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[연구뭐하지?] 사람을 정의하는 핵심, 장기기억 연구_김형 교수 | 서울대학교 "뇌인지회로 연구실"

뇌는 수많은 인지 행동을 구현하기 위해 정교하게 조직된 복잡한 회로망을 가지고 있습니다. 마치 스마트폰의 다양한 기능이 내부의 미세한 회로를 통해 작동하듯, 인간의 사고와 행동 역시 뇌 회로의 유기적인 상호작용의 결과입니다. 뇌인지회로 연구실에서는 이러한 메커니즘을 규명하기 위해 분자 세포 수준부터 시냅스, 해부학적 회로, 그리고 전기생리학과 인지 행동학에 이르기까지 다각적인 연구를 수행하며 뇌의 신비를 종합적으로 이해하고자 노력하고 있습니다. 연구의 핵심 주제 중 하나는 인간의 정체성을 형성하는 장기 기억, 그중에서도 '시각 습관'입니다. 우리가 백화점에서 선호하는 물건을 무의식적으로 바라보는 행위는 과거의 긍정적인 경험이 축적되어 나타나는 자동화된 반응입니다. 이러한 시각 습관이 형성되는 뇌 회로의 원리를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 이는 단순히 인간 행동의 이해를 넘어, 습관이 잘못 형성된 중독 질환의 원인을 밝히고 이를 치료할 수 있는 새로운 의학적 실마리를 제공할 수 있기 때문입니다. 인간을 인간답게 만드는 또 다른 요소는 정교한 손의 사용과 그에 따른 촉각 기억입니다. 보이지 않는 곳에서 물체를 만져보고 그것이 무엇인지 인지하며, 그 가치를 판단해 선택하는 과정은 매우 복잡한 의사 결정 회로를 거칩니다. 영장류 모델을 활용한 촉각 기억 연구는 뇌가 정보를 어떻게 표상하고 가치를 평가하는지 밝혀내는 데 중점을 둡니다. 이러한 연구 성과는 향후 생각만으로 기기를 제어하는 브레인-머신 인터페이스(BMI) 기술의 비약적인 발전을 이끌 기초 지식이 될 것입니다. 현재 연구실에서는 뇌의 미상핵이 가치 기억을 처리하는 방식과 도파민 뉴런으로 전달되는 신호 체계를 집중적으로 탐구하고 있습니다. 특히 미상핵의 머리와 꼬리 부분이 서로 다른 가치 정보를 처리한다는 점에 주목하여 관련 유전자를 분석하고 있습니다. 연구의 본질은 단순히 실험 기술을 습득하는 것이 아니라, 현상을 깊이 있게 고찰하고 문제를 해결하는 사고방식을 기르는 데 있습니다. 미시적인 세포 차원에서 시작해 거시적인 선택의 원리를 풀어가는 과정은 뇌과학만이 가진 매력입니다. 창의적인 연구를 위해서는 경직된 틀에서 벗어나 자유롭게 생각하는 환경이 필수적입니다. 이를 위해 연구실에서는 등산이나 아쿠아리움 방문 같은 'H-Day(리프레시 데이)'를 통해 자연 속에서 질문을 던지는 문화를 장려합니다. 미래의 뇌과학자에게는 생물학적 지식뿐만 아니라 프로그래밍, 선형대수, 심리학 등 다양한 학문을 융합하여 문제를 해결하려는 강한 동기가 요구됩니다. 복잡한 뇌 회로의 비밀을 풀기 위해 모든 지식과 기술을 동원하는 종합적인 자세가 연구의 성패를 결정짓는 핵심입니다.

김형

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[석학 인터뷰] 미래 인류가 여러 행성에 사는 종으로 분화될 가능성👨‍👩‍👧‍👦 | 2022 '진화가 필요한 순간'

환경의 변화에 따른 자연선택은 인류의 모습을 변화시키는 핵심 동력입니다. 하지만 우리가 직면한 가장 큰 난제는 미래의 환경이 어떻게 변할지 예측하기 어렵다는 점입니다. 스티븐 호킹 박사는 인류가 지구에서 천 년도 버티기 힘들 것이라 경고하며 문명의 위기를 강조했습니다. 우리는 미래 인류의 신체적 변화를 상상하곤 하지만, 그 이전에 종의 존속 자체가 불투명한 상황에 놓여 있다는 사실을 직시해야 합니다. 인류가 현재의 문명을 유지하며 지구에서 계속 살아갈 수 있을지에 대한 근본적인 의문은 진화의 방향을 결정짓는 가장 중요한 변수가 될 것입니다. 진화가 눈에 띄는 신체적 변화를 만들어내기 위해서는 방대한 시간이 필요합니다. 장기적인 진화는 예측 불가능한 방향으로 흐르겠지만, 그 과정에서 흥미로운 가설을 세워볼 수 있습니다. 만약 우리 사회가 외모뿐만 아니라 내면이 아름답고 선한 사람들이 살아남는 구조로 형성된다면, 인류는 이전보다 훨씬 도덕적인 종으로 진화할지도 모릅니다. 이는 단순한 신체적 변이를 넘어 인류 전체가 지향해야 할 가치와 맞물려 있으며, 더 나은 세상을 만드는 밑거름이 될 수 있습니다. 현재 지구의 생태계는 인구 급증으로 인해 종 다양성이 급격히 감소하며 단순해지고 있습니다. 전 세계적으로 특정 생물들이 대발생하는 현상은 생태계의 균형이 무너지고 있음을 시사합니다. 이러한 위기 속에서 인류는 지구 온난화와 같은 환경 문제에 경각심을 가지고 이를 극복하기 위해 노력해야 합니다. 생태계가 파괴된 황폐한 지구가 아닌, 다양한 생명이 공존하는 아름다운 환경을 가꾸는 것은 진화의 흐름 속에서 인류가 짊어져야 할 중요한 책임이자 생존 전략입니다. 과거 수많은 호미닌 종 중에서 현재 살아남은 것은 호모 사피엔스뿐입니다. 현생 영장류의 상당수가 멸종 위기에 처한 상황에서, 인류는 머지않아 지구상에 친척이 없는 외로운 종이 될지도 모릅니다. 한편으로 우리는 호모 인포머티쿠스의 등장을 기대합니다. 정보를 독점하기보다 공유하고, 평등한 사회 속에서 협력의 가치를 실현하는 것은 인류가 멸망의 위기를 극복하고 새로운 문명의 단계를 여는 열쇠가 될 것입니다. 과학기술의 비약적인 발전은 인류를 지구 밖의 세상으로 인도하고 있습니다. 각 행성의 고유한 환경에 적응하는 과정에서 인류는 갈라파고스 핀치처럼 서로 다른 종으로 분화할 수도 있습니다. 먼 미래에 지적인 외계 생명체가 다행성 종을 발견하게 되는 날이 올지도 모른다는 상상은 경이로움을 자아냅니다. 이러한 종 분화는 인류가 우주라는 거대한 생태계의 일원으로 편입되는 새로운 진화의 장을 의미하며, 이는 호모 사피엔스가 맞이할 가장 극적인 변화가 될 것입니다.

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학
지구환경과학
융합

[석학 인터뷰] 의식의 탄생과 인간의 진화의 관계🧬 | 2022 카오스강연 '진화'

우리는 우주를 날거나 스카이다이빙을 할 때도 중력의 영향권 아래 있듯이, 인간의 의식 또한 생물학적 진화라는 거대한 법칙 안에서 움직입니다. 의식은 어느 날 갑자기 완성된 형태로 나타난 신비로운 현상이 아니라, 아주 미세한 단계들을 거쳐 점진적으로 발달해 온 진화의 산물입니다. 마치 초기 생명체의 시각 장치가 단순히 빛과 그림자를 구분하는 수준에서 시작해 오늘날의 정교한 눈으로 발전했듯, 의식 또한 생존에 유리한 아주 작은 이득들이 쌓여 만들어진 결과물이라고 볼 수 있습니다. 많은 이들이 '퀄리아'를 과학으로 설명할 수 없는 미스터리로 여기곤 합니다. 내가 느끼는 빨간색의 강렬함이 타인의 것과 같은지 증명하기 어렵다는 점 때문입니다. 그러나 현대 인지신경과학은 의식을 해결 불가능한 난제가 아닌, 과학적 탐구의 대상으로 봅니다. 의식은 뇌의 여러 신경 회로가 정보를 공유하는 일종의 '칠판' 역할을 수행하며, 우리가 인지하지 못하는 무수한 무의식적 신경 작용들 사이에서 특정한 정보를 통합하고 전달하는 기능을 담당하고 있습니다. 의식의 출현을 인간만의 고유한 특권으로 보려는 시각도 존재하지만, 이는 생물학적 연속성을 간과한 것일 수 있습니다. 영장류나 유인원, 심지어 다른 동물들도 각자의 수준에서 의식이라 부를 수 있는 인지 기능을 갖추고 있습니다. 다만 인간은 고도로 발달한 언어와 문자라는 도구를 통해 자신의 의식을 기록하고 표현할 수 있을 뿐입니다. 따라서 의식은 인간과 함께 갑자기 출현한 것이 아니라, 자연 선택의 과정에서 복잡성이 증대되며 여러 생명체에게서 단계적으로 발전해 온 공통의 형질입니다. 의식의 본질을 이해하기 위해 분자 수준의 물리적 작용에 주목할 필요가 있습니다. 신경세포와 그 내부의 분자들이 상호작용하며 만들어내는 결과가 바로 의식이라는 가설은 현대 과학의 중요한 축을 이룹니다. 이는 개별 요소에는 없던 새로운 성질이 전체 시스템에서 나타나는 '창발적 특성'으로 설명될 수 있습니다. 비록 우리가 아직 의식의 모든 기전을 완벽히 규명하거나 재현하지는 못했을지라도, 의식은 결국 생물학적 토대 위에서 발생하는 물리적 현상의 일부라는 점은 부정하기 어려운 사실입니다. 현대 인류는 문화적, 기술적 진화를 통해 생물학적 진화의 속도를 앞지르고 있는 것처럼 보입니다. 때로는 저출산과 같이 생물학적 본능에 역행하는 선택을 하기도 하지만, 이것이 우리가 진화의 굴레에서 완전히 벗어났음을 의미하지는 않습니다. 인간의 고도화된 뇌 활동과 그에 따른 논리적 행동들 역시, 거대한 관점에서는 유전자가 환경에 적응하고 생존하기 위한 복잡한 전략의 연장선에 있습니다. 결국 의식은 생물학적 뿌리를 부정하는 도구가 아니라, 그 뿌리 위에서 피어난 가장 정교한 적응의 결과물입니다.

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

카오스재단석학인터뷰

생명과학

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

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

이수지

카오스재단카오스강연

생명과학

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

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

이수지

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[인터뷰] 이대한 _ 인간의 뇌는 앞으로도 커진다? | 2022 '진화가 필요한 순간'

멸종한 인류의 마음을 직접 들여다보는 것은 불가능에 가깝지만, 우리는 현존하는 친척인 침팬지나 보노보 같은 영장류와의 비교를 통해 그 단서를 찾을 수 있습니다. 인지신경과학적 관점에서 뇌와 마음의 상관관계를 분석하고, 다른 영장류와 차별화된 지점을 발견한다면 그것이 바로 인간 진화의 핵심일 것입니다. 이러한 연구는 인간만이 가진 독특한 인지적 특성이 언제, 어떻게 출현했는지 규명하는 중요한 출발점이 됩니다. 과거 인류의 감정과 마음을 추정하는 또 다른 방법은 그들이 남긴 문화적 산물을 살피는 것입니다. 그림, 음악, 그리고 종교와 같은 고도의 문화적 산물은 단순한 생존 이상의 가치를 추구했음을 보여줍니다. 이러한 산물이 존재하지 않던 시절의 인류와 그 이후의 인류는 분명 다른 마음의 구조를 가졌을 것입니다. 우리는 유물을 통해 보이지 않는 마음의 진화 과정을 간접적으로나마 재구성하며 인류의 정신사를 이해할 수 있습니다. 미래에 더 높은 지능을 가진 인류가 출현할 잠재력은 충분하지만, 지능의 진화가 반드시 생물학적 성공으로 이어지는지는 별개의 문제입니다. 과거 수백만 년 동안 지능이 높은 개체가 번식에 유리했기에 현재의 우리가 존재하지만, 지능이 지나치게 높아지면 오히려 생존에 불필요한 고민이 늘어나는 부작용도 발생할 수 있습니다. 즉, 지능의 진화는 단순히 가능성의 문제가 아니라, 그것이 생존과 번식에 실질적으로 기여하는 환경적 조건이 갖춰져야 실현될 수 있는 영역입니다. 뇌의 진화를 논할 때 흔히 뇌 용량의 증가를 떠올리지만, 컴퓨터의 발전사처럼 크기보다 중요한 것은 내부의 효율성과 구조입니다. 과거의 거대한 컴퓨터보다 오늘날의 작은 반도체가 훨씬 뛰어난 성능을 내듯, 뇌 역시 단순한 뇌 용량보다는 신경 회로의 집적도와 설계 방식이 지능을 결정짓는 핵심 요소일 수 있습니다. 따라서 우리와 비슷한 뇌 용량을 가졌더라도 내부 구조가 다르다면 지능의 수준도 크게 차이 날 수 있음을 인지하고 입체적인 시각으로 접근해야 합니다. 뇌와 마음의 상관관계를 생물학적 수준으로 완전히 환원하여 설명하는 것은 현대 과학이 직면한 거대한 과제 중 하나입니다. 아직은 마음의 본질에 대해 명확한 정의를 내리기 어려운 단계이지만, 인지신경과학의 비약적인 발전은 이 미지의 영역을 조금씩 밝혀내고 있습니다. 비록 지금은 조심스럽게 답변을 유보할 수밖에 없는 질문들이 많을지라도, 과학은 끊임없이 마음의 기원과 진화적 메커니즘을 증명하는 방향으로 나아가며 인류의 자기 이해를 돕고 있습니다.

이대한

카오스재단석학인터뷰

생명과학

요리의과학1부

과학은 당연하게 여겨지는 현상에 대해 의심하고 질문하는 것에서 시작됩니다. 이러한 과학적 사고의 연장선에서 인간을 다른 영장류와 구분 짓는 가장 결정적인 요소를 꼽으라면 단연 '요리'라고 할 수 있습니다. 요리는 단순히 배를 채우는 행위를 넘어, 식재료를 가열하고 가공하여 영양 섭취의 효율성을 극대화하는 과정입니다. 인류는 요리를 통해 생존의 한계를 극복했으며, 이는 우리가 지금의 지적인 존재로 진화하는 데 가장 핵심적인 발판이 되었습니다. 인류의 조상이 나무 위를 벗어나 땅으로 내려온 사건은 목숨을 건 거대한 모험이었습니다. 약 700만 년 전 침팬지와의 공통 조상에서 갈라진 이후, 인류는 직립 보행이라는 독특한 길을 걷기 시작했습니다. 아르디피테쿠스 라미두스와 같은 초기 인류의 화석을 보면 엄지발가락의 변화가 골반과 등뼈, 나아가 두개골의 구조까지 바꾸어 놓았음을 알 수 있습니다. 이러한 신체적 변화는 인류가 다른 유인원과는 전혀 다른 방향으로 진화하며 거대한 뇌를 가질 수 있는 기초적인 토대를 마련해 주었습니다. 뇌가 커지기 위해서는 이를 지탱할 수 있는 신체 구조가 필수적이었습니다. 인류는 직립 보행을 통해 척추가 두개골의 한가운데를 받쳐주는 '대후두공'의 위치 변화를 겪었습니다. 네 발로 걷는 동물이나 너클 워킹을 하는 유인원과 달리, 인류는 머리의 무게를 효율적으로 분산시킬 수 있게 되면서 뇌의 용량을 비약적으로 키울 수 있었습니다. 이는 단순히 머리가 커진 것이 아니라, 복잡한 사고와 사회적 상호작용을 가능하게 하는 생물학적 혁신이 일어났음을 의미합니다. 인간의 뇌는 몸무게의 2%에 불과하지만, 전체 에너지의 25%를 소비하는 매우 비효율적인 기관입니다. 이처럼 막대한 에너지를 감당하기 위해서는 생식보다 훨씬 효율적인 영양 공급원이 필요했습니다. 요리는 식재료를 부드럽게 만들고 소화 흡수율을 높여줌으로써, 인류가 짧은 시간 안에 많은 에너지를 얻을 수 있게 해주었습니다. 침팬지가 하루의 대부분을 씹는 데 시간을 보내는 것과 달리, 인류는 요리 덕분에 남는 시간을 활용해 도구를 만들고 문명을 발전시킬 수 있었습니다. 불의 사용은 인류 진화의 정점을 찍은 사건이었습니다. 호모 에렉투스는 약 150만 년 전부터 자연적으로 발생한 불을 이용하기 시작했고, 이후 스스로 불을 피우는 기술을 터득하며 지구 전역으로 뻗어 나갔습니다. 불을 통한 가열 조리는 기생충과 박테리아를 제거하여 위생적인 섭취를 가능하게 했으며, 추위와 포식자로부터 인류를 보호하는 역할도 했습니다. 결국 요리하는 인간, 즉 '호모 코쿠엔스'의 등장은 인류가 자연의 지배자로서 거듭나게 된 결정적인 계기가 되었습니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

생명과학
융합

[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

[석학인터뷰] 과학이 말하는 바이러스의 기원은?!ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 5편_ 문명과 사회, 바이러스, 노화와 암

인간의 진화에서 가장 핵심적인 요소는 바로 문화에 있습니다. 여기서 말하는 문화란 단순히 예술이나 관습을 넘어 '사회적 학습을 통해 습득되는 정보'를 의미하며, 이는 인간뿐만 아니라 침팬지와 같은 동물들에게서도 발견되는 특징입니다. 그러나 인간만이 가진 특별함은 바로 '누적적 문화'에 있습니다. 인류는 세대를 거듭하며 지식을 끊임없이 쌓아 올렸고, 이러한 능력은 호모속의 진화 과정 내내 중요한 역할을 했습니다. 단순한 생존을 넘어 정보를 축적하고 발전시키는 과정이 오늘날의 우리를 만든 근간이 되었습니다. 영장류의 가장 큰 특징은 조직 생활을 한다는 점이며, 그중에서도 인간은 가장 크고 복잡한 집단을 형성하며 살아갑니다. 이러한 환경에서 진화한 '초사회성'은 타인의 의도를 파악하고 배려하는 사회적 지능을 발달시켰습니다. 우리가 거대한 문명을 건설할 수 있었던 비결은 단순히 뛰어난 과학 기술 때문만이 아닙니다. 서로를 받아들이고 협력하며 집단의 규모를 키워온 사회적 능력이 인류 발전의 진정한 원동력이 되었기 때문입니다. 이러한 사회적 결속력은 인간을 지구상에서 가장 독보적인 존재로 만들었습니다. 생물학적 관점에서 노화와 암, 그리고 죽음은 밀접하게 연결된 과제입니다. 암은 세포가 분열하는 과정에서 돌연변이가 축적되어 발생하는데, 나이가 들수록 세포 분열 횟수가 늘어나 암 발생 확률도 함께 높아집니다. 역설적으로 노화는 세포 분열의 감소를 의미하기도 하지만, 면역력 저하와 염증 발생으로 인해 새로 생긴 암세포를 효과적으로 제거하지 못하게 됩니다. 결국 이 세 가지 현상은 서로 꼬리에 꼬리를 물며 생명체의 한계를 규정짓는 복잡한 고리를 형성하고 있으며, 현대 과학은 이를 풀기 위해 분투하고 있습니다. 생명체의 노화 시계라고 불리는 텔로미어는 염색체 말단을 보호하는 역할을 하며, 세포가 분열할 때마다 그 길이가 조금씩 짧아집니다. 텔로미어 내부의 특정 염기 서열인 TTAGGG의 반복은 노화와 밀접한 관련이 있으며, 이는 생명체가 태어나서 늙고 죽도록 정교하게 프로그램되어 있을 가능성을 시사합니다. 분자 수준에서의 연구가 계속되고 있지만, 노화가 세포 분열을 억제하면서도 동시에 암의 원인이 되는 이중적인 구조는 여전히 생물학계의 거대한 수수께끼로 남아 인류에게 깊은 통찰을 요구합니다. 바이러스는 최초의 생명체인 루카(LUCA) 이전부터 존재했을 것으로 추정될 만큼 기원이 오래되었습니다. 이들은 유전체의 종류가 매우 다양하며, 최근 발견된 판도라바이러스처럼 세균보다 거대한 크기를 자랑하는 경우도 있습니다. 거대바이러스의 기원을 두고 멸종된 제4의 생물 영역에서 퇴화했다는 가설과 다른 생명체의 유전자를 훔쳐 몸집을 불렸다는 이론이 대립하고 있습니다. 이러한 바이러스의 실체를 밝히는 과정은 생명의 정의를 새롭게 정립하고, 우리가 어디에서 왔는지를 이해하는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

김준홍, 이현숙, 장대익, 조장천

카오스재단릴레이 인터뷰

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

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

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

고재원, 김은준, 한기훈

카오스재단카오스강연

뇌인지과학