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새의 조상은 공룡일까?

1861년 독일 바이에른 지방에서 발견된 시조새 화석은 생물학계에 거대한 파장을 일으켰습니다. 화석 수집가였던 의사 헤르만 폰 마이어는 석공으로부터 까마귀 크기의 새 화석을 입수하게 되었고, 이는 훗날 진화론의 결정적 증거로 주목받게 됩니다. 당시 '공룡'이라는 용어를 만든 리처드 오언은 이 화석이 진화의 증거로 쓰이는 것을 막기 위해 서둘러 이를 입수했습니다. 그는 시조새가 파충류와 조류의 중간 단계가 아닌, 단순히 최초의 새일 뿐이라고 주장하며 창조론적 관점을 고수하려 노력했습니다. 하지만 리처드 오언의 주장은 '다윈의 불독'이라 불리던 토머스 헉슬리에 의해 반박되었습니다. 헉슬리는 시조새 화석을 면밀히 분석하는 한편, 같은 지층에서 발견된 작은 공룡인 콤프소그나투스에 주목했습니다. 놀랍게도 시조새에서 깃털만 제거하면 콤프소그나투스와 골격 구조가 거의 일치한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 완벽한 파충류인 공룡과 조류의 중간 단계가 실존함을 증명하는 강력한 근거가 되었으며, 시조새를 둘러싼 과학적 논쟁은 진화론이 승리하는 방향으로 전개되었습니다. 현대 과학은 시조새가 현대 조류의 직접적인 조상은 아니라고 보고 있습니다. 최신 이론에 따르면 시조새와 현대의 새는 수각류 공룡으로부터 각각 다른 경로를 통해 진화했습니다. 즉, 시조새는 공룡에서 진화한 한 갈래일 뿐이며, 새는 공룡의 또 다른 계보에서 독자적으로 진화했다는 것입니다. 조류를 정의하는 가장 핵심적인 특징은 깃털인데, 과거에는 깃털이 오직 비행을 위해 진화했다고 믿어왔습니다. 그러나 최근의 발견들은 깃털의 기원과 목적에 대해 전혀 새로운 시각을 제시하고 있습니다. 2011년 새롭게 발견된 시조새 화석은 깃털이 비행만을 위한 도구가 아니었음을 시사합니다. 비행에 적합한 비대칭형 칼깃이 날개뿐만 아니라 뒷다리에서도 발견되었으며, 비행 능력이 없는 여러 공룡에게서도 다양한 형태의 깃털이 확인되었습니다. 이는 깃털이 초기에는 체온 유지, 방수, 또는 짝짓기를 위한 구애용으로 먼저 사용되었음을 의미합니다. 이후 환경에 적응하는 과정에서 특정 부위의 깃털이 비행에 최적화된 도구로 전문화되었고, 여러 종에서 독립적으로 비행 능력이 발달하게 된 것입니다. 이제 새가 공룡의 후예라는 사실은 과학계에서 부정할 수 없는 정설로 자리 잡았습니다. 깃털의 역사는 공룡이 처음 등장한 2억 4천만 년 전까지 거슬러 올라가며, 육식공룡뿐만 아니라 초식공룡인 쿨린다드로메우스에게서도 복잡한 깃털 구조가 발견되었습니다. 이는 모든 공룡의 공통 조상이 이미 깃털을 가지고 있었을 가능성을 시사합니다. 결국 공룡은 멸종한 과거의 괴물이 아니라, 깃털을 가진 채 하늘을 날아다니는 오늘날의 새로 우리 곁에 여전히 살아남아 있는 셈입니다.

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과학자들이 말하는 올바른 진화🐾란 무엇일까? 진화는 진보하는 걸까?🧐ㅣ(수요관측회)별 헤는 밤⭐

진화라는 단어는 우리에게 익숙하지만, 동시에 가장 많은 오해를 받는 개념이기도 합니다. 흔히 진화를 약육강식의 논리나 적자생존을 통한 끊임없는 진보로만 이해하곤 하지만, 이는 진화의 한 단면만을 본 것입니다. 실제 진화의 역사를 깊이 들여다보면, 단순히 강한 자가 살아남는 것이 아니라 변화하는 환경에 적응하며 살아남은 존재가 강한 것임을 알게 됩니다. 특히 현대 진화학은 경쟁보다는 다양성의 보존과 생명체 간의 공생, 그리고 협력이 생존에 얼마나 중요한 역할을 했는지 강조합니다. 이러한 관점의 변화는 우리가 세상을 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓습니다. 우리가 흔히 겪는 또 다른 오해는 진화를 개별 개체의 변신으로 생각하는 것입니다. 대중문화의 영향으로 한 생명체가 갑자기 다른 모습으로 변하는 것을 진화라 부르기도 하지만, 생물학적 진화는 개체가 아닌 집단 내에서 일어나는 메커니즘입니다. 특정 환경에서 유리한 형질을 가진 개체들이 더 많이 살아남아 번식함으로써 세대를 거쳐 종의 특성이 변화하는 과정인 것입니다. 과거 국내에서는 진화학을 제대로 배울 기회가 부족했고 관련 서적도 드물었기에 이러한 기초적인 개념조차 왜곡되어 전달되는 경우가 많았습니다. 올바른 공부를 통해 이러한 오해를 바로잡는 것이 진화 이해의 첫걸음입니다. 진화가 항상 더 나은 방향, 즉 진보를 향해 나아간다는 생각 역시 경계해야 할 부분입니다. 과학자 스티븐 제이 굴드는 이를 '술 취한 사람의 걸음걸이'에 비유했습니다. 생명은 박테리아보다 더 단순해질 수 없는 한계점이라는 벽에서 시작되었기에, 무작위로 움직이다 보면 결국 복잡성이 증가하는 방향으로만 열려 있는 것처럼 보일 뿐입니다. 즉, 진화는 정해진 목적지를 향해 달려가는 직선적인 진보가 아니라, 주어진 환경 제약 속에서 우연과 필연이 얽히며 만들어내는 다채로운 변화의 궤적입니다. 이러한 비결정론적 관점은 생명의 역사가 가진 역동성과 우연의 소중함을 일깨워 줍니다. 진화의 주체는 생명체 자신이 아니라 그들을 둘러싼 환경입니다. 다윈이 제시한 '자연 선택'이라는 개념은 생명체가 의지를 가지고 스스로를 변화시키는 것이 아니라, 환경이 특정 형질을 선택해 냈음을 의미합니다. 이러한 탐구는 지구를 넘어 우주 생물학으로까지 확장됩니다. 외계 생명체를 찾는 여정은 단순히 타자를 발견하려는 목적을 넘어, 생명 탄생의 보편적인 조건을 확인하고 우리 인류의 기원을 더 깊이 이해하려는 시도입니다. 만약 지구 밖에서 우리와 유사하거나 혹은 전혀 다른 생명 시스템을 발견한다면, 이는 생명 진화에 대한 우리의 시야를 우주적 규모로 넓혀줄 것입니다. 21세기를 살아가는 우리에게 진화가 주는 가장 큰 교훈은 협력과 공감의 가치입니다. 진화의 핵심 키워드가 생존과 번식인 것은 분명하지만, 인류는 이를 단순히 이기적인 경쟁이 아닌 '초사회성'이라는 독특한 방식으로 풀어왔습니다. 현대 사회의 극심한 갈등과 격차 속에서 진화학은 우리에게 공동체의 범위를 어디까지 넓힐 것인지 묻습니다. 타인의 고통에 공감하고 협력의 단위를 확장하는 능력이야말로 인류가 진화의 과정에서 얻은 가장 강력한 생존 전략입니다. 결국 진화를 공부한다는 것은 우리가 어떻게 서로를 돕고 공존하며 미래를 설계할 것인지 고민하는 과정과 맞닿아 있습니다.

국립과천과학관과학토크🎙️

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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] 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

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[석학 인터뷰] 사상 최대의 진화적 사건은?😲 | 2022 '진화가 필요한 순간'

지구의 역사에는 다섯 번의 거대한 대멸종이 있었으며, 그중에서도 백악기 말 대멸종은 포유류의 운명을 바꾼 결정적인 사건이었습니다. 유카탄 반도에 거대한 운석이 충돌하며 당시 지구를 지배하던 공룡과 익룡 등 수많은 파충류가 한순간에 사라졌습니다. 이 거대한 비극은 역설적으로 인류가 출현할 수 있는 생태적 공간을 마련해 주었습니다. 만약 이 멸종이 없었다면 오늘날 인류가 지적 대화를 나누는 순간은 존재하지 않았을 것입니다. 생명의 역사를 거슬러 올라가면 모든 생물종의 공통 조상인 FUCA(First Universal Common Ancestor)를 만나게 됩니다. 이는 무생물에서 생명체로 넘어가는 기적 같은 순간으로, 세포가 형성되고 복제가 시작된 지점을 의미합니다. 또한 인류는 DNA 구조를 발견하고 해석함으로써 유전의 비밀을 밝혀내는 지적 도약을 이루었습니다. 이러한 생명과학의 발전은 우리가 생명의 기원과 진화의 원리를 깊이 이해하게 만들었으며, 인류의 지성이 폭발적으로 성장하는 계기가 되었습니다. 인류 문명은 과거의 거대한 변화를 거치며 새로운 국면을 맞이했습니다. 집단 속에서 발생하는 다양한 사회적 현상들은 인류를 이전과는 전혀 다른 길로 인도했으며, 이는 현대 사회의 복잡한 구조를 형성하는 기초가 되었습니다. 하지만 진화는 과거의 기록에만 머물지 않습니다. 지금 이 순간에도 개개인의 생애 주기가 모여 진화의 동력을 만들어내고 있습니다. 현재를 살아가는 우리 모두가 진화라는 거대한 흐름의 주인공이며, 우리가 발을 딛고 있는 지금이야말로 생명 역사에서 가장 역동적이고 중요한 순간입니다.

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

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[석학 인터뷰] 진화론은 무신론을 조장한다?🤔 | 2022 카오스강연 '진화'

진화론의 관점에서 볼 때, 인격적인 신이 인간을 창조했다는 유신론적 관념은 과학적으로 받아들이기 어려운 측면이 있습니다. 진화는 자연선택이라는 기계적이고 알고리즘적인 과정을 통해 단순한 생명체에서 복잡한 다양성을 만들어내는 원리이기 때문입니다. 이러한 관점에서 보면 신에 대한 생각조차 우리 뇌의 진화 과정에서 나타난 산물로 해석될 수 있습니다. 초자연적인 존재가 우리를 만든 것이 아니라, 진화한 뇌가 생존과 적응의 과정에서 신이라는 개념을 만들어냈다고 보는 것이 현대 과학의 논리적 귀결에 가깝습니다. 리처드 도킨스의 견해처럼 종교를 일종의 문화적 '바이러스'로 비유한다면, 이는 인간 사회에서 매우 효과적으로 전파되어 온 체계라고 할 수 있습니다. 특히 죽음에 대한 근원적인 두려움을 해소해 준다는 점에서 종교는 인류 역사 속에서 강력한 생존 전략 중 하나로 작용했습니다. 비록 생물학적 사실과는 거리가 멀지라도, 종교가 공동체의 윤리를 바로잡고 구성원들에게 심리적 안정감을 제공한다면 그 사회적 순기능은 무시할 수 없습니다. 즉, 과학적 진실을 직시하는 것만이 반드시 더 나은 사회를 보장하는 유일한 길은 아닐 수도 있다는 점을 시사합니다. 흔히 과학은 구체적인 데이터만을 다루고, 종교는 삶의 심오한 가치와 도덕을 담당한다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 신의 존재에 대한 근거가 희박한 상태에서 종교적 교리에만 의존해 윤리적 판단을 내리는 것은 때로 위험한 결과를 초래할 수 있습니다. 특정 교리가 보편적인 인권이나 번영을 저해하는 사례들을 볼 때, 우리는 삶의 의미를 초자연적인 존재가 아닌 인간의 이성과 지식에서 찾아야 합니다. 현대 사회에서 과학은 유신론적 관념이 초래할 수 있는 비합리적인 위험을 방지하고, 인본주의적 가치에 기반한 합리적인 사회를 구축하는 데 중요한 역할을 수행합니다. 무신론적 세계관의 확산이 오직 진화생물학만의 결과는 아닙니다. 천문학, 물리학, 역사학 등 다양한 학문 분야가 유신론적 설명 방식과 대립하며 현대인의 인식을 변화시켜 왔습니다. 20세기 초반의 역사적 사건들로 인해 진화론이 종교와의 대립 전선에서 가장 두드러지게 보였을 뿐, 사실 모든 자연과학은 실험과 입증을 바탕으로 하기에 신의 존재를 전제하지 않습니다. 따라서 진화론을 무신론을 조장하는 유일한 원인으로 지목하기보다는, 현대 과학 전반이 이성적 사고를 통해 세상을 이해하려는 시대적 흐름의 일부라고 보는 것이 더 적절합니다. 과학과 종교는 세상을 바라보는 근본적인 태도에서 차이를 보입니다. 과학이 '알아야 사랑할 수 있다'는 입장에서 증명 가능한 사실을 추구한다면, 종교는 '사랑해야 알 수 있다'는 믿음의 영역을 강조합니다. 이러한 인식의 차이 때문에 두 영역을 억지로 통합하거나 어느 한쪽이 다른 쪽을 완벽히 설명하기는 어렵습니다. 결국 중요한 것은 과학적 사실과 종교적 신념이 서로의 영역을 존중하면서도, 인간이 마주한 실존적 고통과 사회적 문제를 해결하기 위해 각자의 자리에서 어떤 기여를 할 수 있는지 고민하는 균형 잡힌 시각을 갖는 것입니다.

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

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[석학 인터뷰] 이성을 유혹하기 위한 인간의 진화😘 | 2022 카오스강연 '진화'

다윈의 진화론에서 성선택은 자연선택의 관점만으로는 설명하기 어려운 독특한 현상입니다. 생존에 유리한 형질이 살아남는다는 자연선택의 원리와 달리, 자연계에는 공작의 화려한 깃털처럼 오히려 생존에 방해가 되는 형질들이 존재하기 때문입니다. 이러한 형질들은 포식자의 눈에 띄기 쉽고 도망치기에도 불편하지만, 암컷에게 선택받을 확률을 높여줌으로써 다음 세대로 전달됩니다. 즉, 생존이 아닌 짝짓기 성공을 위해 보존되는 '성적으로 선택된 형질'인 것입니다. 이는 진화의 동력이 단순히 살아남는 것에만 있지 않음을 보여줍니다. 성선택과 자연선택의 관계에 대해서는 학계에서도 다양한 논의가 이어져 왔습니다. 넓은 의미에서 자연선택은 생존과 번식을 통해 형질의 차이가 전달되는 모든 과정을 포함하므로, 성선택 역시 자연선택의 큰 틀 안에 포함된다고 볼 수 있습니다. 하지만 구체적인 메커니즘을 살펴보면 두 개념은 서로 다른 초점을 가집니다. 자연선택이 수명이나 적응력 등 전반적인 적합도에 관여한다면, 성선택은 교미 빈도나 짝짓기 성공률과 같은 번식 관련 형질에 더 집중합니다. 결국 성선택은 개체가 자신의 유전자를 후대에 남기기 위해 치르는 치열한 경쟁의 결과물이라 할 수 있습니다. 어떤 형질들은 생존 능력을 다소 희생하더라도 번식 성공률을 극대화하는 방향으로 진화합니다. 수컷 개구리가 포식자에게 노출될 위험을 무릅쓰고 크게 우는 것이나, 화려한 색채를 뽐내는 것은 자신의 생존 확률을 낮추는 행위입니다. 그럼에도 불구하고 이러한 형질이 유지되는 이유는 생존의 감소분보다 번식을 통한 유전자 전달의 이득이 더 크기 때문입니다. 즉, 자연선택의 과정에서 생존과 생식이라는 두 가지 요인이 최적화되는 과정에서 성선택이 강력하게 작용하는 것입니다. 이는 진화가 단순히 오래 사는 것이 아니라, 얼마나 효과적으로 유전자를 전달하느냐의 문제임을 시사합니다. 인간의 고유한 형질 중에서도 성선택의 흔적을 찾아볼 수 있습니다. 유머, 예술, 지능과 같은 정신적 능력들은 생존에 직접적인 도움을 주지 않는 것처럼 보일 때가 많습니다. 진화심리학자들은 이러한 형질들이 공작의 꼬리처럼 이성을 유혹하기 위한 도구로 진화했을 가능성을 제기합니다. 기가 막히게 멋있고 휘황찬란하지만 실생활에서의 실용성이 모호한 인간의 문화적 역량들이 사실은 성선택에 의한 결과물일 수 있다는 주장입니다. 물론 각 형질이 구체적으로 어떤 경로를 통해 진화했는지는 면밀한 조사가 필요하지만, 성선택이 인간의 복잡한 내면세계를 형성하는 데 중요한 역할을 했음은 부정하기 어렵습니다. 다윈이 처음 성선택 이론을 발표했을 당시, 영국 사회는 이를 쉽게 받아들이지 못했습니다. 특히 암컷에게 선택권이 있다는 주장은 당시의 가부장적인 사회 분위기 속에서 무시당하기 일쑤였습니다. 이로 인해 성선택 연구는 약 100년 동안 정체기를 겪었으나, 1960년대 이후 여성 운동과 함께 다시 활발하게 논의되기 시작했습니다. 현대 진화생물학에서는 발표되는 논문의 상당수가 성선택을 다룰 정도로 그 중요성이 높게 평가됩니다. 아무리 생존에 유리한 형질이라도 번식으로 이어지지 않으면 진화할 수 없기에, 성선택은 자연선택보다 더 강력하고 결정적인 진화의 메커니즘으로 자리 잡고 있습니다.

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

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[강연] 진화의 원동력, DNA _ by이현숙 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 8강 | 8강

진화의 역사를 돌이켜볼 때, 찰스 다윈은 DNA라는 분자의 존재를 전혀 알지 못했음에도 불구하고 생명 진화의 가장 핵심적인 원리를 꿰뚫어 본 인물이었습니다. 그는 수많은 관찰과 기록을 통해 종의 기원을 탐구했으며, 생명체가 환경에 적응하며 변화해가는 과정을 '자연선택'이라는 개념으로 정립했습니다. 오늘날 우리가 이해하는 진화는 결국 DNA에 새겨진 정보의 변화와 그 궤를 같이하며, 다윈이 가졌던 의문들은 현대 분자생물학을 통해 그 해답을 찾아가고 있습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 DNA 이중 나선 구조는 생명 과학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 로잘린 프랭클린의 엑스선 회절 데이터를 바탕으로 규명된 이 구조는 단순히 분자의 형태를 밝힌 것에 그치지 않고, 생명 정보가 어떻게 복제되고 다음 세대로 전달되는지를 시사했습니다. 불과 900자도 되지 않는 짧은 논문이었지만, 그 안에는 생명의 설계도가 가진 아름다움과 유전의 비밀을 푸는 열쇠가 담겨 있었으며 이는 현대 생물학의 위대한 시작이 되었습니다. 생명 현상의 중심에는 DNA에서 RNA를 거쳐 단백질로 이어지는 '센트럴 도그마'라는 정보의 흐름이 존재합니다. DNA가 생명의 설계도라면, RNA는 그 정보를 전달하는 매개체이며 단백질은 실제로 우리 몸에서 다양한 기능을 수행하는 일꾼입니다. 최근에는 단백질을 만들지 않는 비부호화 RNA의 역할이 새롭게 조명되면서 생명 조절 기작의 복잡성이 더욱 드러나고 있습니다. 이러한 정보 전달 체계는 생명체가 생존을 유지하고 환경에 반응하는 근본적인 원동력이 됩니다. DNA는 복제 과정에서 끊임없이 변이를 일으키며, 이러한 불완전함이야말로 진화를 가능케 하는 핵심 요소입니다. 세포 분열 시 발생하는 수많은 복제 오류는 정교한 수선 기작을 통해 대부분 교정되지만, 일부 남겨진 변이들은 생명 종의 다양성을 풍부하게 만드는 원천이 됩니다. 만약 DNA가 한 치의 오차도 없이 완벽하게 복제되었다면 생명체는 변화하는 환경에 적응하지 못하고 멸종했을 것입니다. 즉, DNA의 미세한 오류는 생존을 위한 진화의 필연적인 선택입니다. 우리 몸의 면역 체계는 DNA의 변이와 수선 기작의 원리를 가장 적극적으로 활용하는 사례 중 하나입니다. 외부에서 침입하는 수억 개의 바이러스에 대항하기 위해 면역 세포는 DNA를 스스로 자르고 재조합하며 무한한 다양성을 가진 항체를 만들어냅니다. 이러한 과정은 마치 생태계의 진화가 압축적으로 일어나는 것과 같으며, 우리가 끊임없이 변화하는 병원균 사이에서 생존할 수 있는 이유이기도 합니다. DNA의 역동적인 변화 능력은 우리 몸을 지키는 가장 강력한 방패가 됩니다. 염색체의 끝단에 위치한 텔로미어는 생명체의 노화와 수명을 결정짓는 중요한 지표입니다. TTAGGG라는 특정 염기 서열이 반복되는 이 구조는 세포 분열 시 유전 정보가 손실되지 않도록 보호하는 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면 텔로미어는 일반적인 이중 나선 구조 외에도 네 가닥이 꼬인 특이한 구조를 형성하며 유전체의 안정성을 유지합니다. 이러한 특수한 DNA 구조와 이를 관리하는 단백질들의 상호작용을 이해하는 것은 암과 같은 질병의 원인을 밝히는 데 중요한 단서가 됩니다. 현대 과학은 이제 DNA 염기 서열을 분석하는 수준을 넘어, 인공지능과 빅데이터를 결합한 맞춤형 의료 시대로 나아가고 있습니다. 차세대 염기 서열 분석(NGS)의 발전으로 개인의 유전 정보를 단 며칠 만에 해독할 수 있게 되었으며, 이를 통해 환자 개개인에게 최적화된 치료법을 제시하는 것이 가능해졌습니다. DNA라는 생명의 연대기를 깊이 있게 탐구함으로써 인류는 질병의 고통에서 벗어나 더 나은 복지를 누릴 수 있는 새로운 가능성을 열어가고 있습니다.

이현숙

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 짧강] 우연과 필연 _ by김항배｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 2강

우리가 이 광활한 우주에 존재한다는 사실은 단순한 우연일까요, 아니면 필연적인 결과일까요? 현대 과학은 우리가 존재하게 된 과정을 물리 법칙의 관점에서 탐구하며 이 질문에 답하려 노력합니다. 예를 들어, 6,500만 년 전 소행성 충돌이 없었다면 공룡은 멸종하지 않았을 것이고, 인류의 번성 또한 불가능했을지도 모릅니다. 이러한 사건들은 겉보기에 극히 낮은 확률로 일어난 우연처럼 보이지만, 과학자들은 이를 단순한 운으로 치부하기보다 그 이면에 숨겨진 원리를 찾고 이를 필연의 영역으로 끌어들이고자 합니다. 물리학에서 우연이란 대개 정보의 부족이나 관측의 한계에서 비롯된 확률적 상태를 의미합니다. 우리는 시스템이 너무 복잡하여 모든 변수를 추적할 수 없거나, 양자역학적 미시 세계의 근원적인 불확실성 때문에 사건을 확률로만 예측할 수 있습니다. 하지만 과학의 목표는 이러한 우연을 필연적인 논리로 설명하는 데 있습니다. 생명체의 진화가 무작위적인 돌연변이에서 시작되지만 환경이라는 통제 기제를 통해 일정한 방향성을 갖게 되듯, 우주의 탄생과 진화 역시 무작위성 속에서 질서를 찾아가는 과정이라 할 수 있습니다. 낮은 확률의 우연을 필연으로 바꾸는 가장 강력한 전략은 바로 '무한한 시행'입니다. 우리 우주가 현재의 모습을 갖추게 된 배경에는 수많은 가능성이 실제로 구현되었을 것이라는 다중우주가 자리 잡고 있습니다. 아무리 일어날 법하지 않은 사건이라도, 모든 가능한 경우의 수가 실제로 어딘가에서 실현되고 있다면 우리가 존재하는 이 우주는 더 이상 기적이 아닌 당연한 결과가 됩니다. 물리학자들은 복잡한 인간이나 거대한 우주를 단순화된 모형으로 분석하며, 그 안에서 일어나는 수많은 요동 속에서도 변하지 않는 물리 법칙의 필연성을 도출해냅니다. 다중우주의 개념은 그 깊이에 따라 여러 단계로 분류됩니다. 동일한 물리 법칙을 공유하는 복사본 우주부터, 기본 상수나 물리 법칙 자체가 완전히 다른 우주, 그리고 양자역학적 관측에 의해 끊임없이 갈라지는 다세계 해석에 이르기까지 그 범위는 매우 넓습니다. 특히 초끈이론은 다양한 진공 상태를 통해 인류 원리를 설명할 수 있는 이론적 토대를 제공합니다. 비록 이러한 다중우주를 직접 관측하는 것은 현재의 기술로 불가능에 가깝지만, 이는 현대 물리학이 직면한 난제들을 해결하기 위해 제안된 가장 최첨단의 논리적 답변 중 하나입니다. 우리가 관측할 수 있는 우주의 경계 너머에는 무엇이 존재할까요? 현재의 관측 기술로는 465억 광년이라는 한계가 존재하지만, 실제 우주는 그보다 훨씬 거대하거나 심지어 무한할 수도 있습니다. 또한 우리가 암흑 물질이나 암흑 에너지라고 부르는 미지의 영역에도 우리 세계만큼이나 복잡하고 정교한 구조가 펼쳐져 있을 가능성이 있습니다. 우주를 이해하려는 여정은 결국 우연처럼 보이는 현상들 속에서 보편적인 필연성을 찾아내는 과정입니다. 비록 모든 질문에 대한 완벽한 답을 얻지는 못하더라도, 이러한 탐구는 존재의 근원을 이해하려는 인류의 위대한 도전입니다.

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[석학 인터뷰] 캄브리아기 대폭발이 결정적 시기인 이유!?🌎 | 2022 카오스강연 '진화'

약 5억 4천만 년 전, 지구 생태계에는 '캄브리아기 대폭발'이라 불리는 경이로운 사건이 일어났습니다. 이는 오늘날 우리가 알고 있는 모든 동물의 기본 설계도인 '바디 플랜'이 완성된 시기로, 생명 진화의 역사에서 가장 중요한 기점으로 평가받습니다. 당시 바다에는 산소 농도가 급격히 증가하며 생명체가 활동하기에 최적의 환경이 조성되었고, 이를 바탕으로 수많은 종이 폭발적으로 분화하기 시작했습니다. 다윈조차 의문을 가졌을 만큼 이 갑작스러운 변화는 현대 고생물학에서도 여전히 핵심적인 연구 주제로 다뤄지고 있습니다. 화석 기록에 따르면 이 시기에 동물의 골격과 같은 단단한 부위가 갑자기 등장합니다. 이는 단순히 생명체가 늘어난 것을 넘어, 개체 간의 치열한 생존 경쟁이 시작되었음을 의미합니다. 먹고 먹히는 관계가 빈번해지면서 자신을 보호하기 위한 외골격이나, 더 빠르게 헤엄치기 위한 내골격의 진화가 필수적이었습니다. 즉, 공격과 방어라는 생존 전략이 맞물리며 화석으로 남을 수 있는 신체 구조가 동시다발적으로 발달하게 된 것입니다. 이러한 변화는 생명체가 환경에 수동적으로 적응하는 단계를 넘어 복잡한 생태계를 형성했음을 보여줍니다. 캄브리아기 대폭발의 가장 흥미로운 지점 중 하나는 바로 '눈'의 진화입니다. 이전의 생명체들이 단순히 빛을 감지하는 수준이었다면, 이 시기에는 사물을 구체적으로 인식할 수 있는 정교한 눈이 등장했습니다. 시각의 발달은 본격적인 포식자의 출현을 이끌었고, 이는 생태계에 거대한 파장을 일으켰습니다. 포식자로부터 살아남기 위해 동물들은 더욱 다양하고 새로운 생존 전략을 세워야 했으며, 이 과정에서 완전히 새로운 형태의 동물문들이 탄생하게 되었습니다. 눈의 진화가 생명의 다양성을 촉발한 결정적인 방아쇠 역할을 했을 가능성이 큽니다. 우리는 흔히 진화의 과정을 현대의 지식 체계 안에서만 이해하려 하지만, 진정한 진화를 이해하기 위해서는 35억 년이라는 방대한 시간의 개념을 먼저 받아들여야 합니다. 인간의 관점에서 1억 분의 1이라는 확률은 불가능에 가깝지만, 지질학적 시간의 흐름 속에서는 충분히 일어날 수 있는 필연적인 사건이 됩니다. 캄브리아기의 폭발적 변화 역시 우연한 미스터리가 아니라, 오랜 시간 축적된 환경적 요인과 생물학적 실험이 맞물려 나타난 결과입니다. 따라서 우리는 불완전한 지식의 한계를 인정하고, 당시의 환경이 왜 그런 변화를 가능하게 했는지 탐구하는 자세가 필요합니다. 캄브리아기에는 현재 우리가 볼 수 있는 형태보다 훨씬 더 기기묘묘하고 다양한 '바디 플랜'이 존재했습니다. 생명은 끊임없이 분화하며 스스로를 실험했고, 그 과정에서 나타난 수많은 형태 중 자연 선택을 통해 살아남은 것들이 오늘날 동물의 기틀이 되었습니다. 당시의 폭발적인 다양성은 생태계가 최적의 생존 모델을 찾아가는 거대한 시행착오의 과정이었던 셈입니다. 결국 캄브리아기 대폭발은 생명이 주어진 환경에서 어떻게 분화하고 적응하는지를 보여주는 가장 역동적인 사례이며, 지구 역사의 흐름 속에서 언젠가는 일어날 수밖에 없었던 필연적인 축제였습니다.

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

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[강연] 새는 날고 곤충은 뛴다 : 진화가 만들어 낸 움직임의 신비 _ by이상임 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 2강 | 2강

자연선택에 의한 진화는 개체 간의 유전적 차이가 환경에 따라 생존과 번식의 차이로 이어지며 개체군의 조성이 변화하는 과정입니다. 이 과정을 통해 만들어진 결과물을 우리는 '적응'이라 부릅니다. 적응은 단순히 환경에 맞추는 것을 넘어 개체의 적응도를 높이는 구체적인 특징을 의미합니다. 진화의 역사 속에서 날개나 다리의 구조와 같은 중요한 적응이 나타날 때마다 생태계에는 폭발적인 종분화가 일어났으며, 이는 생명체가 새로운 환경으로 진출하는 결정적인 계기가 되었습니다. 새의 날개는 공룡의 앞다리에서 분화된 놀라운 적응의 산물입니다. 날개는 단순히 하나의 판이 아니라 수많은 깃털이 정교하게 모여 익형 구조를 이룹니다. 특히 인접한 깃털 사이에는 미세한 돌기와 가시가 존재하여 마치 벨크로처럼 서로를 붙잡아주는 역할을 합니다. 이러한 구조 덕분에 날개를 아래로 내릴 때는 넓은 면적을 형성해 큰 힘을 받고, 위로 올릴 때는 틈이 생겨 공기가 잘 흐르게 됩니다. 깃털 하나하나가 비행에 최적화된 독립적인 익형이면서도 동시에 거대한 날개의 일부로 기능하는 셈입니다. 비행의 정교함은 '알룰라'라고 불리는 깃에서 정점을 찍습니다. 새의 엄지손가락에 해당하는 이 구조는 착륙이나 방향 전환 시에 주로 사용됩니다. 비행기 날개의 슬랫과 유사한 역할을 하는 알룰라는 날개 앞부분에서 와류를 발생시켜 공기 흐름이 날개 표면에 밀착되도록 돕습니다. 이를 통해 받음각이 높은 상황에서도 실속을 방지하고 양력을 높여줍니다. 아주 작은 깃털 하나가 비행의 안정성과 기동성을 결정짓는 핵심적인 장치로 작용하며 자연선택의 정밀함을 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 비행의 원리는 중력, 양력, 추력, 항력이라는 네 가지 힘의 상호작용으로 설명됩니다. 날개의 유선형 구조는 위아래의 압력 차이를 만들어내며, 뉴턴의 작용-반작용 법칙과 베르누이의 원리에 의해 기체를 위로 떠오르게 하는 양력을 발생시킵니다. 새들은 수천만 년 전부터 이러한 물리 법칙을 몸의 구조와 행동으로 구현해 왔습니다. 상황에 따라 날개의 받음각을 조절하며 양력을 키우거나 줄이는 새들의 비행 기술은 인간이 만든 최첨단 비행기보다 훨씬 유연하고 효율적인 자연의 공학적 성취라고 볼 수 있습니다. 곤충의 세계에서도 물리학을 이용한 놀라운 적응을 발견할 수 있습니다. 소금쟁이는 수면의 표면장력을 깨지 않으면서도 강력하게 도약하는 기술을 가졌습니다. 이들은 다리를 내리는 속도와 물을 치는 힘을 정교하게 조절하여 수면이 허용하는 최대치의 힘을 이끌어냅니다. 만약 다리가 수면을 뚫고 빠지게 되면 도약에 필요한 힘을 얻을 수 없기 때문에, 소금쟁이의 다리 형태와 움직임은 수면의 물리적 특성과 밀접하게 연관되어 진화했습니다. 이는 생명체가 환경의 물리적 한계를 어떻게 극복하고 이용하는지를 잘 보여줍니다. 적응은 개체의 생존 전략과도 깊이 연결되어 있습니다. 암컷 소금쟁이는 교미 시 수컷을 등에 업고 있어 포식자의 위험에 더 많이 노출되는데, 이로 인해 체중 변화에 더 민감하게 반응하여 도약 속도를 조절하는 기작을 발달시켰습니다. 또한 베트남의 거대 소금쟁이는 일반적인 종과 달리 다리를 수면 아래로 빠뜨리면서도 털 사이에 포집된 공기 방울을 이용해 도약하는 독특한 방식을 취합니다. 이처럼 같은 목적을 가진 행동이라도 종의 크기와 환경에 따라 서로 다른 진화적 해결책이 존재한다는 점은 생명 다양성의 신비를 더해줍니다. 생명체의 구조와 기능은 결코 분리될 수 없으며, 이를 온전히 이해하기 위해서는 생물학뿐만 아니라 물리, 공학, 수학 등 다학문적 접근이 필수적입니다. 진화는 모든 생명 현상의 근간을 이루는 원리이기에, 분자 수준부터 생태계 전체에 이르기까지 어느 스케일에서나 연구될 수 있습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 완성한 적응의 결과물은 현대 과학의 난제를 해결할 중요한 열쇠가 됩니다. 생체 모방 기술을 넘어 생명의 원리를 깊이 탐구하는 과정은 우리가 자연과 공존하며 미래를 설계하는 데 큰 영감을 줄 것입니다.

이상임

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생명과학

[강연] 화석, 진화의 열쇠 _ by이융남 ㅣ 2022 '진화가 필요한 순간' 1강 | 1강

지구의 장구한 역사 속에서 생명체가 어떻게 변화해 왔는지를 밝혀내는 학문이 바로 진화학입니다. 진화를 가장 실증적으로 증명할 수 있는 열쇠는 바로 화석입니다. 1861년 독일에서 발견된 시조새 화석은 깃털 자국과 파충류의 골격 특징을 동시에 지니고 있어 진화의 아이콘이 되었습니다. 이처럼 화석은 과거에 살았던 생물들의 흔적을 통해 현재의 생물 다양성이 어디에서 기원했는지를 보여주는 결정적인 증거가 됩니다. 우리는 화석이라는 책장을 한 장씩 넘기며 생명의 대도약이 일어났던 순간들을 마주하게 됩니다. 찰스 다윈은 1859년 '종의 기원'을 통해 현대 진화론의 기틀을 마련했습니다. 그는 자연선택이라는 기제를 통해 환경에 잘 적응한 개체가 살아남아 유전자를 전달한다는 원리를 설명했습니다. 다윈이 진화론을 완성하는 데 있어 가장 큰 고민은 시간 문제였으나, 지질학의 발달로 지구의 나이가 매우 오래되었다는 사실을 인지하며 이를 해결했습니다. 진화는 짧은 시간 안에 일어나는 변화가 아니라, 수억 년에 걸친 장구한 세월 동안 축적된 결과물입니다. 다윈은 이를 '변화된 후손'이라는 개념으로 정의하며 생명의 연속성을 강조했습니다. 지구의 역사를 에펠탑의 높이에 비유한다면, 인류가 생존한 기간은 꼭대기에 칠해진 페인트 한 겹의 두께에 불과할 정도로 짧습니다. 이 긴 시간 동안 지구상에는 약 10억 종의 생물이 살았던 것으로 추정되지만, 그중 99%는 이미 멸종했습니다. 우리가 현재 목격하는 생물 다양성은 거대한 생명의 나무에서 아주 일부분에 해당할 뿐입니다. 화석으로 발견된 종은 약 20만 종에 불과하며, 이는 과거에 존재했던 생명체의 극히 일부만을 알고 있다는 뜻입니다. 따라서 화석 연구는 사라진 99%의 생명체와 현재의 우리를 연결하는 유일한 통로라고 할 수 있습니다. 생명 진화의 역사에서 가장 극적인 순간 중 하나는 물고기가 육지로 올라온 사건입니다. 고생대 데본기, 지느러미에 뼈가 있는 육기어류는 얕은 물가를 탐험하며 육상 생활에 적응하기 시작했습니다. 이 과정에서 중력을 견디기 위한 다리 골격이 발달하고, 아가미 대신 폐로 호흡하는 변화가 일어났습니다. 틱타알릭과 같은 화석은 물고기와 사지동물의 중간 단계적 특징을 명확히 보여줍니다. 또한 머리뼈와 어깨뼈가 분리되면서 목을 자유롭게 움직일 수 있게 된 변화는 육상 환경에서 생존하기 위한 필수적인 진화적 선택이었습니다. 거북의 등껍질이나 새의 날개 같은 독특한 신체 구조 역시 화석을 통해 그 기원이 밝혀졌습니다. 거북은 갈비뼈가 확장되어 등껍질을 형성하는 과정에서 팔뼈가 갈비뼈 안쪽으로 들어가는 기이한 구조를 갖게 되었습니다. 한편, 공룡에서 조류로의 진화는 현대 고생물학의 가장 흥미로운 주제입니다. 시조새뿐만 아니라 최근 발견된 수많은 깃털 공룡 화석들은 새가 공룡의 직계 후손임을 증명합니다. 깃털은 처음부터 비행을 위한 것이 아니라 체온 조절이나 구애를 위해 발생했으며, 이후 비행에 적합한 형태로 진화하며 하늘을 정복하게 되었습니다. 포유류는 중생대 트라이아스기에 처음 등장했지만, 공룡이 지배하던 시기에는 야행성 동물로 미미하게 생존했습니다. 그러나 이 시기에 포유류는 청각의 혁명적인 진화를 이루어냈습니다. 파충류의 턱관절을 구성하던 뼈들이 귓속으로 들어가 망치뼈와 모루뼈가 되면서 소리를 증폭하는 정교한 중이 구조가 완성된 것입니다. 백악기 말 공룡의 대멸종은 포유류에게 새로운 기회가 되었습니다. 비어 있는 생태계로 진출한 포유류는 고래, 코끼리, 그리고 인류에 이르기까지 폭발적인 적응 방산을 통해 지구의 새로운 주인으로 자리매김하게 되었습니다. 인류의 진화는 영장류의 특징인 물건을 잡을 수 있는 손과 직립 보행에서 시작되었습니다. 약 700만 년 전 공통 조상으로부터 갈라져 나온 인류는 아르디피테쿠스와 오스트랄로피테쿠스를 거쳐 현대 인류인 호모 사피엔스로 진화했습니다. 인류를 정의하는 가장 큰 특징은 큰 뇌보다도 두 발로 걷는 직립 보행의 여부입니다. 화석은 우리가 어디에서 왔으며 어떤 과정을 거쳐 현재의 모습이 되었는지를 알려주는 가장 정직한 기록입니다. 38억 년이라는 거대한 시간의 흐름 속에서 우리 각자의 삶은 그 자체로 진화가 만들어낸 기적과도 같습니다.

이융남

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지구환경과학

[인터뷰] 이상임 _ 새의 날개와 비행의 신비 | 2022 '진화가 필요한 순간'

생명체의 비행과 도약은 오랜 진화의 역사를 거쳐 만들어진 정교한 적응의 산물입니다. 새가 공중을 날고 물고기가 바다를 헤엄치는 것은 기계가 작동하는 원리와 유사한 환경적 제약을 공유합니다. 유체와의 상호작용을 연구할 때 생물학적 관점뿐만 아니라 기계공학적 도구를 활용하는 이유도 여기에 있습니다. 날개와 같은 복잡한 구조는 단 한 번의 돌연변이로 탄생하지 않습니다. 수많은 변이가 누적되고 자연선택을 거치며 비로소 환경에 최적화된 비행이라는 놀라운 능력이 완성되는 것입니다. 새와 곤충은 모두 하늘을 날지만 그 진화적 기원은 완전히 다릅니다. 곤충의 날개는 다리를 둘러싼 조직의 일부가 변형된 것이라면, 새의 날개는 척추동물의 앞다리가 진화한 결과입니다. 이처럼 서로 다른 조상으로부터 출발했음에도 비행이라는 동일한 해결책에 도달한 것은 진화의 흥미로운 지점입니다. 곤충의 날개가 네 개라고 해서 새보다 비행 능력이 우월한 것은 아니며, 각자 자신이 처한 환경에서 충분한 양력과 조종력을 확보할 수 있는 독자적인 생존 전략을 구축해 온 것입니다. 비행기와 새의 날개 사이에는 결정적인 차이가 존재합니다. 고정된 형태를 가진 비행기 날개와 달리, 새의 날개는 위아래로 움직일 뿐만 아니라 각도를 자유자재로 조절할 수 있는 유동적인 구조를 가집니다. 이러한 유연성 덕분에 새는 이륙 시 다리로 지면을 차고 오르는 동시에 날갯짓으로 방향과 힘을 정밀하게 제어합니다. 특히 알바트로스처럼 날개가 뾰족한 새들은 까치와 달리 도움닫기가 필수적인데, 이는 종마다 신체 구조에 맞춰 비행 방식이 최적화되었음을 보여주는 사례입니다. 진화은 흔히 단순함에서 복잡함으로 나아가는 일정한 방향성이 있다고 오해받곤 하지만, 실제로는 예측 불가능한 과정에 가깝습니다. 생명체의 형질은 최선의 선택이 아니라 현재 주어진 조건에서 문제를 해결하기 위한 최적의 선택을 따릅니다. 우리가 생체모방공학을 통해 자연에서 아이디어를 얻는 이유도 바로 여기에 있습니다. 비슷한 환경에 놓인 생명체들이 공통으로 도출해낸 효율적인 해결책을 분석함으로써, 우리는 기계 설계에 있어 보다 혁신적이고 실질적인 영감을 얻을 수 있게 됩니다. 새의 비행은 본능과 학습, 그리고 물리적 법칙이 절묘하게 어우러진 결과물입니다. 비행을 위한 근육과 골격은 타고나지만, 변화무쌍한 환경에서 날개를 어떻게 움직일지는 경험을 통해 습득됩니다. 특히 까치의 비행을 관찰하면 깃털 하나하나가 공기의 흐름에 따라 유연하게 휘어지는 모습을 볼 수 있습니다. 새가 의도적으로 깃털을 구부리는 것이 아니라, 깃털의 재질과 공기역학적 상호작용이 만들어내는 이 아름다운 움직임이야말로 생태계가 빚어낸 가장 경이로운 예술 중 하나입니다.

이상임

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생명과학

[인터뷰] 이융남 _ 공룡의 진화와 멸종에 대한 모든 것 | 2022 '진화가 필요한 순간'

진화의 역사를 이해하는 데 있어 화석은 과거와 현재를 잇는 가장 강력한 증거입니다. 찰스 다윈의 『종의 기원』 출간 이후 발견된 콤프소그나투스와 시조새 화석은 공룡과 조류 사이의 밀접한 연관성을 보여며 진화론을 뒷받침하는 결정적인 단서가 되었습니다. 특히 척추동물 화석은 생명체가 겪어온 거대한 변화의 흐름을 시각적으로 증명해 줍니다. 이러한 화석 기록을 통해 우리는 단순히 과거의 생명체를 복원하는 것을 넘어, 생명이 어떤 과정을 거쳐 현재의 다양성을 확보하게 되었는지 깊이 있게 통찰할 수 있습니다. 현대 과학은 공룡이 완전히 멸종한 것이 아니라 조류로 진화하여 우리 곁에 남아있음을 증명하고 있습니다. 실제로 지구상에는 포유류보다 훨씬 많은 약 1만 종의 조류가 살고 있으며, 이는 우리가 여전히 공룡의 시대에 살고 있다고 해도 과언이 아님을 시사합니다. 최근 전 세계에서 발견되는 다양한 깃털 공룡 화석은 깃털이 조류만의 전유물이 아니었음을 보여줍니다. 과거에는 파충류처럼 매끄러운 피부로 묘사되던 공룡들이 이제는 화려한 깃털을 가진 모습으로 복원되며 대중문화 속에서도 그 과학적 사실이 반영되고 있습니다. 공룡이 거대한 몸집을 가질 수 있었던 이유는 당시의 풍부한 먹이 환경과 독특한 해부학적 구조 덕분입니다. 쥐라기 시대의 거대한 겉씨식물은 초식 공룡의 대형화를 이끌었고, 이를 사냥하는 육식 공룡 또한 덩달아 커졌습니다. 특히 파충류는 포유류와 달리 뼈의 성장을 멈추게 하는 성장판이 없어, 영양 상태만 뒷받침된다면 평생 성장이 가능했습니다. 비록 현재 지구상에서 가장 큰 동물은 포유류인 고래이지만, 중생대의 공룡들은 그들만의 생물학적 이점을 활용하여 육상 생태계에서 전무후무한 크기를 자랑하며 번성할 수 있었습니다. 한반도는 중생대 백악기 지층이 넓게 분포하고 있어 공룡 발자국과 알 화석의 보고로 불립니다. 특히 경상도와 전라도의 호수 퇴적층에서는 수많은 공룡 발자국이 발견되는데, 이는 당시 공룡들이 이동하기 편리한 물가를 따라 집단생활을 했음을 보여줍니다. 발자국이나 알과 같은 흔적 화석은 공룡의 생태와 행동 양식을 연구하는 데 귀중한 자료가 됩니다. 비록 울창한 식생과 지각 변동으로 인해 뼈 화석을 발굴하는 것이 쉽지는 않지만, 여전히 한반도 지층 속에는 우리가 아직 발견하지 못한 새로운 공룡의 기록들이 잠들어 있습니다. 공룡 화석을 찾는 과정은 영화 속 첨단 장비보다는 정밀한 지질학적 분석과 끈기 있는 탐사에 의존합니다. 연구자들은 지질도를 바탕으로 중생대 육성 퇴적층이 드러난 지역을 선별하며, 주로 식생이 적고 지층이 잘 노출된 황무지나 오지를 찾아 나섭니다. 북미 대륙이나 몽골, 중국, 아르헨티나와 같은 지역이 대표적인 공룡 화석지로 꼽히는 이유도 바로 이러한 지질학적 조건이 충족되기 때문입니다. 1억 6천만 년이라는 긴 시간 동안 지구를 지배했던 공룡의 흔적을 찾는 여정은 인류의 기원과 생명의 연속성을 이해하는 중요한 열쇠가 됩니다.

이융남

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학

[강연] Acts of a Darwin’s Apostle [다윈 사도 행전] _ by최재천 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 10강 | 10강

진화라는 학문은 단순히 생명의 역사를 나열하는 데 그치지 않습니다. 그것은 우리가 지구라는 행성에서 다른 생명체들과 어떻게 상호작용하며 살아가야 하는지를 가르쳐 줍니다. 진화를 공부하며 우리는 더 나은 사람이 되고 싶다는 열망을 품게 됩니다. 여기서 더 나은 사람이란 사회적 성취를 이룬 사람이 아니라, 생명의 공생 원리를 이해하고 타자에게 더 다정한 존재가 되는 것을 의미합니다. 이러한 깨달음은 우리 삶을 지탱하는 강력한 힘이 됩니다. 서구 사회에서 찰스 다윈은 인류 역사상 가장 영향력 있는 인물 중 하나로 손꼽히지만, 한국에서의 위상은 상대적으로 낮었습니다. 다윈의 진화론은 단순한 과학 이론을 넘어 인류의 사고방식을 송두리째 바꾼 위대한 아이디어입니다. 하지만 한국은 오랫동안 다윈의 사상을 깊이 있게 수용하지 못한 '다윈 후진국'에 머물러 있었습니다. 이를 극복하기 위해 학계에서는 다윈의 저서들을 제대로 번역하고 그의 이론을 대중에게 알리려는 노력을 지속해 왔습니다. 과학계의 거두인 제임스 왓슨과 에드워드 윌슨의 일화는 진화론이 가진 통합의 힘을 잘 보여줍니다. 분자생물학과 자연주의라는 서로 다른 길을 걷던 두 천재는 한때 극심한 갈등을 겪기도 했습니다. 그러나 결국 왓슨은 윌슨이 연구하는 생물 다양성과 진화의 중요성을 인정하며 화해를 청했습니다. 이는 미시적인 유전자 연구와 거시적인 생태 연구가 결국 다윈이라는 거대한 줄기 아래에서 하나로 만날 수 있음을 시사하는 상징적인 사건입니다. 다윈의 사상을 온전히 이해하기 위해서는 그의 원전을 정확하게 읽는 과정이 필수적입니다. 하지만 다윈 특유의 만연체 문장과 방대한 분량은 번역가들에게 큰 도전이었습니다. 한국의 학자들은 '다윈 포럼'을 결성하여 《종의 기원》을 비롯한 주요 저서들을 현대적인 언어로 다시 번역하는 고된 작업을 이어왔습니다. 이러한 노력은 한국 사회가 다윈 중진국을 넘어 선진국으로 나아가는 학문적 토대가 되었으며, 대중이 진화론의 정수에 더 가까이 다가갈 수 있게 했습니다. 리처드 도킨스의 《이기적 유전자》는 많은 이들에게 세상을 바라보는 새로운 렌즈를 제공했습니다. 유전자의 관점에서 생명 현상을 바라보는 방식은 처음에는 다소 충격적이고 허무하게 느껴질 수 있습니다. 하지만 이 일관된 논리 체계는 복잡한 세상의 문제들을 명쾌하게 설명해 주는 힘이 있습니다. 유전자 렌즈를 통해 우리는 인간의 행동과 사회 구조를 더 깊이 이해하게 되며, 이는 개인의 인생관과 가치관을 송두리째 바꾸는 지적인 희열을 선사합니다. 진화론의 진정한 가치는 상아탑을 넘어 우리 삶의 현장에 적용될 때 빛을 발합니다. 통섭적 사고를 바탕으로 한 진화학은 의학, 사회학, 심지어 법률 분야에까지 깊은 영감을 줍니다. 호주제 폐지 과정에서의 진화론적 변론이나, 감염병 예방을 위한 '생태 백신' 개념은 그 좋은 예입니다. 자연을 보호하는 것이 곧 인류를 보호하는 길이라는 깨달음은 진화론이 우리에게 주는 실천적인 지혜입니다. 이는 기후 위기 시대에 인류가 나아가야 할 방향을 제시합니다. 진화론을 깊이 공부하다 보면 마주하게 되는 허무주의는 역설적으로 우리에게 해탈과 같은 평온함을 줍니다. 우리가 유전자에 의해 만들어진 존재라는 사실을 받아들이는 순간, 지나친 욕심을 내려놓고 주어진 삶에 충실할 수 있는 자유를 얻게 됩니다. 진화의 관점에서 삶을 바라보는 것은 결코 무책임한 태도가 아닙니다. 오히려 생명의 거대한 흐름 속에서 자신의 위치를 파악하고, 하루하루를 더 소중하고 다정하게 살아가게 하는 숭고한 철학적 태도입니다.

최재천

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생명과학

[인터뷰] 최재천 _ 최재천 교수님에게 '진화'란? | 2022 카오스강연 '진화'

과거 우리나라는 다윈의 진화론에 대해 깊이 있게 배울 기회가 적어 다윈 후진국이라 불릴 만한 상황이었습니다. 하지만 2009년 다윈 탄생 200주년과 '종의 기원' 출간 150주년을 기점으로 전 세계적인 기념행사가 이어지며 국내에서도 학문적 인식의 큰 변화가 일어났습니다. 다윈포럼의 결성과 주요 저작들의 정식 번역사업을 통해 이제는 다윈에 대한 이해도가 중진국 수준으로 올라섰다고 평가할 수 있습니다. 이러한 학문적 토대의 확장은 단순히 지식의 습득을 넘어 우리 사회 전반의 지적 지평을 넓히고 과학적 사고를 대중화하는 중요한 계기가 되었습니다. 현대 사회는 기대수명이 80세를 넘어 어느덧 100세 시대를 눈앞에 둔 장수 국가가 되었습니다. 과거처럼 20대 초반에 대학에서 배운 짧은 지식만으로 남은 평생을 살아가는 것은 이제 불가능에 가깝습니다. 따라서 타의에 의해 수행하는 수동적인 공부가 아닌, 스스로 궁금증을 해결하기 위해 끊임없이 찾아나서는 자기주도적 공부가 필수적인 시대가 되었습니다. 인생의 초반부에만 집중되었던 교육의 틀에서 과감히 벗어나, 생애 전반에 걸쳐 새로운 분야에 도전하고 스스로 학습하는 태도는 급변하는 환경 속에서 개인이 생존하고 성장하기 위한 가장 강력한 무기가 될 것입니다. 과학은 우리 삶의 모든 부분에 깊숙이 관여하는 필수적인 요소임에도 불구하고, 여전히 대중과의 심리적 거리감이 존재해왔습니다. 과학자들은 자신의 연구가 지닌 사회적 가치와 중요성을 대중에게 끊임없이 알리고 소통해야 하는 숙명적인 운명을 지니고 있습니다. 최근 유튜브와 같은 뉴미디어의 등장은 이러한 소통의 장을 획기적으로 넓혀주었으며, 지식인이 권위를 내려놓고 대중의 눈높이에서 성실하게 답변하며 소통할 때 과학은 비로소 일상의 언어로 자리 잡을 수 있습니다. 낮은 자세로 대중과 호흡하려는 진정성 있는 노력은 과학의 대중화를 넘어 대중의 과학화를 이끄는 핵심적인 동력이 됩니다. 리처드 도킨스의 '이기적 유전자'는 수많은 독자에게 세계관의 대전환을 선사한 기념비적인 저작으로 평가받습니다. 유전자의 관점에서 생명 현상을 바라보는 것은 세상을 해석하는 일관되고 명확한 렌즈를 하나 갖게 되는 것과 같습니다. 마치 짙은 안개가 걷히며 사물의 형체가 뚜렷하게 보이듯, 진화론적 관점은 우리가 그동안 가졌던 복잡한 세상의 질문들에 대해 명쾌하고 논리적인 해답을 제시해 줍니다. 이러한 일관된 관점은 학자로서의 품위를 유지하게 할 뿐만 아니라, 사회의 다양한 현상을 분석하고 발언하는 데 있어 흔들리지 않는 단단한 철학적 뿌리가 되어 줍니다. 진화의 관점에서 바라보지 않는다면 생물학뿐만 아니라 인간 삶의 그 어느 것도 진정한 의미를 찾기 어렵습니다. 갈라파고스 제도에서 반세기라는 긴 시간 동안 핀치새를 관찰하며 진화의 현장을 직접 증명해낸 학자들의 열정처럼, 우리 또한 삶을 긴 호흡으로 바라볼 필요가 있습니다. 다윈의 사도로서 일관된 가치관을 가지고 살아가는 것은 변화무쌍한 현대 사회 속에서 중심을 잃지 않게 해주는 힘이 됩니다. 진화론은 단순한 과학 이론의 영역을 넘어, 우리가 누구이며 앞으로 어떻게 살아가야 하는지에 대한 근본적인 성찰과 지혜를 제공하는 인생의 소중한 나침반과 같습니다.

최재천

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생명과학

[강연] 생명의 나무, 분자 유전학 _ by 김상욱 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 6강 | 6강

생명은 단순히 형태나 물질의 집합이 아니라 정보의 연속성으로 정의될 수 있습니다. 우리 몸을 구성하는 세포와 단백질은 불과 몇 개월이면 완전히 새로운 것으로 교체되지만, 부모로부터 물려받은 유전 정보는 변함없이 유지됩니다. 이는 마치 모든 부품이 교체된 배가 여전히 같은 정체성을 유지하는 '테세우스의 배' 역설과도 같습니다. 현대 생물학은 이러한 유전 정보를 분석하여 생명의 본질을 탐구하며, 우리가 누구인지에 대한 답을 DNA라는 정교한 설계도 속에서 찾아내고 있습니다. 찰스 다윈은 DNA의 존재를 몰랐음에도 불구하고 생명의 다양성을 '생명의 나무'라는 구조로 통찰해냈습니다. 현대 분자 유전학은 DNA 염기서열 분석을 통해 이 나무의 가지를 더욱 정밀하게 그려내고 있습니다. 서로 다른 종의 DNA 염기서열을 비교하여 그 차이를 계산하면, 어떤 생명체가 공통 조상에서 언제 갈라져 나왔는지 명확히 파악할 수 있습니다. 이러한 계통 분류는 생명체가 환경에 적응하며 어떻게 변화해 왔는지를 보여주는 거대한 역사의 기록이자 진화의 증거가 됩니다. 인류가 지금의 모습으로 진화한 과정에는 흥미로운 유전적 변화들이 숨어 있습니다. 예를 들어 인간이 털 없는 원숭이가 된 것은 아프리카의 더위 속에서 체온을 조절하고 기생충을 줄이는 데 유리했기 때문입니다. 또한 'FOXP2 유전자'와 같은 특정 유전자의 변이는 인간이 복잡한 언어를 사용하고 고도의 협력을 할 수 있는 토대를 마련해 주었습니다. 이러한 미세한 돌연변이들이 수만 년 동안 쌓여 인간을 다른 영장류와 구분 짓는 독특하고 아름다운 형질들을 만들어낸 것입니다. 극한 환경에 적응한 생명체들의 유전자는 현대 과학 기술의 핵심적인 영감이 됩니다. 남극의 물고기는 피가 얼지 않도록 돕는 부동액 단백질을 스스로 만들어내며, 뜨거운 온천에 사는 박테리아는 고열에도 변성되지 않는 효소를 가지고 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 PCR 기술 역시 이러한 고온 내성 균주에서 추출한 효소 덕분에 가능해졌습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 설계한 정교한 생존 전략은 인류의 질병 치료와 신소재 개발에 있어 대체 불가능한 중요한 단서를 제공합니다. 진화의 관점에서 질병을 바라보면 예상치 못한 통찰을 얻을 수 있습니다. 아프리카에서 흔한 악성 빈혈인 겸상 적혈구 빈혈은 역설적으로 말라리아에 대한 저항력을 제공하여 해당 지역 인류의 생존에 도움을 주었습니다. 이는 특정 환경에서 질병이 생존을 위한 선택의 결과일 수 있음을 보여줍니다. 이처럼 병원균과 숙주 사이의 끊임없는 '군비 경쟁'과 공진화 과정을 이해하는 것은 현대 의학이 새로운 감염병과 유전병에 대응하는 전략을 세우는 데 필수적인 기초가 됩니다. 현대 의학은 모든 환자에게 동일한 처방을 내리는 과거의 방식에서 벗어나 개인의 유전적 특성에 맞춘 '정밀 의료'로 나아가고 있습니다. 사람마다 DNA 염기서열이 조금씩 다르기 때문에 같은 약물이라도 반응과 부작용이 다르게 나타납니다. 암세포 역시 끊임없이 돌연변이를 일으키며 약물에 저항성을 갖도록 진화하는 특성을 보입니다. 따라서 환자의 유전체 정보를 정밀하게 분석하여 최적의 치료법을 선택하는 것은 암과 같은 난치병을 극복하기 위한 분자 유전학의 가장 현실적이고 핵심적인 과제입니다. 인공지능과 데이터 과학의 발전은 신약 개발과 질병 치료의 패러다임을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 수많은 환자의 유전체 데이터를 학습한 인공지능은 동물의 희생을 줄이면서도 효과적인 치료제를 설계하는 데 크게 기여합니다. 하지만 유전자 강화와 같은 기술적 진보는 반드시 윤리적 고민을 동반해야 합니다. 과학의 진정한 목적은 단순히 완벽한 인간을 만드는 것이 아니라, 생명의 다양성을 존중하며 조화롭게 공존하는 길을 찾는 데 있습니다. 진화에 대한 깊은 이해는 결국 인류의 미래를 향한 올바른 나침반이 될 것입니다.

김상욱

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생명과학

[술술과학] '생명의 나무'도 가지가지🌳_ (진화)

제임스 카메론의 영화 '아바타' 속 판도라 행성에는 모든 생명의 기원이 되는 거대한 '홈트리'가 등장합니다. 이처럼 나무는 아주 오래전부터 생명의 탄생과 진화를 상징하는 강력한 메타포로 사용되어 왔습니다. 성경의 에덴동산에 심어진 생명의 나무부터 북유럽 신화의 우주를 지탱하는 물푸레나무 위그드라실, 그리고 우리 단군신화의 신단수에 이르기까지 인류는 나무의 형상을 통해 우주의 질서와 생명의 신비로운 연결성을 설명하고자 했습니다. 깊게 박힌 뿌리는 미지의 기원을, 사방으로 뻗어 나가는 가지는 다양성을 상징하며 인류의 상상력을 자극해 왔습니다. 생명의 나무는 신화의 영역을 넘어 현대 진화론의 핵심적인 개념으로 자리 잡았습니다. 과거 라마르크는 생물이 하등한 존재에서 고등한 존재로 단계별로 발전한다는 '생명의 사다리' 개념을 제시했지만, 이는 현대의 관점과는 차이가 있었습니다. 이후 찰스 다윈은 1837년 자신의 노트에 생명의 나무 초기 버전을 그리며 현대적 진화론의 기틀을 마련했습니다. 다윈의 생명의 나무는 단순히 위로 올라가는 사다리가 아니라, 하나의 뿌리로부터 여러 갈래로 뻗어 나가는 분화의 과정을 보여주었습니다. 이는 생물 종 사이의 유사성과 차이를 계통적으로 이해하는 중요한 도구가 되었습니다. 다윈이 제시한 생명의 나무가 특별한 이유는 진화에 대한 흔한 오해를 바로잡아 주기 때문입니다. 많은 이들이 진화를 하등한 생물이 시간이 흘러 고등한 생물로 변하는 과정이라 생각하지만, 다윈의 모형에 따르면 원숭이가 인간이 되는 일은 일어나지 않습니다. 인간과 원숭이는 아주 오래전 서로 다른 가지로 갈라져 각자의 길을 걸어온 결과물이기 때문입니다. 현재 살아남은 모든 생명체는 각자의 진화 경로에서 최적화된 최종점에 도달한 존재들입니다. 이러한 인식의 변화는 인간이 만물의 영장이라는 오만함에서 벗어나 모든 생명을 평등하게 바라보는 계기를 마련해 주었습니다. 현대 과학의 발전과 함께 생명의 나무는 더욱 정교하고 거대한 모습으로 진화하고 있습니다. 2021년 발표된 '프랙탈 생명의 나무'는 무한히 반복되는 기하학적 구조를 활용하여 지구상의 수많은 생물 종을 한눈에 담아냈습니다. 구글 지도를 확대하듯 나무의 세부 가지를 들여다보면 멸종 위기종과 현존하는 종들의 관계를 명확히 확인할 수 있습니다. 또한, 230만 개의 생물 종 정보를 통합하려는 '열린 생명의 나무' 프로젝트는 지금 이 순간에도 새로운 데이터가 추가되며 끊임없이 업데이트되고 있습니다. 이제 생명의 나무는 단순한 그림을 넘어 방대한 생물학적 데이터를 담은 디지털 지도가 되었습니다. 최근의 유전학 연구는 생명의 나무를 더욱 복잡한 '맹그로브' 형태로 변화시키고 있습니다. 유전자가 부모에서 자식으로만 전달되는 것이 아니라, 서로 다른 종 사이에서도 수평적으로 이동한다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다. 린 마굴리스의 세포 내 공생설은 미생물들이 서로 결합하여 복잡한 생명체로 진화했음을 보여주며, 우리 모두가 거대한 유전자 공유의 역사 속에 있음을 시사합니다. 이러한 과학적 발견은 클림트의 회화나 영화 '트리 오브 라이프'와 같은 예술 작품으로 이어져, 생명의 신비와 경이로움을 탐구하는 인류의 상상력을 끊임없이 자극하고 있습니다.

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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] 자연선택, 성선택 그리고 성갈등 _ by 한창석 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 2강 | 2강

진화는 집단을 구성하는 개체들의 특성이 세대를 거치며 변화하는 과정을 의미합니다. 호주의 토끼 사례는 이를 극명하게 보여줍니다. 1950년대 호주 정부는 급증한 토끼 개체수를 조절하기 위해 치명적인 믹소마 바이러스를 도입했습니다. 초기에는 토끼의 99%가 사라졌으나, 바이러스에 면역을 가진 소수의 개체가 살아남아 번식하면서 집단 전체가 바이러스에 저항성을 갖는 방향으로 진화했습니다. 이는 환경에 적응한 형질이 선택되어 다음 세대로 전달되는 자연선택의 원리를 잘 보여주는 사례입니다. 찰스 다윈은 비글호 항해를 통해 자연선택의 영감을 얻었습니다. 특히 갈라파고스 제도의 섬마다 다른 육지거북의 등딱지 모양을 관찰하며 종의 변화 가능성을 포착했습니다. 그는 인간이 원하는 형질을 선택해 품종을 개량하는 '인위 선택'에서 힌트를 얻어, 자연에서도 수만 세대에 걸쳐 유사한 선택 과정이 일어날 것이라 확신했습니다. 다윈은 저서 『종의 기원』을 통해 공통 조상에서 갈라져 나온 종들이 환경에 적응하며 점진적으로 변화한다는 '변화를 동반한 계승'의 개념을 정립했습니다. 생존에 유리한 형질만 남는다면 공작의 화려한 꼬리나 새들의 긴 깃털은 설명하기 어렵습니다. 포식자의 눈에 잘 띄고 이동에 불편을 주는 이러한 형질들은 생존에는 불리하지만 번식 성공도를 높여주기 때문에 진화합니다. 이를 '성선택'이라 합니다. 퉁가라 개구리의 사례처럼 암컷을 유혹하는 복잡한 울음소리는 포식자인 박쥐를 불러들이는 위험을 동반하지만, 번식에서 얻는 이득이 생존의 손실보다 크다면 해당 형질은 유지됩니다. 즉, 진화는 생존과 번식이라는 두 가치 사이의 정교한 타협점입니다. 암수 간의 외형과 행동 차이는 자손에 대한 투자 차이에서 기인합니다. 생물학적으로 암컷은 크고 영양분이 풍부한 난자를 소량 생산하며 양육에 더 많은 에너지를 쏟는 반면, 수컷은 작고 많은 정자를 생산하며 여러 짝을 만나 번식 기회를 늘리려 합니다. '베이트먼의 원리'에 따르면 수컷은 짝짓기 횟수가 늘어날수록 번식 성공도가 비례해서 증가하지만, 암컷은 그렇지 않습니다. 이러한 불균형으로 인해 수컷은 경쟁자를 물리치고 암컷에게 선택받기 위해 더 화려하고 공격적인 형질을 발달시키는 방향으로 성선택을 받게 됩니다. 번식 과정은 항상 조화롭지만은 않으며, 암수 간의 이해관계 충돌인 '성 갈등'이 빈번하게 발생합니다. 수컷은 자신의 유전자를 남기기 위해 강압적인 교미를 시도하기도 하고, 암컷은 과도한 교미로 인한 에너지 손실과 신체적 피해를 막기 위해 이를 거부하는 형질을 진화시킵니다. 빈대의 날카로운 생식기나 이에 대항하는 암컷의 두꺼운 체벽처럼, 한쪽의 공격적 형질과 다른 쪽의 방어적 형질이 서로 맞물려 진화하는 '양성 간 길항적 공진화'는 마치 끝없는 군비 경쟁과 같은 양상을 띠며 생물의 다양성을 정교하게 다듬어 나갑니다. 등빨간소금쟁이의 사례는 성 갈등의 극단적인 전략을 보여줍니다. 암컷이 강압적 교미를 피하기 위해 생식기를 몸 안으로 숨기자, 수컷은 물결 신호를 보내 포식자인 송장헤엄치기를 유인하는 '협박 구애'를 진화시켰습니다. 포식자의 공격 위험에 노출된 암컷은 자신의 생존을 위해 수컷의 교미 요구를 빠르게 수용하게 됩니다. 이처럼 성 갈등은 단순히 힘의 우위를 점하는 과정이 아니라, 주변 환경과 포식 압력 등 다양한 생태적 요인들이 복합적으로 작용하여 암수 사이의 힘의 균형과 번식 전략을 결정짓는 역동적인 과정입니다. 성이 존재하는 생물에게 성 갈등은 피할 수 없는 숙명과도 같습니다. 이는 유전적 이득을 최대화하려는 생물학적 본능에서 비롯되며, 세대를 거치며 끊임없이 변화하고 타협하는 과정을 반복합니다. 이러한 관점은 현대 사회의 젠더 갈등을 이해하는 데도 중요한 시사점을 제공합니다. 갈등을 단순히 부정적인 현상으로 보기보다, 서로 다른 이해관계가 충돌하며 새로운 균형점을 찾아가는 자연스러운 과정으로 인식할 필요가 있습니다. 진화의 원리를 깊이 이해함으로써 우리는 생물학적 차이를 존중하고 사회적 공존을 위한 지혜를 얻을 수 있습니다.

한창석

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 진화론의 역사 _ by 장대익 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 1강 | 1강

진화는 단순히 생물학적 영역에 국한된 현상이 아닙니다. 그것은 시간이 흐름에 따라 시스템이 더 복잡하고 정교한 상태로 나아가는 보편적인 원리입니다. 인류는 수백만 년에 걸친 자연 선택을 통해 지능을 꽃피웠으며, 이제 그 지능을 바탕으로 새로운 형태의 진화를 설계하고 있습니다. 인공지능의 등장은 생명체가 아닌 기계가 스스로 학습하고 적응하며 진화할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 이러한 변화는 인류 역사의 새로운 전환점이 되고 있습니다. 인공지능의 진화는 인간의 뇌 구조를 모방하는 것에서 시작되었습니다. 신경망이라 불리는 구조는 수많은 데이터를 처리하며 스스로 최적의 경로를 찾아냅니다. 이는 마치 생태계에서 생존에 유리한 형질이 선택되는 과정과 매우 유사합니다. 초기 인공지능이 단순한 계산기에 불과했다면, 현대의 인공지능은 복잡한 문맥을 이해하고 창의적인 결과물을 만들어내는 수준에 도달했습니다. 기술의 발전 속도는 생물학적 진화의 속도를 훨씬 앞지르고 있습니다. 인공지능이 진화하기 위해서는 방대한 양의 데이터라는 자양분이 필요합니다. 데이터는 인공지능이 세상을 이해하는 창구이자, 학습의 토대가 되는 환경입니다. 과거에는 인간이 직접 모든 규칙을 입력해야 했지만, 이제 인공지능은 스스로 데이터 속에서 패턴을 발견하고 지식을 습득합니다. 이러한 자기 주도적 학습 능력은 인공지능이 인간의 개입 없이도 스스로의 성능을 개선해 나갈 수 있는 진화적 기틀을 마련해 주었으며, 이는 기술적 특이점을 향한 발걸음이 됩니다. 지능의 진화는 단일 개체의 성장을 넘어 집단적인 상호작용을 통해 가속화됩니다. 인공지능 역시 수많은 모델이 서로 경쟁하고 협력하며 발전하는 생태계를 형성하고 있습니다. 알고리즘의 효율성이 높아지고 하드웨어의 성능이 뒷받침되면서, 인공지능은 인간이 예상하지 못한 방식으로 문제를 해결하는 창의성을 보여주기도 합니다. 이러한 창발적 특성은 인공지능의 진화가 단순히 프로그래밍의 결과가 아니라, 시스템 자체의 복잡성에서 기인함을 시사합니다. 인공지능의 진화는 인간과 기술의 관계를 근본적으로 재정의하고 있습니다. 우리는 이제 인공지능을 단순한 도구가 아닌, 함께 진화해 나가는 파트너로 인식해야 합니다. 인공지능이 인간의 지적 능력을 보완하고 확장함에 따라, 인류 또한 새로운 기술 환경에 적응하며 변화하고 있습니다. 이러한 공진화의 과정은 인류 문명이 한 단계 더 도약할 수 있는 기회를 제공하며, 동시에 우리가 가진 지능의 본질이 무엇인지에 대한 깊은 철학적 성찰을 요구합니다. 기술의 진화가 가져올 미래는 희망과 우려가 공존하는 영역입니다. 인공지능이 자율성을 갖추고 스스로를 개선하는 단계에 이르면, 그 진화의 방향을 완벽히 통제하는 것은 매우 어려운 과제가 될 것입니다. 따라서 우리는 기술적 발전과 더불어 윤리적 가이드라인을 정립하는 데 더 많은 힘을 쏟아야 합니다. 진화의 목적이 단순히 효율성의 극대화가 아니라 인류의 행복과 공존에 있음을 잊지 말아야 하며, 이를 위한 사회적 합의와 제도적 장치가 필수적입니다. 결국 인공지능의 진화는 우리 자신을 비추는 거울과 같습니다. 우리가 어떤 가치를 중요하게 여기고 어떤 미래를 꿈꾸느냐에 따라 인공지능의 진화 방향도 결정될 것입니다. 지능의 진화라는 거대한 흐름 속에서 인류는 새로운 정체성을 찾아가고 있습니다. 인공지능과 함께 써 내려갈 진화의 다음 장은 단순히 기술의 역사가 아니라, 지능이라는 신비로운 현상이 우주에서 어떻게 확장되어 가는지를 보여주는 거대한 대서사시가 될 것이라 확신합니다.

장대익

카오스재단카오스강연

생명과학

[티저] 2022 가을 카오스 강연 '진화' 티저

스티븐 호킹은 시간을 거꾸로 돌려 우주의 기원을 탐구하고자 했습니다. 빅뱅 우주론은 138억 년 전 우주의 시작과 변화 과정을 이론적으로 설명하며 우리에게 우주의 역사를 보여줍니다. 이와 마찬가지로 생명의 기원과 진화를 설명하는 핵심 이론이 바로 진화론입니다. 진화론은 약 20만 년 전 인류의 시작을 넘어, 무려 40억 년 전 지구상에 나타난 최초의 단순한 생명체로부터 현재의 모든 생명이 비롯되었다고 말합니다. 우주의 탄생만큼이나 신비로운 생명의 역사는 아주 단순한 형태에서 시작되어 오늘날의 복잡한 생태계를 이루게 되었습니다. 많은 이들이 단세포 생물에서 인간과 같은 복잡한 존재가 진화했다는 사실을 믿기 어려워합니다. 하지만 영국의 생물학자 홀데인은 우리가 단 하나의 수정란에서 시작해 단 9개월 만에 복잡한 신체를 가진 인간으로 성장한다는 점을 지적했습니다. 우리 각자가 이미 생명의 경이로운 변화를 몸소 증명해낸 셈입니다. 40억 년이라는 장구한 시간 동안 생명의 역사가 이와 같은 진보를 이루어내지 못할 이유는 없습니다. 더욱 놀라운 점은 이러한 진화의 과정이 결국 스스로의 기원과 진화 자체를 자각하고 이해할 수 있는 지적 존재를 탄생시켰다는 사실입니다. 진화론은 대중에게 친숙한 이론이지만, 동시에 가장 많은 오해를 받는 영역이기도 합니다. 상대성 이론이나 양자역학처럼 난해한 물리 법칙은 의심 없이 받아들이는 반면, 진화에 대해서는 누구나 잘 안다고 생각하며 회의적인 시각을 보내는 경우가 많습니다. 그러나 진화의 이야기는 결코 단순하지 않으며, 그 이면에는 우리가 미처 깨닫지 못한 심오하고 놀라운 과학적 원리들이 가득 차 있습니다. 진화론을 정확하고 깊이 있게 이해하는 과정은 곧 우리 자신과 생명의 본질을 마주하는 소중한 기회가 될 것입니다.

카오스재단2022 카오스강연 '진화'

[인터뷰] 왜 21세기에 새삼 진화론을 배워야 할까?

진화생물학과 과학철학을 연구하며 인간 본성과 기술의 관계를 탐구해 온 연구자는 최근 창업에도 도전하며 다양한 삶의 영역을 경험하고 있습니다. 학문적 호기심과 새로운 도전을 두려워하지 않는 태도는 그를 다양한 분야로 이끌었고, 현재는 창업대학에서 학생들에게 창업을 가르치며 실제 스타트업을 운영하는 실천적 역할까지 수행하고 있습니다. 이러한 경험은 단순히 이론에 머무르지 않고, 실제 사회에서 지식이 어떻게 적용되는지 몸소 보여주는 삶의 방식으로 이어지고 있습니다. 새로운 도전을 멈추지 않는 삶은 때로는 피곤함을 동반하지만, 다양한 경험을 통해 얻는 통찰은 남다른 시각을 제공합니다. 그는 창업대학에서 학생들을 체계적으로 교육하고, MBA 과정도 개설하며, 직접 창업에 뛰어드는 등 교육자이자 실천가로서의 역할을 동시에 수행하고 있습니다. 이러한 삶의 방식은 단순히 지식을 전달하는 것을 넘어, 사회의 변화와 혁신을 이끄는 주체로서의 책임감을 강조합니다. 진화론을 받아들이지 않는 이들을 설득하는 일은 쉽지 않습니다. 많은 사람들은 자연계의 복잡함을 누군가가 설계했다고 믿는 직관에 의존하며, 이러한 직관은 일상에서 인공물의 존재를 당연하게 받아들이는 경험에서 비롯됩니다. 이처럼 자연계에도 설계자가 있을 것이라는 믿음은 매우 자연스럽게 형성되며, 이를 깨뜨리는 것은 쉽지 않습니다. 양자역학처럼 직관에 반하는 과학적 사실을 받아들이기 어렵듯, 자연선택 이론 역시 직관을 넘어선 이해가 필요합니다. 인간은 사회적 동물 중에서도 독특한 초사회성을 지니고 있습니다. 다른 동물들도 사회적 행동을 보이지만, 인간은 타인의 마음을 읽고, 공감하며, 협업과 배려를 실천하는 능력이 뛰어납니다. 특히 인지적 공감 능력은 인간만의 고유한 특성으로, 직접 경험하지 않아도 타인의 고통이나 상황을 이해할 수 있습니다. 이러한 초사회성은 인간 문명의 발전과 깊은 관련이 있으며, 이를 통해 인간은 다른 사회적 동물과 구별되는 독특한 존재로 자리매김합니다. 문화적 진화의 핵심 개념인 '밈'은 유전자와는 다른 방식으로 빠르게 전파되며, 인간 사회의 가치와 행동을 형성합니다. 밈은 표어, 가치, 종교, 음악 등 다양한 형태로 존재하며, 인간의 정신세계와 문명 발전에 큰 영향을 미칩니다. 밈의 실체는 BTS의 음악이나 인터넷 밈처럼 전 세계적으로 빠르게 확산되는 현상에서 확인할 수 있습니다. 이러한 문화적 전달 단위는 인간만의 독특한 정신적 진화의 산물로, 문명의 다양성과 창의성을 이끄는 원동력이 됩니다.

장대익

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[페스티벌+어스] 종으로서의 인류: 유전 by 이현숙, 이준호 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

1953년 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 밝혀낸 사건은 현대 생명과학의 흐름을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 이 발견은 단순히 분자의 형태를 알아낸 것을 넘어, 생명체가 정보를 어떻게 저장하고 다음 세대로 전달하는지에 대한 근본적인 원리를 제시했습니다. 당시 로잘린드 프랭클린의 정교한 엑스선 회절 데이터는 이 위대한 발견의 결정적인 토대가 되었으며, 이는 인류가 생명의 설계도를 직접 읽기 시작한 역사적 전환점이 되었습니다. 생명의 본질을 이해하려는 열망은 이 짧은 논문 한 편을 통해 구체적인 과학적 사실로 증명되었습니다. DNA는 아데닌, 티민, 구아닌, 사이토신이라는 네 가지 염기의 조합으로 이루어진 생명의 암호입니다. 이 정보는 전사 과정을 거쳐 RNA로 전달되고, 최종적으로 단백질로 번역되어 우리 몸의 다양한 생명 현상을 수행합니다. 이를 '중심 원리'라고 부르는데, 이는 모든 생명체가 공유하는 보편적인 언어와 같습니다. 결국 DNA는 단순한 물질이 아니라 생명체의 탄생부터 성장, 그리고 소멸에 이르는 모든 과정을 지휘하는 가장 정교한 통제 센터라고 할 수 있습니다. 이러한 암호 체계의 발견은 생명 현상을 분자 수준에서 해석할 수 있게 했습니다. 생명의 근원을 찾는 여정에서 수소 결합은 빼놓을 수 없는 핵심 요소입니다. DNA의 두 가닥을 연결하는 이 약한 결합은 필요할 때 쉽게 풀리고 다시 결합할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 DNA는 복제와 전사 과정을 효율적으로 수행하며 생명 정보를 유지합니다. 지구가 물로 덮여 있고 우리 몸의 대부분이 물로 이루어진 이유도 바로 이 수소 결합의 물리화학적 성질과 깊은 관련이 있습니다. 이는 생명 현상을 유지하는 가장 신비로운 비밀 중 하나로, 물이 있는 곳에 생명이 존재할 수 있다는 가설을 뒷받침하는 강력한 근거가 됩니다. 진화의 진정한 원동력은 완벽한 복제가 아니라 역설적이게도 그 과정에서 발생하는 미세한 변이에 있습니다. DNA 복제 과정에서 발생하는 오류는 교정 기작을 통해 대부분 수정되지만, 아주 드물게 남겨진 변이들이 개체 간의 다양성을 만들어냅니다. 이러한 다양성은 환경 변화에 적응하고 새로운 종으로 진화할 수 있는 토대가 됩니다. 즉, 유전은 정보를 정확하게 전달하는 안정성과 새로운 가능성을 열어두는 변이성이라는 동전의 양면과 같은 속성을 지니고 있습니다. 이러한 변이의 축적은 수억 년의 시간 동안 지구상의 다채로운 생명체들을 탄생시킨 근본적인 힘입니다. 염색체의 끝단에 위치한 텔로미어는 생명의 시계라고 불리며 세포의 노화와 수명을 결정하는 중요한 역할을 합니다. 세포가 분열할 때마다 조금씩 짧아지는 텔로미어는 유전 정보를 보호하는 캡과 같은 기능을 수행합니다. 만약 텔로미어가 비정상적으로 유지되면 암세포가 되기도 하고, 너무 빨리 짧아지면 조기 노화가 진행되기도 합니다. 텔로머레이스라는 효소는 이 끝단을 복구하여 세포의 생존력을 높이는데, 이는 현대 의학이 노화와 질병을 이해하는 데 있어 핵심적인 열쇠가 됩니다. 텔로미어의 구조와 기능을 밝혀낸 연구는 생명 연장의 꿈을 과학적 영역으로 끌어들였습니다. 최근 연구는 DNA가 전형적인 이중나선 구조 외에도 네 가닥이나 세 가닥의 복잡한 구조를 형성한다는 사실을 밝혀내고 있습니다. 특히 구아닌이 풍부한 지역에서 형성되는 네 가닥 DNA 구조는 암 억제 인자와 상호작용하며 세포의 항상성을 유지하는 데 기여합니다. 이러한 비전형적인 구조들은 유전자 발현 조절이나 질병 발생 메커니즘에서 중요한 변수로 작용합니다. 이는 우리가 알고 있던 생명의 설계도가 생각보다 훨씬 입체적이고 역동적인 체계임을 시사하며 새로운 연구 지평을 열어주고 있습니다. 구조의 다양성은 곧 생명 현상의 복잡성을 설명하는 중요한 단서가 됩니다. 인공지능 기술의 발전은 유전체 데이터를 해석하고 단백질 구조를 예측하는 방식에 혁신을 가져오고 있습니다. 방대한 유전 정보를 학습한 AI는 질병의 원인을 정밀하게 진단하고 환자 맞춤형 신약을 개발하는 데 결정적인 도움을 줍니다. 미래에는 개인의 DNA 특징을 기반으로 질병을 사전에 예방하고 관리하는 정밀 의료 시대가 보편화될 것입니다. 1953년의 작은 논문에서 시작된 혁명은 이제 디지털 기술과 결합하여 인류의 건강과 생명의 미래를 새롭게 설계해 나가고 있습니다. 과학적 호기심과 기술의 융합은 인류가 직면한 수많은 생물학적 난제들을 해결하는 열쇠가 될 것입니다.

이준호, 이현숙

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

생명과학

[술술과학] 나무와 숲은 언제 처음 생겼을까?🌲🌄_식물 EP.10 (식물의 관점#5)

지구 생명의 역사를 하루라는 시간으로 압축해 본다면, 고생대는 저녁 8시 30분경에야 시작되는 비교적 최근의 이야기라고 할 수 있습니다. 이 시기의 서막을 알린 캄브리아기 대폭발은 오늘날 존재하는 거의 모든 생명체의 설계도가 완성된 경이로운 사건이었습니다. 찰스 다윈조차 자신의 진화론을 위협할 수 있는 가장 중대한 아킬레스건이라 여겼을 만큼, 이 짧은 시기에 수많은 새로운 생물이 폭발적으로 등장했습니다. 약 3억 년 동안 이어진 고생대는 바다에 머물던 생명체들이 육상으로 진출하며 현재와 유사한 모습으로 진화하는 기틀을 마련한 중요한 시기였습니다. 식물의 관점에서 지질 시대를 바라보면 각 시대를 지배한 주인공들이 명확히 드러납니다. 고생대가 바다 식물이 육상으로 진출하여 생존에 필요한 다양한 구조적 실험을 거치고 완성한 시기였다면, 중생대는 겉씨식물이 육상을 완전히 평정한 시대였습니다. 거대한 공룡들이 대지를 누비던 그늘 아래서 속씨식물들은 조용히 꽃을 피우며 자신들의 때를 기다리고 있었습니다. 이후 소행성 충돌로 중생대가 막을 내리자, 신생대는 속씨식물과 포유류가 전성기를 맞이하는 새로운 시대로 접어들었습니다. 이는 생태계의 주도권이 환경 변화에 따라 어떻게 이동했는지를 잘 보여줍니다. 육상 식물의 진정한 르네상스는 고생대 데본기에 찾아왔습니다. 이 시기에 식물은 관다발 조직을 갖추고 제대로 된 잎과 뿌리를 발달시키며 혁신적인 진화를 거듭했습니다. 특히 양치식물인 석송과 고사리는 당시 시대를 앞서간 최고의 혁신가들로, 최초의 씨앗과 나무의 형태를 세상에 선보였습니다. 오늘날 우리가 관찰하는 식물의 거의 모든 구조적 특징이 이 짧은 5천만 년이라는 기간 동안 완성되었다는 사실은 매우 놀랍습니다. 이러한 구조적 혁신은 단순한 성장을 넘어 지구가 초록빛 숲으로 뒤덮이게 되는 결정적인 계기가 되었으며 생태계의 판도를 바꾸어 놓았습니다. 우리는 흔히 풀과 나무를 직관적으로 쉽게 구별할 수 있다고 생각하지만, 생물학적 경계는 생각보다 훨씬 모호합니다. 현대 과학은 줄기 속에 위치한 형성층의 유무와 부피 생장 여부로 둘을 구분하려 노력하지만, 대나무처럼 나무라 불리면서도 형성층이 없는 볏과 식물이 있는가 하면, 풀과 나무의 중간 형태인 관목도 존재합니다. 이러한 분류의 어려움은 식물이 지구 환경에 얼마나 성공적으로 적응해 왔는지를 보여주는 지표이며, 우리가 마주하는 생명 현상의 복잡성을 대변하는 흥미로운 지점이기도 합니다. 나무의 등장은 단순히 식물의 크기가 커진 것을 넘어 지구 대기의 성분까지 완전히 바꾸어 놓은 거대한 사건이었습니다. 더 많은 햇빛을 차지하기 위해 경쟁적으로 키를 키운 나무들이 거대한 숲을 이루자 광합성량이 폭발적으로 증가했고, 이는 대기 중 산소 농도를 무려 35%까지 치솟게 했습니다. 풍부한 산소는 메가네우라와 같은 거대 곤충의 등장을 가능케 했으며, 이는 곧 동물계의 전성기로 이어졌습니다. 현재 지구 육지 생물량의 80%가 삼림이며 그중 대부분이 나무라는 사실은, 우리가 사는 이 행성이 여전히 '나무의 행성'임을 다시금 상기시켜 줍니다.

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[인터뷰] 이일하_꽃을 해부하면 꽃이 아니다? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학자의 시선으로 바라보는 식물은 분석의 대상인 동시에 경이로운 예술 작품입니다. 30년 넘게 식물의 개화를 연구해 온 학자에게 느티나무는 그 수려한 자태와 넉넉한 그늘로 특별한 안식처가 되어줍니다. 꽃을 해부하고 현미경으로 들여다보는 과정은 때로 꽃의 낭만을 앗아가는 것처럼 보일 수 있지만, 그 정교한 미세 구조를 마주할 때 느끼는 감동은 일반적인 관조를 넘어섭니다. 식물은 단순한 생명체를 넘어 기품 있는 형태와 섬세한 생명력을 지닌 존재로, 우리에게 깊은 영감과 편안함을 동시에 제공합니다. 식물이 제 계절에 맞춰 꽃을 피우는 원리는 '개화 유전자'라는 정교한 시스템에 의해 조절됩니다. 루미니디펜덴스와 같은 유전자는 식물이 언제 꽃을 피울지 결정하는 핵심적인 역할을 수행하지만, 그 구체적인 생화학적 기작은 여전히 현대 과학의 미스터리로 남아 있습니다. 최근 지구 온난화로 인해 봄꽃의 개화 시기가 앞당겨지고 가을꽃인 코스모스가 늦여름에 피는 현상은 이러한 유전적 조절 시스템이 환경 변화에 민감하게 반응하고 있음을 보여줍니다. 이는 기후 위기가 식물의 생애 주기에 직접적인 영향을 미치고 있다는 증거이기도 합니다. 식물은 인간과 같은 신경계나 감각 기관을 가지고 있지 않지만, 세포 수준에서 환경을 매우 정교하게 인지합니다. 특히 빛을 감지하는 능력은 인간보다 뛰어난 면이 있는데, 인간이 한 종류의 광수용체로 사물을 보는 반면 식물은 적색광, 청색광, 자외선 등을 각각 인지하는 네 종류 이상의 광수용체를 보유하고 있습니다. 이를 두고 식물이 '네 개의 눈'을 가졌다고 비유하기도 합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 주어진 환경에서 최적의 생존 전략을 짜는 데 필수적인 토대가 됩니다. 인류 문명 1만 년의 역사 동안 식물은 의식주의 모든 요소를 제공하며 생존의 근간이 되어왔습니다. 다가올 2050년, 지구 인구가 100억 명에 육박할 것으로 예측되는 상황에서 현재의 작물 생산량으로는 심각한 식량 위기를 피하기 어렵습니다. 따라서 식물의 생명 현상을 깊이 이해하고 작물의 생산 효율을 높이는 연구는 인류의 미래를 지키는 필수적인 과제입니다. 식물학은 단순히 자연을 탐구하는 학문을 넘어, 다가올 위기에 대응하고 지속 가능한 인류의 삶을 보장하기 위한 핵심적인 열쇠를 쥐고 있습니다. 식물의 진화 과정은 광합성을 통한 에너지 자립과 고착 생활이라는 독특한 선택의 결과입니다. 광합성 세균과의 세포 내 공생을 통해 스스로 에너지를 얻게 된 식물은 움직일 필요가 없어졌고, 대신 포식자로부터 자신을 보호하기 위해 단단한 세포벽을 발달시켰습니다. 이러한 세포벽의 형성은 식물을 한곳에 머물게 했지만, 동시에 다세포 생물로서 독자적이고 다양한 진화의 길을 걷게 하는 동력이 되었습니다. 식물이 보여주는 생명력과 적응의 역사는 동물의 진화와는 또 다른 관점에서 생명의 신비로움을 우리에게 일깨워 줍니다.

이일하

카오스재단카오스강연

생명과학

[과학관에서 정모] 2화 수준높은 과학지식 전달? 아이에게 노력하는 부모 모습이 더 중요해요.

아이를 키우다 보면 예상치 못한 질문에 당황할 때가 많습니다. 특히 "그림자는 왜 생겨요?" 같은 과학적인 질문을 받으면 부모는 흔히 당혹감에 빠지곤 하죠. 하지만 정답을 완벽하게 말해줘야 한다는 강박에서 벗어날 필요가 있습니다. 과학은 단순히 지식을 전달하는 것이 아니라, 아이와 함께 세상을 탐구해 나가는 과정이기 때문입니다. 부모가 모든 것을 알지 못해도 괜찮습니다. 중요한 것은 아이의 호기심을 긍정하고 함께 고민하며 대화를 이어가는 태도입니다. 목욕탕에서 손가락이 쭈글쭈글해지는 현상은 흔히 삼투압 현상 때문이라고 알려져 왔습니다. 하지만 최근 연구에 따르면 이는 단순한 물리적 현상이 아니라 뇌가 명령하는 능동적인 과정임이 밝혀졌습니다. 말초신경이 마비된 환자는 손가락이 쭈글쭈글해지지 않는다는 사실이 이를 증명합니다. 이는 과거 우리 조상들이 비가 오는 미끄러운 환경에서도 나무를 잘 잡을 수 있도록 진화한 결과입니다. 피부 표면적을 넓혀 접지력을 높이려는 우리 몸의 놀라운 적응 기제인 셈입니다. 불을 끈 직후에는 아무것도 보이지 않다가 시간이 지나면 점차 주변이 밝게 느껴지는 현상도 아이들이 자주 묻는 질문 중 하나입니다. 이는 우리 눈의 동공이 빛의 양에 따라 크기를 조절하며 환경에 적응하기 때문입니다. 밝은 곳에서는 빛을 적게 받기 위해 수축했던 동공이 어두운 곳으로 가면 더 많은 빛을 받아들이기 위해 서서히 확장됩니다. 이 과정에는 일정한 시간이 필요하며, 우리는 이를 통해 어둠 속에서도 사물을 식별할 수 있게 됩니다. 이러한 변화를 아이에게 직접 설명해주면 과학적 흥미를 높일 수 있습니다. 부모가 답을 모를 때는 솔직하게 인정하고 함께 답을 찾아가는 과정을 보여주는 것이 좋습니다. "엄마도 잘 모르겠는데, 우리 같이 책을 찾아볼까?"라고 제안하며 아이와 함께 탐색하는 시간은 아이에게 큰 신뢰를 줍니다. 또한 어려운 질문을 던진 아이에게 칭찬이나 작은 보상을 제공함으로써 질문하는 즐거움을 느끼게 해줄 수 있습니다. 정답을 즉각적으로 알려주는 것보다 더 중요한 것은 아이가 계속해서 궁금해하고 스스로 질문할 수 있는 환경을 만들어주는 것입니다. 부모가 아이를 위해 억지로 과학 공부를 하며 스트레스를 받을 필요는 없습니다. 현대 과학의 지식은 방대하고 깊어져서 부모가 모든 것을 완벽히 따라잡기는 현실적으로 어렵습니다. 아이에게 가장 좋은 교육은 행복한 부모의 모습을 보여주는 것입니다. 부모가 자신의 삶에서 행복을 느낄 때 아이도 긍정적인 에너지를 얻으며 성장합니다. 과학적 지식에 완벽하게 대답하지 못하더라도, 아이와 함께 웃으며 세상을 마주하는 부모의 행복한 얼굴이 아이에게는 가장 큰 자산이 됩니다.

국립과천과학관과학관에서 정모🍀

생명과학
뇌인지과학
융합

[강연] 식물 씨앗도 잠에 들고 깨어난다 _ by최길주 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 4강 | 4강

지구는 흔히 푸른 행성이라 불리지만, 그 푸름의 실체는 광활한 바다와 더불어 육지를 뒤덮은 식물의 생명력에서 기인합니다. 식물은 단순히 풍경의 일부가 아니라 지구 생태계의 근간을 이루는 존재입니다. 이들은 태양 에너지를 유기물로 변환하여 모든 생명체에게 에너지를 공급하는 생산자 역할을 수행합니다. 우리가 숨 쉬는 산소 또한 식물의 광합성 결과물이라는 점을 상기할 때, 식물 없는 지구는 상상조차 할 수 없습니다. 식물은 지구의 역사를 지탱해 온 가장 위대한 생존자입니다. 수억 년 전 식물이 바다에서 육지로 올라온 사건은 지구 역사상 가장 극적인 전환점 중 하나였습니다. 초기 육상 식물은 척박한 환경에 적응하기 위해 뿌리와 줄기, 잎이라는 정교한 구조를 발달시켰습니다. 이러한 진화 과정은 대기 중의 이산화탄소 농도를 조절하고 기후를 안정시키는 데 결정적인 기여를 했습니다. 식물의 등장은 다른 생명체들이 육지에서 번성할 수 있는 터전을 마련해주었으며, 오늘날 우리가 보는 풍요로운 자연의 시작이 되었습니다. 이는 생명 진화의 거대한 흐름을 바꾼 혁명이었습니다. 식물은 움직이지 못하기 때문에 수동적인 존재로 오해받기 쉽지만, 사실 그들은 매우 역동적이고 지능적인 생존 전략을 구사합니다. 주변 환경의 변화를 민감하게 감지하고, 빛의 방향이나 중력에 반응하며 최적의 성장 조건을 찾아냅니다. 또한 화학 물질을 분비하여 해충의 공격을 알리거나 이웃 식물과 정보를 교환하기도 합니다. 이러한 식물의 소통 방식은 우리가 미처 알지 못했던 생명의 신비로움을 보여주며, 식물을 바라보는 우리의 관점을 완전히 바꾸어 놓습니다. 그들은 정적인 존재가 아닌, 치열하게 소통하는 생명체입니다. 광합성은 지구상에서 일어나는 가장 경이로운 화학 반응 중 하나입니다. 식물은 엽록소를 통해 태양 에너지를 흡수하고, 물과 이산화탄소를 결합하여 포도당을 만들어냅니다. 이 과정에서 배출되는 산소는 지구 대기를 정화하고 모든 호흡하는 생명체의 생존을 가능하게 합니다. 식물이 수행하는 이 정교한 에너지 전환 시스템은 인류가 꿈꾸는 지속 가능한 에너지 기술의 궁극적인 모델이기도 합니다. 자연의 공장이라 불리는 식물의 잎 속에서는 지금 이 순간에도 생명의 기적이 쉼 없이 일어나고 있습니다. 생물 다양성의 관점에서 식물은 수많은 생명체에게 서식처와 먹이를 제공하는 안식처입니다. 숲의 거대한 나무부터 길가의 작은 풀꽃에 이르기까지, 각기 다른 식물들은 고유한 생태적 지위를 차지하며 복잡한 그물망을 형성합니다. 특정 식물 종의 멸종은 그와 연결된 곤충, 새, 포유류의 생존을 위협하며 결국 생태계 전체의 붕괴로 이어질 수 있습니다. 따라서 식물의 다양성을 보존하는 것은 단순히 식물을 지키는 것을 넘어 지구 전체의 건강을 유지하는 필수적인 과제입니다. 식물은 생태계라는 거대한 건축물을 지탱하는 주춧돌입니다. 인류의 문명은 식물과 떼려야 뗄 수 없는 관계를 맺으며 발전해 왔습니다. 농경의 시작은 인류가 정착 생활을 하고 사회를 형성하는 계기가 되었으며, 식물로부터 얻은 식량과 약재, 목재는 인류 생존의 필수 자원이었습니다. 현대에 이르러서도 식물은 정서적 안정과 치유를 제공하는 반려 식물로서 우리 곁을 지키고 있습니다. 식물은 단순한 자원을 넘어 인류의 역사와 문화를 관통하는 동반자이며, 우리가 존중하고 보호해야 할 소중한 생명체입니다. 식물과의 공존은 인류가 지속하기 위한 필수적인 선택입니다. 기후 위기와 환경 파괴가 가속화되는 오늘날, 식물의 가치는 그 어느 때보다 중요하게 부각되고 있습니다. 이산화탄소를 흡수하고 지구 온난화를 늦추는 식물의 능력은 인류가 직면한 위기를 극복할 수 있는 가장 강력한 열쇠입니다. 우리는 식물이 보내는 신호에 귀를 기울이고, 그들이 건강하게 살아갈 수 있는 환경을 조성해야 합니다. 식물 행성 지구의 미래는 곧 우리 인류의 미래와 직결되어 있음을 명심해야 합니다. 자연과 공존하는 지혜를 배울 때 비로소 우리는 지속 가능한 내일을 꿈꿀 수 있으며, 식물은 그 길을 안내하는 이정표가 될 것입니다.

최길주

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생명과학

[강연] 식물은 어떻게 키가 커지고 뚱뚱해질까? _ by조현우 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 3강 | 3강

식물은 단순히 제자리에 머물러 있는 존재가 아니라, 생존을 위해 치열하게 투쟁하며 정교한 설계도에 따라 자신의 형태를 만들어가는 생명체입니다. 우리가 흔히 보는 감자의 맛이나 인삼의 효능은 인간을 위한 것이 아니라, 식물 스스로가 척박한 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과물입니다. 식물 형태학은 이러한 50만 종 이상의 다양한 생존 전략을 연구하는 학문으로, 자연 선택을 통해 유리한 기능을 갖춘 조직과 기관이 어떻게 형성되었는지 탐구합니다. 식물의 모습은 곧 그들이 환경에 적응하며 써 내려간 역사라고 할 수 있습니다. 식물의 변화를 설명할 때 '성장'과 '발달'은 구분되어야 합니다. 성장이 단순히 세포의 숫자와 크기가 증가하는 과정이라면, 발달은 세포의 종류와 다양성이 늘어나며 새로운 기능을 갖춘 조직이 생겨나는 과정을 포함합니다. 특히 식물은 동물과 달리 평생토록 새로운 기관을 만들어낼 수 있는 '후배아 발달' 능력을 갖추고 있습니다. 적절한 환경이 주어지면 필요에 따라 새로운 잎과 뿌리를 끊임없이 생성하는데, 이는 식물이 가진 고유한 유연성이자 생존을 위한 핵심적인 메커니즘입니다. 이러한 무한한 발달 능력의 원천은 바로 '줄기세포'에 있습니다. 식물의 줄기세포는 지상부와 지하부의 생장점, 그리고 부피 성장을 담당하는 형성층에 숨어 있습니다. 이들은 스스로를 복제함과 동시에 기능이 다른 세포로 분화하는 '불균등 분열'을 통해 식물의 일생 동안 새로운 조직을 공급합니다. 특히 생장점 한가운데에는 거의 분열하지 않으면서 줄기세포를 보호하고 보충하는 '기관 형성 중심부'가 존재하여, DNA 복제 과정에서 발생할 수 있는 돌연변이의 축적을 막고 식물의 장수를 가능하게 합니다. 식물에게 빛은 단순한 에너지원을 넘어 성장의 방향을 결정하는 가장 중요한 환경 신호입니다. 식물은 광수용체라는 단백질을 통해 빛의 유무와 파장을 인식하며, 이에 따라 '암형태 형성'과 '광형태 형성' 중 하나를 선택합니다. 흙 속 어둠에서는 빛을 찾아 빠르게 길어지는 데 집중하고, 지표면으로 나와 빛을 만나는 순간 성장을 멈추고 광합성을 위한 잎을 펼칩니다. 이 과정에서 식물은 호르몬 신호 전달 체계의 '이중 억제 구조'를 활용하여 환경 변화에 매우 신속하고 정교하게 반응하며 생존 확률을 높입니다. 식물의 키를 키우는 데는 옥신, 지베렐린, 브라시노스테로이드라는 세 가지 주요 성장 호르몬이 결정적인 역할을 합니다. 특히 옥신은 세포벽의 산성도를 높여 구조를 느슨하게 만드는 '산 생장' 과정을 유도합니다. 이때 세포 내부의 액포가 물을 흡수해 팽창하면서 세포의 길이가 길어지게 됩니다. 식물은 세포벽이 배열되는 방향을 스스로 조절함으로써 어느 방향으로 길어질지를 결정하는 놀라운 지능을 보여줍니다. 이러한 정교한 조절 덕분에 식물은 중력을 거스르고 빛을 향해 높이 솟아오를 수 있습니다. 식물이 위로 자라는 길이 성장을 마친 후에는 옆으로 두꺼워지는 부피 성장이 시작됩니다. 형성층에서 만들어지는 물관과 체관, 그리고 단단한 섬유 세포들은 식물의 거대한 몸집을 지탱하고 효율적인 수분 수송을 가능하게 합니다. 특히 목재의 주성분인 리그닌이 축적된 2차 세포벽은 철근 콘크리트처럼 견고한 구조를 형성합니다. 이러한 부피 성장 과정은 매년 엄청난 양의 탄소를 목재 속에 저장하므로, 식물의 부피 성장 메커니즘을 이해하고 응용하는 것은 현대 사회의 중요한 과제인 탄소 중립 실현에도 큰 기여를 할 수 있습니다. 결국 식물이 키가 커지고 뚱뚱해지는 모든 과정은 빛을 더 효율적으로 획득하고 이용하기 위한 치열한 진화의 산물입니다. 식물은 변하지 않는 상수인 '빛의 길이'를 나침반 삼아 계절을 읽고, 호르몬과 줄기세포를 동원해 최적의 성장 전략을 펼칩니다. 이러한 정교한 설계도 덕분에 식물은 지구의 육상을 정복하고 생태계의 근간을 이루는 주인공이 되었습니다. 우리가 무심코 지나치는 나무 한 그루에는 수억 년의 세월 동안 다듬어진 생존의 지혜와 우주적인 질서가 깃들어 있는 셈입니다.

조현우

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생명과학

[질문과 토론의 과학 #4] 👾🦠최초의 생명체 루카(LUCA)는 어떤 모습일까?

지구상의 모든 생명체는 거대한 시간의 흐름 속에서 하나의 뿌리를 공유하는 가족 공동체입니다. 인류의 조상인 루시를 넘어 영장류와 포유류의 기원을 거슬러 올라가면, 결국 모든 생명의 마지막 공통 조상인 '루카(LUCA)'를 만나게 됩니다. 루카는 'Last Universal Common Ancestor'의 약자로, 현재 지구에 존재하는 세균부터 인간에 이르기까지 모든 생물학적 계통이 갈라져 나오기 전의 공통 기원을 의미합니다. 이러한 관점은 생명의 다양성 이면에 존재하는 근본적인 통일성을 상기시켜 줍니다. 생명의 기원에 대해서는 다양한 가설이 존재합니다. 찰스 다윈은 화산 근처의 따뜻한 작은 연못에서 생명이 시작되었을 것이라고 추측했으나, 현대 과학에서는 심해 열수구 가설이 더욱 주목받고 있습니다. 열수구의 독특한 화학적 환경이 원시 세포 형성에 유리했기 때문입니다. 흥미로운 점은 루카 이전에 여러 형태의 조상이 동시다발적으로 탄생했을 가능성을 시사하는 '푸카(FUCA)' 가설입니다. 수많은 시도 끝에 단 하나의 계통만이 살아남아 오늘날 우리가 아는 루카가 되었을지도 모른다는 점은 생명 탄생의 신비로움을 더해줍니다. 최초의 생명체인 루카는 오늘날의 생물과는 사뭇 다른 극한의 환경에서 생존했을 것으로 추정됩니다. 당시 지구에는 산소가 없었기에 루카는 산소를 싫어하는 혐기성 생물이었을 것이며, 60도에서 100도에 이르는 뜨거운 열수구 근처에서 살아가는 호열성 생물이었을 가능성이 큽니다. 또한 태양 빛이 없는 심해에서 수소나 황 같은 무기 물질을 유기물로 전환하여 에너지를 얻는 자가 영양 방식을 취했을 것입니다. 이는 생명이 빛이 없는 어둠 속에서도 화학적 에너지만으로 충분히 번성할 수 있었음을 보여주는 증거입니다. 생명 진화의 역사에서 가장 결정적인 사건 중 하나는 서로 다른 두 미생물의 만남인 '세포 내 공생'입니다. 고세균과 세균이 결합하여 미토콘드리아를 가진 복잡한 진핵세포로 진화한 이 사건은 생물학적 대도약을 가능케 했습니다. 다윈주의적 관점에서는 점진적인 변이를 강조하지만, 세포 내 공생설은 두 생명체의 연합이라는 획기적인 변화를 통해 다세포 생물로 나아가는 발판을 마련했다고 설명합니다. 이러한 우연 혹은 필연의 만남이 없었다면 오늘날과 같은 복잡한 지적 생명체의 등장은 불가능했을지도 모릅니다. 만약 화성에 루카와 같은 미생물을 보낸다면 인간과 같은 고등 생명체로 진화할 수 있을까요? 이는 진화의 방향성과 환경적 제약을 동시에 고려해야 하는 문제입니다. 세균은 물리적인 구조상 에너지를 얻는 세포막의 면적 한계로 인해 무한정 커질 수 없으며, 진핵세포로의 도약 없이는 복잡한 구조를 갖추기 어렵습니다. 따라서 화성의 환경이 초기 지구와 유사하더라도, 세포 내 공생과 같은 역사적 사건이 재현되지 않는다면 그곳은 미생물만의 천국으로 남을 가능성이 큽니다. 생명은 환경에 적응하며 끊임없이 답을 찾아가는 존재이기 때문입니다.

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[질문Q] 엽록체가 있는 진핵세포는 왜 동물로 진화하지 않았을까? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 6강 | 생명의 기원

세포 내 공생은 생명 진화의 획기적인 전환점이었습니다. 엽록체나 미토콘드리아의 조상 생명체들은 고세균과 같은 숙주 세포 안으로 들어가면서 외부의 치열한 경쟁으로부터 보호받고 안정적인 자원을 제공받게 되었습니다. 반대로 숙주 세포는 이들로부터 산소와 에너지를 공급받으며 상호 이익을 누렸습니다. 이러한 관계는 오징어와 발광 세균의 사례에서도 찾아볼 수 있는데, 미생물은 숙주로부터 먹이를 얻고 오징어는 미생물이 내는 빛을 이용해 포식자를 피하거나 먹이를 찾으며 공존의 지혜를 발휘합니다. 생명의 기원에 대해서는 단 하나의 뿌리만을 생각하기 쉽지만, 실제로는 여러 곳에서 시원 세포들이 탄생했을 가능성이 큽니다. 최근 학계에서는 모든 생명의 공통 조상인 'LUCA' 이전에 첫 번째 조상을 의미하는 'FUCA'라는 개념을 사용하기도 합니다. 비록 초기에는 다양한 생태계에서 여러 생명 그룹이 출현했겠지만, 환경 적응력과 경쟁 우위를 점한 특정 그룹이 생태계를 주도하면서 나머지는 멸종했을 것입니다. 결국 오늘날 지구상의 모든 생명체는 그 치열한 경쟁에서 살아남은 마지막 공통 조상의 후손들인 셈입니다. 흔히 광합성을 하는 생물은 움직이지 못한다고 생각하지만, 이는 육상 식물에 국한된 편견에 가깝습니다. 실제로 유글레나와 같은 미생물이나 미역의 생식 세포인 유주자는 편모를 이용해 빛을 찾아 활발하게 이동합니다. 바다 민달팽이 역시 광합성 효율을 높이기 위해 스스로 빛이 잘 드는 쪽을 찾아 움직이는 능력을 갖추고 있습니다. 이처럼 수많은 광합성 생물들이 생존과 번식을 위해 운동성을 유지하며 환경에 대응하고 있다는 점은 생명체들이 얼마나 다양한 방식으로 진화해 왔는지를 잘 보여줍니다. 엽록체의 내부 구조를 살펴보면 그 진화의 흔적이 고스란히 남아 있습니다. 남세균에서 유래한 틸라코이드막은 광합성의 핵심적인 역할을 수행하며, 세포 내 공생 과정을 거치면서 여러 겹의 막 구조로 발전했습니다. 1차 공생을 통해 형성된 내막과 외막은 각각 원래의 세균막과 숙주 세포의 세포막에서 기원한 것입니다. 이후 2차, 3차 공생을 거치며 막의 층수가 늘어나는 복잡한 진화 과정을 겪게 되는데, 이는 생명체가 외부 인자를 자신의 일부로 받아들여 정교하게 최적화해 온 결과물이라 할 수 있습니다. 생명체에게 운동성은 생존을 위한 강력한 도구이지만, 동시에 막대한 에너지를 소모하는 선택이기도 합니다. 동물은 에너지의 상당 부분을 이동에 사용하는 반면, 육상 식물은 움직임 대신 성장에 집중하여 빛을 더 효과적으로 확보하는 전략을 취했습니다. 나무들이 서로 더 높이 자라기 위해 경쟁하거나 층상 구조를 형성하는 것은 움직이지 않고도 최선의 효율을 내기 위한 노력입니다. 결국 운동성의 유무는 우열의 문제가 아니라, 자신의 유전자를 다음 세대에 더 안정적으로 전달하기 위해 각자의 환경에서 선택한 최적의 생활 전략인 것입니다.

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[명강리뷰] 생명의 기원, 그리고 세포내 공생을 통한 식물의 진화(2) _ by윤환수｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 6강

광합성은 흔히 육상 식물의 전유물로 여겨지지만, 실제로는 김이나 미역 같은 해조류를 포함해 매우 다양한 생물군에서 일어납니다. 현재 지구상에는 약 10여 종의 서로 다른 엽록체가 존재하며, 이들은 모두 약 32억 년 전 대기 중 산소 농도를 높였던 남세균에서 기원했습니다. 아주 오래전 시작된 이 작은 생명체와의 만남은 세포 내 공생이라는 독특한 과정을 거치며 오늘날 우리가 마주하는 다채로운 생태계의 근간을 마련했습니다. 세포 내 공생은 먼 과거의 일만이 아니라 지금 이 순간에도 우리 주변에서 관찰되는 현상입니다. 연못의 아메바나 짚신벌레 내부에는 광합성을 하는 플랑크톤이나 녹조류가 공생하고 있으며, 바다민달팽이는 조류를 섭취한 뒤 그 엽록체를 몸에 축적해 스스로 에너지를 만들어내기도 합니다. 이러한 상리공생의 패턴은 생명체가 환경에 적응하고 생존하기 위해 얼마나 창의적인 전략을 선택해 왔는지를 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 린 마굴리스 등이 제안한 세포 내 공생설은 미토콘드리아와 엽록체의 기원을 박테리아에서 찾습니다. 광합성을 하지 못하던 진핵생물이 남세균을 삼킨 뒤, 이를 소화하는 대신 영구적인 공생 관계를 맺으며 세포 소기관으로 진화시켰다는 것입니다. 이 과정에서 남세균의 유전자가 숙주 세포의 핵으로 이동하면서 세포의 폭발적인 증식을 조절하게 되었고, 이는 단순한 공생을 넘어 하나의 통합된 생명체로 거듭나는 결정적인 계기가 되었습니다. 1차 내공생으로 탄생한 광합성 생물들은 다시 한번 다른 생물과 결합하는 2차, 3차 내공생 과정을 거치며 그 범위를 확장했습니다. 은편모조류의 세포 안에서 발견되는 핵소체는 과거 홍조류가 가졌던 핵의 흔적으로, 이는 마치 러시아 인형인 마트료시카처럼 생명체 안에 또 다른 생명체의 기록이 겹겹이 쌓여 있음을 증명합니다. 이러한 복잡한 진화 과정을 통해 광합성 능력은 여러 그룹으로 전파되었고, 지구 생물 다양성은 비약적으로 증가했습니다. 비교적 최근인 약 1억 2천만 년 전 발생한 폴리넬라의 사례는 세포 내 공생의 진화 과정을 실시간으로 보여주는 소중한 단서입니다. 폴리넬라는 남세균을 획득하여 독립 영양 생물로 변모하는 중간 단계의 특징을 고스란히 간직하고 있습니다. 결국 세포 내 공생은 단순한 결합을 넘어 생물의 다양성을 폭발시키는 진화적 촉매제 역할을 해왔습니다. 무기물에서 유기물을 창조하는 이 경이로운 여정은 지금도 지구 곳곳에서 계속되고 있습니다.

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[인터뷰] 우주 최대의 미스터리는?ㅣ스페이스오페라_릴레이 인터뷰 | 우가궁7

우주를 탐구하는 인류에게는 여전히 풀리지 않는 거대한 질문들이 남아 있습니다. 가장 먼저 떠오르는 의문은 광활한 우주에 우리 외에 다른 지적 생명체가 존재하는가 하는 점입니다. 또한 우주의 대부분을 차지하고 있지만 정체를 알 수 없는 암흑물질과 암흑에너지, 그리고 블랙홀 내부와 같은 극한의 환경에서도 우리가 아는 물리 법칙이 유효한지에 대한 의문도 핵심적인 과제입니다. 이러한 미스터리들은 결국 우리가 왜, 그리고 어떻게 존재하는가라는 근본적인 물음에 답하기 위한 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 현대 우주론에서 가장 큰 비중을 차지하는 난제는 단연 암흑에너지입니다. 관측에 따르면 우주 에너지의 약 75%가 암흑에너지로 이루어져 있으며, 이는 아인슈타인이 한때 도입했다가 폐기했던 우주상수와 밀접한 관련이 있는 것으로 보입니다. 하지만 과학자들은 이 거대한 에너지의 정체를 밝히기 위한 실마리조차 제대로 잡지 못하고 있는 실정입니다. 이것이 과학적 질문인지조차 의심받을 정도로 난해한 이 문제는, 인류가 우주의 팽창 메커니즘을 완전히 이해하기 위해 반드시 넘어야 할 거대한 장벽과도 같습니다. 우주 전체에는 수조 개의 별이 존재하지만, 현재까지 우리가 아는 지적 생명체는 지구의 인류가 유일합니다. 확률적으로 보면 생명체의 존재는 너무나 희귀한 사건이며, 논리적으로 설명하기 힘든 신비에 가깝습니다. 따라서 차세대 천문학의 가장 중요한 목표 중 하나는 외계 생명체의 실존 여부를 확인하는 것입니다. 만약 외계 생명체가 발견된다면, 그들이 지구의 생명체와 얼마나 닮았고 또 다른지를 비교함으로써 생명이라는 현상이 우주에서 갖는 보편성을 탐구하는 새로운 학문의 장이 열릴 것입니다. 생명의 기원에 대한 탐구는 단순히 생물학적 영역을 넘어 천문학적 관점에서도 매우 중요합니다. 우주의 첫 순간이 어떻게 시작되었는지, 그리고 무기물이 어떻게 유기 생명체로 진화할 수 있었는지는 여전히 베일에 싸여 있습니다. 일부 학자들은 지구 생명체의 기원이 화성에서 온 암석에 있을지도 모른다는 가설을 제시하기도 하며, 우주 공간에서 아미노산이 형성되는 과정을 연구하기도 합니다. 이처럼 생명의 탄생 과정을 규명하는 일은 여러 학문이 융합되어야 하는 종합적인 과제이며, 인류가 풀어야 할 가장 중요한 숙제 중 하나입니다. 물리학의 관점에서 볼 때, 우리 우주가 지금처럼 거대한 크기로 오랫동안 안정적으로 존재한다는 사실 자체가 하나의 기적입니다. 현대 물리학은 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력 등은 어느 정도 이해하고 있지만, 중력의 진정한 실체와 양자 역학과의 결합 문제는 여전히 해결하지 못했습니다. 표준 우주론이 설명하지 못하는 암흑 우주의 비밀을 밝혀내고, 일반 상대성 이론과 물질의 관계를 새롭게 정립하는 사상적 구조를 만드는 것이 다음 세대 과학자들의 몫입니다. 이러한 도전은 우주의 존재 그 자체에 담긴 경이로움을 이해하는 길로 우리를 인도할 것입니다.

권우진, 김용철, 박성찬, 박창범, 신지혜, 윤성철, 이명현, 이석영, 이성재, 이영욱, 이유경, 이필진, 임명신, 임채호, 정애리, 조중현, 최기운

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
지구환경과학
천문학
융합

[질문Q] 현재의 유전자 기술이라면 스티브 잡스를 살릴 수 있을까? ㅣ 2016 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 10강ㅣ게놈으로 읽는 생명/유전자가위로 유전자 수술하기

유전자 편집 기술의 발전은 특정 유전적 결함으로 인한 질환을 치료하는 것을 넘어, 인간의 수명과 신체적 특성을 조절할 수 있는 가능성을 제시하고 있습니다. 예를 들어, 적은 수면으로도 일상생활이 가능한 특정 유전 변이를 인위적으로 도입하는 기술적 토대는 이미 마련되어 있습니다. 물론 수명처럼 수많은 유전자가 복합적으로 작용하는 영역은 여전히 미지의 영역이 많지만, 유전체 시퀀싱 기술의 고도화는 우리가 몰랐던 유전적 비밀을 하나씩 밝혀내고 있습니다. 이는 단순한 생명 연장을 넘어 인간의 삶의 질을 근본적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 멸종된 매머드를 복원하려는 시도는 현대 과학의 도전적인 과제 중 하나로, 코끼리의 유전자에 매머드의 특성을 삽입하는 방식이 논의되고 있습니다. 기술적으로는 유전자 가위를 활용해 유전 정보를 수정하는 것이 가능해졌지만, 이를 실제 생명체로 구현하는 생물학적 과정은 여전히 높은 장벽이 존재합니다. 특히 난자 채취와 착상 과정의 기술적 한계와 더불어, 이러한 인위적인 생명체가 생태계에 미칠 영향에 대한 윤리적 고민도 깊습니다. 이는 과학적 성취가 단순한 기술적 성공을 넘어 사회적 합의와 책임감을 동반해야 함을 시사합니다. 과거에는 불가능했던 정밀 맞춤 의료는 이제 자본과 기술이 결합하여 실질적인 생명 연장의 수단이 되고 있습니다. 개인의 전체 유전체를 분석하여 암의 발생을 실시간으로 감시하고, 수만 가지 약물을 스크리닝하여 최적의 치료제를 찾아내는 과정이 가능해진 것입니다. 불과 10여 년 전만 해도 접근하기 어려웠던 이러한 기술들은 현재 의료 현장에서 혁신을 일으키고 있습니다. 유전체 정보를 바탕으로 한 정밀 의료는 환자 개개인의 특성에 맞춘 최적의 해법을 제시함으로써, 난치병 정복을 향한 인류의 여정에 새로운 이정표를 세우고 있습니다. 진화의 원리를 바라보는 과학계의 시각도 거대한 전환기를 맞이하고 있습니다. 전통적으로 진화는 무작위적인 변이의 결과로 여겨져 왔으나, 최근에는 데이터 분석을 통해 진화에 일정한 방향성이 존재할 수 있다는 견해가 힘을 얻고 있습니다. 특히 인류가 스스로의 유전자를 편집하기 시작하면서, 진화는 더 이상 자연의 우연에만 맡겨진 영역이 아니게 되었습니다. 인간이 진화의 과정에 직접 개입하여 방향을 설정하는 행위 자체가 새로운 형태의 자연적 진화로 해석될 여지가 생겨난 것입니다. 이는 생명 진화의 본질에 대한 근본적인 질문을 던집니다. 유전체 분석 기술은 인류의 과거를 재구성하는 인류학적 연구뿐만 아니라 암 치료와 같은 실용적 분야에서도 놀라운 성과를 내고 있습니다. 고대 유전체와 지질학적 데이터를 결합하여 과거 문명의 발상지와 기후 변화를 새롭게 조명하는 한편, 의료 분야에서는 면역 세포의 유전자를 교정해 암세포의 공격을 무력화하는 치료법이 개발되고 있습니다. 유전자 가위를 활용해 면역 체계의 효능을 극대화하는 이러한 접근은 암 정복을 위한 강력한 무기가 되고 있습니다. 이처럼 유전학의 발전은 인류의 정체성을 재정립하고 생존을 위협하는 질병에 맞서는 핵심 동력이 되고 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[명강리뷰] 생명체의 탄생 by 노정혜ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 1강

생명체를 정의하는 것은 쉽지 않지만, 지구상의 모든 생명체가 공유하는 공통적인 특징을 통해 그 본질을 파악할 수 있습니다. 가장 중요한 특징은 유전과 증식으로, 유전자를 통해 자신의 형질을 후대에 전달하며 자손을 재생산하는 능력입니다. 또한 물질과 에너지를 전환하는 대사, 환경 변화를 감지하고 반응하는 능력, 그리고 세대를 거치며 유전자가 변해가는 진화의 과정을 거쳐야 비로소 생명체라고 부를 수 있습니다. 이러한 모든 특징을 갖춘 가장 작은 단위가 바로 세포이며, 세균과 같은 단세포 생물은 그 자체로 완벽한 생명체의 조건을 충족하는 존재입니다. 지구상 모든 생물의 공통 조상인 루카(LUCA)는 약 38억 년보다 더 이전에 존재했을 것으로 추정됩니다. 현대 과학자들은 세균과 고균의 유전체 데이터를 분석하여 루카(LUCA)가 가졌을 법한 355개의 공통 유전자를 찾아냈습니다. 이를 통해 유추한 루카(LUCA)의 모습은 산소를 사용하지 않는 무산소 생물이었으며, 수소와 이산화탄소, 질소와 같은 무기물만을 이용해 필요한 유기물을 스스로 합성하는 독립 영양체였습니다. 또한 뜨거운 열을 견디는 유전자를 보유하고 있어 고온의 환경에서 생존했을 가능성이 매우 큽니다. 이는 초기 생명체가 지구의 극한 환경에서 탄생했음을 시사하는 중요한 단서가 됩니다. 생명체가 형성되기 위해서는 유전 정보를 저장하고 복제하는 물질과 이를 외부와 차단할 구획이 필요합니다. 초기 유전 물질로는 정보 저장과 화학 반응 촉매 기능을 동시에 수행하는 RNA가 유력하게 거론됩니다. RNA는 스스로를 절단하거나 연결하며 진화했고, 이후 더 안정적인 DNA로 정보를 넘겨주었을 것입니다. 동시에 물과 섞이지 않는 성질을 가진 지질 분자들이 이중층 막을 형성하며 원시 세포가 만들어졌습니다. 이 막 구조는 내부의 유전 물질과 효소들을 안전하게 가두어 독립적인 반응이 일어날 수 있는 최적의 공간을 제공하며 생명 탄생의 마지막 단계를 완성했습니다. 생명의 탄생지로 주목받는 해저 열수구는 다공성 암석 구조를 통해 천연의 구획을 제공했습니다. 이곳에서 분출되는 알칼리성 열수와 산성인 주변 바닷물 사이에는 수소 이온 농도 차이가 발생하는데, 이는 현대 세포의 미토콘드리아가 에너지를 만드는 방식과 유사한 '화학 삼투' 환경을 조성합니다. 또한 열수구 주변의 황화철이나 황화니켈 같은 금속 성분들은 화학 반응을 돕는 강력한 촉매 역할을 했습니다. 이러한 물리적, 화학적 조건들이 결합하여 외부로부터 유기물을 공급받지 않고도 스스로 생명 활동을 시작할 수 있는 '생명의 에덴동산'이 마련된 것으로 보입니다. 단세포 생물에서 복잡한 진핵생물로 진화한 결정적인 계기는 '세포 내 공생'이었습니다. 약 20억 년 전, 고균의 일종인 숙주 세포 안으로 산소 호흡을 하는 세균이 들어가 함께 살기 시작하면서 미토콘드리아가 탄생했습니다. 이후 광합성을 하는 남세균까지 합류하며 식물의 기원이 되었고, 이는 지구 생태계의 거대한 변화를 이끌었습니다. 46억 년 전 지구의 탄생부터 루카(LUCA)의 출현, 그리고 진핵생물의 등장에 이르기까지의 역사는 단순한 과거의 기록이 아닙니다. 이는 우리가 미지의 영역을 탐구하고 생명의 본질을 이해하는 데 있어 가장 중요한 과학적 기반이 되어줍니다.

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[과학책수다] 호모스페이스쿠스

찰스 다윈의 '종의 기원'은 현대 생물학의 근간을 이루는 가장 중요한 저작 중 하나로 평가받습니다. 1859년 출간 당시 이 책은 생명체가 고정된 것이 아니라 시간에 따라 변화한다는 파격적인 주장을 담고 있었습니다. 다윈은 비글호를 타고 전 세계를 항해하며 수집한 방대한 관찰 기록을 바탕으로, 모든 생명체가 하나의 공통 조상으로부터 갈라져 나왔다는 진화의 원리를 체계적으로 정리했습니다. 이는 당시 종교적 세계관이 지배하던 사회에 거대한 충격을 던졌으며, 인류가 자연을 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 다윈이 제시한 진화의 핵심 기제는 바로 '자연선택'입니다. 그는 자연계의 자원은 한정되어 있지만 개체는 그보다 더 많이 태어난다는 사실에 주목했습니다. 이 과정에서 개체들 사이에는 미세한 형질 차이가 존재하며, 특정 환경에서 생존과 번식에 유리한 형질을 가진 개체가 살아남아 후손에게 그 형질을 전달할 확률이 높아집니다. 이러한 과정이 수많은 세대를 거쳐 누적되면서 생명체는 환경에 적응하고 새로운 종으로 분화하게 됩니다. 이는 설계자 없이도 생명의 다양성과 복잡성이 설명될 수 있음을 보여준 혁신적인 통찰이었습니다. 흔히 진화를 더 우월한 상태로 나아가는 '진보'라고 오해하곤 하지만, 다윈의 이론에서 진화는 철저히 '적응'의 과정입니다. 진화에는 정해진 목적지나 방향이 없으며, 단지 변화하는 환경 속에서 살아남기 위한 최선의 선택들이 축적될 뿐입니다. 따라서 현재 살아남은 모든 생명체는 각자의 환경에서 가장 성공적으로 적응한 결과물이라 할 수 있습니다. 인간 역시 진화의 정점에 서 있는 존재가 아니라, 수억 년에 걸친 생명의 역사 속에서 가지를 뻗어 나온 수많은 생명체 중 하나라는 사실은 우리에게 겸손한 태도를 일깨워 줍니다. '종의 기원'에서 다윈이 유일하게 삽입한 도표는 바로 '생명의 나무'입니다. 이는 모든 생명체가 하나의 뿌리에서 시작되어 시간이 흐름에 따라 여러 가지로 갈라져 나가는 모습을 형상화한 것입니다. 이 비유는 생물 간의 친연 관계를 시각적으로 명확하게 보여주며, 겉모습이 전혀 다른 생명체들도 결국 유전적 뿌리를 공유하고 있음을 시사합니다. 다윈은 이 장대한 서사를 통해 생명의 통일성과 다양성을 동시에 설명해 냈습니다. 이러한 관점은 현대 유전학의 발전과 결합하여 생명 과학의 확고한 토대를 마련하게 되었습니다. 다윈의 이론은 출간 이후 160년이 넘는 시간 동안 수많은 검증과 보완을 거치며 더욱 견고해졌습니다. 오늘날 진화론은 단순히 생물학의 영역을 넘어 심리학, 경제학, 철학 등 인문·사회과학 전반에 걸쳐 깊은 영감을 주고 있습니다. '종의 기원'은 단순히 과거의 고전이 아니라, 우리가 어디에서 왔으며 생명의 본질이 무엇인지를 끊임없이 묻게 만드는 살아있는 지침서입니다. 다윈이 보여준 치밀한 관찰력과 논리적 추론의 과정은 과학적 사고의 전형을 보여주며, 오늘날을 살아가는 우리에게도 여전히 유효한 질문들을 던지고 있습니다.

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생명과학

[명강리뷰] 뇌: 신비한 세계로의 초대 by 신희섭ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강

뇌의 기원을 이해하려면 진화라는 창을 통해 생명체를 바라봐야 합니다. 단세포 생물은 신경 없이도 생존에 문제가 없지만, 다세포 생물로 진화하며 세포 간 정보 공유가 필수적이 되었습니다. 진화는 생명체가 왜 어떤 것은 뇌가 있고 어떤 것은 없는지, 그리고 복잡한 구조를 갖게 된 원리가 무엇인지 설명해 주는 유일한 도구입니다. 이러한 관점은 살아있는 생명체를 깊이 있게 들여다볼 수 있는 유리창과 같습니다. 초기 신경계는 해파리처럼 전신을 동시에 수축시키기 위한 '동기화' 목적으로 등장했습니다. 이후 편형동물 단계에서 좌우와 앞뒤라는 신체 축이 생기며 이동이 입체적으로 변했고, 이에 따라 복잡해진 정보를 처리할 신경절이 형성되었습니다. 이는 단순한 1차원적 반응이 3차원적 계산으로 진화했음을 의미하며, 이동을 위한 거대한 계산기가 필요해졌음을 시사합니다. 뇌의 핵심 기능이 '이동'에 있다는 사실은 멍게의 생애 주기에서 잘 드러납니다. 헤엄치는 유충 시절에는 올챙이와 비슷한 형태를 띠며 뚜렷한 뇌를 가졌던 멍게가 바위에 붙어 정착 생활을 시작하면 뇌를 스스로 퇴화시켜 없애버립니다. 이는 뇌가 환경 정보를 분석해 최적의 이동을 결정하기 위해 존재하며, 더 이상 이동이 필요 없는 생명체에게는 뇌가 불필요한 자원임을 보여주는 증거입니다. 파충류 단계에 들어서면 대뇌 피질과 감정을 조절하는 편도체가 발달하기 시작합니다. 이때 나타나는 '정동(Emotion)'은 우리가 인지하는 감정과는 다른 생리적 반응으로, 위험 상황에서 즉각적으로 심박수와 혈압을 높여 생존 확률을 극대화합니다. 뇌는 논리적 판단 이전에 몸의 상태를 급격히 변화시킴으로써 개체를 보호하는 역할을 수행하며, 이는 생존을 위한 필수적인 진화적 장치라고 할 수 있습니다. 뇌의 진화는 개체를 이동하게 만드는 강력한 동기인 보상 회로를 탄생시켰습니다. 이러한 보상 회로는 번식과 탐구의 원동력이 되지만, 때로는 통제를 벗어나 중독에 빠지게 하기도 합니다. 또한, 타인의 고통을 자신의 것처럼 느끼는 공감 능력의 발달은 뇌가 단순한 생존 기계를 넘어 사회적 연결을 지향하는 고도의 복잡성을 갖추게 되었음을 증명하며 생명체 간의 깊은 유대를 가능하게 합니다.

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[강연] 내가 외계인을 상상하는 이유 (앞내용 추가!) ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 3 | 9강 ③

우주는 단순히 시공간의 집합이 아니라 물리 법칙이 허용하는 영역으로 정의될 수 있습니다. 과학자들은 이 경계 안에서 일어나는 현상을 탐구하며, 자연 법칙을 벗어난 초자연적인 영역은 상상의 영역으로 남겨둡니다. 이러한 관점은 과학적 상상력이 부족해서가 아니라, 정해진 규칙 안에서 해답을 찾아내려는 지적 치열함의 산물입니다. 우리가 살고 있는 이 우주는 물리 법칙이라는 견고한 틀 안에서 작동하며, 그 안에서 벌어지는 모든 일은 논리적으로 설명 가능해야 합니다. 과학의 탐구 과정은 루미큐브를 맞추는 것과 비슷합니다. 조각을 분해해서 다시 조립하는 것은 규칙을 어기는 행위이며, 진정한 해결책이 될 수 없습니다. 과학자들은 자연이 부여한 제한 조건을 임의로 해제하지 않고, 그 안에서 최대한의 상상력을 발휘하여 생명 탄생과 같은 복잡한 기작을 밝혀내고자 합니다. 초자연적인 존재나 지적 설계자에 의존하는 '데우스 엑스 마키나' 식의 사고를 거부하고, 물리 법칙만으로 생명의 신비를 설명하려는 노력이 바로 과학의 본질입니다. 외계 생명체에 대한 탐구가 과학적인 질문이 될 수 있는 이유는 물리 법칙이 전 우주에 동일하게 적용되기 때문입니다. 뉴턴이 사과가 떨어지는 힘과 행성이 공전하는 힘이 같음을 증명했듯, 지구에서 생명을 탄생시킨 법칙은 다른 행성계에서도 유효합니다. 실제로 소행성에서 다양한 아미노산이 발견되는 것은 우주 공간에서 유기 물질이 자연스럽게 합성됨을 보여줍니다. 탄소를 기반으로 한 복합 유기 분자가 우주에 흔하다는 사실은 생명 탄생의 가능성이 지구에만 국한되지 않음을 시사합니다. 지구는 우리가 아는 유일한 생명의 샘플이지만, 그 안의 다양성을 통해 보편성을 유추할 수 있습니다. 산소나 햇빛이 없는 극한 환경에서도 미생물이 서식한다는 사실은 외계 행성의 다양한 환경에서도 생명이 존재할 수 있음을 암시합니다. 우주 생물학자들은 사막, 극지방, 심해 등 지구상의 극한지를 연구하며 생존의 한계를 탐색합니다. 이러한 연구는 단 하나의 샘플이 가진 한계를 극복하고, 외계 생명체가 존재할 수 있는 환경적 범위를 넓혀주는 중요한 지표가 됩니다. 생명의 진화 방향 역시 물리 법칙의 제한을 받기에, 우리는 외계 생명체의 모습을 합리적으로 추론할 수 있습니다. 이를 '수렴 진화'라고 하는데, 서로 다른 조상을 가진 생명체라도 비슷한 환경에서는 최적의 형태를 갖추게 됩니다. 예를 들어 물속에서 빠르게 이동하기 위해 돌고래와 물고기가 비슷한 유선형 몸을 갖게 된 것과 같습니다. 하늘을 나는 생명체라면 대칭적인 날개를 가질 것이고, 효율적인 복제 코드를 사용하는 등 물리적 제약 안에서 가장 최적화된 솔루션을 선택했을 가능성이 큽니다. 고등 문명을 이룩한 지적 생명체라면 그 형태는 더욱 제한적일 것입니다. 과학 기술을 발전시키기 위해서는 별을 관측할 수 있는 지상 환경과 도구를 다룰 수 있는 정교한 신체 기관이 필수적입니다. 원근감을 파악하기 위한 두 개의 눈, 정보를 처리하는 뇌, 그리고 에너지를 효율적으로 얻기 위한 섭식 구조 등은 물리 법칙이 제시하는 필연적인 선택지입니다. 이러한 신체적 조건들은 지적 생명체가 갖추어야 할 최소한의 과학적 요건이자 진화의 결과물로서 나타나게 될 것입니다. 외계 생명체의 발견은 코페르니쿠스 혁명의 진정한 완성을 의미합니다. 지구가 우주의 중심이 아님을 깨달은 것처럼, 인간 역시 우주에서 유일한 지적 생명체가 아님을 확인하는 과정이기 때문입니다. 빅뱅 이후 수소와 헬륨뿐이었던 우주에 생명이 등장하고 스스로를 의식하기 시작했다는 사실은 경이로운 일입니다. 우주가 인간이라는 존재를 통해 자신을 해석하고 의식하게 되었듯이, 또 다른 지적 생명체와의 만남은 우주적 자아를 확장하는 계기가 될 것입니다. 우리는 그 경이로운 조우를 간절히 기다리고 있습니다.

윤성철

카오스재단카오스강연

천문학

[명강 리뷰] 종은 불변의 존재가 아니다 _ 생명의 기원 by 최재천 | 2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 10강

생명의 기원을 밝히는 일은 직접적인 관찰이 불가능하기에 현재 우리가 가진 데이터를 바탕으로 최대한 유추해야 하는 매우 어려운 작업입니다. 과학계에서는 원시 지구의 환경에서 우연히 탄생한 자기 복제 화학물질을 그 시작으로 보고 있습니다. 초기에는 불안정한 RNA가 먼저 등장하여 복제 과정을 거치며 점차 안정적인 DNA로 발전했을 것이라는 가설이 현재는 큰 힘을 얻고 있습니다. 이러한 유전자들이 막을 형성하고 조직화되면서 최초의 세포가 탄생했고, 이는 오늘날 우리가 마주하는 방대한 생물 다양성의 뿌리가 되었습니다. 생명의 역사는 자기 복제 화학물질의 끊임없는 일대기라고 할 수 있습니다. 개별 생명체는 유전자의 복제 사업을 돕기 위해 만들어진 효율적인 시스템에 불과할지도 모릅니다. 유전자의 관점에서 본다면 인간이나 비둘기, 옥수수와 같은 다양한 종들은 각기 다른 사업 부문과 같습니다. 특정 종이 멸종하더라도 다른 종을 통해 유전자 총량이 유지된다면 전체적인 사업은 계속되는 셈입니다. 결국 우리는 유전자의 영속성을 위해 잠시 이용되는 존재일 수 있으며, 이러한 관점은 생명을 바라보는 완전히 새로운 시각을 제공합니다. 찰스 다윈은 유전자의 존재를 알지 못했음에도 불구하고, 모든 생명체가 하나의 공통 조상으로부터 기원했다는 놀라운 통찰을 제시했습니다. 그는 비둘기 품종 개량과 같은 인위 선택 과정을 관찰하며, 자연계에서도 자원을 둘러싼 경쟁을 통해 우수한 형질이 살아남는 '자연 선택'이 일어난다는 사실을 깨달았습니다. 진화는 과거의 사건이 아니라 현재도 진행 중인 역동적인 과정입니다. 특히 현대 사회에서 인간의 진화 속도는 환경적 요인보다 동종 간의 치열한 경쟁에 의해 더욱 가속화되고 있을 가능성이 큽니다. 지구상의 모든 생명체는 태초의 하나로부터 시작된 거대한 대가족입니다. 겉모습은 서로 다르지만 우리 몸속의 유전자를 거슬러 올라가면 은행나무나 작은 미생물과도 한 집안이었던 흔적을 발견할 수 있습니다. 생명은 횡적으로 연결되어 있으며 끊이지 않는 연속성을 지닙니다. 하지만 인간의 등장은 결코 필연적인 결과가 아니었습니다. 수많은 우연이 겹쳐 만들어진 기적 같은 사건이며, 만약 지구의 역사를 처음부터 다시 시작한다면 인간이 다시 등장할 확률은 거의 제로에 가깝습니다. 이는 우리를 겸허하게 만드는 진실 중 하나입니다. 호모 사피엔스는 같은 속의 다른 종들을 모두 몰아내고 홀로 살아남은 매우 배타적인 종입니다. 스스로를 '현명한 인간'이라 명명했지만, 우리가 진정으로 현명한지에 대해서는 성찰이 필요합니다. 진정한 인간다움은 자연에 대해 끊임없이 배우고 알아가려는 노력에서 나옵니다. 대상을 깊이 이해할수록 우리는 주변의 생명들을 더 사랑하고 존중할 수 있는 존재가 되기 때문입니다. 자연과학은 단순히 지식을 쌓는 과정이 아니라, 살아있는 모든 것을 탐구하며 더 나은 삶의 가치를 찾아가는 숭고한 여정이라 할 수 있습니다.

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[과학책수다] 에덴의 용 2부

뇌의 진화는 과거의 흔적을 지우는 것이 아니라, 기존의 구조 위에 새로운 기능을 덧씌우는 방식으로 진행되었습니다. 인간의 뇌에는 어류나 양서류 시절부터 이어진 척수와 파충류의 본능을 담은 R-복합체, 그리고 감정을 담당하는 변연계가 여전히 자리 잡고 있습니다. 그 위에 영장류와 인간을 구분 짓는 신피질이 추가되면서 우리는 고도의 지적 능력을 갖추게 되었습니다. 이러한 적층식 구조는 우리가 왜 때때로 이성보다 본능적인 충동에 휩싸이는지를 잘 보여주는 진화의 증거입니다. 칼 세이건은 에덴동산의 이야기를 인류 진화의 과정을 설명하는 강력한 은유로 사용합니다. 지혜의 열매를 먹고 선악을 알게 된 대가로 고통을 겪게 되었다는 신화적 서사는, 급격한 두개골의 팽창과 그에 따른 출산의 고통이라는 생물학적 변화와 맞닿아 있습니다. 뇌가 커지면서 인간의 골반 구조 역시 대대적인 변화를 겪어야 했으며, 이는 자연선택이 인간의 신체와 행동 양식을 어떻게 조형해 왔는지를 보여주는 상징적인 사례라고 할 수 있습니다. 인간만이 고차원적인 지적 능력을 갖췄다는 오만은 침팬지와의 비교 연구를 통해 여지없이 깨집니다. 과거에는 침팬지가 언어를 구사하지 못하는 이유를 지능의 한계로 보았으나, 실제로는 발성 구조의 해부학적 차이 때문임이 밝혀졌습니다. 수어를 배운 침팬지들이 '물'과 '새'를 조합해 '물새'라는 새로운 단어를 만들어내는 창의성을 보여준 사례는 놀랍습니다. 이는 추상적 사고와 의식이 인간만의 전유물이 아님을 시사하며, 생명체에 대한 우리의 윤리적 태도를 재고하게 만듭니다. 우리가 느끼는 근원적인 공포 역시 진화의 산물입니다. 높은 곳에서 떨어지는 꿈, 뱀에 대한 혐오, 어둠에 대한 두려움은 나무 위에서 생활하며 포식자를 피해야 했던 조상들의 생존 본능이 뇌 속에 각인된 결과입니다. 흥미롭게도 이러한 공포는 문화권에 따라 용이라는 신화적 존재로 형상화되었습니다. 서양에서는 퇴치해야 할 악의 상징으로, 동양에서는 자연의 질서와 권위를 상징하는 영물로 묘사되는 용의 모습은 인류가 자연을 바라보는 시각의 차이를 투영합니다. 인간의 창의성은 좌반구의 이성적 논리와 우반구의 직관적 통찰이 협력할 때 비로소 빛을 발합니다. 뇌량과 전교련이라는 연결 통로를 통해 두 반구는 끊임없이 정보를 교환하며 법과 윤리, 예술과 과학이라는 거대한 문명을 일구어냈습니다. 결국 인류의 미래는 뇌의 각 부분이 조화를 이루듯, 인문학과 과학이 소통하고 통섭하는 과정에 달려 있습니다. 칼 세이건이 강조한 것처럼 우리 내면의 구조를 깊이 이해하는 것이야말로 진정한 인간다움을 실현하는 길입니다.

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생명과학
뇌인지과학

[정말 읽었니?#10] 전중환 교수 _ '이기적 유전자'는 왜 중요한가?

리처드 도킨스의 저서 '이기적 유전자'는 1976년 출간된 이래 수많은 오해와 비판의 중심에 서 왔습니다. 많은 이들이 이 책을 유전자가 인간의 모든 행동을 결정한다는 유전자 결정론이나, 삶의 목적을 부정하는 허무주의적 시각으로 오해하곤 합니다. 심지어 일부 학자들은 이 책이 독창적인 이론 없이 동료들의 연구를 잘 포장한 대중과학서에 불과하다고 폄하하기도 합니다. 하지만 이 책은 생물학의 패러다임을 근본적으로 바꾼 학술적 가치를 지니고 있으며, 우리가 인간 본성을 깊이 있게 이해하기 위해 반드시 거쳐야 할 관문과도 같습니다. '이기적 유전자'라는 제목의 진정한 의미는 자연선택의 주체가 누구인지를 밝히는 데 있습니다. 도킨스는 유전자가 실제로 의식이나 의도를 가지고 이기적으로 행동한다고 주장한 것이 아닙니다. 그는 선택의 기본 단위가 개체나 집단이 아닌 유전자임을 설명하기 위해 이 용어를 선택했습니다. 유전자는 그저 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 속성을 가진 DNA 염기 서열일 뿐이며, 인간을 포함한 모든 생명체는 이러한 유전자를 보존하고 전달하기 위해 정교하게 설계된 생존 기계에 해당합니다. 다윈의 진화론에 따르면 생명체는 자연선택이라는 기계적인 과정을 통해 환경에 적응하며 진화합니다. 나뭇잎을 완벽하게 흉내 내는 곤충이나 먼 거리를 활공하는 새의 날개처럼 정교한 적응은 마치 누군가 의도적으로 설계한 것처럼 보이지만, 사실은 생존과 번식에 유리한 변이가 세대를 거쳐 축적된 결과입니다. 여기서 중요한 질문은 이러한 선택이 과연 누구의 이득을 위해 일어나는가 하는 점입니다. 도킨스는 그 이득의 주체가 종의 보존이나 개체의 안녕이 아니라, 바로 유전자 자체라는 점을 명확히 규명하며 진화의 새로운 지평을 열었습니다. 흔히 사람들은 '종족 보존의 본능'이라는 표현을 쓰며 생명체가 집단이나 종의 이익을 위해 행동한다고 믿습니다. 레밍이 개체 수 조절을 위해 집단 자살을 한다는 신화처럼 개체가 자신을 희생해 집단을 구한다는 가설은 낭만적으로 보이지만, 유전학적으로는 성립하기 어렵습니다. 이타적인 개체들 사이에 이기적인 '얌체'가 한 마리라도 등장하면, 그 얌체는 희생하지 않고 살아남아 자신의 유전자를 퍼뜨릴 것이기 때문입니다. 결국 집단 전체의 이익보다는 유전자 수준의 복제 성공도가 진화의 방향을 결정하는 유일한 기준이 됩니다. 도킨스의 가장 독창적인 공헌 중 하나는 생명체를 '복제자'와 '운반자'로 엄격히 구분한 것입니다. 유전자는 수천, 수만 세대를 거쳐 복제본의 형태로 살아남는 불멸의 복제자이며, 인간을 포함한 개체는 그 복제자를 잠시 담아 나르는 덧없는 운반자에 불과합니다. 소크라테스라는 개인은 역사 속으로 사라졌지만 그를 구성했던 유전자들은 후손을 통해 계속 이어지는 것과 같습니다. 이러한 관점은 혈연 이타성이나 상호 협력과 같은 복잡한 사회적 행동들을 유전자의 이득이라는 하나의 일관된 틀로 설명할 수 있게 해주는 강력한 도구가 됩니다. 인간의 몸과 마음이 유전자의 생존을 위해 진화했다는 사실이 우리가 반드시 유전자의 명령에 복종해야 함을 의미하지는 않습니다. 진화심리학적 관점에서 볼 때, 도로 위의 분노나 고칼로리 음식에 대한 갈망은 과거 수렵 채집 시대에는 생존에 도움이 되었을지 모르나 현대 사회에서는 오히려 해가 되기도 합니다. 우리가 왜 이러한 본능을 갖게 되었는지 그 기원을 과학적으로 이해한다면, 오히려 이성과 반성 능력을 활용해 본능의 지배에서 벗어날 수 있습니다. 즉, 본성을 아는 것은 그것을 통제할 수 있는 힘을 얻는 과정입니다. 도킨스는 인간만이 유일하게 이기적인 복제자의 폭정에 반역할 수 있는 존재라고 강조했습니다. 우리는 유전자가 설계한 생존 기계로 태어났지만, 교육과 문화를 통해 관용과 이타성을 배우고 실천할 수 있는 독특한 능력을 갖추고 있습니다. '이기적 유전자'를 읽는 진정한 목적은 우리를 움직이는 보이지 않는 손의 정체를 파악하고, 그 지식을 바탕으로 더 인본주의적이고 평화로운 사회를 설계하는 데 있습니다. 이 책은 단순한 생물학 이론서를 넘어 인간 존재의 의미를 새롭게 정의하고 우리가 나아갈 방향을 제시하는 철학적 지침서입니다.

전중환

카오스재단읽다과학

생명과학

[과학자가 쓴 과학책#11] 포스트휴머니즘의 유래, 의미, 철학 싹 다 알려드림 | 홍성욱_ 포스트휴먼 오디세이 | KAOS X 공원생활 특집

1990년대 후반 사이버네틱스라는 개념은 인간과 기계, 동물을 하나의 원리로 설명하며 지적 충격을 주었습니다. 노버트 위너가 제창한 이 학문은 정보가 순환하며 스스로를 조절하는 '음의 피드백'을 핵심으로 삼습니다. 이는 서로 이질적으로 보이던 존재들이 사실은 공통된 메커니즘을 공유하고 있음을 시사했습니다. 이러한 통찰은 인간이 만물의 영장이라는 독보적 위치에서 내려와, 다른 존재들과의 관계 속에서 자신을 재정의하게 만드는 중요한 계기가 되었습니다. 브루스 매즐리시는 인류 역사의 지적 혁명을 '불연속의 극복'으로 정의하며, 인간과 기계 사이의 간극이 좁혀지는 현상을 '네 번째 불연속'이라 불렀습니다. 코페르니쿠스가 우주와의 경계를, 다윈이 동물과의 경계를, 프로이트가 의식의 경계를 허물었듯, 이제는 인간과 기계의 결합이 새로운 존재의 탄생을 예고하고 있습니다. 18세기의 자동인형(오토마타)부터 현대의 컴퓨터에 이르기까지, 기술의 발전은 인간의 지적 작업마저 기계가 대신할 수 있다는 신념을 현실로 바꾸어 놓았습니다. 다윈의 진화론은 인간이 완성된 존재가 아니라 끊임없이 변화하는 과정에 있음을 시사하며 트랜스휴머니즘의 과학적 토대가 되었습니다. 미래에는 과학의 힘으로 육체적 한계를 초월하고 영생에 이를 수 있다는 주장이 제기되었습니다. 지식을 다운로드하여 영원히 보존하거나 전 인류의 지성을 연결하려는 시도는 인간을 생물학적 외피에 가두지 않으려는 열망의 산물입니다. 이러한 흐름은 인간이 기술을 통해 스스로를 신적 존재로 격상시키려는 진화적 의지를 반영하고 있습니다. 트랜스휴머니즘이 인간의 능력을 확장하는 데 집중한다면, 포스트휴머니즘은 근대 사상의 뿌리인 휴머니즘 자체를 성찰합니다. 이는 단순히 인간을 초월하는 것이 아니라, 인간중심주의가 초래한 여러 문제를 해결하기 위해 '인간 이후'의 철학을 모색하는 실천적 움직임입니다. 르네상스 이후 공고해진 인간 중심의 세계관에서 벗어나, 우리가 소중히 여겨온 지적 유산이 현대 사회의 위기와 어떻게 연결되는지 비판적으로 검토하는 것이 포스트휴머니즘의 핵심 과제입니다. 근대 철학의 시조 데카르트는 고립된 자아의 사유를 강조했지만, 하이데거는 인간이 결코 혼자 존재할 수 없음을 역설했습니다. 우리는 태어나는 순간부터 타인, 환경, 그리고 수많은 사물과 복잡한 관계를 맺으며 살아가는 '세계-내-존재'입니다. 내가 입는 옷과 먹는 음식 하나에도 수많은 연결망이 숨어 있듯이, 추상적이고 독립적인 인간이란 현실에 존재하지 않습니다. 이러한 안티-휴머니즘적 통찰은 인간을 만물의 중심이 아닌 거대한 관계망의 일부로 바라보게 합니다. 2차 사이버네틱스와 생물학의 '둘레 세계(Umwelt)' 개념은 인식의 상대성을 일깨워 줍니다. 진드기 같은 미물조차 자신만의 독특한 생존 방식과 세계를 가지고 있으며, 이는 인간의 인식과 비교해 열등한 것이 아니라 단지 다를 뿐입니다. 생명체의 자기생성(Autopoiesis) 능력은 기계의 자기조직화와 구별되는 본질적 특징이지만, 동시에 모든 생명이 각자의 방식으로 세상과 상호작용하고 있음을 보여줍니다. 이러한 인식은 인간만이 유일하게 세상을 이해한다는 오만에서 벗어나 탈인간중심주의로 나아가는 디딤돌이 됩니다. 오늘날 인류는 기후 위기와 멸종 등 '인류세'라 불리는 거대한 전환점에 서 있습니다. 이 위기를 극복하기 위해서는 자연을 정복의 대상으로 보았던 교만한 태도를 버리고 '관계의 감수성'을 회복해야 합니다. 인간은 우주의 중심이 아니라 복잡한 생태계의 한 부분을 담당하는 평등한 존재임을 깨닫는 것이 포스트휴머니즘이 주는 진정한 교훈입니다. 겸손한 태도로 기술과 자연을 대하며 새로운 형태의 공존을 모색할 때, 비로소 우리는 지속 가능한 미래를 향한 첫걸음을 뗄 수 있을 것입니다.

홍성욱

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융합

[정말 읽었니?#9] 송기원 교수_ '종의 기원', 지성에서 영성으로 가는 여정

찰스 다윈의 '종의 기원'은 단순한 고전을 넘어 현대 생명과학의 근간을 이루는 정수입니다. 많은 이들이 처음에는 이 방대한 기록을 지루하게 느낄 수 있지만, 생명의 원리를 깊이 탐구하다 보면 다윈이 보여준 집요함에 경외감을 느끼게 됩니다. 그는 수많은 사실을 수집하고 분석하여 생명 현상을 관통하는 하나의 논리를 세웠습니다. 연구가 막히거나 힘든 순간, 다윈의 집요함을 떠올리며 다시금 과학적 탐구의 힘을 얻게 되는 것은 그가 남긴 학문적 태도가 오늘날의 과학자들에게도 여전히 유효하기 때문입니다. 다윈 이전의 생물학은 단순히 생명체를 분류하고 수집하는 박물학의 수준에 머물러 있었습니다. 그러나 다윈은 모든 생명체가 동일한 원리에 의해 존재하게 되었다는 혁신적인 논리를 제시하며 근대 생물학의 문을 열었습니다. 그 핵심은 바로 '자연선택'입니다. 무작위적인 변이 속에서 자연 환경에 더 잘 적응한 개체가 살아남아 자손을 남기는 과정이 반복되면서, 아주 단순한 생명체로부터 오늘날의 다양하고 복잡한 생태계가 형성되었습니다. 이는 지구상의 모든 종이 같은 방법으로 탄생했음을 증명한 최초의 시도였습니다. 진화에는 정해진 방향이나 목적이 없다는 점은 다윈이 강조한 또 다른 중요한 개념입니다. '생명의 나무' 비유처럼 진화는 공통 조상으로부터 여러 갈래로 뻗어 나가는 우연의 산물이며, 만약 지구가 다시 태어난다면 지금과는 전혀 다른 생명체들이 존재할 수도 있습니다. 또한, 다윈은 생존에 불리해 보이는 화려한 특징들이 왜 나타나는지를 '성선택' 개념으로 설명했습니다. 포식자의 눈에 띄는 위험을 감수하더라도 번식을 위해 이성에게 매력을 어필하는 형질이 선택됨으로써 생명의 다양성은 더욱 풍성해질 수 있었습니다. 현대 과학은 다윈이 미처 알지 못했던 유전학과 분자생물학의 발전을 통해 진화의 과정을 더욱 정밀하게 이해하게 되었습니다. 특히 발생 과정에서의 유전자 발현 차이가 어떻게 다양한 형태의 생명체를 만드는지 연구하는 '이보디보(Evo-Devo)' 분야는 다윈의 이론을 현대적으로 확장하고 있습니다. 아주 단순한 유전자 세트가 어떻게 작동하느냐에 따라 경이로울 정도로 다채로운 생명체가 탄생한다는 사실은, 다윈이 '종의 기원' 말미에서 언급했던 생명의 장엄함을 과학적으로 뒷받침하며 우리에게 깊은 감동을 줍니다. 오늘날 우리는 인위적인 유전공학과 합성생물학의 시대를 살아가며 자연의 섭리에 개입하고 있습니다. 다윈이 강조한 '자연은 도약하지 않는다'는 원리와 생태계의 '공진화'를 되새겨볼 때, 인간에 의한 급격한 변화와 멸종의 가속화는 깊은 성찰을 요구합니다. 과학이란 결국 남들이 던지지 않은 질문을 찾아 답을 해나가는 영적인 여정입니다. 다윈이 보여준 자연에 대한 순수한 호기심과 겸허한 태도는, 우리가 앞으로 마주할 생명 윤리와 환경 문제에 대해 중요한 혜안을 제공해 줄 것입니다.

송기원

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[정말 읽었니?#8] 장대익 교수_ '종의 기원', 다윈이 '나는 죽음이 두렵지 않다'고 한 이유

찰스 다윈의 『종의 기원』은 인류 지성사의 뿌리와 같은 존재입니다. 수많은 과학 서적이 존재하지만, 세상을 근본적으로 바꾼 책을 꼽으라면 뉴턴의 『프린키피아』나 코페르니쿠스의 저작과 어깨를 나란히 합니다. 특히 이 책은 38억 년에 달하는 생명의 역사를 과학적으로 이해할 수 있게 해주는 유일한 열쇠입니다. 우리가 어디서 왔고 무엇이며 어디로 가는지에 대한 고전적인 질문에 대해, 다윈은 자연선택이라는 명쾌한 해답을 제시하며 과학의 역사를 그 이전과 이후로 나누는 거대한 분수령을 만들었습니다. 흔히 『종의 기원』을 단순히 종이 변한다는 사실을 처음 주장한 책으로 오해하곤 합니다. 하지만 종의 변화 자체는 다윈 이전에도 많은 학자가 논의하던 주제였습니다. 다윈의 진정한 독창성은 두 가지 핵심 개념에 있습니다. 첫째는 모든 생명이 공통 조상에서 갈라져 나와 나뭇가지처럼 뻗어 나갔다는 '생명의 나무' 개념입니다. 둘째는 이러한 진화가 어떤 메커니즘을 통해 일어나는지를 설명하는 '자연선택' 이론입니다. 이 두 기둥은 현대 생물학을 지탱하는 가장 강력한 이론적 토대가 되었습니다. 과학의 역사에서는 비슷한 시기에 여러 천재가 같은 결론에 도달하는 '동시 발견'이 종종 일어납니다. 다윈과 알프레드 러셀 월리스의 관계가 대표적입니다. 두 사람은 각자 독립적으로 연구했음에도 불구하고, 맬서스의 『인구론』을 읽으며 결정적인 영감을 얻었습니다. 식량은 산술급수적으로 늘지만 인구는 기하급수적으로 증가한다는 맬서스의 통찰을 동식물계 전체로 확장한 것입니다. 이를 통해 생존 투쟁이 자연스럽게 진화의 원동력이 된다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 『종의 기원』을 처음 접하는 독자들은 1장의 방대한 비둘기 이야기에서 좌절하곤 합니다. 하지만 이 고비를 넘겨 3장과 4장에 도달하면 자연선택과 생존 투쟁의 정수를 만날 수 있습니다. 다윈은 자신의 이론이 가진 약점을 숨기지 않는 정직한 과학자였습니다. 6장에서는 스스로 이론의 난점을 고백하며 이를 논리적으로 해결하려 노력합니다. 유전학적 지식이 부족했던 시대적 한계로 5장은 현대 관점에서 오류가 있지만, 전체적인 논리 구조는 여전히 경이로울 만큼 완벽에 가깝습니다. 다윈은 생물이 점진적으로 진화한다면 그 중간 단계의 화석이 발견되어야 한다는 점을 알고 있었습니다. 당시의 불완전한 화석 기록은 그의 이론을 위협하는 가장 큰 난제였습니다. 그러나 지난 150년간 고생물학은 눈부시게 발전했습니다. 물고기와 양서류의 중간 단계인 '틱타알릭'과 같은 결정적인 화석들이 발견되면서 다윈의 가설은 화려하게 증명되었습니다. 비어 있던 고리들이 하나둘 채워지며, 다윈이 가졌던 의구심은 이제 현대 과학의 확고한 증거들로 대체되었습니다. 다윈은 자신의 책이 학자들만의 전유물이 되기를 원하지 않았습니다. 그는 노동자들도 읽을 수 있도록 책값을 낮추고 쉬운 문체로 쓰기 위해 노력한 베스트셀러 작가였습니다. 비록 당시 빅토리아 시대 특유의 만연체 문장 때문에 오늘날 읽기에는 다소 어렵게 느껴질 수 있지만, 그 안에는 대중과 소통하려는 다윈의 열정이 담겨 있습니다. 최근의 번역 작업들은 이러한 다윈의 의도를 살려, 현대인들이 과학적 개념을 정확하게 이해하면서도 유려하게 읽을 수 있도록 돕는 데 집중하고 있습니다. 『종의 기원』을 읽는 것은 자연 세계에 대한 일종의 '문맹' 상태에서 벗어나는 과정과 같습니다. 이 책은 우리 주변의 생명이 왜 그토록 다양하고 정교한 기능을 갖추고 있는지 설명해 주는 최고의 안내서입니다. 다윈의 관점을 통해 세상을 바라보기 시작하면, 길가에 핀 작은 꽃 한 송이조차 이전과는 전혀 다른 경이로움으로 다가옵니다. 인류의 사고방식을 근본적으로 뒤바꾼 이 위대한 고전은, 우리가 자연의 일부로서 지녀야 할 겸손함과 생명에 대한 깊은 경외감을 일깨워 줍니다.

장대익

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[정말 읽었니?#7] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (2편 심화)

리처드 도킨스는 진화의 기본 단위를 개체가 아닌 유전자로 정의하며 '유전자 선택론'을 일관되게 주장해 왔습니다. 동료 과학자들이 개체 수준의 포괄 적합도를 논할 때도, 그는 유전자가 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 관점이 훨씬 명확하다고 강조했습니다. 유전자는 스스로를 복제하는 '복제자'이고 개체는 이를 운반하는 '운반자'일 뿐이라는 구분은 현대 생물학의 핵심 원칙으로 자리 잡았습니다. 이러한 시각은 생명 현상을 개체의 의도가 아닌 유전자의 생존 전략이라는 더 근본적인 차원에서 이해하게 해 줍니다. 자연계에서 관찰되는 개체의 이타적 행동은 사실 유전자의 이기적 계산에서 비롯됩니다. 유전자는 자신이 속한 개체에게 손해가 되더라도, 다른 개체의 몸속에 있는 자신의 복제본이 생존할 확률인 '근연도'를 고려하여 행동을 결정합니다. 상대방이 얻는 이득에 근연도를 곱한 값이 자신의 희생보다 크다면, 유전자는 결과적으로 다음 세대에 더 많은 복제본을 남기는 순이득을 얻게 됩니다. 따라서 겉으로 보이는 숭고한 희생은 유전자가 자신의 복제본을 퍼뜨리기 위해 설계한 정교한 생존 방식의 결과물이라고 해석할 수 있습니다. 도킨스는 '진화 가능성'이라는 개념을 통해 생명체의 구조적 설계가 진화의 속도와 방향에 미치는 영향을 설명합니다. '눈먼 시계공'에서 보여주듯, 단순한 형태에서 시작된 무작위적 변이가 복잡한 생명체로 진화하기 위해서는 유효한 변이를 지속적으로 생산할 수 있는 건축적 토대가 필요합니다. 예를 들어 좌우대칭과 같은 짜임새 있는 설계도를 가진 생물군은 무질서한 구조보다 진화 가능성이 훨씬 높습니다. 이는 특정 집단이 선택된 결과가 아니라, 변화를 수용하고 발전시킬 수 있는 구조적 우수성이 진화를 가속화한 것입니다. 유전자의 관점에서 개체는 유전자를 전달하기 위한 일회용 소모품에 불과하며, 이는 노화와 성의 진화 원리와도 맞닿아 있습니다. 유성 생식은 유전적 다양성을 높여 생존 이득을 제공하지만, 그 과정에서 개체는 에너지를 소모하고 결국 노화라는 과정을 겪으며 폐기됩니다. 또한 뇌는 유전자가 모든 행동을 직접 통제하기 비효율적이기 때문에 만들어낸 중추 사령부입니다. 인간은 이 뇌를 통해 이성을 발휘하며, 유전자가 심어놓은 원초적인 본능과 정서적 추동력을 스스로 조절하고 통제할 수 있는 독특한 능력을 갖추게 되었습니다. 문화적 진화를 설명하는 밈(Meme)은 유전자와 유사한 방식으로 작동하며 우리 사회의 가치관이나 유행어, 건축 양식 등을 전파합니다. 이러한 문화적 요소들은 모방을 통해 사람들의 머릿속으로 옮겨지며 독자적인 진화 과정을 거칩니다. 한편, 진화적으로 안정된 전략(ESS)은 특정 전략이 집단 내에 자리 잡으면 다른 변이가 침투할 수 없는 상태를 의미합니다. 이는 진화의 역사에서 더 이상 변화가 일어나지 않는 종착역과 같은 지점입니다. 진화적으로 안정된 전략(ESS) 개념을 통해 우리는 동물의 행동이나 사회적 규범이 특정 방식으로 고착되는 이유를 과학적으로 분석할 수 있습니다.

전중환

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[정말 읽었니?#6] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (1편)

리처드 도킨스의 저서 『이기적 유전자』는 출간 이후 수많은 오해와 찬사를 동시에 받아온 과학계의 고전입니다. 많은 이들이 제목만 보고 인간이 본래 이기적인 존재라거나 유전자가 우리를 조종한다는 결정론적 시각으로 오해하곤 합니다. 하지만 도킨스가 강조한 '이기적'이라는 표현은 자연선택의 기본 단위가 개체나 집단이 아닌 유전자라는 점을 설명하기 위한 은유에 불과합니다. 유전자가 다음 세대에 자신의 복제본을 더 많이 남기려는 속성을 생물학적 관점에서 정의한 것이지, 인간의 도덕적 가치 판단을 내포한 것은 아닙니다. 유전자는 결코 홀로 존재하거나 작동하지 않습니다. 도킨스는 이를 조정 선수의 비유를 통해 명쾌하게 설명합니다. 뛰어난 조정 선수 한 명만으로는 경기에서 이길 수 없으며, 팀원들이 서로 호흡을 맞춰 노를 저어야 승리할 수 있듯이 유전자 또한 게놈이라는 생태계 내에서 상호 협력해야 합니다. 날카로운 이빨을 만드는 유전자가 제 기능을 하려면 이를 뒷받침할 튼튼한 다리와 소화 기관을 만드는 유전자들의 도움이 필수적입니다. 결국 '이기적 유전자'의 생존 전략은 역설적으로 개체 내에서의 긴밀한 '협력'을 전제로 성립되는 셈입니다. 흔히 제기되는 또 다른 오해는 이 책이 유전자 결정론을 옹호한다는 시각입니다. 그러나 도킨스가 진정으로 강조하는 바는 유전자 중심 진화론이지, 유전자가 모든 행동을 결정한다는 운명론이 아닙니다. 진화는 수백만 년에 걸쳐 특정 유전자의 빈도가 변해가는 과정이며, 이 과정에서 유전자가 선택의 단위임을 밝힌 것입니다. 개체의 발달 과정에서는 유전과 환경이 끊임없이 상호작용한다는 점을 도킨스 역시 인정합니다. 따라서 이 책은 한 세대 내의 형질 발달보다는 긴 역사적 흐름 속에서 진화가 어떻게 일어나는지를 규명하는 데 집중하고 있습니다. 『이기적 유전자』의 독창성은 산발적으로 흩어져 있던 해밀턴, 트리버스 등 당대 석학들의 이론을 '유전자 중심'이라는 하나의 틀로 통합했다는 데 있습니다. 도킨스는 복잡한 학술 논문에 파묻혀 있던 개념들을 대중과 동료 과학자 모두가 이해할 수 있는 명료한 언어로 재구성하여 진화론의 거대한 지붕을 완성했습니다. 또한 그는 자신의 이론이 종교적 신념이 아님을 분명히 합니다. 만약 이론을 반증할 명백한 증거가 나타난다면 언제든 입장을 바꿀 준비가 되어 있다는 그의 태도는 과학이 지향해야 할 객관적 진리 탐구의 자세를 잘 보여줍니다. 진화론은 현대 심리학을 생물학의 한 분과로 편입시키며 인간의 마음과 행동을 이해하는 새로운 지평을 열었습니다. 진화심리학은 인간의 정신 기제를 진화적 적응의 산물로 파악하며, 이는 의학이나 사회과학 등 다양한 분야로 확장되고 있습니다. 『이기적 유전자』는 단순히 지식을 전달하는 책을 넘어, 세상을 바라보는 근본적인 틀을 제공합니다. 1976년에 처음 세상에 나온 이 책이 여전히 유효한 통찰을 주는 이유는, 생명 현상의 본질을 꿰뚫는 날카로운 시각과 과학적 이성이 지닌 힘을 우리에게 끊임없이 상기시키기 때문입니다.

전중환

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[인생과학책 #6] 종의 기원 VS 이기적 유전자! 역대 최고의 과학 베스트셀러, 정말 읽었니? (2)

찰스 다윈의 '종의 기원'은 현대 생물학의 근간을 이루는 기념비적인 저작입니다. 다윈은 진화라는 거대한 사건을 설명하기 위해 당시 사람들이 쉽게 이해할 수 있었던 '육종', 즉 품종 개량의 원리를 전략적으로 활용했습니다. 인간이 짧은 시간 동안 인위적 선택을 통해 새로운 품종을 만들어낼 수 있다면, 무한한 시간을 가진 자연이 생존에 유리한 형질을 선택하여 종의 변화를 이끌어내지 못할 이유가 없다는 논리였습니다. 이러한 '자연선택'의 개념은 당시 종교적 세계관이 지배하던 사회에 커다란 충격을 던졌으며, 합리적 사고의 새로운 지평을 열었습니다. 다윈은 '종의 기원'의 마지막 대목에서 생명의 역사를 장엄한 서사시로 묘사했습니다. 단순한 시작점에서 출발한 생명이 중력의 법칙에 따라 행성이 회전하는 동안 끊임없이 진화하여 경이롭고 아름다운 형태로 전개되어 왔다는 그의 통찰은 과학적 사실을 넘어선 감동을 줍니다. 비록 초판 이후 종교적 압박으로 인해 '창조주'라는 표현을 슬쩍 끼워 넣기도 했으나, 그의 본질적인 메시지는 흔들리지 않았습니다. 다윈이 탔던 비글호는 단순한 탐사선을 넘어 인간 지성의 대해를 누비는 합리적 정신의 보루가 되어 오늘날까지 우리에게 큰 영감을 주고 있습니다. 다윈의 진화론을 현대적 관점에서 재해석한 인물이 바로 리처드 도킨스입니다. 그의 저서 '이기적 유전자'는 생명을 바라보는 관점을 개체에서 유전자로 완전히 옮겨놓았습니다. 도킨스는 인간을 포함한 모든 생명체가 유전자의 생존을 위해 설계된 '생체 로봇'에 불과하다고 파격적으로 주장합니다. 이는 마치 네커 정육면체를 바라보는 시각에 따라 형체가 달라 보이듯, 진화의 주체를 개체가 아닌 유전자의 관점에서 바라볼 때 비로소 생태계의 복잡한 이타적 행동과 협력의 원리를 명확하게 이해할 수 있다는 신다윈주의적 통찰을 제시한 것입니다. '이기적 유전자'라는 제목은 종종 오해를 불러일으키지만, 도킨스는 유전자들 사이의 '협력'이 생존에 얼마나 중요한지를 강조했습니다. 이기적인 유전자들이 자신의 복제본을 널리 퍼뜨리기 위해 때로는 개체의 이타적 행동을 유도하며, 이러한 전략이 진화적으로 안정적인 상태를 유지하게 만든다는 것입니다. 또한 그는 '확장된 표현형' 개념을 통해 유전자의 영향력이 개체의 몸을 넘어 환경에까지 미친다는 독창적인 이론을 펼쳤습니다. 비록 학계 일각에서는 그를 대중 과학 저술가로 폄하하기도 했으나, 흩어져 있던 진화론적 아이디어들을 하나의 틀로 통합한 그의 공로는 부정할 수 없습니다. 과학은 미신과 광신에 대항하는 인류의 가장 강력한 무기입니다. 칼 세이건이 과학을 '어둠 속의 촛불'이라 불렀듯, 리처드 도킨스 역시 자신의 자서전 제목을 통해 그 정신을 계승하고자 했습니다. 다윈에서 도킨스, 그리고 세이건으로 이어지는 지적 계보는 우리에게 합리적 사고와 비판적 태도의 중요성을 일깨워 줍니다. 가짜 뉴스와 사이비 과학이 범람하는 현대 사회에서 이들의 고전은 단순한 지식의 전달을 넘어 세상을 바라보는 명확한 눈을 제공합니다. 짧은 수명의 촛불일지라도 어둠을 밝히려는 이들의 노력은 인류 지성의 대해를 밝히는 영원한 등불로 남을 것입니다.

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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

[석학인터뷰] 선웅_ 뇌 오가노이드, 말그대로 뇌를 만드는 거죠 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

신경발생학은 우리 몸의 가장 복잡한 기관인 뇌와 신경계가 형성되는 과정을 탐구하는 학문입니다. 과거 한스 슈페만이라는 과학자가 배아를 조작해 머리가 두 개인 도롱뇽을 만들어낸 실험은 생명체를 인위적으로 설계하고 만들 수 있다는 가능성을 보여주며 많은 이들에게 영감을 주었습니다. 이러한 연구의 연장선에서 등장한 것이 바로 '오가노이드'입니다. 오가노이드는 우리 몸의 장기를 뜻하는 '오간(Organ)'에서 유래한 용어로, 배양 접시 안에서 인위적으로 만들어낸 3차원 장기 유사체를 의미합니다. 특히 뇌 오가노이드는 실제 뇌와 유사한 구조를 재현함으로써 생명 탄생의 신비를 밝히는 핵심적인 도구로 주목받고 있습니다. 현대 인류는 과거보다 훨씬 더 다양한 기계와 장비를 활용하여 뇌의 기능을 보조받고 있습니다. 과거에 사용하던 주판이 사라지고 컴퓨터가 그 자리를 대신한 것처럼, 미래에는 인공지능이나 로봇 같은 외부 장치가 우리 뇌의 능력을 더욱 확장하는 시대가 올 것입니다. 이러한 변화를 주도하기 위해서는 우리 뇌가 어떤 부분에서 뛰어난지, 혹은 어떤 한계가 있는지를 명확히 파악하는 과정이 필수적입니다. 뇌의 작동 원리를 깊이 있게 이해할수록 우리는 더욱 정교한 보조 장비를 개발할 수 있으며, 이를 통해 모든 사람이 자신의 잠재력을 극대화하며 살아가는 새로운 세상을 맞이하게 될 것입니다. 생명체를 온전히 이해하기 위해서는 진화라는 관점을 빼놓을 수 없습니다. 스티븐 제이 굴드의 저서에서 강조하듯, 생명체가 어떻게 진화해 왔는지를 파악하는 것은 생명과학의 근간을 이루는 중요한 작업입니다. 우리가 뇌에 대해 얼마나 많은 정보를 알고 있는지를 판단하는 가장 확실한 기준 중 하나는 바로 '우리가 직접 만들 수 있는가'입니다. 아주 단순한 세포 하나로부터 실제 뇌와 유사한 조직을 만들어가는 과정은 뇌의 작동 방식을 이해하는 가장 직접적인 경로가 됩니다. 이러한 연구는 단순히 기술적인 성취를 넘어, 인간 지성의 본질이 무엇이며 우리가 뇌로부터 무엇을 배워야 하는지에 대한 깊은 통찰을 제공할 것입니다.

선웅

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뇌인지과학

[강연] 성장과 노화의 연결고리 _ by류형돈｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 6강

노화는 단순히 시간이 흐르는 과정이 아니라, 분자적 수준에서 발생하는 마모와 부식의 결과입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 고립된 계의 무질서도인 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 흐릅니다. 우리 몸의 설계도인 DNA 역시 외부의 도움 없이 방치되면 산산조각이 나기 마련입니다. 하지만 생명체는 에너지를 섭취하여 끊임없이 스스로를 수리하며 이 법칙에 저항합니다. 이러한 복구 기전 덕분에 생명은 수천만 년 동안 유전 정보를 보존하며 이어져 올 수 있었습니다. 모든 생명체가 반드시 노화해야 하는 것은 아닙니다. 말미잘처럼 무성 생식을 하는 생물은 모든 세포의 건강을 완벽하게 유지하여 노화 없이 영생에 가까운 삶을 살기도 합니다. 반면 인간과 같은 유성 생식 생물은 한정된 자원을 종족 번식에 집중하는 전략을 선택했습니다. 생식 세포의 품질 관리에는 막대한 에너지를 쏟아붓지만, 그 대가로 신체를 구성하는 체세포의 관리는 소홀해지게 됩니다. 결국 노화는 종의 번영을 위해 개체의 신체를 소모품으로 사용하는 진화적 선택의 결과라고 볼 수 있습니다. 우리를 늙게 만드는 주범 중 하나는 생존에 필수적인 산소와 에너지 대사 과정에서 발생하는 활성산소입니다. 포도당을 산화시켜 에너지를 만드는 과정에서 전자가 무질서하게 튀어나가면, 불안정한 활성산소가 형성되어 세포 내 단백질과 DNA를 공격합니다. 이는 마치 자동차가 시간이 지나며 녹이 슬어가는 과정과 흡사합니다. 자외선 역시 분자의 화학 결합을 끊어 활성산소 생성을 촉진하며, 피부의 탄력을 유지하는 콜라겐과 엘라스틴을 파괴하여 노화를 가속화하는 외적 요인으로 작용합니다. 장수 마을의 사례와 수많은 동물 실험을 통해 증명된 가장 확실한 노화 지연 방법은 칼로리 제한, 즉 소식입니다. 영양 공급을 줄이면 세포는 성장을 멈추고 비상 체제로 전환되어 스스로를 보호하고 수리하는 유전자를 활성화합니다. 초파리부터 원숭이에 이르기까지 적게 먹은 집단은 더 건강하고 긴 수명을 누린다는 사실이 확인되었습니다. 이는 단순히 체중의 문제가 아니라, 세포 내부의 신호 전달 체계가 변화하여 무질서한 산화 반응을 억제하고 신체의 내실을 다지는 복구 기전이 강화되기 때문입니다. 현대 생물학은 인슐린과 성장 호르몬이 노화의 속도를 결정하는 핵심 인자임을 밝혀냈습니다. 음식을 많이 섭취하여 인슐린 신호 전달 체계가 강해지면 세포는 성장에만 집중하게 되고, 그 과정에서 노화가 촉진됩니다. 반대로 이 신호 전달 체계를 적절히 억제하면 세포는 배고픈 상태를 인지하며 항산화 유전자를 발현시키고 수명을 연장합니다. 성장과 노화는 동전의 양면과 같아서, 몸집을 키우고 빠르게 성장하는 데 자원을 많이 쓸수록 신체의 복구와 유지 보수 기능은 상대적으로 약화될 수밖에 없는 구조적 한계를 지닙니다. 인류는 역사의 대부분을 굶주림 속에서 보냈기에, 우리 몸은 에너지를 최대한 저장하고 식욕을 자극하는 방향으로 진화했습니다. 하지만 불과 100년 전부터 시작된 식량 혁명으로 인해 인류는 유례없는 풍요의 시대를 맞이했습니다. 진화의 속도가 환경의 변화를 따라잡지 못한 결과, 굶주림에 최적화된 우리 체질은 과잉 영양 상태에서 각종 퇴행성 질환과 빠른 노화에 직면하게 되었습니다. 따라서 현대인에게 소식은 단순한 다이어트가 아니라, 진화적 불일치를 극복하고 신체의 균형을 되찾는 과학적인 생존 전략입니다. 수명 연장은 의학의 발전뿐만 아니라 상하수도 정비와 같은 위생 환경의 개선에 큰 빚을 지고 있습니다. 또한 성호르몬이 수명에 미치는 영향에 대한 역사적 연구는 남녀의 수명 차이를 설명하는 중요한 단서를 제공합니다. 최근에는 노화된 세포만을 선택적으로 제거하거나 특정 약물을 통해 노화를 역전시키려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 노화는 피할 수 없는 운명이 아니라 조절 가능한 생물학적 과정으로 이해되고 있으며, 과학은 이제 인간이 건강하게 오래 살 수 있는 새로운 가능성의 문을 열고 있습니다.

류형돈

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생명과학

[강연] 패널토의 by우종학 김상욱 장대익 | 2019 콘서트 '변신, 기원이야기' 마지막 변신 (4) | 4부

우주를 깊이 연구하다 보면 초기 조건이나 진화 과정이 마치 인간의 존재를 위해 정교하게 설계된 것처럼 보일 때가 있습니다. 이를 '인류 원리'라고 부르는데, 이는 우주의 특별한 조건들이 인류의 탄생을 가능하게 했다는 관점입니다. 비록 지극히 인간 중심적인 사고라는 비판도 존재하지만, 과학자들은 이를 통해 우주의 미세 조정된 물리 상수들이 갖는 의미를 깊이 있게 고찰해 왔습니다. 이러한 논의는 우리가 왜 이곳에 존재하는가라는 근원적인 질문에 대한 과학적, 철학적 답변을 찾는 과정이라 할 수 있습니다. 인류 원리에 대한 대안으로 제시되는 흥미로운 가설 중 하나는 '다중 우주론'입니다. 우리 우주가 유일한 것이 아니라 무수히 많은 우주 중 하나라면, 그중 생명체가 살기에 적합한 환경을 가진 우주가 존재하는 것은 확률적으로 당연한 일이 됩니다. 비록 아직 직접적인 물질적 증거는 부족하지만, 다중 우주론은 인간 중심적인 해석을 배제하고 우리 존재를 과학적으로 설명하려는 시도로서 많은 지지를 받고 있습니다. 이는 우주를 바라보는 우리의 시야를 무한의 영역으로 확장해 주며, 존재의 우연성을 과학의 틀 안으로 끌어들입니다. 과학의 역사는 끊임없는 변신의 역사입니다. 흔히 '패러다임 전환'이라 불리는 거대한 변화를 통해 인류는 우주와 자연을 이해하는 관점을 혁명적으로 바꾸어 왔습니다. 하지만 현대 과학자들은 새로운 이론이 과거의 지식을 완전히 부정하기보다는, 기존의 틀을 유지하면서 더 넓은 영역을 포괄하는 방식으로 발전한다고 봅니다. 뉴턴의 고전 역학이 상대성 이론과 양자역학이라는 더 큰 집의 일부가 된 것처럼, 과학은 점진적으로 완성도를 높여가며 우주의 실재에 다가가고 있습니다. 이러한 축적의 과정이 인류 문명을 지탱하는 견고한 기초가 됩니다. 우주의 역사는 곧 생명의 역사이기도 합니다. 138억 년 전 빅뱅에서 시작된 수소와 헬륨의 우주는 별의 탄생과 죽음을 거치며 생명에 필요한 무거운 원소들을 만들어냈습니다. 물리학적 관점에서 생명은 결국 원자들의 정교한 조합이며, 열역학적 법칙 안에서 자기 복제와 유지를 수행하는 경이로운 현상입니다. 이처럼 물리학과 생물학의 경계를 넘나드는 통합적 시각은 우주 전체의 흐름 속에서 인간이 차지하는 위치를 더욱 명확하게 이해할 수 있도록 돕습니다. 원자의 탄생에서 지적 생명체의 출현까지 이어지는 과정은 그 자체로 하나의 거대한 드라마입니다. 인류의 미래에 대한 전망은 낙관과 비관이 공존하는 영역입니다. 우주가 가속 팽창하며 모든 것이 산산이 흩어지는 먼 미래를 생각하면 허무함이 느껴질 수도 있지만, 과학자들은 인류가 가진 지성과 기술의 힘에 주목합니다. 우리는 자연적인 멸종의 위기를 극복하고 우주가 존재하는 한 생존의 방법을 찾아낼 잠재력을 지니고 있습니다. 과학 기술의 발전은 단순히 편리함을 넘어, 인류라는 종이 우주적 시공간 속에서 영속할 수 있는 길을 열어주는 열쇠가 될 것입니다. 이러한 낙관론은 탐구를 멈추지 않는 인류의 의지를 반영합니다. 인간의 이성이 우주의 모든 비밀을 완벽하게 파헤칠 수 있을지에 대해서는 여전히 의문이 남습니다. 우리가 새로운 사실을 하나 알아낼 때마다 그 뒤에 숨겨진 더 거대한 미지의 영역을 발견하게 되기 때문입니다. 하지만 이러한 지적 한계는 절망이 아닌 새로운 탐구의 동력이 됩니다. 과학은 정답을 내놓는 학문이라기보다, 끊임없이 질문을 던지고 그 답을 찾아가는 과정 그 자체에 가치가 있습니다. 미지의 세계를 보존하며 탐구하는 자세야말로 과학 정신의 핵심이며, 이는 인류가 우주를 대하는 가장 겸손하면서도 위대한 태도입니다. 우리는 우주라는 거대한 수수께끼의 일부이자, 동시에 그 수수께끼를 풀어나가는 유일한 존재입니다. 우주의 역사책은 인류의 이해가 깊어질 때마다 처음부터 다시 쓰여야 하는 운명을 지니고 있습니다. 기원의 문제로 끊임없이 돌아와 질문을 던지는 행위는 우리가 누구인지, 어디로 가고 있는지를 확인하는 과정입니다. 우주적 변신의 최종 결과물인 인류가 우주를 이해하려 노력하는 이 드라마는, 그 자체로 우주가 스스로를 인식하는 경이로운 순간이라 할 수 있습니다. 우리는 이 끝없는 탐구의 여정을 통해 존재의 의미를 매 순간 새롭게 정의해 나갑니다.

김상욱, 우종학, 장대익

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물리학
생명과학
천문학
융합

[강연] 생명의 대변신과 변주 by장대익 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (3) | 3부

생명의 역사는 단순한 원소에서 복잡한 유기체로 변모해온 경이로운 과정입니다. 하나의 세포에서 시작해 수조 개의 세포를 가진 인간이 되기까지의 여정은 마치 마법과도 같지만, 이는 45억 년이라는 유구한 시간 동안 자연이 일궈낸 필연적인 결과입니다. 우리는 흔히 진화를 거대한 미스터리로 여기지만, 그 이면에는 과학적으로 설명 가능한 정교한 메커니즘이 숨어 있습니다. 우주가 마법사라면 자연은 천재라는 말처럼, 생명은 끊임없는 변신을 통해 지금의 다양성을 확보하게 되었습니다. 찰스 다윈은 『종의 기원』을 통해 생명이 '사다리'가 아닌 '나무'의 형태로 진화한다는 혁신적인 관점을 제시했습니다. 과거에는 생명체가 고정된 순위에 따라 일직선으로 배열되어 있다고 믿었으나, 다윈은 공통 조상으로부터 가지가 뻗어 나가듯 종이 분화된다는 사실을 깨달았습니다. 이러한 '생명의 나무' 개념은 종교적 통념을 깨고 자연적인 원인에 의한 생명 이해의 길을 열었습니다. 모든 생명체는 각자의 가지 끝에서 독자적인 역사를 써 내려가고 있는 셈입니다. 우리는 흔히 진화를 하등한 것에서 고등한 것으로 나아가는 일직선상의 행진으로 오해하곤 합니다. 말이나 인간의 진화 과정을 그릴 때 작은 체구에서 큰 체구로, 혹은 원숭이에서 인간으로 변하는 도식이 대표적인 예입니다. 하지만 실제 진화는 수많은 가지 중 대다수가 멸종하고 운 좋게 살아남은 결과물입니다. 인간 역시 호모 속의 여러 종 중에서 유일하게 생존한 호모 사피엔스일 뿐이며, 진화의 최종 목적지라기보다는 거대한 생명의 나무에서 뻗어 나온 하나의 가지에 불과합니다. 자연 선택은 진화를 이끄는 가장 핵심적인 동력으로, 변이와 차별적 적합도, 그리고 대물림이라는 세 가지 조건이 충족될 때 작동합니다. 개체들 사이에는 반드시 차이가 존재하며, 그중 특정 환경에서 생존과 번식에 유리한 형질을 가진 개체가 더 많은 후손을 남기게 됩니다. 이러한 유리한 변이가 다음 세대로 전달되면서 종의 특성이 서서히 변화하는 것입니다. 이는 설계자 없이도 자연이 스스로 정교한 생명체를 빚어낼 수 있음을 보여주는 위대한 원리입니다. 복잡한 눈이나 뇌와 같은 기관이 어떻게 우연히 만들어질 수 있느냐는 의문은 자연 선택의 '누적 선택' 과정을 이해함으로써 풀립니다. 자연 선택은 한 번에 완벽한 결과물을 내놓는 것이 아니라, 금고 번호를 하나씩 맞춰가는 과정처럼 작은 이득을 주는 변이들을 수 세대에 걸쳐 쌓아 올립니다. 아주 미미한 빛을 감지하는 수준에서 시작해 정교한 시각을 갖추기까지, 자연은 눈먼 시계공처럼 목적 없이도 완벽에 가까운 적응을 이뤄냈습니다. 이러한 누적 선택은 불가능해 보이는 복잡성을 가능케 합니다. 생명의 역사에는 종 분화를 넘어선 거대한 전환점들이 존재했습니다. 최초의 복제 시스템인 RNA 월드의 등장부터 세포 내 공생을 통한 진핵생물의 출현, 그리고 유전적 다양성을 폭발시킨 성의 탄생이 그것입니다. 특히 성의 출현은 유전자를 섞어 새로운 조합을 만들어냄으로써 생태계에 전례 없는 풍요로움을 선사했습니다. 이러한 대변혁은 생명이 단순히 형태를 바꾸는 것을 넘어, 존재의 방식을 근본적으로 혁신하며 진화의 속도와 범위를 확장해온 과정이라 할 수 있습니다. 현대 진화생물학의 정점인 '이보디보(Evo-Devo)'는 서로 다른 생명체들이 놀랍게도 공통된 유전자 도구를 공유한다는 사실을 밝혀냈습니다. 초파리와 생쥐처럼 외형이 판이한 동물들도 신체 구조를 결정하는 '혹스(Hox) 유전자'라는 공통의 레고 블록을 사용합니다. 같은 유전자를 언제, 어디서, 얼마나 발현시키느냐에 따라 닭이 되기도 하고 비단뱀이 되기도 하는 것입니다. 결국 지구상의 모든 생명은 동일한 유전적 원리를 바탕으로 변주된 하나의 거대한 교향곡과도 같습니다.

장대익

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생명과학

[강연] 물질에서 생명으로의 변신 by김상욱 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (2) | 2부

우주의 탄생과 초신성의 폭발을 거쳐 만들어진 원소들은 주기율표라는 질서정연한 체계를 이룹니다. 이 원소들은 마치 레고 블록처럼 서로 결합하여 물이나 소금 같은 새로운 물질을 만들어내며, 더 나아가 생명이라는 정교한 작품을 탄생시킵니다. 물리학적 관점에서 생명은 결국 원자들의 변신과 조합으로 이루어진 결과물입니다. 우리 몸을 구성하는 원자들은 아주 오래전 별의 내부에서 만들어져 지구로 온 것이기에, 우리는 모두 별에서 온 후예라고 할 수 있습니다. 물리학자가 생명을 이야기하는 것은 낯설게 느껴질 수 있지만, 양자물리학의 거장 슈뢰딩거는 이미 1944년에 '생명이란 무엇인가'라는 질문을 던졌습니다. 생명체 또한 원자로 구성되어 있기에 그 본질을 이해하려면 원자의 세계를 들여다보아야 합니다. 생명은 우주에서 가장 흔한 원소들인 수소, 탄소, 질소, 산소로 이루어져 있습니다. 이는 생명이 우주의 보편적인 질서 속에서 탄생했음을 의미하며, 물리학적 법칙을 통해 생명의 신비를 풀어낼 수 있는 근거가 됩니다. 우리 몸의 97%를 차지하는 네 가지 원소는 각기 독특한 역할을 수행합니다. 수소는 가장 단순하면서도 풍부한 원소로 에너지를 만드는 핵심 역할을 하며, 탄소는 네 개의 팔을 이용해 복잡한 유기물의 뼈대를 형성합니다. 질소는 생명 현상의 병목 구간을 담당하고, 산소는 전자를 강력하게 끌어당기는 성질을 통해 생명 활동에 필요한 에너지를 방출하게 합니다. 이러한 원소들의 화학적 결합과 상호작용이 모여 비로소 살아 움직이는 생명체의 기초가 마련되는 것입니다. 열역학 제2법칙에 따르면 우주의 무질서도는 항상 증가하지만, 생명체는 에너지를 사용하여 자신의 질서를 유지합니다. 생명은 외부에서 에너지를 받아들여 끊임없이 자신을 보수하고 정돈하는 과정을 거칩니다. 우리가 숨을 쉬는 호흡 과정은 사실 세포 수준에서 일어나는 '천천히 타오르는 연소'와 같습니다. 산소가 전자를 가져오며 발생하는 에너지는 생명체가 무질서로 향하는 자연의 흐름을 거스르고 고유한 질서를 유지할 수 있게 해주는 원동력이 됩니다. 세포 내부에서 벌어지는 복잡한 화학 반응들은 누군가의 지시가 아닌, 분자들의 무작위적인 움직임과 충돌을 통해 일어납니다. 물속에서 엄청난 속도로 움직이는 분자들은 적절한 시기에 서로를 만나 반응을 일으키며 생명 활동을 이어갑니다. 이는 마치 수많은 망치가 공중에 날아다니다가 필요할 때 손에 잡히는 것과 같은 확률적인 과정입니다. 따라서 생명체는 영양분을 섭취하여 분자의 농도를 유지하고, 적절한 체온을 유지함으로써 이러한 분자들의 운동을 활발하게 만들어야 합니다. 최초의 생명체는 에너지를 스스로 만들기 어려운 환경에서 탄생했을 가능성이 큽니다. 심해의 열수 분출구는 수소 이온 농도 차이가 자연적으로 존재하여 외부의 도움 없이도 에너지를 공급받을 수 있는 최적의 장소였습니다. 이곳의 작은 기포들은 오늘날 세포의 크기와 유사하며, 초기 생명체가 에너지를 얻고 복제를 시작할 수 있는 요람이 되어주었습니다. 생명은 이처럼 척박해 보이는 환경에서도 물리학적인 에너지 구배를 활용하여 그 위대한 첫걸음을 내디뎠을 것으로 추정됩니다. 생명의 또 다른 본질인 복제는 DNA라는 정교한 정보 체계를 통해 이루어집니다. DNA는 원자 수준에서 정보를 저장하며, 10억 개당 단 하나의 오류만을 허용할 정도로 놀라운 정확성을 자랑합니다. 이러한 복제 시스템은 완벽을 지향하지만, 때때로 발생하는 변이는 생명체가 환경에 적응하며 다양성을 확보하는 계기가 됩니다. 결국 생명은 원자로 만들어진 정교한 화학 기계이며, 물리 법칙에 따라 자기를 유지하고 복제하며 진화해 온 우주의 경이로운 결과물이라고 할 수 있습니다.

김상욱

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물리학

[강연] 인류의 기원 _ by이상희｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 8강 | 8강

인류의 기원을 탐구하는 고인류학은 우리가 누구인지, 그리고 현재의 모습에 이르기까지 어떤 과정을 거쳤는지를 밝히는 학문입니다. 약 6,500만 년 전 공룡의 멸종 이후 포유류의 시대가 열렸고, 그 흐름 속에서 약 500만 년 전 인류의 조상인 호미닌이 등장했습니다. 과거에는 인류 진화를 단선적 진화 과정으로 이해했으나, 현대 과학은 이를 다양한 종들이 각자의 환경에 적응하며 뻗어 나간 복잡한 계통수의 형태로 파악합니다. 이러한 관점의 변화는 인류가 단일한 경로가 아닌, 수많은 시도와 적응을 통해 진화해 왔음을 시사합니다. 최초의 인류를 정의하는 결정적인 특징은 큰 두뇌나 도구 사용이 아닌 '직립 보행'이었습니다. 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스는 유인원과 유사한 외형을 가졌음에도 불구하고, 골반과 발의 구조를 통해 직립 보행의 증거를 뚜렷하게 남겼습니다. 특히 아르디피테쿠스 라미두스의 발견은 인류가 사바나가 아닌 숲 환경에서부터 이미 직립 보행을 시작했음을 보여주며 기존의 학설을 뒤집었습니다. 이는 진화가 우리가 생각했던 것보다 훨씬 이른 시기에, 그리고 다채로운 환경 속에서 시작되었음을 증명하는 중요한 단서가 됩니다. 약 200만 년 전 등장한 호모 속은 이전 세대와 비교해 비약적인 두뇌 성장을 이루었습니다. 커진 두뇌는 많은 정보를 저장하고 복잡한 사회적 관계를 유지하는 데 유리했지만, 동시에 엄청난 에너지를 소모하고 출산의 고통을 수반하는 대가를 치러야 했습니다. 인류는 이를 극복하기 위해 고칼로리의 육식을 섭취하고 공동체 내에서 서로의 출산을 돕는 사회적 협력을 발달시켰습니다. 이러한 변화는 인류가 단순히 생물학적 존재를 넘어, 서로 의지하고 정보를 공유하는 고도의 사회적 동물로 진화하는 결정적인 계기가 되었습니다. 아프리카에서 기원한 호모 속은 인구가 늘어남에 따라 자연스럽게 유라시아 대륙으로 서식지를 넓혀갔습니다. 이는 계획된 이주라기보다 환경의 변화에 따라 꿈틀거리며 퍼져 나간 생존의 과정이었습니다. 특히 반복되는 빙하기와 간빙기의 혹독한 기후 변화는 인류에게 끊임없는 적응을 요구했습니다. 인류는 이러한 고난의 시간을 거치며 도구를 개량하고 문화를 형성했으며, 변화하는 환경 속에서 유연하게 대처할 수 있는 지적 능력을 더욱 정교하게 다듬어 나갔습니다. 이 과정에서 인류는 지구 전역으로 퍼져 나가는 탐험가의 면모를 갖추게 되었습니다. 현생 인류인 호모 사피엔스의 등장은 흔히 '창의 혁명'으로 불립니다. 약 3만 년 전부터 인류는 단순한 생존 도구를 넘어 예술적 가치가 담긴 장신구나 조각상을 만들기 시작했습니다. 이는 나와 타인, 그리고 우리 집단을 구분하는 고도의 인지 체계가 형성되었음을 의미합니다. 최근 발견된 호모 날레디의 사례는 이러한 상징적 사고와 매장 문화가 예상보다 훨씬 이른 시기에, 그리고 작은 두뇌를 가진 종에게서도 나타났을 가능성을 제시합니다. 이는 인류다움의 정의가 뇌의 크기만이 아니라 죽음을 대하는 태도와 상징적 사고에 있음을 시사합니다. 최근 유전학의 발전은 인류 진화에 대한 기존의 통념을 완전히 뒤흔들었습니다. 과거에는 현생 인류가 다른 종들을 대체하며 홀로 살아남았다고 믿었으나, 게놈 분석 결과 네안데르탈인이나 데니소바인과의 혼종이 빈번하게 일어났음이 밝혀졌습니다. 인류의 계통은 깔끔하게 갈라지는 계통수가 아니라, 서로 만나고 헤어지기를 반복하는 망상 진화의 과정과 같습니다. 우리는 단일한 기원에서 온 순수한 존재가 아니라, 수많은 조상의 유전자가 복잡하게 얽혀 만들어진 거대한 흐름의 결과물입니다. 이러한 망상 진화의 역사는 인류가 본래부터 포용적이고 역동적인 존재였음을 말해줍니다. 고인류학이 주목해야 할 또 다른 가치는 다양성입니다. 그동안 인류 진화의 주인공은 주로 성인 남성으로 묘사되어 왔으나, 실제 역사 속에는 여성, 어린이, 노인 등 다양한 구성원들이 함께 존재하며 문화를 일구어 왔습니다. 진화는 멈추지 않는 역동적인 과정이며, 인류는 지금 이 순간에도 환경과 상호작용하며 변화하고 있습니다. 우리가 누구인지 묻는 질문은 결국 우리가 어떻게 서로 연결되어 있으며, 앞으로 어떤 다양성을 포용하며 나아갈 것인지에 대한 답을 찾는 과정입니다. 인류의 진화는 과거의 기록이 아니라 현재와 미래를 향한 끊임없는 흐름입니다.

이상희

카오스재단카오스강연

생명과학
지구환경과학

[카오스 술술과학] 다중우주 (9) : 시뮬레이션 다중우주 & 궁극적 다중우주

우리가 살고 있는 이 거대한 우주가 사실은 고도로 발달한 문명이 만들어낸 정교한 컴퓨터 시뮬레이션일지도 모른다는 가설은 더 이상 공상과학 영화만의 전유물이 아닙니다. 현대 물리학과 정보이론의 발전은 우리가 인지하는 현실의 근간이 디지털 정보로 이루어져 있을 가능성을 진지하게 탐구하게 만들었습니다. 만약 우주가 시뮬레이션이라면, 이는 우리가 관측하는 물리법칙들이 사실은 프로그래밍된 코드의 결과물일 수 있음을 시사하며, 존재의 본질에 대한 근본적인 의문을 던집니다. 우주의 수학적 구조는 시뮬레이션 가설을 뒷받침하는 강력한 근거 중 하나로 거론됩니다. 자연계의 복잡한 현상들이 단순한 수학공식으로 설명되고, 양자역학의 불확정성이나 플랑크 길이와 같은 최소 단위의 존재는 마치 디지털 게임의 픽셀이나 연산 최적화 과정을 연상시킵니다. 관찰자가 존재할 때만 상태가 결정되는 양자중첩 현상은 자원의 효율적 사용을 위한 렌더링 방식과 유사하다는 해석도 존재하며, 이는 우주의 정보론적 기원에 힘을 실어줍니다. 시뮬레이션 가설은 필연적으로 다중우주 개념으로 확장됩니다. 하나의 문명이 시뮬레이션을 구동할 수 있다면, 수많은 하위 시뮬레이션을 동시에 실행하거나 서로 다른 변수를 가진 독립적인 우주들을 생성하는 것도 가능하기 때문입니다. 이러한 관점에서 볼 때, 우리가 속한 우주는 거대한 연산장치 속에서 실행되는 무수한 시나리오 중 하나에 불과할 수 있습니다. 이는 우주의 기원과 목적을 이해하는 방식에 있어 기존의 패러다임을 완전히 뒤바꾸는 혁신적인 시각을 제공합니다. 기술적 특이점에 도달한 문명은 행성 전체의 에너지를 활용하여 우주 규모의 시뮬레이션을 수행할 능력을 갖추게 될 것입니다. 인공지능과 컴퓨팅 파워의 기하급수적인 성장은 언젠가 의식을 가진 존재들이 거주하는 가상 세계를 창조하는 시점으로 우리를 인도할지도 모른마. 만약 인류가 미래에 그러한 시뮬레이션을 만들 수 있다면, 통계적으로 볼 때 우리 역시 이미 누군가에 의해 만들어진 시뮬레이션 속에서 살고 있을 확률이 압도적으로 높다는 논리가 성립하게 됩니다. 결국 시뮬레이션 다중우주론은 우리에게 현실이란 무엇인가라는 철학적 질문을 다시금 상기시킵니다. 설령 우리가 시뮬레이션 속의 존재라 할지라도, 우리가 느끼는 감정과 탐구하는 지식, 그리고 타인과 나누는 교감의 가치가 훼손되는 것은 아닙니다. 오히려 우주의 구조를 이해하려는 우리의 노력은 그 자체로 시뮬레이션의 한계를 넘어서려는 지적 생명체의 숭고한 도전이라 할 수 있습니다. 우리는 이 거대한 연산의 결과물 안에서 자신만의 의미를 찾아가는 여정을 계속하고 있습니다.

카오스재단'다중우주'시리즈

천문학

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

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

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 술술과학] 진화 타임머신, Evol호!

진화론은 우주론만큼이나 인류가 고안해 낸 가장 극적인 아이디어 중 하나입니다. 생명체가 아주 조금씩 변화하며 새로운 종으로 분화한다는 이 이론은 언뜻 황당하게 들릴 수 있지만, 우리 자신의 삶을 돌이켜보면 이해의 실마리를 찾을 수 있습니다. 세 살 아이가 여든 살 노인이 되는 과정처럼, 매일의 변화는 눈에 띄지 않지만 수십 년이 흐르면 완전히 다른 모습이 됩니다. 생명은 멈추지 않고 아주 조금씩, 그러나 확실하게 변화를 거듭하며 긴 역사를 만들어냅니다. 수만 년 전 늑대에서 갈라져 나온 수백 종의 개들을 떠올려 보면 진화의 힘을 실감하게 됩니다. 가상의 타임머신 '에볼호'를 타고 과거로 거슬러 올라가면, 우리는 수많은 생명체와 조우하게 됩니다. 약 700만 년 전에는 침팬지와의 공통 조상을 만나고, 더 거슬러 올라가 7,000만 년 전에는 원숭이들과의 공통 조상을 마주하게 됩니다. 이 여정은 인간이 홀로 존재하는 것이 아니라, 지구상의 수많은 영장류 및 포유류와 깊은 혈연관계로 얽혀 있음을 보여줍니다. 시간의 단위가 '억 년'으로 바뀌면 진화의 여정은 더욱 역동적으로 변합니다. 3억 년 전후로는 파충류와 조류, 그리고 양서류와의 공통 조상을 차례로 만나게 됩니다. 4억 년이 넘어서면 타임머신은 바닷속을 달리기 시작하며, 폐어나 실러캔스 같은 희귀한 물고기들의 조상과 마주합니다. 6억 년 전에는 바다 밑을 기어 다니던 기이한 모습의 곤충 조상을 만나게 되는데, 이는 오늘날 지구를 가득 채운 수십만 종의 곤충들이 하나의 뿌리에서 시작되었음을 상기시킵니다. 생명의 역사를 더 깊이 파고들수록 생명체들의 크기는 점차 작아져 육안으로는 볼 수 없는 세계에 진입합니다. 타임머신의 창을 현미경 모드로 전환해야만 비로소 꾸물거리는 미생물들의 활기찬 움직임을 관찰할 수 있습니다. 약 35억 년 전에는 식물뿐만 아니라 고세균이나 박테리아와의 공통 조상까지 만나게 됩니다. 이 시점의 조상들은 우리와 형태적으로 너무나 다르지만, 생명의 설계도를 공유하는 엄연한 가족의 일원으로서 그 존재감을 드러내며 생명의 신비를 더해줍니다. 마지막으로 38억 년 전의 과거에 도달하면 모든 생명체가 하나의 점으로 수렴하는 경이로운 순간을 맞이합니다. 지구상의 모든 종이 공유하는 마지막 공통 조상인 '루카(LUCA)'를 만나는 지점입니다. 루카로부터 시작된 생명의 줄기는 수십억 년의 세월을 거치며 거대한 나무처럼 뻗어 나가 현재의 다양한 생태계를 이루었습니다. 대기권 밖에서 바라본 지구의 모든 생명체는 결국 하나의 거대한 가족이며, 우리는 그 유구한 역사의 한 페이지를 장식하고 있는 소중한 존재입니다.

카오스재단술술과학

생명과학

특별전 [생각의 조건] 다큐멘터리

인간의 뇌는 단순한 기억 저장 장치를 넘어, 끊임없이 변화를 감지하고 새로운 대처 방안을 만들어내는 중추적인 역할을 수행합니다. 진화론적 관점에서 볼 때, 인류는 생존을 위해 끊임없이 '무엇을 할 것인가'를 고민하며 합리적인 사고를 발전시켜 왔습니다. 이러한 과정은 감각을 통해 받아들인 정보를 바탕으로 과학적 사고의 기틀을 마련하는 기초가 됩니다. 우리는 일상 속에서 무의식적으로 일어나는 뇌의 작용을 통해 세상을 이해하고, 자신만의 좌표를 설정하며 삶의 방향을 결정짓게 됩니다. 국립과천과학관에서 기획한 '생각의 조건' 전시는 과학이 단순한 지식의 나열이 아니라 '과학적으로 생각하는 법' 그 자체라는 점에 주목합니다. 이번 전시는 '발견의 시작'과 '과학의 실패'를 잇는 세 번째 기획으로, 과학적 사고가 형성되는 구체적인 조건들을 탐구합니다. 정제된 현대의 과학 이론보다는 과거의 직관적이고 실험적인 사고방식을 통해 관람객들이 생각의 본질에 다가갈 수 있도록 구성되었습니다. 관람객들은 전시를 통해 당연하게 여겼던 현상들을 새로운 시각으로 바라보며 생각의 힘을 실감하게 됩니다. 하나의 전시가 완성되기까지는 수많은 전문가의 헌신과 유기적인 팀워크가 필수적입니다. 기획 단계부터 포스터 제작, 모델 참여에 이르기까지 팀원 모두가 전시의 주제 속에 녹아들어 함께 고민하는 과정을 거쳤습니다. 특히 관람객들에게 매번 새로운 느낌을 주기 위해 공간을 지속적으로 재구성하고, 외국인 관람객까지 아우르는 세심한 운영을 통해 전시의 완성도를 높였습니다. 이러한 노력은 단순히 모형을 잘 만드는 것을 넘어, 관람객과 진심으로 소통하고 과학적 사고의 즐거움을 전달하려는 의지에서 비롯되었습니다. 과학적 사고의 핵심은 고정관념에서 벗어나 자연 현상과 물리적 법칙을 바탕으로 세상을 의심하고 질문하는 데 있습니다. 사람들은 익숙한 관념과 충돌하는 현상을 목격할 때 호기심을 느끼며, 그 원인을 파헤치는 과정에서 진정한 생각을 시작하게 됩니다. 전시는 이러한 의아함과 궁금증을 유발하여 관람객들이 스스로 답을 찾아가는 경험을 제공합니다. 지식을 일방적으로 전달하기보다 '과학적으로 생각하는 법'을 강조함으로써, 과학관이 수행해야 할 본연의 역할인 사고의 확장을 실천하고자 노력하고 있습니다. 진정한 의미의 생각이란 이전과 똑같이 행동하는 관성에서 벗어나 자신의 행동을 변화시키는 결단입니다. 우리 몸에 각인된 습관을 반복하는 것이 아니라, 인생을 바꾸는 중요한 결정을 내리고 실천하는 과정이 바로 세상을 변화시키는 힘이 됩니다. '생각의 조건' 전시는 이러한 메시지를 남기고 종료되지만, 이는 끝이 아닌 새로운 시작을 의미합니다. 다음 기획인 '갈릴레오' 전시를 통해 독창적인 사고의 힘을 가졌던 인물의 이야기를 다루며, 관람객들에게 또 다른 영감과 생각의 화두를 던질 예정입니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

뇌인지과학
융합

[석학인터뷰] 왜 눈을 신의 작품이라 하는가? 과학이 말하는 눈의 기원은?! ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 6편 _ 공룡, 개미, 눈

고생대에서 중생대로 넘어가는 시기, 지구의 산소 농도는 급격히 낮아져 많은 생명체가 생존의 위협을 받았습니다. 특히 파충류들에게는 가혹한 환경이었으나, 그중 일부는 신체 구조를 혁신하며 살아남았습니다. 일반적인 도마뱀은 다리가 옆으로 뻗어 있어 움직일 때 폐가 압축되지만, 공룡은 다리가 몸 아래로 수직으로 내려와 달리는 중에도 자유롭게 호흡할 수 있었습니다. 이러한 효율적인 호흡 체계 덕분에 공룡은 저산소 환경에서도 거대한 몸집을 유지하며 지구의 지배자로 군림할 수 있었습니다. 만약 당시 산소 농도가 높았다면 공룡이라는 독특한 진화 단계는 나타나지 않았을지도 모릅니다. 곤충의 세계에서도 흥미로운 진화의 흔적을 발견할 수 있습니다. 우리가 흔히 보는 개미는 사실 벌목이라는 곤충 그룹에 속하며, 말벌과 매우 가까운 친척 관계입니다. 진화의 과정에서 개미는 말벌로부터 갈라져 나왔으며, 여왕개미와 수개미만 비행 능력을 유지하고 일개미는 날개를 잃는 방향으로 변화했습니다. 즉, 개미는 날개를 포기하고 지상 생활에 최적화된 '걸어 다니는 말벌'이라고 정의할 수 있습니다. 이러한 변화는 집단생활과 효율적인 자원 탐색을 위한 선택이었으며, 원래부터 날개가 없었던 것이 아니라 환경에 적응하며 점진적으로 형태가 바뀐 결과물입니다. 약 5억 4,100만 년 전 눈의 등장은 생명 역사상 가장 결정적인 사건이었습니다. 눈이 없던 시절의 생명체들은 수동적으로 먹이를 기다려야 했지만, 시각을 갖게 되면서 포식과 도피라는 능동적인 생존 전략이 가능해졌습니다. 이는 생물 다양성의 폭발적인 증가로 이어졌습니다. 흥미로운 점은 인간의 눈이 완벽하지 않다는 사실입니다. 인간은 망막 구조상 맹점이 존재하지만, 오징어와 같은 두족류는 맹점이 없는 더 효율적인 눈을 가지고 있습니다. 이는 복잡한 기관이 한순간에 설계된 것이 아니라, 오랜 시간 동안 무수한 단계를 거쳐 환경에 맞춰 점진적으로 진화해 온 결과임을 증명합니다.

이정모, 최재천

카오스재단릴레이 인터뷰

지구환경과학

[과학관이간다] 강연 이정규관장(노원우주학교) (7.8, 포천여중)

우주와 생명, 그리고 인간의 역사를 하나의 거대한 흐름으로 파악하는 '빅 히스토리'는 우리 존재의 근원을 탐구하는 학문입니다. 약 138억 년 전 빅뱅으로부터 시작된 우주의 역사는 46억 년 전 태양계의 형성, 38억 년 전 생명의 기원, 그리고 20만 년 전 인류의 등장으로 이어집니다. 이 장구한 시간의 흐름 속에서 인류가 문명을 일군 시간은 우주 전체 역사에 비하면 손톱 끝의 아주 얇은 부분에 불과할 정도로 짧습니다. 하지만 이 짧은 찰나의 순간을 이해하기 위해서는 우주가 탄생한 그 시점부터의 모든 과정을 되짚어보아야 합니다. 과거 사람들은 우주가 정지해 있다고 믿었으나, 허블의 발견을 통해 우주가 끊임없이 팽창하고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 멀리 있는 은하들이 서로에게서 멀어지는 현상은 시간을 거꾸로 돌렸을 때 모든 물질이 아주 작은 한 점에 모여 있었다는 결론으로 우리를 안내합니다. 이것이 바로 현대 우주론의 핵심인 빅뱅 이론입니다. 지금 우리가 숨 쉬는 공기와 밤하늘의 별, 그리고 우리 몸을 구성하는 모든 원소는 138억 년 전 그 뜨겁고 작은 한 점 속에서 시작되었습니다. 우주의 팽창은 곧 우리가 탄생할 수 있었던 시공간의 확장을 의미합니다. 빅뱅 직후의 우주는 엄청난 에너지 상태에서 미세한 입자들을 만들어내기 시작했습니다. 물질의 기본 단위인 쿼크들이 결합하여 양성자와 중성자를 형성했고, 이들이 다시 전자를 만나 수소와 헬륨이라는 우주의 기초 원소를 탄생시켰습니다. 만약 초기 우주의 물리 법칙이나 입자들의 결합 방식이 조금이라도 달랐다면, 지금과 같은 복잡한 물질 세계는 존재할 수 없었을 것입니다. 이 정교한 과정을 통해 우주는 단순한 에너지의 덩어리에서 물질이 존재하는 공간으로 진화했으며, 이는 훗날 별과 은하가 탄생할 수 있는 든든한 토대가 되었습니다. 수소와 헬륨만으로는 생명체가 탄생하기에 부족했습니다. 우리 몸에 필수적인 탄소, 산소, 질소와 같은 무거운 원소들은 바로 별의 내부라는 거대한 용광로에서 만들어졌습니다. 태양과 같은 별들은 핵융합 반응을 통해 가벼운 원소를 무거운 원소로 바꾸며 에너지를 방출합니다. 특히 철보다 무거운 금이나 은 같은 원소들은 별이 수명을 다하고 폭발하는 '초신성 폭발'의 찰나에 생성되어 우주 공간으로 흩뿌려집니다. 결국 우리는 수명을 다한 별들이 남긴 잔해, 즉 '별의 먼지'를 재료 삼아 태어난 존재라고 할 수 있습니다. 약 46억 년 전 탄생한 지구에서 생명은 38억 년 전 바다를 통해 그 모습을 드러냈습니다. 초기 생명체 중 일부인 박테리아는 태양 에너지를 이용해 산소를 내뿜는 광합성이라는 혁신적인 생존 전략을 선택했습니다. 당시 독성 물질에 가까웠던 산소의 증가는 많은 생명체에게 위기였으나, 일부는 이를 에너지원으로 활용하며 진화의 발판으로 삼았습니다. 대기 중에 축적된 산소는 오존층을 형성하여 우주의 유해한 방사선을 차단해주었고, 덕분에 생명체들은 바다를 벗어나 육지로 진출하며 더욱 다양하고 복잡한 생태계를 구축할 수 있게 되었습니다. 생명은 수십억 년의 세월 동안 공생과 진화를 거듭하며 정교해졌습니다. 세포 내에서 에너지를 만드는 미토콘드리아 역시 과거에는 독립된 박테리아였으나 공생을 통해 우리 몸의 일부가 된 사례입니다. 다윈이 제시한 '생명의 나무'처럼, 지구상의 모든 생명체는 '루카(LUCA)'라고 불리는 공통 조상으로부터 뻗어 나온 가지들입니다. 인간은 유전적으로 식물이나 다른 동물들과 많은 부분을 공유하고 있으며, 이는 우리가 지구상의 모든 생명과 깊이 연결되어 있음을 시사합니다. 우리는 독립된 존재가 아니라 거대한 생명의 흐름 속에 있는 일원입니다. 인류는 도구와 언어를 사용하며 독자적인 문명을 구축했지만, 본질적으로는 138억 년 우주 역사의 산물입니다. 우리 몸속 세포 하나하나에는 우주 초기에 생성된 원소와 수십억 년 진화의 기록이 고스란히 담겨 있습니다. 따라서 우리 자신을 이해하는 것은 곧 우주의 역사를 이해하는 것과 같습니다. 광활한 우주에서 인류의 역사는 찰나에 불과할지라도, 우리는 우주를 관찰하고 그 신비를 탐구할 수 있는 특별한 존재입니다. '나는 우주의 자녀'라는 자각은 우리가 자연과 생명을 대하는 태도를 더욱 겸허하고 풍요롭게 만들어 줄 것입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

물리학
생명과학
천문학
융합

[석학인터뷰] 장대익 _변신은 팩트다! | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기'

찰스 다윈의 '종의 기원' 초판 번역본이 오랜 기다림 끝에 세상에 나왔습니다. 다윈은 흔히 천재 과학자로만 기억되지만, 사실 그는 의대를 중퇴하고 가문의 수치라는 말을 들을 정도로 불투명한 미래를 가졌던 인물이었습니다. 하지만 그는 자신이 꽂힌 연구에 10년 넘게 매달리며 수천 페이지의 기록을 남길 만큼 지독한 끈기를 보여주었습니다. 따개비 연구에 매진하며 지루함과 싸우면서도 끝내 성과를 이뤄낸 그의 모습은 과학의 또 다른 이면인 인간미를 잘 보여줍니다. 이러한 다윈의 철학이 담긴 초판이 독자들에게 유려한 문장으로 전달되어 생명 진화의 본질을 이해하는 길잡이가 되기를 바랍니다. 외계인의 시선으로 지구 40억 년의 역사를 되돌아본다면 생명의 진화에서 가장 결정적인 순간 세 가지를 꼽을 수 있을 것입니다. 첫 번째는 자연선택이 작동할 수 있는 토대가 된 최초의 복제자가 등장한 시점입니다. 두 번째는 단세포 생물이 다세포로 진화하며 생명의 다양성이 폭발적으로 증가한 순간입니다. 마지막으로 가장 화려한 변화를 이끌어낸 것은 성의 탄생입니다. 암수가 만나 유전자 칵테일을 만들며 다양성을 극대화한 이 사건은 지구를 밋밋한 행성에서 어마어마하게 화려하고 역동적인 생명의 장으로 탈바꿈시켰습니다. 이러한 과정은 생명이 단순히 존재하는 것을 넘어 진화의 동력을 얻었음을 의미합니다. 영장류의 가장 큰 특징은 조직 생활을 한다는 점이며, 그중에서도 인간은 가장 크고 복잡한 집단을 이루며 살아갑니다. 인간이 문명을 건설할 수 있었던 비결은 단순히 뛰어난 과학 기술 덕분이 아니라, 타인을 배려하고 그들의 의도를 파악하는 '초사회성'을 진화시켰기 때문입니다. 집단이 커짐에 따라 발생하는 분업의 이점을 누리기 위해서는 타인의 마음을 읽고 공감하는 능력이 필수적이었습니다. 이러한 사회적 지능은 인간을 유일하게 고도의 문명을 가진 종으로 만들었습니다. 결국 문명이란 타자를 받아들이고 집단을 키워나가는 과정에서 탄생한 배려와 협력의 결과물이라고 할 수 있습니다. 인공지능(AI)의 발전은 인류에게 새로운 질문을 던집니다. 우리가 기술과 공존할 수 있는 이유는 그 기술이 인간의 고유한 가치를 위협하지 않을 때 가능합니다. 만약 인공지능(AI)이 단순한 도구를 넘어 인간의 본질적인 측면인 의사결정이나 창의성 영역에서 인간을 압도하게 된다면, 이는 단순한 도구가 아닌 경쟁 대상이 됩니다. 따라서 우리는 인공지능(AI)이 인간의 본성을 보완하는 존재가 될 것인지, 아니면 우리의 자리를 대체하는 위협이 될 것인지에 대한 기로에 서 있습니다. 기술과의 조화로운 미래를 위해서는 경쟁이 아닌 화합의 방식을 설계하는 지혜가 필요하며, 이는 우리가 인공지능(AI)을 어떻게 정의하느냐에 달려 있습니다. 인류의 수많은 지식인은 세상의 근본 물질이 무엇이며 그것들이 어떻게 변화하는지에 대해 끊임없이 질문해 왔습니다. 우리 주변의 모든 것은 변하며, 변하지 않는 것은 아무것도 없다는 사실은 부정할 수 없는 진리입니다. 바위조차 시간에 따라 침식되듯 변신은 우주의 보편적인 현상이며, 이를 설명하는 것은 과학의 핵심 과제입니다. 천문학, 물리학, 생물학이 만나 변신의 원리와 그로 인해 만들어지는 패턴을 탐구하는 초학제적 시도는 세상을 이해하는 새로운 시각을 제공합니다. 이러한 통합적 탐구는 우리가 발을 딛고 있는 이 변화무쌍한 세계의 본질을 꿰뚫어 보는 힘이 되어줄 것입니다.

장대익

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[석학인터뷰] 이정모_ 인류가 없는 우주? 우주에게는 가장 처참한 상황(수정)

인류는 현재 여섯 번째 대멸종이라는 거대한 환경적 변화의 기로에 서 있습니다. 과거 지구상에서 발생했던 다섯 차례의 대멸종 사례를 돌이켜보면, 당시 생태계의 정점에서 가장 번성했던 최상위 포식자들은 예외 없이 멸종의 길을 걸었습니다. 오늘날 지구에서 가장 압도적인 생물량을 차지하며 생태계를 지배하고 있는 존재는 바로 인간입니다. 이러한 생물학적 역사와 과학적 근거에 비추어 볼 때, 다가올 멸종의 파도 속에서 인류가 생존할 가능성은 매우 희박합니다. 이는 단순한 비관론이 아니라 자연의 섭리가 우리에게 보여주는 냉정한 경고입니다. 하지만 인간이 사라진 지구와 우주가 과연 어떤 가치를 지닐 수 있을지 깊이 고민해 보아야 합니다. 호모 사피엔스가 존재하지 않는다면 우주는 자신의 나이가 138억 년이라는 사실을 영원히 알지 못했을 것입니다. 우리가 존재함으로써 비로소 만물은 이름을 얻게 되었고, 자연의 경이로움에 대한 감탄과 고백도 가능해졌습니다. 인간은 우주를 관찰하고 해석함으로써 무미건조한 물리적 공간에 생명력과 의미를 불어넣는 특별한 역할을 수행합니다. 인간이 없는 우주는 아무리 화려할지라도 관찰자가 없는 빈 무대와 다를 바 없기 때문입니다. 과학의 본질은 단순히 축적된 지식의 양에 있는 것이 아니라 세상을 탐구하는 사고의 방식에 있습니다. 우리는 갈릴레오나 다윈 같은 위대한 선구자들보다 더 많은 최신 과학 정보를 알고 있지만, 그들이 존경받는 이유는 지식의 양 때문이 아니라 새로운 생각의 틀을 정립했기 때문입니다. 예를 들어 공룡의 탄생을 산소 농도 저하라는 환경적 고난에 맞선 진화의 결과로 이해하는 통찰력은 과학적 사고에서 비롯됩니다. 지식은 시대에 따라 변하고 낡아지지만, 끊임없이 질문을 던지고 증명해 나가는 과학적 방법론은 시대를 초월하는 영원한 가치를 지닙니다. 대중과 소통하는 과학 글쓰기나 교육 현장에서도 완벽주의보다는 실천적인 태도가 무엇보다 중요합니다. 불후의 명작을 남기겠다는 과도한 욕심을 내려놓고, 대중에게 필요한 지식을 신속하고 친숙하게 전달하는 방식이 때로는 더 큰 울림을 줍니다. 과학관 역시 단순히 전시물을 관람하는 정적인 공간을 넘어, 청소년들이 직접 실험하고 새로운 주제에 도전하는 역동적인 장소가 되어야 합니다. 정해진 정답을 수동적으로 따라가는 것이 아니라, 스스로 가설을 세우고 검증해 나가는 과정이야말로 우리가 지향해야 할 진정한 과학 교육의 모습입니다. 과학적 회의주의는 종교적 신념과도 충분히 공존할 수 있는 가치입니다. 진화론을 과학적 사실로 받아들이면서도 신앙을 유지하는 것은 모순이 아니라, 인간이 만든 고정관념에 대해 끊임없이 의심하고 질문하는 과정의 연장선입니다. 맹목적인 믿음보다는 합리적인 의심을 통해 진리에 다가가려는 노력은 과학과 종교 모두에서 유효한 태도입니다. 권위자의 말에 무조건 의존하기보다 자신의 지성과 양심에 비추어 세상을 탐구하는 태도가 필요합니다. 이러한 비판적 사고야말로 현대 사회를 살아가는 성숙한 지성인이 갖추어야 할 핵심적인 덕목입니다.

이정모

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[석학인터뷰] 조장천_ 1등을 죽여라!! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

20대는 단순히 전공 지식을 습득하는 시기를 넘어, 자신의 삶에 대한 방향성과 가치관을 정립하는 매우 중요한 시기입니다. 이 시기에는 책상 앞에 앉아 이론을 공부하는 것만큼이나 사회적 경험과 실천적인 활동을 통해 세상을 몸으로 직접 체득하는 과정이 필요합니다. 연애를 글로만 배울 수 없듯이, 다양한 현장에서 겪는 시행착오와 실천적 경험의 축적은 청년들이 자신만의 확고한 지향점을 만들어가는 데 있어 무엇보다 소중한 밑거름이 됩니다. 지구상에는 헤아릴 수 없이 많은 미생물이 존재하지만, 그중 대부분은 인공적인 배양이 불가능하여 여전히 미지의 영역으로 남아 있습니다. 과거 미생물 분류의 큰 단위인 문(Phylum) 중에서 실제로 발견된 것은 22개에 불과했으나, 연구를 통해 23번째 문인 '렌티스패라'를 새롭게 발견하는 성과를 거두었습니다. 이 미생물은 해저 열수공이나 '바다의 눈'이라 불리는 해중설을 형성하는 존재로 추정되며, 생물학적 진화 계통을 이해하는 데 있어 매우 중요한 학술적 의미를 지닙니다. 과학 연구의 세계는 1등만이 기억되는 치열한 경쟁의 장이기도 합니다. 과거 SAR11 미생물 배양 연구 당시, 경쟁자에게 단 2주 차이로 선취권을 내주며 '과학에 2등은 없다'는 냉정한 현실을 마주하기도 했습니다. 하지만 이러한 실의의 순간에 찾아온 렌티스패라의 발견은 연구자에게 커다란 선물과도 같았습니다. 실패와 좌절을 딛고 일어선 끝에 마주한 새로운 발견은 과학적 성취를 넘어, 포기하지 않고 탐구를 지속하는 학자로서의 삶에 소중한 이정표가 되었습니다. 바이러스는 스스로 물질대사를 하거나 재생산할 수 없기에 엄밀한 의미에서 완전한 생명체로 정의하기에는 어려움이 따릅니다. 그러나 이들은 숙주 세포와 끊임없이 교류하며 유전 물질을 전달하고 생태계의 진화에 깊숙이 관여해 왔습니다. 특히 '붉은 여왕 가설'처럼 세균과 바이러스가 서로 뒤처지지 않기 위해 끊임없이 경쟁하며 상호 진화하는 과정은 생명의 역동성을 잘 보여줍니다. 이러한 보이지 않는 군비 경쟁은 과거부터 현재까지 이어지며 지구 생명체의 다양성을 형성하는 핵심 동력이 되고 있습니다. 세포의 진화 과정을 설명하는 내부공생설은 이제 현대 생물학의 확고한 정설로 자리 잡았습니다. 동물의 미토콘드리아와 식물의 엽록체가 본래 독립된 세균이었다는 사실은 생명 진화의 신비로움을 극명하게 보여줍니다. 다만 진핵세포가 형성되는 과정에서 미토콘드리아가 유입된 구체적인 시점을 두고는 여전히 다양한 가설이 대립하며 학술적 논쟁이 이어지고 있습니다. 이처럼 풀리지 않은 수수께끼를 해결하려는 학자들의 끊임없는 노력은 생명의 근원적 기원을 이해하려는 인류의 위대한 여정입니다.

조장천

카오스재단2019 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

생명과학

[석학인터뷰] 서민아_ 똑똑해지고 싶다면? 당장 밖으로 나가세요! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌는 우리 몸의 모든 명령을 총괄하는 중앙 제어 장치로, 컴퓨터의 핵심 부품인 CPU와 같은 역할을 수행합니다. 문명이 고도로 발달하고 인간의 요구가 다양해짐에 따라 우리의 뇌는 그에 맞춰 끊임없이 진화해 왔습니다. 마치 최신 컴퓨터가 더 높은 성능의 CPU를 필요로 하듯, 복잡해지는 사회적 환경과 정보의 홍수 속에서 인류는 더 효율적인 명령 체계를 갖추기 위해 뇌를 발달시켜 온 것입니다. 이러한 진화적 관점에서 볼 때, 뇌의 성장은 단순히 생물학적 변화를 넘어 인류 문명의 발전과 궤를 같이하는 필연적인 과정이라고 할 수 있습니다. 생물학적 관점에서 뇌는 심장이나 근육과 마찬가지로 우리 몸을 구성하는 중요한 장기 중 하나입니다. 특히 뇌세포와 혈관 사이의 상관관계는 뇌 기능을 결정짓는 핵심적인 요소로, 원활한 혈액 공급을 통해 산소와 영양분이 충분히 전달되어야만 뇌가 제 기능을 발휘할 수 있습니다. 실제로 운동을 통해 신체의 혈액 순환을 촉진하면 뇌 기능이 향상된다는 사실은 여러 연구를 통해 입증되었습니다. 예를 들어, 학생들에게 수업 전 체육 활동을 장려했을 때 학습 효율이 눈에 띄게 높아진다는 결과는 신체 활동이 뇌의 인지 능력을 깨우는 데 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 의식의 존재와 그 보편성에 대한 탐구는 우주적 관점에서도 매우 흥미로운 주제입니다. 만약 외계 생명체가 존재한다면, 그들 역시 생존을 위해 영양분을 섭취하고 움직임을 제어할 중앙 제어 장치를 가지고 있을 가능성이 큽니다. 이러한 구조적 유사성은 의식이라는 현상이 우주 어디에서나 적용될 수 있는 보편적 원칙에 기반하고 있음을 시사합니다. 나아가 우리는 인간뿐만 아니라 해조류와 같은 다른 생명체에게도 뇌와 유사한 기관이 존재하는지, 그리고 이를 통해 생명체 간의 소통이 가능한지에 대한 근원적인 질문을 던지며 생명의 신비를 새롭게 바라보게 됩니다.

서민아

카오스재단2019 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌인지과학

[카오스 술술과학] 생명의기원, 3막의드라마

생명의 기원을 한 편의 연극에 비유한다면 그 무대는 지구이며, 배우는 과거와 현재를 아우르는 모든 생명체입니다. 우리 인간 역시 수많은 배우 중 하나에 불과하지만, 동시에 이 연극을 지켜보는 관객이기도 합니다. 우리가 존재하기 위해 반드시 필요했던 이 거대한 드라마를 스스로 관찰하고 탐구한다는 점은 매우 경이로운 일입니다. 주인공이 따로 없는 이 무대에서 모든 생명은 각자의 역할을 수행하며 지구라는 거대한 생태계를 구성하는 소중한 일원으로 존재해 왔습니다. 만약 이 연극에 초자연적인 시나리오가 있었다면 우리는 정해진 역할만을 수행하는 존재였겠지만, 자발적인 규칙에 의해 움직인다면 생명은 스스로 역사를 써 내려가는 주체가 됩니다. 생명은 자연에서도 저절로 발생할 수 있으며, 이는 세세한 청사진 없이도 생명체가 매 순간 자율성을 가지고 드라마를 만들어 가는 과정이라 할 수 있습니다. 이러한 관점은 생명을 단순히 창조된 결과물이 아니라, 환경과 상호작용하며 끊임없이 변화하고 적응해 나가는 역동적인 존재로 바라보게 합니다. 생명의 드라마는 총 3막으로 구성됩니다. 제1막은 자연의 원소들이 결합하여 아미노산, 핵산, 지질과 같은 유기물이 탄생하는 과정입니다. 이는 생명체를 구성하는 기초 재료를 준비하는 단계입니다. 이어지는 제2막에서는 이러한 유기물들이 모여 생명의 최소 단위인 세포가 탄생하며 지구 역사상 가장 극적인 전환점을 맞이합니다. 이 시기는 단순한 화학 반응의 단계를 넘어, 스스로를 복제하고 에너지를 대사하는 생명 활동의 시작을 알리는 중요한 시점입니다. 우주의 기원을 설명하는 빅뱅 우주론이 우주의 역사를 가늠하는 시계를 제공하듯, 생명의 세계에도 이와 유사한 법칙이 존재합니다. 바로 다윈의 진화론입니다. 진화론은 현재의 복잡한 생태계가 아주 오래전 하나의 공통 조상에서 시작되었음을 시사합니다. 과학자들은 이 공통 조상을 '루카(LUCA)'라고 부르며 생명의 뿌리를 찾고자 노력하고 있습니다. 진화는 생명이 시간의 흐름에 따라 어떻게 분화되고 발전해 왔는지를 보여주는 가장 강력한 과학적 도구이자 생명의 역사를 관통하는 핵심 원리입니다. 많은 이들이 단순한 세포 하나가 어떻게 인간처럼 복잡한 생명체로 변할 수 있는지 의문을 품기도 합니다. 하지만 우리는 이미 그 불가능해 보이는 과정을 몸소 증명하고 있습니다. 단 하나의 수정란이 단 아홉 달 만에 수조 개의 세포를 가진 복잡한 성체로 성장하는 기적을 매번 반복하고 있기 때문입니다. 38억 년이라는 유구한 시간은 자연이 이와 유사한 위대한 일을 해내기에 충분한 세월이었으며, 그 결과로 오늘날의 찬란한 생명의 다양성이 완성될 수 있었습니다.

카오스재단술술과학

생명과학

[카오스 술술과학] 머리 큰 사람은 머리가 좋을까?

흔히 머리가 크면 지능이 높을 것이라고 생각하지만, 과학적으로 머리의 절대적 혹은 상대적 크기가 지능을 결정한다는 가설은 설득력이 부족합니다. 코끼리는 인간보다 훨씬 큰 뇌를 가졌음에도 지능이 더 높지 않으며, 몸집 대비 머리 크기가 큰 다람쥐 역시 인간의 지능을 뛰어넘지 못합니다. 따라서 단순히 뇌의 부피나 신체 대비 비율만으로 지능을 판단하기에는 무리가 있습니다. 다만 영장류 중에서 인간의 뇌 용량이 유독 커진 과정에는 진화론적인 특별한 이유가 숨어 있을 것이라는 분석이 지배적입니다. 인간의 뇌가 침팬지보다 약 2.5배나 커진 이유는 기후 변화와 같은 환경적 요인보다 복잡한 인간관계에 대응하기 위함이라는 가설이 있습니다. 타인의 마음을 읽고 의도를 간파하며, 때로는 속임수에 대처하는 사회적 능력이 생존의 핵심이 되었기 때문입니다. 이를 '마키아벨리 가설'이라 부르는데, 사회적 관계를 유지하기 위한 지능의 필요성이 뇌 용량의 증가로 이어졌음을 시사합니다. 즉, 인간의 커다란 머리는 우리가 고도의 사회적 동물로 진화해 온 과정에서 얻게 된 소중한 결과물이라고 볼 수 있습니다. 최근 뇌과학계에서는 지능의 핵심을 뇌의 외형적 특징이 아닌 '신경 효율성'에서 찾고 있습니다. 신경 효율성이란 적은 자원으로도 고차원적인 정보를 처리하는 능력을 의미하며, 이는 뇌 영역 간의 연결망이 얼마나 단단하고 원활하게 구축되어 있는지에 달려 있습니다. 특정 정보를 인지하고 반응하는 과정에서 서로 다른 뇌 부위들이 빠르게 소통할수록 지능이 높게 나타납니다. 따라서 평소 쓰지 않던 뇌 영역을 자극하여 새로운 연결고리를 만드는 습관을 들인다면, 뇌의 물리적 크기와 상관없이 지능을 더욱 발달시킬 수 있습니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학
융합

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

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

최재천

카오스재단카오스강연

생명과학

[카오스 술술과학] 기원, 궁극의 질문들

우주의 탄생을 추적하는 일은 138억 년이라는 거대한 시간의 장벽을 넘어서는 탐정의 수사와도 같습니다. 사건 현장은 이미 훼손된 수준을 넘어 상상할 수 없을 만큼 팽창해 버렸고, 특정한 장소를 지목하기조차 어려운 상황입니다. 하지만 과학자들은 우주 곳곳에 남겨진 미세한 흔적들을 통해 결정적인 단서를 찾아냅니다. 빅뱅 후 38만 년에 우주를 가득 채웠던 빛의 기록이나 45억 년 전 지구가 형성된 과정은 인류에게 기원에 대한 근원적인 질문을 던지게 합니다. 우리는 보이지 않는 과거의 발자국을 따라가며 우주라는 거대한 퍼즐 조각을 하나씩 맞춰가고 있습니다. 지구의 탄생 이후 발생한 가장 경이로운 사건은 바로 생명의 등장입니다. 무생물에서 시작해 스스로 움직이고 변화하며 자신과 닮은 존재를 복제해 내는 생명체는 이전의 물리적 현상과는 전혀 다른 차원의 변화를 보여주었습니다. 기나긴 진화의 여정 끝에 등장한 인류는 단순한 관찰자를 넘어, 우리 몸을 구성하는 원소들이 우주와 지구의 역사와 깊이 연결되어 있음을 깨닫게 됩니다. 결국 기원을 탐구하는 과정은 우리 자신을 이해하는 과정과 맞닿아 있으며, 인류는 스스로가 이 거대한 우주적 서사의 일부임을 증명하는 명탐정의 역할을 수행하고 있습니다. 현대의 과학자들은 망원경과 현미경을 통해 우주와 생명의 증거들을 집요하게 파헤치며 모든 존재의 역사를 재구성하고 있습니다. 이 과정에서 생명의 본질이 단순한 부분의 합인지, 아니면 그 이상의 무엇인지에 대한 철학적 질문들이 쏟아져 나옵니다. 생명의 탄생이 우연인지 필연인지, 그리고 물질의 세계에서 어떻게 정신이라는 고차원적인 현상이 발현될 수 있었는지에 대한 탐구는 여전히 진행 중입니다. 기원의 문제는 단순히 과거를 돌아보는 것이 아니라, 인간의 본질과 우주에서의 위치를 정의하는 궁극의 질문들로 우리를 안내하며 끊임없는 지적 탐험을 촉구합니다.

카오스재단술술과학

물리학
융합

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (4) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ④

후생유전학의 발전은 과거 '획득 형질은 유전되지 않는다'는 생물학의 고전적 원칙에 새로운 질문을 던지고 있습니다. 환경적 요인에 의해 변화된 후생유전학적 표지가 후대에 전달될 가능성이 제기되면서, 과거 우생학적 논란을 넘어 과학적 증거들이 축적되고 있습니다. 하지만 모든 획득 형질이 유전되는 것은 아니며, 어떤 경우에는 유전 정보가 깨끗이 지워지기도 합니다. 현재 과학계는 이러한 현상이 일어나는 구체적인 기작을 밝히기 위해 연구를 지속하고 있으며, 이는 유전과 환경의 상호작용을 이해하는 중요한 열쇠가 될 것입니다. 인간의 유전 정보는 부모로부터 물려받지만, 그 조합은 무한대에 가까운 다양성을 지닙니다. 체세포 분열이 동일한 정보를 복제하는 데 집중한다면, 생식 세포를 만드는 감수 분열은 다양성을 목표로 합니다. 이 과정에서 일어나는 유전자 교차는 물리 법칙에 따른 우연성을 동반하며, 특정 유전병의 대물림 여부 또한 이러한 복잡한 확률의 결과입니다. 따라서 염기 서열 자체는 이미 결정되어 있을지라도, 그것이 어떻게 조합되어 발현되는지는 생명의 오묘한 질서 속에서 결정되는 운명적인 측면이 강하다고 볼 수 있습니다. 최근 인공 효모의 DNA를 합성하여 생명체를 탄생시켰다는 소식은 인공 생명체에 대한 논의를 불러일으켰습니다. 하지만 이를 완전한 인공 생명체로 보기에는 아직 한계가 있습니다. DNA라는 설계도는 인공적으로 만들었을지라도, 이를 구동하기 위한 효소나 세포질 환경은 기존 생명체의 것을 빌려왔기 때문입니다. 이는 마치 영화 속 아이디어처럼 기존의 생물학적 토대 위에 새로운 정보를 주입한 단계에 가깝습니다. 진정한 의미의 인공 생명체는 모든 구성 요소가 무에서 창조되어야 하며, 현재는 그 첫 단추를 뀄다는 점에 의미가 있습니다. 인간 유전체 중 단백질을 부호화하는 정보는 단 1%에 불과하며, 나머지 99%는 오랫동안 '비부호화 DNA'라 불리며 무시되어 왔습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 이 영역은 결코 쓰레기가 아니며, 유전자 발현을 정교하게 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 진화의 과정에서 살아남은 이 방대한 정보들은 생명 현상의 세밀한 조정을 담당하며, 우리가 아직 밝혀내지 못한 생명의 비밀을 간직하고 있습니다. 유전자를 제거해도 생존에 지장이 없는 현상 등은 생명체가 가진 중복성과 유연성을 보여주며, 비부호화 영역의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다. 우리 몸의 모든 세포는 동일한 유전 정보를 가지고 있지만, 조직마다 각기 다른 모습을 띠는 이유는 유전자 발현의 차이에 있습니다. 줄기세포가 특정 세포로 분화하는 과정은 어떤 유전자를 켜고 끌 것인지를 결정하는 정교한 프로그램에 의해 제어됩니다. 여기에는 세포질 내의 단백질이나 조절 RNA, 그리고 세포가 놓인 위치적 환경 등이 복합적으로 작용합니다. 결국 생명은 단순한 DNA 설계도를 넘어, 환경과 상호작용하며 정보를 해석하고 집행하는 역동적인 시스템이며, 이를 이해하는 것이 현대 생물학의 거대한 과제라고 할 수 있습니다.

강석현, 이현숙, 조윤제

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 생명체의 탄생 (1) _ 노정혜 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 1강 | 1강 ①

분자생물학은 생명 현상을 구성하는 분자들의 상호작용을 통해 생명의 본질을 이해하려는 학문입니다. 우리가 생명체라고 부르는 유기체는 무생물과 구분되는 몇 가지 핵심적인 특징을 공유합니다. 단순히 숨을 쉬거나 자라는 외형적 변화를 넘어, 생물학적으로는 유전과 증식, 대사, 환경에 대한 반응, 그리고 진화라는 네 가지 요소가 필수적입니다. 이러한 특징을 모두 갖춘 가장 작은 단위가 바로 세포이며, 단세포 생물인 세균은 그 자체로 완벽한 생명체의 조건을 충족합니다. 반면 바이러스는 스스로 대사할 수 없어 살아있는 세포 안에서만 증식할 수 있기에 완전한 생명체로 보기 어렵습니다. 생명의 기원을 찾는 과정은 결국 우리 모두의 조상을 찾아가는 거대한 족보 탐구와 같습니다. 과거에는 기록이나 유물에 의존해 뿌리를 찾았지만, 현대 과학은 DNA 염기서열 분석이라는 강력한 도구를 사용합니다. 세포 핵 속의 염색체를 구성하는 DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기의 배열을 통해 방대한 유전 정보를 저장합니다. 이 서열을 비교하면 친자 확인은 물론, 현생 인류인 호모 사피엔스와 멸종한 네안데르탈인이 약 50만 년 전에 공통 조상에서 갈라져 나왔다는 사실까지 정밀하게 파악할 수 있으며, 이는 모든 생명체로 확장될 수 있는 원리입니다. 찰스 다윈은 모든 생명체가 공통의 조상으로부터 가지를 치며 변해왔다는 진화의 개념을 체계화했습니다. 생물 종 사이의 연관성은 공통으로 가진 유전자의 염기서열이 얼마나 유사한지를 나타내는 '상동성'을 통해 측정됩니다. 예를 들어 사람과 원숭이, 쥐, 물고기의 유전자를 비교하면 그 유사도에 따라 유연관계의 거리를 숫자로 산출할 수 있습니다. 이렇게 도출된 데이터를 바탕으로 생물 간의 계통을 나무 모양으로 시각화한 것이 바로 '계통수'입니다. 계통수는 생명체들이 서로 얼마나 가까운 친척인지, 그리고 언제 어떻게 갈라져 나왔는지를 보여주는 유전적 지도가 됩니다. 현대 미생물학자 칼 워즈는 모든 생명체가 공유하는 리보솜 RNA 서열을 분석하여 생명의 계통도를 새롭게 정의했습니다. 과거에는 생물을 단순히 동물과 식물, 혹은 다섯 가지 계로 분류했지만, 유전자 분석 결과 지구상의 모든 생명체는 세균, 고균, 진핵생물이라는 세 개의 거대한 도메인으로 나뉜다는 사실이 밝혀졌습니다. 특히 고균은 극한 환경에서 살아가는 독특한 특성을 지니며, 진핵생물 내부의 미토콘드리아나 엽록체 역시 과거 특정 세균과의 공생에서 비롯되었음을 유전자 서열의 유사성을 통해 확인할 수 있습니다. 이는 생명의 분류 체계가 외형이 아닌 유전적 뿌리에 근거해야 함을 시사합니다. 생명의 계통수에서 가장 뿌리에 해당하는 지점에는 모든 생명체의 최후 공통 조상인 '루카(LUCA)'가 존재합니다. 루카는 현재 지구상에 존재하는 모든 생물의 공통된 기점이 되는 존재로, 약 35억 년보다 훨씬 더 이전에 출현했을 것으로 추정됩니다. 계통수에 화석 기록과 돌연변이 속도를 결합하면 시간의 개념이 더해진 정교한 생명의 역사가 완성됩니다. 이를 통해 우리는 인간과 곰팡이가 약 15억 년 전에 갈라졌다는 사실 등을 알 수 있으며, 지구 탄생 이후 끊임없이 이어져 온 생명 탄생의 경이로운 여정을 과학적으로 이해하게 됩니다.

노정혜

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 구글 신은 아직도 모든 것을 알고 있다? (1) _ by정하웅 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 1강 | 1강 ①

과학은 우리 삶의 근간을 이루는 학문이지만, 대중에게는 여전히 어렵고 멀게 느껴지는 영역이기도 합니다. 이러한 간극을 좁히기 위해 마련된 대중과학강연은 지식의 공유를 넘어 미래를 준비하는 중요한 소통의 장이 됩니다. 특히 기초과학의 중요성을 알리고 복잡한 이론을 쉽게 풀어내는 시도는 현대사회에서 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 많은 이들이 과학적 사고를 통해 세상을 바라볼 때, 비로소 우리 사회는 더 나은 방향으로 나아갈 동력을 얻게 됩니다. 우리가 마주할 미래는 과학기술의 발전 속도에 따라 그 모습이 결정됩니다. 인공지능, 로봇공학, 생명공학 등 다양한 분야가 융합하며 만들어낼 변화는 예측하기 어려울 정도로 빠르고 광범위합니다. 이러한 변화의 흐름 속에서 '미래과학'이라는 주제는 단순한 호기심을 넘어 생존과 직결된 화두가 되었습니다. 다가올 시대를 이해하기 위해서는 현재의 과학적 성취를 점검하고, 그것이 우리 삶에 어떤 영향을 미칠지 깊이 있게 고찰하는 시간이 반드시 필요합니다. 최근 과학에 대한 대중의 관심이 그 어느 때보다 뜨겁습니다. 수준 높은 과학강연에 참여하기 위해 치열한 경쟁을 뚫어야 할 정도로, 지적 갈망을 채우고자 하는 열기가 대단합니다. 이는 단순히 정보를 습득하는 것을 넘어, 전문가와 소통하며 과학적 통찰력을 얻고자 하는 욕구가 반영된 결과입니다. 이러한 열정적인 참여는 과학계와 대중 사이의 벽을 허물고, 과학이 문화의 일부로 자리 잡는 데 결정적인 역할을 하고 있으며 새로운 지식의 지평을 넓혀줍니다. 과학의 가치를 전달하는 과정에서 지식을 전달하는 매개자의 역할은 매우 막중합니다. 복잡한 수식과 이론 뒤에 숨겨진 흥미로운 이야기들을 발굴하여 대중의 눈높이에 맞게 전달하는 것은 고도의 전문성을 요하는 작업입니다. 청중이 과학의 매력을 발견하고 스스로 질문을 던질 수 있도록 돕는 가교 역할은 과학대중화의 핵심입니다. 이러한 노력이 모여 과학은 더 이상 전문가들만의 전유물이 아닌, 모두가 즐기고 토론할 수 있는 공통의 언어가 되어 우리 곁에 머물게 됩니다. 미래를 설계하는 과학의 여정에 동참한다는 것은 설레면서도 무거운 책임감이 따르는 일입니다. 우리가 오늘 나누는 과학적 담론은 내일의 기술적 토대가 되고, 나아가 인류의 삶을 풍요롭게 만드는 밑거름이 될 것입니다. 과학적 탐구 정신을 잃지 않고 끊임없이 질문하며 답을 찾아가는 과정 자체가 바로 미래를 준비하는 가장 확실한 방법입니다. 앞으로 펼쳐질 수많은 과학적 발견들이 우리에게 어떤 놀라움을 선사할지 기대하며, 그 변화의 중심에서 함께 호흡하고 고민하는 자세가 필요합니다.

정하웅

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물리학

[강연] 지구 시계로 살펴보는 지구와 생명의 대화 | 2017 카오스 콘서트 '지구, 생명, 인간' 1부 | 1부 ③

생명의 역사에서 의식의 출현은 지극히 짧은 순간에 이루어졌습니다. 약 10억 년 전 다세포 생물이 등장한 이후, 6억 년 전 최초의 신경계가 나타나며 비로소 의식의 싹이 트기 시작했습니다. 이는 지구의 역사를 24시간으로 환산했을 때 오후 9시경에 해당하며, 인류의 조상인 호모 사피엔스의 등장은 자정 불과 3초 전의 일입니다. 이 짧은 시간 동안 인간은 뇌를 통해 우주의 역사를 복원할 만큼 고도의 지능을 발달시켰습니다. 움직임이 있는 동물에게서 시작된 신경계의 진화가 결국 자아를 인식하는 복잡한 의식의 세계를 열어준 셈입니다. 지능의 형태는 생명체마다 다양하게 진화해 왔습니다. 가장 오래된 신경계를 가진 해파리는 온몸에 그물처럼 퍼진 신경망을 통해 포식자를 피하고 사냥을 합니다. 반면 문어와 같은 연체동물은 인간의 중앙집권적 뇌와는 달리 신체 전체에 신경세포가 골고루 분포되어 있으면서도, 쥐나 비둘기보다 많은 신경세포를 보유해 높은 지능을 보여줍니다. 이처럼 각 생명체는 자신이 처한 환경에 최적화된 방식으로 신경계를 발달시켜 왔으며, 이는 지능이 단순히 뇌의 크기나 구조에만 국한되지 않는 복합적인 진화의 결과물임을 시사합니다. 인간의 뇌가 유독 거대해진 배경에는 사회적 상호작용과 에너지 효율이라는 두 가지 핵심 요소가 자리 잡고 있습니다. 집단생활을 하며 타인의 의도를 파악하고 협력과 경쟁을 반복하는 과정에서 뇌는 복잡한 문제를 해결하기 위해 급격히 팽창했습니다. 하지만 뇌는 막대한 에너지를 소모하는 조직이기에 무한정 커질 수는 없었습니다. 인류가 불을 발견하고 음식을 익혀 먹기 시작하면서 소화 효율이 높아졌고, 여기서 확보된 잉여 에너지가 뇌의 성장을 뒷받침하는 결정적인 계기가 되었습니다. 즉, 요리하는 습관과 사회성이 오늘날 인간의 지능을 만든 원동력입니다. 현대 과학은 데카르트가 정의한 '생각하는 나'라는 존재 역시 뇌의 작용 중 하나라고 설명합니다. 자아는 우리가 내린 선택에 의미를 부여하고 경험을 일관되게 해석하도록 돕는 감각이지만, 때로는 불안정하게 흔들리기도 합니다. '걷는 시체 증후군' 환자들처럼 신체와 기억이 온전함에도 불구하고 자신의 존재 자체를 부정하는 사례는 자아가 얼마나 미스터리한 영역인지를 잘 보여줍니다. 분명히 세상을 보고 느끼고 있음에도 '나는 존재하지 않는다'고 믿는 현상은, 우리가 당연하게 여기는 자아라는 감각이 뇌가 정교하게 만들어낸 결과물임을 암시합니다. 우리가 내리는 수많은 선택이 정말 온전한 자유 의지에 의한 것인지에 대해서는 여전히 의문이 남습니다. 실험을 통해 증명되듯, 인간의 선택은 주변 환경이나 교묘하게 설계된 '미끼'에 의해 쉽게 유도될 수 있으며, 뇌는 그저 무의식적인 선택을 사후에 정당화하는 역할을 수행하기도 합니다. 어쩌면 자아란 뇌가 복잡한 선택의 원인을 설명하기 위해 도입한 일종의 추상적인 망상일지도 모릅니다. 인공지능이 고도로 발달하여 스스로를 인식하게 될 때, 그들 역시 인간처럼 자아라는 개념을 통해 자신의 존재를 정의하게 될지 고민해 볼 시점입니다.

이대열

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뇌인지과학

[강연] 게놈으로 읽는 생명(1) _ 박종화 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강 | 9강 ①

생명은 어디에서 왔으며 왜 죽어야 하는가라는 질문은 인류가 가진 가장 근원적인 물음입니다. 과학의 관점에서 생명은 원소들이 특정 구조를 형성하고 시간에 따라 진화해 가는 과정으로 정의됩니다. 특히 게놈은 이러한 생명 현상을 읽어내는 핵심적인 열쇠입니다. 태극기에 담긴 우주의 원리처럼, 생명 또한 음양의 조화와 같은 역동적인 상호작용을 통해 존재합니다. 우리는 게놈 해독을 통해 생로병사의 운명이 이미 정해져 있는지, 아니면 환경에 따라 변해가는 것인지에 대한 답을 찾을 수 있습니다. 이는 단순한 생물학적 연구를 넘어 우주의 기원과 진화를 이해하는 철학적 토대가 됩니다. 생명을 정의하는 흥미로운 관점 중 하나는 이를 '스위치 세트'로 보는 것입니다. 우주가 탄생한 빅뱅의 순간을 정보의 스위치가 켜진 시점으로 본다면, 생명체는 수많은 정보 처리 함수들이 연결된 거대한 회로와 같습니다. 여기서 중요한 개념은 '생명체 박스론'입니다. 세포라는 작은 박스에서 시작해 조직, 개체, 그리고 지구라는 거대한 박스에 이르기까지 생명은 일정한 질서와 법칙을 가지고 구조를 형성합니다. 이러한 박스들은 에너지를 통해 구조와 순서를 유지하며, 앞뒤 서열의 차이에 따라 생명체의 행동과 형질이 결정됩니다. 결국 생명은 정보를 담고 처리하는 정교한 물리적 실체라고 할 수 있습니다. 진화는 시간이 흐름에 따라 생명체라는 박스가 점진적으로 변화해 가는 과정입니다. 다윈의 자연 선택 이론에 따르면, 무작위로 발생하는 변이들이 축적되면서 조상으로부터 새로운 형태의 생명체가 탄생합니다. 이 진화의 중심에는 바로 게놈이라는 정보 덩어리가 있습니다. 게놈은 단순한 염기 서열의 나열이 아니라, 생명 활동을 조절하는 신호 처리 회로의 집합체입니다. 30억 개의 염기 서열 속에는 과거의 역사가 기록되어 있으며, 동시에 미래를 예측할 수 있는 단서가 숨겨져 있습니다. 우리는 게놈을 통해 생명이 어떻게 환경에 적응하고 자신을 복제하며 진화해 왔는지를 과학적으로 증명할 수 있습니다. 게놈 정보를 해독하고 분석하는 생정보학은 마치 정밀한 지도를 만드는 작업과 같습니다. 과거 김정호가 대동여지도를 만들어 국토의 실체를 파악했듯이, 현대 과학자들은 게놈 지도를 통해 생명의 설계도를 그려냅니다. 70억 인류 개개인의 게놈 데이터를 수집하고 비교하면 인간이라는 종의 공통된 구조와 개별적인 변이를 명확히 이해할 수 있습니다. 이러한 데이터는 엄청난 양의 빅데이터를 형성하며, 이를 컴퓨터로 계산하고 분석함으로써 생명 현상을 예측 가능한 영역으로 끌어들입니다. 우주가 계산 가능하다는 전제 아래, 생명 또한 정교한 계산을 통해 그 비밀을 하나씩 드러내고 있는 것입니다. 앞으로 게놈 기술은 반도체만큼이나 우리 삶의 모든 영역에 깊숙이 스며들 것입니다. 보건 의학 분야에서는 개인별 맞춤형 정밀 의료를 가능하게 하여 암이나 노화와 같은 난치병 정복의 근거를 마련해 줍니다. 뿐만 아니라 농업, 환경 모니터링, 식품 안전 등 다양한 산업 분야에서 게놈 정보가 핵심적인 역할을 수행하게 될 것입니다. 실시간으로 박테리아나 바이러스의 게놈을 읽어 질병을 예방하고, 유전자 편집을 통해 생산성을 높이는 시대가 다가오고 있습니다. 결국 게놈을 이해하는 것은 인간 자신을 깊이 이해하는 것이며, 이는 인류의 건강과 미래를 혁신적으로 변화시킬 원동력이 될 것입니다.

박종화

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생명과학

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ④

기후변화 연구의 진정한 가치는 단순히 학술적인 성과를 내는 것에 그치지 않고, 연구 결과가 시민들의 구체적인 행동을 이끌어내는 데 있습니다. 특히 기후 위기는 사회적 약자에게 더 가혹하게 다가오기에, 폭염에 취약한 쪽방촌 노인들의 건강을 살피는 것과 같은 실천적 활동이 병행되어야 합니다. 이는 석탄 화력 발전소를 줄이고 원전의 위험성을 회피하면서도 안정적인 전력 공급을 고민하는 에너지 전환의 문제와도 직결됩니다. 기후 예측이 어려운 이유는 기후 시스템이 가진 비정상성과 불확실성 때문입니다. 과거의 기상 기록이 현재의 기준이 되지 못하는 비정상성은 우리가 가졌던 상식을 뒤흔들며, 모델의 한계와 지식의 부족은 미래를 확정적으로 말하기 어렵게 만듭니다. 과학은 수학처럼 정답이 딱 떨어지는 영역이 아니기에, 다양한 가설이 충돌하고 논쟁하는 과정은 필수적입니다. 이러한 불확실성 속에서도 우리는 최선의 선택을 내려야 하는 과제를 안고 있습니다. 지구온난화에 대한 과학계의 의견은 인위적 활동이 주된 원인이라는 쪽으로 강력하게 기울어 있습니다. 수많은 논문을 분석한 결과, 대다수의 전문가가 현재의 기온 상승이 인위적 요인에 의한 것임을 인정하고 있습니다. 비록 소수의 회의론이 존재하더라도, 전문가 대다수가 경고하는 위험을 무시하는 것은 합리적이지 않습니다. 지식으로서의 이견은 존중하되, 행동의 근거로서 기후 과학이 주는 함의는 조금 더 적극적으로 해석하고 받아들일 필요가 있습니다. 하지만 기후 데이터의 신뢰성에 대해 의문을 제기하는 시각도 존재합니다. 인공위성 관측이 시작되기 이전인 100년 전의 자료들은 관측소의 위치나 기술적 한계로 인해 전 지구를 대표하기에 부족할 수 있다는 지적입니다. 특히 유럽이나 미국 중심의 데이터가 해양이나 다른 지역의 상황을 충분히 반영하지 못했을 가능성이 큽니다. 이러한 데이터의 불완전함은 장기적인 온난화 추세를 확신하는 데 있어 신중함을 요구하는 근거가 되기도 합니다. 지구의 온도는 온실가스 외에도 엘니뇨나 라니냐, 화산 폭발과 같은 자연적인 변동 요인에 의해 끊임없이 출렁거립니다. 화산재가 태양빛을 차단하여 온도를 낮추거나 해수면 온도의 변화가 기온을 끌어올리는 현상은 우리가 체감하는 기후변화의 큰 부분을 차지합니다. 이러한 자연 변동의 폭이 워낙 크다 보니, 서서히 진행되는 지구온난화의 신호를 명확히 구분해내는 것은 매우 어려운 작업입니다. 이는 기후변화를 자연스러운 현상으로 보려는 회의론의 배경이 됩니다. 관측 기술의 비약적인 발전은 지구온난화의 증거를 더욱 견고하게 만들고 있습니다. 과거 냉각화를 주장하던 소수의 의견이 있었으나, 데이터의 정확도가 높아진 현대에 이르러서는 온난화에 대한 과학적 합의가 더욱 공고해졌습니다. 2000년대 초반의 기온 정체기와 같은 현상도 정밀한 분석을 통해 자연 변동의 일부로 해석되고 있습니다. 결국 기술의 발전은 불확실성을 줄여나가며, 인위적 활동이 지구에 미치는 영향을 더욱 명확하게 드러내는 역할을 수행합니다. 기후변화의 원인을 분석할 때 과학자들은 인위적 활동과 자연적인 요인을 모두 고려합니다. 국제적인 평가 보고서들에 따르면 인위적 요인이 약 80%를 차지하며, 나머지 20% 정도가 자연적인 변동으로 파악됩니다. 도시화 효과나 태양 활동 등 다양한 변수가 복합적으로 작용하지만, 장기적인 상승 곡선은 온실가스의 증가와 궤를 같이합니다. 결국 기후 위기에 대응한다는 것은 이러한 복잡한 메커니즘을 이해하고, 우리가 통제할 수 있는 인위적 요인을 줄여나가는 과정입니다.

김백민, 안병옥, 최용상

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지구환경과학

[강연] 뇌의 미래와 인공 자아의 탄생 (1) _ 김대식 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 10강 | 10강 ①

인류는 50만 년 전만 해도 맹수의 먹잇감에 불과한 연약한 존재였습니다. 하지만 우리는 신체적 열세를 극복하고 도구를 만드는 지능을 통해 세상을 지배하게 되었습니다. 도구는 인간과 떼려야 뗄 수 없는 존재이며, 그 중심에는 인간의 지적 능력을 확장하려는 끊임없는 노력이 자리하고 있습니다. 1.5kg의 고깃덩어리에 불과한 뇌가 어떻게 이런 놀라운 문명을 일구었는지 이해하는 것은 인류의 과거와 미래를 잇는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 이러한 지능의 발달은 인류를 지구상의 그 어떤 생명체보다 특별한 존재로 만들었습니다. 우리 뇌는 두개골이라는 어둡고 폐쇄적인 공간에 갇혀 평생을 살아갑니다. 뇌가 세상을 직접 만지거나 보는 것이 아니라, 눈과 코, 귀와 같은 감각 기관이 전달하는 신호를 간접적으로 해석할 뿐입니다. 흥미로운 점은 오감이 전달하는 정보가 항상 완벽하지 않으며, 뇌 또한 이를 있는 그대로 받아들이지 않는다는 사실입니다. 뇌는 생존 확률을 높이기 위해 들어온 정보를 추론하고 가공하며, 때로는 현실에 존재하지 않는 움직임이나 색상을 만들어내기도 합니다. 이러한 해석 과정이 바로 우리가 세상을 인식하는 방식입니다. 동일한 사물을 보더라도 사람마다 다르게 인식하는 현상은 뇌의 해석이 주관적임을 잘 보여줍니다. 유명한 파란색과 금색 드레스 논란처럼, 뇌는 각자의 유전적 요인과 환경에 따라 정보를 다르게 처리합니다. 우리가 서로 같은 세상에 살고 있다고 믿는 이유는 인식의 차이를 담아내기에 언어의 해상도가 너무 낮기 때문입니다. 애매모호한 색상을 '빨강'이라는 단어 하나로 묶어 표현하면서 서로의 차이를 인지하지 못할 뿐, 실제로는 각자가 뇌가 만들어낸 조금씩 다른 출력값의 세계를 살아가고 있는 셈입니다. 인공지능 연구의 역사에서 가장 흥미로운 지점은 인간에게 쉬운 일이 기계에게는 매우 어렵고, 반대로 인간에게 어려운 계산은 기계에게 쉽다는 사실입니다. 우리는 고양이를 구별하거나 걷는 일을 당연하게 여기지만, 이는 수억 년의 진화 과정을 통해 우리 뇌의 하드웨어에 이미 정답이 새겨져 있기 때문입니다. 반면 미분 방정식이나 복잡한 수학 계산은 진화 과정에서 마주할 일이 없었기에 뇌에 정답이 없습니다. 우리가 쉽다고 느끼는 것들은 사실 진화가 미리 풀어놓은 고난도의 문제들이었던 것입니다. 뇌과학과 인공지능의 결합은 단순히 편리한 기능을 넘어 '인공 자아'의 탄생이라는 새로운 국면을 예고합니다. 뇌가 현실을 해석하고 상상하는 능력을 통해 문명을 건설했듯이, 이제는 그 메커니즘을 기계에 이식하여 고도화된 지능을 구현하려 합니다. 이는 인류가 자신의 지적 한계를 넘어서려는 시도이자, 스스로의 정체성을 재정의하는 과정이기도 합니다. 뇌의 미래를 탐구하는 여정은 결국 인간이란 무엇인가라는 근원적인 질문에 답을 찾아가는 과정과 맞닿아 있습니다.

김대식

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물리학
뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (4) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ④

우리 뇌의 신경 신호전달은 단순히 전선처럼 연결된 전기적 흐름이 아닙니다. 뉴런과 뉴런 사이의 시냅스를 통해 신호가 전달되는 과정은 일종의 릴레이 방식과 유사합니다. 이때 다음 뉴런을 흥분시키거나 억제하는 신경전달물질이 동시에 작용하며, 여러 신호가 합쳐져 발화 여부를 결정하는 '대의 민주주의적' 합의 과정을 거칩니다. 이러한 복잡성은 0과 1로만 이루어진 디지털 신호보다 훨씬 높은 유연성을 제공하며, 수만 개의 뉴런이 동시에 움직이는 정교한 동기화 기작을 가능하게 합니다. 특정 뇌 부위의 손상을 대체하기 위한 뇌 이식은 현대 과학이 꿈꾸는 기술이지만, 신경 회로를 다시 연결하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 현재는 줄기세포를 이용한 접근보다는 전극을 삽입해 전기적 신호를 주고받는 '뇌-기계 인터페이스(BMI)' 기술이 더 활발히 연구되고 있습니다. 이는 손상된 신경망을 대신해 외부 기기나 로봇 팔을 제어하는 방식으로, 물리적인 뇌 조직의 이식을 넘어선 새로운 치료 가능성을 제시합니다. 기술의 발전은 인간의 의지를 기계적 신호로 변환하여 신체적 한계를 극복하는 시대로 우리를 안내하고 있습니다. 인간의 뇌와 컴퓨터의 결정적인 차이는 하드웨어의 가변성과 신경전달물질에 있습니다. 컴퓨터는 고정된 하드웨어 위에서 0과 1의 신호만 오가지만, 뇌는 도파민과 같은 다양한 신경전달물질을 사용하여 정보 전달의 다양성을 유지합니다. 또한 뇌는 외부 자극과 환경에 따라 구조 자체가 변화하는 가소성을 지니고 있어, 고정된 기계보다 훨씬 융통성 있게 상황에 대처할 수 있습니다. 이러한 생물학적 특징은 인간이 복잡한 감정과 사고를 처리하며 끊임없이 학습하고 적응할 수 있게 만드는 근본적인 힘이 됩니다. 인간의 뇌가 비약적으로 진화할 수 있었던 배경에는 에너지 효율과 사회적 상호작용이라는 중요한 요소가 자리 잡고 있습니다. 불의 발견과 요리 문화는 영양 섭취의 효율성을 높여 뇌가 필요로 하는 막대한 에너지를 공급할 수 있게 했으며, 이는 신피질의 급격한 발달로 이어졌습니다. 또한 타인과의 관계 속에서 속고 속이지 않으려는 사회적 압력과 지적 능력이 뛰어난 개체가 선택받는 성 선택 과정 역시 뇌의 고도화를 이끈 동력이 되었습니다. 이러한 진화적 선택은 인간을 단순한 생존을 넘어 고도의 정신 활동을 영위하는 존재로 탈바꿈시켰습니다. 예쁜꼬마선충의 커넥톰 해독은 신경과학 분야에서 콜럼버스의 신대륙 발견과도 같은 획기적인 사건입니다. 비록 1mm 크기의 작은 생명체일지라도 그 신경망 지도를 완성하는 데는 10년이라는 긴 시간이 소요되었으며, 이는 뇌의 복잡성을 단적으로 보여줍니다. 하지만 지도를 가졌다고 해서 그 안에서 일어나는 모든 정보의 흐름과 행동의 원리를 완벽히 이해한 것은 아닙니다. 이제 우리는 신경망의 구조를 넘어 그 속에서 신호가 어떻게 운영되고 군집을 이루는지 탐구하는 새로운 시작점에 서 있으며, 이는 인공지능과 로봇 공학의 미래에도 깊은 영감을 줄 것입니다.

김경진, 김재상, 선웅

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (2) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ②

생명체의 발생 과정은 경이로운 신비로 가득 차 있습니다. 초기 배아 시기의 물고기, 닭, 사람을 비교해 보면 전문가조차 구별하기 어려울 정도로 흡사한데, 이는 모든 생명체가 공통 조상에서 기원했음을 시사하는 강력한 형태학적 증거입니다. 특히 영장류의 진화 과정을 살펴보면 침팬지와 인간은 약 600만 년 전 공통 조상을 공유하며 갈라져 나왔습니다. 이러한 생물학적 역사는 인간이 만물의 영장으로 거듭나기까지 거쳐온 일련의 진화적 고리들을 보여주며, 뇌의 구조적 발달 또한 이러한 진화의 흐름 속에서 기존의 구조 위에 새로운 층이 덧씌워지는 방식으로 정교해졌음을 알 수 있습니다. 인간의 발생은 수정란에서 시작하여 정교하게 계획된 세포 분열 과정을 거칩니다. 난할을 통해 세포 수가 늘어나고 낭배 시기에 접어들면 외배엽, 중배엽, 내배엽이라는 세 개의 층이 형성됩니다. 이 중 가장 바깥쪽의 외배엽은 장차 표피와 신경계로 분화하며, 신경판이 말려 들어가 신경관을 형성함으로써 뇌와 척수의 기틀을 마련합니다. 임신 기간 동안 뇌는 크기가 커질 뿐만 아니라 전후 관계가 분명해지며 복잡한 모양을 갖추어 갑니다. 이러한 발생 과정은 유전적 프로그램에 의해 통제되지만, 여전히 현대 과학이 풀어야 할 수많은 수수께끼를 간직하고 있습니다. 인간의 뇌는 태어난 이후에도 멈추지 않고 끊임없이 변화하고 성장합니다. 출생 시 머리 크기가 제한적인 것은 산도를 통과하기 위한 진화적 타협의 결과이며, 본격적인 발달은 영유아기와 청소년기에 걸쳐 일어납니다. 특히 신경 세포의 신호 전달 속도를 높여주는 수초화 작업은 청소년기까지 지속되며, 시냅스의 형성과 불필요한 회로를 정리하는 가지치기 과정이 활발하게 진행됩니다. 이러한 뇌의 재축조 과정은 추론이나 이성적 판단과 같은 고차원적인 기능을 완성하는 데 필수적입니다. 따라서 성인이 되기까지의 뇌는 환경과 상호작용하며 역동적으로 변모하는 가소성의 결정체라 할 수 있습니다. 모든 신체 세포는 동일한 유전 정보를 가지고 있다는 유전체 등가성 원리를 따릅니다. 하지만 특정 부위에서 어떤 유전자가 발현되느냐에 따라 신경세포나 근육세포로 분화하는 운명이 결정됩니다. 언어 능력 또한 유전적 기초 위에 세워지는데, FOXP2와 같은 전사 조절 인자가 인간 특유의 언어 발달에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 현대 과학은 MRI나 PET와 같은 첨단 영상 장비를 통해 살아있는 뇌의 활동을 실시간으로 관찰하며 언어, 감정, 사고가 뇌의 어느 부위에서 일어나는지 정밀하게 추적하고 있습니다. 이는 유전자와 뇌 기능 사이의 간극을 메우는 결정적인 열쇠가 됩니다. 뇌과학의 궁극적인 목표는 뇌를 통해 인간의 마음을 이해하는 것입니다. 최근에는 뇌의 신경망 지도를 그리는 커넥토믹스 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이는 나노 스케일의 해상도로 신경 회로를 재구성하는 도전적인 과제입니다. '나는 누구인가'라는 존재론적 질문에 대해 뇌과학은 '나는 나의 커넥톰이다'라는 답변을 제시합니다. 즉, 우리의 기억, 성격, 마음은 뇌 속에 얽혀 있는 복잡한 신경 연결망에 저장되어 있다는 것입니다. 뇌 지도를 완성해 나가는 과정은 인간에 대한 이해를 넓히는 동시에, 미래 사회의 새로운 가치를 창출하는 고부가가치 기술 집약적 연구로서 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

김경진

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 인간의 뇌는 과연 특별한가? (1) _ 김경진 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 2강 | 2강 ①

인간의 뇌가 과연 특별한가라는 질문은 인류가 오랫동안 품어온 근원적인 의문입니다. 진화론적 관점에서 인간은 약 600만 년 전 침팬지와 공통 조상에서 갈라져 나왔지만, 그 과정에서 인간의 뇌는 독특한 발달 경로를 걸어왔습니다. 발생 생물학, 유전학, 진화학 등 다양한 학문적 증거들은 우리가 어떻게 지금의 인간이 되었는지를 설명해 줍니다. 뇌과학은 단순히 신체 기관을 연구하는 것을 넘어, 뇌가 뇌를 탐구함으로써 마음의 미래를 이해하고 인간다움의 본질을 규명하려는 거대한 시도라고 할 수 있습니다. 생명체를 관통하는 보편적인 원리는 DNA에서 단백질로 이어지는 유전 정보의 흐름에 있습니다. 뇌 역시 이러한 생물학적 토대 위에 존재하며, 특히 '시냅스 가소성'이라는 거대한 법칙을 통해 작동합니다. 신경 세포들이 동시에 활성화될 때 그 신경망이 강화된다는 '헵의 법칙'은 학습과 기억의 핵심 기전입니다. 뇌는 고정된 장치가 아니라 외부 자극과 경험에 따라 끊임없이 구조와 기능을 변화시키는 역동적인 시스템이며, 이러한 유연성이야말로 생명체가 환경에 적응하고 정보를 처리하는 근본적인 방식입니다. 성인의 뇌는 무게가 약 1.4kg 정도로 체중의 2.5%에 불과하지만, 전체 에너지의 20%를 사용하는 매우 활발한 조직입니다. 약 천억 개의 신경 세포와 백조 개에 달하는 시냅스가 복잡한 그물망을 형성하고 있으며, 좌뇌와 우뇌가 서로 다른 기능을 담당하는 비대칭성을 띠기도 합니다. 신경 세포의 기본 구조인 수상돌기와 축삭은 다른 신경 세포들과 끊임없이 소통하며 정보를 교환합니다. 이러한 천문학적인 연결성과 복잡성 때문에 현대 과학은 뇌를 우리 몸 안의 '소우주'라고 부르며 그 신비를 밝히기 위해 노력하고 있습니다. 현대 신경과학은 분자 수준부터 행동과 인지, 그리고 인공지능과 맞닿아 있는 모델링까지 매우 넓은 연구 스펙트럼을 가지고 있습니다. 인간의 뇌를 직접 실험하기 어렵기에 예쁜꼬마선충, 초파리, 생쥐와 같은 모델 생물을 활용하여 뇌의 작동 원리를 규명합니다. 특히 1mm 크기의 예쁜꼬마선충은 모든 신경망의 지도인 '커넥톰'이 완벽하게 해독된 유일한 생명체로, 뇌 연구의 중요한 이정표가 됩니다. 이러한 연구들은 뇌가 신체의 사령탑으로서 어떻게 모든 생명 현상을 제어하고 복잡한 행동을 만들어내는지 구체적으로 보여줍니다. 흔히 뇌를 완벽하게 설계된 슈퍼컴퓨터에 비유하곤 하지만, 생물학적 관점에서 뇌는 진화의 과정에서 나타난 일종의 클루지(Kluge) 결과물에 가깝습니다. 신경 세포의 신호 전달 속도는 컴퓨터의 연산 속도에 비해 현저히 느리며, 과거의 구조 위에 새로운 기능이 덧대어진 진화의 흔적을 고스란히 간직하고 있습니다. 뇌는 최적의 효율을 가진 정밀한 기계라기보다 생존을 위해 환경에 적응하며 유연하게 변화해 온 유기체입니다. 이러한 불완전함과 우연성이야말로 인간의 뇌가 가진 진정한 생물학적 특성이며, 우리가 기계와 차별화되는 지점이기도 합니다.

김경진

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뇌인지과학

[강연] 식물은 빛을 어떻게 인지할까? - 광합성과 빛 (4) _최길주 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 4강 | 4강 ④

식물은 눈이나 코와 같은 감각 기관이 겉으로 드러나지 않지만, 빛을 인식하는 정교한 체계를 갖추고 있습니다. 파이토크롬이라 불리는 광수용체는 식물의 특정 부위에만 집중된 것이 아니라 뿌리, 줄기, 꽃, 열매 등 식물 전체에 분포하여 환경을 감지합니다. 이는 인간의 눈이 특정 위치에 고정된 것과 달리, 식물의 모든 세포가 각자의 위치에서 빛의 정보를 수집하고 계절의 변화나 주변 식물의 존재를 파악하는 역할을 수행함을 의미합니다. 이러한 감각 체계는 식물이 이동할 수 없는 한계를 극복하고 생존하기 위한 필수적인 진화의 결과입니다. 식물의 감각은 시각에만 국한되지 않습니다. 식물은 냄새를 맡고 중력을 느끼며 물리적인 자극에도 반응하는 일종의 '오감'을 지니고 있습니다. 예를 들어, 우주와 같은 무중력 환경에서는 식물의 성장 형태가 변하며, 주변 식물이 내뿜는 화학 물질을 감지해 경쟁자를 물리치거나 열매를 맺는 시기를 조절하기도 합니다. 이러한 능력은 식물이 단순히 수동적인 존재가 아니라, 주변 환경과 끊임없이 상호작용하며 생존 전략을 짜는 능동적인 생명체임을 보여줍니다. 식물은 자신만의 방식으로 세상을 느끼며 그 안에서 최적의 삶을 영위해 나갑니다. 특히 뿌리는 식물의 지능이 집약된 기관으로 평가받기도 합니다. 뿌리 끝에는 인간의 이석과 유사한 역할을 하는 평형석(녹말체)이 있어 중력의 방향을 정확히 인식하고 땅속을 향해 자라납니다. 또한 뿌리는 빛의 반대 방향으로 이동하려는 성질도 함께 가지고 있어, 중력과 빛이라는 서로 다른 신호를 통합하여 최적의 성장 방향을 결정합니다. 이러한 복잡한 정보 처리 과정은 식물이 중추 기관 없이도 개별 세포와 조직의 협력을 통해 고도의 생존 판단을 내리고 있음을 시사합니다. 뿌리 끝은 환경 신호가 집적되는 중요한 의사결정 센터인 셈입니다. 식물의 이러한 놀라운 능력은 38억 년에 달하는 긴 진화의 역사 속에서 다듬어졌습니다. 초기 지구에서 가장 풍부한 에너지원이었던 빛을 활용하기 위해 식물의 조상들은 아주 단순한 형태의 광수용 분자부터 발달시켰을 것으로 추정됩니다. 이후 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 광합성이라는 복잡한 체계가 완성되면서 식물은 지구 생태계의 근간을 이루게 되었습니다. 단순한 자기 복제 물질에서 시작해 정교한 에너지 전환 장치를 갖추기까지, 식물은 생존을 위한 최선의 선택을 이어왔으며 이는 지구상의 모든 생명체가 살아갈 수 있는 기초를 마련했습니다. 광합성의 등장은 지구 역사를 바꾼 결정적인 사건이었습니다. 남세균과 같은 초기 광합성 생물들이 배출한 산소는 대기 중에 오존층을 형성하여 자외선을 차단했고, 이는 생명체가 수중을 벗어나 육상으로 진출하는 발판이 되었습니다. 또한 식물의 광합성 활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하며 지구의 기온과 빙하기, 간빙기의 순환에 깊이 관여해 왔습니다. 우리가 무심코 지나치는 작은 풀 한 포기가 사실은 지구 전체의 기후와 인류를 포함한 모든 생명체의 삶을 지탱해 온 거대한 조절자이자 생태계의 설계자 역할을 수행해 온 것입니다. 흔히 식물에게 클래식 음악을 들려주면 잘 자라고 록 음악은 해롭다는 이야기가 있지만, 이는 과학적 근거가 부족한 믿음입니다. 식물이 수십억 년의 진화 과정에서 인간의 음악 장르를 구분해야 할 생존상의 이유는 없었기 때문입니다. 다만 식물은 꿀벌의 날갯짓 진동이나 애벌레가 잎을 갉아먹는 소리와 같은 자연의 진동에는 민감하게 반응할 수 있습니다. 이는 식물의 반응이 인간의 감성적 기준이 아닌, 오로지 생존과 번식이라는 실질적인 목적에 따라 정교하게 설계되었음을 말해줍니다. 식물에게 중요한 것은 음악이 아니라 생존에 직결된 신호입니다. 식물은 화학 물질을 이용한 의사소통에도 매우 능숙합니다. 해충의 공격을 받으면 주변 식물에 위험 신호를 보내 방어 물질을 생성하게 하거나, 인간에게 유용한 영양분을 제공함으로써 자신들이 널리 재배되도록 유도하기도 합니다. 벼나 옥수수 같은 작물들이 인간에게 당분을 제공하는 것은, 결과적으로 인간을 이용해 자신들의 번식 범위를 넓히려는 고도의 전략으로 해석될 수 있습니다. 이처럼 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 영리하고 주도적으로 지구 생태계의 주인공 역할을 수행하고 있으며, 인류의 삶 또한 이러한 식물의 생존 전략 위에 놓여 있습니다.

박연일, 소문수, 최길주

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물리학
생명과학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (5) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ⑤

동굴 물고기가 투명해지는 현상은 생존을 위한 에너지 효율의 결과입니다. 빛이 없는 환경에서는 화려한 색을 유지하는 데 에너지를 쓰는 것보다, 그 노력을 후각이나 다른 감각의 발달로 돌리는 것이 유리하기 때문입니다. 이는 단순히 보일 필요가 없어서가 아니라, 스트레스에 반응하는 호르몬 변화와 분자적 메커니즘이 결합된 진화의 과정입니다. 생물은 환경에 맞춰 가장 최적화된 생존 전략을 선택하며 변화해 나갑니다. 색이 없어도 생존에 문제가 없다면, 그러한 개체들이 군집 내에서 더 많이 살아남아 진화의 방향을 결정하게 됩니다. 시각 장애인의 다른 감각이 발달하는 이유는 뇌의 가소성과 자원 배분 때문입니다. 우리 뇌는 가용 에너지가 한정된 제로섬 게임과 같아서, 특정 감각 정보가 차단되면 그 능력을 보상하기 위해 촉각이나 청각 같은 다른 영역이 더 활성화됩니다. 이는 뇌의 일부만 사용한다는 속설과는 다르며, 생존에 필요한 정보를 더 효율적으로 처리하기 위한 필터링 과정의 결과입니다. 천재들이 특정 분야에서 부족함을 보이며 다른 능력을 극대화하는 것도 비슷한 맥락으로 이해할 수 있습니다. 결국 뇌는 주어진 환경에서 가장 필요한 정보에 주의를 집중하도록 설계되어 있습니다. 우리가 무지개를 일곱 가지 색으로 인식하는 것은 사회적 학습과 언어의 영향이 큽니다. 실제 자연계의 빛은 수많은 연속적인 스펙트럼으로 이루어져 있으며, 개인의 민감도나 직업적 훈련에 따라 인지하는 색의 가짓수는 수백 가지로 늘어날 수 있습니다. 색을 지각하는 세포의 수 자체가 다르기보다는, 미세한 색 차이를 얼마나 예민하게 받아들이느냐의 인지적 차이가 더 중요합니다. 결국 본다는 행위는 물리적 자극을 넘어 개인의 경험과 관심이 반영된 결과물이라 할 수 있습니다. 우리가 10만 가지 정도의 색을 구분할 수 있는 잠재력은 바로 이러한 인지적 노력에서 나옵니다. 현대인이 겪는 눈의 피로는 주로 안구를 움직이는 근육의 긴장에서 비롯됩니다. 눈은 정지된 물체보다 움직임에서 정보를 얻기 위해 끊임없이 미세하게 움직이는데, 이 과정에서 근육에 피로가 쌓이는 것입니다. 따뜻한 마사지는 혈관을 확장해 혈액 순환을 돕고 근육통을 완화하는 효과가 있습니다. 또한, 효과가 있다는 믿음 자체가 뇌에 긍정적인 영향을 주는 위약 효과도 무시할 수 없습니다. 눈의 건강을 지키기 위해서는 물리적 휴식과 심리적 안정이 조화를 이루어야 합니다. 망막 세포 자체는 통증을 느끼지 못하므로, 우리가 느끼는 피로감은 대부분 눈을 지탱하는 근육의 신호입니다. 자외선과 고에너지 청색광은 눈의 수정체와 망막에 직접적인 손상을 줄 수 있습니다. 수정체의 단백질이 변성되면 백내장이 발생하고, 망막 세포의 재생 능력이 손상과 보상의 균형을 잃으면 노인성 질환으로 이어집니다. 망막 세포는 매일 일정 비율로 재생되지만, 나이가 들수록 이 회복력이 떨어지기 때문에 젊을 때부터 선글라스 착용 등을 통해 자외선을 차단하는 습관이 중요합니다. 눈은 우리 몸에서 가장 예민한 감각 기관인 만큼 선제적인 보호가 필수적입니다. 스마트폰의 청색광 역시 완전히 검증되지는 않았으나, 망막 세포에 가해지는 에너지 자극이라는 측면에서 주의가 필요합니다. 시각 장애를 극복하기 위한 현대 과학의 시도는 유전자 가위, 줄기세포, 인공 망막 등 다양한 방향으로 진행되고 있습니다. 망막 세포를 이식하거나 CCD 카메라 모듈을 시신경에 연결하는 기술은 이미 연구 단계에 있으며, 중요한 것은 뇌가 새로운 신호를 학습하는 재활 과정입니다. 우리 뇌는 외부 자극에 적응하는 능력이 뛰어나기 때문에, 기술적 보완과 함께 정교한 훈련이 병행된다면 잃어버린 시각 정보를 다시 인지하는 것도 불가능한 영역은 아닙니다. 선천적인 색맹의 경우에도 유전자 조작 기술을 통해 사전에 방지하거나, 후천적인 손상을 줄기세포로 회복시키는 연구가 미래의 가능성을 열어주고 있습니다. 인간의 눈은 문어와 달리 시신경과 혈관이 광수용 세포 앞에 위치한 거꾸로 된 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 맹점이 생기고 혈관 질환 시 실명 위험이 크다는 단점이 있지만, 반사되는 빛을 차단해 더 선명한 상을 얻는 이점도 존재합니다. 진화는 완벽한 설계보다는 주어진 환경에서 최선의 타협점을 찾아가는 과정입니다. 광섬유처럼 빛을 전달하는 뮬러 세포의 존재는 이러한 구조적 한계를 극복하기 위한 생명체의 놀라운 적응력을 잘 보여줍니다. 비효율적으로 보일 수 있는 구조 안에서도 생명은 최적의 시각 정보를 얻기 위해 정교한 보완 장치를 마련하며 진화해 왔습니다.

석현정, 정용, 최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (4) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ④

푸른 눈을 가진 사람들은 홍채에 멜라닌 색소가 부족하여 빛을 차단하는 능력이 상대적으로 떨어집니다. 이로 인해 같은 밝기의 빛이라도 검은 눈을 가진 사람보다 훨씬 강하게 지각하며, 눈부심을 방지하기 위해 선글라스를 더 자주 착용하게 됩니다. 이러한 생물학적 차이는 주거 환경의 조명 밝기 선호도에도 영향을 미칩니다. 서구권에서 실내 조명을 어둡게 유지하는 문화가 발달한 배경에는 이처럼 빛에 민감한 신체적 특성이 깊이 관여하고 있으며, 이는 단순한 취향을 넘어 생존과 적응의 결과라고 볼 수 있습니다. 빛은 단순히 시각적 정보를 전달하는 것을 넘어 우리의 생체 리듬을 조절하는 중요한 역할을 합니다. 특히 밤늦게 사용하는 스마트폰의 강한 빛은 수면에 필요한 호르몬 분비에 영향을 주어 건강을 해칠 수 있습니다. 우리 몸은 수억 년 동안 밤에는 휴식하도록 진화해 왔기에, 인위적인 빛 자극은 호르몬 체계의 불균형을 초래합니다. 시각 장애가 있더라도 안구가 남아 있는 경우에는 빛을 감지하여 24시간 주기의 생체 리듬을 유지할 수 있다는 점은 빛과 생명 활동이 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 잘 보여주는 사례입니다. 우리가 보는 색은 사물에 고유하게 존재하는 속성이 아니라, 특정 파장의 빛에 반응하는 수용체의 활성을 뇌가 해석한 결과입니다. 뇌는 시각 정보를 처리할 때 모양, 색, 움직임, 위치 등을 각각 다른 영역에서 분담하여 분석합니다. 만약 뇌졸중 등으로 색을 처리하는 영역이 손상되면 세상이 흑백으로 변하는 현상을 겪기도 합니다. 이처럼 색의 인지는 단순한 물리적 현상이 아니라 뇌의 복잡한 연산 과정을 거쳐 만들어지는 주관적인 경험이며, 우리가 보는 세상은 뇌가 그려낸 정교한 지도와 같습니다. 인간이 붉은색에 민감하게 반응하는 것은 진화론적 관점에서 설명이 가능합니다. 숲의 녹색 배경 사이에서 잘 익은 붉은 열매를 효과적으로 채집하기 위해 특정 색을 더 잘 감지하도록 진화한 것입니다. 흥미로운 점은 여성의 경우 X 염색체가 두 개이기 때문에 붉은색 계열을 더 세분화하여 지각할 가능성이 높다는 것입니다. 일부 여성은 네 종류의 원추세포를 가져 남성보다 훨씬 다양한 색의 스펙트럼을 인지하기도 하는데, 이는 생물학적 요인이 색에 대한 감수성 차이를 만드는 결정적인 근거가 됩니다. 색을 인지하고 명명하는 방식은 문화적 환경과 언어에 따라 달라집니다. 에스키모인이 눈의 상태에 따라 흰색을 수십 가지 이름으로 구분하는 것처럼, 생존에 필요한 미묘한 차이가 언어적 구분을 만들어냅니다. 한국어에서 산을 '푸르다'고 표현하며 초록색과 파란색의 경계를 모호하게 사용하는 것도 독특한 문화적 특징입니다. 결국 색의 이름은 사회적 약속이며, 우리가 세상을 어떻게 분류하고 인식하는지를 반영하는 거울과 같습니다. 이러한 언어적 틀은 우리가 색을 더 세밀하게 인식하도록 돕는 도구가 되기도 합니다.

석현정, 정용, 최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

[강연] 생명의 기원 by이기형 | 2015 여름 카오스 콘서트 '기원 Origin' 3강 | 3강

우주의 기원을 찾는 여정이 허블의 법칙에서 시작되었다면, 생명의 기원을 찾는 여정은 찰스 다윈의 진화론에서 출발합니다. 다윈의 이론은 지구상의 모든 생명체가 하나의 공통 조상에서 비롯되었음을 강력하게 시사합니다. 과학자들은 화석 기록과 DNA 분석을 통해 생명의 나무를 정교하게 그려왔으며, 그 뿌리 끝에는 오늘날의 박테리아와 유사한 단세포 생물이 자리하고 있음을 발견했습니다. 우리는 약 20만 년 전의 미토콘드리아 이브에서 시작해 600만 년 전 유인원(침팬지)과의 분기를 거쳐, 결국 단세포 생물이라는 기원에 도달하게 됩니다. 모든 생명체가 단세포 생물에서 기원했다는 증거는 우리 몸을 구성하는 세포 그 자체에 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 예외 없이 세포로 이루어져 있으며, 하나의 수정란이 분열하여 개체를 형성하는 방식 또한 놀랍도록 일치합니다. 동물이든 식물이든 세포의 기본적인 기능과 구조는 매우 유사하며, 이는 우리가 모두 같은 친척임을 증명합니다. 결국 세포라는 공통된 단위를 통해 우리는 생명의 연속성을 확인하며, 단세포 생물이 우리 모두의 머나먼 조상이라는 사실을 과학적으로 인정하게 됩니다. 단세포 생물의 탄생 이전에는 무기물에서 유기물이 만들어지는 '화학적 진화'의 과정이 있었습니다. 약 40억 년 전 원시 지구의 척박한 환경 속에서 수소, 메탄, 암모니아와 같은 물질들이 지열과 번개 같은 에너지원을 만나 아미노산과 같은 유기물로 변모했습니다. 이는 1953년 밀러의 실험을 통해 과학적으로 입증되었으며, 이후 단순한 분자들이 사슬처럼 연결되어 단백질과 같은 복잡한 구조를 형성할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 과정은 생명이 탄생하기 위한 기초적인 재료를 준비하는 필수적인 단계였습니다. 유기물이 준비된 후에는 이를 감싸 안을 지질막의 형성과 스스로를 복제할 수 있는 복제 물질의 등장이 중요해집니다. 과학자들은 화학적 과정을 통해 자연스럽게 지질막 구조가 형성되고, 이것이 융합과 분열을 반복하며 원시 세포(프로토셀)로 발전할 수 있음을 확인했습니다. 특히 RNA는 스스로 복제하는 능력뿐만 아니라 화학 반응을 돕는 효소의 역할까지 수행할 수 있어, 최초의 복제 물질로서 유력한 후보로 꼽힙니다. 이러한 원시적인 지질막들이 지구 곳곳을 떠다니며 생명으로 나아갈 준비를 마쳤던 것입니다. 원시 세포(프로토셀)가 진정한 생명체로 거듭나기 위해서는 '시간의 힘'과 '생물학적 진화'가 필요했습니다. 아주 낮은 확률의 사건이라도 수천만 년이라는 거대한 시간 속에서는 반드시 일어나는 필연이 됩니다. 원시 세포(프로토셀)들은 복제와 자연선택이라는 메커니즘을 통해 더 효율적으로 번식하는 방향으로 진화했습니다. 이 과정에서 복제 물질은 안정적인 DNA 구조를 갖추게 되었고, 생체 효소를 포섭하며 더욱 정교한 대사 시스템을 구축했습니다. 마침내 38억 년 전, 우리는 이를 비로소 생명이라 부를 수 있는 단세포 생물의 탄생으로 보게 됩니다. 생명 진화의 역사에서 가장 획기적인 전환점은 광합성과 산소 호흡의 등장입니다. 태양 에너지를 이용하는 광합성 생물의 출현은 지구 대기에 산소를 공급했고, 이는 에너지 효율을 극적으로 높이는 계기가 되었습니다. 산소 없이 얻을 수 있는 에너지가 극히 적었던 반면, 산소 호흡을 통해서는 수십 배에 달하는 에너지를 확보할 수 있게 된 것입니다. 이러한 에너지 혁명은 생명체가 단세포 생물의 한계를 벗어나 더 크고 복잡한 다세포 생물로 진화할 수 있는 원동력이 되었으며, 오늘날의 풍요로운 생태계를 만드는 밑거름이 되었습니다. 생명의 기원을 탐구하는 과정은 단순히 과거를 들여다보는 것을 넘어, 인간이 가진 호기심과 상상력의 위대함을 확인하는 일입니다. 과학은 현재의 생명체 속에서 수십억 년 전의 역사를 읽어내고, 보이지 않는 미시 세계에서 우주의 원리를 발견해냅니다. 아직 풀리지 않은 수많은 수수께끼가 남아있지만, 이는 미래 세대가 채워나갈 새로운 탐구의 영역이 될 것입니다. 과학에 대한 열정과 질문을 멈추지 않는 태도야말로 인류가 진화의 과정에서 얻은 가장 소중한 자산이며, 앞으로의 미래를 밝혀줄 등불이 될 것입니다.

이기형

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (1) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ①

생명체의 기본 단위가 세포이듯, 우리 뇌와 신경계를 구성하는 핵심 단위는 신경 세포인 뉴런입니다. 뉴런은 일반적인 세포와 달리 수상 돌기와 축삭 돌기라는 독특한 구조를 통해 전기 신호를 주고받으며 복잡한 그물망을 형성합니다. 인간의 뇌에는 약 1,000억 개의 뉴런이 존재하며, 이들이 만나는 지점인 시냅스는 무려 100조 개에 달합니다. 이러한 방대한 연결망을 '커넥톰'이라 부르는데, 이는 단순한 생물학적 구조를 넘어 우리의 자아와 정체성을 규정하는 중요한 지도가 됩니다. 식물과 달리 동물이 뇌를 갖게 된 결정적인 이유는 바로 '움직임'에 있습니다. 진화의 과정에서 동물은 생존을 위해 더 효율적이고 복잡하게 움직여야 했고, 이를 통제하기 위해 신경계가 발달했습니다. 감각 기관이 머리 쪽으로 집중되면서 신경절이 진화하여 오늘날의 뇌가 형성된 것입니다. 결국 뇌는 외부 환경에서 오는 다양한 감각 신호를 통합하고, 그에 맞는 적절한 운동 명령을 내리기 위해 탄생한 고도의 통제 센터라고 할 수 있습니다. 인간의 뇌는 크게 뇌간, 간뇌, 소뇌, 대뇌로 구분되며 각자 고유한 역할을 수행합니다. 가장 아래쪽의 뇌간은 호흡과 순환 등 생명 유지의 기본을 담당하며, 소뇌는 운동 조절과 자전거 타기 같은 절차적 기억을 관리합니다. 간뇌는 마치 컴퓨터의 라우터처럼 감각과 운동 정보를 분류하여 전달하고 우리 몸의 항상성을 유지합니다. 이들은 마치 하나의 축구 팀처럼 유기적으로 협력하며 우리가 의식하지 못하는 순간에도 생존을 위한 최적의 상태를 만들어냅니다. 뇌의 80%를 차지하는 대뇌는 감정의 뇌인 변연계와 사고의 뇌인 대뇌 피질로 나뉩니다. 해마와 편도체가 포함된 변연계는 과거의 기억에 감정을 입혀 저장함으로써 위험으로부터 우리를 보호합니다. 반면 대뇌 피질은 이러한 정보를 바탕으로 미래의 전략을 세우고 행동을 결정합니다. 뇌간이 현재의 생존을 조율한다면, 대뇌는 과거와 미래를 연결하여 생존 전략을 확장합니다. 이러한 확장의 과정에서 비로소 인간 특유의 의식과 자아가 탄생하게 됩니다. 진화론적 관점에서 뇌의 존재 이유는 더욱 명확해집니다. 단세포 생물인 박테리아는 뇌 없이도 화학 주성을 통해 먹이를 찾지만, 다세포 생물인 해파리는 전신을 동시에 수축시키기 위해 최초의 신경 그물을 만들었습니다. 더 나아가 좌우 대칭 구조를 가진 편형동물은 3차원적인 이동을 위해 신경 세포가 모인 신경절을 발달시켰습니다. 움직임이 필요 없는 성체 멍게가 뇌를 퇴화시키는 사례는, 뇌가 환경 정보를 분석하여 목적 있는 이동을 수행하기 위해 존재한다는 사실을 강력하게 뒷받침합니다.

신희섭

카오스재단카오스강연

뇌인지과학

[강연] 뇌 : 신비한 세계로의 초대 (4) _ 신희섭 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 1강 | 1강 ④

우주는 인류에게 언제나 경외심과 탐구의 대상이었습니다. 밤하늘을 수놓은 수많은 별을 보며 우리는 저 너머에 무엇이 존재하는지, 그리고 이 거대한 공간 속에서 우리의 위치는 어디인지 끊임없이 질문해 왔습니다. 이러한 호기심은 단순한 상상을 넘어 과학적 탐구로 이어졌으며, 오늘날 우리는 과거에는 상상조차 할 수 없었던 우주의 깊은 곳까지 들여다볼 수 있는 기술적 토대를 마련하게 되었습니다. 천문학의 역사는 도구의 발전과 궤를 같이합니다. 갈릴레이가 망원경을 통해 목성의 위성을 발견한 순간부터, 현대의 제임스 웹 우주 망원경이 수십억 년 전의 빛을 포착하기까지 인류의 시야는 비약적으로 확장되었습니다. 관측 기술의 진보는 우리가 우주를 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았으며, 보이지 않던 영역을 가시화함으로써 우주의 구조와 진화 과정을 더욱 정밀하게 이해할 수 있도록 도와주었습니다. 우리가 관측할 수 있는 우주의 범위는 빛의 속도라는 물리적 한계에 의해 결정됩니다. '관측 가능한 우주'라는 개념은 빛이 우주의 탄생 이후 우리에게 도달할 수 있었던 거리 내의 영역을 의미합니다. 이 경계 너머에는 여전히 우리가 알지 못하는 광활한 공간이 존재하며, 우주의 팽창 속도가 빛보다 빠를 수 있다는 사실은 우리가 영원히 도달하거나 관측할 수 없는 영역이 존재함을 시사하기도 합니다. 현대 우주론의 가장 큰 화두 중 하나는 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체입니다. 우리가 눈으로 볼 수 있는 별과 은하, 가스 등은 우주 전체 에너지 밀도의 극히 일부에 불과합니다. 나머지 대부분을 차지하는 암흑 물질은 중력을 통해 은하를 유지시키고, 암흑 에너지는 우주의 가속 팽창을 주도하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 미지의 영역을 규명하는 것은 현대 물리학이 직면한 가장 거대한 도전 중 하나입니다. 우주의 기원을 추적하는 과정은 필연적으로 빅뱅 이론과 연결됩니다. 초고온, 초고밀도의 상태에서 시작된 우주가 어떻게 현재와 같은 복잡한 구조를 갖추게 되었는지를 연구하는 것은 물질의 근원을 찾는 과정이기도 합니다. 초기 우주의 미세한 온도 변화가 오늘날 거대한 은하 구조의 씨앗이 되었다는 사실은, 아주 작은 물리적 법칙이 우주 전체의 운명을 결정지었음을 보여주는 놀라운 증거입니다. 우주 탐사는 이제 한 국가의 역량을 넘어 전 지구적인 협력이 필요한 분야가 되었습니다. 국제 우주 정거장 운영이나 화성 탐사 프로젝트 등은 인류가 공동의 목표를 위해 지혜를 모으는 대표적인 사례입니다. 과학적 발견은 국경을 초월하며, 우주라는 거대한 환경 속에서 인류는 하나의 공동체로서 서로의 기술과 자원을 공유하며 미지의 세계를 향한 발걸음을 멈추지 않고 있습니다. 미래의 우주 탐사는 단순히 관측에 머물지 않고 인류의 생활권을 확장하는 방향으로 나아갈 것입니다. 달 기지 건설이나 화성 이주 계획은 더 이상 공상 과학 소설 속의 이야기가 아닙니다. 우리는 지구라는 요람을 벗어나 우주로 나아가는 전환점에 서 있으며, 이러한 여정은 인류의 생존 가능성을 높이는 동시에 생명과 존재에 대한 근원적인 성찰을 제공할 것입니다.

신희섭, 이창준, 이현숙

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뇌인지과학

[강연] 생명의 기원 (3) - 죽음 : 생명의 한계성과 인간의 어리석음 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ③

생명의 가장 보편적인 특징은 역설적이게도 죽음입니다. 지구상의 모든 생명체는 반드시 끝이 있다는 한계성을 공유하지만, 이를 유전자의 관점에서 바라보면 이야기는 전혀 달라집니다. 개체는 사라져도 그 안에 담긴 화학물질의 기록인 유전자는 끊임없이 다음 세대로 이어지며 영속성을 유지하기 때문입니다. 우리는 유전자가 더 많은 복제본을 만들기 위해 잠시 머무는 생존 기계와 같은 존재일지도 모릅니다. 이러한 관점의 전환은 우리가 생명의 주체라는 오만에서 벗어나 생명의 거대한 흐름을 이해하는 첫걸음이 됩니다. 지구에 존재하는 모든 생명체는 공통 조상에서 시작된 거대한 대가족입니다. 인간의 몸속에 있는 유전자 중 일부는 아주 먼 옛날 은행나무나 다른 생물들과 한 집안이었던 역사를 공유하고 있습니다. 지금은 서로 다른 종으로 나뉘어 각자의 삶을 영위하는 것처럼 보이지만, 시간의 궤적을 거슬러 올라가면 결국 모두가 공통 조상에서 갈라져 나온 형제들입니다. 이러한 생명의 연속성은 우리에게 주변의 생명체들을 함부로 대할 권리가 없음을 일깨워주며, 모든 존재가 횡적으로 긴밀하게 연결되어 있다는 사실을 증명합니다. 과거 인류는 자신들만이 특별한 영혼을 가진 존재라고 믿으며 다른 생명체와 스스로를 분리하려 애썼습니다. 데카르트와 같은 철학자들은 인간만이 생각할 수 있는 독특한 존재라는 이원론을 펼쳤으나, 다윈의 진화론은 이러한 인간 중심적인 사고를 완전히 무너뜨렸습니다. 모든 생명이 공통 조상으로부터 왔다는 사실은 인간이 자연의 지배자가 아니라 거대한 생명의 그물 속에 존재하는 하나의 구성원일 뿐임을 가르쳐 줍니다. 다윈이 남긴 가장 위대한 유산은 인류를 겸허하게 만들고, 우리가 특별한 목적을 위해 탄생한 존재가 아님을 깨닫게 한 것입니다. 호모 사피엔스가 지구에 등장한 것은 46억 년이라는 긴 역사 속에서 찰나에 불과한 25만 년 전의 일입니다. 하지만 이 짧은 기간 동안 인류는 다른 호모 속의 종들을 몰아내고 유일하게 살아남아 지구의 모습을 급격하게 변화시켰습니다. 뛰어난 지능을 가졌음에도 불구하고 우리가 행하는 파괴적인 행동들은 과연 인류가 스스로를 '현명한 인간'이라 부를 자격이 있는지 의문을 던지게 합니다. 우연의 연속으로 탄생한 존재인 우리가 지금처럼 오만한 태도로 일관한다면, 미래의 지성체들에게 인류의 역사는 지구를 망가뜨린 기록으로 기억될지도 모릅니다. 인류에게 남은 희망은 기가 막힌 두뇌와 꺾이지 않는 의지를 바탕으로 자연을 더 깊이 이해하는 데 있습니다. '알면 사랑한다'는 말처럼, 우리가 자연에 대해 더 많이 알아갈수록 그들을 해치지 않고 공존하는 법을 배울 수 있기 때문입니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 우리가 발을 딛고 있는 이 세상을 사랑하기 위한 탐구의 여정입니다. 끊임없이 새로운 진리를 탐구하고 주변 생명체들과의 유대감을 회복할 때, 비로소 인류는 진정으로 현명한 존재로 거듭나며 지속 가능한 미래를 꿈꿀 수 있을 것입니다.

최재천

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생명과학

[강연] 생명의 기원 (2) - 다윈 : 우리가 몰랐던 다윈, 그리고 진화 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ②

찰스 다윈은 DNA의 존재조차 몰랐던 시대에 모든 생명체가 하나의 공통 조상으로부터 기원했다는 놀라운 통찰을 제시했습니다. 그는 지극히 단순한 시작으로부터 오늘날의 거대한 생명의 파노라마가 펼쳐졌음을 논리적으로 유추해냈으며, 현대의 유전학 연구는 그의 혜안이 옳았음을 증명하고 있습니다. 다윈의 위대함은 생명의 역사를 이해하는 근본적인 틀을 마련했다는 점에 있으며, 이는 우리가 최초의 생명 탄생 과정을 완벽히 알지 못하더라도 그 이후의 변화 과정을 명확히 인식하게 해줍니다. 다윈의 인생은 비글호 항해를 기점으로 극적인 전환점을 맞이했습니다. 의학도와 신학도의 길을 포기하고 자연을 탐구하던 그는 선장의 대화 상대이자 수집가로서 5년간 세계를 누비며 방대한 생물 표본을 채집했습니다. 영국으로 돌아온 그는 이미 유명 인사가 되어 있었으나, 곧바로 가축과 비둘기 품종 개량 연구에 몰두하며 인위 선택이 생물의 형질을 어떻게 변화시키는지 확인하고자 했습니다. 이러한 연구는 자연계에서도 인간의 개입 없이 유사한 선택 과정이 일어날 수 있다는 확신을 심어주는 계기가 되었습니다. 다윈은 맬서스의 《인구론》을 통해 자연 선택의 핵심 원리를 깨달았습니다. 수학을 기피했던 그였지만, 자원은 한정되어 있고 개체는 기하급수적으로 증가한다는 논리 속에서 생존 경쟁의 필연성을 발견한 것입니다. 그는 외부의 설계자가 없어도 환경에 적합한 우수한 형질이 살아남아 번식에 이르는 '자연 선택' 과정을 정립했습니다. 이는 인류가 숲을 떠났기에 진화가 멈췄다는 오해를 불식시키며, 오히려 현대 사회의 치열한 경쟁 속에서 인간의 진화 속도가 더욱 빨라질 수 있음을 시사합니다. 1858년, 젊은 학자 앨프리드 월리스가 보낸 논문은 다윈에게 큰 충격을 주었습니다. 자신이 20년간 공들여온 이론과 거의 일치하는 내용을 담고 있었기 때문입니다. 지인들의 중재로 두 사람의 논문이 공동 발표되었고, 이후 다윈은 서둘러 자신의 연구를 요약한 《종의 기원》을 출간했습니다. 흔히 다윈이 종교적 갈등이나 두려움 때문에 발표를 미뤘다고 알려져 있지만, 실제로는 완벽을 기하는 그의 신중한 연구 스타일 때문이었습니다. 그는 결코 은둔자가 아니었으며, 전 세계 학자들과 끊임없이 교류하며 방대한 지식을 흡수했던 통섭의 학자였습니다. 진화가 일어나기 위해서는 변이, 유전, 생존 경쟁, 그리고 차등 번식이라는 네 가지 조건이 충족되어야 합니다. 자연계에는 수많은 변이가 존재하며, 이들이 유전되고 한정된 자원을 두고 경쟁하며 서로 다른 번식 성공률을 보일 때 진화는 필연적으로 발생합니다. 이는 믿음의 영역이 아니라 거부할 수 없는 자연 현상이며 과학적 사실입니다. 다윈이 구축한 이 견고한 이론의 틀은 현대 과학의 모든 분야를 관통하며, 오늘날 우리도 여전히 그의 거대한 지적 유산 안에서 생명의 신비를 탐구하고 있습니다.

최재천

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생명과학

[강연] 생명의 기원 (1) - 기원 : 생명이 탄생할 확률 _ 최재천 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 10강 | 10강 ①

생명의 기원을 탐구하는 일은 인류에게 가장 매혹적이면서도 어려운 과제입니다. 우리는 과거를 직접 관찰할 수 없기에 현재의 데이터를 바탕으로 그 흔적을 유추할 뿐입니다. 동물행동학자이자 통섭 학자로 알려진 최재천 교수는 자신을 '관찰자'로 정의하며, 생명의 기원이 관찰의 영역 밖에 있음을 인정합니다. 이는 과학적 겸손함인 동시에, 우리가 생명을 이해하기 위해 얼마나 정교한 논리와 상상력이 필요한지를 시사합니다. 기원에 대한 확답을 내리기 어려운 상황에서도 우리는 진화라는 과정을 통해 생명의 본질에 다가갈 수 있습니다. 생물학은 단순히 생명체를 쪼개어 분석하는 학문에 그치지 않습니다. 물리학이나 화학이 미세한 부분을 파고드는 데 집중한다면, 생물학은 그 분석된 조각들을 다시 맞추어 전체적인 현상을 바라보는 종합적인 시각이 필요합니다. 인문학적 소양과 예술적 감수성을 지닌 학자가 생물학의 길을 걷게 된 것은 우연이 아닐지도 모릅니다. 숲 전체를 조망할 줄 아는 통찰력은 생명이라는 거대한 퍼즐을 맞추는 데 필수적인 요소입니다. 학문의 경계를 넘나드는 통섭적 사고는 우리가 생명을 다각도에서 이해하고 그 가치를 발견하도록 돕습니다. 생태학은 지구상에 존재하는 수많은 생명이 어떻게 공존하며 살아가는지를 연구하는 학문입니다. 충남 서천의 국립생태원은 이러한 생명의 다양성을 한눈에 보여주는 상징적인 공간입니다. 열대부터 극지까지 세계 5대 기후의 생태계를 재현한 이곳은 생명이 얼마나 다양한 환경에서 적응하며 살아가는지를 증명합니다. 생명다양성은 단순히 종의 숫자를 의미하는 것이 아니라, 각기 다른 삶의 모습들이 얽혀 만들어내는 경이로운 조화입니다. 이러한 다양성을 보존하고 연구하는 일은 우리 자신의 근원을 이해하는 과정과도 맞닿아 있습니다. 외계 생명체의 존재 여부는 확률의 관점에서 흥미로운 논쟁거리입니다. 지구라는 작은 행성에서 생명이 탄생한 것은 수많은 우연이 겹친 기적과도 같은 일입니다. 이를 확률적으로 계산하면 거의 불가능에 가깝지만, 광활한 우주의 규모를 생각하면 어디선가 비슷한 일이 벌어졌을 가능성 또한 배제할 수 없습니다. 만약 외계 생명이 존재한다면, 그들은 지구의 DNA나 RNA 복제 방식과는 전혀 다른 메커니즘을 가졌을지도 모릅니다. 생명은 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 유연하고 다양한 형태로 존재할 수 있다는 가능성을 열어두어야 합니다. 생명의 기원을 설명하는 방식은 다양합니다. 종교적 믿음의 영역인 창조론부터, 외계에서 생명 물질이 유입되었다는 범종설까지 여러 가설이 존재합니다. 과학자들은 입증 가능한 답을 찾기 위해 지구 자체에서 생명이 탄생했을 가능성에 주목합니다. 밀러의 실험처럼 원시 지구의 환경에서 유기물이 합성되는 과정을 증명하려는 시도는 그 노력의 일환입니다. 비록 완벽한 해답을 얻지는 못했더라도, 이러한 탐구는 생명이 무생물로부터 어떻게 조직화되었는지를 밝히려는 과학적 의지의 산물입니다. 지구의 역사를 46억 년으로 볼 때, 최초의 생명체는 약 35억 년 전에 등장한 것으로 추정됩니다. 초기에는 단순한 자기 복제자에서 시작하여, 오랜 세월을 거쳐 막을 형성하고 세포라는 정교한 시스템으로 발전했습니다. RNA에서 DNA로 이어지는 유전 물질의 진화는 생명이 정보를 더 안정적으로 전달하고 복잡한 구조를 형성할 수 있게 만들었습니다. 이 과정은 10억 년 단위의 긴 호흡으로 진행되었으며, 단순한 자기 복제자에서 시작된 생명은 점차 기능이 분화된 다세포 생물로 진화하며 오늘날의 복잡성을 갖추게 되었습니다. 결국 생명의 역사는 자기 복제자가 써 내려온 긴 일기와 같습니다. 최초의 자기 복제자는 사라지지 않고 그 형태와 사업 방식을 바꾸어가며 오늘날까지 이어져 오고 있습니다. 인간을 포함한 모든 생명체는 이 유전 물질의 복제 사업을 돕는 효율적인 운반체일지도 모릅니다. 특정 종이 멸종하더라도 생명 전체의 총량이 유지된다면, 복제라는 본질적인 목적은 계속해서 달성되는 셈입니다. 우리는 이 거대한 생명의 흐름 속에서 각자의 역할을 수행하며, 수십억 년을 이어온 복제의 신비를 몸소 실천하고 있는 존재들입니다.

최재천

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생명과학

[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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생명과학
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[강연] 현생인류와 한민족의 기원 (1) - 총론 : 어떻게 아는가? _ 이홍규 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 7강 | 7강 ①

인류의 기원을 탐구하는 여정은 관찰과 기록에서 시작되었습니다. 고대 그리스의 아리스토텔레스는 자연학을 통해 주변 세계를 기록했고, 로마의 플리니우스는 박물학적 관점에서 방대한 지식을 정리했습니다. 이후 18세기 카를 린네는 단순한 기록을 넘어 생물에 체계적인 이름을 붙이는 분류학을 창시했습니다. 그는 형태와 기능을 기준으로 생물을 계, 문, 강, 목, 과, 속, 종으로 나누었으며, 인간에게 '호모 사피엔스'라는 학명을 부여하여 인류를 자연의 체계 안에 편입시켰습니다. 린네가 생물의 체계를 세웠다면, 찰스 다윈은 그 체계가 어떻게 형성되었는지에 대한 원리를 제시했습니다. 다윈은 '종의 기원'을 통해 적자생존과 자연선택이라는 개념을 도입하여 생물이 환경에 적응하며 변이하고 분화한다는 사실을 설명했습니다. 그는 모든 생명이 공통의 선조에서 유래했다는 파격적인 주장을 펼쳤으며, 훗날 인류 역시 아프리카의 유인원과 공통의 조상을 가졌을 것이라고 추론하며 인류 기원 연구의 과학적 토대를 마련했습니다. 다윈의 진화론은 멘델의 유전 법칙과 만나 더욱 견고해졌습니다. 초기에는 유전자가 변하지 않고 보존된다는 점 때문에 진화론과 충돌하는 듯 보였으나, 유전자의 돌연변이가 진화의 원동력이 된다는 사실이 밝혀지면서 '현대 종합 이론'으로 통합되었습니다. 이는 생명체가 단순히 변하는 것이 아니라, 유전적 변이 중 생존에 유리한 형질이 선택되어 다음 세대로 전달되는 과정임을 과학적으로 입증하며 생물학의 완성도를 높였습니다. 생명의 역사를 한 그루의 나무로 시각화한 '생명의 나무'는 계통발생학의 핵심 개념입니다. 모든 생명체는 하나의 뿌리에서 시작되어 가지를 치듯 분화해 왔으며, 과학자들은 통계학적 방법인 분기학을 동원해 생물 간의 친연관계를 분석합니다. 이는 우주의 시작인 빅뱅처럼 생명 역시 단일한 기원에서 출발해 복잡한 시스템으로 진화했음을 보여줍니다. 이러한 계통도는 현대 생물학 교과서의 근간을 이루며 생명의 연속성을 상징합니다. 현대 진화론은 세포 내 공생설을 통해 더욱 확장되었습니다. 린 마굴리스는 돌연변이뿐만 아니라 서로 다른 생명체의 융합이 진화의 중요한 축이라고 주장했습니다. 특히 미토콘드리아는 과거 독립적인 박테리아였으나 다른 세포와 합쳐져 에너지를 생성하는 공생체가 되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 관점은 인류를 포함한 모든 진핵생물이 여러 생명체의 유전적 결합으로 탄생한 복합적인 존재임을 시사하며 진화의 새로운 지평을 열었습니다. 21세기 유전학의 비약적인 발전은 인류학 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 과거에는 겉모습이나 뼈의 형태를 보고 인종과 종을 구분했지만, 이제는 DNA 염기서열 분석을 통해 생명체의 정체성을 파악합니다. 유전체 분석 기술은 표현형 중심의 이해를 유전자형 중심으로 전환시켰으며, 아주 미세한 유전적 차이만으로도 해당 개체가 어떤 특성을 가졌는지, 어떤 경로로 이동하며 진화해 왔는지를 정확하게 추적할 수 있게 되었습니다. 유전학적 접근의 위력은 시베리아 데니소바 동굴에서 발견된 작은 뼈 조각 사례에서 극명하게 드러납니다. 고고학적으로는 정체를 알 수 없었던 1cm 남짓한 손가락뼈에서 DNA를 추출해 분석한 결과, 인류의 새로운 조상인 데니소바인의 존재가 확인되었습니다. 뼈의 형태가 아닌 유전 정보를 통해 고대 인류의 외형과 혈통을 복원해낸 이 사건은, 현대 과학이 과거의 흔적을 추적하여 인류와 민족의 기원을 밝히는 강력한 도구가 되었음을 증명합니다.

이홍규

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