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도대체 유전자란 무엇인가?

2000년 6월, 인간 유전체가 완전히 해독되었다는 발표는 전 세계에 커다란 충격을 주었습니다. 당시 빌 클린턴 대통령은 이 성과를 인류가 달에 착륙한 것에 비견되는 위대한 업적이라 칭송했습니다. 초기 연구에서는 유전자 수를 약 3만 개로 추정했으나, 정교한 분석을 거친 현재는 약 2만 개로 정의하고 있습니다. 그렇다면 이 유전자는 구체적으로 어떤 역할을 할까요? '언어 유전자'라 불리는 FOXP2 유전자에 변이가 생기면 발음이 불명확해지고 문법 이해도가 떨어지는 언어 장애가 발생합니다. 이는 단 하나의 유전자가 인간의 신체 구조와 인지 능력에 얼마나 결정적인 영향을 미치는지 보여줍니다. 유전자는 본질적으로 특정 단백질을 생성하기 위한 정밀한 설계도라고 할 수 있습니다. FOXP2 유전자의 염기서열은 아미노산의 결합 순서를 결정하며, 이는 고유한 3차원 구조를 가진 단백질로 거듭납니다. 이렇게 형성된 단백질은 태아의 하악 구조를 형성하고 뇌의 언어 생성 회로를 구축하는 전사 조절 단백질로서 기능합니다. 식물의 경우에도 개화 시기를 조절하는 'LUMINIDEPENDENS'라는 유전자가 단백질 정보를 담고 있습니다. 최근에는 알파폴드(AlphaFold)와 같은 인공지능 기술의 발전 덕분에, 아직 명확히 밝혀지지 않은 수많은 단백질의 3차원 구조를 예측하며 생명 현상의 비밀에 한 걸음 더 다가가고 있습니다. 우리 몸의 시스템을 지탱하는 2만여 개의 구성 요소들은 저마다의 위치에서 고유한 생물학적 임무를 수행합니다. 산소를 운반하는 헤모글로빈이나 식물의 광합성을 돕는 루비스코, 그리고 신경 신호를 전달하는 이온 펌프처럼 모든 생명 현상은 단백질의 활동 결과입니다. 비록 단백질을 직접 암호화하지 않는 비암호화 RNA(non-coding RNA) 유전자들도 존재하지만, 이들 역시 적재적소에 필요한 양의 단백질이 만들어지도록 정교하게 조절하는 지원군 역할을 수행합니다. 결국 생명체의 모든 유전 정보는 단백질이라는 실체를 구현하고 그 기능을 최적화하기 위해 존재한다고 볼 수 있습니다.

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생명과학

어떻게 나만의 특징이 만들어질까?

우리는 부모와 닮았으면서도 동시에 자신만의 고유한 특징을 지니고 살아갑니다. 외모나 기질처럼 눈에 띄는 부분부터 보이지 않는 생리적 특성까지, 생명체가 가진 모든 신체적·기질적 특성을 '형질'이라고 부릅니다. 수많은 형질이 복합적으로 어우러져 '나'라는 유일무이한 존재를 구성하게 됩니다. 부모와 닮았다는 것은 그들의 수많은 형질 중 일부가 자녀에게 전달되었음을 의미하며, 이는 생명의 연속성을 보여주는 가장 기본적인 원리이자 우리가 서로를 구분하는 기준이 됩니다. 형질이 결정되는 방식은 크게 유전적 요인과 비유전적 요인으로 나뉩니다. ABO 혈액형처럼 오직 유전 정보에 의해서만 결정되는 형질이 있는가 하면, 감기처럼 주변 환경이나 개인의 컨디션 등 비유전적 요인에 더 큰 영향을 받는 경우도 있습니다. 하지만 대부분의 형질은 이 두 가지 요인이 복합적으로 작용하여 나타납니다. 이러한 형질을 결정하는 핵심적인 유전 정보는 우리 몸속 DNA에 A, C, T, G라는 네 가지 염기 서열의 형태로 저장되어 있으며, 이것이 생명의 설계도 역할을 수행하며 우리 몸의 모든 기능을 조절하는 근간이 됩니다. 인간은 약 30억 개의 염기 서열로 이루어진 '유전체(Genome)'를 가지고 있습니다. 부모로부터 물려받은 유전 정보가 결합하여 형성된 이 염기 서열은 개인마다 조금씩 차이가 납니다. 연구에 따르면 전체 염기 서열 중 약 0.1%에 해당하는 300만에서 400만 개의 염기 서열이 사람마다 다른데, 이를 '유전 변이'라고 부릅니다. 비록 0.1%라는 수치는 작아 보일 수 있지만, 이 미세한 차이가 모여 타인과 구분되는 나만의 독특한 개성과 신체적 특징을 만들어내는 결정적인 원동력이 되며, 우리가 각기 다른 모습으로 살아가는 이유를 설명해 줍니다. 유전 변이는 형태에 따라 크게 단일 염기 변이(SNV)와 구조 변이(SV)로 구분됩니다. 단일 염기 변이(SNV)는 특정 위치의 염기 하나가 다른 종류로 바뀌는 가장 흔한 형태이며, 구조 변이(SV)는 염기 서열의 일부가 삭제되거나 추가되고, 혹은 순서가 뒤바뀌는 등 더 큰 규모의 변화를 의미합니다. 구조 변이(SV)는 단일 염기 변이(SNV)에 비해 발생 빈도는 낮지만, 한 번에 수많은 염기 서열에 영향을 미칠 수 있다는 특징이 있습니다. 이러한 다양한 형태의 유전 변이들은 우리가 타인과 구별되는 고유한 생물학적 정보를 담는 그릇이 되며, 유전학자들은 이를 통해 인간의 복잡한 유전적 다양성을 깊이 있게 연구하고 있습니다. 현대 유전학의 가장 큰 과제는 이러한 유전 변이들이 구체적으로 어떤 기능을 수행하는지 밝혀내는 것입니다. 암이나 알츠하이머와 같은 난치성 질환의 원인을 규명하는 것부터 개인의 잠재력을 예측하는 일까지, 유전 변이 연구는 인류의 건강과 미래를 바꿀 열쇠로 주목받고 있습니다. 앞으로 유전 정보 해독 기술이 더욱 정밀해진다면, 우리는 염기 서열만으로도 개인의 형질을 예측하고 맞춤형 건강 관리를 실현하는 시대를 맞이하게 될 것입니다. 이는 인간의 다양성을 깊이 이해하는 중요한 이정표가 될 것이며, 인류가 스스로의 생물학적 운명을 더 잘 이해하고 관리할 수 있게 해줄 것입니다.

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생명과학

💌 사랑이 과학이라면... 나 연애 못한 것도 유전자 탓...? ｜심심할 땐 과학 EP.1

사랑은 단순히 남녀 사이의 감정을 넘어 다양한 형태로 존재합니다. 많은 사람에게 사랑의 본질을 물었을 때, 연애보다 부모의 내리사랑이 더 높은 순위를 차지한다는 연구 결과는 흥미롭습니다. 특히 모성애는 변하지 않고 희생적인 사랑의 원형으로 인식되곤 합니다. 이는 우리가 받고 싶은 사랑의 모습이 투영된 결과이기도 합니다. 결국 사랑의 정의는 우리가 타인에게 기대하는 헌신과 보호의 감정에서 시작되며, 이러한 유대감은 인간관계를 지탱하는 가장 강력한 뿌리가 됩니다. 부모의 사랑은 뇌과학적으로도 차이를 보입니다. 아이의 영상을 볼 때 어머니는 감정을 조절하는 변연계가 활성화되는 반면, 아버지는 이성적인 사고를 담당하는 신피질이 주로 반응합니다. 이는 진화 과정에서 모성애가 본능적인 영역으로 먼저 자리 잡았고, 부성애는 사회적 관계 속에서 발달했음을 시사합니다. 또한 어머니는 아이의 냄새에, 아버지는 아이의 울음소리에 더 민감하게 반응하도록 뇌 구조가 변화한다는 사실은 부모라는 역할이 생물학적으로 얼마나 경이로운지 보여줍니다. ‘피는 물보다 진하다’는 말처럼 유전자는 우리의 정체성을 결정하는 설계도와 같습니다. 부모로부터 물려받은 유전정보는 귓불의 모양이나 혀 말기 능력 같은 신체적 특징뿐만 아니라 탈모나 치아 상태까지 결정짓습니다. 리처드 도킨스의 ‘이기적 유전자’ 이론에 따르면, 혈연관계일수록 서로를 돕는 경향은 유전자를 보존하려는 본능에서 비롯됩니다. 우리는 부모의 유전자가 섞인 고유한 존재로서, 자신만의 표현형을 나타내며 다음 세대로 생명의 설계도를 이어가는 가교 역할을 수행합니다. 유전자의 힘은 미각과 후각 같은 감각의 영역에서도 뚜렷하게 나타납니다. PTC 종이를 통해 쓴맛을 느끼는 정도를 테스트해 보면 사람마다 유전적 민감도가 다르다는 것을 알 수 있습니다. 고수에서 비누 냄새를 느끼는 것 역시 특정 후각수용체 유전자의 영향입니다. 과거 야생의 환경에서 쓴맛을 감지하는 능력은 독초를 구별해 생존할 확률을 높여주는 중요한 도구였습니다. 이처럼 우리가 선호하거나 기피하는 맛과 향은 단순한 취향을 넘어, 조상들이 생존을 위해 축적해 온 진화의 유산이라 할 수 있습니다. 사랑의 방식이나 애착 스타일 역시 유전적 요인과 밀접한 관련이 있습니다. 옥시토신이나 바소프레신 같은 신경전달물질의 수용체 변이에 따라 금방 사랑에 빠지거나 장기적인 관계를 선호하는 등의 특징이 나타나기도 합니다. 하지만 유전자가 모든 것을 결정하는 것은 아닙니다. 어떤 환경에서 자하고 어떤 교육을 받았는지에 따라 애착 스타일은 얼마든지 성숙해질 수 있습니다. 유전학적 이해는 타인을 더 깊이 포용하기 위한 도구일 뿐이며, 진정한 사랑은 유전자의 한계를 넘어선 노력과 경험을 통해 완성됩니다.

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생명과학
뇌인지과학

적록색맹은 왜 남자에게 많이 나타날까?

적록색맹은 빨간색과 초록색을 구별하는 데 어려움을 겪는 상태로, 주로 유전변이에 의해 발생합니다. 흥미로운 점은 이 증상이 여성보다 남성에게서 훨씬 더 빈번하게 나타난다는 사실입니다. 이러한 차이는 남녀의 성염색체 구성이 다르기 때문입니다. 남성은 XY 염색체를, 여성은 XX 염색체를 가지고 있으며, 적록색맹과 관련된 광수용체 유전자는 X 염색체에 위치합니다. 우리 몸의 설계도인 DNA를 담고 있는 염색체 중 성별을 결정하는 성염색체는 다양한 신체 형질을 결정하는 유전 정보를 포함하고 있습니다. 남성은 단 하나의 X 염색체만을 가지고 있어, 해당 염색체에 변이가 존재할 경우 이를 보완할 수 있는 수단이 없으므로 즉시 적록색맹 증상이 나타나게 됩니다. 적록색맹을 일으키는 돌연변이는 주로 '불균등 교차'라는 현상을 통해 발생합니다. 유전자 재조합 과정에서 유사한 DNA 서열이 서로 잘못 연결되면 유전자의 일부가 중복되거나 누락되는 일이 생깁니다. 빨간색과 초록색 광수용체 유전자는 X 염색체 상에서 매우 가까운 위치에 있으며 서열 또한 매우 비슷하기 때문에 이러한 불균등 교차가 상대적으로 자주 일어납니다. 그 결과 두 유전자의 기능에 동시에 이상이 생기면서 적록색맹이라는 형질이 나타나게 되는 것입니다. 이는 유전적 다양성이 만들어지는 과정에서 발생하는 예기치 못한 오류 중 하나로, 광수용체 유전자의 정교한 배열이 깨지면서 색 인지 능력에 변화를 가져오게 됩니다. 적록색맹 유전변이는 열성으로 작용하기 때문에, 두 개의 X 염색체를 가진 여성은 하나의 염색체에 변이가 있더라도 다른 정상 염색체가 그 기능을 대신할 수 있습니다. 이처럼 돌연변이 유전자를 가지고 있지만 겉으로 증상이 나타나지 않는 사람을 '보인자'라고 부릅니다. 남성은 어머니로부터만 X 염색체를 물려받기 때문에, 어머니가 보인자일 경우 아들은 50%의 확률로 적록색맹이 됩니다. 이러한 유전 패턴은 때때로 한 세대를 건너뛰어 나타나는 격세유전의 형태를 띠기도 합니다. 남성은 X 염색체가 하나뿐인 반수체 상태이므로 유전자의 우열에 관계없이 X 염색체에 담긴 정보가 그대로 표현형으로 드러나 남성에게 더 많이 나타나게 됩니다.

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생명과학

[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #006 | 이준호 생명과학부 교수

예쁜꼬마선충은 몸길이가 1mm도 되지 않는 아주 작은 생명체이지만, 현대 생명과학 연구에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 1960년대 시드니 브레너에 의해 도입된 이 모델 생물은 발생과 신경계의 신비를 풀기 위한 최적의 도구로 선택되었습니다. 대장균보다는 복잡하고 초파리나 생쥐보다는 단순한 구조 덕분에, 과학자들은 생명체의 신경망이 어떻게 형성되고 작동하는지를 세포 수준에서 정밀하게 관찰할 수 있게 되었습니다. 이러한 단순함은 복잡한 생명 현상의 근본 원리를 이해하는 열쇠가 됩니다. 신경 세포 300여 개의 모든 연결망을 의미하는 커넥톰 연구는 엄청난 시간과 노력이 필요한 작업입니다. 과거에는 전자현미경 사진을 일일이 수작업으로 분석해야 했기에 한 세대의 연구자들이 포기할 정도로 고된 과정이었습니다. 하지만 최근에는 인공지능 딥러닝 기술을 도입하여 신경 세포를 구분하고 시냅스를 예측하는 과정을 획기적으로 단축하고 있습니다. 인공지능은 사람이 수천 시간 걸려야 했던 작업을 단 몇 분 만에 처리하며, 기초 과학의 질문을 해결하고 연구의 지평을 넓히는 강력한 도구가 되고 있습니다. 염색체 말단에 위치한 텔로미어는 세포의 노화와 수명을 결정하는 핵심적인 구조물입니다. 선형 염색체를 가진 생명체는 복제 과정에서 끝부분이 조금씩 짧아지는데, 이것이 한계에 다다르면 세포는 분열을 멈추고 노화 단계에 진입합니다. 최근 연구에서는 기존 교과서에 실린 것과 다른 새로운 염기 서열의 텔로미어를 가진 선충을 발견하기도 했습니다. 이러한 발견은 노화 억제 전략이나 암세포의 무한 증식을 막는 항암 연구 등 인류의 건강과 직결된 다양한 분야로 확장될 가능성을 보여주며 생명 연장의 꿈에 다가서게 합니다. 기초 과학의 진정한 가치는 정답을 맞히는 것보다 올바른 질문을 던지는 데 있습니다. 예쁜꼬마선충의 히치하이킹 행동처럼 사소해 보이는 현상도 깊이 파고들면 그 이면에 숨겨진 복잡한 신경 기전을 발견할 수 있습니다. 연구 과정에서 무엇을 모르는지조차 모르는 혼란을 겪기도 하지만, 핵심적인 신경 세포 한 세트를 찾아내는 순간 새로운 질문들이 쏟아져 나오기 시작합니다. 인공지능을 통해 확보한 방대한 데이터는 결국 과학자가 더 깊고 본질적인 질문을 던질 수 있도록 돕는 밑거름이 되며 연구의 연속성을 보장합니다. 과학 연구는 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 다음 세대에게 사랑과 기회를 전하는 교육의 장이기도 합니다. 과거 독지가의 도움으로 연구에 전념할 수 있었던 경험은 학생들을 위한 장학금 마련과 연구 환경 개선이라는 실천으로 이어졌습니다. 과학은 혼자만의 성과가 아니라 구성원들이 서로 조금씩 양보하고 협력할 때 비로소 큰 시너지가 낼 수 있습니다. 따뜻한 경쟁과 협력이 공존하는 연구실 문화는 젊은 과학자들이 사회에 기여하는 훌륭한 연구자로 성장하는 든든한 토대가 되며, 이는 곧 과학계의 선순환을 만들어냅니다.

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[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #004 | 이승근 데이터사이언스 대학원 교수

이승근 교수는 생물학, 통계학, 그리고 소프트웨어 엔지니어링이라는 세 가지 서로 다른 분야를 융합하여 자신만의 독자적인 연구 영역을 구축했습니다. 서울대학교 데이터 사이언스 대학원에서 활동 중인 그는 유전 변이와 질병 간의 상관관계를 분석하는 통계적 유전학을 전공하고 있습니다. 학부 시절 생물학을 전공하며 실험의 어려움을 느꼈던 경험과 군 복무 시절 소프트웨어 개발자로 일했던 경력은 그가 데이터 기반의 생물 통계학자로 성장하는 데 중요한 밑거름이 되었습니다. 그의 연구에서 가장 핵심적인 성과는 희귀 유전 변이를 분석하는 새로운 통계적 방법론을 개발한 것입니다. 과거에는 복잡하고 단순하게 처리되던 유전 데이터 분석을 보다 현실적인 시나리오에서 수행할 수 있도록 돕는 소프트웨어를 제작하여 전 세계 연구자들에게 큰 영향을 미쳤습니다. 수천 번 이상 인용된 그의 연구는 단순히 이론에 그치지 않고, 실제 유전 변이가 키나 몸무게 같은 표현형이나 특정 질병에 어떤 영향을 미치는지 예측하는 데 실질적인 도구로 활용되고 있습니다. 최근 과학계의 화두인 인공지능은 바이오 분야에서도 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다. DNA의 변이를 해석하고 그 기능을 예측하는 과정뿐만 아니라, 뇌 영상과 같은 복잡한 로 데이터에서 유의미한 특징을 추출하는 데 AI가 핵심적인 역할을 수행합니다. 특히 노벨 물리학상과 화학상이 AI 선구자들에게 수여된 사례는 인공지능이 기초 과학 전반에 미치는 거대한 영향력을 증명합니다. 이러한 흐름 속에서 데이터 사이언스는 생명 현상을 이해하는 새로운 렌즈로서 그 중요성이 더욱 강조되고 있습니다. 진정한 의미의 융합 연구를 위해서는 서로 다른 분야의 연구자들이 각자의 언어를 이해하고 존중하는 태도가 필수적입니다. 데이터 분석가와 실험 연구자 사이의 협업은 데이터 정제나 배치 이펙트 보정과 같은 실무적인 어려움으로 인해 쉽지 않은 과정이지만, 이를 극복했을 때 비로소 실질적인 성과가 나타납니다. 미국과 한국의 연구 환경 차이에도 불구하고, 다양한 전문가들과의 교류를 통해 연구의 지평을 넓히는 과정은 현대 과학이 지향해야 할 협력의 모델을 잘 보여줍니다. 학계에서 연구자로 살아가는 것은 끊임없는 평가와 인내를 요구하는 과정입니다. 주니어 시절부터 테뉴어를 받기까지의 불안정성을 견뎌내야 하지만, 그 과정에서 얻는 보상은 매우 특별합니다. 자신이 진정으로 탐구하고 싶은 주제를 자유롭게 추구하며, 연구 결과에 자신의 이름을 새길 수 있다는 점은 아카데미만이 줄 수 있는 매력입니다. 이러한 보람을 동력 삼아 꾸준히 정진한다면, 연구자로서 마주하는 수많은 도전은 성장을 위한 소중한 자양분이 될 것입니다.

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[댓글 이벤트] 유전자🧬 발현을 조절하는 컨트롤의 마법사🧙‍♀️ 마이크로RNA 2024 노벨 생리의학상 | 요즘과학

2024년 노벨 생리의학상은 마이크로RNA의 발견과 그 역할을 규명한 빅터 앰브로스와 게리 러브컨 교수에게 돌아갔습니다. 생명체는 DNA의 유전 정보를 RNA로 전달하고, 이를 바탕으로 단백질을 만들어 생명 활동을 유지합니다. 이를 '생명 중심 원리'라고 부르는데, DNA가 전체 설계도라면 RNA는 필요한 부분만을 복사한 설계도 사본과 같습니다. 이번 수상은 이 과정에서 단백질 합성을 정교하게 조절하는 새로운 존재를 밝혀낸 공로를 인정한 것이며, 현대 생물학의 지평을 넓힌 중요한 성과로 평가받습니다. 마이크로RNA는 메신저 RNA에 결합하여 불필요한 단백질이 과도하게 생성되지 않도록 막는 '감독관' 혹은 '브레이크' 역할을 수행합니다. 세포라는 공장에서 설계도 사본인 RNA가 계속 방치되면 단백질이 무한정 생산되어 효율성이 떨어지게 됩니다. 마이크로RNA는 특정 유전자의 발현을 미세하게 조절함으로써 우리 몸의 세포들이 어떤 종류의 단백질을 얼마나 만들어야 하는지 결정합니다. 이는 생명 현상의 효율성을 높이고 질서를 유지하는 핵심적인 기제이며, 세포의 정교한 제어 시스템을 상징합니다. 연구자들은 예쁜꼬마선충이라는 모델 생물을 통해 특정 유전자에 변이가 생기면 발달에 문제가 생긴다는 사실을 발견했습니다. 1993년 앰브로스 교수는 lin-4라는 작은 RNA 조각이 lin-14 메신저 RNA의 번역 과정을 억제한다는 메커니즘을 최초로 규명했습니다. 초기에는 이 현상이 특정 생물에만 국한된 것으로 여겨졌으나, 이후 모든 다세포 생물에 보존되어 있다는 사실이 밝혀지며 마이크로RNA는 생물학계의 거대한 패러다임 변화를 이끌어냈습니다. 이는 유전자가 단순히 DNA의 지시만을 받는 것이 아님을 시사합니다. 마이크로RNA 분야에서 한국의 김빛내리 교수 또한 세계적인 석학으로 꼽힙니다. 노벨상 수상자들이 마이크로RNA의 존재와 기능을 밝혔다면, 김 교수는 마이크로RNA가 세포 내에서 어떻게 생성되는지에 대한 비밀을 풀었습니다. 그녀는 긴 RNA를 잘라 마이크로RNA를 만드는 효소인 '드로셔'와 '다이서'의 단백질 구조를 세계 최초로 규명하며 연구의 마지막 퍼즐을 맞췄다는 평가를 받습니다. 이러한 기초 연구는 유전자 조절 메커니즘을 완벽히 이해하고 이를 인위적으로 제어하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 마이크로RNA 연구는 향후 다양한 질병 치료의 새로운 길을 열어줄 것으로 기대됩니다. 마이크로RNA가 제대로 작동하지 않으면 암, 당뇨병, 자가면역 질환 등 비정상적인 세포 활동으로 인한 질병이 발생할 수 있기 때문입니다. 현재 미국 등지에서는 이를 이용한 암 치료 임상 시험이 진행 중이며, 진단 도구나 노화 방지 분야에서도 폭넓게 활용될 가능성이 큽니다. 비록 상용화까지는 시간이 필요하겠지만, RNA 기술은 인류의 건강을 지키는 강력한 무기가 될 것이며 앞으로의 발전이 더욱 주목되는 분야입니다.

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생명과학

물질들의 오묘한 작용이 생물🦠 안에서 창발해내는 섬세하고 복잡한 생명현상을 탐구하다!🔍 | 2024 가족동반 진로탐색

생명과학은 생명이란 무엇인지를 탐구하는 광범위한 학문입니다. 생물의 구조와 기능은 물론, 기원과 진화, 생물 간의 상호작용을 깊이 있게 다룹니다. 세포생물학, 유전학, 생태학 등 다양한 세부 분야로 나뉘어 있으며, 각 분야는 생명을 이해하는 독특한 관점을 제공합니다. 이러한 지식은 의학, 농업, 환경과학 등 실생활과 밀접한 응용 분야에 기여하며 인류의 삶의 질을 높이는 데 필수적인 역할을 수행하고 있습니다. 최근 생명과학은 혁신적인 기술 발전을 통해 새로운 국면을 맞이하고 있습니다. 유전자를 정밀하게 편집할 수 있는 크리스퍼(CRISPR) 기술은 의학과 농업 분야에 혁명을 일으켰으며, 인공지능과 머신러닝은 복잡한 생물학적 빅데이터를 분석하여 새로운 발견을 가속화하고 있습니다. 또한 환자 개개인의 유전적 특성을 고려한 맞춤형 의학의 발전은 질병 치료의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 이러한 변화는 생명과학이 미래 사회의 문제를 해결하는 핵심 열쇠임을 보여줍니다. 생명과학 전공자들은 연구소나 기업에서 새로운 치료법과 백신을 개발하며 지식의 경계를 넓히는 과학자로 활약할 수 있습니다. 유전공학이나 단백질공학 기술을 활용해 산업적 혁신을 이끄는 전문가가 되기도 하며, 생태계 보호를 위해 힘쓰는 환경과학자의 길을 걷기도 합니다. 이외에도 지식을 전수하는 교육자나 대중과 소통하는 과학 커뮤니케이터 등 다양한 직업군이 존재합니다. 이는 생명과학이 가진 무한한 가능성과 사회적 영향력을 증명하는 대목입니다. 생명과학의 가장 큰 매력은 우리 자신을 포함한 생명체들의 오묘한 작용을 탐구하며 느끼는 지적 희열에 있습니다. 살아있는 생물을 깊이 있게 들여다볼수록 생명에 대한 깊은 경외감을 경험하게 됩니다. 학문적 즐거움뿐만 아니라, 기후변화 대응이나 감염병 예방, 식량 안보와 같은 지구촌의 시급한 과제들을 풀어나가는 데에도 이 학문은 중추적인 역할을 합니다. 인류의 지속 가능한 미래를 설계하는 데 있어 생명과학의 비중은 앞으로 더욱 커질 것입니다. 생명과학자가 되기 위해서는 논리적 사고와 창의성, 그리고 장기적인 연구를 견뎌낼 성실함이 필요합니다. 또한 타인과 협력하는 소통 능력과 윤리적 판단력도 중요합니다. 최근에는 수학, 통계학, 컴퓨터 과학 등 타 학문과의 융합이 활발하므로 폭넓은 학습이 권장됩니다. 청소년기에는 독서와 다큐멘터리 시청, 그리고 자연 속에서 생물을 직접 관찰하는 경험을 통해 호기심을 키우는 것이 좋습니다. 흥미를 느끼는 분야를 즐겁게 탐구하는 태도가 미래의 과학자로 성장하는 밑거름이 됩니다.

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생명과학
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전 세계 누적 매출 1위 💊의약품의 특허 만료, 🧑‍🔬바이오시밀러 출시 대기 중! | 요즘과학

멘델은 8년간 3만 개의 완두콩을 분석하며 유전학의 기초를 닦았습니다. 가난한 환경에서도 학문에 대한 열정을 멈추지 않았던 그의 끈기는 현대 생물학의 근간이 되었으며, 오늘날 우리는 그 유산을 바탕으로 바이오의약품이라는 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 최근 세계 매출 1위 의약품인 휴미라의 특허가 만료되면서 바이오시밀러에 대한 관심이 뜨겁습니다. 이는 단순한 복제를 넘어 생명공학 기술의 정수를 보여주는 분야로, 전 세계 제약 시장의 판도를 바꿀 중요한 전환점이 되고 있습니다. 의약품은 크게 합성의약품과 바이오의약품으로 나뉩니다. 아스피린처럼 화학적 합성을 통해 만드는 약과 달리, 바이오의약품은 살아있는 세포나 생명체에서 유래한 성분을 함유합니다. 세포 배양이나 유전자 재조합 기술을 활용하기 때문에 제조 공정이 매우 복잡하고 민감합니다. 이러한 특성 때문에 바이오의약품은 오리지널 의약품과 완벽하게 동일하게 만드는 것이 불가능에 가깝습니다. 그래서 '동일하다'는 표현 대신 '유사하다'는 의미의 바이오시밀러라는 명칭을 사용하게 된 것입니다. 바이오시밀러가 시장에 나오기 위해서는 엄격한 검증 과정을 거쳐야 합니다. 오리지널 의약품과 유사한 효과를 내는지 입증하기 위해 품질 비교 시험, 비임상 비교 시험, 그리고 임상 비교 시험이라는 세 단계를 거칩니다. 품질 시험에서는 물리화학적 특성과 순도를 분석하고, 비임상 단계에서는 세포와 동물을 대상으로 생리학적 영향을 평가합니다. 마지막으로 인체에 투여하여 약물이 어떻게 흡수되고 대사되는지 확인하는 임상 시험을 통해 안전성과 유효성을 최종적으로 확정 짓게 됩니다. 우리가 흔히 접하는 의약품의 이름에는 재미있는 규칙이 숨어 있습니다. 제약 회사들은 환자들이 기억하기 쉽도록 성분명과 회사 이름을 결합하거나, 치료 효과를 나타내는 적응증을 이름에 반영하곤 합니다. 예를 들어 유명한 근육통 치료제인 케토톱은 주성분인 케토프로펜의 앞글자를 따서 지어진 이름입니다. 이처럼 복잡한 성분명을 친숙한 브랜드로 변환하는 과정은 환자들에게 약의 효능을 직관적으로 전달하고, 치료에 대한 접근성을 높이는 중요한 마케팅 전략 중 하나로 작용합니다. 최근에는 바이오시밀러를 넘어 기존 약보다 성능을 개선한 바이오베터 연구가 활발합니다. 이는 약의 효능을 높이거나 투여 방법을 편리하게 바꾸는 등 오리지널보다 더 나은 가치를 제공합니다. 정맥주사를 피하주사 제형으로 바꾸어 환자의 편의성을 극대화한 사례가 대표적입니다. 바이오베터는 독자적인 특허를 인정받을 수 있어 시장 출시가 자유롭고, 오리지널보다 높은 가격을 책정받을 수도 있습니다. 이러한 기술 혁신은 환자의 삶의 질을 높이는 동시에 제약 산업의 새로운 성장 동력이 되고 있습니다.

국립과천과학관요즘과학👏

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[용어사전] ‘Y염색체 아담’은 뭐지?_미토콘드리아 이브(Mitochondrial Eve)

인류의 기원을 찾는 여정에서 가장 큰 난관은 완벽한 계보의 부재입니다. 우리 몸의 DNA는 부모로부터 절반씩 물려받아 뒤섞이는 재조합 과정을 거치기에, 수만 년 전 조상의 흔적을 온전히 복원하기란 매우 어렵습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 과학자들은 세포 내 소기관인 미토콘드리아에 주목했습니다. 미토콘드리아는 에너지를 생성하는 역할 외에도 세포핵과는 독립된 자체 DNA를 보유하고 있어, 인류 진화의 비밀을 풀 수 있는 중요한 열쇠가 됩니다. 미토콘드리아 DNA의 가장 독특한 특징은 오직 어머니를 통해서만 자손에게 전달된다는 점입니다. 정자의 미토콘드리아는 수정 과정에서 탈락하기 때문에, 우리는 모두 외가 쪽 혈통의 유전적 기록만을 고스란히 간직하게 됩니다. 과학자들은 이 DNA에 축적된 돌연변이를 역추적하여 인류의 가장 최근 모계 공통 조상인 '미토콘드리아 이브'를 찾아냈습니다. 약 10만~20만 년 전 동부 아프리카에 살았던 이들은 현재 인류가 지닌 모든 미토콘드리아의 기원이 되었습니다. 미토콘드리아 이브가 당시 유일한 여성이었거나 최초의 인류였던 것은 아닙니다. 그녀는 동시대에 존재했던 여러 집단 중 모계 혈통이 끊기지 않고 오늘날까지 이어진 특정 집단을 의미합니다. 이와 대칭되는 개념으로 아버지로부터 아들에게만 전해지는 Y 염색체를 추적하여 찾아낸 'Y 염색체 아담'도 존재합니다. 이처럼 유전학적 공통 조상을 찾는 연구는 인류가 하나의 거대한 뿌리에서 시작되어 전 세계로 뻗어 나갔음을 증명하는 과학적인 증거가 됩니다.

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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] 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] Nature vs Nurture🤷‍♀️🤷‍♂️ | 2022 카오스강연 '진화'

오랜 시간 이어져 온 본성과 양육에 관한 논쟁은 현대 과학을 통해 더욱 복잡하고 흥미로운 양상을 띠게 되었습니다. 과거에는 비만을 단순히 개인의 게으름 탓으로 돌리기도 했으나, 오늘날에는 유전적 요인과 장내 미생물 생태계의 영향력이 크다는 사실이 밝혀졌습니다. 인간은 유전자로부터 막대한 영향을 받는 동시에, 스스로 환경을 개선하고 발전시켜 '문명'이라는 독특한 체계를 구축했습니다. 우리는 문명 안에서 살아가며 그 혜택을 누리지만, 동시에 문명이 제공하는 새로운 환경으로부터 다시금 깊은 영향을 받으며 변화해 나가는 존재입니다. 만약 10만 년 전의 호모 사피엔스를 현대의 뉴욕에 데려다 놓는다면, 그는 수렵 채집 대신 뉴요커의 삶을 살게 될 것입니다. 이는 인류의 뇌 구조가 과거와 큰 차이가 없음에도 불구하고, 환경의 변화가 개체의 삶을 얼마나 극적으로 바꿀 수 있는지를 보여줍니다. 현대 사회에서는 생물학적 진화보다 '문화적 진화'가 더 강력한 힘을 발휘합니다. 유전적 후손을 남기는 것보다 어떤 '밈(meme)'을 생성하고 공유하느냐가 환경 문제 해결과 삶의 질에 더 큰 영향을 미치며, 이러한 문화적 변화는 생물학적 변화의 속도를 훨씬 앞지르고 있습니다. 유전자와 환경은 독립적으로 작용하는 것이 아니라 끊임없이 상호작용하며 인간의 삶을 형성합니다. 인간의 DNA는 진공 상태에서 발현되는 것이 아니라, 특정한 환경적 신호가 주어질 때 비로소 그 기능을 수행하기 때문입니다. 적절한 양육과 환경이 뒷받침되지 않는다면 생물학적으로는 인간일지라도 인간다운 행동이나 정신 상태를 갖추기 어렵습니다. 따라서 본성과 양육을 이분법적으로 나누어 어느 하나가 더 중요하다고 단정 짓는 것은 무의미하며, 두 요소가 결합하여 한 개인의 온전한 삶을 완성한다는 통합적 관점이 필요합니다. 최근 주목받는 후성유전학은 유전자가 고정된 운명이 아님을 시사하며 우리에게 새로운 가능성을 제시합니다. 유전적 바탕은 수억 년의 진화를 거쳐 형성되었지만, 우리가 무엇을 먹고 어떻게 활동하느냐에 따라 유전자의 발현 양상은 가역적으로 변할 수 있습니다. 예를 들어 특정 질병에 취약한 유전자를 가졌더라도 환경적 노력을 통해 그 영향을 조절할 수 있다는 사실은 인간에게 삶의 선택권과 의지를 부여합니다. 이는 유전학을 운명론으로 받아들이는 대신, 자신을 깊이 이해하고 더 나은 삶을 설계하는 도구로 활용해야 함을 의미합니다. 인간의 모든 활동은 생물학적 토대 위에서 펼쳐지는 고도의 지적 유희라고 할 수 있습니다. 유전자가 허락하는 유전적 한계 내에서 우리는 자연계의 어떤 생물보다 유전자의 직접적인 명령에서 벗어나 자유롭고 다채로운 문화를 향유합니다. 개인의 차원에서는 유전적 특성이 두드러지게 나타날 수 있으나, 집단의 규모가 커질수록 환경에 적응하며 쌓아온 문화적 역량이 공동체의 발전과 생존을 결정짓는 핵심적인 원동력이 됩니다. 본성과 양육은 대립하는 개념이 아니라, 서로를 보완하며 인류를 지금의 모습으로 이끌어온 두 개의 거대한 축입니다.

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

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[인터뷰] 이현숙 _ DNA의 이중 나선 구조는 옛말! | 2022 '진화가 필요한 순간'

DNA는 단순한 화합물에 불과하지만, 생명 현상의 모든 것을 설명하는 핵심적인 열쇠입니다. 다윈의 진화론에서 말하는 소진화, 즉 세포 안에서 일어나는 변화들은 DNA를 통해 완벽하게 설명됩니다. 물이 존재하는 지구 환경에서 어떻게 생명체가 탄생하고 생로병사의 과정을 겪게 되었는지 이해하기 위해서는 DNA의 화학적 구조와 생물물리학적 특성을 파악하는 것이 필수적입니다. 이는 생명의 기원을 찾는 여정이자 과학의 진화를 목격하는 과정이기도 합니다. 최근 과학계는 컴퓨터상에서 가상의 세포를 구현하려는 '가상 세포(Virtual Cell)' 연구에 집중하고 있습니다. DNA는 ATGC라는 염기쌍의 결합 법칙이 매우 정확하기 때문에 디지털로 구현하기에 가장 적합한 도구입니다. 유전 암호가 어떻게 단백질로 번역되는지에 대한 규칙은 이미 상당 부분 밝혀졌으며, AI 기술인 알파폴드(AlphaFold) 등을 통해 단백질 구조를 예측하는 정확도도 비약적으로 높아졌습니다. 하지만 여전히 우리가 알지 못하는 미지의 영역이 90%나 존재한다는 점은 인류가 풀어야 할 숙제입니다. 암 연구 분야에서 DNA의 돌연변이는 매우 중요한 연구 대상입니다. 유방암 억제 인자인 BRCA2와 같은 유전자가 망가지면 세포는 암세포로 변하게 되는데, 이 과정에서 발생하는 돌연변이는 매우 무작위적입니다. 과거의 유전자 편집 기술인 크리스퍼(CRISPR)는 단순히 특정 부위를 잘라내는 방식이었으나, 최근에는 염기 하나만을 정교하게 치환할 수 있는 수준까지 발전했습니다. 이러한 기술적 진보는 유전자 치료의 가능성을 열어주며 난치병 정복을 향한 새로운 희망을 제시하고 있습니다. 하지만 유전자 편집 기술이 모든 문제를 해결할 수 있는 만능 열쇠는 아닙니다. 수만 개의 돌연변이를 한꺼번에 고치는 것은 현재 기술로 불가능하며, 생명체가 환경 변화에 적응하는 과정은 단 몇 개의 유전자 조절만으로 설명하기 어렵습니다. 생명은 환경과 복잡하게 상호작용하며 진화해 왔기에, 인위적인 기술로 자연의 선택을 완벽히 대체하기에는 한계가 있습니다. 결국 기술적 시도보다는 인류가 문명을 통해 환경에 적응해 나가는 속도가 더 빠를 수도 있다는 점은 생명의 신비로움을 다시금 일깨워 줍니다. DNA는 과학자들에게 끊임없이 새로운 구조와 현상을 드러내는 도전의 대상이자, 생명의 진리를 담고 있는 짝사랑의 대상이기도 합니다. 최근 연구되고 있는 세 가닥의 R-loop 구조처럼 DNA는 우리가 아는 것보다 훨씬 더 역동적으로 진화하고 있습니다. 각각의 유전 정보는 새로운 기회이며, 이를 통해 우리는 생명이라는 거대한 태피스트리를 이해하고 미래를 설계하는 동력을 얻게 됩니다. 생명 과학이 선사하는 이러한 발견들은 인류가 나아가야 할 방향을 제시하는 소중한 이정표가 되어줄 것입니다.

이현숙

카오스재단석학인터뷰

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

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 이보디보: ‘유전과 발생’ 연구 열차의 종착역은 ‘진화’ _ by 이준호 ㅣ 2022 가을 카오스강연 '진화' 8강 | 8강

생명과학은 크게 두 가지 질문을 던집니다. 생명 현상이 '어떻게' 일어나는지, 그리고 '왜' 일어나는지에 대한 것입니다. 발생학이나 유전학이 '어떻게'라는 기전에 집중한다면, 진화학은 그 현상이 나타난 근본적인 이유인 '왜'를 탐구합니다. 이 두 분야가 통합되어 탄생한 학문이 바로 '이보디보(Evo-Devo)', 즉 진화 발생 생물학입니다. 이는 분자생물학의 발전으로 유전자가 발생에 기여하는 역할을 종간 비교를 통해 밝혀내며 생명의 신비를 풀어가는 현대 생물학의 핵심 분야입니다. 찰스 다윈은 자연선택을 통해 종의 기원을 설명했지만, 개체 간의 변이가 정확히 어디서 오는지에 대해서는 답을 내놓지 못했습니다. 오늘날 우리는 그 답이 DNA라는 유전 물질에 있음을 알고 있습니다. 유전은 부모의 형질을 자손에게 정확하게 물려주는 과정이지만, 그 복제 과정에서 발생하는 미세한 오류가 곧 변이가 됩니다. 99.9%의 정확성과 아주 작은 부정확성이 결합된 이 현상은 생명 다양성을 만드는 가장 기본적인 재료가 되어 진화의 긴 여정을 이끌어가는 원동력이 됩니다. 진화의 과정에서 때로는 기괴한 모습의 '괴물'이 등장하기도 합니다. 초파리의 안테나 자리에 다리가 돋아나는 것과 같은 돌연변이는 생명 현상을 이해하는 중요한 단서가 됩니다. 이러한 변화를 일으키는 '호메오틱 유전자'는 놀랍게도 초파리부터 인간에 이르기까지 진화적으로 매우 잘 보존되어 있습니다. 이를 '툴킷(Toolkit) 유전자'라고 부르는데, 마치 도구 상자 속의 망치나 스패너처럼 동일한 유전자 도구들을 어떻게 조합하느냐에 따라 서로 다른 종의 다양한 신체 구조가 만들어지게 됩니다. 자연계에서 일어나는 실제 진화 사례 중 가시고기의 변화는 매우 흥미롭습니다. 바다에서 호수로 서식지를 옮긴 가시고기들은 포식자인 잠자리 유충으로부터 살아남기 위해 배 쪽의 가시를 없애는 방향으로 진화했습니다. 놀라운 점은 유전자 자체의 서열이 바뀐 것이 아니라, 특정 부위에서 유전자를 켜고 끄는 '스위치' 역할을 하는 조절 부위가 변했다는 사실입니다. 이는 완전히 새로운 유전자가 나타나지 않더라도 기존 유전자의 발현 방식만 조절함으로써 환경에 적응하는 새로운 형질이 나타날 수 있음을 보여줍니다. 예쁜꼬마선충의 연구를 통해서도 이보디보의 원리를 확인할 수 있습니다. 썩은 과일에서 새로운 서식지로 이동하기 위해 다른 곤충에 몸을 싣는 '닉테이션(히치하이킹)' 행동은 특정 뉴런의 작용으로 일어납니다. 연구 결과, 이 행동은 완전히 새로운 유전자가 만든 것이 아니라 기존에 존재하던 유전자의 아미노산 서열이 아주 미세하게 변형된 '동형체(isoform)'에 의해 결정된다는 것이 밝혀졌습니다. 아주 작은 유전적 변화만으로도 개체의 행동 양식을 완전히 바꾸고 새로운 생존 전략을 만들어낼 수 있다는 점은 진화의 놀라운 효율성을 증명합니다. 최근 진행된 한국 선충 유전체(게놈) 프로젝트는 종의 다양성이 유전체 전체 차원에서 어떻게 나타나는지 보여줍니다. 특히 염색체 끝부분을 보호하는 '텔로미어' 서열을 분석한 결과, 교과서에 실린 표준 서열과는 다른 다양한 변이들이 여러 종에서 발견되었습니다. 이는 텔로미어의 특정 염기서열 자체가 절대적인 것이 아니라, 염색체를 보호한다는 본연의 기능만 수행할 수 있다면 진화 과정에서 다양한 서열이 채택될 수 있음을 의미합니다. 즉, 진화는 정해진 정답을 향해가는 과정이 아니라 상황에 맞춰 최선을 찾는 기회주의적 속성을 지닙니다. 진화는 단순히 과거의 기록이 아니라 현재 우리 주변에서 끊임없이 일어나고 있는 역동적인 현상입니다. 유전과 발생 연구의 종착역은 결국 진화라는 거대한 흐름으로 연결될 수밖에 없습니다. 아주 작은 유전적 변화들이 쌓여 혁명적인 결과를 만들어내는 과정은 마치 비틀즈의 노래 가사처럼 점진적이면서도 파괴적인 변화를 내포하고 있습니다. 생명의 다양성을 이해하려는 인간의 끈기 있는 탐구는 우리가 어디에서 왔으며, 생명이 가진 무한한 가능성이 어디까지 뻗어 나갈 수 있는지를 끊임없이 일깨워 줍니다.

이준호

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이준호 _ 진화와 발생의 만남, 이보디보! | 2022 카오스강연 '진화'

서울대학교 생명과학부 이준호 교수는 예쁜꼬마선충을 통해 생명의 신비를 탐구합니다. 1mm 남짓한 이 작은 생명체는 '엘레강스'라는 종명처럼 투명하고 아름다운 구조를 지니고 있습니다. 약 천 개의 세포로 이루어진 단순함 덕분에 수정란부터 성체까지의 모든 세포 계보와 유전 정보가 완전히 밝혀져 있습니다. 이러한 특징은 인간을 직접 연구하기 어려운 한계를 극복하게 해주며, 노화나 신경계와 같은 복잡한 생명 현상을 빠르고 정확하게 이해할 수 있는 훌륭한 모델이 됩니다. 노화 연구는 정의하기 까다로운 분야이지만, 예쁜꼬마선충은 약 3주의 짧은 수명 덕분에 효율적인 연구가 가능합니다. 유전자 조작을 통해 수명이 몇 배로 늘어난 돌연변이를 관찰하거나, 수만 가지의 신약 후보 물질을 투여해 수명 연장 효과를 확인하는 실험이 활발히 진행되고 있습니다. 이는 단순히 수치를 기록하는 것을 넘어, 생명체가 노화를 지연시키는 보편적인 메커니즘을 찾아가는 과정입니다. 세포 수준의 분열 정지와 개체 수준의 죽음을 연결하는 연구는 현대 생물학의 핵심 과제 중 하나입니다. 최근 생물학계에서 주목받는 '이보디보(Evo-Devo)'는 진화발생생물학의 줄임말로, 발생 과정의 진화를 연구하는 학문입니다. 정자와 난자가 만나 하나의 개체가 되는 '발생'과, 서로 다른 종 사이에서 발생하는 차이를 다루는 '진화'를 결합한 것입니다. 과거의 진화학이 주로 추론과 계산에 의존했다면, 이보디보는 분자생물학적 수단을 통해 유전자의 변화와 작용을 직접 들여다봅니다. 이는 생명의 다양성이 어떤 유전적 원리로 형성되었는지 분자 수준에서 설명할 수 있는 강력한 관점을 제공합니다. 이보디보의 학문적 토대는 유전체 분석 기술의 비약적인 발전과 궤를 같이합니다. 최근 10년 사이 유전체 서열 분석 비용이 낮아지면서, 이제는 마음만 먹으면 지구상의 모든 생물 유전체를 분석하려는 거대한 꿈을 꿀 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 특정 종의 연구를 넘어 생명 전체의 연결 고리를 파악하게 합니다. 유전체 데이터의 축적은 우리가 생명의 역사를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓을 것이며, 이는 현대 생물학이 나아가는 가장 역동적인 방향 중 하나라고 할 수 있습니다. 기초과학의 위기 속에서도 변하지 않는 가치는 인간의 본원적인 호기심입니다. 자연과학은 '어떻게'를 넘어 '왜'라는 질문에 답을 찾아가는 과정이며, 이는 국가의 기초를 튼튼히 하는 선진국의 필수적인 덕목입니다. 유전학자로 시작해 진화의 문제에 도달하게 된 여정은 생명 현상의 보존과 변화를 이해하려는 끊임없는 탐구의 결과입니다. 예쁜꼬마선충이라는 작은 창을 통해 바라본 생명의 신비는, 결국 우리 자신을 포함한 모든 생명체가 공유하는 거대한 이야기의 일부임을 깨닫게 해줍니다.

이준호

카오스재단석학인터뷰

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2022 노벨 생리의학상, 올해의 🏆수상자는 과연 누구?👏👏 ㅣ해썰이 있는 과학뉴스

매년 찬바람이 불어오는 시기가 되면 전 세계의 이목은 노벨상 수상자 발표에 집중됩니다. 2022년 노벨 생리의학상의 영예는 고유전체학의 창시자로 불리는 스반테 페보 교수에게 돌아갔습니다. 그는 수만 년 전 멸종한 인류의 유전체를 분석하여 현대 인류의 기원을 밝혀내는 혁신적인 성과를 거두었습니다. 유전학자이자 생화학자인 그는 불가능해 보였던 고대 인류의 DNA 복원을 통해 인류 진화 연구의 새로운 지평을 열었으며, 이는 과학계에 큰 충격을 안겨주었습니다. 과거에는 수만 년 된 뼈에서 유전자를 추출하는 것이 불가능하다고 여겨졌습니다. 시간이 흐르며 DNA가 손상될 뿐만 아니라, 주변의 박테리아나 현대인의 유전자에 의해 쉽게 오염되기 때문입니다. 스반테 페보 교수는 이러한 한계를 극복하기 위해 세포 내 미토콘드리아 DNA에 주목했습니다. 그는 뼈의 내부에서 오염되지 않은 샘플을 채취하고 정밀한 분석 기술을 도입하여, 마침내 현대인과는 다른 네안데르탈인만의 고유한 유전 정보를 찾아내는 데 성공했습니다. 그의 연구는 인류 진화에 대한 기존의 통념을 완전히 뒤바꾸어 놓았습니다. 과거에는 인류가 직선적인 형태로 진화했다고 믿었으나, 페보 교수는 네안데르탈인과 데니소바인 등 여러 인류가 동시대에 공존했음을 입증했습니다. 특히 2010년에는 손가락뼈 하나만으로 새로운 인류인 데니소바인의 존재를 세상에 알리기도 했습니다. 이러한 발견은 인류의 역사가 단순히 하나의 줄기가 아니라, 여러 갈래로 나뉘고 다시 합쳐지는 복잡한 과정이었음을 보여주는 중요한 증거가 되었습니다. 가장 놀라운 사실은 현대 인류의 몸속에 멸종한 고대 인류의 흔적이 남아 있다는 점입니다. 연구 결과에 따르면, 사하라 이남의 아프리카인을 제외한 전 세계 현대인은 약 2%에서 6%의 네안데르탈인 유전자를 보유하고 있습니다. 이는 우리 조상들이 네안데르탈인과 서로 교류하며 번식했다는 결정적인 증거입니다. 우리는 순수한 호모 사피엔스가 아니라, 고대 인류와의 만남을 통해 형성된 복합적인 존재라는 사실이 유전학적으로 증명된 셈입니다. 인류의 기원을 찾는 여정은 단순히 과거를 돌아보는 것을 넘어 '우리는 누구인가'라는 근원적인 질문에 답하는 과정입니다. 비록 이러한 연구가 당장의 실생활을 획기적으로 바꾸는 기술은 아닐지라도, 우주의 근원을 탐구하는 물리학처럼 인간 존재의 뿌리를 이해하는 데 필수적인 가치를 지닙니다. 스반테 페보의 성취는 과학이 인간의 정체성을 탐구하는 가장 강력한 도구가 될 수 있음을 보여주었으며, 앞으로도 인류 진화의 비밀을 푸는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

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[인터뷰] 전중환 _ 이기적 유전자가 이타적 행동을 하는 이유는? | 2022 카오스강연 '진화'

진화심리학은 단순히 심리학의 한 분야가 아니라, 인간의 마음을 이해하는 근본적인 틀을 제공합니다. 인간의 두뇌는 천문학적으로 복잡한 생물학적 기관이며, 여기서 비롯되는 마음 역시 자연선택에 의해 정교하게 설계된 적응의 산물입니다. 기존 심리학이 현상에 대한 직관적 설명에 머물렀다면, 진화심리학은 특정 심리 기제가 과거 조상들의 번식과 생존에 어떤 이득을 주었는지 그 기능적 목적을 명시적으로 탐구합니다. 즉, 진화라는 렌즈를 통해 인지, 발달, 사회적 행동 등 인간의 모든 심리 현상을 새롭게 조명하는 접근법이라 할 수 있습니다. 자연선택의 진정한 단위는 개체나 집단이 아닌 유전자입니다. 오직 유전자만이 스스로를 복제하여 다음 세대로 전달될 수 있기 때문입니다. 흔히 유전자를 강조하면 환경의 영향을 무시한다고 오해하기 쉽지만, 이는 수천 세대에 걸친 진화와 한 세대 안에서 일어나는 형질 발달을 혼동한 결과입니다. 모든 과학자는 형질 발달 과정에서 유전과 환경이 상호작용한다는 점을 인정합니다. 다만 진화적 관점에서는 어떤 유전자가 복제본을 더 많이 남겨 살아남았는가에 주목하며, 이러한 유전자의 '이기성'이 생명체의 복잡한 특성을 만들어내는 핵심 동력이 됩니다. 이기적인 유전자의 관점은 역설적으로 인간의 숭고한 이타주의를 명쾌하게 설명해 줍니다. 유전자는 자신이 담긴 개체의 희생을 감수하더라도, 동일한 유전자를 공유할 확률이 높은 혈연관계의 다른 개체를 도움으로써 자신의 복제본을 간접적으로 보존할 수 있습니다. 이것이 바로 가족을 향한 헌신이나 일개미의 희생이 자연계에 존재하는 이유입니다. 상대방이 얻는 이득에 유전적 근연도를 곱한 값이 자신의 손해보다 크다면, 그러한 이타적 행동을 유도하는 유전자는 자연선택을 통해 살아남아 다음 세대로 이어지게 됩니다. 인간의 행동 차이를 유전적 요인으로 설명하는 것에 대해 거부감을 느끼는 시각도 존재하지만, 과학적 설명은 결코 도덕적 정당화가 아닙니다. 남녀의 심리적 차이나 폭력성 같은 부정적 현상의 원인을 진화적으로 규명하는 이유는, 그 현상을 방치하기 위해서가 아니라 오히려 정확한 인과관계를 파악하여 사회적 문제를 효과적으로 해결하기 위해서입니다. 예를 들어 남성이 여성의 미소를 오해하는 진화적 경향성을 이해한다면, 이를 성희롱 예방 교육 등에 활용하여 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있습니다. 현상을 과학적으로 이해하는 것은 그것을 극복하기 위한 첫걸음입니다. 현대 진화생물학의 기틀을 마련한 윌리엄 해밀턴은 다윈 이후 가장 위대한 생물학자로 평가받으며, 포괄 적합도 이론을 통해 사회성 진화의 비밀을 풀었습니다. 리처드 도킨스의 저작들 역시 해밀턴과 같은 선구자들의 연구에 깊은 뿌리를 두고 있습니다. 진화심리학은 단순히 흥미로운 가설을 제시하는 데 그치지 않고, 유전자의 눈으로 세상을 바라봄으로써 인간 본성에 대한 깊은 통찰을 제공합니다. 이러한 과학적 토대를 이해할 때 우리는 비로소 '문화라는 깡패'에 휘둘리지 않고, 생물학적 존재로서의 인간을 더욱 객관적이고 입체적으로 바라볼 수 있게 됩니다.

전중환

카오스재단석학인터뷰

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

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

김유섭

카오스재단카오스강연

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[인터뷰] 김유섭 _ '진화는 어떻게 일어나는가?'를 푸는 집단유전학 | 2022 카오스강연 '진화'

진화생물학은 생명체가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 탐구하는 학문으로, 무생물과는 비교할 수 없을 만큼 복잡한 생명의 신비를 다룹니다. 이 분야의 매력은 연구 방법의 다양성에 있습니다. 자연 속에서 동식물을 관찰하는 현장 연구자부터 실험실에서의 정밀한 분석을 즐기는 학자, 그리고 고도의 수학적 모델을 설계하는 이론가까지 각기 다른 배경을 가진 이들이 모여 학문적 토대를 쌓아 올립니다. 이러한 다학제적 성격은 진화생물학만이 가진 독창적인 면모이자 연구자들을 매료시키는 핵심 요소입니다. 지구상의 거대한 생물다양성을 설명하는 핵심 열쇠임에도 불구하고, 그동안 국내 진화생물학계의 규모는 주요 선진국에 비해 상대적으로 작았습니다. 생물학 커뮤니티 내에서 진화생물학의 중요성은 인지되어 왔으나, 이를 뒷받침할 체계적인 학술 조직의 부재가 아쉬움으로 남았습니다. 다행히 최근 뜻을 함께하는 연구자들이 모여 한국진화학회를 창립하며 새로운 전기를 마련했습니다. 약 40여 명의 정회원이 힘을 모은 이번 학회 설립은 국내 진화생물학 연구의 구심점 역할을 할 것으로 기대됩니다. 현재 우리나라 진화생물학 분야에는 흥미로운 불균형이 존재합니다. 대중 과학 서적 시장에서는 진화생물학 관련 도서가 큰 인기를 끌고 독자들의 관심도 매우 높지만, 정작 새로운 지식을 창출하는 전문 연구 인력은 턱없이 부족한 실정입니다. 이는 마치 관객과 평론가는 넘쳐나는데 정작 영화를 만드는 감독과 배우가 부족한 영화계의 모습과도 같습니다. 따라서 이제는 연구자 간의 네트워크를 공고히 구축하고, 차세대 진화생물학자들을 체계적으로 육성하여 학문의 내실을 다지는 노력이 절실한 시점입니다. 진화생물학은 더 이상 다른 생물학 분야와 동떨어진 고립된 학문이 아닙니다. 유전체학, 분자생물학, 바이러스학 등 현대 생물학의 주류 분야들과 긴밀하게 상호작용하며 함께 발전하는 단계에 접어들었습니다. 특히 호모 사피엔스가 어떻게 독보적인 생존 능력을 갖추게 되었는지, 그리고 다른 호미닌 종들의 멸종과 현재의 생태계 변화에 어떤 영향을 미쳤는지를 이해하는 데 진화적 관점은 필수적입니다. 한국진화학회는 이러한 학문 간 경계를 허물고 다양한 협력 과제를 수행하며 진화생물학의 지평을 넓혀갈 계획입니다. 진화의 구체적인 기제를 다루는 집단유전학은 진화가 어떤 방식으로 일어나는지를 과학적으로 규명하는 학문입니다. 20세기 초중반 기초를 닦은 창시자들의 시대를 지나, 현재는 방대한 유전 데이터를 바탕으로 '집단유전학의 르네상스'라고 불릴 만큼 눈부신 발전을 거듭하고 있습니다. 집단유전학의 탄생 배경부터 그 과정에서 발생한 학술적 갈등, 그리고 오늘날 현대 생물학에서 꽃을 피우기까지의 전 과정을 살펴봄으로써, 진화라는 거대한 흐름을 이해하는 유익한 토대를 마련할 수 있습니다.

김유섭

카오스재단석학인터뷰

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[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

[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

[바이러스와의 찐한 만남] ‘유전자 가위와 바이러스’ 현장 강연

1932년 출간된 소설 '멋진 신세계'는 인공 부화기에서 태어난 아이들이 유전자 조작에 따라 계급이 나뉘는 미래를 그렸습니다. 당시 작가는 이런 세상이 오려면 600년은 걸릴 것이라 예상했지만, 불과 90년 만에 인류는 유전자 가위라는 혁신적인 기술을 손에 넣었습니다. 영화 '가타카' 역시 유전자로 신분이 결정되는 사회를 묘사하며 상상력이 기술보다 앞서감을 보여주었습니다. 이제 유전자 조작은 더 이상 먼 미래의 공상과학 이야기가 아닌, 우리 눈앞에 다가온 현실이 되었으며 기술의 발전 속도는 우리의 예상을 훨씬 뛰어넘고 있습니다. 우리 몸의 설계도인 유전정보를 이해하기 위해 아파트 단지를 예로 들어볼 수 있습니다. DNA는 건물을 짓는 벽돌 하나하나에 해당하며, 이 벽돌들이 모여 특정 기능을 수행하는 단위인 '호수'가 바로 유전자입니다. 여러 유전자가 모인 덩어리인 '동'은 염색체라고 부르며, 우리 몸에는 부모님께 각각 한 세트씩 물려받은 23쌍의 염색체가 존재합니다. 이 유전자들은 눈의 색깔부터 소화 효소, 호르몬 생성, 피부와 근육의 형태까지 우리 몸의 모든 형질을 결정하는 핵심적인 역할을 수행하며 생명 활동의 근간을 이룹니다. 유전질환은 부모로부터 물려받은 유전정보에 이상이 생길 때 발생합니다. 부모님은 각각 두 개의 유전자를 가지고 있어 하나가 고장 나더라도 나머지 하나로 건강하게 생활할 수 있지만, 공교롭게도 두 분 모두로부터 결함이 있는 유전자를 물려받은 아이는 질병을 앓게 됩니다. DNA는 단백질을 만드는 암호이며, 이를 복사한 RNA를 통해 우리 몸에 필요한 근육, 항체, 인슐린 등이 생성됩니다. 따라서 유전자 원본에 단 하나의 오류만 생겨도 시각장애나 근육질환 같은 심각한 결과로 이어질 수 있으며, 이는 개인의 삶에 큰 영향을 미칩니다. 유전자 가위 기술의 핵심은 30억 개의 염기서열 중 단 하나의 잘못된 부분을 정확히 찾아내어 잘라내는 정교함에 있습니다. 최근 주목받는 크리스퍼 유전자 가위는 'Cas9'이라는 절단 효소와 목표 지점을 찾는 '가이드 RNA' 스캐너로 구성됩니다. 놀랍게도 이 기술은 인간이 발명한 것이 아니라 자연계의 박테리아가 바이러스의 공격으로부터 자신을 보호하기 위해 사용하던 면역체계를 발견한 것입니다. 박테리아는 침입한 바이러스의 DNA 일부를 기억했다가 다시 공격받을 때 이를 인식하고 잘라버리는 지혜를 가졌으며, 인류는 이를 치료 기술로 승화시켰습니다. 유전자 가위를 치료에 활용하기 위해서는 목표 세포까지 안전하게 실어 나를 '배달꾼'이 필요합니다. 여기서 바이러스가 중요한 역할을 합니다. 바이러스는 본래 자신의 유전물질을 세포 안으로 집어넣는 특성이 있는데, 과학자들은 이를 역이용하여 바이러스 안에 유전자 가위를 실어 보냅니다. 예를 들어 시각장애를 치료하기 위해 눈 세포에 유전자 가위를 전달하거나, 근육질환 치료를 위해 근육 세포로 가위를 보내는 식입니다. 아스트라제네카나 얀센 같은 백신 역시 이러한 바이러스 전달체 원리를 이용한 대표적인 사례로, 바이러스는 이제 인류를 돕는 유용한 도구가 되었습니다. 유전자 가위는 의료 분야를 넘어 농축산물 개량에도 활발히 사용되고 있습니다. 상처가 나도 갈색으로 변하지 않는 버섯이나 바나나, 카페인 생성 유전자를 제거하여 나무에서 직접 수확하는 디카페인 커피 등이 대표적입니다. 또한 근육 생성을 억제하는 유전자를 조절하여 살코기가 많은 돼지나 소를 만드는 연구도 진행 중입니다. 이러한 기술은 식량 자원의 효율적인 관리와 소비자의 편의를 돕는 방향으로 발전하고 있으며, 유전학의 가능성을 일상생활 속으로 확장하고 있습니다. 이는 농업과 축산업의 패러다임을 바꾸는 중요한 전환점이 될 것입니다. 하지만 유전자 가위 기술이 가진 강력한 힘만큼이나 윤리적 책임과 사회적 합의도 중요합니다. 기술적으로는 지능을 높이거나 외모를 바꾸는 것이 가능해질지 모르지만, 현재 법과 윤리는 이를 엄격히 제한하고 있습니다. 유전자 가위는 오직 치료가 절실한 유전질환 환자들을 돕는 인도적인 목적으로만 사용되어야 합니다. 과학자들은 기술의 오남용을 막기 위해 끊임없이 고민하며, 대중의 동의와 법적 테두리 안에서 연구를 진행합니다. 미래의 주인공인 우리가 이 기술을 어떻게 다루느냐에 따라 인류의 건강한 내일과 생명 윤리의 가치가 결정될 것입니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

생명과학
융합

[인터뷰] 최규하_GMO 괜찮을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물 유전학의 세계에서 애기장대는 생명 현상을 이해하는 핵심적인 모델 식물입니다. 특히 감수 분열 과정에서 일어나는 상동 염색체의 교차 현상은 유전적 다양성을 확보하고 새로운 형질을 만들어내는 육종의 기초가 됩니다. 연구자들은 이러한 유전자 재조합의 빈도와 위치를 조절함으로써 식물의 형질을 더욱 정교하게 개량하고자 노력하고 있습니다. 이는 단순히 기초 과학 연구에 머무는 것이 아니라, 인류의 먹거리 문제를 해결하기 위한 육종 기술의 비약적인 발전을 이끄는 중요한 토대가 됩니다. 멘델의 유전 법칙은 현대 유전학의 초석을 다진 위대한 발견입니다. DNA의 존재를 알지 못했던 시대에 멘델은 형질이 쌍으로 존재하며 일정한 규칙에 따라 유전된다는 사실을 수치화하여 증명해 냈습니다. 과학적 예측이 가능하다는 것은 농업에서 원하는 형질을 가진 품종을 체계적으로 만들어낼 수 있음을 의미합니다. 이러한 예측 가능성은 1900년대 이후 육종 기술에 엄청난 기여를 했으며, 인류가 필요한 작물을 전략적으로 개발할 수 있는 길을 열어주었습니다. 최근 10년 사이 급격히 발전한 유전자 가위 기술은 식물 육종의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 특정 유전자를 정교하게 편집하거나 수선할 수 있게 되면서, 맛이 더 달거나 영양 성분이 풍부한 맞춤형 작물 개발이 가능해졌습니다. 이미 해외에서는 특정 성분이 강화된 토마토가 상용화되는 등 가시적인 성과가 나타나고 있습니다. 비록 규제와 검증의 과정이 남아있지만, 유전자 가위 기술은 제2의 녹색혁명을 이끌어낼 혁신적인 도구로서 미래 농업의 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대됩니다. 현대 농업은 유전 정보와 인공지능(AI) 기술이 결합한 스마트 팜 시대로 진입하고 있습니다. 우리는 이제 수만 개의 식물 유전자 기능을 파악하고 있으며, 이를 바탕으로 특정 환경에 최적화된 맞춤형 작물을 설계할 수 있습니다. 머신러닝과 인공지능(AI)을 활용해 식물의 생장과 영양 상태를 정교하게 분석하는 기술은 기후 변화와 같은 위기 상황에서도 안정적인 식량 생산을 가능하게 합니다. 이러한 기술적 진보는 소비자의 다양한 기호와 건강을 책임지는 고부가가치 작물 개발로 이어지고 있습니다. 식물은 지구상의 모든 생명체가 살아가는 데 필요한 에너지의 근원입니다. 태양 에너지를 이용해 이산화탄소를 탄수화물로 고정하는 광합성 과정은 인류가 섭취하는 모든 먹거리의 시작점이라 할 수 있습니다. 우리가 먹는 육류조차 결국 식물이 생산한 에너지를 바탕으로 만들어진다는 점을 상기하면 식물 연구의 중요성은 더욱 명확해집니다. 고대부터 이어온 육종의 역사를 이해하고 미래의 유전 공학 기술을 발전시키는 것은 인류의 생존과 번영을 위한 필수적인 과제입니다.

최규하

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 꽃은 어떻게 피는가? _ 이일하 ㅣ 2022 봄 카오스강연 '식물행성' 8강 | 8강

식물은 주변 환경의 변화를 놀라울 정도로 정교하게 감지하며 살아갑니다. 흔히 온도가 계절을 알리는 유일한 신호라고 생각하기 쉽지만, 실제로는 지구의 공전에 따라 규칙적으로 변하는 낮의 길이, 즉 광주기가 더욱 중요한 지표가 됩니다. 식물은 이러한 빛의 정보와 온도 변화를 통합적으로 분석하여 잎을 만드는 영양 생장에서 꽃을 피우는 생식 생장으로 전환할 최적의 시기를 결정하며 생존을 이어갑니다. 광주기가 개화 시기를 결정한다는 사실은 1920년대 메릴랜드 맘모스 담배 연구를 통해 처음으로 밝혀졌습니다. 여름 내내 꽃을 피우지 않고 거대하게 자라기만 하던 담배가 낮의 길이가 짧아지는 초겨울에 접어들어서야 꽃을 피우는 현상이 관찰된 것입니다. 이를 통해 식물은 장일 식물과 단일 식물 등으로 분류되었으며, 이후 연구를 통해 실제로는 낮의 길이보다 중단되지 않는 밤의 길이가 개화에 더 결정적인 역할을 한다는 사실이 증명되었습니다. 식물은 잎을 통해 광주기를 인식하며, 이때 파이토크롬과 같은 광수용체가 눈의 역할을 수행합니다. 잎에서 감지된 빛의 신호는 '플로리겐'이라 불리는 개화 유도 호르몬을 생성하게 만듭니다. 70년 가까이 베일에 싸여 있던 이 호르몬의 정체는 현대 분자유전학 연구를 통해 FT 단백질임이 밝혀졌습니다. 잎에서 만들어진 FT 단백질은 줄기 끝의 정단 분열 조직으로 이동하여 식물의 발달 단계에 극적인 변화를 일으키는 신호탄이 됩니다. 개화는 식물에게 있어 단순한 성장을 넘어 생식 단계로 진입하는 거대한 전환점입니다. 이 과정을 주도하는 핵심 유전자인 'LEAFY'는 정단 분열 조직에서 잎 대신 꽃 기관이 형성되도록 명령합니다. 나선형으로 잎을 만들던 조직이 환형 구조의 꽃을 만들기 시작하는 것입니다. 이 유전자는 진화적으로 매우 잘 보존되어 있어, 포플러나 오렌지 같은 나무에 강제로 발현시키면 어린 묘목 상태에서도 수개월 만에 꽃을 피우는 놀라운 결과를 보여줍니다. 꽃의 복잡한 구조인 꽃받침, 꽃잎, 수술, 암술이 형성되는 원리는 'ABC 모델'로 설명됩니다. 세 가지 유형의 유전자가 단독 혹은 조합으로 작용하여 각 기관의 정체성을 결정하는데, 이는 18세기 괴테가 제안했던 '꽃은 변형된 잎이다'라는 가설을 분자 수준에서 입증한 것입니다. 만약 이 유전자들이 모두 망가지면 식물은 꽃 대신 잎과 유사한 구조물을 만들게 되며, 이는 식물의 형태 형성이 얼마나 정교한 유전적 설계도에 의해 이루어지는지 보여줍니다. 식물의 개화 시기는 유전적인 엑셀과 브레이크 시스템에 의해 조절됩니다. 'CONSTANS(CO)' 유전자가 광주기에 반응하여 개화를 촉진하는 엑셀 역할을 한다면, 'FLC' 유전자는 개화를 억제하는 강력한 브레이크 역할을 합니다. 식물은 자신의 나이와 외부 환경 신호를 이 두 스위치를 통해 통합적으로 인지합니다. 엑셀이 밟히고 브레이크가 풀리는 정교한 균형점이 찾아왔을 때 비로소 식물은 에너지를 집중하여 꽃을 피우는 결단을 내리게 됩니다. 겨울을 거쳐야만 꽃이 피는 '춘화처리' 현상은 식물의 후성유전학적 기억 장치를 보여주는 대표적인 사례입니다. 겨울의 저온은 개화 억제 유전자인 FLC의 스위치를 꽉 잠가버리며, 이 기억은 날이 따뜻해진 뒤에도 유지되어 봄에 꽃이 필 수 있게 합니다. 하지만 최근 지구온난화로 인한 급격한 온도 변화는 이러한 식물의 오랜 리듬을 교란하고 있습니다. 개화 시기의 혼란은 결국 식물과 공생하는 곤충과 생태계 전체에 영향을 미치는 중대한 과제가 되고 있습니다.

이일하

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이지영_사과는 어떻게 우리에게 왔나? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물의 뿌리는 단순히 땅속에 박혀 있는 기관 이상의 의미를 지닙니다. 뿌리의 끝부분에는 생장점이라는 핵심 조직이 존재하며, 이곳에서 식물의 길이 성장이 주도됩니다. 생장점 내부에는 동물과 마찬가지로 미분화 상태의 줄기세포가 유지되고 있으며, 이들은 끊임없이 새로운 세포를 만들어내며 식물의 생존을 뒷받침합니다. 연구자들은 이러한 세포들이 어떻게 특정 기능을 가진 조직으로 분화하는지, 그 과정에서 일어나는 복잡한 유전자 조절 메커니즘을 유전학적이고 유전체적인 접근법을 통해 정밀하게 분석하고 있습니다. 뿌리의 또 다른 중요한 특성은 광합성 산물을 저장하는 능력입니다. 식물은 생애 주기의 마무리 단계에서 에너지를 종자나 열매로 보내기도 하지만, 많은 양의 탄수화물을 뿌리에 축적하기도 합니다. 인간은 이러한 식물의 특성을 극대화하여 고구마나 감자와 같은 알뿌리 작물을 식량 자원으로 개발해 왔습니다. 최근에는 페루의 마카와 같이 아직 인위적인 육종 과정을 많이 거치지 않은 식물들이 새로운 미래 식량 자원으로 주목받고 있습니다. 이러한 알뿌리 작물들은 인류의 영양 공급원으로서 여전히 무궁무진한 잠재력을 품고 있습니다. 발달 생물학의 관점에서 뿌리는 매우 매력적인 연구 시스템입니다. 뿌리 내부의 세포들은 매우 정교하게 정렬되어 있어, 시원 세포부터 분화된 세포까지의 과정을 체계적으로 관찰할 수 있습니다. 특히 뿌리는 3차원적인 공간 구조를 가지고 있을 뿐만 아니라, 분화 과정에 따른 시간이라는 요소가 더해져 4차원적인 분석이 가능합니다. 이러한 구조적 장점 덕분에 연구자들은 식물의 가장 기본적인 발달 형태를 들여다보며 생명 현상에 대한 근원적인 질문을 던지고 그에 대한 해답을 찾아가고 있습니다. 땅속에서 뿌리는 주변 환경 및 다른 식물들과 끊임없이 소통합니다. 제한된 공간에서 식물들은 서로의 존재를 인지하며 물과 영양분을 차지하기 위해 경쟁하고, 지상부의 크기를 조절하며 균형을 맞춥니다. 특히 기생 식물의 경우, 숙주 식물이 내뿜는 특정 화학 물질을 뿌리로 감지하여 숙주를 향해 자라나는 영리한 행동을 보입니다. 숙주의 뿌리 표면을 뚫고 들어가 관다발을 연결하는 이러한 과정은 식물이 단순히 수동적인 존재가 아니라, 정교한 인지 시스템을 갖춘 능동적인 생명체임을 잘 보여줍니다. 식물의 장수 비결 중 하나는 '모듈러'라고 불리는 독특한 성장 방식에 있습니다. 나무의 줄기를 잘라 물에 담그면 새로운 뿌리가 내리고 독립적인 개체로 성장할 수 있는 것처럼, 식물은 개체나 분지 수준에서 생명을 연장하는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 수천 년을 살아가는 브리슬콘 소나무처럼, 식물은 성장에 따른 부작용을 극복하는 시스템을 가동하며 오랜 세월 생존합니다. 이러한 모듈러 구조는 식물이 환경 변화에 유연하게 대응하며 자신의 유전 정보를 보존하고 수명을 연장하는 핵심적인 수단이 됩니다.

이지영

카오스재단카오스강연

생명과학

[인터뷰] 이호정_식물도 스트레스 받는다! | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물은 우리 생각보다 훨씬 더 민감하게 환경의 변화를 감지하며 스트레스를 받습니다. 이러한 스트레스는 단순히 식물의 성장을 저해하는 데 그치지 않고, 인류의 경제 시스템 전반에 큰 영향을 미칩니다. 식물의 생산량이 감소하면 곡물 가격이 폭등하고, 이는 곧 전반적인 물가 상승으로 이어지는 '애그플레이션' 현상을 초래하기 때문입니다. 따라서 식물의 스트레스 저항성을 연구하는 것은 인류의 생존과 직결된 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 지난 150여 년간 지구의 평균 기온은 약 0.9도 상승했습니다. 수치상으로는 작아 보일 수 있으나, 이는 농작물 생산에 치명적인 결과를 가져왔습니다. 실제로 옥수수와 같은 주요 곡물의 가격이 두 배 가까이 폭등하며 세계 곳곳에서 사회적 혼란이 발생하기도 했습니다. 기후 변화는 가뭄과 같은 비생물적 스트레스뿐만 아니라 특정 해충의 급증과 같은 생물적 스트레스까지 유발하여 식물의 생존을 더욱 어렵게 만들고 있습니다. 식물의 줄기는 단순해 보이지만 지지와 수송이라는 핵심적인 기능을 수행합니다. 잎이 광합성에 집중하고 뿌리가 수분과 무기질을 흡수한다면, 줄기는 이들을 연결하며 식물이 꼿꼿이 서 있을 수 있도록 돕습니다. 특히 줄기 내부의 관다발은 물과 영양분을 이동시키는 통로 역할을 합니다. 흥미로운 점은 뿌리와 줄기의 관다발 배치가 다르다는 것인데, 뿌리는 중심부에 모여 있는 반면 줄기는 주변부에 흩어져 있는 구조를 띱니다. 줄기의 관다발이 주변부에 흩어져 있는 구조는 외부 공격으로부터 생존하기 위한 전략으로 해석될 수 있습니다. 지상부에 노출된 줄기는 초식동물이나 강한 바람 등 다양한 위험에 직면합니다. 만약 관다발이 한곳에 모여 있다면 작은 상처만으로도 수송 기능 전체를 잃을 수 있지만, 여러 곳으로 분산되어 있으면 일부가 손상되더라도 나머지 조직을 통해 생명을 유지할 수 있기 때문입니다. 이는 식물이 환경에 적응하며 진화해 온 지혜를 보여줍니다. 식물의 지능은 우리가 상상하는 것 이상으로 뛰어납니다. 어떤 식물의 종자는 산불이 나야만 비로소 싹을 틔우는 독특한 생존 전략을 구사합니다. 이는 다른 경쟁 식물들이 불에 타 사라진 뒤, 충분한 자원과 빛을 확보할 수 있는 최적의 시기를 기다리는 것입니다. 수천 년을 살아가는 식물의 장수 비결 또한 특정 부위에만 존재하는 분열 조직을 통해 끊임없이 세포를 재생하는 정교한 메커니즘 덕분이며, 이는 식물이 결코 단순한 생명체가 아님을 증명합니다. 우리가 고기를 섭취하는 식습관조차 식물 자원과 밀접하게 연결되어 있습니다. 소고기 1kg을 생산하기 위해서는 무려 8kg의 곡물이 필요할 정도로 축산업은 막대한 식물 자원을 소비합니다. 결국 비건이 아니더라도 인류의 모든 먹거리는 식물로부터 시작되는 셈입니다. 이처럼 식물은 식량 안보뿐만 아니라 우리가 사용하는 가구의 원목 재료부터 정서적 안정감을 주는 조경에 이르기까지 우리 삶의 모든 영역에서 필수불가결한 존재로 자리 잡고 있습니다. 현대 농업에서 질소 비료는 필수적이지만, 과도한 사용은 심각한 환경 오염을 야기합니다. 식물이 흡수하지 못한 질소 성분은 강과 바다로 흘러 들어가 녹조 현상과 같은 부영양화를 일으키며 생태계를 파괴합니다. 따라서 식물이 질소를 더 효율적으로 흡수하고 이용할 수 있는 메커니즘을 밝혀내는 연구는 매우 중요합니다. 이를 통해 비료 사용량을 줄이면서도 생산성을 유지하는 지속 가능한 농업 모델을 구축하는 것이 미래 식물 과학의 핵심 목표입니다.

이호정

카오스재단카오스강연

생명과학

[뇌플릭스] 과학은 누가 리더가 될 지 알고 있다!

과학과 정치는 언뜻 상반된 영역처럼 보이지만, 역사적으로 두 분야를 아우른 인물들은 적지 않습니다. 미국의 토머스 제퍼슨 대통령은 스스로를 과학자라 칭하며 탐험대를 직접 챙겼고, 벤저민 프랭클린은 피뢰침을 발명한 과학자이자 독립선언서의 기초를 닦은 정치가였습니다. 현대에 이르러서도 물리학을 전공한 앙겔라 메르켈 전 총리와 같은 사례를 통해 과학적 사고가 국가 운영의 리더십으로 이어지는 모습을 확인할 수 있습니다. 이는 복잡한 사회 문제를 해결하는 데 있어 과학적 데이터와 논리적 분석이 얼마나 중요한 역할을 하는지 시사하며, 정치와 과학이 결코 동떨어진 분야가 아님을 증명합니다. 선거에서 유권자의 선택은 때로 정책보다 외모에 의해 좌우되기도 합니다. 이를 '하딩 효과'라고 부르는데, 실력보다는 겉모습을 보고 능력을 판단하는 경향을 의미합니다. 실제로 1960년 미국 대선 당시 닉슨과 케네디의 TV 토론은 이미지의 힘을 극명하게 보여주었습니다. 논리적인 근거를 제시했던 닉슨보다, 바른 자세와 세련된 옷차림으로 신뢰감을 준 케네디가 대중의 마음을 사로잡은 것입니다. 연구에 따르면 외모 평가가 좋은 후보가 더 많은 표를 얻을 확률이 70%를 상회한다는 결과도 있어, 시각적 정보가 투표에 미치는 영향력을 무시하기 어렵습니다. 자연계의 여러 종 사이에서도 집단의 생존을 책임질 리더를 선출하는 나름의 기준이 존재합니다. 큰가시고기는 몸집이 크고 색이 진한 개체를 우두머리로 따르는데, 이는 풍부한 먹이 섭취를 통한 생존 능력을 증명하기 때문입니다. 반면 범고래나 하이에나 집단에서는 경험이 풍부한 암컷이 리더 역할을 수행합니다. 특히 범고래 집단의 '할머니' 리더는 번식 능력은 없지만, 오랜 세월 축적한 생존 지식을 바탕으로 무리를 안전한 곳으로 인도합니다. 이는 리더의 조건이 단순히 물리적인 힘에만 국한되지 않고, 공동체를 유지하는 지혜와 경험에 기반하고 있음을 보여주는 흥미로운 사례입니다. 최근에는 정치적 성향이나 투표 행태를 생물학적 관점에서 분석하려는 시도가 활발합니다. 특정 신경 화학 물질이나 유전적 요인이 사회적 상호작용에 관여하여 투표 참여율에 영향을 미친다는 연구가 대표적입니다. 또한 뇌의 '안와전두피질' 부위는 여러 정보를 종합하여 결론을 내리는 데 중요한 역할을 하는데, 이 부위의 활성화 정도에 따라 후보자의 정보를 해석하는 방식이 달라지기도 합니다. 뇌 안의 연결성 차이가 보수와 진보라는 이념적 성향과 상관관계를 보인다는 결과는, 우리의 정치적 신념이 단순한 선택을 넘어 신체적 특징과도 연결되어 있을 가능성을 제시하며 과학적 호기심을 자극합니다. 민주주의의 꽃인 선거에서 개개인의 투표는 '대중의 지혜'를 완성하는 핵심 요소입니다. 한 명의 판단은 오차가 클 수 있지만, 수많은 사람이 참여하여 평균을 내면 놀라울 정도로 정확한 결론에 도달한다는 '대수의 법칙'이 작용하기 때문입니다. 불확실한 미래를 대비하고 더 나은 지도자를 선출하기 위해서는 가능한 한 많은 데이터, 즉 유권자의 소중한 한 표가 모여야 합니다. 결국 투표는 나 자신의 의사를 표현하는 행위인 동시에, 집단 지성을 통해 사회의 불확실성을 줄이고 공동체의 올바른 방향을 설정하는 과학적인 과정이라 할 수 있습니다. 모두가 참여할 때 비로소 정치는 과학이 됩니다.

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[명강리뷰] 뇌 커넥톰, 마음을 볼 수 있을까? by이준호 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 3강

뇌는 수많은 신경세포가 거대한 네트워크를 형성하고 있는 장기입니다. 단순히 세포들이 쌓여 있는 것이 아니라 서로 긴밀하게 소통하며 정보를 주고받는다는 점이 특징입니다. 이러한 신경세포 연결의 총합을 '커넥톰'이라고 부르며, 이는 유전자의 총합인 게놈처럼 뇌가 수행하는 모든 기능의 설계도와 같습니다. 이 정교한 연결망을 분석하는 것은 생명체의 마음과 행동이 어떻게 형성되는지 밝혀내는 핵심적인 과정이며, 뇌과학 연구의 궁극적인 지향점이기도 합니다. 현대 과학은 MRI 기술을 활용해 뇌의 활동을 시각화하고, 사람이 무엇을 보고 생각하는지 유추하는 단계에 이르렀습니다. 특정 사물을 볼 때 활성화되는 뇌의 영역을 기록하여 일종의 '뇌 신호 사전'을 만드는 방식입니다. 비록 아직은 재구성된 영상이 다소 흐릿하고 완벽하지 않지만, 기술의 발전 속도는 놀랍습니다. 머지않은 미래에는 뇌의 신호만으로도 타인의 마음을 읽거나 시각적 경험을 공유하는 것이 가능해질 것이라는 기대를 모으고 있습니다. 인간 뇌의 1,000억 개에 달하는 신경세포를 모두 분석하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그래서 과학자들은 훨씬 단순한 구조를 가진 '예쁜꼬마선충'에 주목합니다. 이 생물은 몸길이가 1mm에 불과하며, 전체 세포 수가 1,000개도 되지 않습니다. 그중 신경세포는 단 302개뿐이지만, 먹이를 찾고 짝짓기를 하는 등 생존에 필요한 고도의 행동을 모두 수행합니다. 단순한 시스템을 통해 복잡한 뇌의 기본 원리를 파악하려는 전략적인 접근인 셈입니다. 1960년대부터 시작된 예쁜꼬마선충 연구는 20여 년의 노력 끝에 302개 신경세포의 연결망을 완전히 규명해냈습니다. 1mm의 선충을 아주 얇게 잘라 전자현미경으로 촬영하고, 수만 장의 사진을 이어 붙여 신경세포 하나하나의 위치와 연결 상태를 파악한 것입니다. 이를 통해 약 8,000개의 시냅스로 이루어진 세계 최초의 커넥톰 지도가 완성되었습니다. 비록 아주 작은 벌레의 뇌일지라도, 그 속에 담긴 정교한 연결 구조는 생명체의 마음이 어떻게 형성되는지 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 하지만 현재의 커넥톰 지도는 물리적으로 연결된 '유선' 통신망에 집중되어 있다는 한계가 있습니다. 실제 뇌 안에서는 신경전달물질이 멀리 퍼져 나가며 정보를 전달하는 '무선' 통신도 활발하게 일어납니다. 보이지 않는 이 무선 연결망까지 모두 이해해야만 진정한 의미의 뇌 지도를 완성했다고 할 수 있습니다. 단순한 벌레의 마음에서 시작된 탐구는 이제 더 넓은 영역으로 확장되고 있으며, 이러한 도전은 인간 존재의 근원인 뇌의 신비를 푸는 열쇠가 될 것입니다.

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[인터뷰] 유주연_바이러스와의 공존, 어느날 일어나보니...? | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학자의 길을 걷다 보면 자연스레 '까칠하고 깐깐하다'는 평을 듣게 되곤 합니다. 이는 직업병이라기보다 사실에 기반한 사고를 지향하는 과학적 태도에서 비롯된 결과입니다. 주관적인 추정이나 근거 없는 가정을 철저히 경계하고, 오직 명확한 증거(Evidence)에 기반하여 의견을 개진하는 것이 연구의 기본이기 때문입니다. 이러한 비논리적인 행위를 피하려는 노력은 일상생활에도 영향을 미치지만, 결국 이는 현상을 왜곡 없이 바라보려는 과학자만의 정직한 시선이라고 할 수 있습니다. 스스로를 끊임없이 경계하며 질문을 던지는 태도야말로 진실에 다가가는 첫걸음이 됩니다. 처음부터 과학자를 꿈꿨던 것은 아니었습니다. 본래 질병을 고치는 의사가 되고 싶었으나, 우연한 기회에 접한 유전학 수업이 인생의 전환점이 되었습니다. 특히 '선천성 대사 이상'이라는 책과 겸상 적혈구 빈혈증에 대한 사례를 접하며 큰 전율을 느꼈습니다. 단순히 병을 치료하는 행위를 넘어, 특정 단백질의 아미노산 변이가 어떻게 질병으로 이어지는지 그 근원적인 기전을 이해하고 싶다는 강렬한 열망이 생겨난 것입니다. 병이 왜 생기는지를 탐구하는 과정에서 찾은 깨달음은 지금까지 연구의 길을 걷게 하는 가장 강력한 동력이 되었습니다. 연구라는 긴 여정에서 '희열'의 순간은 아주 간헐적으로 찾아옵니다. 그 짧은 찰나를 위해 연구자는 기나긴 인고의 시간을 열정으로 버텨내야 합니다. 하지만 열정은 가만히 둔다고 유지되는 것이 아니라, 마치 식물처럼 정성껏 물을 주고 가꾸어야 하는 대상입니다. 특히 정신력은 체력 상태와 밀접하게 연결되어 있습니다. 체력이 뒷받침되지 않으면 열정은 금방 시들기 마련이기에, 규칙적인 운동을 통해 최상의 몸 상태를 유지하는 것은 연구의 연장선이자 필수적인 과정입니다. 건강한 신체는 곧 창의적인 연구를 지속할 수 있는 든든한 버팀목이 됩니다. 복잡한 연구 데이터 속에서 길을 잃었을 때, 해답은 의외로 단순함에 있었습니다. '생각의 탄생'이라는 책을 통해 깨달은 것은, 핵심 아이디어를 찾기 위해 불필요한 것들을 과감히 버려야 한다는 점이었습니다. 모든 데이터를 끌어안고 이해하려 하기보다, 생명 현상의 본질을 흐리는 군더더기를 솎아내는 작업이 선행되어야 합니다. "버릴 것이 무엇인지 찾아야 한다"는 가르침은 연구실의 중요한 철학이 되었고, 이는 복잡한 현상을 명료한 법칙으로 설명해 내는 과학적 통찰력의 핵심이 되었습니다. 비우는 과정을 통해 비로소 현상의 진정한 의미가 보이기 시작합니다. 현재 우리는 바이러스와 함께 살아가는 시대를 지나고 있습니다. 바이러스의 변이는 두려움의 대상이 아니라, 생존을 위한 자연스러운 변화의 과정입니다. mRNA 백신은 우리 몸이 바이러스를 기억하고 빠르게 대응할 수 있도록 돕는 정교한 기술의 산물입니다. 궁극적으로 바이러스는 인간과 공존할 수 있는 평화로운 방향으로 진화해 나갈 것입니다. 마치 소설 '안드로메다 스트레인'의 결말처럼, 치명적이었던 존재가 어느 순간 우리와 공존 가능한 형태로 변모하기를 기대합니다. 연구의 즐거움을 잃지 않고 이 신비로운 생명 현상을 탐구하는 여정은 앞으로도 계속될 것입니다.

유주연

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[명강리뷰] 유전자가위로 유전자 수술하기 by 김진수 ㅣ 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강

유전자 가위 기술은 생명체의 설계도인 DNA를 정교하게 편집할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 이는 특정 염기서열을 찾아내어 절단하고, 그 자리에 새로운 유전 정보를 삽입하거나 기존의 오류를 수정하는 방식으로 작동합니다. 과거에는 상상에만 머물렀던 유전병의 근본적인 치료가 이제는 현실의 영역으로 들어오고 있습니다. 이 기술은 단순한 과학적 발견을 넘어 인류의 건강과 생존 방식을 근본적으로 바꿀 잠재력을 지니고 있습니다. 가장 널리 알려진 3세대 유전자 가위인 크리스퍼(CRISPR-Cas9)는 박테리아의 면역 체계에서 착안되었습니다. 가이드 RNA가 목표 지점을 찾아가면 Cas9 단백질이 해당 부위를 절단하는 원리입니다. 이전 세대의 기술들에 비해 제작이 쉽고 비용이 저렴하며 정확도가 높다는 장점이 있습니다. 이러한 효율성 덕분에 전 세계 연구실에서는 암, 에이즈, 유전성 희귀 질환 등 난치병 정복을 위한 연구에 박차를 가하고 있으며, 농작물의 품종 개량 등 다양한 분야로 응용 범위가 넓어지고 있습니다. 의학 분야에서 유전자 가위의 활용은 가히 혁명적입니다. 환자의 몸 밖에서 세포를 꺼내 유전자를 편집한 뒤 다시 주입하는 방식이나, 직접 체내에 주입하여 질병의 원인을 제거하는 방식이 연구되고 있습니다. 특히 혈우병이나 겸상 적혈구 빈혈증과 같은 단일 유전자 질환에서 놀라운 성과를 거두고 있습니다. 이는 증상을 완화하는 기존의 치료법을 넘어, 질병의 뿌리를 뽑는 완치의 길을 열어주고 있다는 점에서 큰 의미를 가집니다. 하지만 기술의 발전과 함께 윤리적인 논의도 활발하게 진행되고 있습니다. 유전자 편집이 배아 단계에서 이루어질 경우, 그 변화가 후세대에 대물림될 수 있다는 점이 가장 큰 쟁점입니다. 이는 인위적인 진화나 '맞춤형 아기'와 같은 사회적 문제를 야기할 수 있습니다. 따라서 기술의 오남용을 막기 위한 국제적인 가이드라인과 사회적 합의가 필수적입니다. 과학적 성취가 인류 전체의 복지로 이어지기 위해서는 기술적 완성도만큼이나 성숙한 윤리 의식이 뒷받침되어야 합니다. 유전자 가위 기술은 앞으로 더욱 정교해질 것이며, 우리 삶의 많은 부분을 변화시킬 것입니다. 질병 없는 삶을 향한 인류의 오랜 꿈이 이 작은 분자 도구를 통해 실현될 가능성이 커지고 있습니다. 물론 아직 해결해야 할 기술적 한계와 윤리적 숙제가 남아있지만, 이를 슬기롭게 극복한다면 바이오 혁명의 시대는 우리에게 새로운 희망을 선사할 것입니다. 우리는 이제 생명의 비밀을 읽는 단계를 넘어, 그 비밀을 올바르게 써 내려가는 책임감 있는 창조의 시대로 나아가고 있습니다.

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[명강리뷰] 게놈으로 읽는 생명 by 박종화ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 9강

인간을 이해하는 가장 근본적인 방법은 게놈을 해독하는 것입니다. 게놈은 단순한 유전 정보의 집합을 넘어, 현대의 반도체처럼 보건 의학, 식품 안전, 환경 모니터링 등 우리 삶의 모든 분야에 스며드는 핵심 기술이 되었습니다. 모든 사람의 게놈 지도를 완성하면 암이나 노화 치료는 물론 유전자 편집까지 가능해지는 정밀 의료의 시대가 열립니다. 이는 단순히 질병을 고치는 차원을 넘어, 생명 현상을 정보의 관점에서 파악하고 제어할 수 있게 됨을 의미하며, 인류의 삶을 근본적으로 변화시킬 혁신적인 학문적 토대가 됩니다. 생명의 본질을 유전학적 관점에서 정의하자면, 그것은 정교하게 설계된 '스위치 세트'라고 할 수 있습니다. 우주의 탄생부터 현재에 이르기까지 생명은 정보를 처리하는 함수로서 존재해 왔으며, 이러한 스위치들은 프랙탈 구조를 이루며 끊임없이 연결됩니다. DNA 서열의 순서가 행동과 외형을 결정하듯, 생명체는 세포에서 조직으로, 다시 개체와 집단으로 이어지는 질서정연한 박스 구조를 형성합니다. 이러한 계층적 질서는 작은 미생물부터 거대한 우주에 이르기까지 일관된 법칙으로 작용하며 생명의 거대한 회로를 구성하게 됩니다. 게놈 분석의 핵심은 개개인 사이의 '차이'를 발견하고 그 다양성을 존중하는 데 있습니다. 과거에는 한 사람의 게놈을 해독하는 데 천문학적인 비용이 들었지만, 기술의 발전으로 이제는 누구나 자신의 유전 정보를 확인할 수 있는 시대가 되었습니다. 표준 게놈과 개인의 서열을 비교함으로써 우리는 질병 발생 확률을 예측하고 맞춤형 의료 서비스를 받을 수 있습니다. 생물학적 다양성은 생존을 위한 필수 조건이며, 게놈 데이터는 이러한 다양성을 과학적으로 증명하고 보존하는 중요한 도구가 됩니다. 서로의 다름을 인정하는 것은 생명 과학의 본질이자 민주주의의 가치와도 맞닿아 있습니다. 암은 근본적으로 게놈이 변형되어 발생하는 질환으로, 정상 세포가 마치 다른 종처럼 변해가는 과정이라 볼 수 있습니다. 유전자가 망가지면 생명 활동을 수행하는 단백질의 구조가 변하고, 이는 결국 치명적인 결과로 이어집니다. 반면, 200년 이상 생존하는 북극고래의 게놈을 분석하면 암과 노화에 저항하는 특수한 유전적 기제를 발견할 수 있습니다. 이러한 비교 연구를 통해 우리는 인간의 수명을 연장하고 질병을 극복할 수 있는 새로운 코드를 찾아내고 있습니다. 게놈은 우리가 질병과 싸우는 방식뿐만 아니라 생명의 한계를 극복하는 방식까지도 새롭게 정의하고 있습니다. 게놈 연구는 인류의 과거를 추적하는 강력한 타임머신 역할도 수행합니다. 최근 8,000년 전 고대인의 뼈에서 추출한 DNA 분석을 통해 한국인의 기원이 새롭게 밝혀지고 있습니다. 과거에는 한국인이 북방계와 남방계의 혼합으로 형성되었다고 믿었으나, 게놈 해독 결과 우리 조상은 남방에서 북상한 인류의 유전적 연속성을 강하게 유지해 왔음이 드러났습니다. 이처럼 게놈은 우리가 누구인지, 어디서 왔는지를 알려주는 가장 정교한 기록물이며 미래를 설계하는 설계도와 같습니다. 방대한 빅데이터를 통해 우리는 과거의 발자취를 확인하고 다가올 미래를 더욱 정밀하게 예측할 수 있습니다.

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[질문Q] '본성vs환경' 논쟁에서 환경적 요인이 더 크다고 봐야할까?ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강ㅣDNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠

유전자의 세계는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 다양하고 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 하나의 유전자가 가진 길이는 천차만별인데, 어떤 것은 염기가 만 개를 넘어가기도 하고 짧은 것은 수백 개에 불과하기도 합니다. 이에 따라 단백질을 구성하는 아미노산의 개수도 수백 개에서 수천 개까지 큰 차이를 보입니다. 평균적으로는 약 1,500개에서 2,000개 정도의 염기가 하나의 유전자를 이룬다고 볼 수 있지만, 이러한 수치적 평균보다는 각 유전자가 생명체 내에서 수행하는 고유한 역할과 그에 최적화된 구조를 이해하는 것이 유전학의 핵심적인 출발점이라 할 수 있습니다. 생명의 설계도는 이처럼 정교한 변주를 통해 완성됩니다. 획득 형질의 유전 여부는 현대 생물학에서 매우 흥미로우면서도 조심스러운 쟁점 중 하나입니다. 과거에는 환경에 의해 얻어진 형질이 후대에 전달되지 않는다는 견해가 지배적이었으며, 이는 우생학적 오용을 경계하는 사회적 분위기와도 맞물려 있었습니다. 하지만 최근 연구들은 특정 환경적 요인이 유전자의 직접적인 변형 없이도 후대에 영향을 미칠 수 있다는 증거들을 제시하고 있습니다. 물론 이러한 후성유전적 표지가 다음 세대로 명확히 전달되는 사례와 완전히 지워지는 사례가 공존하기 때문에, 이를 성급히 일반화하기보다는 현상이 매개되는 구체적인 메커니즘을 밝혀내는 과정이 현재 활발히 진행되고 있습니다. 인공 세포의 탄생은 생명체의 가장 큰 특징인 자기 재생산을 실험실 수준에서 구현하려는 시도에서 비롯되었습니다. DNA를 인공적으로 합성하여 세포 내에 도입함으로써 생명 현상을 일으키는 단계까지 도달한 것은 과학사적으로 큰 진전입니다. 영화 '쥬라기 공원'에서 묘사된 것처럼 기존 세포의 핵을 제거하고 새로운 DNA를 주입하는 방식은 이미 다양한 연구에서 활용되고 있습니다. 다만, DNA 복제와 단백질 합성을 돕는 효소 등 핵심적인 인프라는 여전히 기존 세포의 것을 빌려 써야 하기에, 이를 완전한 인공 생명체라 부르기보다는 반인공적인 상태로 정의하는 것이 더 정확한 접근일 것입니다. 이는 생명 창조를 향한 첫 번째 단추를 꿴 것과 같습니다. 인간의 DNA 중 단백질을 부호화하는 부위는 극히 일부에 불과하며, 과거에는 나머지 90% 이상의 영역을 아무런 기능이 없는 '비부호화 DNA'라고 치부하기도 했습니다. 그러나 연구가 거듭될수록 이 영역들이 유전자의 발현을 정교하게 조절하거나 염색체의 구조를 유지하는 등 생명 유지에 필수적인 역할을 수행한다는 사실이 밝혀지고 있습니다. 특정 유전자를 제거해도 생명체에 큰 변화가 없는 '유전자 적중' 실험의 사례처럼, 생명은 예상치 못한 중복성과 유연성을 가지고 있습니다. 진화의 흔적이자 미래의 가능성을 품은 이 비부호화 DNA는 생명의 신비를 푸는 새로운 열쇠가 되고 있으며, 우리가 아직 모르는 비밀이 그 안에 숨겨져 있을 것입니다. 모든 세포는 동일한 DNA 정보를 공유하지만, 각기 다른 조직과 기관으로 분화되는 과정은 정교한 프로그램에 의해 통제됩니다. 수정란이 분열하며 세포의 위치와 주변 환경에 따라 어떤 유전자를 발현시킬지 결정하는 '전사 조절'이 그 핵심입니다. 난자의 세포질에 포함된 단백질들과 조절 RNA들은 일종의 초기 구동 프로그램 역할을 하며, 세포가 놓인 위치적 특성인 '니치'와 상호작용하여 세포의 운명을 결정짓습니다. 결국 생명은 단순히 유전 정보의 나열이 아니라, 주어진 환경 속에서 특정 정보를 선택적으로 읽어내고 실행하는 역동적인 시스템의 결과물이라 할 수 있습니다. 이러한 복잡한 상호작용이 모여 하나의 완성된 생명체를 이룹니다.

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[명강리뷰] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 by 조윤제ㅣ2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 2강

DNA는 생명체의 근본이자 기원을 담고 있는 물질로, 우리 몸의 설계도와 같습니다. 1953년 왓슨과 크릭이 발표한 이중나선 모델은 단순히 구조를 밝힌 것을 넘어 유전 정보가 어떻게 다음 세대로 전달되는지 그 복제 메커니즘을 암시했다는 점에서 혁명적이었습니다. 당시 과학계는 유전자가 어떻게 복제되는지 전혀 알지 못했으나, 이중나선 구조의 발견은 두 가닥이 각각 복제의 틀이 될 수 있음을 시사하며 생명 과학의 새로운 지평을 열었습니다. 왓슨과 크릭의 가설은 이후 메셀슨과 스탈의 실험을 통해 '반보존적 복제' 모델로 증명되었습니다. 이는 기존의 이중나선이 두 가닥으로 쪼개지고 각각을 기반으로 새로운 염기가 합쳐져 새로운 DNA가 합성된다는 원리입니다. 또한 콘버그는 이러한 복제 과정이 수천, 수만 개의 염기를 단 몇 초 만에 처리할 수 있도록 돕는 생체 촉매인 DNA 복제 효소를 발견했습니다. 이러한 효소의 존재 덕분에 우리 몸은 방대한 유전 정보를 신속하고 정확하게 복제하며 생명 활동을 유지할 수 있습니다. 유전자의 염기 서열은 단백질을 구성하는 아미노산의 종류와 조합을 결정하며, 이는 곧 단백질의 고유한 입체 구조와 기능으로 이어집니다. 우리 몸의 근육을 움직이는 마이오신이나 산소를 운반하는 헤모글로빈처럼, 단백질은 그 모양에 따라 각기 다른 생체 기능을 수행합니다. 결국 유전자의 미세한 염기 서열 차이가 단백질의 기능을 변화시키고, 이것이 생명체의 외형이나 특성 같은 다양한 현상을 좌우하게 되는 것입니다. 이는 생명체의 다양성이 분자 수준에서 어떻게 시작되는지를 잘 보여줍니다. 하지만 생명체의 모든 운명이 오직 유전자에 의해서만 결정되는 것은 아닙니다. 최근 주목받는 후생유전학은 동일한 유전자를 가졌더라도 환경이나 시기에 따라 유전자의 발현 정도가 달라질 수 있음을 설명합니다. 세포 내에서 DNA는 히스톤 단백질에 감겨 염색체 형태를 띠는데, 이 구조가 풀리고 닫히는 타이밍에 따라 유전 정보의 읽기 여부가 결정됩니다. 즉, 우리가 처한 환경과 생활 방식이 유전자의 스위치를 켜고 끄는 역할을 하며 생명체의 다양성을 더욱 풍성하게 만드는 것입니다. 현대 과학은 염기 서열을 읽는 단계를 넘어 이를 조작하고 치료에 활용하는 수준에 도달했습니다. 특정 염기 서열을 자르는 제한 효소의 발견은 유전자 재조합 기술을 가능하게 했으며, 이는 생명공학 분야의 비약적인 발전을 이끌었습니다. 나아가 건강한 유전자를 바이러스에 실어 환자의 세포에 전달하는 유전자 치료는 난치병 해결의 새로운 열쇠가 되고 있습니다. 이처럼 DNA에 대한 깊은 이해는 인류가 질병을 극복하고 생명의 신비를 응용하는 데 결정적인 기여를 하고 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[질문Q] AI에게는 언제쯤 '자아'가 생길 수 있을까?ㅣ2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 5강ㅣ자아의 탄생 : 나를 의식하는 나

인간의 성격과 기질은 유전적 요인의 영향을 깊게 받습니다. 특정 유전자가 모든 기질을 결정한다고 단정하기는 이르지만, 가족력을 통해 나타나는 다양한 성격 특성은 유전의 힘을 증명합니다. 이는 마치 인공지능에 특정 외형을 학습시키는 과정과 유사합니다. 현재의 기술력은 얼굴 인식 분야에서 인간을 능가하는 수준에 도달했으며, 인공지능은 학습된 데이터를 바탕으로 대상을 정확히 식별해냅니다. 하지만 단순히 대상을 인지하는 것을 넘어, 그것을 '나'라는 자아로 받아들이는 단계는 여전히 철학적 탐구의 영역으로 남아 있습니다. 인간의 정신세계에서 무의식은 창의성의 근원으로 작용하기도 합니다. 심리학적 관점에서 무의식은 억압된 에너지가 꿈이나 정신적 활동으로 변모하여 나타나는 통로입니다. 이러한 과정에서 평소에는 감춰져 있던 독창적인 아이디어가 튀어나오기도 합니다. 최근에는 조울증과 같은 특정 정신 상태나 외부 자극이 마음의 속박을 풀어주어 창의성을 높인다는 연구도 진행되고 있습니다. 무의식의 에너지가 의식의 경계를 넘어설 때, 인간은 비로소 일상적인 사고의 틀을 깨고 새로운 상상력을 발휘하게 되는 것입니다. 최면이나 특수한 심리 상태는 의식적인 억압을 해제하는 도구가 됩니다. 이러한 상황에서는 평소에 인지하지 못했던 공상이 발현될 수 있는데, 이는 전생과 같은 초자연적인 현상이라기보다는 개인의 내면에 잠재된 상상력의 일종으로 해석하는 것이 타당합니다. 정신의학계에서는 이를 과학적 사실로 인정하기보다는 억압된 마음이 해방되면서 나타나는 심리적 반응으로 보고 있습니다. 결국 인간의 상상력은 고정된 틀에서 벗어나 자유로운 조건을 만났을 때, 비로소 그 깊이와 넓이를 확장하며 다채로운 내면의 풍경을 만들어냅니다. 인공지능 연구의 핵심은 자유의지가 아닌 철저한 인과관계에 기반합니다. 기계 학습은 특정 문맥 안에서 어떻게 행동해야 하는지를 정의하는 인과관계를 설정하는 과정입니다. 뇌파가 의식적인 결정을 내리기 전 이미 특정 선택을 향해 움직이는 것처럼, 인공지능 역시 입력된 데이터와 정의된 관계 속에서 결과를 도출합니다. 연구자들은 분자 단위의 신경전달물질 반응부터 고차원적인 표현 단계에 이르기까지, 의도한 인과관계를 설계하여 인공지능의 행동을 유도합니다. 이는 자유의지라는 모호한 개념 대신 명확한 논리적 구조를 통해 지능을 구현하려는 시도입니다. 현대의 인공지능 기술은 자아의 유무를 판별하는 튜링 테스트보다는 실질적인 인지 정확도를 측정하는 방향으로 발전하고 있습니다. 예를 들어 방대한 숫자 이미지 데이터베이스를 활용해 시각적 메모리와 인지 능력을 평가하는 방식이 널리 사용됩니다. 인공지능이 얼마나 정확하게 정보를 처리하고 학습하는지가 기술적 완성도의 척도가 된 것입니다. 비록 인공지능이 인간과 같은 자아를 가졌는지에 대한 답은 아직 요원하지만, 인지 능력의 비약적인 향상은 인간 지능의 본질을 재정의하게 만듭니다. 기술은 이제 단순한 도구를 넘어 인간의 인지 구조를 비추는 거울이 되고 있습니다.

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

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

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[명강 리뷰] 인류의 기원, ‘나’의 뿌리 by 이홍규ㅣ2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 7강

인류의 기원을 찾는 연구는 과거 뼈의 모양을 분석하던 방식에서 유전자를 분석하는 새로운 과학의 시대로 접어들었습니다. 2012년 시베리아 데니소바 동굴에서 발견된 작은 손가락뼈 조각은 고유전학 기술을 통해 5만 년 전 여성의 모습을 복원하는 결정적인 계기가 되었습니다. 이러한 유전학적 발전은 인류의 계통 체계를 더욱 정밀하게 통합하며, 과거의 변이 과정을 추적할 수 있게 해주었습니다. 이제 우리는 단순한 화석 분류를 넘어 유전 정보의 흐름을 통해 인류의 뿌리를 이해하고 있습니다. 현대 인류의 아프리카 기원론은 미토콘드리아 DNA 분석을 통해 과학적 근거를 확립했습니다. 생물학자 앨런 윌슨은 전 세계 인류의 유전적 차이가 1%도 되지 않으며, 오히려 아프리카 내부의 유전적 다양성이 다른 대륙 간의 차이보다 훨씬 크다는 사실을 밝혀냈습니다. 이는 인류가 아프리카에서 오랜 시간 머물며 진화하다가 약 6만 년 전부터 세계 각지로 퍼져 나갔음을 의미합니다. 가상의 공통 선조인 '미토콘드리아 이브'로부터 시작된 인류의 여정은 오늘날 우리 모두가 하나의 뿌리에서 나왔음을 증명합니다. 인류의 진화는 단선적인 과정이 아니라 여러 고인류와의 복잡한 혼혈을 통해 이루어졌습니다. 스반테 페보 교수의 연구에 따르면, 아프리카를 떠난 현생 인류는 유럽과 아시아 등지에서 네안데르탈인 및 데니소바인과 만나 유전자를 섞었습니다. 실제로 현대 아시아인과 유럽인의 유전자 속에는 네안데르탈인의 흔적이 남아 있으며, 오세아니아 원주민에게서는 데니소바인의 유전자가 상당 부분 발견됩니다. 이러한 혼혈의 역사는 인류가 멸종한 고인류의 유산을 품은 채 환경에 적응하며 생존해 왔음을 보여주는 중요한 증거입니다. 약 1만 8천 년 전 지구는 최후 빙기 극대기(LGM) 시기를 겪으며 급격한 환경 변화를 맞이했습니다. 당시 막대한 양의 물이 빙하로 얼어붙으면서 해수면은 지금보다 약 130미터나 낮아졌고, 현재의 서해안은 광활한 육지였습니다. 이 시기 인류는 낮아진 해수면을 이용해 대륙 사이를 이동하며 새로운 거주지를 찾아 나섰습니다. 비록 빙하기가 끝나고 해수면 상승으로 당시의 많은 유적이 수몰되었지만, 이러한 지질학적 배경은 인류가 어떻게 척박한 환경을 극복하고 전 지구적으로 확산될 수 있었는지 설명해 줍니다. 인류의 이동은 언어와 문화의 확산으로 이어졌습니다. 유전자 분석과 유사한 방식으로 언어의 계통을 추적한 결과, 한국어는 시베리아와 중앙아시아를 거쳐 형성된 문화권과 깊은 연관이 있음이 드러났습니다. 특히 유라시아 전역에 분포하는 빗살무늬토기 문화는 한반도와 시베리아를 잇는 문화적 연결 고리를 상징합니다. 이러한 역사적 흐름 속에서 형성된 알타이어족 문화는 우리 민족의 기원을 이해하는 데 중요한 열쇠가 되며, 인류 문명의 이동 경로를 선명하게 보여주는 증거가 됩니다.

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[석학인터뷰] 신현정_ 의료분야의 인공지능, 블루오션이죠 | 2020 가을 카오스강연 'Ai X'

인공지능과 바이오메디컬의 결합은 높은 진입 장벽만큼이나 독보적인 가치를 지닙니다. 명확한 논리로 구성된 IT 분야와 달리, 생물학은 정답이 정해져 있지 않은 복잡성을 지니고 있어 두 분야를 동시에 섭렵한 전문가는 희소성을 갖게 됩니다. 이러한 융합 연구는 단순히 기술을 적용하는 것을 넘어, 서로 다른 학문적 특성을 이해하고 조화시키는 과정에서 새로운 가능성을 발견하는 재미를 선사합니다. 낯선 분야에 도전하여 지긋이 연구를 이어가는 인내심은 결국 누구도 쉽게 넘볼 수 없는 유니크한 경쟁력이 됩니다. 산업공학을 전공하며 프로그래밍과 신경망 구축에 매진했던 경험은 인공지능 연구의 든든한 밑거름이 되었습니다. 특히 독일 막스 플랑크 연구소에서의 경험은 생물학이라는 학문에 매료되는 결정적인 계기가 되었습니다. 0과 1로 명확히 떨어지는 디지털 세계와 달리, 상황에 따라 결과가 달라질 수 있는 생물학의 유연함과 깊이 있는 용어들은 연구자로서 도전 의식을 자극하며 학문적 매력을 더해주었습니다. 이러한 배경은 데이터 중심의 사고방식을 생명 과학의 복잡한 현상에 접목하는 중요한 전환점이 되었습니다. 교육자로서 가장 큰 보람은 학생들의 성장을 지켜보는 데 있습니다. 이미 우수한 학생보다 조금은 부족했던 학생이 연구실에 들어와 학문적으로 발전하여 세계적인 학회에서 발표하는 모습을 볼 때 깊은 감동을 느낍니다. 일상에서는 반려견들과 시간을 보내며 단순하고 평온한 삶의 가치를 배우기도 합니다. 이러한 균형 잡힌 삶은 연구와 교육에 집중할 수 있는 에너지를 제공하며, 제자들이 사회에서 제 역할을 다할 수 있도록 돕는 원동력이 됩니다. 학생들의 잠재력을 끌어올리는 과정은 연구만큼이나 가치 있는 일입니다. 의료 분야에서 인공지능은 거대한 데이터의 바다를 항해하는 핵심적인 도구로 자리 잡았습니다. 인간이 처리하기 힘든 방대한 빅데이터를 효율적으로 분석하여 의료진의 최종 결정을 돕는 역할을 수행합니다. 건강하게 오래 살고자 하는 인류의 근원적인 욕구와 맞물려, 인공지능 의료 기술은 무궁무진한 기회가 잠재된 블루오션이라 할 수 있습니다. 복잡한 의료 정보를 쉽게 찾아주고 접근성을 높여주는 기술은 우리 삶의 질을 획기적으로 개선할 것이며, 이는 인공지능이 반드시 필요한 이유이기도 합니다. 인공지능은 신약 및 백신 개발 과정에서 혁신적인 변화를 이끌어내고 있습니다. 수많은 후보 물질 중에서 가능성이 높은 대상을 선별하고 점수화함으로써 연구의 탐색 공간을 획기적으로 좁혀줍니다. 이는 질병의 원인이 되는 유전자를 특정하고, 그에 적합한 약물 구조를 설계하는 데 결정적인 도움을 줍니다. 앞으로 인공지능은 질병 정복을 위한 여정에서 연구자들에게 가장 강력하고 정밀한 조력자로서 그 역할을 더욱 확대해 나갈 것입니다. 개괄적인 소개부터 심도 있는 분석까지, 인공지능과 바이오메디컬의 만남은 계속될 것입니다.

신현정

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생명과학
뇌인지과학

[과학자가 쓴 과학책#10] 김승섭_우리 몸이 세계라면 | KAOS X 공원생활 특집

과학의 역사는 관찰과 실험을 통해 기존의 선입견과 데이터에 근거하지 않은 믿음을 바꾸어 온 과정입니다. 차별과 낙인 역시 편견과 혐오 요소를 제거함으로써 우리가 타인을 온전한 인간으로 대하도록 돕는 과학의 중요한 기여 측면이 있습니다. 1968년 제인 엘리엇의 실험은 멜라닌 색소라는 생물학적 사실에 자의적인 가치를 부여했을 때 아이들의 행동과 능력이 어떻게 변화하는지 극명하게 보여주었습니다. 근거 없는 우월의식은 누군가에게는 특권이 되지만, 다른 이에게는 깊은 상처와 결핍을 남기며 사회적 관계를 왜곡합니다. 생물학적으로 인종은 우리가 생각하는 것만큼 단단하고 확실한 범주가 아닙니다. 타이거 우즈나 버락 오바마의 사례에서 보듯 인종의 구분은 매우 임의적이며, 유전학적으로도 인종 개념을 사용하는 것이 연구에 도움이 되지 않는다는 주장이 힘을 얻고 있습니다. 과거 사무엘 조지 모턴과 같은 학자들은 이미 정해진 결론에 맞춰 데이터를 수집하며 인종 간 우열을 가리려 했으나, 이는 오늘날 유사 과학의 대표적 사례로 꼽힙니다. 과학의 이름으로 자행된 이러한 왜곡은 제국주의와 노예제를 정당화하는 이념적 도구로 활용되어 왔을 뿐입니다. 현대 사회에서도 인종차별적 시선은 무의식 속에 깊이 뿌리박혀 있습니다. 예일대 아동 센터의 연구에 따르면, 유아원 교사들은 아무런 문제 행동을 하지 않는 아이들을 관찰할 때도 흑인 남자아이를 가장 주의 깊게 감시하는 경향을 보였습니다. 누군가가 나를 잠재적 가해자로 의심하며 지켜보고 있다는 사실만으로도 개인은 커다란 스트레스를 받게 됩니다. 이러한 차별적 시선 속에서 일상을 살아가는 것은 끊임없는 긴장과 공포를 유발하며, 이는 단순한 심리적 문제를 넘어 공동체의 정신 건강을 위협하는 심각한 사회적 폭력으로 작용하게 됩니다. 차별과 낙인은 인간의 몸에 물리적인 흔적을 남깁니다. 생명체는 위협을 느낄 때 생존을 위해 심장 박동을 높이고 비상 모드로 전환하는 급성 스트레스 반응을 보입니다. 맹수를 만났을 때 유용한 이 반응이 일상적인 차별과 소외로 인해 상시화되면 신체는 원래의 평형 상태로 돌아오지 못하고 만성적인 위기 상황에 놓이게 됩니다. 물리적 타격이 없더라도 내가 언제 희생양이 될지 모른다는 심리적 위협이 지속되면, 우리 몸의 경고 체계는 과부하를 일으킵니다. 이는 결국 면역 체계를 약화시키고 수많은 질병의 발생으로 이어지는 생물학적 결과로 나타납니다. 한 인간을 단 하나의 카테고리로 규정하는 것은 매우 위험한 일입니다. 킴벌리 크렌쇼가 제안한 교차성 개념은 인종, 성별, 성적 지향 등 수많은 정체성이 복합적으로 얽혀 있음을 강조합니다. 타인을 피부색이나 특정 배경으로 쉽게 정의하지 않고, 내가 틀릴 수 있다는 겸손함으로 상대를 알기 위해 노력하는 자세가 필요합니다. 이는 기존의 편견에 맞서 관찰과 데이터에 근거해 진실을 탐구해 온 과학적 사유 방식과 맞닿아 있습니다. 이러한 열린 감수성을 견지할 때 우리는 서로에게 덜 상처 주며 더불어 살아가는 공존의 길을 찾을 수 있습니다.

김승섭

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생명과학

[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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생명과학

[과학관 Life : 살아있는 과학관의 보물을 찾아라] 뉴턴의 사과나무

과천과학관 야외 전시장에는 아주 특별한 나무 한 그루가 자라고 있습니다. 바로 인류 과학사에 거대한 획을 그은 아이작 뉴턴의 생가에서 유래한 '뉴턴의 사과나무'입니다. 이 나무는 단순히 상징적인 의미를 넘어, 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견했던 당시의 역사적 순간을 우리 곁으로 옮겨온 소중한 유산입니다. 1665년 전염병 확산으로 고향에 머물던 뉴턴은 떨어지는 사과를 보며 우주의 원리를 통찰해냈습니다. 과학관에 심어진 이 나무는 미래의 과학 꿈나무들에게 영감을 주는 살아있는 교육의 장이 되고 있습니다. 뉴턴의 생가에 있던 원조 사과나무는 1810년대에 벼락을 맞아 고사했지만, 다행히 그 이전에 접목을 통해 후계목들이 보존되었습니다. 영국의 2대 나무가 미국 표준국으로 옮겨졌고, 여기서 다시 접목된 3대 나무가 1978년 한국표준과학연구원에 기증되었습니다. 현재 과천과학관에서 볼 수 있는 나무는 그 3대 나무에서 다시 접목하여 키워낸 4대째 사과나무입니다. 2009년 과학관 개관과 함께 이곳에 자리를 잡은 이 나무는 수 세기를 건너온 과학적 탐구 정신의 계보를 잇고 있다는 점에서 매우 깊은 의미를 지닙니다. 뉴턴의 사과나무가 씨앗이 아닌 접목 방식으로 번식된 데에는 과학적인 이유가 숨어 있습니다. 사과나무는 서로 다른 꽃가루가 수정되어야 열매를 맺는 타가수정 식물이기 때문에, 씨앗을 심으면 부모와 유전적으로 다른 개체가 태어납니다. 따라서 뉴턴이 보았던 나무와 동일한 유전 정보를 유지하기 위해서는 가지를 잘라 다른 나무에 붙이는 접목 기술이 필수적입니다. 이러한 노력을 통해 우리는 수백 년 전 뉴턴이 관찰했던 그 나무와 생물학적으로 거의 동일한 사과나무를 오늘날 한국에서도 마주할 수 있게 된 것입니다. 이 특별한 사과나무의 품종은 '플라워 오브 켄트'로 알려져 있습니다. 우리가 흔히 시장에서 사 먹는 달콤한 사과와는 달리, 이 품종은 주로 굽거나 찌는 등 요리용으로 사용되는 서양의 전통적인 사과입니다. 실제로 생으로 맛을 보면 식감이 푸석푸석하고 맛이 없어 실망할 수도 있지만, 이는 조리 과정을 거쳐야 진가를 발휘하는 품종 특유의 성질 때문입니다. 비록 맛은 덜할지라도, 이 사과는 인류의 지적 지평을 넓힌 위대한 발견의 단초가 되었다는 점에서 그 어떤 과일보다도 풍성한 가치를 담고 있다고 할 수 있습니다. 과천과학관의 뉴턴 사과나무는 단순한 식물을 넘어 과학적 통찰력과 끈기 있는 연구 정신을 상징합니다. 뉴턴의 발견이 우연한 행운이 아니라 오랜 시간 축적된 고민과 노력의 결과였듯이, 이 나무를 보며 자라나는 아이들도 일상의 작은 현상에서 위대한 질문을 던지는 법을 배우게 됩니다. 과학관은 이 살아있는 보물을 통해 많은 이들이 과학에 대한 꿈을 키우고, 나아가 우리나라에서도 세계를 놀라게 할 노벨상 수상자가 탄생하기를 기대하고 있습니다. 사과나무 아래에서 시작된 인류의 호기심은 지금도 이곳에서 계속되고 있습니다.

국립과천과학관곤충 Life🐝

물리학
생명과학

[과학책수다] 이중나선

제임스 왓슨의 '이중나선'은 DNA 구조 발견 과정을 다룬 과학 고전입니다. 흔히 과학 서적이라 하면 복잡한 화학식과 수식으로 가득할 것 같지만, 이 책은 오히려 과학자들의 지극히 인간적인 면모를 적나라하게 보여줍니다. 20대 초반의 젊은 과학자였던 왓슨이 영국으로 건너가 동료들과 함께 노벨상을 향해 달려가는 과정은 한 편의 드라마와 같습니다. 그는 단순히 지식을 전달하는 데 그치지 않고, 연구 과정에서 느꼈던 질투, 경쟁심, 그리고 성공을 향한 열망을 솔직하게 기록하여 독자들에게 신선한 충격을 줍니다. 왓슨은 DNA 이중나선 구조를 밝혀낸 공로로 노벨 생리학·의학상을 수상하며 미국의 스타 과학자로 떠올랐습니다. 하지만 그의 삶은 영광으로만 가득 차 있지는 않았습니다. 그는 인종차별적인 발언과 각종 망언으로 인해 사회적 지위를 박탈당하고 노벨상 메달을 매물로 내놓아야 했을 만큼 큰 시련을 겪기도 했습니다. 이러한 그의 행보는 과학적 업적과 인격적 성숙함이 반드시 비례하지 않는다는 사실을 일깨워줍니다. 책 속에서도 드러나는 그의 거침없는 성격은 과학계의 이면을 들여다보게 만드는 중요한 요소가 됩니다. 왓슨이 가장 경계했던 인물은 당대 최고의 과학자 라이너스 폴링이었습니다. 폴링은 노벨 화학상과 평화상을 모두 단독으로 수상한 유일한 인물로, 과학적 성취뿐만 아니라 사회적 책임감에서도 큰 발자취를 남겼습니다. 그는 핵무기 개발 프로젝트인 맨해튼 프로젝트 참여를 거절하고 핵실험 반대 운동에 앞장섰습니다. 비록 DNA 구조 발견 경쟁에서는 왓슨에게 뒤처졌지만, 과학자가 사회에 미치는 긍정적인 영향력이 무엇인지 몸소 보여준 인물입니다. 그의 삶은 왓슨의 인간적인 결점과 대비되며 깊은 울림을 줍니다. DNA 구조 발견의 결정적인 열쇠는 로잘린드 프랭클린이 촬영한 '사진 51'이었습니다. 그녀는 정밀한 사진 촬영 기술을 통해 DNA가 나선 구조임을 증명할 수 있는 데이터를 확보했습니다. 하지만 왓슨과 크릭은 그녀의 허락 없이 이 사진을 확인했고, 이를 바탕으로 이중나선 모델을 완성했습니다. 프랭클린은 당시 여성 과학자로서 겪어야 했던 차별과 냉대 속에서도 묵묵히 연구에 매진했으나, 안타깝게도 노벨상 수상 전 암으로 세상을 떠났습니다. 그녀의 업적은 사후에야 재조명되며 과학사의 비운의 주인공으로 기억되고 있습니다. 과학 연구는 단순히 진리를 탐구하는 숭고한 과정만이 아니라, 명예를 얻고 싶어 하는 인간의 욕망이 투영된 치열한 경쟁의 장이기도 합니다. '이중나선'은 과학자들 역시 우리와 다를 바 없는 평범한 인간임을 보여주며, 그들의 호기심과 지속적인 노력이 어떻게 위대한 발견으로 이어지는지 설명합니다. 노벨상은 그 자체가 목적이 아니라, 끊임없는 질문과 탐구의 결과로 주어지는 선물과 같습니다. 우리나라도 기초 과학에 대한 꾸준한 투자와 연구자들의 열정이 더해진다면, 머지않은 미래에 새로운 과학적 결실을 맺을 수 있을 것입니다.

국립과천과학관과학책📚수다

생명과학

[연구뭐하지?] 이인아 교수_서울대학교 '학습과 기억 연구실' | 학습과 기억의 세계, 그 너머에 존재하는 것은?

인간은 누구나 자신의 기억 속으로 타임머신을 타고 여행하듯 과거를 회상하곤 합니다. 서울대학교 뇌인지과학과 학습과 기억 연구실은 이러한 인간의 '일화 기억'이 뇌라는 생물학적 조직에서 어떻게 형성되고 인출되는지를 과학적으로 탐구합니다. 우리가 매일 겪는 다양한 경험은 곧 개인의 정체성을 형성하는 근간이 되며, 연구실은 세포 수준의 뇌 활동이 어떻게 우리의 삶과 마음을 구성하는지 그 비밀을 풀기 위해 노력하고 있습니다. 이곳 연구실은 마치 다양한 악기가 모여 하나의 화음을 만들어내는 밴드와 같습니다. 생물학, 뇌인지과학뿐만 아니라 전기공학, 컴퓨터공학, 심리학, 심지어 음악과 스포츠를 전공한 인재들이 모여 각자의 전문성을 발휘합니다. 서로 다른 배경을 가진 연구자들이 협력하여 하나의 연구 주제를 다각도에서 조명하는 융합적 환경은 이 연구실만의 큰 강점입니다. 이러한 다양성은 복잡한 뇌의 신비를 풀어나가는 데 필수적인 창의적 사고의 원천이 됩니다. 연구의 핵심은 기억의 중추로 알려진 해마와 측두엽의 기능을 밝히는 데 있습니다. 연구진은 살아있는 쥐에게 가상현실(VR) 환경을 제공하고, 특정 장소나 상황에 따라 보상을 얻는 기억 과제를 수행하게 합니다. 쥐가 가상현실(VR) 세계에서 문제를 해결하는 동안 뇌세포의 활동을 실시간으로 측정하며, 전기생리학이나 광유전학 기술을 동원해 뇌 영역 간의 상호작용을 분석합니다. 이는 실제 환경과 유사한 실험 설계를 통해 기억의 메커니즘을 정교하게 파악하기 위함입니다. 뇌인지과학 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 생명체를 다루는 막중한 책임감을 동반합니다. 실험에 참여하는 동물을 매일 세심하게 보살피는 것은 기본이며, 연구 과정에서 예상치 못한 다양한 기술적 문제들을 해결해야 합니다. 컴퓨터 코딩부터 회로 설계, 심지어 실험 장비 설치에 이르기까지 폭넓은 실무 능력이 요구됩니다. 따라서 유연한 사고방식을 가지고 새로운 분야를 배우는 과정을 즐길 수 있는 태도가 연구자로서 성장하는 데 매우 중요한 요소로 작용합니다. 뇌인지과학은 생물학적 세포가 어떻게 전기적 신호를 주고받으며 마음과 심리를 만들어내는지 연구하는 학문으로, 전통적인 단일 학문의 경계를 넘어섭니다. 특히 인공지능이나 가상현실(VR) 기술의 발전은 뇌인지과학적 이해 없이는 한계에 부딪힐 수밖에 없습니다. 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으며, 우리나라도 이 흐름에 발맞춰 빠르게 성장하고 있습니다. 뇌의 신비를 탐구하는 이 분야는 미래 과학을 이끌어갈 청소년들에게 무한한 가능성을 제시합니다.

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뇌인지과학

[정말 읽었니?#5] 최재천 교수 "손잡지 않고 살아남은 생명은 없다!"

리처드 도킨스의 '이기적 유전자'는 단순한 과학 서적을 넘어 한 사람의 인생관과 세계관을 송두리째 바꿀 수 있는 강력한 힘을 지니고 있습니다. 이 책을 읽기 전과 후의 세상은 결코 같을 수 없으며, 유전자의 관점에서 세상을 바라보는 새로운 렌즈를 얻게 됩니다. 복잡하게 얽혀 있던 세상의 의문들이 유전자의 생존 전략이라는 틀 안에서 가지런히 정리되는 경험은 경이롭기까지 합니다. 이는 단순히 지식을 습득하는 과정을 넘어, 생명의 본질을 꿰뚫어 보는 통찰을 제공하며 세상을 보는 눈을 뜨게 합니다. '이기적'이라는 단어는 종종 오해를 불러일으키지만, 이는 유전자가 의식적인 의도를 가졌다는 뜻이 아닙니다. 도킨스는 유전자의 작용 결과가 이기적인 방식으로 나타난다는 점을 강조했습니다. 만약 그가 책을 다시 쓴다면 '불멸의 유전자'나 '영생의 유전자'라는 제목을 고려했을 만큼, 핵심은 유전자가 세대를 거쳐 자신을 보존하려는 속성에 있습니다. 우리는 이제 유전자가 단독으로 행동하는 것이 아니라, 전체 유전체 안에서 때로는 협력하고 때로는 갈등하며 복잡한 메커니즘을 수행한다는 사실을 잘 알고 있습니다. 유전자는 단순히 단백질을 만드는 정보를 담은 화학 물질에 불과하지만, 그들이 만들어내는 생명체는 환경과의 상호작용 속에서 고유한 존재로 거듭납니다. 일란성 쌍둥이조차 완벽하게 같지 않다는 사실은 생명이 유전자 결정론만으로 설명될 수 없음을 보여줍니다. 유전적 요인만큼이나 생태적 환경과 양육의 과정이 중요하며, 이는 법적·사회적 맥락에서도 '유전적 부모'와 '생태적 부모'를 구분해야 하는 이유가 됩니다. 생명은 유전자라는 설계도와 환경이라는 무대가 함께 만들어내는 장엄한 오케스트라와 같습니다. 윌리엄 해밀턴 교수는 유전자 수준에서의 선택이 어떻게 이타적 행동을 유발하는지 수학적으로 증명했습니다. 개미나 꿀벌 사회에서 일개미가 스스로 번식하지 않고 여왕개미를 돕는 행위는 개체 차원에서는 희생처럼 보이지만, 유전자 관점에서는 자신의 복사본을 더 많이 남기는 효율적인 전략입니다. 이러한 '친족 선택' 이론은 이타주의의 뿌리가 결국 유전자의 이기적 생존 본능에 닿아 있음을 설명합니다. 선택의 단위가 개체가 아닌 유전자라는 통찰은 진화 생물학의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 최근 생물학계는 경쟁만큼이나 '협력'의 중요성에 주목하고 있습니다. 자연계에서 발견되는 수많은 공생 관계는 단순히 선의에 의한 것이 아니라, 치열한 생존 경쟁에서 살아남기 위한 고도의 전략입니다. 악어와 악어새의 관계처럼, 경쟁자가 없는 블루오션을 찾아 서로의 필요를 충족시키는 방식은 자연 선택의 결과입니다. 지구상에서 가장 성공한 생명체로 꼽히는 꽃 피는 식물과 곤충의 결합은 서로 손을 잡는 것이야말로 진화의 역사에서 가장 강력한 승리 공식이었음을 증명하는 생생한 사례입니다. 유전적 연관성이 없는 관계에서도 협력은 발생합니다. 로버트 트리버스의 '상호 호혜성 이론'은 우리가 왜 타인을 돕는지에 대한 실마리를 제공합니다. 자주 마주치는 동료를 돕는 행위는 언젠가 나에게 돌아올 도움을 기대하는 본능적 계산이 깔려 있을 수 있습니다. 이는 인간 사회뿐만 아니라 흡혈박쥐와 같은 동물 세계에서도 관찰되는 보편적인 현상입니다. 결국 이타주의는 사회적 관계망 속에서 유전자의 생존 가능성을 높이는 정교한 메커니즘으로 작동하며, 이는 공동체의 결속을 다지는 핵심적인 동력이 됩니다. 인류는 이제 '현명한 인간'이라는 자만에서 벗어나 다른 생명체와 공존하는 '호모 심비우스(Homo Symbious)'로 거듭나야 합니다. 기후 위기와 팬데믹 같은 전 지구적 과제는 더 이상 경쟁만으로는 해결할 수 없으며, 지구라는 생태계를 공유하는 모든 존재와의 연대가 필수적입니다. 자연은 결코 홀로 살아남은 자들의 무대가 아니라, 서로 손을 잡은 자들이 미처 손을 잡지 못한 자들을 밀어내며 이어온 역사입니다. 유전자의 이기적 속성을 이해하는 것은 역설적으로 우리가 왜 더 넓게 협력해야 하는지를 깨닫게 하는 출발점이 됩니다.

최재천

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생명과학

[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

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[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

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생명과학

[석학인터뷰] 이상희_ 우리의 조상은 네안데르탈인이다? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

고인류학은 인류의 기원과 진화 과정을 탐구하는 학문으로, 우리가 현재의 모습을 갖게 된 이유를 밝혀냅니다. 과거에는 주로 화석을 통해 연구가 이루어졌으나, 최근 20년 사이 유전학적 접근법이 비약적으로 발전하며 새로운 지평을 열었습니다. 이러한 연구는 단순히 과거를 돌아보는 것에 그치지 않고, 호모 사피엔스가 변화하는 환경 속에서 어떻게 살아남았는지에 대한 근본적인 질문을 던집니다. 고인류학자는 유전자와 화석이라는 단서를 통해 인류의 발자취를 추적하며 우리 존재의 뿌리를 찾아가는 여정을 지속하고 있습니다. 인간은 어떤 극한 환경에서도 적응해 나가는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 고고학 발굴 현장에서는 때로 수천 년 동안 쌓인 짐승의 배설물이 굳어 먼지가 날리는 열악한 상황을 마주하기도 합니다. 처음에는 거부감이 들 수도 있지만, 시간이 흐르면 그 먼지 속에서도 평온하게 식사를 할 만큼 환경에 동화됩니다. 이러한 적응력은 인류가 지구 곳곳으로 퍼져나가 생존할 수 있었던 핵심적인 원동력이 되었습니다. 불편함을 극복하고 주어진 조건에 맞춰 삶을 영위하는 모습은 인간이 가진 가장 강력한 생물학적 특징 중 하나라고 할 수 있습니다. 인류의 계보는 단순히 하나의 선으로 이어진 피라미드 구조가 아닙니다. 우리는 네안데르탈인, 데니소바인, 그리고 아직 이름조차 밝혀지지 않은 여러 고인류 집단의 유전자가 뒤섞인 후손입니다. 세대를 거슬러 올라갈수록 조상의 수는 기하급수적으로 늘어나며, 결국 특정 시점의 모든 인류가 현대인의 공통 조상이 되는 복잡한 그물망을 형성합니다. 진화의 과정은 고립된 기원에서 시작된 것이 아니라, 서로 다른 집단이 끊임없이 교류하며 유전자와 문화, 아이디어를 나눈 결과물입니다. 이러한 혼합과 교류야말로 인류가 다양성을 유지하며 진화해 온 실제 모습입니다. 학문적 탐구의 길에서 가장 큰 즐거움은 역설적으로 가장 고통스러운 순간이 해결될 때 찾아옵니다. 연구자들은 종종 해결책이 보이지 않는 막막한 터널 속에 갇힌 듯한 기분을 느끼며 자신의 자질을 의심하기도 합니다. 하지만 포기하지 않고 묵묵히 과정을 견뎌내다 보면, 어느 순간 꽉 막혔던 문제가 풀리며 비약적인 진전을 이루는 경험을 하게 됩니다. 어려움이 크면 클수록 그것을 극복했을 때 느끼는 성취감과 희열 또한 비례하여 커지기 마련입니다. 이러한 인내의 과정은 학자로서의 성장을 이끄는 중요한 자양분이 되며, 다음 도전을 지속하게 하는 힘이 됩니다. 생물학적 관점에서 진화란 세대를 거치며 유전자 빈도에 변화가 생기는 현상을 의미합니다. 여기에는 더 나아지거나 나빠진다는 가치 판단이 포함되지 않으며, 오직 변화 그 자체만이 존재합니다. 흔히 진화를 진보와 혼동하여 '역진화'라는 표현을 쓰기도 하지만, 과학적으로는 어떤 방향의 변화든 모두 진화의 범주에 속합니다. 다윈의 적자생존 역시 환경에 가장 잘 적응한 개체가 살아남아 그 형질을 이어가는 자연스러운 섭리를 설명합니다. 결국 진화는 완벽을 향한 행진이 아니라 생존을 위한 끊임없는 변화의 기록입니다.

이상희

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[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

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생명과학

[강연] DNA : 생명체 번식과 다양성의 열쇠 (1) _ 조윤제 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 2강 | 2강 ①

DNA는 데옥시리보핵산이라 불리는 생명체의 근본 물질로, 우리 몸의 설계도와 같은 역할을 수행합니다. 1869년 스위스의 화학자 미셰르는 백혈구에서 인 성분이 풍부한 새로운 물질을 발견하고 이를 '뉴클레인'이라 명명했습니다. 비록 당시에는 큰 주목을 받지 못했지만, 이는 생명 과학의 역사를 바꾼 위대한 발견의 시작이었습니다. DNA는 단순한 화학 물질을 넘어 인류의 기원을 추적하고 범죄 현장의 실마리를 찾는 등 현대 사회의 다양한 분야에서 생명의 다양성을 증명하는 핵심적인 지표로 활용되고 있습니다. 이후 러시아의 화학자 레빈은 DNA가 염기, 5탄당, 인산이라는 세 가지 요소가 결합한 뉴클레오티드로 구성되어 있음을 밝혀냈습니다. 염기는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민의 네 종류로 나뉘며, 이들의 정교한 조합이 생명의 다양성을 결정합니다. 1950년대 샤가프는 종마다 염기 구성이 다르다는 사실과 함께, 특정 염기들의 양적 비율이 일정하다는 법칙을 발견했습니다. 이러한 화학적 기초는 훗날 DNA의 입체 구조를 규명하는 데 결정적인 단서가 되었으며, 생명 정보가 어떻게 저장되고 유지되는지 이해하는 중요한 토대가 되었습니다. 1953년 왓슨과 크릭은 DNA가 이중나선 구조로 이루어져 있다는 혁신적인 모델을 제시하며 생물학의 새로운 장을 열었습니다. 이 과정에서 로잘린드 프랭클린이 촬영한 X선 회절 사진은 DNA의 구조적 증거를 확보하는 데 핵심적인 역할을 했습니다. 이중나선 구조의 발견이 중요한 이유는 유전 정보가 어떻게 다음 세대로 복제되고 전달되는지를 명확하게 설명할 수 있기 때문입니다. 두 가닥의 나선이 분리되면서 각각을 틀로 삼아 새로운 가닥이 합성되는 방식은 생명이 영속성을 유지하는 근본적인 메커니즘을 과학적으로 증명해 주었습니다. DNA에 담긴 유전 정보는 전사와 번역이라는 복잡한 과정을 거쳐 단백질로 발현됩니다. 먼저 세포 핵 안에서 DNA의 정보가 RNA로 복사되는 전사가 일어나고, 이 RNA가 핵 밖으로 나와 아미노산을 연결하며 단백질을 만드는 번역 단계가 진행됩니다. 네 개의 염기가 세 개씩 짝을 이루는 '코돈'이라는 유전 암호는 20가지 아미노산을 지정하며 생명 활동에 필요한 다양한 단백질을 생성합니다. 근육을 움직이는 마이오신이나 산소를 운반하는 헤모글로빈 등 우리 몸의 모든 기능은 결국 이 정교한 유전 암호 체계로부터 시작되는 것입니다. 세포 내의 DNA는 매우 길기 때문에 히스톤 단백질을 실타래처럼 감아 염색체라는 형태로 빽빽하게 압축되어 존재합니다. 인간은 총 23쌍의 염색체를 가지고 있으며, 이는 생명체의 모든 형질을 결정하는 소중한 유전적 자산입니다. 하지만 유전 정보가 복제되거나 단백질을 만들어야 할 때는 이 단단하게 뭉친 구조가 일시적으로 풀어져야만 합니다. 효소가 염기 서열을 읽고 반응할 수 있는 물리적인 공간이 확보되어야 하기 때문입니다. 이처럼 DNA는 정교한 보관과 역동적인 활용이라는 두 가지 상태를 오가며 생명의 신비를 이어가고 있습니다.

조윤제

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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] 리보핵산 : 최초의 생명물질로부터 메신저까지 (4) _ 김빛내리 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 3강 | 3강 ④

생명체 내에서 유전 정보가 발현되는 과정은 매우 정교한 조절을 받습니다. 특히 마이크로 RNA(miRNA)는 특정 유전자의 발현을 억제하거나 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 이러한 조절은 단순히 RNA가 만들어지는 단계에만 국한되지 않습니다. 전사 인자라 불리는 단백질들이 특정 유전자를 선택적으로 활성화하며, 합성된 RNA가 얼마나 빠르게 분해되는지에 따라서도 그 농도가 결정됩니다. 즉, 세포는 필요에 따라 합성 속도를 높이거나 분해 속도를 늦추는 방식으로 생체 물질의 양을 세밀하게 관리하며 생명 활동을 유지합니다. RNA는 단순히 생성되는 것만으로 기능을 다하는 것이 아닙니다. 마치 요리에 양념을 치듯, 적절한 가공 과정을 거쳐야만 비로소 활성을 띠게 됩니다. 또한, 합성된 장소에서 실제 역할을 수행해야 하는 장소로 정확하게 이동하는 배치 과정 역시 필수적입니다. 아무리 중요한 물질이라도 엉뚱한 위치에 있으면 제 기능을 발휘할 수 없기 때문입니다. 이처럼 양과 활성도, 그리고 적절한 위치 선정이라는 세 가지 차원의 조절 기작이 수백 가지 방법으로 얽혀 작용함으로써 우리 몸의 복잡한 생물학적 시스템이 원활하게 돌아가게 됩니다. 유전 정보를 활용한 친자 확인이나 혈연관계 분석은 현대 과학의 대중적인 응용 사례 중 하나입니다. 흔히 드라마 등 매체에서 손자나 손녀의 판별이 어렵다는 오해가 퍼지기도 하지만, 실제로는 DNA 마커를 통해 세대를 건너뛴 혈연관계도 명확하게 판별할 수 있습니다. DNA는 변하지 않는 고유의 정보를 담고 있어 숫자로 명확한 결과를 제시해주기 때문입니다. 굳이 RNA를 사용하지 않더라도 DNA만으로 충분히 정밀한 분석이 가능하며, 이는 유전학적 정보가 얼마나 강력하고 속일 수 없는 생명의 설계도인지를 잘 보여주는 대목이라 할 수 있습니다. 세포는 외부 환경의 변화에 민감하게 반응하며 유전자 발현을 조절합니다. 호르몬이나 신경 신호, 심지어 스트레스와 같은 요인들도 마이크로 RNA(miRNA)의 생성과 가공 과정에 깊이 관여합니다. 예를 들어 신경 세포가 활성화될 때 특정 miRNA가 더 많이 만들어지거나 활동성이 변한다는 연구 결과는 환경이 생물학적 반응을 이끌어내는 중요한 변수임을 시사합니다. 세포별로 발현 양상이 다른 이유 역시 이러한 주변 환경 요인이 특정 유전자의 스위치를 켜거나 끄는 결정적인 포인트로 작용하기 때문이며, 이는 생명체의 뛰어난 적응력을 뒷받침합니다. 우리 몸을 구성하는 수조 개의 세포는 놀랍게도 거의 동일한 DNA를 공유하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 어떤 세포는 간이 되고 어떤 세포는 뇌가 되는 이유는 분화 과정에서 특정 유전자만 선택적으로 발현되기 때문입니다. 발생 초기 단계에서 세포들은 위치에 따라 좌표를 설정하고, 주변 세포와 협력하며 각자의 역할을 찾아갑니다. 이 과정에서 불필요한 유전자의 발현을 완전히 차단하는 조절이 일어나는데, 여성의 두 X 염색체 중 하나를 불활성화하는 'Xist' RNA처럼 비부호화 RNA가 유전체 전체의 발현을 제어하는 중요한 열쇠가 되기도 합니다. 최근 주목받는 RNA 백신 기술은 특정 항원을 코딩하는 mRNA를 세포에 주입하여 면역 반응을 유도하는 원리를 이용합니다. 표적 항원을 선별하는 과정에서 여러 후보군을 빠르게 테스트할 수 있다는 점은 RNA 기술의 큰 장점입니다. 더 나아가 유전자 과다 발현으로 발생하는 다운 증후군과 같은 질환에서도 RNA 조절 기작을 응용하려는 아이디어가 제시되고 있습니다. 특정 염색체의 발현 농도를 낮추는 방식으로 디자인된 RNA 치료제가 개발된다면, 이는 기존의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 치료법이 될 수 있으며 생명공학의 무한한 가능성을 보여주는 사례가 될 것입니다. 질병의 원인이 되는 돌연변이는 유전적 요인, 환경적 요인, 그리고 DNA 복제 과정에서의 무작위적 오류라는 세 가지 경로로 발생합니다. 특히 암의 경우 부모로부터 물려받은 유전적 영향보다는 세포 분열 시 발생하는 무작위적인 복제 오류가 더 큰 비중을 차지한다는 연구 결과가 있습니다. 이는 건강한 생활 습관만으로 모든 질병을 막을 수 없음을 의미하는 동시에, 생명 현상에 내재된 확률적 특성을 보여줍니다. 결국 생명은 정교한 조절 시스템과 불가피한 오류 사이의 균형 속에서 진화해 왔으며, 이를 이해하는 것이 현대 의생명과학의 핵심 과제입니다.

강창원, 김빛내리, 정선주

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생명과학

[강연] 리보핵산 : 최초의 생명물질로부터 메신저까지 (1) _ 김빛내리 교수 | 2017 봄 카오스강연 '물질에서 생명으로' 3강 | 3강 ①

RNA는 우리 몸의 모든 세포뿐만 아니라 우리가 섭취하는 음식물, 눈에 보이지 않는 세균과 바이러스에 이르기까지 생명체가 존재하는 모든 곳에 널리 퍼져 있습니다. 흔히 생명의 설계도로 알려진 DNA가 가장 유명하지만, 사실 RNA는 생명의 기원부터 현재까지 모든 생명 현상의 핵심적인 역할을 수행해 왔습니다. 리보핵산이라는 이름으로도 불리는 이 물질은 단순한 화학 분자를 넘어, 지구상의 모든 생명체가 생존하고 기능을 유지하는 데 없어서는 안 될 필수적인 구성 요소입니다. 우리 몸의 모든 활동은 결국 이 작은 분자의 움직임에서 시작된다고 해도 과언이 아닙니다. DNA와 RNA는 구조적으로 매우 유사하지만 결정적인 차이가 존재합니다. 두 분자 모두 당과 인산으로 이루어진 골격에 네 가지 염기가 결합한 형태를 띠고 있는데, RNA는 DNA의 티민(T) 대신 우라실(U)이라는 염기를 사용합니다. 또한 RNA의 당 구조에는 DNA보다 산소 원자가 하나 더 포함되어 있는데, 이 사소해 보이는 차이가 생물학적으로는 완전히 다른 기능을 가능하게 합니다. DNA가 이중나선 구조로 정보를 안정적으로 보관한다면, RNA는 단일 가닥으로서 훨씬 더 복잡하고 다양한 입체 구조를 형성하며 활동합니다. 이러한 구조적 유연성은 RNA가 생명 현상에서 다재다능한 역할을 수행할 수 있게 합니다. 생명 정보가 발현되는 과정은 마치 붕어빵을 찍어내는 과정과 비슷합니다. DNA라는 거푸집을 바탕으로 필요한 만큼의 RNA를 복사해내는 과정을 '전사'라고 부르며, 이때 하나의 기능을 수행하는 RNA 단위를 유전자라고 합니다. 인간은 약 3만 개 이상의 단백질 코딩 유전자를 포함해 총 10만 개에 달하는 유전적 틀을 가지고 있습니다. 이 수많은 틀 중에서 어떤 것을 선택해 RNA로 만들어내느냐에 따라 세포의 성격과 기능이 결정되며, 이는 생명체가 복잡한 구조를 유지하는 근간이 됩니다. 각기 다른 모양의 붕어빵 틀이 존재하듯, 유전자는 생명의 다양성을 빚어내는 원천입니다. RNA의 가장 대표적인 역할은 유전 정보를 전달하는 mRNA(메신저 RNA)로서의 기능입니다. mRNA는 DNA로부터 복사한 염기 서열 정보를 리보솜으로 전달하며, 이곳에서 세 개의 염기가 하나의 아미노산을 지정하는 '코돈' 암호를 통해 단백질이 합성됩니다. 우리 몸에는 수만 종류의 mRNA가 존재하지만, 모든 세포가 이를 동일하게 생산하지는 않습니다. 신경 세포는 신경에 필요한 정보를, 근육 세포는 근육에 필요한 정보를 담은 mRNA만을 선택적으로 활성화함으로써 각기 다른 조직의 특성을 갖추게 됩니다. 이러한 선택적 발현은 생명체가 효율적으로 작동하게 만드는 핵심 기제입니다. 단 하나의 수정란이 수조 개의 세포로 분열하여 정교한 신체를 형성하는 발생 과정은 RNA 조절의 정수를 보여줍니다. 모든 세포가 동일한 DNA 정보를 가지고 있음에도 불구하고 뼈, 근육, 신경 등으로 분화할 수 있는 이유는 특정 시점에 필요한 RNA가 정밀하게 조절되기 때문입니다. 이러한 조절 프로그램은 우리가 태어나 성장하고 노화하며 죽음에 이르는 생로병사의 전 과정을 관장합니다. 만약 이 정교한 RNA 발현 체계에 오류가 생긴다면 질병이 발생하거나 신체 구조에 심각한 변형이 일어날 수 있습니다. 결국 RNA는 생명의 탄생부터 소멸까지를 이끄는 보이지 않는 지휘자와 같습니다.

김빛내리

카오스재단카오스강연

생명과학

[강연] 생물학은 인간의 본성을 밝혀낼 수 있을까? | 2017 카오스 토론회 : '과학vs과학철학' 4부 1강 | 4부 ②

생명체란 무엇인가라는 근원적인 질문에 대해 생물학은 복제와 상호작용, 그리고 엔트로피를 조절하는 상태로 정의합니다. 현대 생물학은 생명 현상을 물질과 정보의 흐름으로 파악하며, 특히 DNA라는 유전 정보가 생명체의 본질을 형성한다고 봅니다. 이러한 관점에서 인간의 본성 또한 생물학적 메커니즘과 유전 정보의 틀 안에서 이해될 수 있는 영역으로 들어오게 되었습니다. 생명은 단순히 멈춰 있는 상태가 아니라 끊임없이 에너지를 소모하며 자신을 유지하는 역동적인 과정입니다. 인류의 역사를 돌이켜보면 수렵 채집 시대의 동굴 벽화를 그렸던 인류와 현대인의 DNA는 큰 차이가 없습니다. 우리는 수십만 년 전의 유전 정보를 그대로 간직한 채 급격히 변화하는 현대 사회를 살아가고 있는 셈입니다. 이러한 생물학적 연속성은 인간의 본성이 오랜 진화의 산물임을 시사하며, 우리의 행동과 심리 기저에 원시적인 본능이 여전히 강력하게 작동하고 있음을 보여줍니다. 결국 현대인의 고민은 수렵 채집 시대의 몸과 마음으로 현대의 복잡한 문명을 살아가는 데서 기인합니다. 하지만 생물학이 본성이 작동하는 메커니즘을 구체적으로 제시할 수 있음에도 불구하고, 인간이 지향해야 할 방향성까지 제시하기에는 한계가 있다는 지적이 있습니다. 유전 정보 전체를 모두 읽어낸다 하더라도 그 속에 담긴 복잡한 의미를 완벽히 해독하는 것은 별개의 문제입니다. 특히 급변하는 기술 환경 속에서 인류가 어떤 미래를 선택해야 하는지에 대해 생물학은 침묵할 수밖에 없는 지점이 존재합니다. 이는 과학적 사실이 곧바로 윤리적 당위로 연결되지 않음을 의미합니다. 진화심리학은 인간의 마음과 행동을 생존과 번식을 위한 적응의 결과로 해석합니다. 우리가 특정한 음식을 선호하거나 짝을 고르고 집단을 형성하는 방식은 모두 수렵 채집 시대의 환경에 최적화된 결과물입니다. 이러한 관점은 인간의 고결해 보이는 정신 활동조차도 결국은 진화적 필요에 의해 형성된 본성의 일부임을 강조하며, 인간을 '양복 입은 원시인'으로 정의하기도 합니다. 마음의 작동 방식은 우연이 아니라 생존 확률을 높이기 위해 정교하게 설계된 도구 상자와 같습니다. 도덕성과 사회성 같은 인문학적 가치들 역시 뇌과학의 영역에서 새롭게 조명되고 있습니다. 뇌 영상 촬영을 통해 사회적 소외감이 물리적 통증과 동일한 뇌 부위를 활성화한다는 사실이 밝혀졌으며, 도덕적 판단 또한 순수한 이성보다는 감정과 인지적 추론의 복합적인 작용임이 드러났습니다. 이는 인간의 본성을 이해하는 데 있어 생물학적 토대가 얼마나 필수적인지를 잘 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 우리가 느끼는 고통과 공감은 뇌라는 생물학적 기관이 만들어내는 구체적인 반응입니다. 인간만이 가진 독특한 특성인 문화와 학습 능력, 즉 '밈(meme)'의 영역은 생물학적 본성과 끊임없이 상호작용합니다. 어떤 이들은 문화를 생물학적 범주를 넘어서는 '플러스알파'로 보기도 하지만, 다른 이들은 이 문화적 능력조차도 생물학적으로 설명 가능한 진화의 산물이라고 주장합니다. 결국 인간 본성의 탐구는 유전적 본능과 문화적 학습이 어떻게 얽혀 현재의 우리를 만들어냈는지를 밝히는 과정입니다. 문화는 생물학적 토대 위에서 피어난 인류만의 거대한 생존 전략이라 할 수 있습니다. 현대 생물학은 이제 인간을 객관적인 탐구 대상으로 삼아 그 본질에 다가서고 있습니다. 생물학적 연구 성과와 일관성을 갖춘 인문학적 성찰이 필요한 시점이며, 이를 통해 우리는 스스로의 한계를 명확히 인식할 수 있습니다. 본성을 이해하는 것은 단순히 과거를 아는 것에 그치지 않고, 우리가 가진 생물학적 조건 위에서 더 나은 미래 문화를 설계하기 위한 필수적인 토대가 될 것입니다. 과학과 철학의 대화는 인간이라는 존재를 더 깊이 이해하게 만드는 가장 강력한 도구가 됩니다.

송기원, 장대익

카오스재단마스터클래스

화학
생명과학
융합

[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] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (4) 패널토의 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ④

인간의 지능과 뇌 크기의 상관관계는 오랜 논쟁의 대상입니다. 흔히 뇌가 클수록 똑똑할 것이라 생각하지만, 절대적인 크기보다는 체중 대비 뇌 비율이나 대뇌피질의 복잡성이 더 중요한 지표로 여겨집니다. 특히 인류는 사회적 관계 속에서 타인의 의도를 읽고 복잡한 상호작용을 수행하기 위해 뇌를 팽창시키는 방향으로 진화해 왔습니다. 이를 '마키아벨리적 지능 가설'이라 부르기도 하는데, 이는 인간이 자연환경보다 다른 인간과의 관계를 해결하는 데 더 큰 지적 에너지를 쏟았음을 시사합니다. 현대 뇌과학은 뇌의 크기보다 '신경 효율성'에 주목합니다. 뇌는 수많은 신경세포의 연결망인 시냅스로 구성되며, 이 연결이 얼마나 단단하고 효율적으로 이루어지느냐가 지능의 핵심입니다. 특정 사물을 인식하고 이를 언어와 결합하여 행동으로 옮기는 과정은 뇌의 여러 영역이 하나의 회로처럼 유기적으로 움직일 때 가능해집니다. 단순히 뇌의 부피를 키우는 것이 아니라, 복잡한 주름을 통해 표면적을 넓히고 신경전달의 속도와 정확성을 높이는 방향으로의 진화가 인간 지성의 근간이 되었습니다. 우리가 설탕이나 지방에 열광하는 이유는 진화의 역사 속에서 찾을 수 있습니다. 과거 수렵채집 시대에는 에너지가 풍부한 단맛과 감칠맛을 선호하는 개체가 생존과 번식에 유리했습니다. 하지만 영양 과잉의 시대인 현대에 들어서면서 이러한 진화적 선호는 오히려 당뇨나 고혈압 같은 부작용을 낳고 있습니다. 과거에는 생존을 돕던 귀한 영양소들이 이제는 건강을 위협하는 존재가 된 것입니다. 이는 생물학적 진화 속도가 급격히 변한 현대 사회의 환경을 따라잡지 못해 발생하는 일종의 '진화적 부적응' 사례라 할 수 있습니다. 뇌의 보상회로는 생존에 필수적인 행동을 할 때 도파민을 분비하여 쾌락을 느끼게 합니다. 식사나 번식, 사회적 유대감 형성이 즐거운 이유는 이 시스템 덕분입니다. 그러나 술, 담배, 도박, 심지어 인터넷 게임과 같은 현대적 자극들은 이 보상회로를 비정상적으로 강력하게 활성화합니다. 반복된 자극은 뇌의 내성을 유발하고, 결국 더 큰 자극 없이는 일상적인 즐거움을 느끼지 못하는 중독 상태에 빠뜨립니다. 진화의 산물인 보상 시스템이 현대의 인공적인 자극과 만나면서 예상치 못한 사회적 병리 현상을 만들어낸 셈입니다. 모든 행동이 뇌의 물리화학적 작용이라는 과학적 설명은 때로 허무함이나 책임 회피의 근거로 오해받기도 합니다. 하지만 행동의 원인을 설명하는 것과 그 행동을 도덕적으로 정당화하는 것은 전혀 다른 차원의 문제입니다. 유전자나 호르몬, 뇌 회로를 통해 폭력성이나 특정 행동의 기제를 밝혀내는 것은 그 문제를 더 효과적으로 해결하고 예방하기 위한 방책을 찾는 과정입니다. 과학은 우리에게 면죄부를 주는 것이 아니라, 인간 본성에 대한 깊은 이해를 통해 더 나은 사회적 시스템을 설계할 수 있는 지표를 제공합니다. 유전자가 행동의 경향성을 결정할 수는 있지만, 그것이 곧 피할 수 없는 운명은 아닙니다. 실제로 반사회적 유전적 소인을 가졌음에도 불구하고 교육과 환경의 영향으로 훌륭한 학자가 된 사례는 환경의 중요성을 잘 보여줍니다. 유전자의 발현은 태어난 이후의 경험과 학습에 의해 얼마든지 조절될 수 있는 가소성을 지니고 있습니다. 따라서 우리는 생물학적 결정론에 빠져 허무해하기보다, 적절한 환경 조성과 교육을 통해 잠재된 부정적 요인을 억제하고 긍정적인 방향으로 나아갈 수 있는 가능성에 주목해야 합니다. 과학이 삶의 신비로움을 파괴한다는 우려와 달리, 진화와 뇌과학은 우리가 왜 지금의 모습으로 존재하는지에 대한 가장 아름답고 정교한 답을 들려줍니다. 인간만이 유일하게 자신의 기원과 존재의 이유를 과학적으로 탐구할 수 있는 종이라는 사실은 그 자체로 경이로운 일입니다. 또한 인간의 마음이 뇌에서 비롯된다는 사실은 우리와 다른 생명체들이 공유하는 진화적 연결고리를 확인시켜 줍니다. 이러한 겸허한 성찰은 인간 중심적인 사고에서 벗어나 생태계 전체를 이해하고 공존하는 지혜를 선사합니다.

구자욱, 김태원, 전중환

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생명과학
뇌인지과학

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

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

고재원, 김은준, 한기훈

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뇌인지과학

[강연] 시냅스 생쥐 그리고 정신질환 (2) _ 김은준 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 8강 | 8강 ②

세계적인 과학 잡지 '사이언스'는 창간 125주년을 맞아 인류가 반드시 해결해야 할 핵심 과제들을 선정했습니다. 그중 신경과학 분야에서 주목하는 첫 번째 질문은 의식의 생물학적 기전입니다. 우리가 아침에 깨어나 스스로의 존재와 사회적 위치를 인지하는 과정이 뇌 속의 어떤 시냅스와 신경회로를 통해 이루어지는지는 여전히 거대한 수수께끼입니다. 또한 조현병이나 자폐와 같은 정신질환이 발생하는 구체적인 원인을 밝혀내는 것 역시 현대 과학이 반드시 풀어야 할 중요한 미스터리로 남아 있습니다. 정신질환의 원인을 규명하는 과정에서 유전적 요인은 매우 중요한 비중을 차지합니다. 과거에는 정신질환과 유전의 상관관계에 대해 확신하지 못했으나, 최근 10년 사이 비약적인 과학적 진보를 통해 유전자가 깊이 관여한다는 사실이 밝혀졌습니다. 부모로부터 물려받은 유전자뿐만 아니라, 태아가 발달하는 과정에서 자연적으로 발생하는 돌연변이 또한 주요한 원인이 됩니다. 여기에 임신 중 감염이나 영양 부족과 같은 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 질환의 발생 여부를 결정하게 됩니다. 최근 유전체 분석 기술의 발전은 정신질환 연구에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 과거에는 막대한 비용이 들었던 전장 유전체 분석이 이제는 비교적 저렴한 비용으로 가능해졌으며, 이를 통해 2만 5천여 개의 유전자를 정밀하게 분석할 수 있게 되었습니다. 특히 부모와 자녀의 유전자를 함께 분석하는 '트리오 연구'는 질환의 원인이 유전적인지 혹은 발생 과정에서의 돌연변이인지를 명확히 구분해 줍니다. 이러한 진단은 임상적 치료뿐만 아니라 가족의 미래 계획을 세우는 데에도 결정적인 정보를 제공합니다. 자폐증과 관련된 유전자를 추적한 결과, 현재까지 약 800여 개의 관련 유전자가 발견되었습니다. 이들은 주로 뇌 발달을 조절하거나 시냅스의 기능을 담당하는 역할을 합니다. 특히 시냅스는 단순한 신경 전달 통로를 넘어, 그 내부에 1,000종 이상의 단백질이 복잡하게 얽혀 있는 거대한 우주와 같습니다. 이 미세한 단위에서 일어나는 오묘한 조합과 조화는 신경 전달의 강도를 세밀하게 조절하며, 여기에 이상이 생기면 신경 회로 전체의 기능 장애로 이어져 정신질환이 발생하게 됩니다. 유전자 이상과 정신질환 증상 사이의 인과 관계를 증명하기 위해 과학자들은 생쥐를 이용한 동물 실험을 진행합니다. 특정 유전자를 인위적으로 결손시킨 생쥐가 사회성 장애와 같은 증상을 보이는지 관찰함으로써 해당 유전자의 역할을 확인하는 것입니다. 예를 들어 '섕크2(Shank2)'라는 시냅스 단백질이 없는 생쥐는 새로운 동료에게 관심을 보이지 않는 등 뚜렷한 사회성 장애를 나타냅니다. 이러한 연구는 수많은 유전자가 뇌 기능에 미치는 영향을 하나씩 검증해 나가는 과정이며, 정신질환의 근본적인 치료법을 찾기 위한 필수적인 여정입니다.

김은준

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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] 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

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물리학
생명과학

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

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

최철희

카오스재단카오스강연

물리학
생명과학

[강연] 현생인류와 한민족의 기원 (4) - 패널토의 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 7강 | 7강 ④

인류의 기원을 찾는 여정은 단순히 과거를 돌아보는 일이 아니라, 현재의 우리를 이해하는 핵심적인 과정입니다. 최근 과학 기술의 발전은 유전학, 고고학, 언어학 등 서로 다른 분야가 결합하여 인류 이동의 역사를 새롭게 써 내려가고 있습니다. 특히 한민족의 뿌리를 추적하는 작업은 동북아시아를 넘어 시베리아와 중앙아시아에 이르는 광대한 지역의 역사적 흔적을 연결하는 거대한 퍼즐과 같습니다. 이러한 다학제적 접근은 우리가 누구이며 어디에서 왔는지에 대한 과학적 해답을 제시하며 새로운 통찰을 제공합니다. 현대 과학의 정점인 유전체학은 인류사의 공백을 메우는 강력한 도구로 자리 잡았습니다. 과거에는 고인골의 형태나 유물의 양식만으로 민족의 이동을 추정했으나, 이제는 수만 년 전 뼈에서 추출한 DNA를 통해 당시 인류의 생생한 정보를 읽어낼 수 있습니다. 유전적 데이터는 언어나 문화적 유사성보다 훨씬 명확하고 객관적인 증거를 제공하며, 이를 통해 인류가 겪어온 혼혈과 진화의 과정을 정밀하게 분석합니다. 기술의 비약적인 발전은 우리가 상상하지 못했던 새로운 역사적 사실들을 밝혀내며 과거의 지도를 다시 그리게 합니다. 유전학적 분석이 빛을 발하기 위해서는 고고학자들의 헌신적인 현장 조사가 필수적입니다. 실험실에서의 분석 이전에 시베리아의 거친 벌판이나 만주의 유적지에서 직접 발굴한 고인골과 유물이 뒷받침되어야 하기 때문입니다. 고고학은 인류가 남긴 물질적 흔적을 통해 당시의 생활상과 문화를 복원하며, 유전학은 그 속에 담긴 생물학적 암호를 해독합니다. 이 두 분야의 긴밀한 협력은 인류 이동의 경로를 입체적으로 재구성하고, 파편화된 과거의 기록들을 하나의 일관된 이야기로 묶어주는 결정적인 역할을 수행합니다. 한민족의 기원을 설명하는 데 있어 시베리아와 바이칼호 주변의 문화적, 유전적 연결고리는 매우 중요한 의미를 지닙니다. 빗살무늬토기와 같은 고고학적 유물뿐만 아니라, 샤머니즘과 언어적 특성은 우리 민족이 북방 계통과 깊은 연관이 있음을 시사합니다. 특히 유전체 분석 결과는 한국인이 주변 민족들과 구별되는 독특한 형성 과정을 거쳤음을 보여주며, 이는 시베리아를 거쳐 한반도로 유입된 고대 인류의 이동 경로를 뒷받침합니다. 이러한 연구는 우리 스스로를 바라보는 시각을 더욱 과학적이고 객관적으로 정립하게 돕습니다. 인류의 차이를 연구하는 과정에서 인종적 편견이나 우생학적 관점을 경계하는 것은 매우 중요한 윤리적 과제입니다. 과학적으로 볼 때 인종 간의 유전적 차이는 동일 인종 내 개인 간의 차이보다 크지 않으며, 모든 인류는 생물학적으로 하나의 종에 속합니다. 네안데르탈인과의 혼혈이나 특정 유전적 변이가 지능이나 우월성을 결정한다는 식의 해석은 지양해야 합니다. 과학의 목적은 차별의 근거를 찾는 것이 아니라, 인류가 환경에 적응하며 다양성을 확보해 온 경이로운 과정을 이해하고 공존의 가치를 발견하는 데 있습니다. 인류가 아프리카를 떠나 전 세계로 퍼져나간 근본적인 동력은 기후 변화와 식생의 이동에 있었습니다. 물의 흐름과 초원의 분포에 따라 인류는 생존을 위해 끊임없이 이동했으며, 이는 단순한 경쟁에서의 도태가 아닌 환경에 대한 적극적인 적응 과정이었습니다. 때로는 험난한 지형과 기후가 장벽이 되기도 했지만, 인류는 이를 극복하며 새로운 거주지를 개척해 나갔습니다. 이러한 이동의 역사는 인류가 가진 강인한 생명력과 호기심을 상징하며, 오늘날 우리가 전 지구적 종으로 번성하게 된 밑거름이 되었음을 보여줍니다. 민족이라는 개념은 단순히 혈연적 유대를 넘어 역사와 언어, 그리고 운명을 공유하는 공동체적 가치를 내포합니다. 유전학적 데이터가 민족 형성의 과학적 출발점을 제공한다면, 고고학과 역사학은 그 위에 문화적 정체성을 쌓아 올립니다. 앞으로의 연구는 편향된 샘플의 한계를 극복하고 더 넓은 지역의 데이터를 확보함으로써 인류사의 진실에 한 걸음 더 다가갈 것입니다. 우리가 자신의 뿌리를 찾는 여정은 결국 인간 본연의 정체성을 확인하고, 과거와 현재를 잇는 거대한 흐름 속에서 미래를 향한 새로운 통찰을 얻는 숭고한 과정입니다.

김종일, 박종화, 유정아, 이홍규

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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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