2장
컴퓨터를 위한
생명현상 번역기, 수학
아무도 맞히지 못한 문제
의생명과학자들을 대상으로 강연할 때 종종 내는 퀴즈가 있습니다. 지난 10년간 수천 명의 내로라하는 국내외 의생명과학자분들께 이 퀴즈를 내었는데, 지금까지 맞힌 사람은 단 한 명도 없었습니다. 다만, 몇 년 전 대전 국립중앙과학관에서 초등학생을 대상으로 진행한 강연에서 딱 한 번 어느 초등학생이 맞힌 적이 있었습니다. 너무 놀라워서 왜 그렇게 생각하는지 물었는데, 아쉽게도 그냥 찍은 것이라고 답했습니다. 이 문제를 제대로 맞힌 사람은 없었던 셈입니다. - P37
"우리 몸의 세포는 분열하며 끊임없이 새로운 세포를 만들고있습니다. 그런데 몸속에 세균이 들어와서 어떤 세포가 감염되었다고 해봅시다. 이 감염된 세포가 정상 세포를 만나면 정상세포도 똑같이 감염됩니다. 이렇게 감염된 세포들은 우리의 면역 체계에 의해 일정한 속도로 죽습니다. 요컨대 정상세포는 새롭게 생성되어 증가하면서도 감염되어 감소하는데, 과연 시간에 따라 정상 세포의 수는 어떻게 변할까요? X축이 시간 Y축은 정상 세포의 수인 그래프를 그려보세요!" - P38
이 책에서 수식이 가장 많이 등장하는 장이라서 다소 어려울 수는 있지만, 이 장의 수학 내용들만 이해하면 다음 장에서 다루어지는 다양한 의생명과학 문제들을 새로운방법으로 접근해 풀 수 있습니다. - P39
수학으로 번역한 세포 증식
(전략).
정상 세포가 분열하는 이 현상을 컴퓨터가 이해할 수 있도록 수학적으로 묘사하기 위해 가장 먼저 해야 할 것은 이현상이 발생하는 속도를 생각하는 것입니다. - P39
그런데 24시간이 지나면 세포 수가 대략 2.7배씩 늘어난다는 것이 조금 이상합니다. 24시간에 한 번씩 분열되면 24시간이 지났을 때는 세포 수가 2배로 늘어나야 할 것 같은데,
왜 그보다 더 많이 늘어나는 것일까요? - P42
수학으로 번역한 세포 감염
우리 몸속의 감염된 세포는 또 다른 정상 세포의 감염을 유발합니다. 감염은 정상 세포와 감염된 세포가 만나야만 일어납니다. 따라서 감염되는 속도는 정상 세포와 감염 세포가 만날 확률에 비례합니다. 그리고 이 확률은 정상 세포수(X)와감염 세포 수(Y)의 곱에 비례합니다. - P46
요약하면, 감염 속도는 정상 세포 수와 감염 세포 수의 곱(X*Y)에 비례합니다. 따라서 그 속도는 k*X*Y가 됩니다. 여기서 K는 정상 세포가 감염 세포를 만났을 때 얼마나 잘 감염되는지에 따라 결정되는 상수입니다. - P47
이렇게 계산 결과를 보면 납득이 가지만, 이 결과를 보기전까지 정상 세포와 감염 세포의 수가 오르락내리락할 것이라고 예측하기는 여간 어려운 일이 아닙니다. 컴퓨터를 이용하기 전에는 우리가 직관을 이용해 얻은 결과들이 언뜻 합리적으로 보입니다. 하지만 틀렸습니다. 우리의 직관에 잘와닿지 않더라도 정상 세포와 감염 세포의 수가 오르락내리락하며 서로 공존하는 것이 사실입니다. - P54
코로나19 확진자가 없어질 만하면 다시 발생하고 없어질 만하면 또 발생해서, 모두가 희망과 절망 사이를오고 가며 서서히 지쳐갔습니다. 특히, 코로나19 확진자가다시 증가하는 국면을 맞을 때마다 방역 정책에 대한 의심과 함께 많은 사회적 갈등이 초래되기도 했지요.
하지만 수학자인 저의 눈에는 확진자 수가 오르락내리락하는 것이 자연스러워 보였습니다. - P55
미적분학이 예측한 대로 희망과 절망의 고통스러운 반복이었지요. 코로나19 초기부터이렇게 오르락내리락할 것을 모두가 공유하고 준비했더라면 조금은 덜 고통스럽지 않았을까 짐작해 봅니다.
미적분과 컴퓨터를 이용하면 인간의 직관만으로는 이해할 수 없는 복잡한 생명과학의 영역까지 나아갈 수 있습니다. - P56
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