[100자평] 냉전의 과학

냉전의 과학 - 원자 무기에서 달 탐험까지, 미국은 왜 과학기술에 열광했는가?
오드라 J. 울프 지음, 김명진.이종민 옮김 / 궁리 / 2017년 11월

과학은 사회와 지구 문명을 위해서이고, 그렇지 못한 경우가 빈번합니다. 마치 동전의 양면과 같은 냉전시대의 과학은 어떠한 방향으로 가야 하는지 이 도서는 방향타가 되리라 기대합니다.

확장된 표현형

확장된 표현형 - 이기적 유전자, 그다음 이야기
리처드 도킨스 지음, 홍영남.장대익.권오현 옮김 / 을유문화사 / 2016년 6월

 리처드 도킨스의 『이기적 유전자』는 진화생물학의 대표적 저작이다. 유전자의 눈높이에서 바라보는 자연계의 모습이 어떠한지를 도발적으로 그려냈다는 것인데, 유감스럽게도 아직 읽지를 못했다. 다만 유전자라는 것이 뇌에 의해 유전자 조직에 성장.복제.번식을 반복하면서 인체적.문화적.철학적으로 퍼뜨려 간다고 생각한다.근래 유전자와 관련한 문화적 복제물 밈(Meme),철학적 내용까지 얽히고 설켜 현대의 다양성,복잡성과 맞물려 진화생물학은 더욱 발전을 거듭해 나가고 있다. 이러한 가운데 리처드 도킨스는 종래 인체내의 DNA 연구와 같은 것으로 끝나는 것이 아닌 생물의 활동 결과물에 이르기까지 영향을 미친다는 『확장된 표현형』을 유려한 문장체로 독자들의 시선을 끌고 있다. 다만 진화생물학에 문외한인 내게는 난해한 부분이 많았다.

 내 몸 속의 DNA와 유전자가 후세에 전해 가는데, 그 안에는 번식,성장,복제,모방이라는 것들이 유기적으로 결합하여 하나의 커다란 띠를 형성한다. 이러한 유기체가 인간의 삶에 끼치는 생존 가치는 행동과 생각,사유를 통해 발현된다. 유전자는 결정되는 면도 있지만 더 나은 삶과 가치를 향유하기 위해 인간은 유전자를 조종하고 선택해 나가려는 이기적 경향을 품고 있다. 이것은 어느 사회에서든 찾아볼 수 있는 가십거리일 수 있다. 똑똑하고 신분 상승을 추구하고 부를 축적해 나가려는 인간의 속성이 유전자 결정이 아닌 유전자 선택으로 이어지는 법이다. 다윈의 『진화론』에서도 이러한 인간의 이기적 속성을 읽을 수가 있고 진화론은 결국 문명의 발달과 더불어 생존의 가치를 더욱 치열하게 만들고 있지는 않은가 한다.

 총 14개의 파트로 구성된 『확장된 표현형』은 전.중반 10개 파트가 확장된 표현형을 이해하는 단초가 되고 11부에서 끝부분인 14부까지는 확장된 표현형의 핵심을 잘 정리하고 있다. 또한 진화생물학과 관련한 난해한 용어 이해를 돋구기 위해 용어 해설에 뒷편에 실었다.  더 이상 단일하고 통합된 개념으로 유지될 수 없다는 '유전자'는 벤저에 의해 유전자 개념을 세 가지로 나뉘었다. 돌연변이 변화가 일어나는 최소 단위 뮤톤, 재조합이 일어나는 최소 단위 레콘, 미생물에만 직접 적용 가능한 방식으로 정의되었지만 실상 폴리펩티드 사슬을 형성하는 단위와 동등한 시스트론에 도킨스는 자연 선택받는 옵티몬을 추가했다. 이 글을 읽다 보면 유전자는 복제되는 것인지 아니면 운반되는 것인지를 곰곰이 생각하게 한다. 또 하나 물질적 부를 누리는 계층은 유전자도 얼마든지 선택할 수 있다는 것을 느끼게 한다.

 이 도서는 인체내에서 끝나지 않는 생물의 활동 결과물에 까지 영향을 미친다는 『확장된 표현형』은 다소 잡다하면서 난해하다. 인간의 내부에 자리잡고 있는 유전자는 문명의 발달, 진화생물학의 발달과 더불어 분자생물학, 세포생물학, 면역학과 발생학에 이르기까지 파생 학문 외에 문화적 복제물의 상징인 밈, 철학적 사유에 이르기까지 유전자 변이가 갖어 온 파생물을 넓은 시야로 관조해 보는 의미 있는 계기가 되었다. 도킨스 저자가 말한대로 확장된 표현형은 선택받는 복제자가 서로 다른 방향으로 끌어당기는 대상일 것이라는 생각마저 들었다. 예를 들어 벌이 행하는 짝짓기 전략, 정자 크기의 진화, 나방이 나타내는 포식자 방어 행동, 기생자가 딱정벌레와 민물생우에게 미치는 효과와 같은 주제에서 검증 가능한 표현형은 아닐런지. 궁극적으로 확장된 표현형은 유전자의 생존 기회에 영향을 주는 경우로 볼 수 있다.

10퍼센트 인간

10퍼센트 인간 - 인간 마이크로바이옴 프로젝트로 보는 미생물의 과학
앨러나 콜렌 지음, 조은영 옮김 / 시공사 / 2016년 2월

  요즘 '생활습관병'이라는 말이 자주 회자되고 있다.운동부족,불균형적 식습관,흡연과 음주, 스트레스 증가 등을 들 수가 있다.이러한 잘못된 생활습관이 돌이킬 수 없는 질병을 낳게 된다.고혈압,당뇨,고지혈증,심장질환,악성 종양 등을 낳게 되는 것이다.이에 앞서 전조 증상으로는 위장 장애,알레르기,자가면역 질환,비만 등의 신체적 증상을 들 수가 있고 정신건강에도 큰 영향을 미치게 되는데 불안 장애,강박 장애,우울증,자폐증 등을 들 수가 있다.

 경제소득과 의학 수준이 발달한 현대사회에서 상기와 같은 신체적.정신적 질병이 증가일로를 걷고 있는 이유는 부모로부터 물려받은 유전적 결함이나 신체적 결점 때문만은 아닐 것이다.바로 인간 세포의 확장적 측면에서 인류와 오랜 시간 공생해온 존재인 미생물을 소중히 여기지 않은 탓으로 생긴 질병으로 전문가들은 말하고 있다.인체 내 장(腸) 속 깊은 곳,산소가 없는 환경에 적응해 온 미생물은 장구한 세월 인간과 함께 공생해 온 고마운 존재이다.미생물로 불리는 박테리아는 먹이,온도,습도만 잘 맞으면 언제 어디서든 생존이 가능하고 개체수를 불려간다.인체,동.식물,토양에 붙어 사는 박테리아(세균)는 특히 인간의 건강에 큰 영향을 미치고 있다.

 인체의 장 및 피부 표피에 붙어 사는 미생물은 청결을 위해,질병 퇴치를 위해 수없는 항생제에 의해 박멸해 가고 있다.다행이 살아남은 박테리아도 있지만 대부분은 죽고 만다.인체 내의 미생물들이 인간의 삶에 히치하이커과 같이 얽혀 살아가면서 인체를 움직이고 인체 건강에 큰 영향을 미치고 있는가는 이 도서를 읽어 가면서 자세하고도 흥미로운 미생물 세계와 조우하게 되었다.사실 내 두 아이들이 아토피,천식으로 오랫동안 고생을 하고 있는데,인체 내 미생물들의 존재를 소중히 다루지 않았던 것은 아니었는지 되돌아 보게 된다.

 인간의 장은 100조개의 박테리아와 곰팡이의 보금자리다.박테리아,바이러스,균류,원시세균을 포함하고 있는 미생물총(叢)의 유전자들은 2만 1,000개의 인간 유전자와 더불어 인체를 이끌어 가고 있는 존재다.또한 장에는 1.5킬로그램 정도의 박테리아가 상존하고 있다.특히 대변에서 발견되는 4,000종의 박테리아는 인간의 건강 상태 및 식이 상태를 알려주는 표식이다.미생물총이 인체를 유익하게 해 주는 존재라는 것은 DNA 염기서열 분석 기술 및 무균 쥐 연구와 함께 과학계에 혁명을 일으키고 있다.한편 저승사자로 불리웠던 폐렴과 결핵은 다양한 종류의 미생물에 의해 일어난다.19세기 말과 20세기 초 의학 기술의 혁신과 공중 보건 조치 덕분에 인간의 삶은 근본적으로 바뀌었다.백신과 예방접종,의료 환경의 개선,공공시설의 위생 관리 개선을 통한 집단 발병의 예방,추가적인 백신 개발 및 병원측의 위생적인 의료 위생 기법 도입 그리고 염소를 이용한 소독 처리를 들 수가 있다.이러한 기술 혁신과 보건 조치 덕분에 21세기의 삶은 무균 상태를 맞이하게 되었던 것이다.

 무균 상태를 맞이하게 된 현대인들은 잘못된 생활습관,불균형적인 식습관,과도한 스트레스 및 정신질환 등으로 전례 없는 정신적 질환이 증가 추세를 보이고 있다.주위력결핍 장애,투렛 증후군,강박 장애,우울증,불안 장애 등이 주를 이루고 있고,비만,과민성 장 증후군과 염증성 장 질환도 만만치 않다.나아가 음식 알레르기,아토피,천식,피부 알레르기는 출생 직후 내지 출생 후 몇 년 안에 시작되고 있다.육체적 노동보다는 정신 노동 즉 감정 노동이 많고,서구적 음식 문화를 선호하는 현대인에겐 예전에 없는 질병들이 찾아 오고 있다.비만,심장질환,고혈압,고지혈증,관절염 등을 들 수가 있다.특히 운동부족에 따른 비만은 합병증을 유발한다.

 인간이 사는 환경,인체는 너무 청결해도 유익한 무생물이 감소되어 신체적.정신적 건강을 위협할 수고 있다는 것을 알게 되었다.또한 각 영양소의 특징과 인체에 미치는 영향 등을 제대로 알고 균형있는 식습관을 지속하고,질병을 예방하고 건강 유지를 위해 꾸준한 운동이 필수적이라고 생각한다.미생물이 인체에 유익하다는 다양한 사례를 전해주고 있는데,인상적인 부분은 산부인과 의사의 간단한 메스를 대어 태어나는 갓난아이에게 엄마의 질 속에 묻어 있는 미생물 접종을 온몸에 묻혀 갓난아이의 몸속에 미생물총을 증가시키는 효과를 나타낸다는 점이다.또 하나 성장촉진을 위해 동물들에게 무제한 항생제를 투여한 후 식단에 오르는 동물성 육류엔 항생제의 위험이 덜 하나 식물의 성장을 위해 투여한 항생제는 토양과 식물 줄기,잎에 묻어 있어 과연 인체의 건강에 끼치는 위험도는 얼마나 될까.그 외 대변을 통한 미생물 이식은 자가면역 질환에 유익하다는 점에서 매우 흥미로웠다.

 웰빙 시대를 맞이한 현대인들은 병이 나도 의료 기술과 경제적 수준이 높아져 더 오래 살게 되었다.그런데 질병을 달고 살면서 오래 산들 과연 신체적.정신적 행복을 누릴 수가 있을까.질병에 걸린 위험도를 사전에 예방하기 위해 현명하게 삶을 살아가는 것이 최선이라고 생각한다.소식(少食),균형잡힌 식단,꾸준한 운동,삶의 질을 높이는 건강하고 행복한 라이프 스타일이 바로 장수하면서 행복을 유지하는 길은 아닐런지.그 가운데 인체의 건강을 유지하는데 없어서는 안 될 미생물총의 고마움을 새롭게 인식하는 계기가 되었다.

스페이스 크로니클

스페이스 크로니클 - 우주 탐험, 그 여정과 미래, 대한출판문화협회 "2016년 올해의 청소년 교양도서"
닐 디그래스 타이슨 지음, 에이비스 랭 엮음, 박병철 옮김 / 부키 / 2016년 1월

 21세기 초반을 달리는 지구촌은 경제 문제에 초점을 맞추고 있다.탈산업화를 넘어 IT산업이 맹위를 떨치는 가운데 인간이 하는 대부분의 업종은 정신적 노동에 치우쳐 있다.전세계가 빚더미로 휘청거리는 가운데 일부 미래를 새롭게 쓰고자 하는 경제 대국은 우주 천체에 대해 연구와 논의가 활발하게 진행하고 있는 것으로 보인다.미국,러시아를 제외한 나라들이 우주 천체에 커다란 관심을 갖고 달과 행성의 진출을 위해 박차를 가하고 있다.또한 인공위성을 보유한 나라가 이미 40개국이 넘었다고 한다.놀랍지 않은가!

 인공위성을 쏘아 지구 궤도를 탐사하고 우주인이 달 표면에 발자국을 남긴 지도 이미 반세기가 넘었다.냉전(冷戰)의 상징물로써 구소련은 우주 문제를 가장 먼저 실현했고,미국은 이에 질세라 천문학적 돈을 쏟아부으면서 우주 탐사에 나섰던 것이다.이것은 순수과학의 차원에서 지구를 둘러싼 달,태양,행성 간의 우주 천제를 탐사하고,그 결과에 대해 인류가 어떻게 대처해 나갈 것인가를 과제로 삼을 것이다.케플러의 행성운동 법칙이 정립되고 태양계,우주 천체에 대한 연구는 지속적으로 이어져 오고 있다.

 이 글의 저자 닐 디그래스 타이슨은 천체물리학자로 1990년대 중반부터 과학 잡지에 '우주Universe'라는 칼럼을 쓰면서,과학의 대중화에 앞장서고 있는 과학 커뮤니케이터다.저자 타이슨은 과학의 대중화를 위해 "우주를 지상으로 끌고 내려와 새로운 것을 찾는 이들에게 재미를 더해 주는 것"이라고 말한다.『스페이스 크로니클』은 우주의 연대기쯤으로 우주에 관한 다양한 스토리를 다양한 각도에서 조명하고 있다.단연 우주 문제 연구는 순수과학이지만 정치,경제,군사문제가 깊게 개입되어 있다.특히 경제적으로 어려움을 겪고 있는 많은 나라들이 막대한 예산을 쏟아 부으면서까지 지구,달,행성에 대해 탐사를 할 것인가.답은 반반일 것이다.

 이렇게 우주 탐사 프로젝트는 국가의 명운이 달린 사안이다.때론 국가 간 한판의 기(氣)싸움을 벌이는 형국이 될 것이다.비근한 예로 미국과 중국은 정치,군사적인 문제에 초점이 두고 있는 듯하다.유인 화성 탐사 프로젝트에 중국이 도전장을 내밀 수도 있다는 점에서 미국은 촉각을 세우고 있는 것이다.다만 미국은 근래 침체된 경제 침체 속에 막대한 예산을 어떻게 조달하여 우주 탐사를 할 것인가.미국은 1986년 챌린저호 폭발 사고와 203년 컬럼비아호 폭발 사고의 후유증이 가시질 않고 있다.여론과 매체,입법자들의 반응은 싸늘하기만 하다.NASA에 "지구 저궤도 너머 먼 우주로 진출하라"는 비전을 제시하기도 했다.

 과학기술은 국력의 바로미터다.자국의 풍요로운 삶을 위해선 과학기술의 증대가 불가분하다.또한 이것은 경제적 부의 창출을 위한 자산이기도 하다.우주 과학기술은 주변 학문에도 지대한 영행을 끼치고 있다.천체물리학을 비롯하여 생물학,화학,공학,행성지질학 등이다.게다가 우주 탐사를 준비하기 위해 우주 망원경,행성 탐사,화성 탐사 로봇,우주 정거장,우주왕복선 등이 유관적으로 진행되고 있다.나아가 인간은 경제적 이익이 없더라도 지적 호기심이 발동하면서 수많은 시행착오의 과정을 거쳐 성취감을 느끼는 지적 생명체이기도 하다.무지했던 시대엔 우주의 조화가 신의 권능으로 여겨졌지만 지식의 축적은 우주를 인간의 영역으로 삼기에 이르렀다.

 우주에 가는 방법은 유인과 로봇이라는 두 가지 선택이 있을 것이다.천문학적 예산을 쏟아 부으며 유인 탐사를 할 것인가,아니면 적은 예산으로 얼마든지 우주 탐사 임무가 가능한 인공 로봇을 보낼 것인가.우주 탐사의 목적에 따라 지질학자,지구물리학자,화학자,생물학자,고생물학자 등이 가야 할 것이다.1990년 디스커버리호에서 궤도에 놓이고 있는 허블 우주 망원경은 고해상도 우주 사진을 인터넷상에서 편하게 관람할 수 있다.지구에서 우주까지는 물리적 거리가 멀고,고가의 첨단 장비가 필요하다.우주 탐사에 대한 프로젝트가 여론(Public opinion)을 얻으려면 국방과 관련되고,경제적 이득을 보장하고,국력 신장에 도움이 되어야 한다.참고로 인체를 이루고 있는 원소는 질량이 큰 별의 내부에서 생성되었고,그 별이 수명을 다해 폭발하면 온갖 원소들이 은하 곳곳으로 흩어지고 만다.우주에 왜 가야 하고,어떻게 가야 할 것이며,우주 탐사에 대한 불가능은 없다는 점을 닐 디그래스 타이슨 저자는 대중적인 시각과 안목에서 고찰하고 있다.

물리법칙의 특성

물리법칙의 특성 - 파인만의, 일반인을 위한 최초이자 마지막 물리학 강의
리처드 파인만 지음, 안동완 옮김 / 해나무 / 2016년 1월

 모든 학문은 인간의 생활과 직.간접적 연관을 띠고 있다.그 분야가 문사철이든 자연과학 방면이든 말이다.물리학 역시 인간의 주위를 둘러싼 밖과 안의 세상,미지의 세상을 이해하는데 필요한 학문으로 과학의 기본이면서 기초이기도 하다.물리학은 치밀한 연구와 가공할 상상력의 결과로 인류 문명을 뒤바꿀 업적을 세상에 내놓았다.상대성 이론이나 끈 이론과 같은 개념을 도출하고,컴퓨터나 레이저와 같은 발명을 이끌어 인간의 삶을 변화시키고 있다.그 밖에 물리학 연구의 대상 및 범위는 무궁무진하다.지구과학이라고 일컫는 우주 천체부터 소미립자에 이르기까지 그 대상 및 범위는 셀 수가 없다.궁극은 물리학이 화학,지진학,천문학을 비롯한 다양한 과학 분야의 근간이 된다는 점이다.

 개인적으로 물리학에 대한 선입견은 난해하다는 것이다.물리학자들이 내놓은 각종 연구 결과 및 이론 등은 우리 주위를 둘러싼 세상과 우리 안의 세상일진대 수와 공식,기호 등이 마치 난해한 암호를 연상케 한다.이러한 수와 공식,기호 등이 수학 문제를 풀기 위한 방정식이 되는 경우도 있지만, 해답이 '딱' 떨어지지 않는 경우도 있다.즉 물리법칙 가운데엔 물리학자가 내놓은 추상적인 철학적 사상 내지 모호한 논의 등이 남겨져 있기 때문이기도 하다.이론과 실험이 일치하기도 하지만 상상적인 내용을 품은 케이스도 있다는 것이다.예를 들면 달의 월식(月蝕) 및 위치,행성의 위치 등을 예측한다는 점에서 적확하게 'A는 B이다' 라는 정언명제를 이루지는 못한다.

 20세기 가장 위대한 물리학자로 불리는 물리학계의 전설,리처드 파인만(Richard P.Feynman)은 2차 세계대전 중에 원자폭탄 제조를 위한 맨해튼 계획에 참여했고,전쟁 후에는 교수로 재직했다.1965년 양자전기역학(Quantum Electro-Dynamics) 이론을 정립한 공로로 노벨 물리학상을 수상했다.이 글은 파인만이 남긴 일반인을 위한 최초이면서 마지막 물리학 강의라고 한다.

 파인만은 수학을 동원하지 않고 해답을 내놓기도 했다.탁월한 직관력을 발휘하여 내놓은 간단한 도표 체계를 창안했다.대표적으로 전자,광자 그리고 서로 다른 알갤이들이 상호작용할 때 어떤 일이 일어나는가를 효과적으로 도표로 보여주는 방법을 택했다.1950년대 이 방법이 전통적 과학 방법과 결별을 알리는 신호탄이 되었다.또한 그는 형식주의에 대해 경멸을 했을 뿐만 아니라 사유와 의사소통에 있어서도 비형식적이었던 인물이다.더욱 놀라운 것은 그의 스타일이 매우 개성적인데 있다.직업생활 및 개인생활에 있어 삶을 유희처럼 다룬 것으로 보인다.그의 자서전 속에는 2차 세계대전 중에 원폭 안전요원들을 지혜롭게 속인 재미난 이야기,금고를 연 이야기,난폭한 행동으로 여자들을 무력화시킨 이야기 등을 통해 형식과 몰개성에서 벗어나려 했던 분이다.

 이 도서는 1960년대 중반 뉴욕 주 코넬 대학에서 요청받은 물리법칙의 특성에 관한 대중 강의를 바탕으로 엮어진 글이다.총 7개의 물리법칙에 대한 이야기들이 소개되고 있다.

 중력법칙,물리법칙의 한 예,물리학과 수학의 관계,위대한 보존원리들,물리법칙의 대칭성,과거와 미래의 구별,확률과 불확실성-자연과 양자역학적 관점,새로운 법칙을 찾아서

 각 물리법칙들이 수학과의 관계를 바탕으로 법칙과 도표 등이 연구,실험,상상력,추리력이 상호작용하여 파인만 물리학자만의 강의록이 탄생되었다.어느 철학자의 말처럼 "같은 조건은 항상 같은 결과를 가져온다는 것이 과학의 존재 자체에 필수적"이지 않다는 것을 강조하고 있다.그럼에도 과학은 계속 진행 중인 것이다.비록 미래에 어떠한 일이 발생할 것인지 정확하게 예측할 수는 없어도 과학의 존재 자체를 위해,그리고 자연의 특성이 무엇인지는 대전제하에서 결정되어야 할 사항이다.더욱 중요한 점은 과학이 진보하기 위해 필요한 것은 실험할 수 있는 능력,결과치를 해석할 수 있는 사고력에 있고,그것이 무언가를 그래야만 한다고 미리 확신하지 말아야 한다는 것이다.

 물리학 및 물리법칙이 우리 주위에서 차지하는 비중과 역학관계를 나름대로 인지하는 시간을 갖게 되었다.20세기 천재 물리학자인 파인만이 일반인을 위한 물리 강의를 통해 대강의 물리법칙을 알아 보고,물리법칙의 특성 및 그 비화(秘話)를 흥미롭게 학습하는 계기가 되었다.다소 어렵게 다가왔지만 이 글에 실린 7가지 물리법칙만이라도 제대로 이해하면서,우리 주위에서 발생하는 물리 현상을 물리법칙과 연계해 나간다면 과학적 상상력과 추리력이 제고될 것이다.