생명: DNA, 유전자, 유전체- 생명과학 이일하 교수-"생물학 산책"

[관우]

* 유전자란? - 단백질 정보

생명: DNA, 유전자, 유전체- 생명과학 이일하 교수

(26) [15회 자연과학 체험캠프] 생명과학분야 이일하 교수 - YouTube

이일하 교수의 생물학 산책 

21세기에 다시 쓰는 생명이란 무엇인가?

이일하 지음 | 궁리 | 2014년 12월 10일 출간

세상, 우주, 인간, 나를 이해하는 즐거운 생물학 강의 속으로!

『이일하 교수의 생물학 산책』는 중고등학교에서의 잘못된 암기식 생물 교육으로 일반인들이 생물학을 잘못 이해되고 있는 안타까움을 느낀 서울대 이일하 교수가 집필한 생물학 입문서이다. 빅뱅부터 현대까지 이어지는 생명의 역사와 다양한 과학의 전반적인 역사와 원리들도 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록 정리하였으며 저자 특유의 유쾌한 문답으로 흥미롭게 설명한다.

이 책에는 30여 년 동안 공부하고 연구하며 깨달아온 저자의 생명과학의 노하우가 오롯이 담겨있다. 만약 사고가 났을 때 전기충격기로 심장을 되살려내기 전의 나는 생명체일까 무생물일지, 생명이란 무엇일까, 내가 먹은 음식은 어떻게 에너지가 되는 것일지, 영화 ‘트랜스포머’ 속 기계인간은 가능한 이야기인지 등 다채로운 문답들이 가득하다. 더불어 생물학을 이해하는데 필요한 화학, 물리학, 천문학 등도 함께 설명하여 체계적으로 정리할 수 있도록 도움을 준다.

북소믈리에 한마디!

저자는 생물학의 이해를 돕기 위해서는 생명체가 작동하는 중요 원리가 선행되어야 한다고 강조한다. 생명체의 작동 원리를 바탕으로 서술하여 '생명은 흐름이다 → 생명은 반복한다 → 생명은 해독기다 → 생명은 정보다 → 생명은 진화한다' 순으로 서술하고 있다. 어렵고 묵직해 보일 수 있는 주제들이지만 저자 특유의 재치있는 입담은 생물학을 재미있게 이끌고 나가며 더불어 우리 교과서에 바로잡아야 할 생물학 교육에 대한 조언도 돋보인다.

목차

저자의 말
프롤로그

1부. 생명은 흐름이다
1. 흐름을 유지하는 물질대사 - 생명은 흐름이다!
2. 무생물에서 생물이 빚어지는 마법, 창발성 - 생명은 탄소골격의 화학조립체
3. 생물학자가 들려주는 화학 결합 - 영화 <트랜스포머> 속 기계인간은 가능할까?
4. 여보세요! 거기 누구 없소? - 외계 생명체를 찾기 위한 눈물겨운 노력들
5. 생명을 구성하는 레고블록 - 생명성을 제공하는 분자와 정보 저장 분자
6. 생명의 최소단위, 세포 - 왜 코끼리만 한 세포는 없을까?
7. 생명체의 현찰 에너지, ATP - 우리는 에너지를 어떻게 얻을까?

2부. 생명은 반복한다
1. 세포들의 젊어지기 - 낡은 세포는 가고 신선한 세포가 들어서니
2. 생식세포의 생산 - 회춘하는 세포들
3. 유전적 다양성을 위하여 - 지구 상의 오직 한 사람 내가 유일무이한 이유!
4. 붉은 여왕과 성의 진화 - 여왕님은 왜 계속 뛰고 계세요?
5. 멘델의 유전 법칙 - 입자성 유전의 패러다임
6. 유전 물질의 발견과 이중나선 - 왓슨과 크릭의 통찰력

3부. 생명은 해독기다
1. 디지털 정보와 아날로그 정보 - 1차원 정보가 3차원 정보로 변환
2. 유전 정보를 복사하는 전사 - 필요한 만큼만 복사하라!
3. 단백질 생산, 해독 - 세포 내 공작기계, 리보좀
4. 유전자 발현 조절 - 세포들이 저마다 다른 이유
5. 유전공학의 탄생 - 신이 된 인간들
6. GMO의 생산 - 사장되어가는 제2의 녹색혁명 기술

4부. 생명은 정보다
1. DNA, 유전자, 게놈 - 이름부터 알고보자!
2. 인간 게놈 프로젝트 - 대량 정보의 생산과 처리
3. 게놈 속의 정보 - 생명의 설계도에는 어떤 내용이?
4. 인간 게놈 속의 암흑 물질 - ENCODE 프로젝트
5. 생명의 탄생, 배발생 - 오리가미를 수행하는 보이지 않는 손

5부. 생명은 진화한다
1. 다윈의 진화 메커니즘, 자연선택 이론 - 이토록 단순한 이론!
2. 내 손안에 일어나는 진화 - 20년에 걸친 렌스키 교수의 진화 실험
3. 신종플루의 진화 - 빠르게 진화하는 독감 바이러스
4. 진화의 동인 - 돌연변이는 자연의 섭리
5. 유전자의 생성 - 유전자는 어떻게 만들어질까?
6. 생명의 진화 - 35억 년이라는 장구한 시간
7. 인간의 진화 - 우리만 있었던 게 아니야!

에필로그
감사의 말

도판출처
참고문헌
찾아보기

책 속으로

“이 책의 제목을 한때 ‘21세기에 다시 쓰는 생명이란 무엇인가’라고 할까 심각하게 고민한 적이 있다. 천재 물리학자 슈뢰딩거가 1948년에 쓴 『생명이란 무엇인가』라는 책 제목을 차용한 것이다. 슈뢰딩거는 DNA가 무엇인지 유전자가 어떻게 생겼는지 전혀 상상조차 하지 못하던 시기에 생물을 분자 수준에서 이해하려 시도한 책을 썼다. 당시까지 축적된 물리적, 화학적 지식을 동원하여 생명을 과학적으로 해명하려 한 것이다. 그가 지금 시대의 생물학적 지식을 알고 있었다면 어떻게 책을 쓸까를 상상해보고는 했다. 그런 관점에서 이 책을 읽어보면 한층 더 재미있게 생물학을 접할 수 있을 것 같다. 말하자면 물리학과 화학의 지식을 동원하여 생물을 이해한다는 관점으로 이 책을 읽어보면 좋을 것이다. …… 이 책은 내가 고1인 우리 아이에게 생물을 이해시킨다면 어떤 이야기를 하게 될까 고민하여 얻은 성과물이라고도 할 수 있다. 아이와 함께 산책을 하며 재미있는 생물학 이야기를 들려주듯이 해보자 생각하고 쓴 글이다. 여러 가지 이유로 생물학을 접해보고 싶은 이들에게 이 책을 바치며, 무엇보다 세상, 우주, 인간, 나를 이해하는 즐거운 생물학 여행에 동참해주어 고맙다는 인사를 전한다.” - 본문 중에서

“많은 일반인들은 내가 생물학 교수라는 얘기를 들으면 ‘난 생물학이 재미없었어요, 그나마 과학과목 중에 생물학이 쉬웠어요!’라는 말을 하고는 한다. 물론 중고등학생들도 똑같은 말을 종종 한다. 재미는 없지만 쉬운, 일견 모순처럼 보이는 두 의견은 생물학이 암기 과목이라는 곳에서 합의점에 이른다. 현재 중고등학생들과 그와 같은 교육과정을 거쳐 사회에 진출한 사람들, 더 포괄적으로 이야기하자면 생물학 전공자를 제외한 나머지는 대개 생물학에 대해 이처럼 오해하고 있다. 하지만 나는 대학 시절부터 지금까지, 30여 년의 시간 동안 생물학을 공부 혹은 연구하면서 생물학이 암기과목이라는 데 동의할 수 없게 되었다. 특히 연구 생활을 하면서는 생물학이 물리나 수학, 화학처럼 논리적 사고를 필요로 하는 전형적인 과학과목이라는 생각을 확고히 하게 되었다. 어째서 이런 괴리가 생겨버렸을까? 중고등학교, 심지어 대학에서도 생물학을 논리적 학문으로 배우지 못했기 때문은 아닐까? …… 이는 내가 이 책을 집필하게 된 가장 큰 이유이기도 하다. 생물 공부가 암기만 하면 되는 지루한 과목이라는 일반화된 상식을 깨고 싶었기 때문이다. 이 책을 통해 생물학도 물리학이나 수학, 화학 같은 논리적 과학의 한 영역으로 자리매김할 수 있기를 바란다.” - 본문 중에서

“생명을 분수와 같은 하나의 흐름으로 파악하면 그 아름답고 완벽한 대칭에 조각처럼 예쁜 생명체의 형태가 어떻게 결정되는지 궁금해진다. 어떻게 흐름 속에 있는 물체가 그토록 정교한 모습을 유지할 수 있을까? …… 직소퍼즐의 원리를 함께 생각해보자. 나는 가끔 휴가철이나 여가 시간에 1,000피스짜리 직소퍼즐을 맞추고는 한다. 최근에는 고흐의 〈별이 빛나는 밤에〉 명화 퍼즐을 맞추고 있다. 그런데 간혹 직소퍼즐을 서너 달에 걸쳐서 맞추다 보면 중간에 한두 조각이 버뮤다 삼각지대로 사라져버리는 경우가 있다. 다행히 이럴 때를 대비하여 직소퍼즐 회사에서는 잃어버린 조각을 보내주는 서비스를 제공한다. 퍼즐 상자에는 항상 우편엽서가 들어 있는데, 그 속에는 내가 잃어버린 조각이 무엇인지 묘사하여 보낼 수 있게 해놓았다. 이제 내가 필요로 하는 조각이 어떤 조각인지 설명하기만 하면 공장에서 보내줄 것이다. 어떻게 설명할까? 하늘 배경의 흰 해오라기가 나선으로 돌아가는 부분이라고 설명할까? 아니면 좌표로 가로 세로 몇 센티미터 부분의 조각이 빠졌다고 설명할까? 쉬운 문제가 아닌 것 같다. 생각해보라. 1,000피스짜리 직소퍼즐에서 어떤 조각이 분실되었는지 설명하는 것이 과연 쉬운 일일까?” - 본문 중에서 

출판사 서평

“이 책은 정보와 재미 두 마리 토끼를 매우 훌륭하게 쫓고 있다!
나는 우리 정부가 새 생물학 교과서를 만들 때 이 책을 꼭 참고하기 바란다.”
- 최재천 (이화여대 에코과학부 교수, 국립생태원 원장)

서울대 이일하 교수가 안내하는 생명과학의 지형도!
세상, 우주, 인간, 나를 이해하는 즐거운 생물학 강의 속으로!
‘생명과학은 어떻게 가르치고 배워야 하는가’의 정수를 담은 책!
★ 2014년 한국출판문화산업진흥원 우수출판콘텐츠 당선작 ★

우리는 정말 생물학을 제대로 이해하고 있을까? 이 책 『이일하 교수의 생물학 산책』은 중고등학교에서의 잘못된 암기식 생물 교육 탓에 생물학처럼 학생이나 일반인들에게 잘못 이해되고 있는 학문도 없음을 절감하고 안타까움을 느낀 저자가 집필한 생물학 입문서이다. 빅뱅부터 현대까지 이어지는 생명의 역사와 원리에 대한 포괄적 조감도를 유쾌한 입담으로 풀어내고 있는 책 속에는 생명에 대한 다채롭고 흥미로운 문답들이 가득하다.

만약 사고가 났을 때 전기충격기로 심장을 되살려내기 전의 나는 생명체일까 무생물일까? 생명이란 무엇일까, 우리는 어디에서 왔고 또 어디로 가고 있을까? 지구 상의 오직 한 사람 내가 유일무이한 이유는 무엇일까? 왜 모든 생명체는 세포라는 작은 단위로 구성되어 있을까? 왜 코끼리만 한 세포는 없을까? 내가 먹은 음식은 어떻게 에너지가 될까? 내 몸은 어떤 물리화학적 원리로 작동할까? 암컷과 수컷은 왜 필요할까? 외계에 생명체가 있다면 어떤 원소들로 이루어져 있을까? 영화 <트랜스포머> 속 기계인간은 가능할까? 생물체는 돌연변이가 숙명일까? 베일에 가려진 생명의 설계도에는 어떤 내용이 들어 있을까? ……

『이일하 교수의 생물학 산책』은 서울대학교 생물학과 교수로 재직 중인 이일하의 첫 저서로, 지난 30여 년 동안 공부하고 연구하며 깨달아온 생명과학의 노하우가 오롯이 담겨 있는 책이다. 저자는 무엇보다 이 책을 통해 일반인 및 중학생, 문과생들도 생물학의 기본 개념을 쉽고 재미있게 이해할 수 있도록 하였다. 때문에 그저 막무가내로 생명 현상의 부분부분에 관한 정보를 나열하고 외우라 하지 않고 그 부분들을 꿰어 전체를 흥미롭게 설명하고 체계적으로 정리할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있다.
저자의 설명은 생물학에만 국한되지 않는다. 생물학을 좀 더 쉽고 명쾌하게 이해하는 데 필요한 물리학과 화학, 천문학 등 과학 전반의 역사와 원리들도 함께 들려주기에, 책을 다 읽고 나면 생명 현상의 과학이 잘 설계된 건축물처럼 가지런히 머릿속에 세워지는 경험을 만끽할 수 있다.

“이 책의 제목을 한때 ‘21세기에 다시 쓰는 생명이란 무엇인가’라고 할까 심각하게 고민한 적이 있다. 천재 물리학자 슈뢰딩거가 1948년에 쓴 『생명이란 무엇인가』라는 책 제목을 차용한 것이다. 슈뢰딩거는 DNA가 무엇인지 유전자가 어떻게 생겼는지 전혀 상상조차 하지 못하던 시기에 생물을 분자 수준에서 이해하려 시도한 책을 썼다. 당시까지 축적된 물리적, 화학적 지식을 동원하여 생명을 과학적으로 해명하려 한 것이다. 그가 지금 시대의 생물학적 지식을 알고 있었다면 어떻게 책을 쓸까를 상상해보고는 했다. 그런 관점에서 이 책을 읽어보면 한층 더 재미있게 생물학을 접할 수 있을 것 같다. 말하자면 물리학과 화학의 지식을 동원하여 생물을 이해한다는 관점으로 이 책을 읽어보면 좋을 것이다. …… 이 책은 내가 고1인 우리 아이에게 생물을 이해시킨다면 어떤 이야기를 하게 될까 고민하여 얻은 성과물이라고도 할 수 있다. 아이와 함께 산책을 하며 재미있는 생물학 이야기를 들려주듯이 해보자 생각하고 쓴 글이다. 여러 가지 이유로 생물학을 접해보고 싶은 이들에게 이 책을 바치며, 무엇보다 세상, 우주, 인간, 나를 이해하는 즐거운 생물학 여행에 동참해주어 고맙다는 인사를 전한다.” -〈저자의 말〉중에서

“생명과학의 큰 흐름을 이 한 권에 담았다!”
21세기를 살아가는 교양인이라면 반드시 읽어야 할 책!

저자는 생명(생물학)을 잘 알기 위해서는 생명체가 작동하는 중요한 원리들을 제대로 이해하는 일이 선행되어야 한다고 말한다. 그래서 총 5부로 이루어진 본문의 큰 구성도 ‘생명은 흐름이다 → 생명은 반복한다 → 생명은 해독기다 → 생명은 정보다 → 생명은 진화한다’, 즉 생명체의 작동 원리를 바탕으로 서술하고 있다. 일면 묵직해 보일 수 있는 주제들이지만, 적재적소에 잘 맞는 흥미로운 예시들을 저자 특유의 재치 있는 입담으로 이야기하듯 들려주고 있기에 독자들이 너무 무겁지 않고 재미있게 생물학을 알아갈 수 있도록 안내한다. 또한 저자는 본문의 곳곳에서 우리 교과서에서 바로잡아야 할 생물학 교육의 면면들에 대해서도 조언하고 있다.

1부 〈생명은 흐름이다〉에서는 생명체의 기본 원소인 탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황[저자는 이들 원소를 ‘촌피스(CHONPS)’라 명명하고 있다]에 대한 이야기를 시작으로, 흐름을 유지하는 물질대사를 분수에 비유하고 직소퍼즐을 이용해 무생물에서 생물이 빚어지는 창발성에 대한 이야기를 들려준다. 또한 생물학자가 들려주는 화학 결합, 외계 생명체를 찾기 위한 눈물겨운 노력들에 이어, 생명을 구성하는 레고블록, 생명의 최소단위인 세포, 생명체의 현찰 에너지, ATP 등을 설명하며, 어떻게 생명이 흐름 속에서도 자신의 정체성을 유지할 수 있는지를 흥미롭게 전개하고 있다.

2부 〈생명은 반복한다〉에서는 체세포와 생식세포의 생산, 지구 상의 오직 한 사람 내가 유일무이한 이유, 멘델의 유전 법칙, 유전 물질의 발견과 왓슨과 크릭의 통찰력이 빛나는 이중나선에 대한 이야기 등 하나의 흐름인 생명체가 자신의 존재를 영속시키기 위한 방법으로 찾아낸 세포분열과 유전에 대해 다양한 예시를 들어 설명한다. 특히 저자는 중고등학교에서 배우는 멘델의 법칙 가운데 우열의 법칙이 우리 교과서에서만 가르치고 있는 잘못된 교육 방식임을 지적하며 왜 그런지를 비롯하여 우리 생물 교육이 지향해야 할 방향을 일러주고 있다.

3부 〈생명은 해독기다〉에서는 DNA에 저장된 단백질 합성 정보를 디지털 정보(DNA 정보)가 아날로그 정보(단백질 정보)로 전환되는 과정으로 설명하고, 유전 정보의 전사와 해독 과정의 원리를 통해 세포들이 저마다 다른 이유를 들려준다. 이어 우리 삶과 밀접한 관련을 맺어 왔고, 앞으로도 더 큰 영향력을 키워갈 유전공학과 GMO에 대한 찬반론까지 흥미롭게 펼쳐 보이고 있다.

4부 〈생명은 정보다〉에서는 생명의 설계도에 비유하고는 하는 게놈(유전체) 속에 숨겨진 내용들을 알아본다. 특히 이 부에서는 DNA, 염색체, 유전자, 게놈, 뉴클레오티드 등 생명과학의 유전학에서 중요한 용어들을 먼저 살펴보며 개념을 잡는 데 주안점을 두고 있다. 그리고 인간 게놈 프로젝트와 관련한 재미있는 이야기, 그와 관련한 유전자 목록에 대한 정보와 유전자 조립 순서에 대한 정보를 화가가 초상화를 그리는 과정으로 비유하며 설명하고, 인간 게놈 속의 암흑 물질을 알아내려는 ENCODE 프로젝트, 생명 탄생을 수행하는 보이지 않는 손에 대한 이야기까지 들려주고 있다.

5부 〈생명은 진화한다〉에서는 생명체에게 피할 수 없는 숙명인 진화 현상에 대해 들려준다. 다윈의 자연선택 이론, 20년에 걸친 렌스키 교수의 진화 실험, 빠르게 진화하는 독감 바이러스 신종플루의 진화 현상을 살펴보며, 진화의 동인과 유전자의 생성 원리에 대해 이야기한다. 나아가 35억 년이라는 장구한 시간 동안 이루어져온 생명의 진화, 그리고 인간의 진화까지 언급하며 생명 현상의 큰 뼈대를 이해할 수 있도록 쉽고 명쾌하게 설명하고 있다.

추천의 글

“어느덧 21세기를 ‘생물학의 세기’라고 부르는 데 토를 다는 사람이 없다. 물리학과 화학은 죽어라고 부분만 파고들어도 할 수 있는 학문이지만 생물학은 다르다. 세포 안의 소기관들을 다 이해한다 해도 세포의 기능을 온전히 알 수 없고 각각의 세포들에 대해 충분히 안다 해서 그 세포들로 이뤄진 한 인간의 능력과 인격을 가늠할 수 없다. 생물학은 부분을 연구한 다음 반드시 그들을 한데 엮어 전체를 조합해야 하는 학문이다. 이런 학문을 우리 학교에서는 그저 주야장천 외우라 하고 시험에 나오면 그냥 게워내라 가르친다. 대한민국의 생물학 교육은 근본부터 변해야 한다. 그리고 그 혁신은 새로운 교과서를 만드는 일에서 시작해야 한다. 이제 곧 문/이과를 통합하는 과정에서 자연스럽게 그런 일이 벌어질 텐데, 나는 우리 정부가 새 생물학 교과서를 만들 때 이 책을 꼭 참고하기 바란다. 이일하 교수는 이 책에서 과학책이 쫓아야 할 정보와 재미 두 마리 토끼를 매우 훌륭하게 쫓고 있다. 그저 막무가내로 부분에 관한 정보를 나열하고 외우라 하지 않고 그 부분들을 꿰어 전체를 흥미롭게 설명한다. 책을 다 읽고 나면 생명 현상이 잘 설계된 건축물처럼 가지런히 머릿속에 세워질 것이다. 태생적으로 창발적인 학문인 생물학은 당연히 창발적으로 배워야 한다.” - 최재천(이화여대 에코과학부 교수, 국립생태원 원장)

책속으로 추가

“잘 알고 있는 멘델의 유전 법칙을 간단히 설명해보자. 멘델의 교배 실험에서 잡종 제1세대(F1)에서는 하나의 형질이 사라진다. 그러나 F1을 자가수분해서 얻은 F2에서는 다시 주름진 콩의 형질이 나타난다. 이는 F1에서 주름진 형질을 결정하는 유전인자가 없어진 것이 아니고 가려진 것임을 보여준다. 콩 표면의 형태를 결정해주는 두 인자가 쌍으로 존재한다는 사실을 분명히 알 수 있다. 더구나 F2에서 나타나는 둥근 콩과 주름진 콩 간의 비율 3 : 1은 두 대립인자가 나뉘었다가 다시 섞인 것임을 보여준다. 말하자면 1RR : 2Rr : 1rr로 분리되었음을 의미하는데, 이는 유전인자가 마치 동전을 던졌을 때 앞면 혹은 뒷면 둘 중 하나로 나오는 것처럼 R 혹은 r로 분리되어 정자와 난자를 만들고 이들이 다시 합해져서 RR, Rr, rr의 자손이 나옴을 보여주는 것이다. 이것이 멘델의 제1법칙 분리의 법칙이다. 이제 분리의 법칙의 의미를 명확히 해보자. 무엇이 분리된다는 말인가? 학생들에게 분리의 ‘주어’가 뭔지 아느냐고 물어보면 많은 경우 당황해한다. 그냥 3 : 1 분리비가 나오니까 분리의 법칙이라고 외웠기 때문에 분리의 주어가 무엇인지 깨닫지 못하는 것이다. 이것이 멘델의 유전 법칙의 가장 중요한 개념이며 패러다임의 전환임에도 중고등학교 교과서에서는 그 중요한 개념을 중요하다 가르치지 못하고 있어 안타깝다.” - 본문 중에서

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