 여전히 정자가 물을 헤엄쳐 난자에 도달해야 했기에 물이 필수적인 환경에서만 번식이 가능했습니다. 하지만 겉씨식물과 속씨식물은 바람이나 곤충을 이용해 꽃가루를 전달함으로써 물 없이도 수정을 이뤄내는 능력을 갖추게 되었습니다. 특히 속씨식물은 씨앗을 씨방으로 한 번 더 감싸 보호 능력을 극대화했습니다. 이러한 변화는 식물이 지구상의 거의 모든 육상 환경으로 서식지를 넓히는 결정적인 계기가 되었습니다. 흥미롭게도 식물의 씨앗은 동물의 알과 구조적으로 매우 유사한 형태를 보입니다. 벼의 배와 배젖이 계란의 배아와 노른자에 대응하는 식인데, 10억 년 넘게 각자 진화했음에도 생존을 위한 최적의 전략이 닮아있다는 점은 매우 놀라운 사실입니다. 또한 식물은 암수한그루부터 암수딴그루, 자가수정, 심지어 줄기나 뿌리를 통한 복제에 이르기까지 인간의 상상을 초월하는 다채로운 번식 방식을 구사합니다. 이러한 유연성과 다양성은 식물이 수억 년이라는 긴 시간 동안 지구의 주인으로 당당히 살아남을 수 있었던 강력한 생명력의 근원입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[과학자가 쓴 과학책 #25] 전중환_진화한 마음 ㅣ "왜 살아야 하나요?"에 대한 과학의 대답

리처드 도킨스는 "우리는 모두 죽는다. 그래서 우리는 아주 운이 좋다"라고 말했습니다. 존재할 수 있었던 수많은 가능성 중 극소수만이 인간으로 태어났기 때문입니다. 수십만 년 전부터 이어진 1만 세대의 직계 조상 중 단 한 명도 번식에 실패하지 않았기에 지금의 우리가 존재합니다. 우리는 생존과 번식에 유리한 형질을 물려받은 억세게 운 좋은 생존자들의 후손이며, 그 기나긴 생명의 사슬 맨 마지막에 서 있는 경이로운 존재입니다. 인간의 마음은 본질적으로 선하거나 악하게 설계되지 않았습니다. 또한 경제적 이득이나 공동체의 이익을 최대화하기 위해 만들어진 것도 아닙니다. 우리의 마음은 수백만 년 전 석기시대 조상들의 생존과 번식에 도움이 되는 방향으로 자연선택에 의해 정교하게 설계되었습니다. 찰스 다윈이 발견한 자연선택의 원리는 유전, 변이, 차별적 성공이라는 세 가지 조건이 충족될 때 일어나는 논리적 귀결이며, 이를 통해 생명체는 환경에 적응합니다. 인간의 마음은 조상들이 직면했던 현실적인 문제들을 해결하기 위해 설계된 복잡한 연산 장치입니다. 우리는 친구의 표정을 읽거나 언어를 구사하는 일을 당연하게 여기지만, 이는 공학적으로 보면 천문학적인 연산 능력이 필요한 기적 같은 활동입니다. 일그러진 글자를 보고 알파벳을 맞히는 보안 문자를 로봇은 통과하지 못해도 인간은 0.1초 만에 해냅니다. 이처럼 우리의 심리 기제는 생존에 필요한 정보를 처리하도록 특화되어 진화해 왔습니다. 인류 역사를 1년으로 압축한다면 농경이 시작된 시점은 12월 31일 오전 6시에 불과합니다. 우리는 364일 동안 수렵채집 생활을 하며 석기시대의 환경에 적응해 왔습니다. 이 때문에 현대 사회의 환경과 우리의 진화된 심리 기제 사이에는 불협화음이 발생합니다. 과거에는 유리했던 달콤하고 기름진 음식에 대한 탐닉이나, 명예를 지키기 위한 급발진 같은 행동들이 오늘날에는 건강을 해치거나 보복 운전 같은 사회적 문제를 일으키는 원인이 되기도 합니다. 진화심리학은 단순히 사후 설명을 늘어놓는 사이비 과학이 아닙니다. 오히려 인간 본성에 대한 새로운 예측을 가능하게 하는 강력한 도구입니다. 예를 들어, 추락 위험을 피하기 위해 높이를 실제보다 더 길게 인식하는 인지 편향이 아래에서 볼 때보다 위에서 내려다볼 때 더 강하게 나타날 것이라는 가설은 실험을 통해 입증되었습니다. 이처럼 진화적 시각은 우리가 미처 몰랐던 인간의 행동 원리를 과학적으로 규명하고 반증 가능한 가설을 제시하며 발전하고 있습니다. 인간 본성을 진화적으로 설명하는 것이 나쁜 행동에 대한 면죄부를 주는 것은 아닙니다. 사실에서 당위를 이끌어내는 '자연주의적 오류'를 경계해야 합니다. 암이나 지진을 연구하는 목적이 그것을 정당화하기 위함이 아니듯, 폭력이나 차별의 진화적 근원을 연구하는 이유는 이를 효과적으로 제어하기 위해서입니다. 인간 본성의 작동 원리를 정확히 이해할 때, 우리는 비로소 바람직하지 않은 본능에 휘둘리지 않고 더 나은 사회를 만들기 위한 실질적인 방안을 찾을 수 있습니다. 우리는 이기적인 유전자의 복제본을 남기기 위해 설계된 존재일지 모르지만, 그 유전자의 명령에 맹목적으로 복종할 필요는 없습니다. 자연선택은 우리의 행복이나 도덕성에는 관심이 없으며 오직 유전자 전파에만 집중하기 때문입니다. 우리는 이성이라는 또 다른 본성을 발휘하여 삶의 의미를 스스로 정의할 수 있습니다. 내세의 구원이 아닌 현세에서 타인의 복지를 증진하고 세상을 더 살기 좋은 곳으로 만드는 세속적 인본주의야말로 과학이 제시하는 진정한 삶의 목적입니다.

전중환

카오스재단읽다과학

생명과학
융합

[석학인터뷰] 과학이 말하는 인류의 기원은?!ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 4편_ 인류, 뇌, 지능과 의식(정신)

인류가 침팬지 및 보노보의 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시기는 대략 500만 년에서 800만 년 전 사이로 추정됩니다. 흥미로운 점은 이 결정적인 분기점에 해당하는 공통 조상의 화석이 아직 단 하나도 발견되지 않았다는 사실입니다. 학자들은 화석의 부재를 이론적 추론과 상상력으로 채워가고 있으며, 주로 서식지의 분리나 생식적 격리가 새로운 계통의 탄생을 이끌었을 것으로 보고 있습니다. 유전자가 섞이지 않는 환경적 변화가 인류 진화의 첫 단추를 끼운 셈입니다. 진화의 여정은 나무 타기와 두 발 걷기를 병행하던 아르디피테쿠스를 거쳐 오스트랄로피테쿠스로 이어졌습니다. 약 200만 년 전, 기후 변화와 같은 위기 속에서 인류의 조상은 두 갈래 길을 선택했습니다. 식물성 먹이에 집중한 파란트로푸스와 달리, 사바나에서 고기와 지방질을 섭취하며 생존한 이들이 바로 호모속의 시초가 되었습니다. 이후 등장한 호모 에렉투스는 아프리카를 넘어 유럽과 아시아로 확산하며 인류의 영토를 넓혔고, 이는 훗날 호모 사피엔스가 등장하는 기초가 되었습니다. 뇌의 기원을 특정 시점으로 단정하기는 어렵지만, 신경세포의 등장을 그 시작으로 볼 수 있습니다. 전기 신호를 통해 세포 간 정보를 전달하는 신경세포는 다세포 생물이 복잡한 신체 기능을 조절하기 위해 반드시 필요한 장치였습니다. 몸이 정교해질수록 이를 관장하는 중앙 통제 기구의 출현은 필연적인 법칙과도 같았습니다. 하지만 뇌가 없는 박테리아나 식물 또한 각자의 방식으로 생존 문제를 해결한다는 점을 고려하면, 뇌는 생명체가 환경에 적응하기 위해 선택한 여러 전략 중 하나임을 알 수 있습니다. 뇌는 기본적으로 움직이는 동물에게만 존재하는 기관입니다. 세상을 돌아다니며 유용한 자원과 먹잇감을 탐색하는 과정에서 뇌의 역할은 더욱 중요해졌습니다. 특히 인간의 뇌는 단순한 생존을 넘어 강한 호기심을 바탕으로 발달해 왔습니다. 새로운 사물을 탐색하고 이를 유용하게 활용하려는 지적 욕구가 뇌의 크기를 키우고 기능을 고도화하는 원동력이 된 것입니다. 신체의 형태가 복잡해짐에 따라 뇌도 그에 걸맞은 명령을 내릴 수 있도록 상호작용하며 진화해 온 결과라 할 수 있습니다. 과학적 관점에서 지능은 문제를 해결하는 능력으로 정의될 수 있습니다. 정신이나 의식 같은 주관적인 개념과 달리, 지능은 생명체가 환경에서 얼마나 성공적으로 살아남아 번식하는지를 통해 객관적으로 판단이 가능하기 때문입니다. 물론 과학이 우주의 존재 이유나 의식의 본질 같은 근원적인 질문에는 여전히 무능할 수 있지만, 생존을 위한 해법을 찾아가는 과정으로서의 지능 연구는 인류를 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 결국 뇌와 지능은 생명이라는 거대한 수수께끼를 풀어나가는 가장 강력한 도구입니다.

김대수, 서민아, 이대열, 이상희

카오스재단릴레이 인터뷰

생명과학
뇌인지과학

[카오스 술술과학] 공룡 뼈에 구멍이 있다?

공룡은 약 2억 3천만 년 전 중생대 트라이아스기에 처음 등장하여 지구의 지배자로 군림했습니다. 이들이 다른 생물들보다 뛰어난 생존력을 발휘하며 번성할 수 있었던 결정적인 요인 중 하나는 바로 직립 보행이 가능한 다리 구조였습니다. 수직으로 뻗은 다리 덕분에 공룡은 매우 빠른 속도로 이동하며 먹잇감을 사냥하거나 포식자를 피할 수 있었습니다. 하지만 당시 지구는 지금보다 산소 농도가 절반 수준에 불과할 정도로 척박한 환경이었기에, 단순히 신체 구조만으로는 설명하기 어려운 생존의 비밀이 숨겨져 있었습니다. 산소가 부족한 극한의 환경에서도 공룡이 번성할 수 있었던 핵심 비결은 뼛속에 숨겨진 특별한 구조에 있었습니다. 공룡의 뼈에는 공기를 저장할 수 있는 주머니인 '기낭'이라는 기관이 존재했는데, 이는 오늘날의 조류에서도 발견되는 독특한 호흡 보조 장치입니다. 기낭은 체내에 산소를 효율적으로 저장하고 순환시켜 산소 농도가 낮은 상황에서도 충분한 에너지를 얻을 수 있게 도왔습니다. 이러한 효율적인 호흡 시스템 덕분에 공룡은 다른 생명체들이 멸종의 위기를 겪는 동안에도 거대한 몸집을 유지하며 생태계의 정점에 설 수 있었습니다. 최근 학계에서는 공룡과 조류 사이의 밀접한 연관성에 주목하며, 공룡이 멸종한 것이 아니라 진화하여 오늘날의 조류가 되었다는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 신체 구조의 유사성뿐만 아니라 생태학적 증거들은 우리가 흔히 보는 비둘기나 참새가 과거 지구를 호령하던 거대 공룡의 후예일 가능성을 강력하게 시사합니다. 어쩌면 오늘 아침 우리 머리 위를 가로질러 날아간 작은 조류가 수억 년 전 중생대의 신비를 간직한 채 진화해 온 공룡의 또 다른 모습일지도 모릅니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[강연] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (4) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ④

화성에 도착한 인류가 가장 먼저 해결해야 할 과제는 안전한 거주지를 확보하는 것입니다. 화성 표면은 강력한 우주 방사선에 노출되어 있어 지표면에 그대로 머무는 것은 매우 위험합니다. 따라서 태양계 최대 화산인 올림푸스 몬스 주변의 용암동굴을 찾는 것이 현실적인 대안으로 꼽힙니다. 제주도의 만장굴처럼 용암이 흐르며 형성된 이 동굴들은 천연 방패 역할을 하여 방사선으로부터 인간을 보호해 줄 수 있는 최적의 장소이기 때문입니다. 거주지 확보만큼 중요한 것은 생존의 필수 요소인 물을 구하는 일입니다. 화성에는 다행히 막대한 양의 얼음이 존재하며, 이를 모두 녹이면 화성 전체를 덮을 수 있을 정도라고 알려져 있습니다. 또한 화성의 드라이아이스를 녹여 이산화탄소를 기체화하면 온실효과를 유도해 행성의 온도를 높일 수 있습니다. 이러한 자원들은 향후 화성을 인간이 살 수 있는 환경으로 바꾸는 테라포밍의 핵심적인 원료가 되어 인류의 정착을 도울 것입니다. 영화 '마션'에서처럼 화성에서 식량을 자급자족하는 일은 더 이상 상상 속의 이야기가 아닙니다. 지구의 북극권 같은 극한 환경에서도 컨테이너와 LED 조명을 이용해 신선한 채소를 재배하는 기술이 이미 활용되고 있습니다. 화성의 흙과 지구에서 가져온 퇴비를 적절히 활용한다면 감자와 같은 구황작물을 재배하는 것이 충분히 가능합니다. 이는 화성 탐사 대원들이 장기 체류하며 스스로 생존할 수 있는 기반을 마련해 줄 중요한 기술적 토대가 됩니다. 하지만 화성에서의 생활은 인간의 신체에 적지 않은 부담을 줍니다. 중력이 약한 환경에서 장기간 머물면 뼈와 근육이 급격히 약해지고, 체액이 머리 쪽으로 쏠려 얼굴이 붓는 현상이 발생합니다. 또한 폐쇄된 공간에서의 생활은 심리적 스트레스와 함께 예상치 못한 생리적 부작용을 초래할 수 있습니다. 따라서 화성으로 향하는 여정 동안 인공중력을 발생시켜 신체 능력을 유지하는 기술은 성공적인 탐사와 정착을 위한 필수적인 조건이라 할 수 있습니다. 화성의 환경에 대한 흔한 오해 중 하나는 강력한 모래폭풍이 사람을 날려버릴 정도로 위험하다는 점입니다. 실제로 화성에는 행성 전체를 뒤덮는 대규모 모래폭풍이 발생하지만, 대기압이 지구의 1% 미만으로 매우 낮아 그 파괴력은 미미합니다. 영화적 연출을 위해 과장된 측면이 있으나, 실제로는 머리카락이 약간 날리는 정도의 바람 세기에 불과합니다. 과학적 사실을 바탕으로 화성 환경을 정확히 이해하는 것이 안전하고 효율적인 탐사 계획의 시작입니다. 화성 탐사와 테라포밍을 추진함에 있어 환경 오염에 대한 윤리적 고민도 반드시 병행되어야 합니다. 지구의 박테리아가 화성으로 옮겨가 생태계를 교란하거나 과학적 분석에 오류를 일으킬 가능성이 있기 때문입니다. 이를 방지하기 위해 NASA는 행성보호관이라는 직책을 두고 탐사 기기의 철저한 멸균과 오염 방지에 힘쓰고 있습니다. 미지의 세계를 탐구하려는 인간의 본능과 외계 환경을 보존하려는 책임감 사이의 균형을 잡는 것이 중요합니다. 화성을 인간이 살 수 있는 곳으로 만드는 테라포밍은 수백 년의 시간이 걸리는 거대한 프로젝트입니다. 하지만 화성을 개조할 수 있는 수준의 기술력을 갖춘다면, 오히려 위기에 처한 지구의 환경을 회복시키는 일은 훨씬 수월할 것입니다. 화성 탐험은 단순히 새로운 영토를 찾는 과정을 넘어, 인류의 지식 지평을 넓히고 우리가 사는 지구의 소중함을 다시금 깨닫게 하는 여정이 될 것입니다. 지혜로운 탐험을 통해 인류는 우주로 나아갈 준비를 마칠 것입니다.

문경수, 이강환, 이정은

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (1) _ 정수영 KIST 뇌과학연구소 선임 연구원 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ①

우리가 세상을 보는 과정은 단순히 외부 세계를 있는 그대로 받아들이는 것이 아니라 뇌가 만들어내는 정교한 착각의 결과입니다. 뇌는 감각 기관을 통해 들어오는 방대한 정보를 무분별하게 수용하기보다, 생존에 유리한 방식으로 데이터를 재구성하고 판단합니다. 에셔의 그림이나 헤르만 격자 같은 착시 현상은 뇌가 정보를 처리하는 과정에서 발생하는 자연스러운 산물입니다. 이러한 현상은 뇌가 잘못 작동해서 생기는 오류가 아니라, 오히려 세상을 더 효율적으로 이해하려는 능동적인 노력의 증거라고 할 수 있습니다. 우리는 착각을 통해 비로소 세상을 제대로 인지하게 됩니다. 지각 시스템은 주변 환경과 과거의 경험, 그리고 개인의 기대에 따라 유연하게 변화합니다. 예를 들어, 영아기에는 모든 언어의 소리를 구별할 수 있지만, 성장하며 자신이 속한 문화권의 언어에 최적화되도록 청각 시스템이 튜닝됩니다. 또한 우리는 태양이나 조명이 항상 위에 있다는 과거의 반복된 경험을 바탕으로 사물의 입체감을 무의식적으로 판단합니다. 이처럼 지각은 객관적인 사실을 탐지하는 것을 넘어, 우리가 처한 상황에 가장 적합한 결론을 내리는 주관적이고 창조적인 과정입니다. 이는 뇌가 외부 자극을 수동적으로 수용하지 않고 능동적으로 재구성함을 의미합니다. 뇌는 생존에 직결되는 정보를 처리하기 위해 한정된 자원을 전략적으로 배분합니다. 인간의 언어 주파수 대역이나 손과 입술의 촉감을 담당하는 뇌 영역이 신체 면적에 비해 훨씬 넓게 할당되어 있는 것이 대표적인 사례입니다. 시각에서도 마찬가지로, 전체 시야에서 아주 작은 부분을 차지하는 중심 시야가 제1차 시각 피질의 절반 이상을 점유합니다. 이는 중요한 부위일수록 더 많은 뇌세포를 투입하여 정밀하게 분석하려는 진화적 선택의 결과이며, 지각이 단순한 데이터 수집을 넘어선 고도의 인지 활동임을 보여줍니다. 이러한 자원 집중은 우리가 복잡한 환경 속에서도 핵심적인 정보를 놓치지 않게 합니다. 시각 정보의 출발점인 눈의 구조를 살펴보면 자연의 신비로운 설계를 엿볼 수 있습니다. 가장 높은 시력을 보장하는 중심와는 빛이 광수용기에 직접 도달할 수 있도록 앞을 가로막는 세포들이 옆으로 비켜나 있는 구덩이 형태를 띠고 있습니다. 또한 중심와 주변에는 혈관조차 배치되지 않아 빛의 경로를 방해하지 않도록 최적화되어 있습니다. 반면 시신경이 뇌로 나가는 통로인 시신경 원판에는 광수용기가 없어 정보를 감지할 수 없는 맹점이 존재하는데, 이는 시각 시스템의 독특한 구조적 특징입니다. 이러한 정교한 구조 덕분에 우리는 아주 미세한 디테일까지 포착할 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다. 망막에는 낮에 색과 디테일을 감지하는 추상체와 밤에 미세한 빛을 감지하는 간상체가 조화롭게 분포되어 있습니다. 추상체는 중심와에 밀집되어 높은 해상도를 제공하며 우리가 세상을 선명하게 볼 수 있게 돕습니다. 반면 간상체는 주변부에 주로 분포하며 빛에 대한 민감도가 매우 높아 어두운 곳에서 사물을 인식하는 데 결정적인 역할을 합니다. 이 두 세포는 각각 주간시와 야간시를 담당하며, 정보의 수렴 정도에 따라 민감도와 분해능 사이의 균형을 맞추어 우리가 다양한 환경에서 시각을 유지할 수 있게 합니다. 이는 뇌가 환경의 변화에 대응하여 최적의 시각 정보를 추출해내는 놀라운 메커니즘입니다.

정수영

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