과학 전문지 『사이언스』는 창간 125주년 기념을 인류가 여전히 풀지 못했고, 21세기에 해결되어야할 수수께끼 25개를 발표했다.

1.우주는 무엇으로 만들어졌나. 2.의식의 생물학적 기반은 무엇 인가. 3.인간의 유전자 수가 예상보다 훨씬 적은 이유는. 4.개인 의 건강은 유전자와 얼마나 관련이 있나. 5.물리학의 모든 법칙 들은 하나로 통합될 수 있을까. 6.인간 수명의 한계는. 7.유기체 의 재생을 통제하는 것은 무엇인가. 8.피부 세포를 신경세포로 전환 할 수 있는 현대판 연금술의 비결은 무엇인가. 9.단순한 체세 포 하나가 어떻게 완전한 식물로 자라날까. 10.지구 내부에서는 어떤 작용이 일어나나. 11.지구 밖 우주에는 생명체가 있을까. 12.지구상 어느 곳에서, 어떻게 최초의 생명체가 탄생했을까. 13.생물 종(種)의 다양성을 결정하는 요인은. 14.어떤 유전적 변화 가 인간을 독특한 생명체로 만들었나. 15.기억은 어떻게 저장, 수정 되나. 16.인류의 ‘협력적인 행동’은 어떻게 진화해왔나. 17.과학자들은 유전자지도 같은 생물학 데이터의 홍수 속에서 어떻게 거대한 그림(생명의 본질)을 그려낼 수 있을 것인가. 18.인간 이 분자와 원자를 조립해 생명체를 만들 수 있을까. 19.컴퓨터의 한계는 어디까지인가. 20.인간은 면역 작용을 선택적으로 통제 할 수 있나. 21.양자의 불확정성과 편재성을 설명할 심오한 법칙 은 가능한가. 22.효과적인 에이즈 치료약이 나올까. 23.온실효과 로 지구는 얼마나 더워질까. 24.석유 대체 에너지원은 무엇이며, 언제 등장할까. 25.질병·기아 등으로 인구증가가 자연 억제될 것이라던 맬서스의 이론은 틀렸나.

그 중에서 많은 사람들의 관심과 논쟁을 불러일으키는 문제 세 가지의 주요내용과 앞으로의 방향에 대해 살펴보고자 한다. 

우리는 우주에 혼자인가?

『사이언스』에서는 광활한 우주에 수많은 별 가운데 우리와 같은 기술을 가진 생명체들이 모여 사는 곳이 한군데는 있을 것이며, 우리는 향후 25년 안에 그 존재에 손을 뻗을 수 있는 기술적인 수단을 가질 수 있을 것이라고 발표했다. 이미 1960년대부터 이뤄지고 있는 외계 지적 생명체 탐사(SETI)에서는 우주 속에서 지적인 능력을 갖춘 생명체를 찾기 위해 드넓은 우주로 신호를 보내고, 또한 외부에서 보내는 신호를 수신하기 위해 노력하고 있다.
하지만 이러한 작업은 우주에도 사람과 비슷한 생명체가 있다는 것과 생명체가 햇빛을 필요로 하는 지표면에 살고 있을 것이라는 가정 하에 이뤄진 것이다. 이에 대해 김석환 교수(이과대?미생물)는 “이 가정의 성립은 너무나 미약하며 미세한 확률아래 우연을 찾는 것으로 볼 수밖에 없다”며 “지적 생명체를 찾기 이전 기본 작업인 단순한 생명체부터 존재하는지를 밝혀야 한다”고 말했다. 실제로 SETI에서는 40년 동안 외부에서 보내는 인공적인 신호를 받은 적이 없으며, 지구 이외에 다른 행성에서 생명체가 발견 된 적도 없다. 또한 지구에서만 해도 햇빛이 필요 없는 해저 화산대나 지표면 속에는 지상에 살고 있는 종보다 훨씬 더 많은 생명체들이 살고 있는 것으로 보아 우주는 더할 나위 없을 것이다.
김 교수는 “우선적으로 태양계 내에서 기본적인 생명체가 있는지 밝혀내고, 지구와 같은 조건을 가진 행성이 있는지부터 연구해야 한다”며 기초부터 차근차근 해 나가야 함을 강조했다. 이미 화성에는 과거에 물이 있었고 현재에도 얼어붙은 모래 언덕에 많은 양의 물이 있다는 사실이 밝혀진 상태다. 김 교수는 “화성 외에도 목성의 위성인 유로파와 토성의 위성이 타이탄에는 생명체가 존재할 가능성이 높다”며 향후 20년 안에 생명체의 존재를 확인 할 수 있을 것이라 기대했다. 

인간의 유전자 수가 예상보다 아주 적은 이유는?

20세기 후반 인간 게놈 서열을 밝히는 연구 결과가 발표 됐을 때 생물학자들은 충격을 금할 수 없었다. 왜냐면 인간이 갖고 있는 유전자 수가 선충보다 조금 더 많은 개수인 2만5천여 개에 불과 했기 때문이다.
이처럼 사람의 유전자 수가 적은 이유에 대해 최영 교수(이과대?미생물)는 세 가지 이유를 제시한다. 첫째로 유전자 내의 상당한 DNA가 intron(단백질을 합성하지 않는 부분)으로 구성돼 있는데 고등한 생물일수록 intron이 증가하기 때문이다. 둘째로 단백질의 구조를 결정하는 유전자가 게놈의 대부분을 차지하고 있는데, 생물진화에 중요한 유전자는 단백질의 구조를 결정하는 구조유전자 보다 단백질 생산량을 조절하는 조절유전자의 역할이 더 중요하기 때문이다. 셋째로 인간 유전자 수에 대한 추정이 아직 불완전한 이유는 발표된 인간 게놈 내 동질 염색질의 DNA염기순서와 이질 염색질은 아직 기술적인 어려움 때문에 알려져 있지 않기 때문이다.
하지만 인간 게놈이 소수의 유전자로 그러한 복잡성을 낳을 수 있게 하는 이유중 하나가 ‘선택적 삽입’이라는 현상 때문이라는 것은 명확하다. 유전자가 활성화 되었을 때, 유전자의 DNA는 mRNA내로 전달된다. 이때, mRNA는 세포의 조립기관에 어떤 단백질이 만들어져야 하는가에 대한 정보를 전달하는 역할을 한다. 그러나 단 한 개의 유전자는 다른 종류의 mRNA를 만들 수 있고 결과적으로 다른 종류의 단백질이 생산될 수 있다. 이러한 과정을 ‘선택적 삽입’이라고 한다. 또한 실제로 인간의 유전자는 최대 3만개 정도이지만 평균 3.7개의 변이(세포가 유전자 중 필요한 부분만 뽑아 재배치하는 것)를 일으키는 등 실제로는 유전자 12만개를 가진 효과를 보이고 있다는 연구 결과도 있다.

맬서스의 이론은 틀린 것일까?

18세기 후반 영국의 어느 작은 교회의 목사였단 맬서스는 「인구의 원리에 관한 에세이」라는 파격적인 논문을 발표했다. 그 내용에 따르면 인구는 항상 증가하는 경향이 있지만 언젠가는 식량 부족으로 인해 기근, 빈곤, 질병 등으로 말미암아 자연 억제된다는 것이다. 
하지만 현재 세계 인구는 어떠한가? 이미 60억을 넘었고 인구통계학자들은 오는 2100년까지 100억에 도달할 것으로 전망하고 있다. 이로 보아 맬서스의 이론은 틀렸다고 볼 수 있다. 이는 다양한 에너지의 발견과 과학과 기술의 발전에 의해 맬서스가 예상한 결과가 발생하지 않은 것으로 볼 수 있다. 
그렇지만 맬서스는 더 먼 미래를 내다 봤을 수도 있다. 인간은 인위적인 힘으로 기후를 변화 시키고 토지와 수질을 오염 시키면서 스스로 위협을 가중하고 있다. 또한 이미 아프리카 등지의 개발도상국가에는 수많은 사람들이 기근에 시달리고 있다.
박홍수 농림부 장관은 “한 국가에서 국민의 수요를 충당할 수 있는 안정적인 식량 공급과 생산 능력의 유지는 인류의 역사가 지속되는 한 중요한 문제일 수밖에 없다”며 맬서스가 고민했던 문제인 인구와 식량간의 균형 유지에 중점을 둔다. 박 장관은 “맬서스가 강조했던 것은 식량의 수요와 공급 간의 균형 유지”라며 현재 농업을 경시하고 있는 우리 사회적 풍토를 비판했다.
식량공급의 문제를 떼어놓고 생각하더라도 인간이 생태계를 파괴하고 있는 것은 사실이다. 무엇이 생태계를 강하게 만들고, 취약하게 만드는지를 21세기 내에 꼭 발견하여 맬서스의 이론이 틀렸다는 사실이 밝혀지길 바란다.