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[강연] 이유경_툰드라 벌판에 선 과학｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험" | 4강

북극의 스발바르 제도는 기후 변화의 영향을 가장 직접적으로 관찰할 수 있는 장소 중 하나입니다. 1920년대의 기록과 현재의 인공위성 사진을 비교해 보면 해안선을 따라 존재하던 거대한 빙하들이 급격히 사라지고 있음을 명확히 알 수 있습니다. 이러한 환경 변화는 북극 생태계의 근간을 흔들고 있으며, 얼음 위에서 물개를 사냥하던 북극곰이 먹이를 구하지 못해 새알을 먹는 등 생존 방식까지 바꾸게 만들고 있습니다. 얼음이 사라진 자리에 새로운 생물들이 어떻게 정착하고 적응하는지 연구하는 천이 과정 분석은 북극의 미래를 예측하는 중요한 지표가 됩니다. 북극에서의 연구는 단순히 지식을 탐구하는 과정을 넘어 수많은 현실적 장벽을 극복해 나가는 과정이기도 합니다. 툰드라 식생을 정밀하게 관찰하기 위해 초분광 카메라를 장착한 드론을 도입하려 했을 때, 연구팀은 보험 가입과 자격증 인정 문제라는 복잡한 행정 절차에 부딪혔습니다. 하지만 연구진은 포기하지 않고 유럽 드론 자격증을 직접 취득하고 현지 주정부를 끈질기게 설득한 끝에 연구 허가를 받아낼 수 있었습니다. 이는 길이 보이지 않는 척박한 환경에서도 연구자가 스스로 길을 만들어가야 한다는 현장 연구의 철학을 잘 보여주는 사례입니다. 드론으로 촬영한 초분광 데이터는 수백 개의 파장대를 포함하는 방대한 빅데이터로, 이를 분석하기 위해 인공지능 기술인 1D CNN 기법이 활용됩니다. 북극은 전 지구 평균보다 4배나 빠르게 온도가 상승하고 있어 식물의 생장 속도가 눈에 띄게 빨라지고 있는데, 육안으로는 모두 초록색으로 보이는 식물들도 초분광 영상을 통하면 종별로 명확히 구분할 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 어떤 식물이 사라지고 어떤 종이 새롭게 번성하는지를 정밀하게 파악하게 함으로써, 인공위성 데이터를 활용한 광범위한 북극 식생 변화 모니터링을 가능하게 만듭니다. 현장 연구에서는 예상치 못한 규정 변화나 자연의 위협에 유연하게 대처하는 자세가 필수적입니다. 북극곰의 위협 때문에 총기 소지가 필수적이지만, 갑작스러운 규정 변경으로 총기를 빌리지 못할 위기에 처했을 때 연구팀은 외국 과학자들에게 도움을 요청하며 돌파구를 찾았습니다. 또한 연구 지역에 북극곰이 나타나 계획을 급히 수정해야 하는 긴박한 상황 속에서도 채집 활동을 이어갔습니다. 미리 포기하지 않고 현장에서 대안을 찾아내는 끈기는 북극이라는 극한 환경에서 연구를 완수할 수 있게 하는 원동력이자 연구자가 갖춰야 할 중요한 덕목입니다. 채집된 식물들은 유전자 마커 분석을 통해 서로 다른 지역에 서식하는 개체군이 유전적으로 동일한지 확인하는 연구에 활용됩니다. 예를 들어 스발바르와 알래스카의 식물을 비교하여 유전적 차이가 크다는 것이 밝혀지면, 멸종 위기에 처한 특정 지역의 개체군을 우선적으로 보호해야 할 과학적 근거가 마련됩니다. 자연 속에서 마음의 평온을 느끼고 현장 연구에 매력을 느끼는 청소년들이라면 이러한 자연과학의 세계에 도전해 볼 가치가 충분합니다. 다산 주니어 프로그램을 통해 미래의 과학자들이 북극의 신비를 함께 풀어나가길 기대합니다.

이유경

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지구환경과학

[강연] 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 과학의 즐거움을 나누는 대표적인 프로그램입니다. 올해는 '과학자의 꿈과 도전, 과학의 탐험'이라는 주제로 미지의 세계를 탐구하는 과학자들의 생생한 목소리를 담았습니다. 과학은 단순히 지식을 배우는 것이 아니라, 아직 밝혀지지 않은 자연의 신비를 찾아가는 흥미진진한 여정입니다. 이번 강연은 청소년들에게 과학적 호기심을 자극하고 미래의 탐험가로 성장할 수 있는 영감을 제공합니다. 안진호 교수는 남극 빙하 속 공기방울을 통해 과거의 기후를 추적합니다. 빙하는 눈이 쌓여 만들어지며 그 사이의 공기를 가두는데, 이는 수십만 년 전의 대기 성분을 고스란히 간직한 타임머신과 같습니다. 특히 80만 년 동안의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 현재의 급격한 기후 변화가 인위적인 요인에 의한 것임을 입증합니다. 블루아이스 연구를 통해 100만 년 이상의 기록을 찾는 도전은 지구의 미래를 예측하는 핵심 열쇠가 됩니다. 유종희 교수는 눈에 보이지 않는 유령 입자인 중성미자를 통해 우주의 기원을 탐색합니다. 중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않고 우주를 통과하기 때문에, 별의 내부나 초신성 폭발의 비밀을 직접적으로 전달해 줍니다. 일본의 슈퍼카미오칸데나 남극의 아이스큐브 같은 거대 검출기는 이 미세한 신호를 포착하여 우주에 왜 반물질보다 물질이 더 많은지, 즉 우리가 존재하게 된 근본적인 이유를 밝히고자 노력하고 있습니다. 김장수 교수는 저글링이라는 유희적 활동 속에 숨겨진 수학적 질서를 소개합니다. 조합론은 이산적인 대상의 개수를 세고 구조를 파악하는 학문으로, 저글링의 공을 던지는 순서와 높이를 수열로 나타내어 분석할 수 있습니다. '사이트스왑'이라는 체계를 통해 가능한 저글링 패턴을 예측하고, 공의 개수가 수열의 평균과 같다는 사실을 증명하는 과정은 수학이 추상적인 기호를 넘어 실제 현상을 설명하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 이유경 박사는 북극의 생태계 변화를 통해 기후 위기의 현장을 고발합니다. 다산과학기지를 중심으로 드론과 인공지능, DNA 분석 기술을 활용하여 북극 식물의 종 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 온난화로 인해 빙하가 사라지고 북극곰의 사냥 환경이 바뀌는 현실 속에서, 과학적 탐험은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 멸종 위기종을 보존하고 지구 환경을 지키기 위한 실천적인 데이터를 구축하는 숭고한 작업이 됩니다. 과학 탐험의 진정한 묘미는 세상에서 아무도 모르는 진리를 처음으로 발견하는 순간의 희열에 있습니다. 패널 대담에서 과학자들은 탐험이 항상 계획대로 흘러가지는 않지만, 그 과정에서 마주하는 의외의 발견들이 연구의 원동력이 된다고 강조했습니다. 수학적 난제를 해결했을 때의 포만감이나 극한의 환경에서 새로운 데이터를 얻었을 때의 감동은 과학자만이 누릴 수 있는 특권이며, 이는 공동 연구라는 협력을 통해 더욱 빛을 발합니다. 마지막으로 강연은 미래의 과학 꿈나무들에게 유행을 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾으라는 메시지를 전합니다. 입시 위주의 공부에서 벗어나 질문을 던지고 스스로 답을 찾아가는 과정이 곧 과학의 시작입니다. 실패를 두려워하지 않고 미지의 세계로 발을 내딛는 용기가 있다면, 누구나 자신만의 신대륙을 발견하는 탐험가가 될 수 있습니다. 이번 강연이 청소년들에게 과학이라는 넓은 바다로 나아가는 나침반이 되기를 기대합니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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물리학
지구환경과학
천문학
수학

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

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

정충원

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 정충원 _ 역사책 읽듯 유전자로 알아보는 인류의 역사 | 2022 '진화가 필요한 순간'

집단유전학은 유전자 변이를 분석하여 인류의 진화적 과거와 역사를 탐구하는 학문입니다. 생명체가 죽으면 세포와 DNA가 분해되지만, 운 좋게 남아있는 미세한 DNA 조각들을 정밀하게 추출하고 해독하면 고대인의 유전체 전체를 복원할 수 있습니다. 이러한 고유전체학 연구를 통해 우리는 역사책 속의 흉노와 같은 북방 유목민족들이 어떻게 기원했고, 시간이 흐르며 주변 집단과 어떻게 혼합되며 자신들만의 독특한 역사를 형성했는지 과학적으로 재구성할 수 있게 되었습니다. 현대인의 유전자 변이 분석을 통해 외모를 추론하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 과거로 거슬러 올라갈수록 그 난도는 높아집니다. 얼굴 형태에 영향을 주는 유전적 메커니즘을 우리가 아직 완벽히 이해하지 못하고 있으며, 고대인은 현대인과 사뭇 다른 유전적 기반을 가졌을 가능성이 크기 때문입니다. 다만 피부색이나 머리카락 색처럼 환경에 적응하며 발현된 특정 형질들은 집단별로 고유한 특성을 보여주기도 하며, 이를 통해 과거 인류의 단편적인 모습들을 조심스럽게 그려볼 수 있습니다. 인류의 역사는 끊임없는 이동과 혼합의 과정이었습니다. 과거 수렵채집인 조상들은 좁은 지역에 고립되어 살았기에 집단 간 유전적 차이가 매우 컸으나, 시간이 흐르며 유전적 교류가 활발해졌습니다. 흥미로운 점은 겉으로 보이는 외형적 혼합의 정도보다 실제 유전자 풀 전체의 혼합이 적게 나타나는 경우도 있다는 사실입니다. 이는 단순히 눈에 보이는 변화만으로 인류의 복잡한 유전적 흐름을 모두 판단하기는 어려우며, 유전체 전반에 걸친 정밀한 분석이 뒷받침되어야 함을 시사합니다. 급격한 기후 변화와 새로운 팬데믹의 발생은 인류의 미래 유전적 구조에도 영향을 미칠 수 있습니다. 온도와 습도의 변화가 과거처럼 극적인 생물학적 변이를 즉각 유발하지는 않더라도, 생활 습관이나 사회 구조의 변화를 통해 인류가 환경에 적응하는 방식에 차이를 만들 것입니다. 당장은 큰 변화를 체감하기 어려울지 모르나, 수십 년 혹은 수백 년의 시간이 흐른 뒤의 인류는 현재와는 또 다른 유전적, 문화적 특징을 지닌 집단으로 진화해 나갈 가능성이 충분합니다. 유전학적 차이를 근거로 차별을 정당화하려는 우생학이나 인종주의는 과학적 사실을 왜곡하는 위험한 주장입니다. 과거에는 인종 간 차이가 거의 없다는 원론적인 답변이 주를 이뤘으나, 이제는 유전체 연구를 통해 각 집단이 특정 환경에 어떻게 적응해왔는지 구체적으로 설명할 수 있게 되었습니다. 이러한 차이는 우열의 문제가 아니라 인류가 생존해온 진화적 역사의 산물입니다. 따라서 복잡한 유전적 다양성을 깊이 있게 이해하고 대중과 공유하는 것이 잘못된 이데올로기에 대응하는 가장 강력한 방법입니다.

정충원

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 식물다양성과 인간의 공존스토리 _ 곽명해ㅣ 2022 카오스강연 '생명행성' 5강 | 5강

생물다양성은 단순히 종의 수를 넘어 생태계 다양성, 종 다양성, 유전적 다양성을 모두 아우르는 복합적인 개념입니다. 1980년대 에드워드 윌슨 교수에 의해 대중화된 이 용어는 생물체 간의 변이성을 핵심으로 합니다. 육상과 해상을 가리지 않고 모든 생태계 속 생물들이 보여주는 차이가 곧 지구의 생명력을 지탱하는 힘이 됩니다. 하지만 이를 정량화하여 측정하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제이며, 관점에 따라 다양성의 가치는 다르게 평가될 수 있습니다. 생물다양성의 진정한 의미는 생명체들이 맺고 있는 복잡한 관계망 속에 존재하기 때문입니다. 생물다양성을 효율적으로 보전하기 위해 과학자들은 '생물다양성 핫스팟'이라는 개념을 도입했습니다. 이는 고유종이 풍부하지만 서식지 훼손 위험이 큰 지역을 우선순위로 정해 보호하려는 노력의 일환입니다. 특히 식물은 연구 역사가 길고 데이터가 풍부하여 전 지구적 다양성을 평가하는 핵심 지표로 활용됩니다. 특정 지역에만 서식하는 고유종은 그 지역의 생태적 독특성을 대변하며, 이들이 사라지는 것은 곧 지구상에서 해당 생명체가 영원히 멸종함을 의미합니다. 따라서 이러한 핫스팟을 식별하고 관리하는 것은 사회경제적으로도 매우 중요한 결정이 됩니다. 단순히 종의 숫자만 세는 방식은 생태계의 진정한 가치를 놓칠 위험이 있습니다. 예를 들어 갯벌이나 습지는 식물의 종 수는 적을지 몰라도 탄소 흡수 능력이 뛰어나 지구 온도를 조절하는 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 곳을 '콜드스팟'이라 부르는데, 종 다양성 수치는 낮더라도 생태계 서비스 가치는 매우 높습니다. 따라서 생물다양성을 평가할 때는 눈에 보이는 개체 수뿐만 아니라 해당 지역이 지구 전체에 기여하는 기능적 측면까지 폭넓게 고려해야 합니다. 이는 보전의 우선순위를 정할 때 우리가 반드시 견지해야 할 균형 잡힌 시각입니다. 최근에는 진화적 역사를 반영한 '계통 다양성'이 중요한 측정 기준으로 떠오르고 있습니다. 이는 생물들이 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시간의 길이를 합산하여 다양성을 측정하는 방식입니다. 종의 수가 같더라도 유전적으로 멀리 떨어진 종들이 모여 있는 지역이 진화적 독특성과 회복력이 더 높다고 평가받습니다. 식물의 경우 유전자 분석 기술의 발달로 전 세계적인 계통수가 완성되어 가고 있으며, 이를 통해 우리는 생명 탄생의 궤적과 분포의 역사를 더욱 정밀하게 이해할 수 있게 되었습니다. 이는 단순한 숫자를 넘어 생명의 깊이를 측정하는 도구가 됩니다. 식물의 계통 다양성이 높다는 것은 인간이 이용할 수 있는 생물 자원의 범위가 넓어진다는 것을 의미합니다. 연구에 따르면 계통적으로 다양한 식물군을 보유할수록 원예, 약용, 식료 등 여러 분야에서 활용 가능한 재료를 확보할 확률이 유의미하게 높아집니다. 이는 생물다양성 보전이 단순히 자연 보호라는 윤리적 차원을 넘어, 인류의 생존과 번영을 위한 실질적인 자산 확보와 직결됨을 보여줍니다. 즉, 자연의 진화적 유산을 지키는 것이 곧 미래의 신약이나 식량 자원을 지키는 길입니다. 생물다양성은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 가장 거대한 도서관과 같습니다. 인류는 역사적으로 주변의 야생 식물을 길들여 작물화하며 문명을 발전시켜 왔습니다. 콩이나 쌀과 같은 주요 작물들은 각 지역의 야생 조상 종으로부터 유래했으며, 오늘날에도 버드나무의 아스피린이나 개똥쑥의 말라리아 치료제처럼 식물은 현대 의학의 핵심 원천이 되고 있습니다. 과거에는 생물 자원을 인류 공통의 자산으로 여겼으나, 이제는 '생물 주권'의 개념이 강화되면서 자원 원산지국의 권리를 인정하고 이익을 공평하게 나누는 국제적 합의가 중요해지고 있습니다. 이는 자원 이용의 투명성을 높이고 국가 간의 공정한 협력을 이끌어내는 기반이 됩니다. 현대 생물학의 쟁점은 물리적 자원을 넘어 '디지털 서열 정보(DSI)'로 확대되고 있습니다. 유전자 정보만으로도 유용한 성분을 합성할 수 있게 되면서, 자원 보유국과 이용국 사이의 새로운 갈등이 발생하고 있습니다. 과학 기술의 발전과 자원 주권 보호라는 두 가치가 충돌하는 지점에서 우리는 지속 가능한 공존을 위한 해법을 찾아야 합니다. 생물다양성을 지키는 일은 결국 우리 주변의 생명에 관심을 갖는 것에서 시작되며, 이는 지구라는 생명 행성의 미래를 결정짓는 가장 중요한 발걸음이 될 것입니다. 우리 모두가 생태계의 일원으로서 책임감을 가질 때 비로소 공존은 가능해집니다.

곽명해

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 곽명해_생물다양성을 유지하려면? / Bend the Curve를 위해 다 같이 노력 | 2022 카오스강연 '생명행성(Life planet)'

식물 분류학은 과학의 역사와 궤를 같이하는 유서 깊은 학문입니다. 전통적으로는 식물을 관찰하여 이름을 붙이고 학명을 부여하며, 그 형태적 특징을 기술하는 역할을 수행해 왔습니다. 하지만 현대의 식물 분류학은 단순히 이름 찾기에 그치지 않습니다. 과거 지역 간 교류가 적어 발생했던 명칭의 혼선을 방대한 데이터를 통해 재정의하고 정리하는 작업을 진행합니다. 최근에는 유전자 분석과 유전체 연구를 도입하여 식물 간의 유연관계를 밝히고, 과거 기후 변화에 따른 종의 이동 경로를 추적하는 등 정밀한 과학적 탐구를 이어가고 있습니다. 생물 다양성은 인간의 모든 활동 및 과학 기술과 긴밀하게 연결된 포괄적인 개념입니다. 자동차의 연비를 개선하거나 화석 연료를 대체할 에너지를 개발하는 공학적 노력 또한 넓은 의미에서는 생물 다양성을 유지하기 위한 활동이라 할 수 있습니다. 학자들은 현재 지구의 생태계가 처한 상황을 정밀하게 평가하고, 이를 바탕으로 가장 효율적인 보전 방향을 제시하는 역할을 합니다. 이러한 평가는 단순히 자연을 관찰하는 것을 넘어, 인류가 자연과 어떻게 공존해야 하는지에 대한 실질적인 가이드라인을 제공한다는 점에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 멸종한 종을 되살리는 기술은 머지않은 미래에 실현될 가능성이 있는 흥미로운 분야입니다. 복제양 돌리의 사례처럼 특정 기술을 활용해 개체를 복원하려는 시도가 논의되고 있으나, 완전히 사라진 종을 무기물로부터 창조하는 것은 여전히 현대 과학의 거대한 과제입니다. 다만 특정 지역에서 사라진 종을 복원하는 사업은 현재도 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라의 따오기나 반달가슴곰 복원 사례처럼, 인접 국가에서 유전적으로 가까운 개체군을 도입하여 생태계의 일원으로 다시 정착시키기 위한 체계적인 복원 프로그램이 운영되고 있습니다. 성공적인 생물 복원을 위해 가장 필수적인 전제 조건은 안정적인 서식지의 확보입니다. 생물이 스스로 살아갈 수 있는 환경을 조성하기 위해서는 지리적 요건뿐만 아니라 먹이망과 은신처 등 복합적인 생태적 요소가 고려되어야 합니다. 이 과정에는 종을 정확히 식별하는 분류학자부터 유전적 다양성을 분석하는 분자생물학자, 그리고 장기적인 변화를 관찰하는 모니터링 전문가까지 다양한 분야의 협력이 필요합니다. 최종적인 목표은 인간의 인위적인 도움 없이도 생물들이 자연 속에서 스스로 개체군을 유지하며 살아갈 수 있는 자생력을 갖추게 하는 것입니다. 2019년 생물 다양성 과학기구(IPBES)의 보고서에 따르면, 지구의 생물 다양성을 저해하는 주요 요인인 토지 이용 변화, 남획, 침입 외래종 등은 대부분 인간의 활동에서 비롯되었습니다. 지구가 탄생한 이래 환경과 생물은 끊임없이 상호작용하며 변화해 왔지만, 현재의 급격한 멸종 속도를 늦추는 것은 인류에게 주어진 시급한 과제입니다. 최근 국제 사회에서 강조되는 '밴드 더 커브(Bend the Curve)'는 이러한 감소 곡선을 완만하게 만들자는 의지를 담고 있습니다. 우리가 자연을 위해 조금씩 양보하고 노력한다면, 미래 지구의 변화 양상은 분명 달라질 것입니다.

곽명해

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[강연] 환경과 동행한 인류역사 by 정충원 ㅣ 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연 '과학 동행' | 1부 ①

인류는 현재 '인류세'라 불리는 전례 없는 환경 변화의 시대를 살고 있습니다. 하지만 지구의 긴 역사 속에서 환경 변화는 늘 존재해 왔으며, 이는 인류의 이동과 진화에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 과거 시베리아는 현재의 울창한 침엽수림인 타이가와 달리, 거대한 매머드와 털코뿔소가 누비던 광활한 '매머드 초원'이었습니다. 이 독특한 생태계는 수렵 채집인들에게 풍요로운 자원을 제공하며 인류가 북극권까지 진출할 수 있는 토대가 되었으며, 당시 인류는 환경에 맞춰 자신들의 삶을 유연하게 변화시켜 나갔습니다. 과거 인류의 흔적을 추적하기 위해 현대 과학은 유전체 분석이라는 강력한 도구를 사용합니다. 수십억 개의 염기쌍 중 개인마다 차이를 보이는 '단일 염기 다형성(SNP)'을 분석하면 각 집단의 고유한 유전체 프로필을 구성할 수 있습니다. 특히 복잡한 유전 정보를 시각화하는 '주성분 분석(PCA)'을 통해 고대 인류가 현대의 어느 집단과 유전적으로 가까운지 혹은 지금은 사라진 독특한 계통인지를 명확하게 파악할 수 있게 되었습니다. 이러한 통계적 방법론은 방대한 유전체 데이터를 우리가 이해할 수 있는 유의미한 정보로 요약해 줍니다. 유전체 분석 결과, 플라이스토세 매머드 초원에 살았던 고대 북유라시아인(ANE)은 현대인 중 직계 후손이 없는 사라진 계통임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적으로 동아시아인보다는 서유라시아인과 더 가까웠으며, 동시에 아메리카 원주민의 조상과 밀접한 관련이 있었습니다. 비록 이들의 순수한 유전체 프로필은 현대에 남아 있지 않지만, 이들이 남긴 유전적 흔적은 아메리카 대륙과 유라시아 곳곳으로 흩어져 인류 역사의 중요한 퍼즐 조각이 되었습니다. 이는 고대 인류가 단순히 사라진 것이 아니라 새로운 인류 집단의 밑바탕이 되었음을 시사합니다. 아메리카 원주민의 기원을 찾는 여정에서 남시베리아의 우스티-캬흐타 유적은 중요한 단서를 제공합니다. 약 1만 5천 년 전의 이 유전체는 아메리카 원주민 계통이 베링기아에서 형성되었다는 기존 가설에 의문을 제기하며, 남시베리아가 그들의 유전자 풀이 형성된 발원지일 가능성을 시사합니다. 이는 마지막 빙하기라는 극한의 환경 속에서도 인류가 끊임없이 이동하며 새로운 환경에 적응해 나갔음을 보여주는 증거라고 할 수 있습니다. 인류의 확산은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 역동적이고 복잡한 경로를 통해 이루어졌음을 알 수 있습니다. 기후가 온난해지며 매머드 초원이 사라진 후에도 고대 북유라시아인의 후손들은 온대 초원에서 삶을 이어갔습니다. 카자흐스탄의 보타이 문화 사람들은 말을 대량으로 사육하며 초원 생활에 적응했습니다. 흥미로운 점은 이들이 키우던 보타이 말이 현대 가축 말의 조상이 아니라, 오늘날 야생말로 알려진 프르제발스키말의 조상이라는 사실입니다. 이는 인류가 환경 변화에 맞춰 가축화라는 새로운 생존 전략을 독립적으로 여러 번 시도했음을 의미하며, 보타이 사람들은 비록 주류 역사에서 사라졌지만 말의 역사에 뚜렷한 족적을 남겼습니다. 약 4,000년 전 중앙아시아 타림 분지에서 번성했던 샤오허 문화는 고대 인류의 놀라운 적응력을 보여주는 또 다른 사례입니다. 건조한 사막 환경에서도 이들은 서구적인 외모와 서양식 가축, 동양의 곡물을 결합한 독특한 복합 문화를 일구었습니다. 유전체 분석 결과, 이들은 외부 이주민이 아니라 수천 년 동안 고립되어 살았던 고대 북유라시아인의 후손임이 밝혀졌습니다. 이들은 유전적 고립 속에서도 주변 문화를 적극적으로 수용하며 풍요로운 문명을 꽃피웠으며, 이는 혈연적 섞임 없이도 문화적 교류가 얼마나 활발할 수 있는지를 잘 보여줍니다. 타림 분지의 미라 집단을 끝으로 고대 북유라시아인의 독특한 유전체 프로필은 역사 속으로 사라졌습니다. 급격한 건조화라는 환경 변화가 그들이 지탱해온 농경과 목축의 기반을 무너뜨렸기 때문입니다. 과거 인류가 환경 변화에 적응하고 때로는 도태되었던 역사는 오늘날 기후 위기와 전염병 등 새로운 도전에 직면한 우리에게 깊은 시사점을 줍니다. 과거를 거울삼아 인류가 미래의 변화 속에서 지속 가능한 길을 찾을 수 있기를 희망하며, 유전자를 통해 읽어낸 고대인의 역사는 현재를 살아가는 우리에게 생존을 위한 지혜와 경각심을 동시에 전달합니다.

정충원

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생명과학

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

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

정충원

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[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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생명과학

[강연] 디지털인문학과 데이터과학 (1) _ by장원철 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 4강 | 4강 ①

현대 사회는 그야말로 정보의 홍수 속에 살고 있습니다. 2003년까지 인류가 축적한 전체 데이터의 양이 이제는 단 이틀 만에 생성될 정도로 그 규모가 거대해졌습니다. 이러한 빅데이터 시대에 무엇보다 중요한 것은 단순히 데이터의 양이 아니라, 그 속에서 유용한 정보를 찾아내는 분석 능력입니다. 과거에는 정보가 부족해서 문제였다면, 이제는 너무 많은 정보 중에서 우리에게 진짜 필요한 가치를 추출하는 데이터 과학의 역할이 강조되고 있습니다. 이는 마치 거대한 원석에서 보석을 찾아내는 과정과도 같습니다. 통계학적 관점에서 데이터는 구조에 따라 크게 두 가지 형태로 나뉩니다. 수많은 고객의 소비 패턴을 분석하는 신용카드 데이터처럼 항목보다 관측치가 압도적으로 많은 '길쭉한 자료'가 그 첫 번째입니다. 반대로 유전자 분석처럼 대상은 적지만 분석해야 할 항목이 수만 개에 달하는 '뚱뚱한 자료', 즉 고차원 데이터가 존재합니다. 이러한 데이터의 구조적 차이를 명확히 이해하는 것은 현대 데이터 과학이 직면한 복잡한 문제들을 해결하는 출발점이자, 상황에 맞는 효율적인 분석 모델을 설계하는 데 있어 가장 핵심적인 기초가 됩니다. 빅데이터 분석의 가장 흥미로운 점 중 하나는 인과관계보다 연관성에 주목한다는 것입니다. 트위터에 올라오는 사람들의 기분 변화가 주가 흐름과 높은 상관관계를 보이거나, 검색어 빈도를 통해 독감 유행을 예측하는 사례가 대표적입니다. 물론 구글 독감 예측의 실패 사례처럼 데이터의 구조 변화나 알고리즘의 한계로 인해 오류가 발생하기도 합니다. 하지만 이러한 시행착오를 거쳐 모델을 보정하고 정교화하는 과정 자체가 데이터 과학이 더욱 정밀한 학문으로 발전해 나가는 중요한 동력이 되고 있습니다. 최근 '데이터 사이언티스트'는 21세기 가장 매력적인 직업으로 꼽히며 큰 주목을 받고 있습니다. 과거의 통계학자가 다소 딱딱하고 지루한 이미지로 인식되었다면, 데이터 사이언티스트는 방대한 자료 속에서 새로운 가치를 창출하는 창의적인 전문가로 받아들여집니다. 실제로 구글 트렌드 분석을 보면 통계학자라는 용어의 사용은 점차 줄어드는 반면, 데이터 사이언티스트에 대한 대중의 관심은 급증하고 있습니다. 이는 데이터 분석이 단순한 수치 계산을 넘어 사회 전반의 문제를 해결하는 핵심 도구로 자리 잡았음을 보여줍니다. 데이터 과학의 영역은 이제 숫자의 세계를 넘어 인문학의 영역까지 확장되고 있습니다. '디지털 인문학'은 구글 도서관 프로젝트처럼 방대한 문헌을 디지털화하여 정량적으로 분석하는 새로운 학문 분야입니다. 이를 통해 셰익스피어 작품의 진위 여부를 가리거나 이름 없는 연설문의 작성자를 추론하는 '양식 측정학' 연구가 가능해졌습니다. 숫자로 검증할 수 없을 것 같던 인문학적 가치들이 데이터를 만나면서, 우리는 인류의 문화적 유산을 더욱 객관적이고 다각적인 시각으로 바라볼 수 있는 새로운 창을 갖게 되었습니다.

장원철

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수학

[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ④

뇌는 수많은 신경세포가 복잡하게 얽혀 정보를 주고받는 경이로운 기관입니다. 그 중심에는 신경세포 사이의 연결 고리인 시냅스가 존재하며, 이곳에서 일어나는 미세한 변화가 우리의 인지와 행동, 그리고 정신 건강을 결정짓는 핵심적인 역할을 합니다. 최근 뇌과학 연구는 자폐증이나 조현병과 같은 정신 질환의 원인을 시냅스 수준에서 규명하려는 노력을 지속하고 있습니다. 특히 시냅스를 구성하는 단백질의 변이나 신경 전달 과정의 이상이 다양한 뇌 질환과 밀접한 관련이 있다는 사실이 밝혀지면서, 이를 이해하기 위한 다각도의 학문적 접근이 활발하게 이루어지고 있습니다. 인간의 복잡한 뇌 질환을 연구하기 위해 과학자들은 생쥐와 같은 모델 동물을 주요하게 활용합니다. 생쥐는 인간과 유전자의 종류와 수가 매우 비슷할 뿐만 아니라, 시냅스 수준에서의 신경 전달 메커니즘이 놀라울 정도로 유사하기 때문입니다. 물론 생쥐의 뇌는 인간에 비해 구조가 단순하고 주름이 없다는 차이점이 존재하지만, 특정 유전자를 조작하여 질환의 인과관계를 증명하는 데 있어 필수적인 역할을 수행합니다. 이러한 연구를 통해 발견된 신경 회로의 변화는 향후 새로운 치료제 개발을 위한 중요한 과학적 근거가 되며, 복잡한 인간의 뇌를 이해하는 소중한 징검다리가 됩니다. 동물 실험이 고도화됨에 따라 연구 윤리의 중요성도 함께 강조되고 있습니다. 현재는 실험 동물의 고통을 최소화하고 적절한 개체 수를 사용하도록 하는 엄격한 내부 규제와 심사 과정을 거쳐 연구가 진행됩니다. 한편, 생쥐 모델의 한계를 극복하기 위해 영장류를 이용한 연구도 전략적으로 추진되고 있습니다. 영장류는 사회성과 인지 능력이 인간과 더 유사하여 정신 질환의 기전을 더욱 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 영장류 실험은 더 높은 수준의 윤리적 책임과 사회적 합의를 요구하므로, 연구자들은 생명의 가치를 존중하며 신중한 태도로 연구에 임하고 있습니다. 정신 질환의 원인은 단순히 유전적 요인에만 국한되지 않습니다. 유전적 소인이 있더라도 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 질환의 발병 여부를 결정짓기 때문입니다. 임신 중 산모의 감염이나 특정 약물 노출과 같은 환경적 변수는 태아의 뇌 발달에 결정적인 영향을 미칠 수 있으며, 최근에는 장내 세균과 뇌의 상호작용인 '장-뇌 축'에 대한 연구도 주목받고 있습니다. 이는 유전적 요인을 완전히 통제할 수 없더라도, 환경적 요인을 조절함으로써 질환을 예방하거나 증상을 완화할 수 있는 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 현대 뇌과학 연구의 중요한 한 축을 담당하고 있습니다. 뇌 질환 치료를 위해 단백질의 기능을 직접 교정하는 것은 매우 어렵지만, 단백질이 최적의 활성을 유지할 수 있는 환경을 조성하는 방법이 대안으로 제시됩니다. 예를 들어 아연과 같은 미네랄이나 비타민은 시냅스 단백질의 결합을 도와 신경 회로의 안정성을 높이는 데 기여합니다. 더 나아가 광유전학 기술을 이용해 특정 신경 회로의 활성을 정교하게 조절하려는 시도도 이어지고 있습니다. 전 세계의 수많은 과학자가 협력하여 시냅스와 회로 수준의 비밀을 하나씩 풀어나간다면, 부작용을 최소화하면서도 효과적인 뇌 질환 치료의 길을 열 수 있을 것으로 기대됩니다.

고재원, 김은준, 한기훈

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뇌인지과학

[강연] 지니에게 물어봐 _장원철 교수| 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (5) | 3강

우주는 끊임없이 무질서한 상태로 나아가려는 본질적인 경향을 가지고 있습니다. 이를 과학적으로는 열역학 제2법칙, 즉 엔트로피 증가의 법칙이라고 정의합니다. 뜨거운 커피가 식어 주변 온도와 같아지거나, 물속에 떨어진 잉크가 고르게 퍼져나가는 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 자연스러운 변화의 과정입니다. 이러한 변화는 결코 스스로 되돌아가지 않는 비가역적인 특성을 지닙니다. 한 번 흩어진 에너지는 외부의 개입 없이는 다시 모이지 않으며, 엔트로피는 단순한 혼란의 정도를 넘어 우주의 시간적 방향성을 결정짓는 중요한 척도가 됩니다. 루트비히 볼츠만은 눈에 보이지 않는 미시적 입자들의 배열 상태를 통해 엔트로피를 통계적으로 새롭게 정의했습니다. 그는 거시적인 상태가 가질 수 있는 미시적 상태의 가짓수가 많을수록 엔트로피가 높다는 사실을 수학적인 공식으로 증명해 냈습니다. 이는 무질서함이 단순히 인간의 주관적인 느낌이 아니라, 확률적으로 가장 일어날 법한 상태임을 과학적으로 입증한 것입니다. 볼츠만의 통계역학은 고전 물리학의 한계를 뛰어넘어 현대 물리학이 물질의 근본 원리를 이해하는 데 결정적인 토대를 마련해 주었으며, 원자의 존재를 확신하게 만든 계기가 되었습니다. 제임스 클러크 맥스웰은 엔트로피 법칙의 절대성에 도전하는 흥미로운 사고실험을 제안했습니다. 아주 작은 존재인 '맥스웰의 도깨비'가 기체 분자들의 속도를 하나하나 관찰하여 빠른 것과 느린 것을 분리할 수 있다면, 외부에서 에너지를 가하지 않고도 계의 엔트로피를 낮출 수 있다는 가설이었습니다. 이 도깨비의 존재는 오랫동안 물리학자들에게 거대한 지적 숙제를 안겨주었습니다. 만약 이 가설이 현실에서 가능하다면 열역학 제2법칙은 우주의 절대적인 진리가 아닌, 단지 확률적인 현상에 불과하게 되어 물리학의 근간이 흔들릴 수 있기 때문입니다. 맥스웰의 도깨비가 가진 모순은 20세기에 들어서 정보 이론과 열역학의 결합을 통해 명쾌하게 해결되었습니다. 도깨비가 분자를 선별하기 위해서는 반드시 정보를 수집하고 기억해야 하며, 이 정보를 지우는 과정에서 필연적으로 열이 발생한다는 사실이 밝혀진 것입니다. 즉, 정보를 처리하고 저장하는 과정 자체가 물리적인 비용을 수반하며, 전체 시스템의 엔트로피는 결과적으로 증가하게 됩니다. 이는 정보가 단순한 추상적 개념이 아니라 물리적인 실체와 긴밀하게 연결되어 있음을 시사하는 놀라운 발견이었으며, 현대 컴퓨터 공학의 기초 원리와도 맞닿아 있습니다. 생명체는 무질서로 향하는 우주의 거대한 흐름 속에서도 고도의 질서를 유지하고 만들어내는 경이로운 존재입니다. 우리는 외부로부터 끊임없이 에너지를 섭취하고 정교한 대사 과정을 거치며 스스로의 구조를 유지하고 복제합니다. 물리학자 슈뢰딩거는 생명이 '음의 엔트로피'를 섭취함으로써 생존한다고 표현하기도 했습니다. 비록 생명체 내부에서는 질서가 유지되는 것처럼 보이지만, 그 대가로 주변 환경의 엔트로피를 훨씬 더 크게 증가시킵니다. 결국 생명은 우주의 법칙을 거스르는 예외가 아니라, 그 법칙 안에서 에너지를 효율적으로 사용하여 꽃피운 정교한 결과물입니다. 엔트로피의 지속적인 증가는 왜 우리가 과거로 돌아갈 수 없는지, 즉 시간의 비가역성을 설명해 주는 유일한 물리적 근거가 됩니다. 우주의 초기 상태는 매우 낮은 엔트로피를 가지고 있었으며, 시간이 흐름에 따라 점차 높은 엔트로피 상태로 진화해 왔습니다. 이러한 변화의 흐름은 '시간의 화살'을 만들어내며, 우리가 과거와 미래를 명확히 구분 짓는 기준이 됩니다. 만약 엔트로피가 증가하지 않고 평형 상태에 머물러 있다면 세상은 어떠한 변화도 일어나지 않는 정적인 상태에 갇혔을 것입니다. 우리가 경험하는 모든 변화와 흐름은 무질서로 향하는 여정 그 자체입니다. 무질서 속에서 질서가 형성되는 원리를 이해하려는 노력은 현대 과학의 가장 본질적인 도전 중 하나입니다. 겉보기에 혼돈스러워 보이는 자연 현상 이면에는 정교한 물리 법칙이 숨어 있으며, 과학자들은 이를 통해 우주의 기원과 생명의 신비를 탐구해 왔습니다. 엔트로피 법칙은 우주의 종말을 예견하는 차가운 법칙처럼 느껴질 수 있지만, 동시에 복잡한 생명과 찬란한 문명이 탄생할 수 있었던 역동적인 배경이기도 합니다. 질서와 무질서가 끊임없이 상호작용하며 균형을 찾아가는 과정은 우주를 더욱 풍요롭고 아름답게 만드는 근원적인 원동력이라 할 수 있습니다.

장원철

카오스재단서울대자연과학공개강연

수학

[강연] 현생인류와 한민족의 기원 (3) - 한민족의 기원 _ 이홍규 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 7강 | 7강 ③

한민족의 기원을 이해하기 위해서는 인류의 거대한 이동 경로와 유전적 흐름을 통합적으로 바라보는 '통섭'의 관점이 필요합니다. 아프리카에서 기원한 현생 인류는 체격이나 뇌 용량 면에서 네안데르탈인보다 열세였음에도 불구하고, 독특한 지능과 문화를 바탕으로 지구 전역에 정착했습니다. 이러한 과정에서 형성된 역사와 언어, 문화적 정체성은 단순한 혈통을 넘어 우리 민족을 정의하는 핵심적인 요소가 됩니다. 인류학적 증거들은 우리가 어떻게 지금의 모습으로 자리 잡게 되었는지에 대한 중요한 실마리를 제공하며, 이는 인문학과 자연과학이 만나는 지점에서 더욱 명확해집니다. 약 4만 5천 년 전, 유라시아 대륙 곳곳에서는 후기 구석기 문화라는 비약적인 발전이 나타났습니다. 빙하기의 혹독한 환경 속에서도 인류는 예술품을 제작하고 정교한 도구를 만들며 현대적 정신의 도래를 알렸습니다. 특히 동북아시아의 신석기 문화는 황하 문명보다 앞선 시기에 홍산문화 등을 통해 독자적으로 형성되었으며, 이는 북방에서 남방으로 이어지는 문화 전파의 흐름을 보여줍니다. 이러한 고고학적 흔적들은 한민족의 조상이 시베리아와 만주 일대를 거쳐 한반도로 유입되었음을 시사하며, 당시의 역동적인 인구 이동과 문화적 교류를 뒷받침하는 강력한 증거가 됩니다. 과거의 인류 이동을 추적할 때 반드시 고려해야 할 변수는 기후와 해수면의 변화입니다. 약 1만 8천 년 전 최종 빙기 극대기(LGM)에는 해수면이 현재보다 130m 이상 낮아져, 지금의 서해안은 광활한 육지였습니다. 당시 인류는 매머드가 서식하던 '매머드 스텝'이라 불리는 초원 지대를 따라 이동하며 생존을 이어갔습니다. 비록 빙하기가 끝나고 해수면이 상승하면서 많은 유적이 수몰되었지만, 시베리아와 베링해를 잇는 거대한 대륙교는 인류가 아시아에서 아메리카로, 혹은 유럽으로 뻗어 나가는 중요한 통로가 되었습니다. 이러한 지리학적 특성은 우리 민족의 형성 과정을 이해하는 필수적인 배경이 됩니다. 언어학적 계통 분석은 유전자 분석만큼이나 정밀하게 민족의 뿌리를 찾아내는 도구입니다. 한국어는 중국어와는 계통이 완전히 다르며, 오히려 인도유럽어족과 뿌리를 공유하는 '노스트라틱' 계열로 분류됩니다. 약 1만 3천 년 전쯤 우리 언어의 원형과 인도유럽어족이 분화되었다는 연구 결과는 북방 경로를 통한 인류 이동의 증거와 일치합니다. 핵심 단어 25개를 활용한 변이 속도 분석은 언어가 단순한 소통 수단을 넘어 인류의 이동 역사를 고스란히 간직한 화석임을 보여줍니다. 이는 한민족의 기원이 동북아시아라는 국지적 범위를 넘어 유라시아 대륙 전체와 연결되어 있음을 의미합니다. 바퀴와 마차를 활용한 기동력은 고대 인류가 유라시아 전역으로 세력을 확장하는 원동력이 되었습니다. 이 시기에 등장한 '코디드 웨어'는 한반도의 빗살무늬토기와 매우 흡사한 양상을 보이며, 이는 유라시아 북방을 잇는 거대한 문화권이 존재했음을 시사합니다. 이러한 '환북극 문화'의 흐름은 우리 조상들이 요하 문명을 일구고 알타이어족의 기틀을 마련하는 과정과 밀접하게 연결됩니다. 결국 한민족의 뿌리는 시베리아의 혹독한 환경을 극복하며 형성된 독자적인 문화적 정체성에 있으며, 이는 대륙 전체의 역사와 궤를 같이합니다.

이홍규

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[강연] 현생인류와 한민족의 기원 (2) - 인류의 기원 _ 이홍규 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 7강 | 7강 ②

찰스 다윈은 인류의 기원이 아프리카일 것이라고 추정했습니다. 이는 아프리카에 현생 인류와 유사한 유인원이 많이 서식한다는 점에 근거한 통찰이었습니다. 이후 학자들은 인류와 유인원의 공통 조상을 찾기 위해 수많은 화석을 발굴하고 분류하는 체계를 구축했습니다. 최근 연구에 따르면 약 600만 년 전 공통 조상으로부터 인류와 침팬지, 보노보가 갈라져 나왔음이 유전자 계통 분석을 통해 명확히 밝혀졌습니다. 이러한 분류 시스템은 지질학적 배경과 연대를 결합하여 인류 진화의 역사를 정밀하게 재구성하는 토대가 되었습니다. 인류의 유전적 뿌리를 추적하는 과정에서 네안데르탈인과의 관계는 매우 중요한 화두입니다. 과거에는 네안데르탈인이 현생 인류와 완전히 별개의 종으로 멸종했다고 여겨졌으나, 유전자 분석 결과 현대인의 유전체 속에 네안데르탈인의 흔적이 남아 있음이 확인되었습니다. 이는 수십만 년 전 두 집단 사이에서 혼혈이 일어났음을 입증하는 결정적인 증거입니다. 독일 네안데르 계곡에서 처음 발견된 이들은 호모 네안데르탈렌시스로 명명되었으며, 약 3만 년 전 멸종하기 전까지 유럽과 시베리아 등지에서 우리 사촌 격으로 공존했습니다. 현생 인류의 아프리카 기원설을 확립한 결정적인 계기는 미토콘드리아 DNA 연구였습니다. 앨런 윌슨은 모계로만 유전되는 미토콘드리아의 특성을 이용해 전 세계 인류의 유전적 다양성을 분석했습니다. 연구 결과, 아프리카 내부 집단 간의 유전적 차이가 다른 대륙 간의 차이보다 훨씬 크다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 인류가 아프리카에서 가장 오랜 시간 머물며 진화해 왔음을 의미합니다. 이 과정에서 모든 인류의 가상적 공통 어머니인 '미토콘드리아 이브'라는 개념이 탄생했으며, 인류가 아프리카의 특정 집단에서 유래해 전 세계로 퍼져나갔다는 해석이 정립되었습니다. 고인류 유전체 연구의 혁명은 스반테 페보 박사의 헌신적인 노력으로 가능해졌습니다. 그는 수만 년 된 뼈 화석에서 미생물 오염을 배제하고 순수한 고인류의 DNA를 추출하는 혁신적인 분석 방법을 개척했습니다. 이 기술을 통해 박물관에 잠들어 있던 네안데르탈인의 뼈에서 유전 정보를 해독해 냈으며, 이는 인류학 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 그의 연구소는 나치의 인종 차별 역사가 서린 장소에 세워져 인류의 보편적 기원을 탐구한다는 상징성을 지니며, 고고학과 유전학을 결합한 다학제적 연구를 통해 인류 진화의 비밀을 하나씩 풀어가고 있습니다. 최신 유전체 분석 결과는 인류의 이동과 혼혈의 역사를 더욱 구체적으로 보여줍니다. 아시아인과 오세아니아 원주민에게서는 네안데르탈인뿐만 아니라 데니소바인의 유전자도 상당 부분 발견됩니다. 이는 현생 인류가 아프리카를 떠나 유라시아 대륙으로 퍼지는 과정에서 여러 차례에 걸쳐 고인류와 혼혈을 거쳤음을 시사합니다. 특히 아시아인의 선조는 두 번 이상의 혼혈 과정을 겪었을 것으로 추정됩니다. 결국 현생 인류는 단일한 혈통이 아니라, 먼저 정착해 있던 고인류들과의 복잡한 교류와 경쟁을 거쳐 오늘날의 모습으로 완성된 역동적인 진화의 산물입니다.

이홍규

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