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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

이거 실화...? 과학드림이 촬영 중 10분 만에 50년 늙어버린 이유! | 심심할 땐 과학 시즌5 EP.04

무대는 단순히 배우와 스태프의 협업으로 완성되는 예술이 아닙니다. 공연을 준비하는 과정에서 실수는 누구에게나 일어날 수 있으며, 중요한 것은 그 실수를 어떻게 극복하고 새로운 순간으로 전환하느냐에 달려 있습니다. 무대 위에서의 긴장과 실수는 오히려 예기치 못한 멋진 장면을 만들어내기도 합니다. 이러한 경험은 무대에 서는 사람들에게 특별한 의미를 부여하며, 관객과의 소통을 더욱 깊게 만듭니다. 무대공포증은 많은 이들이 겪는 자연스러운 현상입니다. 이는 본능적으로 심박수가 빨라지고 식은땀이 나는 등 생물학적으로 내재된 반응에서 비롯됩니다. 선사시대에는 맹수나 집단 앞에 서는 두려움이 오늘날 무대공포증으로 이어졌다고 볼 수 있습니다. 이를 극복하기 위해서는 단순히 침착해지려 하기보다는, 긴장된 상태를 '흥분'으로 받아들이는 마인드셋 전환이 더 효과적이라는 연구 결과도 있습니다. 연기와 분장은 무대 위에서 배우의 감정과 캐릭터를 극대화하는 중요한 요소입니다. 특히 특수분장은 단순한 화장을 넘어 실리콘, 폼 라텍스 등 다양한 재료를 활용해 입체적이고 사실적인 변신을 가능하게 합니다. 이러한 기술은 영화, 뮤지컬, 오페라 등 다양한 분야에서 활용되며, 배우의 외형뿐 아니라 감정 표현에도 큰 영향을 미칩니다. 분장의 발전은 무대 예술의 표현력을 한층 넓혀 주었습니다. 분장의 역사는 매우 오래되었습니다. 고대 이집트인들이 태양을 피하거나, 원주민들이 사냥과 위장, 혹은 이성에게 어필하기 위해 얼굴에 칠을 하던 것에서 시작되었습니다. 심지어 네안데르탈인 유적에서도 염료 흔적이 발견되어, 분장이 인류의 본능적 행위임을 보여줍니다. 일본의 가부키나 중국의 경극 등에서도 분장은 문화적, 실용적 목적을 동시에 지니며 발전해 왔습니다. 특수분장 기술은 20세기 들어 폼 라텍스와 같은 신소재의 등장으로 큰 변화를 맞이했습니다. 초기에는 피부에 자극을 주거나 건강에 해로운 재료가 사용되기도 했지만, 현재는 배우의 안전과 편의를 고려한 다양한 재료와 기법이 개발되었습니다. 분장은 단순히 외형을 바꾸는 것을 넘어, 캐릭터의 성격과 감정을 시각적으로 전달하는 중요한 역할을 합니다.

국립과천과학관과학예능😆

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뇌인지과학
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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

카오스재단석학인터뷰

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[석학 인터뷰] 인간은 유전자가 만든 로봇?🤖 | 2022 카오스강연 '진화'

리처드 도킨스의 '이기적 유전자' 이론은 우리가 유전자의 운반자에 불과하다는 도발적인 메시지를 던집니다. 이는 우리의 자유의지와 의식을 부정하는 것처럼 들려 심리적인 거부감을 일으키기도 하지만, 생물학계에서는 지난 수십 년간 생명 현상을 이해하는 핵심적인 틀로 받아들여져 왔습니다. 개체의 행동이나 표현형이 결국 유전자가 자신의 복제본을 더 널리 퍼뜨리기 위한 전략이라는 관점은, 우리가 불편함을 느끼더라도 직면해야 할 과학적 사실 중 하나로 자리 잡았습니다. 자연선택의 대상이 반드시 유전자나 개체에만 국한되는 것은 아닙니다. 최근 인류를 괴롭힌 바이러스의 사례를 보면, 개체 수준에서는 숙주를 빠르게 이용해 복제하는 것이 유리해 보이지만, 집단 수준에서는 숙주를 너무 빨리 죽이면 전파가 불가능해집니다. 따라서 바이러스의 독성이 약해지는 방향으로 진화하는 것은 집단 수준의 선택이 개체 수준의 선택보다 강하게 작용했음을 보여줍니다. 이처럼 생명 현상은 유전자의 의도대로만 흘러가는 것이 아니라 다양한 층위의 선택 과정이 복합적으로 얽혀 있습니다. 도킨스가 사용한 '이기적'이라는 표현은 유전자가 인간처럼 욕심을 부린다는 뜻이 아니라, 결과적으로 경쟁 유전자를 제치고 더 많은 복제본을 남기는 특성을 은유한 것입니다. 예를 들어 자외선으로부터 피부를 보호하기 위해 멜라닌을 분비하는 유전자가 선택된 과정은, 생존에 유리한 형질이 보존되는 자연선택의 결과일 뿐입니다. 그러므로 이러한 은유를 글자 그대로 받아들여 삶의 의미나 자유의지가 무너진다고 좌절할 필요는 없습니다. 이는 복잡한 생명 현상을 설명하기 위한 효과적인 언어적 도구에 가깝기 때문입니다. 우리의 신체는 수개월마다 먹는 음식에 의해 구성 성분이 바뀌지만, 부모로부터 물려받은 유전 정보는 변하지 않고 유지됩니다. 이런 측면에서 DNA는 생명을 이해하는 가장 중요한 정보 단위임이 분명합니다. 하지만 유전자 결정론에만 매몰되어서는 안 됩니다. 지리학적 관점에서 보면 환경의 선택 역시 진화의 핵심적인 동력이며, 인간의 교육과 경험은 유전적 프로그램을 끊임없이 교정하고 보완합니다. 즉, 생명은 유전자라는 설계도와 환경이라는 무대가 상호작용하며 만들어가는 예술과 같습니다. 인간은 지구상에서 유전자의 존재와 그 작동 원리를 이해한 유일한 생명체입니다. 우리는 유전자의 복제 본능에 반하여 피임을 하거나 독신을 선택하는 등 이른바 '유전자의 폭거'에 항거할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 도킨스 역시 책의 마지막에서 인간만이 유전자의 지배를 거부할 수 있다고 강조했습니다. 과학적 사실이 주는 허무함에 빠지기보다, 유전자가 부여한 생물학적 한계를 인지하고 그 위에서 자신만의 자유의지로 삶의 의미를 개척해 나가는 태도가 진정으로 중요합니다.

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

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[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

[강연] 마음의 진화 _ by이대한 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 4강 | 4강

인류는 아주 오래전부터 생명의 기원에 대해 탐구해 왔습니다. 과학적 관점에서 생명은 갑자기 하늘에서 떨어진 것이 아니라, 지구 초기 환경에서 일어난 복잡한 화학 반응의 산물입니다. 특히 심해의 열수 분출구는 지구의 에너지가 분출되는 천연 화학 실험실로서, 무기물로부터 유기물이 합성되고 최초의 원시 세포가 탄생하기에 최적의 장소였습니다. 놀라운 점은 지구가 형성된 후 생명이 출현하기까지 걸린 시간이 우주적 관점에서 매우 짧았다는 사실이며, 이는 적절한 조건만 갖춰진다면 우주 어디에서든 생명이 탄생할 수 있음을 시사합니다. 초기 생명체는 단순한 단세포 형태였으나, 약 20억 년 전 발생한 산소 급증 사건은 진화의 거대한 전환점이 되었습니다. 광합성 세균의 번성으로 대기 중 산소가 늘어나자, 이를 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 생명체들이 등장했습니다. 이 과정에서 고세균이 산소를 사용하는 박테리아를 삼켜 공생하는 '세포 내 공생'이 일어났고, 이는 오늘날 우리 세포 속의 미토콘드리아가 되었습니다. 이러한 에너지 혁신은 생명체가 더 크고 복잡한 구조를 갖출 수 있는 물리적 토대를 마련해주었으며, 진핵생물이라는 새로운 가문의 시대를 열었습니다. 에너지를 효율적으로 얻게 된 생명체는 단세포의 한계를 넘어 다세포 생물로 진화하기 시작했습니다. 흥미롭게도 다세포성은 진화의 역사에서 여러 번 독립적으로 나타났는데, 이는 포식자의 위협과 같은 환경적 압박이 주요한 원인이었습니다. 혼자 있을 때보다 여럿이 뭉쳐 덩치를 키우는 것이 생존에 유리했기 때문입니다. 세포들이 군집을 이루고 각자의 역할을 분담하는 분업화가 진행되면서 생명체는 더욱 정교한 기능을 수행할 수 있게 되었으며, 이는 훗날 복잡한 신체 기관과 신경계가 발달할 수 있는 중요한 발판이 되었습니다. 동물의 진화에서 신경계의 출현은 정보 처리의 혁명을 의미합니다. 특히 좌우대칭 체형의 진화는 동물이 일정한 방향으로 전진할 수 있게 만들었고, 이는 앞쪽에서 환경 정보를 먼저 받아들이는 '머리화' 현상을 촉진했습니다. 감각 기관과 이를 처리하는 신경 세포들이 머리 부분에 집중되면서 마침내 뇌라는 정교한 하드웨어가 탄생하게 된 것입니다. 빗해파리와 같은 원시 동물 연구를 통해 알 수 있듯이, 신경계는 아주 오래전부터 생존을 위한 핵심 도구로 발달해 왔으며 이는 인간이 가진 고도의 지능으로 이어지는 긴 여정의 시작이었습니다. 인간의 뇌는 다른 영장류와 비교했을 때 유독 크고 복잡한 구조를 자랑합니다. 특히 고차원적인 인지 기능을 담당하는 신피질의 확장은 인간을 특별한 존재로 만드는 결정적인 요인이 되었습니다. 최근의 유전학 연구에 따르면 인간의 뇌는 침팬지나 원숭이보다 훨씬 늦게 성숙하는 특성을 보이는데, 이러한 '느린 발달' 덕분에 뇌는 외부 환경과 상호작용하며 더 정교한 신경 회로를 구축할 수 있는 시간을 벌게 되었습니다. 결국 인간의 탁월한 지능은 유전적 설계도의 변화와 환경적 요인이 결합하여 빚어낸 진화의 경이로운 결과물이라 할 수 있습니다. 하지만 뇌라는 물리적 기관을 완벽히 이해한다고 해서 인간의 '마음'을 모두 설명할 수 있는 것은 아닙니다. 신경 세포 자체에는 의식이나 감정이 없지만, 수많은 세포가 복잡한 네트워크를 이룰 때 비로소 슬픔이나 의식 같은 고차원적인 현상이 나타나는데 이를 '창발'이라고 부릅니다. 마치 물 분자 하나에는 파도의 성질이 없지만 수많은 분자가 모여 파도를 만드는 것과 같습니다. 인지신경과학은 이러한 뇌의 생물학적 작용과 마음의 현상을 연결하려는 시도이며, 보이지 않는 마음의 실체를 과학의 영역으로 끌어들여 인간 존재의 본질을 탐구하고 있습니다. 결국 마음의 진화를 탐구하는 과정은 우주가 인간이라는 존재를 통해 자기 자신을 들여다보는 거대한 여정과 같습니다. 물질에서 시작된 진화가 생명을 낳고, 그 생명이 뇌를 거쳐 마음과 과학을 탄생시킴으로써 다시 우주의 기원을 묻게 된 것입니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 행위를 넘어, 끊어져 있던 물질과 정신의 고리를 다시 연결하여 우리가 어디에서 왔고 누구인지를 깨닫게 해줍니다. 40억 년이라는 긴 시간 동안 쉼 없이 이어져 온 진화의 물결 속에서, 인간의 마음은 우주를 이해하고 그 신비를 노래하는 가장 아름다운 도구로 자리 잡았습니다.

이대한

카오스재단카오스강연

생명과학
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[강연] 2022 '노벨상 해설강연' by 정충원, 김재완, 이동환 l 고등과학원&카오스재단

2022년 노벨 생리의학상은 멸종한 고인류의 유전체를 해독하여 인류 진화의 비밀을 밝힌 성과에 돌아갔습니다. 스반테 페보 교수는 수만 년 전의 화석에서 DNA를 추출하고 분석하는 고유전체학이라는 새로운 분야를 개척했습니다. 이를 통해 현생 인류가 아프리카에서 기원하여 전 세계로 퍼져나가는 과정에서 네안데르탈인과 같은 고인류와 유전적으로 섞였다는 사실이 과학적으로 증명되었습니다. 이는 우리가 누구이며 어디에서 왔는가라는 근원적인 질문에 대해 유전학적인 답을 제시한 혁신적인 성과로 평가받습니다. 고인류 유전체 연구는 단순히 과거를 밝히는 데 그치지 않고 현대인의 건강과 질병 이해에도 기여합니다. 아프리카 밖의 현대인들은 유전체의 약 2%를 네안데르탈인으로부터 물려받았으며, 티베트인의 고지대 적응 유전자는 데니소바인에게서 유래한 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 유전적 유산은 면역 체계나 환경 적응력에 중요한 역할을 하며, 인류가 다양한 환경에 적응하며 생존해 온 역사를 보여줍니다. 결국 우리는 순수한 단일 계통이 아니라 여러 고인류의 역사가 얽혀 만들어진 존재임을 알 수 있습니다. 노벨 물리학상은 양자 얽힘이라는 기묘한 현상을 실험적으로 증명한 성과를 기렸습니다. 아인슈타인이 '유령 같은 원격 작용'이라 부르며 의구심을 가졌던 양자 얽힘은, 멀리 떨어진 두 입자가 빛보다 빠른 상관관계를 갖는 현상을 의미합니다. 알랭 아스페, 존 클라우저, 안톤 차일링거는 벨 부등식 위배 실험을 통해 양자역학의 예측이 옳음을 입증했습니다. 이는 고전적인 물리 법칙을 뛰어넘는 양자 세계의 본질을 확인한 사건으로, 현대 물리학의 패러다임을 바꾸고 새로운 기술적 토대를 마련한 계기가 되었습니다. 양자 얽힘의 실증은 단순한 이론적 확인을 넘어 양자 정보 과학이라는 새로운 시대를 열었습니다. 과거의 양자역학이 반도체나 레이저 같은 하드웨어 발전에 기여했다면, 이제는 양자 상태 그 자체를 정보의 단위로 사용하는 소프트웨어와 운영 체제의 영역으로 확장되고 있습니다. 양자 컴퓨터, 양자 암호 통신, 양자 센서 등은 기존 기술로는 불가능했던 계산과 보안을 가능하게 할 것으로 기대됩니다. 이는 정보 통신 기술의 한계를 극복하고 미래 산업의 지형을 바꿀 핵심적인 동력이 될 것이며 젊은 세대의 창의력에 그 미래가 달려 있습니다. 노벨 화학상은 분자들을 마치 단추를 채우듯 쉽고 정확하게 결합하는 '클릭 화학'의 시대를 열었습니다. 배리 샤플리스와 모르텐 멜달은 복잡한 과정 없이도 높은 수율과 선택성으로 두 분자를 연결하는 반응을 개발했습니다. 이는 마치 레고 블록을 조립하듯 원하는 구조를 효율적으로 만들어낼 수 있게 하여 합성 화학의 패러다임을 실용 중심으로 전환했습니다. 클릭 화학은 신약 개발이나 신소재 합성 과정에서 발생하는 불필요한 부산물을 줄이고 시간을 단축하는 등 화학 공정 전반에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 캐롤라인 베르토지는 클릭 화학의 개념을 살아있는 생명체 내부로 확장하여 '생체 직교 화학'을 완성했습니다. 이는 생명체 고유의 화학 반응을 방해하지 않으면서도 특정 분자만을 선택적으로 표지하거나 결합하는 기술입니다. 이를 통해 세포 표면의 당사슬 구조를 관찰하거나 암세포만을 추적하여 약물을 전달하는 정교한 치료가 가능해졌습니다. 자연이 진화 과정에서 사용하지 않은 화학 결합을 인간이 발명하여 생체 시스템에 적용함으로써, 생물학과 화학의 경계를 허물고 질병 치료의 새로운 가능성을 제시한 것입니다. 과학은 단순히 지식을 축적하는 과정을 넘어, 보이지 않는 세계를 탐구하고 연결하는 인류의 끊임없는 도전입니다. 고인류의 뼈에서 추출한 DNA 조각부터 양자의 기묘한 얽힘, 그리고 분자 간의 정교한 클릭에 이르기까지, 올해의 노벨상은 서로 다른 분야가 어떻게 연결되어 인류의 지평을 넓히는지 보여줍니다. 과학자들은 여전히 호기심을 동력 삼아 실패를 두려워하지 않고 미지의 영역으로 나아갑니다. 이러한 탐구 정신은 우리 사회를 지탱하는 등불이 되어, 미래의 예기치 못한 문제들에 대한 해답을 제시할 것입니다.

김재완, 이동환, 정충원

카오스재단카오스크로스

물리학
화학
생명과학

[강연] 종의 기원, 종의 분화 _ by 장이권 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 5강 | 5강

찰스 다윈의 저서 '종의 기원'은 현대 생물학의 근간을 이루며 세상 속 인간의 위치를 새롭게 정립했습니다. 다윈은 이 책에서 종분화의 가능성과 그 메커니즘을 심도 있게 다루었는데, 흔히 갈라파고스의 핀치새를 대표적인 사례로 떠올리곤 합니다. 하지만 종분화는 먼 과거의 역사나 외딴섬의 전유물이 아닙니다. 우리 주변의 논과 숲에서도 지금 이 순간 종분화의 흔적을 발견할 수 있으며, 특히 우리나라의 멸종위기종인 수원청개구리는 종의 탄생과 분화를 연구하는 데 있어 매우 중요한 실마리를 제공합니다. 새로운 종이 탄생하기 위해서는 개체군 사이의 유전적 교류가 차단되는 '생식격리'가 필수적입니다. 생식격리는 크게 수정 전 격리와 수정 후 격리로 나뉘는데, 서식지나 번식 시기의 차이, 혹은 구애 노래의 변화 등이 수정 전 격리에 해당합니다. 생물학적 관점에서 볼 때, 귀중한 생식 세포를 낭비하지 않는 수정 전 격리가 개체에게 더 유리한 전략으로 작용합니다. 이러한 격리 메커니즘이 오랜 시간 유지되면서 하나의 공통 조상에서 갈라져 나온 개체군들은 각자 독립적인 진화의 길을 걷게 되며 마침내 서로 다른 종으로 고착됩니다. 현재 수원청개구리와 청개구리는 같은 논에 살면서도 독특한 방식으로 생식격리를 유지하고 있습니다. 청개구리는 주로 논둑 근처에서 노래하는 반면, 수원청개구리는 경쟁에서 밀려나 논 안쪽 깊숙한 곳에서 벼를 붙잡고 노래를 부릅니다. 또한 수원청개구리는 포식자의 위험을 무릅쓰고 청개구리보다 이른 오후부터 노래를 시작하여 자신들만의 시간을 확보하려 애씁니다. 이러한 공간적, 시간적 분화는 두 종이 서로 섞이지 않고 각자의 정체성을 유지하며 공존할 수 있게 만드는 현재 진행형의 진화적 장치라고 할 수 있습니다. 과거의 서식지를 추적해 보면 두 종의 분화 과정을 더욱 명확히 이해할 수 있습니다. 청개구리의 원서식지는 산지 습지였던 반면, 수원청개구리는 평지의 늪지에서 기원한 것으로 추정됩니다. 원래는 서로 마주칠 일이 없던 두 종이었으나, 인간이 농경지를 확대하고 늪을 논으로 개간하면서 강제로 한 공간에 모이게 되었습니다. 급격한 환경 변화 속에서 수원청개구리는 생존을 위해 기존의 행동 양식을 수정해야만 했고, 이는 인위적인 생태계인 논에서 살아남기 위한 처절하면서도 아름다운 적응의 결과물로 나타났습니다. 최근에는 종분화의 반대 과정인 '역종분화' 현상이 관찰되어 우려를 낳고 있습니다. 서식지 파괴와 개체수 감소로 인해 수원청개구리와 청개구리 사이의 생식격리가 무너지면서 잡종이 형성되는 '이입교잡'이 빈번하게 일어나고 있기 때문입니다. 특히 개체수가 적은 수원청개구리의 유전체가 흔한 청개구리의 유전체 속으로 흡수되면서 고유한 종의 특색이 사라질 위기에 처해 있습니다. 이는 종분화가 단순히 종이 늘어나는 과정만이 아니라, 환경 변화에 따라 언제든 다시 하나로 합쳐지거나 사라질 수 있는 역동적인 과정임을 시사합니다. 종분화의 또 다른 형태인 '이소종분화'는 지리적 장벽에 의해 발생합니다. 최근 신종으로 발표된 노랑배청개구리는 차령산맥이라는 지리적 경계를 사이에 두고 수원청개구리와 갈라져 독립적으로 진화해 온 사례입니다. 산맥이 유전자 흐름을 막는 장벽 역할을 하면서 남쪽의 노랑배청개구리와 북쪽의 수원청개구리는 형태와 노랫소리에서 뚜렷한 차이를 보이게 되었습니다. 이처럼 돌연변이와 자연선택, 그리고 지리적 격리가 맞물려 돌아가며 지구상의 생물 다양성을 풍성하게 만드는 원동력이 됩니다. 우리는 흔히 종을 고정된 실체로 생각하지만, 생물학적으로 종은 끊임없이 변화하고 만들어지며 사라지는 연속적인 과정 위에 있습니다. 종분화의 단계를 1에서 10까지의 수치로 본다면, 우리가 마주하는 생물들은 그 과정의 어느 한 지점을 지나고 있는 셈입니다. 수원청개구리 연구를 통해 알 수 있듯이, 종분화는 지금 우리 곁에서 살아 숨 쉬는 현재의 이야기입니다. 이러한 진화의 여정을 이해하고 기록하는 일은 단순히 학술적 가치를 넘어, 사라져가는 생명들의 고유한 가치를 지키고 공존의 길을 모색하는 첫걸음이 될 것입니다.

장이권

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생명과학

[인터뷰] 장이권 _ 개구리가 동굴저음을 좋아하는 이유? | 2022 카오스강연 '진화'

동물의 세계에서 소리는 단순한 울림 이상의 의미를 지닙니다. 개구리나 귀뚜라미 같은 동물들에게 청각적 의사소통은 종을 식별하고 최적의 짝을 찾는 핵심적인 수단입니다. 암컷은 수컷의 노랫소리를 통해 상대가 자신과 같은 종인지, 그리고 얼마나 건강한지를 판단합니다. 특히 암컷은 저음이면서도 빠르고 힘찬 소리를 내는 수컷을 선호하는 경향이 있는데, 이는 수컷의 에너지가 넘치는 생명력과 활동성을 상징하기 때문입니다. 이러한 소통의 과정은 생존과 번식을 위한 진화적 전략의 정수를 보여주며 동물의 생태를 이해하는 첫걸음이 됩니다. 의사소통은 동물의 닫힌 내면을 들여다볼 수 있는 유일한 창구이기도 합니다. 평소 동물의 생각이나 감정은 외부에서 알기 어려운 '블랙박스'와 같지만, 그들이 신호를 주고받을 때 비로소 그 내면이 드러납니다. 인간이 대화를 통해 자신의 감정을 표현하듯, 동물 역시 의사소통을 통해 자신의 상태와 의도를 밖으로 표출합니다. 이러한 상호작용을 관찰함으로써 우리는 동물이 단순히 본능에만 의존하는 존재가 아니라, 고유한 내면을 지닌 생명체임을 깊이 이해하게 됩니다. 이는 동물의 행동 연구가 매력적인 이유이기도 합니다. 현대 과학은 전문가들만의 전유물에서 벗어나 시민들이 주도하는 '시민과학'의 시대로 나아가고 있습니다. 과거에는 고가의 장비와 박사 학위가 필수적이었지만, 이제는 일반인들도 일상에서 과학적 탐구에 참여할 수 있습니다. 시민과학은 과학의 민주화와 대중화를 이끌며, 과학자들이 놓치기 쉬운 현실적인 문제들을 해결하는 데 기여합니다. 시민들의 자발적인 참여는 과학 연구의 지평을 넓히고, 우리 사회 전반에 걸쳐 과학적 사고가 뿌리내리는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 기술의 발전보다 중요한 것은 자연을 향한 시민들의 진지한 관심입니다. 기술의 비약적인 발전은 우리 삶을 편리하게 만들었지만, 동시에 인간을 자연으로부터 소외시키기도 했습니다. 무분별한 개발과 환경 파괴로 인해 수많은 생명체가 멸종의 위기에 처해 있으며, 이는 결국 인간의 삶을 지탱하는 기반마저 위협하고 있습니다. 우리가 누리는 쾌적함이 다른 생명의 희생 위에 세워진 것임을 인지해야 합니다. 주변의 작은 생명체들에 관심을 기울이고 환경의 소중함을 깨닫는 것은, 다가올 생태적 위기를 극복하기 위해 지금 당장 실천해야 할 과제입니다. 자연과의 공존은 선택이 아닌 생존을 위한 필수적인 가치입니다. 진화는 먼 과거의 이야기가 아니라 지금 이 순간에도 우리 몸 안과 지구 곳곳에서 끊임없이 일어나고 있는 현재진행형의 사건입니다. 맹금류가 새끼의 성장 단계에 맞춰 먹이의 크기를 조절하며 정성껏 먹이는 모습에서 알 수 있듯이, 동물들은 각자의 영역에서 놀라울 정도로 뛰어난 인지 능력과 지혜를 발휘하며 살아갑니다. 생명체가 지구상에 존재하는 한 진화의 수레바퀴는 멈추지 않으며, 그 양상은 늘 변화합니다. 이러한 생명의 경이로움은 우리가 자연을 존중하고 연구해야 할 가장 큰 이유가 되며, 우리를 더 넓은 세계로 안내합니다.

장이권

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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

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생명과학

[강연] 집단의 유전학: 진화의 톱니바퀴는 어떻게 돌아가는가? _ by 김유섭 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 3강 | 3강

집단유전학은 집단 내에 존재하는 유전 변이의 원인과 결과를 연구하는 학문입니다. 개체들이 모인 집단에서 각기 다른 DNA 염기서열을 가질 때 이를 유전 변이라 하며, 이 변이의 분포가 시간에 따라 변하는 현상을 진화라고 정의합니다. 즉, 집단유전학은 생물의 진화 과정을 명확히 이해하고 추론하는 데 필수적인 도구입니다. 최근에는 유전체학의 발달로 방대한 데이터가 축적되면서 의학, 농학, 인류학 등 다양한 분야의 발전에 기여하고 있으며, 수학과 유전학이 결합된 다학제적 성격을 띠고 있습니다. 찰스 다윈은 자연선택을 통해 형질이 점진적으로 변한다는 이론을 제시했지만, 유전의 구체적인 기작은 알지 못했습니다. 반면 멘델은 유전 법칙을 발견했으나 이는 불연속적인 형질에 국한된 것처럼 보였습니다. 이 두 거장의 이론은 1920년대에 이르러서야 '현대적 종합'을 통해 통합되었습니다. 여러 유전자의 변이와 환경의 영향이 복합적으로 작용하여 연속적인 분포를 만드는 양적 형질의 진화가 수학적으로 설명되면서, 비로소 집단유전학이라는 학문적 토대가 마련되었고 진화는 대립유전자 빈도 변화로 정의되기 시작했습니다. 집단유전학의 탄생은 진화라는 다채로운 생물학적 현상을 '대립유전자 빈도 변화'라는 하나의 숫자로 환원하여 설명할 수 있게 했음을 의미합니다. 영국의 피셔와 홀데인, 미국의 라이트와 같은 학자들은 생물학과 수학을 결합하여 진화의 기작을 정교한 모델로 구축했습니다. "진화의 빛을 비추지 않고는 생물학의 그 무엇도 이해될 수 없다"는 도브잔스키의 말처럼, 수학적 기초 위에 세워진 진화 이론은 성선택, 종분화, 협력의 진화 등 복잡한 생명 현상을 논리적으로 풀어내는 열쇠가 되었으며 분자 진화라는 새로운 연구 분야를 탄생시켰습니다. 20세기 후반에는 일본의 기무라 모토가 주도한 '중립 진화 이론'이 집단유전학의 중요한 진보를 이끌었습니다. 이는 유전적 부동, 즉 자연선택 없이 무작위적으로 대립유전자 빈도가 변하는 현상이 분자 수준의 진화에서 핵심적인 역할을 한다는 주장입니다. 당시 얻어진 유전 데이터들은 이 중립 진화 모델과 아주 잘 맞아떨어졌으며, 이는 자연선택만을 강조하던 기존의 시각에 새로운 지평을 열었습니다. 비록 모든 진화가 중립적이지는 않지만, 이 이론은 현대 집단유전학에서 관찰 데이터를 해석하고 가설을 검증하는 가장 유용한 기준 모델로 자리 잡았습니다. 21세기에 들어서며 집단유전학은 유전체학 혁명과 함께 르네상스를 맞이했습니다. 유전체 해독 비용이 획기적으로 감소하면서 방대한 염기서열 데이터가 쏟아졌고, 이를 해석하기 위한 '계보수렴 이론'이 발전했습니다. 이 이론은 현재 관찰되는 유전 변이를 바탕으로 과거의 유전자 계보를 역추적하여 집단의 크기 변화나 이주 경로를 정량적으로 추정하게 해줍니다. 이를 통해 호모 사피엔스가 아프리카에서 기원하여 전 세계로 퍼져나간 상세한 역사와 네안데르탈인과의 교배 사실 등이 명확히 밝혀졌으며, 인류의 과거를 재구성하는 강력한 수단이 되었습니다. 자연선택에 의한 적응 진화의 흔적을 찾는 것도 현대 집단유전학의 주요 과제입니다. 이로운 돌연변이가 집단 전체로 퍼지면 주변의 중립 변이들까지 함께 휩쓸려 사라지는 '선택 일소' 현상이 나타납니다. 과학자들은 유전체 데이터에서 유전 변이가 급격히 줄어든 구간을 찾아내어 최근에 일어난 적응의 증거를 포착합니다. 유럽인의 옅은 피부색이나 성인의 젖당 분해 능력 등이 대표적인 사례입니다. 이러한 연구는 인류가 각기 다른 환경에 어떻게 적응해 왔는지를 유전학적으로 증명하며, 특정 유전 형질과 환경 사이의 밀접한 관계를 보여줍니다. 집단유전학은 이제 순수 학문을 넘어 맞춤 의학 시대를 여는 필수적인 학문으로 자리매김하고 있습니다. 개개인의 유전적 특성은 그가 속한 집단의 진화적 역사에 의해 결정되므로, 질병의 위험을 진단하고 예방하기 위해서는 집단의 변이를 해석하는 능력이 매우 중요합니다. 또한, 이 분야는 수학적 소양이 높은 우리나라의 젊은 학자들이 세계적인 업적을 낼 수 있는 유망한 영역이기도 합니다. 진화의 톱니바퀴를 이해하는 것은 결국 우리 자신의 과거와 현재를 파악하고, 나아가 인류의 건강한 미래를 설계하는 가장 과학적인 방법입니다.

김유섭

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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

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[인터뷰] 한창석 _ 성갈등의 근본적 원인 / 음악이 번식을 위해 진화했다고? | 2022 카오스강연 '진화'

진화 생물학의 관점에서 동물의 행동을 관찰하면 매우 흥미로운 지점들을 발견할 수 있습니다. 특히 개체 간의 갈등과 행동 차이, 그리고 상대방의 존재가 행동 발현에 미치는 영향인 '눈치'는 연구의 핵심적인 주제입니다. 번식이나 공격과 같은 사회적 상호작용은 결코 홀로 일어나는 것이 아니며, 상대방의 반응에 따라 정량적으로 측정 가능한 변화를 수반합니다. 이러한 상호작용 속에서 각 개체가 어떻게 적응하고 진화해 나가는지를 분석하는 것은 생태계의 복잡한 질서를 이해하는 첫걸음이 됩니다. 소금쟁이의 짝짓기 과정은 암수 간의 치열한 갈등을 보여주는 대표적인 사례입니다. 수컷은 암컷의 의사와 상관없이 강압적으로 짝짓기를 시도하는 반면, 암컷은 불필요한 에너지 소모를 줄이기 위해 이를 완강히 거부합니다. 물 위에서 구르거나 다리로 밀쳐내는 암컷의 저항은 수컷의 강압적인 형질과 맞물려 독특한 진화적 특징들을 만들어냈습니다. 수컷은 더 효과적으로 올라타기 위한 방향으로, 암컷은 이를 무력화하기 위한 방향으로 서로의 형질을 발달시키며 끊임없는 진화적 경쟁을 이어가고 있습니다. 이러한 성 갈등의 근원에는 자손에 대한 투자 차이가 자리 잡고 있습니다. 생물학적으로 수컷은 암컷보다 작고 많은 수의 정자를 생성하며, 상대적으로 적은 에너지를 투입합니다. 반면 암컷은 한정된 수의 난자를 수정시키기 위해 더 많은 에너지를 쏟으며 신중하게 배우자를 선택하려 합니다. 수컷은 더 많은 짝짓기를 통해 번식 성공도를 높이려 하고, 암컷은 소수의 우수한 수컷만을 선호하는 전략적 차이가 발생합니다. 결국 입장의 차이는 필연적인 갈등을 낳고, 이는 생물의 형태와 생리적 차이로까지 이어집니다. 성 갈등은 단순히 한쪽의 승리로 끝나지 않고 암수가 서로의 번식 성공도를 높이기 위해 엎치락뒤치락하는 공진화의 과정을 거칩니다. 이는 인간 사회의 젠더 갈등을 이해하는 데에도 중요한 시사점을 제공합니다. 남성과 여성은 각자 자신에게 유리한 시스템을 구축하려 노력하며 힘의 균형을 맞추려 합니다. 과거의 불균형을 바로잡으려는 과정에서 갈등이 심화되기도 하지만, 이는 진화적 관점에서 볼 때 주도권을 쥐기 위한 자연스러운 흐름의 일부로 해석될 수 있습니다. 제도적 차원에서 이러한 균형을 세밀하게 조정하는 노력이 필요합니다. 진화 생물학은 인간의 문화적 현상까지도 명쾌하게 설명해 줍니다. 음악이나 예술적 재능이 번식 성공도를 높이는 수단으로 진화했다는 가설은 현대 대중문화의 인기를 새로운 시각으로 바라보게 합니다. 생물학적 관점에서 갈등은 생명체의 삶에서 매우 일반적이고 필연적인 요소입니다. 이러한 갈등의 근원적 원인을 파악하고 동물의 다양한 사례를 통해 우리 사회를 비추어 보는 것은 인간 본성을 깊이 있게 이해하는 소중한 기회가 될 것입니다. 성 갈등이 어떤 진화적 원인에 의해 나타나는지 탐구하는 과정은 우리 자신을 알아가는 과정이기도 합니다.

한창석

카오스재단석학인터뷰

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[해썰이 있는 과학뉴스] 조 단위 쩐의 전쟁 반도체 산업의 모든 것

우리가 매일 경험하는 미각은 단순히 음식을 즐기는 수단을 넘어, 생존을 위한 정교한 화학적 탐지 시스템입니다. 혀의 표면에 위치한 수천 개의 미뢰는 음식물 속의 화학 물질을 감지하여 뇌로 신호를 보냅니다. 이를 통해 우리 몸은 필요한 영양소를 받아들일지, 아니면 독성이 있을지 모를 위험한 물질을 거부할지 즉각적으로 결정하게 됩니다. 미각은 인류가 진화 과정에서 생존을 위해 발달시킨 가장 원초적이면서도 필수적인 감각 중 하나라고 할 수 있습니다. 미각의 핵심인 미뢰 안에는 미각 세포들이 밀집해 있으며, 이들은 각각 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 그리고 감칠맛이라는 다섯 가지 기본 맛을 구별해 냅니다. 과거에는 혀의 부위별로 느끼는 맛이 다르다는 '맛 지도' 이론이 지배적이었으나, 현대 과학은 모든 미뢰가 다섯 가지 맛을 모두 감지할 수 있음을 밝혀냈습니다. 특정 분자가 미각 세포의 수용체와 결합하면 전기적 신호가 발생하고, 이 정보가 신경을 타고 뇌의 미각 피질에 도달하면서 비로소 우리는 맛을 인지하게 됩니다. 우리가 느끼는 풍부한 음식의 맛은 사실 미각과 후각의 정교한 협업 결과물입니다. 혀가 느끼는 다섯 가지 기본 맛은 전체 풍미의 일부분에 불과하며, 코 뒷부분을 통해 전달되는 향기 성분이 더해져야 비로소 '맛있다'는 복합적인 감정이 완성됩니다. 감기에 걸려 코가 막혔을 때 음식 맛을 제대로 느끼지 못하는 이유도 바로 이 때문입니다. 후각은 수천 가지 이상의 미세한 향을 구별할 수 있어, 우리가 먹는 음식의 정체성을 파악하는 데 결정적인 역할을 수행합니다. 음식을 씹고 삼키는 과정은 본격적인 소화의 시작을 알리는 신호탄입니다. 침 속의 아밀레이스 효소는 탄수화물을 분해하기 시작하며, 음식물을 부드럽게 만들어 식도를 통과하기 쉬운 상태로 바꿉니다. 위장으로 내려간 음식물은 강한 산성의 위액과 만나 더 잘게 부서지고 단백질 분해 과정을 거치게 됩니다. 이 과정에서 우리 몸은 에너지원을 확보하기 위한 준비를 마치며, 소화 기관들은 각자의 위치에서 유기적으로 움직여 영양소 흡수를 극대화하는 놀라운 효율성을 보여줍니다. 현대 사회에서 미각은 생존의 도구를 넘어 문화와 예술의 영역으로 확장되었습니다. 하지만 그 근저에는 여전히 에너지를 갈구하는 생물학적 본능이 자리 잡고 있습니다. 고칼로리 음식을 선호하는 경향이나 쓴맛에 대한 거부감은 척박한 환경에서 살아남기 위한 조상들의 지혜가 유전자에 각인된 결과입니다. 과학적 시각으로 바라본 미각과 소화의 세계는 인간의 신체가 얼마나 정밀하게 설계되었는지를 보여주며, 우리가 먹는 행위 하나하나에 담긴 생명의 신비를 다시금 깨닫게 합니다.

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[뇌플릭스] 선거 속 숨은 과학 이야기

인류의 역사에서 리더를 선출하는 과정은 단순한 정치적 행위를 넘어 생존을 위한 진화의 산물이었습니다. 현생 인류인 호모 사피엔스가 네안데르탈인과의 경쟁에서 살아남을 수 있었던 주요 가설 중 하나는 바로 체계적인 조직력과 유능한 우두머리의 존재였습니다. 초기 인류는 생존을 위해 힘이 강한 자를 우두머리로 세웠으나, 시간이 흐르며 혈통을 중시하는 왕권 시대를 거쳐 고대 아테네의 제비뽑기 방식인 '클레로테리온'에 이르기까지 다양한 선출 방식을 발전시켜 왔습니다. 이러한 변화는 집단의 안녕을 도모하기 위한 인류의 끊임없는 노력을 반영합니다. 현대 선거 전략에서 빈번하게 활용되는 네거티브 전략은 인간의 진화 생물학적 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 인간은 생존을 위해 긍정적인 정보보다 부정적인 정보를 더 오래 기억하도록 진화해 왔으며, 이러한 경향이 선거에서 특정 후보에 대한 실망감을 안겨주거나 지지층의 결집을 유도하는 효과로 나타나는 것입니다. 또한 '소유 효과'라는 심리적 현상은 유권자들이 이미 자신의 것이라고 인식한 권리나 혜택을 빼앗기는 것에 강한 거부감을 느끼게 만듭니다. 이는 선거 운동원들이 유권자에게 정책을 직접 체험하게 하거나 감정적 연결고리를 만드는 전략의 근거가 됩니다. 기술의 발전은 선거의 양상을 더욱 복잡하게 만들고 있으며, 그 중심에는 인공지능을 활용한 딥페이크 기술이 자리 잡고 있습니다. 인간은 정보를 습득할 때 시각에 크게 의존하는 경향이 있는데, 정교한 알고리즘을 통해 만들어진 가짜 영상은 이러한 인간의 믿음을 근본적으로 흔들어 놓습니다. 과거에는 조작된 사진이나 글이 주를 이루었다면, 이제는 후보자의 목소리와 움직임을 완벽하게 재현한 영상이 유권자의 판단을 흐리게 할 수 있습니다. 이는 정보의 진위를 가려내는 능력이 현대 민주주의 사회에서 얼마나 중요한 과학적 소양인지를 다시금 일깨워 줍니다. 선거철마다 쏟아지는 여론조사는 과학적 통계학의 정수를 보여주는 지표입니다. 수천만 명의 유권자 전체를 조사하는 전수조사는 막대한 비용과 시간이 소요되기에, 통계학적으로 유의미한 1,000명에서 2,000명 사이의 표본을 추출하여 전체 민심을 예측합니다. 이때 중요한 것이 '오차 범위'와 '신뢰 수준'입니다. 예를 들어 오차 범위 내의 접전이라는 표현은 통계적으로 두 후보 간의 우열을 가리기 어렵다는 과학적 신중함을 내포하고 있습니다. 여론조사는 단순히 미래를 예견하는 도구가 아니라, 현재 대중의 생각이 어디로 향하고 있는지를 보여주는 정교한 거울과 같습니다. 현대 사회에서 데이터는 선거의 승패를 가르는 핵심적인 자원이 되었습니다. 과거의 선거가 대중을 향한 일방적인 메시지 전달이었다면, 이제는 빅데이터를 활용한 '마이크로 타겟팅' 기법을 통해 유권자 개개인의 관심사에 맞춘 공약을 제시합니다. 소비 패턴이나 SNS 활동 등을 분석하여 유권자가 가려워하는 부분을 정확히 긁어주는 방식은 선거의 효율성을 극대화합니다. 비록 과학이 인간의 모든 선택을 완벽하게 예측할 수는 없지만, 승리 가능성을 높이기 위한 전략적 도구로서 과학은 이미 선거의 모든 과정에 깊숙이 침투해 있으며 우리의 민주주의를 뒷받침하고 있습니다.

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[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

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[명강 리뷰] 인간의 뇌는 과연 특별한가? by 김경진ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강

인간의 뇌가 가진 특별함은 무엇일까요? 진화적으로 가장 가까운 침팬지와 인간은 약 600만 년 전 공통 조상에서 갈라져 나왔지만, 두 존재의 뇌는 확연히 다른 길을 걸어왔습니다. 발생생물학부터 신경생물학까지 다양한 학문적 관점에서 '무엇이 우리를 인간으로 만드는가'라는 질문은 여전히 핵심적인 화두입니다. 우리는 뇌의 구조와 유전적 증거를 통해 인간만이 가진 독창성을 탐구하며, 생물학적 진화가 빚어낸 경이로운 결과물을 이해하고자 노력하고 있습니다. 뇌를 설명하는 가장 중요한 원리 중 하나는 '시냅스 가소성'입니다. 이는 신경세포가 동시에 활성화될 때 그 연결이 강화된다는 원리로, 학습과 기억의 근본적인 메커니즘을 설명해 줍니다. 외부 자극이 말초 감각 기관을 통해 뇌로 전달되면, 뇌는 이를 바탕으로 의식적인 행동을 결정합니다. 하지만 우리가 인지하지 못하는 잠재의식 또한 빙산의 일각처럼 거대한 영역을 차지하며 우리의 행동을 제어하고 있습니다. 의식과 잠재의식의 경계를 이해하는 것은 현대 뇌과학의 큰 숙제 중 하나입니다. 성인 인간의 뇌는 약 1.4kg의 무게로 체중의 2% 남짓을 차지하지만, 전체 에너지의 20%를 사용하는 '에너지 먹보'입니다. 약 천억 개의 신경세포가 수백조 개의 시냅스를 통해 복잡한 네트워크를 형성하고 있으며, 이는 흔히 '소우주'라 불릴 만큼 방대합니다. 또한 좌뇌는 논리와 분석을, 우뇌는 감성과 창의력을 담당하는 비대칭적 구조를 통해 효율적인 기능 특수화를 이루고 있습니다. 이러한 생물학적 특징들은 인간의 뇌가 고도의 지적 활동을 수행할 수 있는 기반이 됩니다. 흔히 뇌를 완벽한 설계물로 생각하기 쉽지만, 진화론적 관점에서 뇌는 클루지(Kluge)의 결과물에 가깝습니다. 뇌는 과거의 부품 위에 새로운 부품을 덧씌우는 방식으로 진화해 왔으며, 이는 파충류의 뇌인 뇌간 위에 포유류의 변연계와 영장류의 신피질이 층층이 쌓인 구조에서 잘 나타납니다. 인간의 신경세포는 초파리나 꼬마선충의 것과 기능적으로 큰 차이가 없으며, 정보 처리 속도 또한 인공지능에 비해 현저히 느립니다. 즉, 뇌는 정밀한 설계보다는 생존을 위한 최선의 클루지가 모인 집합체인 셈입니다. 현대 뇌과학은 뇌의 지도를 그리는 '커넥토믹스'를 통해 마음의 실체를 규명하려 합니다. 뇌의 구조와 유전자 발현을 통합적으로 분석하고, 나노 스케일의 정밀한 지도를 구축함으로써 인간의 본질에 다가가고 있습니다. '나는 누구인가'라는 존재론적 질문에 대해 뇌과학은 '나는 나의 커넥톰(Connectome)이다'라는 흥미로운 답변을 제시합니다. 복잡하게 얽힌 신경망의 연결 상태가 곧 우리의 마음과 정체성을 형성한다는 이 관점은, 미래 사회의 신경 윤리학적 논의와 함께 인류의 자아 인식을 새롭게 확장하고 있습니다.

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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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[코로나TALK-2] 코로나19 우한연구소에서 나올 가능성 '빵' _박종화 교수 | 2강

게놈은 생명체가 가진 모든 유전 정보의 총합을 의미하며, 우리 몸을 구성하는 세포 속 핵 안에 염색체 형태로 존재합니다. 컴퓨터가 0과 1로 정보를 처리하듯, 생물은 A, T, G, C라는 네 가지 화학적 염기 서열을 통해 방대한 정보를 저장하고 처리합니다. 코로나바이러스는 이 중 RNA 형태의 게놈을 가진 바이러스로, 단일 가닥의 양성 가닥 구조를 취하고 있어 인체 침투 시 별도의 과정 없이 즉각적으로 단백질을 복제하며 빠르게 증식하는 특징을 보입니다. 바이러스의 게놈을 해독하는 것은 감염병 대응의 가장 핵심적인 단계입니다. 이를 통해 우리는 바이러스의 정확한 종 식별을 수행하고, 시시각각 발생하는 변이의 흐름을 파악하며 미래의 재발 가능성을 컴퓨터 모델링으로 예측할 수 있습니다. 특히 백신과 치료제 개발, 그리고 효율적인 진단 키트 제작은 모두 게놈 서열 정보를 기반으로 이루어집니다. 게놈 데이터가 전 세계적으로 공유됨으로써 인류는 유례없는 속도로 방역 체계를 구축할 수 있는 과학적 토대를 마련하게 되었습니다. 코로나19 바이러스의 탄생 배경에는 '게놈 재조합'이라는 자연적인 진화 과정이 자리 잡고 있습니다. 연구 결과에 따르면 박쥐와 천산갑에 기생하던 서로 다른 코로나바이러스가 특정 숙주 내에서 유전적으로 섞이면서 인체 수용체에 20배 이상 잘 결합하는 새로운 잡종 바이러스가 탄생한 것으로 보입니다. 이러한 재조합은 바이러스의 다양성을 높이는 생존 전략이며, 코로나바이러스는 3만 개의 염기 서열을 가진 비교적 크고 안정적인 구조를 유지하면서도 환경에 맞춰 끊임없이 변화하며 인류를 위협해 왔습니다. 바이러스가 인체에 침투할 때 핵심적인 역할을 하는 것은 세포 표면의 ACE2 수용체입니다. 코로나바이러스는 이 수용체와 결합하여 세포 내부로 진입하는데, ACE2가 많이 분포된 폐, 심장, 신장, 그리고 남성의 고환 등의 장기가 주요 공격 대상이 됩니다. 게놈 분석을 통해 이러한 침투 경로와 장기별 발현 특성을 파악하면, 어떤 환자군이 더 위험한지 혹은 어떤 증상이 나타날지를 과학적으로 예측할 수 있습니다. 이는 단순한 방역을 넘어 정밀 의료 차원의 치료 전략을 세우는 데 필수적인 정보가 됩니다. 코로나19가 전 세계적인 팬데믹으로 번진 것은 자연재해라기보다 인류의 대응 실패에 따른 인재에 가깝습니다. 바이러스 자체의 치명성보다 더 큰 문제는 국가 간의 정보 공유 부족과 이기적인 정치적 대응, 그리고 과학적 소통의 부재였습니다. 바이러스를 효과적으로 통제하기 위해서는 국경 봉쇄보다 과학자들의 긴밀한 협력과 투명한 데이터 공개가 선행되어야 했습니다. 초기 대응 단계에서 정치적 논리가 아닌 과학적 리더십이 발휘되었다면, 우리는 훨씬 더 적은 희생으로 이 위기를 관리할 수 있었을 것입니다. 바이러스와 인간의 상호작용은 각 개인의 게놈 특성에 따라 다르게 나타납니다. 인종이나 민족마다 유전적 구성이 다르기 때문에 특정 바이러스에 대한 저항성이나 치사율에서 차이가 발생할 수 있습니다. 실제로 한국인을 포함한 아시아인의 게놈은 유럽인에 비해 코로나바이러스에 대한 유전적 저항성이 상대적으로 높다는 연구 결과가 보고되기도 했습니다. 하지만 이러한 유전적 요인은 확률적인 가능성일 뿐, 실제 감염 여부와 예후는 마스크 착용이나 손 씻기와 같은 사회적 방역 수칙 준수 여부에 의해 더 크게 좌우됩니다. 인류는 수억 년의 진화 과정 속에서 바이러스와 끊임없이 공존해 왔으며, 우리 게놈의 상당 부분은 과거에 침투했던 바이러스의 흔적으로 채워져 있습니다. 바이러스를 완전히 박멸하는 것은 생태계의 원리상 불가능하며, 오히려 바이러스는 숙주와 함께 살아가기 위해 독성을 낮추고 전파력을 높이는 방향으로 순화되는 경향을 보입니다. 따라서 우리는 바이러스를 공포의 대상으로만 볼 것이 아니라, 철저한 과학적 연구를 통해 그 특성을 이해하고 관리하며 함께 살아가는 지혜를 터득해야 합니다.

박종화

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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

카오스재단읽다과학

생명과학

[강연] 성(Sex); 성이라는 수수께끼 _ by조세형｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 5강

생물학적 관점에서 성이란 단순히 남녀의 결합을 넘어선 심오한 의미를 지닙니다. 국어사전에서는 성을 남녀의 구별이나 육체적 특질, 혹은 관계와 관련된 일로 정의하곤 합니다. 하지만 생명과학의 세계에서 성은 생명의 연속성을 유지하기 위한 가장 핵심적인 속성인 생식과 떼어놓을 수 없는 관계에 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 수명이 유한하기에 자신과 닮은 개체를 만들어 멸종을 막아야 하며, 이 과정에서 성은 생명 진화의 역사 속에서 가장 흥미로운 수수께끼 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 생식의 방식은 크게 무성생식과 유성생식으로 나뉩니다. 아메바와 같은 단세포 생물은 자신의 유전 정보를 그대로 복제하여 분열하는 무성생식을 통해 자신과 동일한 자손을 만들어냅니다. 반면 인간을 포함한 대부분의 진핵생물은 암수의 결합이 필요한 유성생식을 선택합니다. 유성생식은 감수분열을 통해 부모가 가진 유전자의 절반만을 자손에게 전달하는 복잡한 과정을 거칩니다. 이는 효율성 측면에서 의문을 자아내지만, 지구상에 존재하는 다세포 생물의 압도적 다수가 이 방식을 고수하고 있다는 점은 매우 주목할 만한 사실입니다. 유성생식은 경제적 관점에서 보면 매우 비효율적인 전략이라고 할 수 있습니다. 존 메이나드 스미스는 이를 '성의 이중 비용'이라 불렀는데, 자손을 직접 낳지 못하는 수컷을 생산해야 하며 부모의 유전자를 절반밖에 물려주지 못하기 때문입니다. 또한 짝을 찾고 구애하는 과정에 엄청난 시간과 자원을 소모해야만 합니다. 초파리의 복잡한 구애 춤이나 화려한 깃털을 가진 새들의 사례처럼, 유성생식을 하는 생명체는 번식을 위해 생존에 불리할 수도 있는 위험과 비용을 기꺼이 감수합니다. 이러한 고비용 저효율 구조가 유지되는 이유는 무엇일까요? 아우구스트 바이스만은 성이 유전적 다양성을 증가시켜 자연선택이 작용할 재료를 만든다고 주장했습니다. 유성생식 과정의 감수분열에서는 염색체의 무작위 조합과 교차가 일어나며, 이를 통해 부모와는 다른 독특한 유전 형질을 가진 자손이 태어나게 됩니다. 인간의 경우 800만 가지 이상의 정자와 난자 조합이 가능하여 천문학적인 수준의 다양성이 확보됩니다. 이러한 변이는 급변하는 환경 속에서 집단이 살아남을 확률을 높여주며, 다윈이 제시한 자연선택에 의한 진화가 가능하게 하는 핵심적인 원동력이 됩니다. 돌연변이의 관점에서 성의 이점을 설명하는 '멀러의 래칫' 가설도 매우 설득력이 있습니다. 무성생식을 하는 개체는 유전 정보를 그대로 복제하기 때문에 세대를 거듭할수록 해로운 돌연변이가 누적되는 것을 피하기 어렵습니다. 마치 한 번 돌리면 되돌릴 수 없는 톱니바퀴처럼 결함이 쌓여 결국 종의 멸종으로 이어질 수 있는 것입니다. 하지만 유성생식은 재조합과 교차를 통해 해로운 돌연변이가 없는 건강한 염색체를 선택하고 복구할 수 있는 기회를 제공합니다. 즉, 성은 유전적 오류를 정화하여 종의 건강성을 유지하는 필터 역할을 수행합니다. 생태계 내의 끊임없는 종간 경쟁 또한 성의 존재 이유를 잘 설명해 줍니다. 루이스 캐럴의 소설에서 유래한 '붉은 여왕 가설'은 주변 환경과 경쟁자가 끊임없이 변화하는 상황에서 생명체가 생존을 위해 겪어야 하는 고충을 담고 있습니다. 생명체는 기생충의 공격에 대응하기 위해 자신의 유전적 구성을 매 세대 새롭게 바꿔야만 도태되지 않습니다. 유성생식은 자손의 형질을 다양하게 변화시킴으로써 기생충이 방어벽을 뚫기 어렵게 만듭니다. 실제 연구를 통해 유성생식을 하는 개체가 기생충과의 경쟁에서 훨씬 유리하다는 사실이 입증되기도 했습니다. 현대 과학은 내분비 교란 물질과 Y염색체의 퇴화 등 성을 위협하는 새로운 도전들에 직면해 있습니다. 산업화로 인한 내분비 교란 물질은 생명체의 생식 기능을 저하시키고 있으며, 남성을 결정하는 Y염색체는 진화 과정에서 점차 그 크기가 줄어들고 있습니다. 그럼에도 불구하고 성은 단순한 번식 수단을 넘어 생명의 창조성과 다양성을 담보하는 근간으로 굳건히 남아 있습니다. 유성생식이 가진 복잡한 구조를 뛰어넘는 결정적인 이점이 무엇인지에 대한 탐구는 여전히 진행 중이며, 이는 생명 탄생의 신비를 푸는 소중한 열쇠가 될 것입니다.

조세형

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생명과학

[석학인터뷰] 조세형_SEX는 고비용 저효율?!｜2019 가을 강연 '도대체 都大體'

지구 탄생 초기 생명체들은 대부분 무성 생식을 통해 번식했을 것으로 추정됩니다. 하지만 진화의 역사를 거치며 생명체는 조건부 유성 생식을 거쳐 완전한 유성 생식의 형태로 진화해 왔습니다. 성이 왜, 그리고 어떻게 나타나게 되었는지에 대해서는 아직 학계에서 뚜렷하게 합의된 이론이 존재하지 않습니다. 이러한 생명 현상의 기원은 생물학의 핵심적인 연구 과제이지만, 여전히 우리가 명확한 답변을 내놓기 어려운 미스터리로 남아 있습니다. 무성 생식과 비교했을 때 유성 생식은 생물학적으로 매우 높은 비용을 지불해야 하는 방식입니다. 무성 생식은 단순히 자신의 유전자를 복제하여 후손에게 전달하면 되지만, 유성 생식은 배우자를 찾고 유인하는 복잡한 과정이 필요합니다. 이 과정에서 포식자에게 노출될 위험이 커지며, 자신의 유전자 중 절반만을 후손에게 전달한다는 점에서도 효율성이 낮아 보입니다. 그럼에도 불구하고 자연계에서 유성 생식이 보편화된 이유는 무엇일까요? 먼저 유성 생식이 이로운 돌연변이를 고정하는 역할을 한다는 견해가 있습니다. 또한 '뮬러의 톱니바퀴' 가설은 무성 생식 과정에서 축적되는 해로운 돌연변이를 막기 위해 유성 생식이 진화했다고 설명합니다. 기생충과의 끊임없는 경쟁 속에서 살아남기 위한 전략으로 보는 '붉은 여왕 가설'도 유명합니다. 이처럼 성이 왜 진화했는가에 대한 질문은 여전히 완벽하게 풀리지 않은 과학적 수수께끼로 남아 있습니다. 자연계에는 암수가 고정된 경우 외에도 자웅동체와 같은 다양한 성의 형태가 존재합니다. 식물의 경우 암술과 수술이 한 꽃에 함께 있는 자웅동체 형태를 흔히 볼 수 있습니다. 동물 중에서도 애니메이션으로 친숙한 흰동가리는 무리의 암컷이 사라지면 수컷이 암컷으로 성을 전환하는 '순차적 자웅동체'의 특성을 보여줍니다. 인간의 관점에서는 남성과 여성이라는 이분법적 구분이 당연해 보일 수 있지만, 생태계 전체를 놓고 보면 성은 훨씬 더 유동적이고 다채로운 방식으로 나타납니다. 리처드 도킨스의 '이기적인 유전자'와 같은 고전은 많은 이들에게 생명 현상을 바라보는 새로운 시각을 제공했습니다. 특히 성의 기원과 진화에 대한 탐구는 사회생물학적 질문들과 맞물려 우리에게 깊은 통찰을 줍니다. 비록 성의 신비에 대한 완벽한 해답은 아직 나오지 않았지만, 과학자들은 끊임없이 가설을 세우고 이를 검증하며 생명의 본질에 다가가고 있습니다. 이러한 탐구 과정은 우리가 당연하게 여겼던 성이라는 주제를 다시금 생각해보게 하며, 미래의 연구자들에게 새로운 도전 과제를 던져줍니다.

조세형

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생명과학

[석학인터뷰] 김준홍_ 과학적으로 인간이 태어날 때부터 선하다고요? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

인간의 본성과 행위를 탐구하는 학문적 여정은 생물학적 토대 위에서 시작됩니다. 특히 진화 사회과학은 진화론의 원리를 인문학과 사회과학의 영역으로 확장하여 인간이라는 존재를 다각도로 조명합니다. 기존의 진화심리학이 주로 인간의 타고난 본성에 집중했다면, 유전자-문화 공진화 이론은 한 걸음 더 나아갑니다. 이는 인간의 형질이 단순히 유전적 요인에 의해서만 결정되는 것이 아니라, 타인으로부터 습득한 사회적 학습과 문화적 전승이 유전자와 상호작용하며 형성된다고 봅니다. 이러한 관점은 인간이 지닌 복합적인 특성을 이해하는 데 중요한 열쇠가 됩니다. 인간의 본성이 선한가 혹은 악한가에 대한 오래된 질문에 대해, 진화론적 관점은 흥미로운 답을 제시합니다. 영유아를 대상으로 한 다양한 연구 결과를 살펴보면, 인간은 기본적으로 자신이 가진 것을 타인과 나누고자 하는 이타적인 의지를 타고나는 경향이 있습니다. 다른 동물들과 비교했을 때 인간은 상대적으로 선한 본성을 지니고 있다고 볼 수 있지만, 동시에 이기적인 측면 또한 공존합니다. 따라서 이러한 본능적 이기심을 조절하고 공동체의 이익을 도모하기 위해서는 문화적 규범이 필수적으로 요구되는 것입니다. 인간 사회의 가장 독특한 특징 중 하나는 혈연관계를 넘어선 대규모의 협력이 가능하다는 점입니다. 대부분의 동물은 유전적 연관성이 높은 혈연을 중심으로 집단을 구성하지만, 인간은 낯선 이들과도 복잡한 협력 체계를 구축하며 살아갑니다. 이러한 비약적인 사회성은 단순히 생물학적 진화만으로는 설명하기 어렵습니다. 인류 진화사와 다른 종과의 비교 연구를 통해 알 수 있듯이, 인간만의 고유한 문화적 규범이 존재했기에 가능했던 결과입니다. 결국 규범은 인간이 지닌 사회적 협력의 잠재력을 끌어올려 거대한 문명을 건설하게 한 핵심 동력이라 할 수 있습니다.

김준홍

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융합

[카오스 술술과학] 뇌의 기원, '카오스 브레인 오디세이' 시작

뇌의 존재 이유를 이해하기 위해서는 생물학적 진화의 관점에서 접근해야 합니다. 식물에게 동물과 같은 뇌가 없는 이유는 그들이 움직이지 않기 때문입니다. 반면, 멍게는 유충 시절 바닷속을 헤엄칠 때는 뇌를 가지고 있지만, 성체가 되어 바위에 정착하면 자신의 뇌를 스스로 소화해 버립니다. 더 이상 움직일 필요가 없어지자 에너지를 많이 소모하는 뇌를 유지할 이유가 사라진 것입니다. 이처럼 뇌는 본래 생명체가 외부 환경에 대응하여 운동하기 위해 진화한 결과물이라고 볼 수 있습니다. 운동의 복잡성이 증가함에 따라 신경계 역시 정교해졌습니다. 해파리와 같은 단순한 생물은 위아래라는 제한적인 움직임에 머물러 신경 조직이 매우 단순합니다. 하지만 플라나리아와 같은 편형동물에 이르면 앞뒤, 좌우를 포함한 3차원적 운동이 가능해지며 뇌의 전신인 신경절이 나타나기 시작합니다. 복잡한 공간 속에서 신체를 조율하고 효율적으로 이동하기 위해 더 높은 수준의 정보 처리가 필요해진 것입니다. 이러한 운동의 내면화 과정이 결국 본격적인 뇌의 탄생을 이끌었습니다. 인간의 뇌는 단순히 움직이는 것을 넘어, 더 잘 움직이기 위해 감정과 이성을 발달시켰습니다. 생존에 유리한 행동을 유도하는 감정의 변연계가 생겨났고, 이를 적절히 통제하기 위해 이성을 담당하는 대뇌피질이 그 위를 감싸게 되었습니다. 이 과정에서 욕망하는 자아와 이를 조절하는 자아가 충돌하며 우리가 '마음'이라 부르는 복잡한 내면세계가 형성되었습니다. 결국 뇌는 생존을 위한 도구에서 시작하여, 이제는 인간의 행동과 의지를 주도하는 우리 존재의 핵심적인 주인이 된 것입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[강연] 착각하는 뇌(라야 한다) (2) _ 정수영 KIST 뇌과학연구소 선임 연구원 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 7강 | 7강 ②

우리 눈의 망막에는 시세포가 존재하지 않아 물리적으로는 아무것도 볼 수 없는 구멍과 같은 지점인 '맹점'이 존재합니다. 시신경이 다발을 이루어 뇌로 떠나는 이 부위는 구조적으로 정보를 받아들일 수 없지만, 우리는 일상에서 시야에 구멍이 뚫려 있다는 사실을 전혀 인지하지 못합니다. 이는 뇌의 고차 중추가 주변의 시각 정보를 활용해 빈 공간을 정교하게 채워 넣기 때문입니다. 이러한 인지의 신비는 단순히 감각 시스템에만 국한되지 않고, 우리가 가진 논리적 공백이나 신념의 빈틈을 스스로 합리화하여 메우려는 심리적 기제로도 확장되어 나타납니다. 시각 정보가 망막에 투영되는 방식은 매우 체계적인 기하학적 원리를 따릅니다. 우리가 사물을 응시할 때 초점이 맞는 대상은 망막의 중심와에 상이 맺히며, 이를 기준으로 코 쪽 망막과 귀 쪽 망막에 시야의 정보가 나누어 기록됩니다. 이때 렌즈를 통과한 빛의 특성상 상하좌우가 반전된 형태로 상이 맺히게 됩니다. 흥미로운 점은 한쪽 눈이 시야의 절반만 담당하는 것이 아니라, 양쪽 눈 모두가 전체 시야의 상당 부분을 공유한다는 사실입니다. 이러한 복합적인 정보 수집 방식은 우리가 세상을 입체적이고 넓게 바라볼 수 있는 기초가 됩니다. 동물의 생태적 조건에 따른 시각 구조의 변화는 생존을 위한 진화의 경이로움을 보여줍니다. 예를 들어 올빼미는 하늘에서 아래를 내려다보며 사냥하기에 적합하도록 위쪽 망막이 고도로 발달해 있습니다. 하지만 지상에 내려왔을 때는 위쪽을 감시할 수 있는 아래쪽 망막이 부족해지는 한계에 직면합니다. 이때 올빼미는 고개를 완전히 거꾸로 꺾는 독특한 행동을 통해 부족한 시야를 보정합니다. 이는 유전적으로 결정된 신체적 구조의 한계 내에서도 동물이 환경에 적응하기 위해 행동적 전략을 구사하여 감각의 공백을 메운다는 점을 시사합니다. 포식자와 피식자의 눈 위치 차이는 각자의 생존 전략을 극명하게 반영합니다. 사자와 같은 포식자는 눈이 정면을 향해 있어 양안 시야가 넓고, 이를 통해 정확한 원근감을 측정하여 사냥 성공률을 높입니다. 반면 임팔라 같은 피식자는 눈이 머리 옆면에 위치하여 단안 시야를 극대화함으로써 포식자의 접근을 어느 방향에서든 빠르게 감지하는 데 유리합니다. 특히 일부 피식 동물은 중심와 대신 수평선 모양의 중심선을 가지고 있어, 지평선을 따라 다가오는 위협을 효과적으로 포착합니다. 이처럼 시각 시스템은 먹이사슬 속에서 각자의 역할을 수행하기 위한 최적의 도구로 진화해 왔습니다. 망막을 떠난 시각 정보는 시신경 교차라는 정교한 분류 과정을 거쳐 뇌로 전달됩니다. 코 쪽 망막에서 수집된 정보는 반대편 뇌로 교차하여 넘어가고, 귀 쪽 정보는 같은 방향의 뇌로 향하게 됩니다. 결과적으로 왼쪽 시야의 정보는 오른쪽 뇌가, 오른쪽 시야의 정보는 왼쪽 뇌가 담당하게 되는 교차 통제 시스템이 완성됩니다. 이 과정에서 양쪽 뇌는 뇌량을 통해 끊임없이 정보를 교환하며 우리가 마주하는 세상을 하나의 통합된 장면으로 재구성합니다. 이러한 경로를 통해 시각 정보는 시상을 거쳐 뇌 후두엽의 시각 피질로 이동하며 본격적인 분석 단계에 진입합니다. 뇌의 제1차 시각 피질에 도달한 정보는 단순한 빛의 자극을 넘어 형태를 갖춘 정보로 변모합니다. 휴블과 비젤의 연구에 따르면, 시각 피질의 세포들은 특정 각도의 선이나 윤곽선에만 반응하는 '방향 선택성'을 가집니다. 망막이나 시상의 세포들이 단순한 원형 수용장을 가진 것과 달리, 피질 세포들은 세상을 선과 면의 조합으로 분석하여 형태 지각의 기초를 마련합니다. 이러한 기능적 구조는 '하이퍼칼럼'이라는 단위로 뇌 표면에 촘촘히 배열되어 있으며, 우리가 사물의 윤곽을 뚜렷하게 인식하고 복잡한 시각 세계를 표상할 수 있게 만드는 핵심적인 역할을 수행합니다. 인간의 대뇌 피질에서 시각이 차지하는 비중은 다른 감각을 압도할 정도로 강력합니다. 전체 피질 영역의 약 50%가 직간접적으로 시각 정보 처리에 관여하고 있으며, 이는 촉각이나 청각에 할당된 영역보다 월등히 넓은 수치입니다. 시각은 때로 청각 정보를 왜곡하여 들리게 할 정도로 강력한 영향력을 행사하는데, 이는 우리가 세상을 이해하고 판단하는 데 있어 시각적 단서에 얼마나 절대적으로 의존하고 있는지를 증명합니다. 수많은 독립적 시각 경로를 통해 우리는 움직임, 형태, 색채를 동시에 파악하며 뇌라는 정교한 장치를 통해 입체적인 현실을 실시간으로 그려내고 있습니다.

정수영

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 빛, 색을 밝히다 (3) _석현정 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 10강 | 10강 ③

우리가 흔히 떠올리는 산타클로스의 빨간 옷과 후덕한 이미지는 사실 1930년대 코카콜라의 마케팅 전략에서 비롯되었습니다. 성 니콜라우스라는 실존 인물의 신화에 브랜드의 상징색인 빨간색을 입혀 대중의 무의식 속에 각인시킨 것입니다. 이처럼 색은 단순한 시각 정보를 넘어 우리의 욕망을 자극하고 특정 브랜드를 떠올리게 하는 강력한 감성적 도구로 작용합니다. 특정 색상을 보는 것만으로도 갈증을 느끼거나 특정 제품을 소비하고 싶어지는 현상은 색이 인간의 인지와 감정에 얼마나 깊이 관여하고 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 인류가 빨간색 계열에서 강한 식욕을 느끼는 현상은 진화론적인 관점에서 설명될 수 있습니다. 과거 인류는 푸른 잎사귀 사이에서 잘 익은 빨간 과일을 찾아내야 생존에 유리했을 것이며, 이러한 시각적 자극이 맛과 건강으로 이어진다는 경험이 유전적으로 각인된 결과입니다. 반면 자연계에서 파란색이나 보라색은 독이 있거나 덜 익은 상태를 의미하는 경우가 많아 본능적인 거부감을 일으키기도 합니다. 이러한 본능은 현대의 식품 산업에서도 여전히 유효하게 작용하며, 수많은 음식 브랜드가 빨간색을 로고로 채택하는 과학적 근거가 되고 있습니다. 색에 대한 반응은 인류 공통의 본능도 존재하지만, 개인이 자라온 환경과 문화적 경험에 따라 크게 달라지기도 합니다. 예를 들어 '매운맛'을 상징하는 색을 고를 때 한국인은 빨간색을 떠올리지만, 겨자나 고추의 종류가 다른 문화권에서는 보라색이나 올리브색을 선택하기도 합니다. 또한 특정 국가의 국기를 보며 느끼는 감정 역시 그 나라에서 발생한 역사적 사건이나 개인적인 추억에 따라 긍정에서 부정으로 급격히 변할 수 있습니다. 결국 우리가 색을 보고 느끼는 감정은 단순한 시각 자극을 넘어 개인의 삶과 기억이 투영된 복합적인 심리 작용이라 할 수 있습니다. 지역색은 그 땅의 토양과 자연환경에서 시작되어 그곳에 사는 사람들의 문화적 유산으로 완성됩니다. 에스키모인이 눈의 상태에 따라 수십 가지의 흰색 이름을 사용하는 것처럼, 색은 생활 양식과 밀접하게 연결되어 있습니다. 우리나라도 이러한 이론을 실무에 적용하여 '서울색'을 지정한 바 있습니다. 해치택시의 꽃담황토색이나 공공시설물의 기와진회색은 서울의 토양과 전통 건축물의 색감을 현대적으로 재해석한 결과물입니다. 이는 색채 이론이 전문가의 영역을 넘어 도시의 정체성을 형성하고 시민들의 일상에 깊숙이 스며든 성공적인 사례로 평가받습니다. 색은 시각에 국한되지 않고 소리, 맛, 촉감 등 다른 감각으로 전이되는 놀라운 역량을 지니고 있습니다. 화가 몬드리안이 뉴욕의 경쾌한 음악인 '부기우기'를 듣고 이를 시각적인 리듬감으로 표현해낸 것처럼, 색은 청각적 즐거움을 시각적 예술로 승화시키는 매개체가 됩니다. 우리는 색을 통해 세상을 더 풍요롭게 인지하며, 일상의 평범한 공간을 따뜻하고 멋지게 변화시킬 수 있습니다. 단순히 빛의 반사를 보는 것을 넘어 색이 전달하는 다양한 감각적 메시지에 귀를 기울인다면, 우리의 삶은 이전보다 훨씬 다채롭고 흥미로운 경험들로 가득 차게 될 것입니다.

석현정

카오스재단카오스강연

융합

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

우리가 사물을 보는 과정은 빛이라는 물리적 에너지를 화학적 신호로 변환하는 정교한 메커니즘에서 시작됩니다. 안구의 앞부분이 렌즈 역할을 하여 초점을 맞추면, 빛은 망막에 도달해 비타민 A 유도체인 레티날과 옵신을 자극합니다. 이 과정에서 발생하는 전기화학적 신호는 시신경을 통해 대뇌로 전달되어 비로소 우리가 색과 형태를 인지하게 됩니다. 망막에는 명암을 구분하는 간상세포와 색을 감지하는 원추세포가 있어, 빛의 정보를 안테나처럼 수집하여 뇌가 처리할 수 있는 데이터로 바꾸어 줍니다. 인간은 빨강, 초록, 파랑의 세 가지 원추세포를 통해 수많은 색상을 조합해 인지합니다. 하지만 대부분의 포유류는 두 가지 색소만을 가져 적색과 녹색을 잘 구별하지 못합니다. 이는 진화의 역사와 깊은 관련이 있는데, 공룡이 지배하던 시절 포유류의 조상들이 야행성 생활을 하며 색 구별 능력을 포기했기 때문입니다. 이후 영장류로 진화하며 붉은 과일을 찾기 위해 다시 녹색과 적색을 구별하는 능력을 발달시킨 것으로 보입니다. 이러한 진화적 선택은 우리가 세상을 다채롭게 바라보는 기초가 되었습니다. 자연계에는 인간보다 훨씬 복잡하거나 독특한 시각 체계를 가진 생명체들이 존재합니다. 곤충은 자외선 영역을 볼 수 있어 꽃의 위치를 파악하며, 새들은 네 종류의 색소를 가져 인간보다 더 화려한 세상을 경험합니다. 특히 갯가재의 일종인 맨티스 쉬림프는 무려 12종류의 색소를 보유하고 있어 빛의 편광까지 감지할 수 있습니다. 이는 투명한 먹잇감을 사냥하기 위해 최적화된 결과입니다. 이처럼 시각은 각 생명체가 처한 환경과 생존 전략에 맞춰 각기 다른 방식으로 정교하게 진화해 왔음을 알 수 있습니다. 시각 인지 능력은 유전적 요인에 의해서도 차이를 보입니다. 적색을 감지하는 옵신 유전자는 X 염색체에 위치하기 때문에, 남성이 여성보다 적록색맹이 나타날 확률이 훨씬 높습니다. 흥미로운 점은 위대한 화가 고흐 역시 색맹이었을 가능성이 제기된다는 것입니다. 그의 작품을 색맹의 시각으로 변환해 보면 일반인이 보는 것과 유사한 색감을 띠기도 합니다. 이는 시각적 한계가 예술적 창의성을 가로막지 않으며, 우리가 보는 세상이 절대적인 것이 아니라 각자의 감각 기관이 해석한 결과물임을 시사합니다. 눈의 탄생은 생명체의 진화 속도를 비약적으로 앞당겼습니다. 포식자를 피하기 위해 이동 속도가 빨라졌고, 몸을 보호하기 위한 골격이 발달하기 시작했습니다. 또한 시각은 번식을 위한 유혹의 수단으로도 활용되어 공작새처럼 화려한 색채를 뽐내게 만들었습니다. 이때 나타나는 화려한 색은 단순히 색소에 의한 '흡수색'뿐만 아니라, 나노 구조를 통해 빛을 반사하는 '구조색'인 경우도 많습니다. 결국 시각은 생존과 번식이라는 생명의 근본적인 목적을 달성하기 위해 끊임없이 변화하며 세상을 풍요롭게 만들어 왔습니다.

최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

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

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

강호정, 김성희, 이명현, 최재천

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천문학

[강연] 종교와 예술의 기원 (2) - What is Homo - Homo Pingens 그림 그리는 인간 _ 배철현 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 8강 | 8강 ②

고대 바빌론의 신화 '에누마 엘리시'는 신들의 노역을 대신하기 위해 인간이 창조되었다고 전합니다. 흥미롭게도 히브리어로 인간을 뜻하는 '아담'은 황토를 의미하는 '아다마'에서 유래했습니다. 이는 인간의 본질이 결국 흙으로 돌아갈 연약한 존재임을 시사합니다. 하지만 인간은 단순히 흙에 머물지 않고, 두 발로 땅을 딛고 서서 하늘을 바라보는 '안트로포스'로서 자신의 존재 의미를 끊임없이 탐구해 왔습니다. 인류 진화의 결정적 순간은 '호모 에렉투스'가 허리를 펴고 직립 보행을 시작했을 때입니다. 나무에서 내려온 인간은 포식자를 피하기 위한 파노라마 뷰 대신, 목표에 집중하는 프런털 뷰를 갖게 되었습니다. 이러한 시각적 변화는 단순히 보는 것을 넘어 상대방의 입장에서 상황을 상상하는 능력을 발달시켰습니다. 깊이 있게 집중하고 인내하며 대상을 바라보는 행위는 인간을 인간답게 만드는 종교와 예술의 핵심적 토대가 되었습니다. 인간의 뇌는 불을 사용하고 음식을 익혀 먹으면서 급격히 커졌습니다. 특히 감정을 조절하는 변연계와 이성을 담당하는 신피질의 발달은 인간을 다른 동물과 구분 짓는 특징이 되었습니다. 뇌간이 관장하는 생존 본능인 '4F(Feeding, Fighting, Fleeing, Fornication)'를 넘어, 인간은 타인과 감정을 공유하고 의지하는 사회적 능력을 키웠습니다. 이러한 사회성은 인류가 척박한 환경 속에서도 멸종하지 않고 살아남을 수 있었던 강력한 무기였습니다. 리처드 도킨스의 '이기적 유전자' 이론과 달리, 최근의 진화생물학은 집단을 위해 희생하는 '그룹 선택'의 중요성에 주목합니다. 소록도의 수녀들이나 알베르트 슈바이처처럼 타인을 위해 평생을 헌신하는 삶은 인간에게 이타적 유전자가 존재함을 증명합니다. 약육강식과 적자생존의 논리는 생존의 한 단면일 뿐, 진정한 인간다움은 나보다 타인을 먼저 생각하고 고통을 나누는 이타심에서 비롯됩니다. 인간은 다른 동물에 비해 매우 미성숙한 상태로 태어나 오랜 기간 부모의 보살핌을 필요로 합니다. 히브리어로 자궁을 뜻하는 '레헴'이 자비와 공감을 의미하는 '컴패션'의 어원이 된 것은 우연이 아닙니다. 컴패션은 상대방이 아플 때 나도 함께 아픔을 느끼는 최고의 능력입니다. 타인의 고통에 응답하고 그들의 입장에서 세상을 바라보려는 노력은 시공간을 초월하여 인간을 영적으로 성장시키는 원동력이 됩니다. 고대 문명들은 우주에 보이지 않는 질서가 있다고 믿었습니다. 이집트의 '마트', 인도의 '르따', 동양의 '도'는 모두 인간이 따라야 할 보편적인 원칙을 의미합니다. 예술을 뜻하는 '아트(Art)' 역시 우주의 질서에 맞게 사물을 배열한다는 어원을 가지고 있습니다. 즉, 예술이란 단순히 아름다움을 추구하는 행위가 아니라, 보이지 않는 세계의 원리를 이해하고 그 질서에 자신을 맞추어가는 숭고한 과정이라고 할 수 있습니다. 3만 년 전 유럽의 동굴 깊은 곳에 그림을 남긴 '호모 핀겐스'는 예술을 통해 초월적 세계와 소통하고자 했습니다. 알타미라와 쇼베 동굴의 벽화들은 단순한 낙서가 아니라, 인간이 자신의 한계를 인식하고 우주의 질서 속에서 의미를 찾으려 했던 의례의 흔적입니다. 칠흑 같은 어둠 속에서 자신의 심장 소리를 들으며 벽화를 그렸던 고대인들의 모습은, 오늘날 우리가 왜 여전히 예술과 인문학을 통해 인간의 본질을 묻고 있는지 잘 보여줍니다.

배철현

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