Express Series by Jo JIn Ho

“한국의 과학은 여전히 불안정하며 정착하지 못했기 때문에, 이 책의 가치는 더욱 놀랍다. 기초 과학의 불모지 한국에서 이런 수준의 책이 나올 수 있다는 것은 한국 과학계의 복이다.” -김우재(초파리 유전학자, 오타와 대학교 세포분자의과학 교수)

《게놈 익스프레스》는 일대 사건이다. 이 책은 단순히 유전자가 무엇인지를 알려주는 데 그치지 않는다. 아리스토텔레스에서 슈뢰딩거Erwin Schrodinger에 이르는 학자들이 생명의 정체와 생명 정보의 흐름에 대해 어떤 질문을 했고 물리학자와 생물학자들이 그 질문의 답을 어떻게 찾았는지를 보여준다. 저자는 과학은 정보가 아니라 질문이며, 효율이 아니라 태도임을 역사를 통해 알려준다. 교사와 과학자들이 반드시 ‘끝까지’ 읽어야 할 책이다. 만약에 청소년이 이 책을 읽는다면 그들은 선배 과학자들보다 적어도 30년 젊은 나이에 깨달음을 얻을 것이다.

- 이정모 (서울시립과학관 관장 Seoul Science Center, Chief)

Publication Date : Aug 18, 2016

Pages : 424

ISBN 9788960869738

“한국의 과학은 여전히 불안정하며 정착하지 못했기 때문에, 이 책의 가치는 더욱 놀랍다. 기초 과학의 불모지 한국에서 이런 수준의 책이 나올 수 있다는 것은 한국 과학계의 복이다.” -김우재(초파리 유전학자, 오타와 대학교 세포분자의과학 교수)

《게놈 익스프레스》는 일대 사건이다. 이 책은 단순히 유전자가 무엇인지를 알려주는 데 그치지 않는다. 아리스토텔레스에서 슈뢰딩거Erwin Schrodinger에 이르는 학자들이 생명의 정체와 생명 정보의 흐름에 대해 어떤 질문을 했고 물리학자와 생물학자들이 그 질문의 답을 어떻게 찾았는지를 보여준다. 저자는 과학은 정보가 아니라 질문이며, 효율이 아니라 태도임을 역사를 통해 알려준다. 교사와 과학자들이 반드시 ‘끝까지’ 읽어야 할 책이다. 만약에 청소년이 이 책을 읽는다면 그들은 선배 과학자들보다 적어도 30년 젊은 나이에 깨달음을 얻을 것이다.

- 이정모 (서울시립과학관 관장 Seoul Science Center, Chief)

Book synopsis / 시놉시스

“이 책의 탄생은 그 자체로 놀라운 사건이다!” 유전자 탄생 이후의 발자취를 추적해 나가는 놀라운 지적 탐험

<게놈 익스프레스>는 100여 년의 짧은 시간 동안 인류 인식의 지평을 폭발적으로 확장시킨 유전자 발견의 여정을 밀도 있게 다룬 그래픽 노블이다. 책은 DNA를 발견하고 DNA의 기능을 추적하는 과학사의 험난하면서 긴박한 여정을 통해 유전이라는 질서를 유지하며 거대한 흐름을 이어온 생명체의 신비를 해독한다. 유전의 법칙을 통계적으로 증명해낸 최초의 생물학자 멘델Gregor Mendel에서부터 끈질기고 반복적인 실험을 통해 형질들의 위치를 추적해낸 모건, DNA의 구조를 발견해낸 왓슨James Dewey Watson과 크릭Francis Crick 등 유전자의 역사를 써내려간 학자들의 학문적 도전과 실패의 여정을 다뤘다. ‘생명의 정보를 지닌 설계도’나 ‘인간 정보를 수록한 책’ 등 다양한 이름으로 정의되던 유전자는 30억 개에 달하는 인간 염기쌍의 배열 순서를 모두 풀어낸 ‘게놈 프로젝트’ genome project를 통해 그 실체가 명확히 밝혀지는 듯했다. 그러나 책은 발견과 동시에 황금기를 구가한 유전의 역사가 실은 성공의 역사라기보다는 실패의 역사임을 강조한다. 더 큰 문제와 물음에 봉착한 과학자들의 분투를 지켜보다 보면, 생명체의 정보를 암호화된 형태로 압축하고 있는 유전자의 정체가 몇 개 물질로 한정될 수 있는 협소한 개념이 아님을 눈치채게 된다. 이 책은 유전자의 부분적인 발견을 전체로 포장하는 우를 범하지 않고, 유전자를 둘러싼 과학사의 전체 여정을 흥미진진하게 조명한다.

Table of contents / 목차

프롤로그

01 유전자gene를 상상하다: 유전자의 발명

02 세포로 들어가다: 세포 안 염색체chromosome에 유전자가…?

03 심연 속으로: 분자molecule의 세계

04 무엇이 유전자인가?: 유전 물질Genetic Material은 단백질? 아니면 DNA?

05 유전자는 마땅히 그래야만 한다: 슈뢰딩거의 유전자 정의

06 DNA의 정체: DNA의 구조에 슈뢰딩거의 유전자가 숨어 있다

07 가까이 왔다!: DNA에서 발견한 디지털 정보

08 위대한 승리: 생명체를 만드는 유전자의 원리, 유전프로그램Genetic program을 발견하다

09 길을 잃어버리다: 유전자는 여기저기에 있다

10 바닥에서 마주한 진실: 그곳에는 거의 아무것도 없다

11 탈출: 사라진 유전자

12 돌아가는 길에서…: 생명체의 정보란 무엇인가

에필로그

Detailed outline / 세부 내용

인간을 포함하여 모든 생명체는 다음 세대에게 자신을 닮게 하는 무언가를 전달한다는 것을 어렴풋이 알고 있었다. 그 무언가를 오늘날 ‘유전자’라고 부르고 있다. 유전자는 유전 현상을 가능하게 하는 구체적인 물질이라는 느낌을 들도록 한다. 수많은 의미들이 세겨져 있는 물질… 유전자가 물질로 되어 있는 실체라면 구체적으로 어떤 실체란말인가?

01 유전자를 상상하다 - 유전자의 발명 : 모든 생명체는 예외없이 자신을 거의 완벽하게 닮은 자식을 낳는다. 늘 보는 일이라 대수롭지 않은 것 같지만 생각해보면 이 같은 기적도 없다. 덩치가 적당히 큰 생명체들은 세대와 세대를 잇는 작은 매개체인 정자sperm, 난자egg, 꽃가루pollen, 종자seed 등에 자신을 기억해서 재현할 수 있는 무언가를 만드는 능력이 있음이 분명해 보인다. 도대체 어떻게 이런 기적 같은 일을 할 수 있단 말인가?

02 세포로 들어가다 - 세포 안 염색체에 유전자가…? : 현미경microscope을 통해 세포를 보게 된 것은 생명체를 이해하는데 굉장히 중요한 사건이었다. 사람처럼 덩치가 큰 생명체는 모두 수많은 세포로 되어 있으며, 정자와 난자처럼 특별한 세포가 융합하여 하나의 세포가 되고, 이 세포가 분열, 성장을 거듭하면서 부모와 마찬가지로 많은 수의 세포 집단이 된다. 성능이 개량된 현미경은 세포 안의 것들을 자세히 볼 수 있게 해주었는데, 세포 안의 염색체chromosome라는 것이 시선을 끌었다. 염색체가 우리가 찾던 유전자일까?

03 심연 속으로 - 분자의 세계 : 사람들은 현미경을 뛰어넘는 기술들을 발명하고, 세포 속의 더 작은 것들을 구분하는 성과를 거둔다. 염색체를 구성하는 것은 단백질, 핵산 같은 분자라는 것도 알게 된다.이처럼 사람들은 더 작은 것을 향해 깊숙히 전진한다. 이런 노력을 통해 유전자가 무엇인지를 결국 알게 되는 희망찬 전망을 하게 된다.

04 무엇이 유전자인가? - 유전 물질은 단백질? 아니면 DNA? : 일찍이 생화학자biochemist들은 염색체가 단백질Protein과 핵산Nucleic acid이라는 거대 분자macro molecule로 이루어져 있다는 것을 밝혀냈다. 자연스럽게 다음의 문제는 단백질과 핵산 중에 무엇이 유전자의 기능에 핵심적인 역할을 하느냐는 것이었다. 많은 과학자들의 예상과 달리 단백질보다는 핵산이 유전자의 강력한 후보로 떠오르는데, 문제는 유전자가 어떤 방식으로 작동하느냐는 것이다.

05 유전자는 마땅히 그래야만 한다 - 슈뢰딩거Schrodinger의 유전자 정의 : 유전자의 정체를 볼 수 있는 작은 세계로 들어갔지만, 유전자가 어떻게 기능하는지에 대해서는 이상하리만큼 막막하다. 효소로써 기능한다는 가능성을 알게 되지만, 이것으로는 너무나 부족하다는 것을 잘 알고 있다. 유전자라는 작은 물질은 어떻게 크고 복잡한 생명체의 모든 정보를 담고 있단 말인가? 무작정 작은 세계로 들어가서 유전자를 찾아 다닐 것이 아니라 잠시 앉아서 유전자라는 것이 무언인지에 대해서 근본적인 생각을 할 때가 왔다. 슈뢰딩거는 유전자는 이러해야 한다는 일종의 모델을 구상한다.

06 DNA의 정체 - DNA의 구조에 슈뢰딩거의 유전자가 숨어 있다 : 유전자는 마치 문자나 모스 부호Morse Code처럼 1차원적으로 나열된 디지털 서열sequence이라는 슈뢰딩거의 예언에 몇몇 과학자들은 크게 공감한다. 여러 과학적 정황으로 보았을 때, DNA라는 핵산의 한 종류가 유전자의 물질적 실체라는 것도 확실해 보였다. 그렇다면 DNA에 어떤 모습으로 슈뢰딩거의 유전자가 자리잡고 있는지를 밝히는 것이 명확한 목표가 되었다. DNA가 구체적으로 어떤 구조로 되어있는지를 알면 되는 것이다. 과학자 세 그룹은 치열한 경주를 펼치게 된다.

07 가까이 왔다! - DNA에서 발견한 디지털 정보 : DNA의 구조를 발견하기까지 매우 가까이 왔다는 것을 몇몇의 과학자들은 잘 알고 있고, 그 발견이 생물학의 역사에서 어떤 의미를 가지는지도 분명히 알고 있다. 이들은 비슷하면서도 다른 방식으로 DNA의 실체를 확인하기 위해 달려간다. 승리는 왓슨과 크릭이라는 신출내기였고, 이들은 영광을 거뭐지게 된다. DNA로 확인된 유전자가 유전자로써의 자격을 완벽히 갖추려면 DNA의 염기서열이 생명체의 정보와 연결되는 암호체계를 확인해야 했다. 니런버그Marshall Nirenberg, 코라나Khorana 등의 실험 과학자들은 DNA의 염기서열이 단백질의 아미노산 서열로 연결되는 암호를 풀어냈으며 생물학은 영광의 시간을 맞이한다.

08 위대한 승리 - 생명체를 만드는 유전자의 원리, 유전프로그램을 발견하다 : DNA의 구조를 알아내고, 단백질 아미노산 서열로 연결되는 유전암호genetic code를 발견했을 때, 유전자에 대해서 확실히 이해했다고 생각했다. 경미한 문제만 남았다고 생각했는데, 그 문제 중에 중요한 것은 유전자 발현Gene Expression이 언제 어떻게 이루어지느냐는 것이었다. 모노와 자코브는 대장균(E-Coli)의 유전자 발현 방식을 발견함으로써, 유전자 발현의 비밀에 다가섰다. 대장균보다 복잡하고 큰 사람 역시 이와 비슷할 것이라고 확신했다. DNA의 염기서열은 가장 근원적이고 깊은 곳에서 단백질과 상호작용하는 유전 프로그램genetic program을 가동하여 거대한 생명체의 모든 정보를 통제하고 있음이 분명했다. 우리는 그토록 고대했던 유전자의 비밀을 알아낸 것이다? 과연?

09 길을 잃어버리다 - 유전자는 여기저기에 있다 : 유전학이 세세한 것들을 점차 많이 알게 되면서, 슈뢰딩거의 유전자 모델과 유전 프로그램에 대한 의심이 들기 시작한다. DNA는 분명 존재하며, 단백질에 대한 정보를 가지고 있다. 하지만 DNA에 필요 이상의 의미가 부여되어 감당 못할 무게를 짊어지고 있었던 것은 아닐까? DNA는 지휘자가 아닐지도 모른다. DNA에는 그 자체로 정보가 존재하지 않는지도 모른다.

10 바닥에서 마주한 진실 - 그곳에는 거의 아무것도 없다 : 생명체의 DNA염기 서열을 모조리 알아내겠다는 야심찬 프로젝트는 성공했고, 인간을 비롯하여 많은 생명체의 염기 서열을 하나 둘씩 알아내기에 이르렀다. 하지만 모든 염기 서열 정보를 알아내는 것과 생명체의 비밀을 밝히는 것과는 다른 문제라는 것을 과학자들은 어렴풋이 예견하고 있었다. 염기 서열은 생명체가 존재하게끔 하는 하고 많은 정보 중에 하나라는 것을 깨닫게 되었으며, 유전자는 슈뢰딩거가 예측한 디지털 정보 모델이 설명할 수 없는 것 투성이라는 것을 알게 된다. 사실 정보가 의미를 가지기 위해 그 자체로는 불가능했다. 의미있는 정보는 전후 맥락을 통해 나타나는 것이지, 그 자체로 존재할 수 없었다. 우리는 이제 어디로 가야 하는가? 애초에 유전자 모델은 잘못 만들어진 것일까?

11 탈출 - 사라진 유전자 : 사람들은 생명체의 믿을 수 없는 조직화 수준에 놀라워했다. 하나의 수정란fertilized egg에서 시작하여 어떻게 이 정도의 정교한 생명체로 완성되는가 하는 의문은 유전자를 찾아 나선 여행의 출발선이었다. 처음에는 염색체에 주목했으며, 다음으로는 DNA에 주목했다. DNA의 서열 정보는 생명체의 정보와 연결된다는 발견에 이르러서는 승리의 나팔을 불었다. 하지만 승리 뒤의 이어진 발견들은 유전자가 애초에 상상했던 것보다 훨씬 모호하고 복잡하다는 것을 암시했다. 유전자 자체가 견고하고 유전자가 모든 정보를 가지고 있는 것이 아니라, 발생Development 과정 자체가 견고하며, 모든 정보는 새로 생겨났다. 유전을 책임지는 유일한 유전물질Genetic Material은 없다. 어쩌면 유전자는 물질material이라는 생각을 지워버려야 할지 모른다. 유전은 물질과 에너지가 만들어내는 특별한 거대한 과정에 가깝다.

12 돌아가는 길에서… - 생명체의 정보란 무엇인가 : 유전 물질을 찾는 모험은 실패한 듯 하다. 하지만 모험의 끝에 새로운 질문이 떠오른다.놀라운 유전 현상은 언제부터 어떻게 생겨난 것일까? 고도로 복잡한 유전 현상은 어떻게 자발적으로 생겨날 수 있는가? 유전의 끝에서 생명체의 진화Evolution을 마주하게 된다. 왜 지금과 같은 유전 현상이 발생했는지를 이해하기 위해서는 생명체를 진화하게 하는 원리를 알아야 하며, 진화의 역사를 되짚어봐야 한다. 새로운 여행이 우리를 기다리고 있다.