최소한의 과학지식(미래를 읽는)

'뉴턴, 에디슨, 아인슈타인' 교과서 속 과학을 넘은 현재의 이야기
'합성생물학, 장내미생물, 광유전학, 그래핀, 인공광합성…'
이미 시작된 미래를 위해 꼭 알아야 할 청소년 과학지식
미래과학기술하면 먼저 떠오르는 키워드 중 하나는 인공지능일 것이다. 그런 인공지능이 발전하여 인간과 대결을 벌였다. 바로 세간의 이목을 끌었던 '알파고-이세돌 대국', 전 국민을 충격에 빠트렸던 알파고도 2016년, 벌써 6년 전의 이야기이다. 인공지능은 어떻게 인간을 이길 수 있었을까? 당시에도 압도적인 승리를 거두었는데 지금은 얼마나 더 발전했을까? 만화 속에서나 보던 것처럼 인공지능이 인간을 대체할 시간이 다가온 것일까? 과학은 우리가 관심을 가지지 않는 사이에도 우리 곁에서 발전하고 있다. 이제 인공지능은 의사의 진단을 돕고, 투자자의 성향과 자산을 파악해 자산관리를 도와준다. 또 영화 〈HER〉 속 사만다처럼 사람과 대화를 나누고 위로를 하기도 한다. 〈최소한의 과학지식〉에서 다루는 과학은 교과서 속 과거의 과학지식을 넘은, 과학자들의 치열한 고민과 노력으로 이미 우리 곁에 와 있는 현재의 과학이다.
이에 과학기자로서 수많은 연구자들과 과학기술을 접해온 대표 저자는 최근 5년간 가장 많이 회자되고 있는 과학기술 중 청소년이 꼭 알아야 할 현재의 과학지식들을 엄선했다. 과학 교과 과정 중 생식과 유전 시간에 배운 유전자를 편집하는 기술인 유전자 가위, 식물과 에너지 시간에 배운 식물을 이용한 광합성이 아닌 인공 잎으로 이루어지는 인공 광합성, 전기와 자기 시간에 배운 것들이 스마트폰과 전기자동차 등에 사용되는 이차전지가 되기까지, 영화 〈엔트맨〉의 배경이 되는 양자역학을 이용한 양자컴퓨터, 유튜브에서 내 취향에 맞는 연관 영상이 나오게 만든 빅데이터 등 우리와 분리할 수 없는, 생활 속에 깊숙이 들어와 있는 과학지식을 담았다. 최소한의 과학지식에는 이해하기 어려운 복잡한 과학 공식도, 시험을 위한 지루한 과학 이론도 없다. 이 책을 읽다 보면 일상에서 우리가 만지고 보는 것들에 어떤 과학지식이 숨어있는지 발견하는 재미를 찾을 수 있게 될 것이다. 또한 교과서에서 배운 과학지식들이 실제 과학 현장에서 어떻게 발전하고 있는지, 그리고 그 발전이 우리의 일상으로 어떻게 들어오고 있는지 그 과정을 살펴볼 수 있을 것이다.

과거에서 현재를 지나 미래까지
과학 학술지 네이처와 사이언스 등 전 세계가 주목한 수십 개의 논문으로 시작하는 교양과학
매년 10월이 되면 노벨상으로 과학계가 들썩인다. 2018년에는 노벨상 중 노벨 생리의학상이 가장 이슈가 되었다. 텍사스주립대 면역학과 제임스 앨리슨 교수와 교토대 의과대학 혼조 다스크 교수가 우리 몸의 면역체계를 이용해 암을 치료하는 방법을 연구한 것이다. 이 연구는 "두 과학자가 개발한 면역항암제는 암세포를 억제하는데 효과가 크다"라는 평을 받으며 항암제의 패러다임을 바꿨다. 이처럼 노벨상은 우리 삶에 지대한 영향을 미친 과학 연구를 대중들에게 알릴 수 있을 뿐만 아니라, 앞으로 더 성장할 연구가 무엇인지를 알려 주는 이정표 역할을 하기도 한다.
〈최소한의 과학지식〉은 각각의 과학기술이 어떻게 발전했는지, 우리 곁으로 얼마나 다가왔는지, 어떤 가능성을 가지고 있는지 논문을 통해 차근차근 그 과정을 펼쳐보인다. 특히 어렵게 느껴지는 발전 과정을 설명하면서 우리 일상을 예로 들고 있어, 보다 쉽게 이해할 수 있도록 했다. 누구나 하나쯤 가지고 있는 청바지는 염색하려면 '인디고'라는 염색 원료가 필요하다. 인디고는 메밀과에 속하는 식물인 쪽에서 채취할 수 있는데 채취할 수 있는 양이 적어 화학적으로 합성해야만 했다. 문제는 이 과정에서 인체에 유해한 화학물질이 사용된다는 것이다. 미국 버클리 캘리포니아대 연구팀은 쪽의 DNA를 합성해 대장균 DNA에 끼워 넣어, 유해물질 없이 안전한 방법으로 많은 양의 인디고를 만들어 낼 수 있는 대장균을 만들어 냈다. 또 말라리아를 치료하는 아르테미시닌은 개똥쑥이라는 식물에서만 추출할 수 있는 화학물질로 수확량이 일정하지 않아 공급량이 들쭉날쭉했다. 이에 미국 캘리포니아대 연구팀은 개똥쑥의 유전자를 부품 조립하듯 효모의 유전자에 잘 맞게 끼워 넣어 새로운 효모를 창조해 문제를 해결했다. 이처럼 〈최소한의 과학지식〉은 지금의 모습을 갖추는데 결정적인 역할을 한 노벨상을 받은 논문들, 우리 일상에 영향을 준 논문들을 통해 검증된 이정표 역할을 하고자 한다. 논문에 사용된 그림도 함께 수록해 어렵게만 느껴지는 논문을 과학의 생생한 현장을 보여주는 도구로 사용하고 있다. 들어는 봤지만 낯선 과학기술의 흐름을 파악하는 과정은 단순히 지식을 외우고 쌓는 것을 넘어 이미 시작된 미래를 앞서 나갈 수 있는 경쟁력이 될 것이다.

KAIST, UNIST, MIT, 서울대 등의 젊은 과학자들
산업혁명 최전방에 있는 과학기자와 17인의 젊은 과학자들이 보내는 논문 보고서
과학 발전은 항상 미래의 아이콘이었고, 미래는 곧 우리의 현재가 된다. 미래가 현재가 되는 현장에 있는 각 분야의 젊은 과학자들은 그 과정을 생생한 목소리로 담아낸다. 〈최소한의 과학지식〉의 저자 17인은 모두 박사과정을 밟고 있거나 박사후연구원으로 자리하고 있다. '박사후연구원'은 대학교나 학술전문연구기관에서 박사 학위를 받은 후 전공 분야와 관련된 연구를 하는 사람을 가리키는 말이다. 한국과학기술원(KAIST), 울산과학기술원(UNIST), 매사추세츠공과대학(MIT) 등 유명 대학과 기관에서 박사 과정을 밟은 저자들은 현재 한국과학기술연구원(KIST), 한국화학연구원(KRICT) 및 기타 국내 대학부터 체코국립과학원, 케임브리지대학교 연구소 등 해외까지 전 세계로 나아가 산업혁명 최전방에서 연구를 이어가고 있다. 이들이 전하는 이야기는 과거의 과학 이야기가 아니다. 산업혁명 최전방의 생생한 과학 이야기가 듣고 싶다면 '최소한의 과학지식'을 펼쳐보길 바란다.

들어가며 시작된 미래, 무엇을 준비할 것인가

01 바이러스의 치열한 생존기, 인류의 역사가 되다
01 바이러스의 치열한 생존기, 인류의 역사가 되다 _ 바이러스

02 유전자 혁명, 신의 영역에 도전하다
01 신의 영역, 유전자에 도전하다 _ 크리스퍼
가능성의 이야기들_정상과 비정상에서 벗어나다
02 인간이 설계한 생물이 탄생하다 _ 합성생물학
03 나의 경험도 유전된다 _ 후성유전학

03 암은 정말 불치의 병인가
01 우리 몸을 지키는 면역세포로 암을 고친다! _ 면역항암제
02 생명의 혁명, 암 환자를 위한 미니 아바타 _ 오가노이드
03 비만에서 행동까지, 나를 결정하는 숨은 지배자 _ 장내미생물

04 우리 뇌는 어떻게 작동할까
01 빛으로 뇌를 지배한다 _ 광유전학
02 이세돌을 이긴 알파고의 공부법 _ 인공지능
03 세상의 모든 정보를 모아 세상을 바꾼다 _ 빅데이터

05 산업의 판도를 바꾸다
01 컴퓨터의 새로운 패러다임 _ 양자컴퓨터
가능성의 이야기들_양자 가능성, 그 다음을 보다
02 우리 사회를 하나로 연결하는 기술 _ 블록체인
03 0.3nm의 그래핀 한 층, 전자업계를 흔들다 _ 그래핀
04 세상에서 가장 작은 움직임을 만들다 _ 분자기계

06 에너지, 지구를 지킬 남다른 가능성을 찾다
01 '콘센트 좀비'가 되지 않는 가장 현명한 방법 _ 이차전지
02 전기를 만들어 내는 나뭇잎, 태양빛을 흡수하다 _ 인공광합성
03 플라스틱으로 오염된 지구를 살려라! _ 바이오플라스틱

참고문헌

최지원 외 17명 최지원
서강대학교 컴퓨터공학과와 신문방송학과를 졸업하고 2015년 동아사이언스에 입사했다. 월간 과학잡지 《과학동아》를 제작하며, 다양한 분야의 과학기술을 취재했다. 이후 한국경제신문에서 바이오 산업을 취재하고 있다. 새롭게 등장하는 여러 생물공학 기술과 신약에 관심이 많다.

정유진
서울대학교에서 박사과정을 마친 후 유전체교정연구단에서 선임연구원으로 근무하고 있다. 유전자 가위 '크리스퍼'를 이용하여 인간 질병을 동물에서 재현해 병에 대한 이해도를 높이고, 반대로 유전자 가위를 통하여 치료하는 방안 또한 연구하고 있다.

박홍재
고려대학교 계산및합성생물학 연구실에서 박사과정을 밟은 후 체코국립과학원에서 연구를 이어가고 있다. DNA를 읽고, 쓰고, 고치는 분자적 기법을 균류에 적용해 균류 유전체의 특성을 연구하고 있다.

서호규
한국과학기술원(KAIST) 생명과학대학원에서 박사과정을 밟았다. 박사과정을 밟는 동안에는 크로마틴연구실에서 프로테아좀 단백질이 지닌 후성유전학적 성질을 연구했고, 현재는 미국 클리브랜드 클리닉에서 박사후연구원으로 바이러스 단백질을 연구하고 있다.


이원재
서울대학교에서 박사과정을 마치고 미국 앰디 앤더슨 암센터에서 인스트럭터(Instructor)로 재직 중이다. 난소암의 복강 내 전이 매커니즘에 관련된 암세포와 면역세포 간의 상호 작용을 연구하고 있다.

염민규
영국 케임브리지대학교의 줄기세포연구소에서 박사후연구원으로 근무하고 있다. 생쥐 유전 모델과 오가노이드 그리고 수학적 모델링을 활용하여 대장암 발생 과정에서 암세포와 주변 정상세포 간의 상호작용을 연구하고 있다.

이기현
서울대학교에서 생명과학을 전공으로 박사과정을 밟았으며, 이후 중앙대학교 시스템생명공학연구실에서 박사후연구원으로 근무했다. 현재는 CJ 바이오사이언스 바이오-디지털 플랫폼 센터에서 선임연구원으로 있으며 인체 마이크로바이옴에서 신약 후보 균 또는 물질을 발굴하는 연구를 가속화하기 위한 생명정보 플랫폼 개발에 참여하고 있다.

신안나
한국과학기술원 행동유전학연구실에서 박사과정을 완료 후 인테그로메디랩에서 신경과학을 활용한 연구를 진행 중이다. 박사과정 동안 주로 광유전학 기법을 이용해 우울증이나 파킨슨병과 같은 질병이나 동물의 본능적 행동의 원리를 연구했다.

김은솔
서울대학교 컴퓨터공학부에서 인공지능을 전공하고 박사학위를 받은 뒤, 한양대학교 컴퓨터소프트웨어학부 조교수로 있다. 주로 비디오와 같은 멀티모달 데이터를 이해하는 기계학습 기술을 연구하고 있다. 이미지와 소리, 언어 데이터가 순차적으로 포함된 비디오 데이터를 학습하여 그 주제나 내용을 자동으로 분석하고 이를 활용하여 비디오 검색, 질의응답, 생성을 할 수 있는 기술을 연구하고 있다.

배장원
한국과학기술원에서 산업및시스템공학과 박사과정을 마치고 현재 한국기술교육대학교 산업경영학부 조교수로 있다.

이정현
매사추세츠공과대학(MIT)에서 물리학 박사과정을 마치고 현재 한국과학기술연구원 차세대반도체연구소 양자정보연구단에서 선임연구원으로 있다. 미시세계의 원자의 움직임에 매료되어 양자컴퓨터, 양자정보를 포함한 원자물리학에 전반적으로 관심이 많으며 현재는 다이아몬드 내 점결함 큐비트를 이용한 양자컴퓨터 개발에 힘쓰고 있다.


박준후
충남대학교 컴퓨터공학과에서 박사과정을 마치고, 아이오트러스트에서 소프트웨어 엔지니어로 근무하고 있다. 블록체인 환경의 프라이버시 보호, 스마트 컨트랙트 오라클, 사용자 키 관리와 같은 블록체인 전반의 기술 문제를 해결하기 위한 연구를 하고 있다.

이주송
한국과학기술연구원 기능성복합소재연구센터에서 박사과정을 밟고 있다. 그래핀뿐만 아니라 원자 크기의 고유의 독특한 성질을 지닌 2차원 소재를 합성 및 분석을 통해 성능을 개선하는 연구를 하고 있다. 주로 반도체, 부도체 특성을 나타내는 전이금속 디칼코게나이드계물질(TMDs) 및 육방정 질화붕소(h-BN)를 화학기상증착법을 통해 단결정으로 합성하는 연구를 하고 있다.

조윤식
서울대학교 지능형 유도조합체 연구단과 멀티스케일 에너지과학연구실에서 공동으로 박사과정을 마치고 현재 기업 연구소에 재직 중이다. 고분자 사이에서 발생하는 초분자 상호작용을 바탕으로 새로운 광학 소재 또는 이차전지 소재 등을 개발하는 연구를 진행하였다.

김세희
울산기술과학원(UNIST)에서 배터리과학및기술 전공 박사학위를 취득한 뒤 LG화학을 거쳐 현재 한국화학연구원 에너지소재연구센터에서 선임연구원으로 재직 중이다. 프린팅 기법을 이용한 다형상 고안전성 전고체 리튬이온전지를 연구했으며, 차세대 이차전지 연구에 매진하고 있다.

이성선
울산기술과학원에서 배터리과학및기술 전공 박사학위를 취득하고 한국세라믹기술원 박사후연구원으로 재직 중이다. 프린팅 기법을 활용하여 원하는 사물 위에 다양한 모양으로 만들 수 있는 고체상 슈퍼 커패시터를 연구했으며, 현재 차세대 전지 개발을 위해 힘쓰고 있다.

김영혜
서울대학교 생체분자나노재료연구실에서 박사과정을 마치고, 한국과학기술연구원 청정에너지연구소에서 박사후연구원으로 근무하고 있다. 식물 광합성을 모델로 이산화탄소를 전기화학적으로 전환하고 고부가가치의 탄소연료를 생산하는 연구를 하고 있다.

구준모
한양대학교 유기나노공학과에서 박사학위를 마친 후, 한국화학연구원을 거쳐 스웨덴 KTH 왕립공과대학교에서 박사후연구원 생활을 하였으며, 현재 한국화학연구원 바이오화학연구센터 선임연구원으로 근무하고 있다. 바이오매스 기반의 단량체를 활용하여 일상생활에서도 활용 가능한 생분해성 플라스틱 소재 연구를 수행하고 있으며 고분자 중합, 구조 물성 분석, 생분해에 걸친 전주기 평가 연구로 확장하고 있다. 토양 및 퇴비 환경과 생분해성 플라스틱의 관계에 매우 큰 관심을 갖고 있다.