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"모델생물은 과학사의 방향을 완전히 뒤바꿔놓기도 한다!"
26종의 모델생물이 펼쳐보이는 생물학의 여정, 과학과 사회

우수과학도서 《플라이룸》의 저자인 초파리 유전학자 김우재가 이번엔 26종의 모델생물들과 함께 독자들을 찾아왔다. 모델생물이란 초파리, 예쁜꼬마선충, 애기장대, 효모, 쥐, 제브라피시처럼 생물학의 현상을 연구하기 위해 특별히 선택된 생물이다. 우리가 작고 사소하게 여겼던 이 생물들은 자연에 숨겨진 비밀들을 보여주며, 때론 과학사의 방향을 완전히 뒤바꿔놓기도 한다.
저자는 26종의 모델생물을 중심으로 모델생물의 독특한 특징, 놀라운 과학적 발견과 생물학의 흐름, 선택의 주체인 과학자의 삶을 조화롭게 엮어 풀어낸다. 이 책을 통해 독자는 풍부한 생물학적 지식을 얻을 뿐만 아니라 모델생물과 함께 자연의 비밀을 발견하는 순간을 만나고, 과학자와 함께 생물학의 현장에 있는 듯한 느낌을 받게 될 것이다.

"모델생물은 과학사의 방향을 완전히 뒤바꿔놓기도 한다!"

생명의 기본입자 ‘박테리오파지’
잡초에서 식물학의 꽃이 된 ‘애기장대’
숭배와 혐오의 대상 ‘돼지’ 등
26종의 모델생물이 펼쳐보이는 생물학의 여정, 과학과 사회

★ 과학기술정보통신부 장관 추천!
★ 우수과학도서 《플라이룸》 김우재의 신작!

“과학적 사고를 통한 사회의 변혁에 관심 있는 모든 분들께 권하고 싶은 책이다.” _최기영(과학기술정보통신부 장관)

생물학은 ‘선택된 자연’을 연구하는 학문이고,
생물학자는 모델생물 없이 아무 일도 할 수 없다!

우수과학도서 《플라이룸》의 저자인 초파리 유전학자 김우재가 이번엔 26종의 모델생물들과 함께 독자들을 찾아왔다. 모델생물이란 초파리, 예쁜꼬마선충, 애기장대, 효모, 쥐, 제브라피시처럼 생물학의 현상을 연구하고 이해하기 위해 특별히 선택되는 생물이다. 과학자들에게 모델생물은 단순한 소도구가 아니다. 우리가 작고 사소하게 여겼던 이 생물들이 사실은 자연에 숨겨진 작은 비밀들을 보여주며, 때론 과학사의 방향을 완전히 뒤바꿔놓기도 한다. 생물학이 면역학, 유전학, 생물정보학 등으로 나누어진 것처럼 보여도, 현장의 생물학은 모델생물들을 축으로 분화되어 있다.
여전히 생물학의 현장에서 모델생물을 연구하고 있는 저자는 26종의 모델생물에 얽힌 이야기를 그의 과학적이고 철학적인 시선으로 조화롭게 엮어 풀어낸다. 모델생물의 독특한 특징부터 놀라운 과학적 발견과 생물학의 흐름, 선택의 주체인 과학자의 삶을 서술하면서 내일의 생물학과 사회에 대한 저자의 진지한 고찰까지 담았다. 장마다 등장하는 26종의 모델생물에 얽힌 흥미로운 이야기를 읽다보면, 독자는 풍부한 생물학적 지식을 얻을 뿐만 아니라 자연의 비밀을 발견하는 순간을 만나고, 생물학의 매력에 빠져들 것이다.

“저는 유전학을 연구합니다.”
“뭐로 연구하시는데요?”
선수들끼리는 모델생물이 먼저다!
모델생물로 보는 생물학의 과거, 현재, 미래

생물학의 최전선에 있는 생물학자들에게 “저는 유전학을 연구합니다” 로는 충분한 자기소개가 되지 않는다. “저는 ‘초파리로’ 유전학을 연구합니다”와 같이 ‘초파리’라는 수식어가 반드시 필요하다. 모델생물은 생물학자들이 복잡하게 뒤엉킨 생물학적 지식의 그물망 속에서 마음껏 헤엄칠 수 있도록 돕는 고마운 존재이자, 자연을 탐구하는 플랫폼이다. 찰스 다윈이 자연선택 이론에 가장 결정적인 확신을 얻게 된 것도 모델생물 덕분이었다. 그는 선택된 자연으로부터 ‘자연선택’이라는 위대한 생물학의 원리를 발견한 것이다.
모델생물을 선택하는 것부터 연구의 진행 과정, 연구 결과를 취합하여 인류에게 적용하는 데 이르기까지 그 모든 과정은 예측 불가능하다. 각 모델생물의 특징이나 해당 사회의 분위기, 혹은 선택한 과학자에 따라 천차만별이니 말이다. 그래서 모델생물은 더 생동감 있고 다채로운 생물학의 역사를 써내려갔다. 모델생물마다 등장하는 다양한 과학자와 현장의 이야기에 독자들을 초대한다.

- 먹을 수 있는 모델생물, 효모 인류의 식생활을 더욱더 풍성하게 한 모델생물, 바로 ‘효모’다. 맥주, 와인, 빵 등에 사용되며 우리의 식생활에 큰 공헌을 해왔다. 그런데 이 효모가 유전학에서 가장 강력한 모델생물이라는 사실! 유전학적 도구들이 풍부하고 조작도 매우 쉬워 효모 유전학을 ‘무시무시하다’라고 부르는 게 결코 과장이 아니다. 맥주에서 분리된 작은 생물체가 생물학의 지형을 뒤바꿔놓았다!(7장 효모)
- 프로이트에 열광한 과학자의 선택, 군소 어린 시절부터 프로이트에 한껏 매료된 과학자 에릭 캔들. 그는 ‘군소’로 프로이트의 이론을 과학적 실험으로 밝히고자 열정을 다해 묵묵히 연구했고 결국 프로이트의 이론을 분자 수준에서 규명했다. 그는 이 연구를 통해 시험되고 검증되지 않는 이론은 정교한 헛소리에 불과하다는 것을 깨달았고, 결국 프로이트에 대한 열광은 연구와 실험에 대한 열정과 함께 사그라들고 말았다.(11장 군소)
- 과학자의 끈질긴 구애, 제브라피시 홀로 모험적인 연구에 뛰어든 과학자 조지 스트라이싱어. 어린 시절부터 특히 물고기를 좋아한 그는 9년이 넘는 세월 동안 홀로 유전학적 도구들을 개발하고 연구비 후원 조직을 설득하며 모델생물 ‘제브라피시’를 연구했다. 열정적이고 끈질기게 수행한 이 과학자 덕에 수천 명의 연구자가 제브라피시를 통해 인간의 유전질환 연구를 하고 있다. 한 과학자의 포기 없는 끈질김으로 제브라피시는 강력한 유전학적 도구를 갖춘 모델생물로 재탄생했다.(16장 제브라피시)
- 드라마틱한 반전의 주인공, 집쥐 온갖 더러운 이미지를 대표하고, 흑사병과 같은 전염병의 주요한 생물이라 여겨졌던 ‘집쥐’. 그런 집쥐가 한때 과학자에게 가장 사랑받는 모델생물, 근대 의학의 영웅으로 재탄생하는 드라마틱한 반전을 겪은 주인공이 되었다! 그 과정에는 노동자들에게 비극적인 이념 테일러리즘과, 생물학의 슬픈 과오 우생학과, 여성에 대한 과학계의 차별이 스며들어 있다.(17장 집쥐)

내일의 생물학, 과학, 그리고 사회에 던지는 제언!
모델생물 연구에 담긴 과학적 사유

“솔직히 ‘한 과학자의 고민을 담은 국내 저서 중에서 아마 이만한 글도 없을 것이다’라는 자찬은 인정할 만하다.” _김사열(경북대학교 생명과학부 교수)

저자는 모델생물에 얽힌 다양한 이야기를 독자에게 전하는 것으로 그치지 않는다. 과학적 사유를 통해 사회에 첨예한 제언을 던진다. 한국사회에 시사하는 바가 큰 정치적, 사회적 이슈를 다루며 과학자의 눈으로 사회에 드리운 그늘을 비춘다. 영장류 연구 이야기에서 더 나아가 인간배아의 유전자편집에 얽혀 있는 과학계 내부의 문제점을 다루고,(14장 영장류) 여러 모델생물 중에서도 생쥐가 대부분의 과학 연구비를 독식하며 모델생물의 다양성을 해치고 있음을 지적한다.(18, 19장 생쥐) 또한 포유류의 유전체 동등성을 증명한 복제양 돌리를 통해 황우석 사태를 돌아보고,(23장 양) 돼지 뒤에 역설적으로 공존하는 숭배와 혐오의 이미지를 토대로 한국사회의 극단적인 정치적 이념 대립을 꼬집으며 비판한다.(24장 돼지) 또 박정희 정권 시절의 통일벼, 희농 1호 등 유신의 잔재를 다루며 과학의 전면에 등장했던 정치적 수사와 과대 포장, 그에 따른 치열한 암투를 논한다.(25장 벼) 책의 말미에는 인간과 과학자를 새로운 모델생물이자 곧 사라질 모델생물로 넣어 과학자와 생물학, 과학이 앞으로 나아가야 할 방향에 대해 진지한 질문을 던지면서도 희망을 놓지 않는다.(29장 인간과 과학자) 생물학이 의학에 종속된 의생명과학의 시대를 지나 미래의 다윈들이 다양한 모델생물을 찾아 모험을 떠날 때까지, 그 중심엔 여전히 선택된 자연, 즉 모델생물이 있다.

이소연(한국 최초 우주인)
고등학교 때 생물반에서 개구리의 거대 염색체를 현미경으로 보며 탄성을 지를 때도, 우주비행을 수천 마리의 초파리와 함께 할 때도, 항공우주연구원의 연구원으로 우주실험 개발을 위해 예쁜꼬마선충을 키우고 테스트하고 관찰하면서도, 그 실험에 최적화된 친구들이라는 사실만 알고 지나친 제가 얼마나 무지했는지를 《선택된 자연》이 되새겨주었다. 김우재 박사 덕분에 과거 친구들과 다시 만나게 되었고, 이제야 그 친구들의 진정한 의미를 깨닫게 된 것 같다.

김사열(경북대학교 생명과학부 교수)
김우재 교수의 표현대로 생명과학은 ‘선택된 자연’을 연구하는 학문이고, 그래서 생명과학자는 바로 ‘모델생물의 과학’을 하는 셈이다. 그가 선택한 26종 모델생물의 이야기를 따라가노라면 새로운 방식의 생명 경험 여행을 하게 된다. 솔직히 ‘한 과학자의 고민을 담은 국내 저서 중에서 아마 이만한 글도 없을 것이다’라는 자찬은 인정할 만하다. 대장균 이야기를 하면서, 유행만 쫓으며 사는 과학계의 치부를 공개한다는 것은 매우 드문 수준의 지적 성취이기 때문이다.

황정아(물리학자, 한국천문연구원 책임연구원)
19세기에 찰스 다윈이 《종의 기원》에서 ‘자연선택’의 원리를 제시했다면, 21세기를 사는 초파리 과학자 김우재 교수는 《선택된 자연》에서 모델생물의 과거와 현재의 이야기를 흥미진진하게 풀어놓는다. 이 책을 읽으면서 한때 분자생물학을 전공하고자 했던 청소년 시절의 치기 어린 열망이 고스란히 현실로 소환되는 흥미로운 경험을 했다. 과학자에게 좀처럼 모험을 허락하지 않는 현대사회에서, 과학자의 멸종을 막기 위해 다양한 시도를 해내고 있는 김우재 교수의 과학과 사회에 대한 급진적인 열정을 응원한다.

서성배(초파리 유전학자, 카이스트 생명과학과 교수)
이 책을 읽고, 신경생물학자로 지금까지 초파리의 행동과 생리를 연구해오면서, 내가 연구하는 모델생물인 초파리에 대해 얼마나 생각해보았는지 반성했다. 《선택된 자연》은, 생물학자들이 필요로 하고 사랑하는 모델생물들에 대한 일반인들의 이해를 넓혀줄 뿐 아니라, 실제 현장에서 모델생물로 연구하는 생물학자들이 자신의 작업을 좀 더 깊이 생각해볼 계기를 마련해줄 수 있는 책이라고 생각한다. 현장의 생물학자들이 이 책을 자신의 동료와 선후배들에게 권하기를 바란다. 이제 한국에서도 멋진 연구를 하는 훌륭한 과학자가 많이 배출되고 있는데, 이 책이 그 발전에 촉매가 되길 바란다.

유권(초파리 유전학자, 한국생명공학연구원 책임연구원)
한국사회에 과학 비평가로 잘 알려진 김우재 교수가 다양한 모델생물과 그에 얽힌 생물학 역사를 일반인들이 알기 쉽도록 풀어쓴 《선택된 자연》은 대장균부터 애기장대, 옥수수, 인간 암세포주까지 거의 모든 모델생물을 망라하고 있으며, 김 교수의 시선으로 생물학의 역사를 재해석하고 있다. 한번 읽기 시작하면 손에서 놓기 어려운 재미와 지식을 포함하고 있다. 다만 아쉬운 것은 김 교수의 《플라이룸》에서 상세히 언급되었지만 가장 중요한 모델생물 초파리 이야기가 생략되어 있다는 점이다.

조진원(한국분자세포생물학회장)
인류의 생존을 위해 희생되는, 혹은 생명 현상을 밝히는 데 사용되는 생명체에 관해 기술한 이 책은, 아무리 잘 포장해 말할지라도 결국 인류가 여러 생물에게 큰 빚을 지고 있음을 명확히 알려준다. 지구상에 존재하는 생명체들이 똑같은 분자생물학적 설계에 의해 작동한다는 신비가 생물학자에게는 축복이다. 같은 재료로 작동되는 다양한 생물들이 인간과 함께 지구상에 공존하고 있으니 인간과 생명체들은 한 가족이 아닐까?

최기영(과학기술정보통신부 장관)
물리나 화학과는 달리 생물학자들의 모델은 ‘생물’일 수밖에 없다는 점을 이 책을 통해 알게 되었습니다. 자연이 오랜 시간을 들여 만들어놓은 엄청나게 복잡한 생물을 대상으로 연구하는 과정이 얼마나 지난한 것인지도 알게 되었습니다. 제가 생물학이 아니라 공학을 전공한 것이 다행이라는 생각이 들었습니다. 생물학자로서 갖는 지적 호기심에 답을 줄 수 있는 모델생물을 찾거나 새로이 수립하는 과정을 초파리 과학자 김우재 교수는 이 책에서 역사적, 사회적 맥락을 곁들여 쉽고 재미있게 풀어 설명하고 있습니다. 한발 더 나아가, 그러한 생물학적 방법론을 렌즈로 해서 사회를 살펴본 점은 저자의 깊은 과학적, 철학적 사고에서 우러나오는 통찰력을 느끼게 합니다. 과학적 사고를 통한 사회의 변혁에 관심 있는 모든 분들께 권하고 싶은 책입니다.

추천의 글

들어가며
01 몇몇 생물에 관하여
02 모델생물의, 모델생물에 의한, 모델생물을 위한
03 박테리오파지: 생명의 기본입자
04 대장균: 유행은 오고 간다
05 아프리카발톱개구리: 오래된 과학의 순교자
06 클라미도모나스: 광합성 연구 최적의 모델생물
07 효모: 먹을 수 있는 모델생물
08 붉은빵곰팡이: 생화학 유전학의 탄생
09 애기장대: 잡초에서 식물학의 꽃으로
10 옥수수: 신화가 된 과학
11 군소: 민달팽이와 프로이트의 꿈
12 개: 실험생리학의 주인공
13 닭: 발생학의 화려한 부흥
14 영장류: 정의란 무엇인가
15 플라나리아: 과학의 재현성 문제
16 제브라피시: 장기적 안목의 중요성
17 집쥐: 흑사병에서 독재까지
18 생쥐(1): 우생학과 유전학
19 생쥐(2): 연구와 정치
20 토끼: 과학자와 육종가의 교류
21 비둘기: 실험은 실패하지 않는다
22 고양이: 심리학과 생물학 사이
23 양: 복제의 그늘
24 돼지: 숭배와 혐오
25 벼: 과학을 사용하는 방법
26 개미와 꿀벌: 진사회성 곤충의 유전학
27 모기: 새로운 초파리
28 암세포주: 인간이라는 이유로
29 인간과 과학자: 과학과 인본주의
30 야생 속으로
나오며: 모델생물이 바꾸는 생물학의 인식론

주
도판 저작권
부록: 모델생물 연표

어쩌면 다윈이야말로 모델생물에 관해 가장 할말이 많은 학자일지 모른다. 자연사의 전통에서 비글호를 타고 갈라파고스 제도의 야생동물을 관찰하던 그가 자연선택에 관한 가장 결정적인 확신을 얻게 된 것은 당시 육종가들이 기르던 개와 비둘기 따위의 모델생물 때문이었다. 다윈은 모든 종을 연구하고 나서 《종의 기원》을 집필한 게 아니다. 그는 선택된 몇 종의 생물들로부터 영감을 얻어 위대한 생물학의 원리를 발견했다. 즉, 다윈은 ‘선택된 자연’에서 ‘자연선택’의 원리를 얻었다. 이 책의 제목은 그런 의미를 담고 있다. 그리고 실제로 대부분의 생물학자는 자연에서 선택된 단 하나의 종을 연구하다 죽는다. 생물학은 ‘선택된 자연’을 연구하는 학문이다. _10-11쪽

생물학자들은 자신을 ‘면역학자’라든가 ‘유전학자’ 등으로 거창하게 소개하곤 하지만, 그건 생물학을 잘 모르는 사람들에게나 소개할 때의 일이다. 생물학자들끼리 만나는 장소에서 “저는 유전학을 연구합니다”처럼 구태의연한 수사는 없다. 그런 어이없는 소개를 들은 상대방은 어리둥절한 얼굴로 이렇게 반문할 것이다. “뭐로 연구하시는데요?” _17쪽

생물학자들은 모델생물 없이는 아무 일도, 아무 발견도 할 수 없다. 게다가 인간의 질병을 치료하기 위해서는 생쥐로 선행 연구가 필요하고, 생쥐의 유전자를 연구하기 위해서는 초파리 유전학이 필요하며, 초파리 유전학의 발견이 예쁜꼬마선충과 제브라피시에서의 발견들과 융합되었을 때에만 생물학은 일보 전진할 수 있다. 인간의 질병 치료를 위해 생물학이 필요하다는 데 이의를 제기할 사람은 없다. 그런데 바로 그 생물학은 여러 모델생물에서의 발견들이 융합되었을 때에만 진보한다. _20쪽

물리학자이자 전기생리학자였던 에너지 일원론자 헤르만 헬름홀츠는 근육에 관한 전기생리학적 연구를 위해 개구리를 선택했고, 이 동물을 ‘오래된 과학의 순교자’라고 칭했다. 전기뱀장어나 비둘기, 혹은 다른 온혈동물들에서 고군분투하던 헬름홀츠에게 개구리는 완벽한 동물이었다. 다시 한 번 말하지만, 생물학자들에게 있어 모델동물이란 단순한 선택이 아니다. 생물학자는 자연 일반에 대고 질문을 던지지만, 연구는 자신이 던진 그 특별한 질문에 가장 잘 답해줄 모델생물을 통해 이루어지기 때문이다. 질문의 종류에 따라 적합한 모델생물이 달라진다. 개구리와 전기생리학의 궁합은 그러한 역사를 잘 보여주는 예다. _46쪽

인간과 전혀 닮지 않은 이 연체동물이 기억과 학습, 신경가소성 연구에 획기적인 전환을 가져왔다는 사실은 잘 알려져 있지 않다. 인간의 무의식, 리비도libido, 오이디푸스 콤플렉스와 같은 프로이트의 이론을 한 번쯤 들어본 사람들조차 비엔나 출신의 한 과학자가 이 작은 연체동물을 이용해 프로이트가 꿈꾸던 많은 것들을 분자 수준에서 규명했고, 또 규명하고 있다는 사실은 잘 알지 못한다. _89-90쪽

한국의 많은 학문적 성과가 서양, 특히 미국에 종속되어 있는 것이 사실이지만, 비슷한 시기 일본에서 뚜렷한 성과를 내고 있던 연구팀에 대한 편향적 관심은 이해하기 어렵다. 유명한 영장류 연구자 프란스 드 발Frans De Waal은 이를 당시 서구의 과학자들이 암묵적으로 공유하던 편견 때문이라고 말한다. 게다가 긴지는 사회를 개체의 집합으로 바라보는 다윈주의에 반대했고, 사회는 하나의 유기체라는 확고한 신념을 지니고 있었다. 다윈주의가 생물학을 넘어 여러 학문의 기초가 되어가던 당시의 서구 학계에서 긴지의 이러한 관점은 이단으로 취급받았고, 그가 영장류학에 남겨놓은 수많은 업적은 오랫동안 객관적으로 평가받을 수 없었다. _112-113쪽

스트라이싱어가 독야청청 제브라피시를 연구하기 시작한 지 40여 년이 지난 지금, 수천 명의 물고기 연구자들이 인간의 유전질환과 신약개발, 암 연구 등을 위해 세계 각지에서 활동하고 있다. 브레너, 벤저, 스트라이싱어, 이 세 명의 과학자들이 각각 선충, 초파리, 제브라피시를 모델생물로 정착시킨 배후에는 장기적인 투자, 실패를 용인하고 모험을 장려하는 과학정책, 그리고 과학적 질문을 던지고 이를 열정적으로 끈질기게 수행할 수 있게 만드는 과학자 사회와 해당 사회의 분위기가 있었다. _135쪽

집쥐처럼 드라마틱한 반전을 겪은 모델생물은 과학사에서 흔하지 않다. 집쥐가 생물학자들에 의해 간택되기 전까지는 온갖 더러운 이미지들이 집쥐라는 명칭 속에 섞여 있었다. 근대의학의 영웅으로 재탄생하는 과정에서조차, 집쥐에게는 테일러리즘이라는 노동자들에게 비극적인 이념과, 우생학이라는 생물학자들의 슬픈 과오와, 여성이라는 소수자에 대한 과학계의 차별이 스며들어 있다. _141-142쪽

육종의 역사에 흥미로운 사실이 하나 있다. 개와 토끼 육종가의 차이다. 개 육종 분야에선 족보가 아주 중요하다. 즉, 혈통과 족보를 알 수 없는 개는 아예 대회 출전권조차 가질 수 없다는 뜻이다. 족보도 모르는 개들을 교배해서 아무리 외적으로 아름다운 개를 만들어봐야 소용이 없는 것이다. 반면에 토끼와 가금류 육종의 역사에는 그런 족보 자체가 존재하지 않았다. 그래서 혈통보다는 생김새만으로 평가가 가능했다. 재미있게도 개 육종가는 대부분 중산층 이상에 속한 이들이었고, 토끼나 가금류 육종가는 가난한 농민들이었다. 두 집단의 경제적 계급 차이가 족보를 따지는 관습을 형성한 것인지 혹은 그 반대인지는 알 수 없지만, 자신들이 사육한 동물을 평가하는 기준에 따라 동물뿐 아니라 인간과 사회를 바라보는 관점에도 차이가 발생했다는 것만은 분명하다. _165쪽

사회가 복잡해지고, 인류에게 과학이 선사한 풍부한 상식이 존재한 이후 대부분 사회적으로 합당한 결정의 배후엔 과학이 있다. 이제 정치인들은 근거가 빈약한 정책을 함부로 펼치지 못하며, 의사들은 효과가 없는 약을 환자에게 투여할 수 없고 법조인들은 과학이 제공하는 건강한 상식을 넘어서는 판결을 할 수 없다. 과학은 비인간적으로도 보일지도 모르는 건조한 발견들을 묵묵히 쌓으면서 사회를 지탱해왔다. 또한 근거에 기반한 토론과 합리성이야말로 사회적 합의와 진리에 이르는 길이라는 것을 가르치며, 과학은 사회를 지탱하고 있다. _239쪽