생명과학의발전과 시대정신 현대자연과학과생명관 배시애
1. 물리학과생물학 역사적으로물리학과생물학이직접관련을맺고서로역할을한사례 17 세기, 물리학자훅 (Robert Hooke) 물리학의이론을이용한광학기구현미경을만들어서코르크를관찰하고세포를발견 2
1.(Cont.) 18 세기, 의사이자물리학자갈바니 (Luigi Galvani) 는개구리뒷다리를전기로자극하면움직이는것을관찰. 동물의움직임이전기신호에의한것임을알게됨. 생체전기연구의효시를이룸 3
1.(Cont.) 19 세기, 물리학자이자생리학자헬름홀츠 (Hermann L.F. von Helmholtz) 는전자기이론과열역학의업적으로널리알려져있는데시각 (optic angle) 에서도중요한기여함. 19 세기, 헬름홀츠의제자마이어 (Siegmund Mayer) 는심장과호흡에관련된생리학연구를수행 헬름홀츠의 3 원색설우리의뇌는빨강, 파랑, 노랑 3 색의흥분도에의해각색을지각하고이것을시신경을통해뇌로전달되어각색을느끼게한다. 4
1.(Cont.) 20 세기, 왓슨과물리학자크릭이 DNA 의이중나선구조를물리학의관점에서규명함 20 세기의생물학연구방법 분자의수준에서생명현상을탐구하는분자생물학이주류를이룸 ( 환원주의관점, 물리학과마찬가지로현상의실체로서물질을다룸, 분자수준에서생명이란현상은없다는사실에주목할필요가있음 ) 생물실험에서도이제는정량적인측정이가능 ( 생명현상을연구할때도물리적인실험방법을써서정량적인자료값을얻으며, 이에따라모형을구축해서이론적인이해를시도 ) James Dewey Watson & Francis Harry Compton Crick 5
1.(Cont.) What is natural science? A science is about providing explanations and forecasts for observed natural phenomena A science (such as physics, chemistry, or biology) that studies the physical and natural world or the events that happen in nature A sciences (such as physics, chemistry, or biology) that deal with matter, energy, and their interrelations and transformations or with objectively measurable phenomena 6
2. 이론과학 ( 인식론 ) 관점에서생명현상의이해 생명현상을나타내는생명은 생명체 ( 생물 ) 의본질적속성 으로정의되는추상적개념그러나이러한정의는생명, 생물의두개념에관해서순환론법적문제점을낳는다. 생명체 ( 생물 ) 의기본속성 생명체는짜여있다. 곧살아있는것은독특한짜임새 ( 구조 ) 가있다. 생명체는물질대사 ( 신진대사 ) 를한다. 예를들어성장은외부로부터에너지를받아서자신의엔트로피를줄이고정보를늘리는과정이다. 생명체는번식을통해살아있는것을만들어낸다. 자신의정보가전달되어자신과닮아있는것들을만들어내는유전현상을보인다. 생명체는환경에반응을한다. 환경의건드림 ( 자극 ) 이있으면적절한응답 ( 반응 ) 을통해적응을하고, 적절한되먹임 (feed back) 을통해서조절되며, 생명유지를위해항상성 (homeostasis) 유지가중요하다. 살아있는것은변한다. 그리고이것이생태계의진화를이끈다. 미생물에서인간에이르기까지모든생명체는유전정보를담고있는 DNA 나단백질을구성하는아미노산의종류가같은단일성을보이는데, 이로부터변이와자연선택이라는진화과정을생물의다양성이생겨났다. 7
2.(Cont.) 생명의본질은정보이다. 볼츠만 (Ludwig Boltzmann) 과슈뢰딩거 (Erwin Schrodinger) 의통찰력 생명체는많은구성원으로이루어진복합체로서, 생명이란복합체구성원사이의협동현상으로떠오르는집단성질 생명은생명체를구성하는개개요소에있는것이아니고, 그들사이의특별한짜임새 ( 구조 ) 에있다. 즉생명체를구성하는요소와무생물을구성하는요소자체에는차이가없으나, 그짜임새 ( 구조 ) 가달라서떠오름 ( 기능 ) 이생겨난다. 생명현상이란복잡계의현상이다. [ 복잡계 complexity system, 複雜系 ] 자연계를구성하고있는많은구성성분간의다양하고유기적협동현상에서비롯되는복잡한현상들의집합체 복잡계에서는어느장소에서일어난작은사건이그주변에있는다양한요인에작용을하고, 그것이복합되어차츰큰영향력을갖게됨으로써멀리떨어진곳에서일어난사건의원인이된다고생각함 8
3. 물리주의관점에서생명 ( 자연 ) 현상의이해 자연 : 물질 (matter), 우주 (space), 생명 (life) 물질 : 현상의실체로서자연현상은물질작용에의해서일어난다. 우주 : 물질이존재해서자연현상을일으키는무대로서공간을가리킨다. 생명 : 매우독특한현상이라서일반물질의현상과다른듯하지만생명체도물질로구성된점으로물질세계의일부이다. 생화학, 생리학연구와실험생물학성립, 생명현상의원리를물리화학적이론으로설명 1 자연과생명현상의실체로상정한물질은그것을구성하는구성원들이있고, 그들사이의상호작용이존재한다고규정한다. 이에따라물질구성원사이의상호작용으로부터모든현상이일어난다고하는데, 이를물리주의 [physicalism, 物理主義 ] 라고부른다. 물질의궁극적구성원기본입자들에서는그들의상호작용을보이며, 결국이에따라모든자연과생명현상이일어난다고할수있다. 이러한관점은매우성공적이었으며환원주의적생명기계론생명관을낳았다. 9
4. 환원주의관점에서생명현상이해 환원주의적생명기계론생명관 James Dewey Watson & Francis Harry Compton Crick 10
4.(Cont.) 유전정보를알면생명현상전체를이해할수있다? 생명이란복잡계적현상이므로구성원사이의협동현상으로떠오른집단성질이므로유전자는구성원사이의협동현상으로떠오르는집단성질이므로유전자가기술하는구성원을잘안다고해도전체를알기는어렵다.( 예, 물분자를안다고해서그들집단이얼음이되는현상을알수없다.) 복잡계는초기조건에민감하기때문에아주조그만차이라도완전히다른결과를만들어내게된다. 복잡계특성을지닌유전자는환경에열려있으므로그영향이매우중요할수있다.( 스트레스, 환경오염물질, 잘못된습관등과암발생 ) 유전자는환경과의상호작용을고려해서이해해야하는데, 개체수준의생명에서도마찬가지이다. 적절한환경과의상호작용없이는생명은지속및유지될수없다.
5. 복합계관점에서생명현상이해 생명과환경생태계를전체하나로이해하는생명관 온생명론 : 온생명 (global life)= 낱생명 (individual life)+ 보조생명 (co-life) 12
6. 자동제어계관점에서생명현상이해 자동제어시스템생명기계론 20 세기에들어와생물학에는정보이론이광범위하게적용. 생명체를자동제어계로서자동제어시스템으로보는견해는사이버네틱스등에나타남. 무기자동제어기계 ( 휴보 ) 과유기자동제어기계 ( 인간 ) 의인사. 휴보의인사는그의자유 자발적행위인가? 인간은이성에의해서 자연의기계론 ( 물리 물성법칙 ) 에적합한삶뿐아니라 자유의자발성 ( 윤리 도덕적실천 ) 에적합한삶을살아가고있지않는가? 13
6.(Cont.) 20 세기현대과학의특징 문명을연상시킨다 : 과학기술 을바탕으로 첨단기술 ( 정보기술, 나노기술 NT, 생물기술 BT, 유전. 나노. 로봇기술 GNR ) 을낳았다는점에서물질문명과깊이관련되어있다. 정신문화의성격이강하다.: 자연과학은신비로운자연현상, 인간을포함한전체의우주의이해를추구한다는점에서대다수의과학철학자들이자연과학에초점을맞추고있다. 부정적측면 : 핵무기제조, 환경오염과파괴, 가치의식의붕괴, 생명윤리의파괴 현대인에게과학의이해는필수적이라할수있다. 왜냐하면현대사회는실로막대한자연과학의영향을받고있다. 또한과학은인간의지성이만들어낸객관성과합리성을지닌공개된학문이기때문이다. 14
7. 현대과학의생물 3 기원설 1. 창조설 : 초자연현상으로생명의기원을설명 2. 화학진화설 : 지구상에서화학진화의결과라고생각하는것. 물질의존재상태의발전의한형태 ( 무생물에서원시생물로진화 ) 로서생명의기원을설명 3. 우주도래설 : 지구외에서생명의기원을찾는것. 범종설 ( 汎種說 pans-permia) 에의거설명 15
8. 과학의연구주제와인간 에셔 < 판화화랑 > 소년이화랑에서전시된그림을보고있다. 그림에는항구가있고건물이있고, 건물의 2 층에는아주머니가밖을바라보고있다. 그런데그건물 1 층은바로소년이서있는화랑이다. 그림에서소년은보는주체일까? 보이는대상일까? 소년이관람객으로그림을보고있지만소년자신이그그림의일부로전시되고있다. 인간과우주의관계도마찬가지이다. 인간은우주를객관적인대상으로이해하면서동시에그우주의일부이다. 그러므로인간도객관적인대상으로이해해야하는데이과정은정신과정이며, 스스로를성찰하는과정에이른다. 16
과학적사고에서논리보다는창조적지성, 곧상상력이한차원우위에있다. 한차원위에서의고찰과추론이있어야만전체를이해할수있다. www.shinhan.ac.kr