12년 전에 썼던 아쿠아포린에 대한 보고서

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I. 서론

1. 세포 내에서 물의 중요성

물은 세포가 특정기능을 수행할 수 있도록 도와주며, 체내 항상성을 유지하게 하는데 큰 역할을 한다. 또한 “적절한 수분 조절” 은 정상적인 대사활동에 필수적이다. 따라서 생명을 유지하는데 근원이 되는 물은 체내에서 체외로의 유출을 최소화 시키기 위하여 여러가지 막으로 둘러싸여 보호를 받게 된다

2. Aquaporin 의 발견

삼투압 현상만으로는 세포가 신장을 빠져나가는 물의 98.8% 를 재흡수하는 건 불가능하다는 고민에서 시작되어, 물 흡수를 조절하는 단백질이 세포벽에 존재함을 밝혀내게 되었다. 우리 몸의 세포들이 물을 수송하는 특정 channel 을 포함하고 있어야 할 것이라는 것은 19세기 중반에서부터 추정되어졌었다. 밝혀진 단백질에게는 Aquaporins(AQPs) 라는 이름이 붙게 되었는데, 어원을 찾아 보면 이 이름은 “물 구멍” 이라는 뜻을 담고 있다.

이 Aqauporin 이 친숙한 이유가 있다면 그건 바로 이 Aquaporin 을 밝혀낸 과학자 Peter Agre 박사가 2003년도에 노벨 화학상을 수상했기 때문일 것이다. 이 Peter Agre 는 1988년에 하나의 세포막 단백질을 분리하는데 성공했는데 , 1년 정도 지나고 나서 그것이 바로 지금까지 추정만 해 왓던 Water Channel 이라는 것을 확인하였다. 공동 수상자인 MacKinnon 박사는 칼륨 이온 채널들의 공간적 구조를 결정한 공로로 상을 받았다.

3. Aquaporin 의 중요성

사람의 몸의 약 70% 가 소금물이기에 염(이온들) 과 물이 어떻게 우리 몸의 세포 안팎으로 수송되는 가를 규명해 낸 발견은 굉장한 중요성을 내포하고 있음을 알 수 있다. Aquaporin 단백질의 기능을 알게 된 이 시점에서 , 이것을 응용할 수 있는 분야는 실로 다양하다. 과학계의 관점에서 보자면 , 박테리아 , 식물 , 그리고 포유류에서의 물 채널에 대한 폭 넓은 생화학적, 생리적, 그리고 유전적 연구의 길을 열어주는 격이 될 것이고, 인간에게 적용할 수 있는 응용 분야를 찾아 보자면 Aquaporin 단백질을 잘 통과할 수 있는 물질을 개발하여서 건조한 피부를 촉촉하게 만들어 주는 보습제를 개발할 수도 있을 것이고, 신장이 어떻게 1차 소변으로부터 물을 회수하고 우리 신경 세포들 속의 전기적 신호들이 어떻게 생성되고 전달되는 가를 기본적인 분자 수준에서 이해할 수 있게 될 것이다.

또한 신장 , 근육 , 신경계통 , 심장 등에 문제가 생긴 많은 사람들의 질병을 이해하는 데도 요긴하게 쓰일 수 있게 될 것이다. 그리고 질병 치료에 요긴 하게 쓰일 수 있다는 말은 바꿔 말하면, 이 단백질에 결함이 발생하면 질병에 걸릴 수도 있음을 의미한다. 가령 예를 들자면 이 단백질의 결함으로 인해 요붕증(diabetes insipidus)1 나 , 청력 상실 등의 질병이 유발될 수 있다.

II. 본론

1. Aquaporin 의 정의

Aquaporin 은 일종의 water channel proteins 으로 정의될 수 있다. 동물과 식물 세포 모두에 존재하는 Aquaporins 은 세포의 파열(bursting) 을 방지하고 사람의 경우 신장과 적혈구 세포, 눈 수정체(eye lens) , 뇌의 수분 이동을 조절하는 기능을 한다. 한마디로 Aquaporin 은 수분 재흡수에 중요한 역할을 하는 조절자이다. 세포 외부의 삼투 농도의 급격한 변화를 늘 직면하게 되는 적혈구는 급격히 팽창하거나 수축해야 하는데, 이는 적혈구 형질막에 높은 농도로 존재하는 Aquaporin 에 의하여 해결된다. (세포 당 2*105 복사물). 콩팥단위(nephron) 에서 proximal renal tubule cell 형질막에 5가지 다른 종류의 Aquaporin 이 있다. 이 단백질은 수분 채널을 형성한다. 수분 채널은 소수포(small storage vesicles) 에서 세포 표면으로 수송되어 수분을 모아서 신장 조직으로 되돌려 준다.

세포의 수분 이동 과정에는 다른 분자 물질의 이동이 수반되면 안된다. 다시 말하면 수분이 이동할 때 당 분자(sugar molecule)나 이온(ions) 의 손실이 발생해서는 안되는데 이 같은 기능을 담당하는 것이 바로 Aquaporin 이다. 이 같이 정밀한 선택성(selectivity)을 갖고 있으면서도 Aquaporin 은 매 초당 30억 개에 이르는 물 분자를 이동시킬 수 있다. 이는 10 평방 센티미터의 Aquaporin 필터로 단 7 초만에 1리터의 물을 여과할 수 있는 수준에 해당한다. 그리고 인간에게는 13 개의 Aquaporin(AQP-0 ~ AQP-9) 이 존재한다고 알려져 잇는데, 이들은 각각 특별한 역할을 담당하고 있다. (이 중 6개가 신장에 존재한다.). 그리고 가장 연구가 많이 된 Aquaporin 은 AQP1 과 AQP2 , AQP3 , AQP4 이다.

2. Aquaporin 의 구조 , 특성 , 기능

Aquaporin 에게 이러한 기능을 가져다 주는 이유는 바로 구조에 있다. Aquaporin 은 2nm 의 길이를 지녔고 , 폭 0..3 m 의 전달 통로를 세포막에 형성시킨다. 이 구조는 정확히 물을 손쉽게 통과시킬 수 있고 다른 거대 분자는 통과하지 못할 정도의 크기라고 볼 수 있다. 좀 더 자세히 이야기 하자면 물 분자 하나 보다 약간 더 큰 폭이라고 보면 된다. 그리고 Aquaporin 의 원자 구조는 가상의 이중 세포막(bilayer membrane) 에 파묻혀 있으면서 많

은 수의 물 분자가 이를 둘러싸고 있는 형태를 띄고 있다. 그 다음으로 Aquaporin 의 특성들을 몇 가지 살펴보자면, 일단 Aquaporin 을 통해 이동하는 물 분자는 매우 정렬된 상태로 움직이기 때문에 물의 이동 속도를 크게 높일 수 있다. 그리고 Aquaporin 의 두 번째 특성은 “수소 이온의 차단 기작” 관련된 것이다. 수소 이온 이동을 차단하는 것은 이동하는 물 분자 사이의 수소 결합이 깨지면서 유도되는 것으로 밝혀졌는데 , 일반적으로 수소 결합이 깨지는 과정은, 물이 끓는 현상에서도 볼 수 있듯이 에너지를 요구한다.

Aquaporin 은 단백질을 통해 이동하는 물 분자에 일시적으로 수소 결합을 형성시키는 방식으로 이 같은 에너지 불균형 문제를 해결한다. 좀 더 세밀하게 알아보자면, X-선 회절 분석을 통해 본 AQP-1 의 구조는 4 개의 단일체(각각의 분자량 28,000) 로 구성된 tetramer 며 각각의 단일체는 물분자의 통과가 충분한 직경(2-3Å)의 막횡단 구멍을 가지고 있다. 각각의 단일체는 또한 6개의 나선 부분과 2개의 짧은 나선을 가지는데, 여기에 Asn-Pro-Ala(NPA) 의 특징적인 아미노산 서열이 포함되어 있다. NPA 를 포함하는 짧은 나선은 반대편에서 이중층의 중간으로 뻗쳐져 있고, 이 부분이 특이 여과 기능을 담당하여 오직 물 분자만이 통과하는 구조를 형성하는 것이다.

각 AQP-1 단일체의 통로를 구성하는 잔기들은 대개 비극성이지만 펩타이드 결합의 뼈대에 존재하는 카보닐 산소는 통로의 좁은 부위로 빠져나와 각각의 물 분자와 수소 결합을 형성할 수 있도록 한다. ; 특히 물 분자와 수소결합을 하는데 NPA 고리에 있는 두 개의 Asn 잔기(Asn76 과Asn 192) 가 관여한다. 이 구조는 proton hopping2 을 허용하는 사슬을 형성하지 않는다. 즉, 이 통로 중간에 돌출 되어 있는 특정 아미노산인 Asn-76 과 Asn-192 와의 상호작용이 에너지 측면에서 불리한 물질은 배제되는 것이고, 이 두 아미노산과 수소 결합을 이룰 수 있는 물 분자는 안정하기 때문에 통과되는 것이다. 중요한 Arg 와 His residue 및 전기 쌍극자는 NPA 고리의 짧은 나선에 의하여 형성되며, 이는 구멍을 통하여 새어나올지 모르는 어떠한 양성자도 원래 자리로 밀어낼 수 있는 양전하를 공급한다. 즉, Aquaporin은 양성자(hydronium 이온 , H3O+) 의 이동을 허락하지 않는다는 특징이 있다고 볼 수 있는데, 이것은 막의 전기화학 전위가 깨지지 않는다는 것을 의미하므로 상당히 중요한 특징 중 하나이다.

ar/R(aromatic/ arginine) selectivity filter 는 NPA 고리의 양 옆에서 발견되는 helices 2(H2) 와 helices 5 (H5) 그리고 loopE(loop E1 과 loop E2) 로부터 두 residue 에 의해 형성되는 tetrad 이다. 이러한 ar/R 지역은 대개 extracellular vestibule 을 향하는 방향에서 발견되는데, 대략 NPA 고리보다 8Å 위에 있다.

그리고 종종 pore 에 있어서 가장 좁은 부분이기도 하다. 이 좁은 구멍은 물이 positively charged 된 arginine 과 상호작용하도록 만들어서 물 분자 사이의 수소 결합을 약화시키는 역할을 담당한다. 여기서 positively charged arginine 은 구멍을 위해 proton filter 로써의 역할도 담당한다.

그리고 이들 세포들은 소변 형성 과정 동안 물을 재흡수하게 되는데, 이 기능은 막을 가로질러 물이 이동하게 되는 필수 과정이다. Arabidopsis thalinana 는 38 종류의 Aquaporin 형성 유전자를 가지고 있는데 , 이는 식물 생리에서 물의 움직임이 얼마나 중요한지를 보여주는 예가 될 것이다.

예를 들어, 팽압의 변화는 막을 가로지르는 급격한 물의 움직임을 요구한다. 물 분자의 흐름 속도는 AQP-1 을 통하여 진행될 때 109 s-1 에서 104 s-1 인 것을 고려하면 비교가 될 것이다. Aquaporin 통로를 이용한 물의 이동에 필요한 활성화 에너지는 매우 낮아서 (∆ G’≠ < 15 Kj/mol) 물 분자가 삼투 농도에 의하여 형성된 방향으로 지속적으로 흐르게 될 것임을 알 수 있다.

3. Aquaporin 의 종류

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4. 잘 알려진 대표적인 Aquaporin

1)AQP1

AQP1 은 널리 발현된 water channel 이다. 그리고 이 AQP1 의 생리학적인 기능은 신장 내에서 가장 철저하게 특정화되어 있다. AQP1 은 proximal tubule 의 basolateral plasma membrane 과 apical plasma membrane 에서 주로 발견된다. 좀 더 자세히 말하면 Henle

loop 의 아래쪽에 갈라지는 부분과 , vasa recta 의 아래쪽 부분에 위치한다고 볼 수 있다. 또한 AQP1 은 red blood cell 과 vascular endothelium , gastrointestinal tract , sweat glands 그리고 lungs 에서 발견된다. 이것은 vasopressin(ADH) 에 의해 조절되지 않는다

2) AQP2

AQP2 는 cell 전체에 존재하는 intracellular vesicle 과 신장의 principal collecting duct 의 apical cell membrane 내에서 발견된다. 이 Aquaporin 은 펩티드 호르몬인 vasopressin 에 의해 두 가지 방식으로 조절된다. 즉, APQ2 가 aplical plasma membrane 가 연합하는 장소인 apical region 으로 AQP2 를 이동시키는 short-term regulation(몇 분 소요됨) 가 있고, 두 번 째로 AQP2 유전자 발현을 증가시키는 long-term regulation(몇 일 소요됨)이 있다.

이 Channel 내의 돌연변이가 바로 nephrogenic diabetes insipidus 를 일으킨다. 그리고 bipolar disorder 를 치료하기 위해 주로 사용되는 Lithium 은 AQP2 유전자의 발현을 감소시킴으로써 aczuired diabetes insipidus 를 일으킬 수 있다. 이 병은 ‘오줌 생산 속도의 증가’ 를 약하게 만든다. AQP2 유전자의 발현은 임신이나 congestive heart failure 와 같은 수분 보유와 관계된 조건에서 증가된다.

3) AQP 3 과 AQP 4

AQP3 와 AQP4 는 principal collecting duct cell 의 basolateral cell membrane 에서 발견되어지며 물이 이러한 세포들을 빠져 나갈 수 있는 통로를 제공해 준다. 신장에서 AQP3 의 발현은 vasopressin(ADH) 에 의해 조절된다. 반면에 AQP4 는 본질적으로 발현된다. 좀 더 자세히 말하면 AQP4 는 성상세포(astrocyte) 에서 발현된다. 그리고 중추 신경계(central nervous system) 에 직접 공격을 가하여 조절할 수도 있다.

5. 포유류에서의 Aquaporins

다양한 포유동물에서 발견되는 Aquaporin 은 구조와 기능에 따라서 분류할 수 있다. 첫 번째 그룹은 AQP0 , AQP1 , AQP2 ,AQP4 ,AQP5 ,AQP6 ,AQP8 이 7개의 Aquaporin 을 묶을 수 있는데 이 분자들은 물을 선택적으로 전달하고 , glycerol 과 urea 는 전달하지 않는다. 두 번째 그룹은 AQP3 , AQP7 , AQP9 이 3가지의 Aquaporin 으로 묶을 수 있는데 이들은 물만 전달하는 것이 아니라 glycerol 과 urea 같은 small nonionic molecule 도 전달한다. 이러한 AQP 들은 조직 내에 광범위하게 분포되어 있고, 생리적인 조절을 하기에 체내에서 물과 용질의 전달에 있어서 매우 중요한 기능을 담당하고 있는 듯 하다.

하지만 최근 연구에 다르면, Aquaporin 을 기능하지 못하게 만든 인간과 동물을 가지고 한 실험에서 phenotypic effect 가 거의 나타나지 않았다. 이 말은 즉, 아직 발견되지 않은 Aquaporin 이 존재하여서 이와 같은 결핍을 매꿔 준다는 것을 의미한다

6. 식물에서의 Aquaporins

Plant Aquaporin 은 plant 내에서 water-selected channel 이다. 그리고 (씨앗 발아)seed germination 과 (세포 신장)cell elongation , (기공 이동)stoma movement , fertilization 등에도 관여한다. 몇 몇 plant Aquaporin 은 stress 에 반응하여 중요한 역할을 수행한다. 그리고 plant 내의 Aquaporin 은 네 개의 주요 homologous subfamiliy 로 분류될 수 있는데, Plasma membrane intrinsic Protein(PIP) 와 Tonoplast Intrinsic Protein(TIP) 와 Nodulin-26 like Intrinsic Protein(NIP) 와 Small basic Intrinsic Protein(SIP) 가 바로 그것이다.

그리고 이 네 가지의 subfamiliy 들은 다시 자신들이 지닌 DNA 서열의 특정성과 밀접하게 관련을 맺는 subgroup 들을 지니고 있다. PIP 는 PIP1 와 PIP2 라는 subgroup 을 지니고 잇고, TIP 은 5가지 subgroup 을 지니고 있다. (TIP1 ,TIP2 ,TIP3 ,TIP4 ,TIP5). 그리고 각 subgroup 은 다시 PIP 1;1 , PIP 1;2 와 같이 isoform 으로 나뉠 수 있다.

7. 식물 내에서의 Aquaporin 의 gating

Aquaporin 의 gating(출입 통제) 는 단백질의 구멍을 통해 물이 출입하는 걸 막기 위해 시행된다. 이것은 많은 이유 때문에 시행될 수도 있다. 즉 plant 는 가뭄 때문에 cellular water 를 적은 양 포함할 수도 있다. Aquaporin 의 gating 은 gating mechanism 과 aquaporin 사이의 상호작용에 의해 시행되는데 여기서 Aquaporin 은 구멍을 막아 물의 출입을 막기 위해서 단백질 내에서 3D change 를 일으킨다.

Plant 내에서는 최소 2가지 형태의 Aquaporin gating 이 발견되었는데, 첫번 째 형태는 특정 serine residue 의 dephosphorylation 에 의한 gating 인데 여기서 serine residue 들은 drought 와 관련되어 있다. 그리고 두 번째 형태는 flooding 에 반응하여서 특정 histidine residue 의 protonation 에 의한 gating 이다. 그리고 Aquaporin 의 phosphorylation 은 온도에 따라 반응하는 plant 의 개폐와 밀접한 관련이 있다.

8. PIPs

Plasma membrane intrinsic protein 은 이름처럼 plant cell 의 plasma membrane 에서 발견된다. 좀 전에도 살펴 봤지만 PIP 에는 두 가지 subgroup 이 있는데 그게 바로 PIP1 과 PIP2 다. 이렇게 구분을 짓게 해 주는 기준은 바로 이들의 ‘펩티드 서열 차이’ 인데 , PIP1 은 흔히 PIP2 보다 더 낮은 water channel activity 를 지닌다. 왜 그러한 지는 아직 밝혀지지 않은 영역이다. 그러나 PIP1 의 Water channel activity 도 PIP2 와 같이 tetramer 형태로 존재하면 증가하는 것으로 예상되고 있다.

9. Aquaporins 과 질병

Aquaporin 에 돌연변이가 생겨서 초래되는 질병 중 명확히 알려진 두 가지 예가 있다. 일단 AQP2 유전자에 이상이 생기면 유전이 가능한 nephrogenic 요붕증(diabetes insipidus)이 발생한다. 그리고 mice homozygote 에서 AQP0 유전자를 돌연변이 시키면 cogenital cataracts 가 발병한다. 소수의 사람들에게서 심각한 수준의 AQP1 결핍 또는, AQP1 의 완전한 결핍이 발견되어졌다. 흥미로운 것은 이들이 대부분 건강하다는 것이다. 그러나 오줌내에 용질을 농축시킨다거나 마실 물이 부족할 때 물을 저장하는 능력에 문제가 생겼다.

AQP1 이 제거된 쥐는 또한 countercurrent multiplication(역 증식) 에 의해 신장 수질 내에 용질을 농축시키는 능력이 결핍되어 수분 저장에 있어서 결함을 보이게 된다. 유전적으로 결정되는 nephrogenic diabetes insipidus 에 미치는 영향 뿐만 아니라 Aquaporin 은 후천성으로 얻게 된 nephrogenic diabetes insipidus 에 있어서도 중요한 영향을 미친다. 이 병은 위에서도 언급했지만, 오줌의 생산량이 과다하게 증가하는 disorder 다. 좀 더 자세히 살펴 보자면 후천성 nephrogenic diabetes insipidus 는 lithium salts 의 주입으로 인해 AQP2 의 조절이 약화되어서 발생한다. 또한 혈액 내의 낮은 potassium 농도(hypokalemia)에 의해서라던지 , 혈액 내의 높은 calcium 농도(hypercalcemia) 에 의해서나 또는 일반적인 요구량보다 훨씬 많은 양의 물을 만성적으로 섭취해도 발생할 수 있다.

4. Aquaporin 이 사용되는 응용 분야

Aquaporin 을 가장 잘 이용하고 있는 대표적인 응용 분야를 소개하자면 그건 바로

“No needle Mesotherapy” 영역일 것이다. 엄격한 의미의 Mesotherapy 는 “주사 놓는 방법의 일종” 인데, 즉 Mesotherapy 는 피부에 조금씩 , 여러 번에 걸쳐 주사를 놓는 방식을 통틀어 일컫는 말이다. 즉 , 주사량도 다른 주사제에 비해 상대적으로 적은 양이고, 주사를 놓는 부위는 피부에 국한되며, 한번에 주사하는 것이 아니라 계속 반복하여 주사 놓는 것을 말하는 것이다. 이 시술법은 주로 통증치료에 쓰이는 것이지만, 요즘은 미용목적(얼굴의 주름, 대머리, 국소비만 및 cellulite3 등) 으로 그 영역이 확대대는 중이다. 이렇듯 미용 분야에 있어서 Aqauaporin 의 원리를 최대한 활용한 장비가 있으니 그것이 바로 Dermawave 라는 장비이다.

이 장비는 세포막에 있는 수분과 소금의 이동통로인 Aquaporin water channel 을 통해 물질을 주입하는 최초의 transdermal delivery method 다. (이러한 method 를 Aquaphoresis 라고 부른다.)이 장비는 세계적으로 많은 의과 대학, MIT 에서 이용되고 있으며, 그 원리를 알아본다면 Dermawave 는 685nm 와 830nm Diode Laser 와 3가지의 Electrical waveforms 를 조합시켜 주사바늘을 이용하지 않고 지방분해 약물이나 피부 재생에 도움이 되는 약물을 원하는 피부의 피하지방층, 즉 신체의 부분비만 치료부위나 얼굴 부위에 통증 없이 투여갸 가능한 최신의 무통증, 무혈, 무마취, 무수술이 가능한 no needle mesotherapy 이다. 전달되는 혈액을 원활하게 하고, 피부 세포에 영양소와 산소 전달을 강화하여 콜라겐을 증진시켜 준다.

여기서 685nm 는 Cellular Energy , 미토콘드리아 자극 , ATP condition 증가 , 피부의 얕은 곳에 영향 을 미치는 등의 작용을 하고, 830 nm 는 약물 주입 전 신체의 heating 작용 , 세포의 투과율 증가(각종 노폐물 배출에 효과적) , 피부의 깊은 곳까지 영향을 미치는 작용을 한다.

이러한 시술의 장점을 꼽아 본다면 일단 일반적인 주사 바늘을 이용해 피부에 많은 구멍을 낸다면 , 통증이 생기고 주사에 대한 공포감이 유발되며 , 멍 자국이 생기고, 병원균의 침입에 의한 감염이 생길 수 있고, 지방 제거 수술을 하는 중이라면 요요 현상도 생길 수 있지만, 이러한 Dermawave 를 이용하면 Aquaphoresis 방식으로 물질을 전달하기 때문에 주사 바늘 없이 유요한 약물 성분의 90% 정도를 침투시킬 수가 있다.

이러한 Dermawave 기법이 활용될 수 있는 분야는 크게 피부 회복(Skin Rejuvenation) 과 Cellulite Treatment, 그리고 Circulation Treatment 가 있다. 피부 회복과 관련된 구체적인 분야는 Acne 치료 , Dark Circle 제거 , Pigmentation 등을 치료할 때 쓰이고 , Cellulite Treatment 에는 엉덩이 , 허벅지 , 뱃살 , 넓적다리 등의 국부 지방을 감소시키는 치료와 이중턱 제거 , 얼굴&목 치료 등이 있다. 마지막으로 Circulation Treatment 에는 부종 감소 , 혈액순환 촉진 , 림프순환 촉진 등의 효과가 뒤따른다. 이와 같이 Aquaporin 에 대한 발견 하나로 인해 일상 생활 속에서 수 많은 응용이 가능케 되었으며, 이로 인해 삶의 질을 향상시키는 결과를 가져왔다.

III. 결론

Aquaporin 의 발견으로 인해, 앞으로의 Aquaporin 연구가 세상에 미칠 놀라운 파급 효과

들을 기대해 보는 시간이었다. 앞에서 “응용” 에 대한 이야기를 해 봤듯이, Aquaporin 의 발견이 일상 생활 속에 가져온 이득은 상당했다. 하지만 학자들은 여기서 만족하지 않고,이에 대한 후속 연구를 다양하게 시도하고 있는데, 가령 Aquaporin 의 기능을 인위적으로 차단하거나 조절하는 방법을 알아내고 있는 것 등이 그 예일 것이다. 이 Aquaporin 은 신장과 적혈구 , 각막, 뇌 등 인체의 여러 곳에 존재하기 때문에 만약 신장에 위치한 Aquaporin 유전자에 돌연변이가 생기면 제 기능을 못해 신장 기능에 이상이 생기게 될 것이다. 하지만 이 원리를 치료를 위해 “역 이용” 해 본다면 가령 뇌에 물이 차는 뇌수종의 경우 Aquaporin 유전자를 조절하면 치료가 가능하다는 결론이 나온다.

이러한 다양한 시도와 연구로 인해 ‘Aquaporin 에 문제가 생겨 발생하는 질병’을 치료하는데 유용하게 쓰일 수 있는 신약 물질 개발이 속히 개발되었으면 하는 바람이다. 또한 Aquaporin 으로 Novel prize 를 수상했던 Peter Agre 박사님의 일화가 상당한 깨달음을 주기도 했는데, 이 Agre 교수님은 “적혈구를 연구하다 우연히 나무에서 발견한 단백질과 비슷한 단백질을 세포 막 내에서 발견하고 집중 연구한 끝에 Aquaporin 을 발견하게 되었다” 라는 일화를 한국에 와서 소개해 주셨었다. 늘 보던 나무 , 그리고 준비된 때가 아닌 ‘우연한’ 때에 얻게 된 깨달음. 이러한 사연을 통해 얻게 된 놀라운 발견은 결코 가벼운 과정이 아니었을 것이다.

이 박사님이 걸어온 땀과 눈물의 시간들을 잠시 생각해 봤다. 이렇 듯, 과학자의 길을 걷을 때에는 내가 어느 위치에 있고, 무엇을 보고 있으며, 무슨 생각을 하는 지에 상관 없이 늘 흔들리지 않는 목표를 지니고, 그 푯대를 향해 달려가야 하는 분명한 의식이 있어야 함을 알게 되었다. 그 동안 배우고, 느끼고, 생각하고, 봤던 모든 것들을 하나로 연결시켜 어떤 상황에서도 유용하게 이용할 수 있는 창의적인 사람 , 진취적인 자세로 현상을 대하고, 해결되지 않은 문제를 하나하나 밝혀나가는 자세, 그리고 끊임없는 노력. 이런 것들이 뒷받침 되었기 때문에 Agre 박사님은 1.일상적 소재, 2.우연한 시기 , 3.집중적인 연구라는 단 3가지 요소만으로 Novel Prize 라는 명예를 누리게 되었던 것이라 생각한다.

이것이 어쩌면 이 Aquaporin 공부를 통해 얻게 된 가장 큰 성과일 것이라 생각된다. Biomembrane 에 대한 공부를 하다가 이 Aquaporin 이라는 protein 에 관심을 가지게 되었고, Aquaporin 에 대한 전반적인 개념과, 배경 등을 알아가는 것도 참 귀한 시간이었지만, 가장 큰 성과는 바로 이 작은 protein 을 통해 궁극적으로 얻게 된 “삶의 깨달음”이 아니었을까 생각해 본다.

1 하루 30리터 이상의 소변을 보게 되는 병으로써 끊임없이 갈증을 느끼게 된다. 여러 가지 이유가 있겠지만 ADH의 불충분한 분비, ADH수용기를 코드한 2개의 돌연변이 유전자의 유전, 아쿠아포린을 코드하는 2개의 돌연변이 유전자의 유전으로 요붕증이 생긴다.

2 양성자의 매우 빠른 원거리 이동에 영향을 미치는 현상으로써, 실제 확산보다 훨씬 빠르고, Na+ 나 K+ 같은 다른 일가 양이온과 비교하여 수소 이온이 매우 빠르게 이동할 수 있는 이유가 되어주는 현상이기도 하다

3 지방조직과 결합조직이 뭉처서 살이 뭉쳐져있는 상태의 통상적인(비의학적인) 용어.

의학적으로는 여러가지로 불리울수 있겠지만, gynoid lipodystrophy(GLD)라고 부르는 것이 일반적이다

뉴턴에 대하여

책 제목: 과학의 영혼

저자: 낸시 피어시&찰스 택스턴

109~113page

세월이 흘러감에 따라 앞서 언급된 세 가지 전통들은 서로 혼합되어 상호간에 영향을 미치면서 일종의 하이브리드(hybrid)를 창출하게 되었다. 예를 들면, 뉴턴(1642~1727)은 얼핏 보기에도 기계론자처럼 보이므로, 후대의 학자들은 그의 물리학을 과학에 대한 기계론적 접근의 전형으로 여긴다. 그의 저작 또한 이런 추정에 어느 정도 정당성을 부여했다.

뉴턴은 신을 위대한 기술자로 이해했기에, 행성체계의 창조자는 역학과 기하학에 능숙한 존재임이 틀림 없다고 기술했다.

뉴턴은 만유인력의 법칙(the law of universal gravitation)은 지구상과 천체상의 물체에 동일한 원리를 적용해야 한다고 했는데, 이는 지구상의 물체와 전체상의 물체가 서로 대조되는 물질로 구성되었다는 아리스토텔레스의 주장에 익숙했던 당시 사람들을 깜짝 놀라게 하는 것이었다.

 또한 빛에 대한 실험으로 빛은 다양한 중간 매개체를 통과했을 때에도 역학의 법칙을 따라 움직인다는 사실을 증명했는데, 이는 빛을 영적 상징이라고 이해하던 신플라톤주의자들의 주장을 뒤엎은 것이었다. 그는 빛을 입자들의 흐름으로 해석했는데, 이는 보일의 화학에 관한 견해와 유사한 것이었다.

더욱이 뉴턴은 신플라톤주의의 세계영혼(World Soul)에 관한 주장에 강력하게 반박하였는데, 이는 그것이 신으로 간주될 때 범신론에 가까워지기 때문이었다. 그는 [제네럴 스콜리움](General Scholium)이라는 책에서 다음과 같이 말하고 있다:

이 존재는 세상의 영혼으로서가 아니라 모든 것의 주인으로서 만물을 다스린다. … 그리고 신성은, 신을 세상의 영혼으로 생각하는 사람들의 상상처럼, 신 자신의 몸에 대한 지배력이 아니다. 그것은 그의 종들에 대한 지배력이다.

결과적으로 볼테르와 다른 계몽주의자들은 뉴턴의 업적을 전혀 다른 기계론적 세계관을 장려하는데 사용한 것이었다.

그들은 성경적 창조주를 우주라는 태엽을 감은 후에 그대로 돌아가도록 내버려 두는 이신론적 시계공으로 축소해 버렸다. 경제학자 존 키네스(John Maynard Keynes)의 말을 빌리면, 뉴턴은 “우리로 하여금 냉철하고 무미건조한 이성으로 사고하도록 가르친.. 현대과학의 처음이자 가장 뛰어난 과학자로 간주되었다.”

그러나 뉴턴 자신은 이신론자도 합리론자도 아니었다. 그는 기계적인 세상의 질서 속에서도 기계적인 세계 이상의 것에 대한 증거를 발견했는데, 그것은 바로 살아있는 지적 창조주였다.

[제너럴 스콜리움]이란 책에서 뉴턴은 “가장 아름다운 체계인 태양과 행성, 그리고 혜성은 오직 지적이고 능력이 가득한 존재의 지혜와 지배로부터 나왔다”고 주장했다.

그리고 광학[Optics]에서는 과학의 임무를 “결코 기계적이지 않은 첫째 원인에 도달할 때까지 원인을 결과로부터 추론하는 것”이라고 보았다. 뉴턴이 생각하기에 과학의 가장 유용한 혜택은 종교적이며 도덕적인 것이었다.

과학은 우리에게 “첫째 원인이 무엇인지, 그가 무슨 힘으로 우리를 지배하는지, 그리고 그로부터 우리가 받아 누리는 혜택이 무엇인지”를 보여줌으로써, “서로를 향한 우리의 의무만이 아니라 그를 향한 우리의 의무도 자연의 빛에 의해 우리에게 나타나게 될 것이다.”

 더욱이 뉴턴이 이룩한 대부분의 과학적 업적의 동기들이 변증적이었다는 것은 이미 그가 살던 시대에도 잘 알려져 있었다. 로저 코테스(Roger Cotes)는 뉴턴의 [프린키피아](Principia) 재판 서문에서 이 책이 “무신론자들의 공격에 대한 가장 안전한 보호책이 될 것이며, 불경건한 무리들에 대항하는 미사일이 될 것이다”고 기록했다.

그렇다면, 뉴턴은 기계론자였는가? 최근 뉴턴의 철학적 입장을 명확히 하기 위해 많은 양의 글들이 집필되었다. 키네스는 뉴턴의 필사본을 연구한 후, 뉴턴에 대한 표준적 견해와는 달리, 뉴턴이 상징과 마술에 매혹되어서 신플라톤주의적 입장을 취했다는 결론을 내렸다. 그는 “왜 내가 뉴턴을 마술사라고 부르는가?”라는 질문을 던진 후 다음과 같이 설명했다.:

그는 우주를 바라보면서 이 우주 안에 담겨 있는 모든 것을 수수께끼로 보았는데, 이는 순수한 사고를 어떤 증거에 적용했을 때 비로소 해독될 수 있는 비밀이었고, 신이 세상에 내리신 어떤 신비로운 실마리였다. …. 그는 우주를 전능자가 만들어 놓은 암호문으로 간주했다.

키네스는 뉴턴이 이성의 시대의 첫 인물이 아니라 오히려 마지막 마술사였다고 결론지었다. 역사학자 라탄시(P. M. Rattansi)도 비슷한 맥락에서 뉴턴을 신플라톤주의의 전통 위에 올려놓았다. 뉴턴은 신플라톤주의적 전통의 능동적 원리를 채용하여, 이를 이 세상에서 신적 행위의 통로로 간주했다. 그는 자신이 발견한 중력을 능동적 원리의 가장 중요한 실례로 간주했다. 따라서 라탄시는 힘의 개념이 “뉴턴에게는 지각의 세계에서 신의 현시로 보였다”고 기록했다

<영양학>

제 14과 분자 영양학

영양과 유전

가. 유전자 구조

DNA nucleic acid+histone 8개=nucleosome->Nucleosome 이 모여서->chromatin fiber -> chromosome

나.유전정보의 전달

복제->전사-> 번역

복제(replication): parental DNA 를 복사하여 동일한 염기 배열을 지닌 daughter DNA 를 만드는 단계

전사(transcription): DNA 에 있는 유전 정보가 RNA 로 전달되는 과정

번역(translation): RNA 가 담고 있는 유전 정보를 ribosome 이 20개의 A.A 로 구성된 polypeptide 또는 protein structure 로 바꾸는 단계.

1.   gene replication and repair

DNA 분자는 방사선이나 알킬화제에 의해 끝없이 손상을 받는다.

è  이 손상을 제거하기 위해 DNA repair system(DNA 수복 체계) 를 보유함.

è  DNA 손상이 심하면 이상한 repair 가 이뤄지고 , 오히려 유전자 변이를 초래하여 암 등의 질병이 생겨버림

2.   gene transcription

m RNA(messenger RNA): polypeptide 의 합성을 위한 정보를 보유

t RNA(transfer RNA) : 아미노산을 활성화시켜서 운반하는 역할을 함.

r RNA(ribosomal RNA): ribosome 을 구성하여 단백질 합성을 보조함.

3.   gene translation

m RNA chain 에 있는 유전정보가 ribosome 에서 단백질의 polypeptide 로 번역됨.

Start codon 의 앞부분의 번역되지 않는 부위-> 5’-UTR(untranslated region)

Stop codon 의 뒷부분의 번역되지 않는 부위-> 3’-UTR

(역할: m RNA 의 안정도에 영향을 미침 , 단백질 합성을 조절하는 역할)

다.영양과 유전자 발현 조절

1.   regulatory gene sequence 와 gene transcription regulatory factor.

Gene expression regulation 의 많은 부분이 transcription 의 initiation 단계에서 일어남.

è  이걸 조절하는 곳 promoter

<종류>

보전 유전자(constitutive gene)

: 거의 모든 세포에서 낮은 수준으로나마 활성을 갖는 promoter를 가지는 gene.

유도 유전자(inducible gene)

:몇 개의 tissues 나 특정의 발달 단계에서만 강하게 발현되는 genes.

-> 이들은 promoter region 에 TATA box , GC box , CAAT box 등의 독특한 base sequences 를 지닌다. (여기에 단백질로 구성된 gene transcription regulatory factor 가 결합하여 RNA polymerase 에 의한 gene transcription 을 조절하게 됨)

이 외에도 enhancer , silencer 가 존재함.

(이들에게 유전자로부터의 위치와 방향은 안 중요함)

2.   영양소와 유전자 전사 조절

영양소가 유전자 발현을 조절하는 방식

1.    영양소나 그 대사산물과 결합하는 물질들이 직접 유전자 전사 조절인자들을 활성화시킴으로써 유전자 발현을 조절

2.    영양소나 그 대사산물이 세포내의 신호전달 체계를 변화시켜 간접적으로 유전자 발현을 조절

Ex) 식이지방

-> 세포막의 지방산 조성을 변화-> 신호 전달 체계에 영향을 미침.

3.    hormone 분비와 nervous system 의 action potential 을 변화시켜 간접적으로 유전자 발현을 조절.

Ex) 소화기관과 내분비기관을 구성하는 상피세포들이나 미주신경과 CNS 를 구성하는 신경세포들은 영양소를 인지하는 sensor , 또는 영양소가 결합하는 receptor 가 존재하며 이들을 통하여 영양소의 수준을 인식하고 , 신경과 내분기계를 통하여 뇌와 말초조직 사이에서 영양소에 대한 정보를 교환함.

3.영양소나 대사산물에 의한 유전자 전사 조절인자의 활성화 예

가. 아연

나.레티노익산(중요함)

* 비타민 A 로부터 합성됨.

*역할: 배아형성 , 골격형성 , 세포의 성장과 분화 , 대사 조절

*retinoic acid receptor 가 직접 유전자 전사 조절인자로 작용!

*retinoic acid receptor 는 RAR(retinoic acid receptor) 과 RXR(retinoid X receptor) 로 나눈다. (각각은 여러 종류의 이소형<RAR-a , b ,r 와 RXR-a,b,r 등) 으로 구성됨.)

*retinoic acid receptor 가 결합하는 부위-> RAR과 RXR 이 dimer 를 형성해야 하며 , RXR 은 homodimer 를 형성하거나, 갑상선 호르몬이나 , 비타민 D receptor 와 같은 다른 유전자 전사 조절 인자들과 함께 heterodimer 를 형성하기도 함.

다.비타민 D

소장에서 ->칼슘의 흡수를 촉진시킴,

신장에서-> 칼슘의 재흡수를 촉진시킴

뼈에서->칼슘의 이동을 촉진시킴

결국: 칼슘의 항상성을 유지시킴.

라. 지방산과 지방산 유도체

지방산이나 지방산 유도체와 결합하여 활성화 되는 유전자 전사 조절인자: PPAR(peroxisome proliferator-activated receptors)

è  기능: 1.핵에서 RXR 과 heterodimer 를 형성하여 지질과 당질 대사에 관여하는 다양한 유전자의 transcription 을 촉진.

PPAR-a : 1)간 , 근육 , 심장, 신장에 주로 존재함. 2) free fatty acid 의 섭취 및 b-oxidation 을 촉진시킴

PPAR-r : 1) 지방저장조직에 존재  2) 지방세포의 증식 및 분화 3) 지방 합성 4) 지방을 복부 지방조직에서 피하지방조직으로 재배치 5) 아디포넥틴의 분비를 증가시킴.

PPAR-d(델타) : 1) 간, 근육에 주로 존재 2) 지방 섭취의 변화를 감지하여 지방 산화를 조절 3) 이게 계속 활성형으로 유지되면 과식에 의한 지방간 생성이 저해됨. 4) leptin recptor 에 이상이 있는 db / db mouse 에서도 비만이 초래되지 않음. (즉 이게 비만치료의 main target 이다)

리놀렌산 , 아라키돈산-> 1) 둘 다 polyunsaturated fatty acid 다. 2) fat synthesis 과 glycolysis 에 관여하는 enzyme 들 , glucose receptor 등의 발현을 유전자 전사 단계에서 억제함.

원리:  polyunsaturated fatty acid 에 결합하는 전사 조절인자(PUFA-RF) 가 존재하여 이 부위에 결합하는 다른 전사조절 인자인 HNF4 의 활성을 억제할 듯.(그림 14-9)

(이것도 불완전한 원리다)

마. NAD+/NADH 비율의 조절과 유전자 전사 조절

CtBP 1(C-terminal binding protein) -> NADH 를 인지하는 E sensor 로 작용함.

NADH 농도가 낮을 때-> monomer 로서 보조활성인자인 p 300 에 결합하여 histone 의 acetylation 을 저해함. (gene transcription 이 inhibit 된 상태)

NADH 농도가 높을 때-> CtBP1 이 서로 결합하여 dimmer 를 이루면서 p 300 이 자유롭게 방출되어 histone 이 acetylation reaction 과 gene transcription 을 촉진하게 된다.

SirT1-> 1) 사람에게 존재하는 Sir2 의 일종 2) histone deacetylase  3) E sensor 로 작용하는 대표적 단백질

원리: NAD+ 를 만나면 의존적으로 활성이 증가하여 보조전사활성인자 인 PGC1a(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma-coactivator-1 alpha) 와 결합하고 이 단백질의 deacetylation 을 유도하여 gene expression 을 조절함. 

Starvation 일 때 

->SirT1 은 PGC1a 를 통해 gluconeogenesis 에 관여하는 gene 의 expression 을 증가시킴!

->SirT1 은 “포도당 분해” 에 관여하는 gene 의 expression 은 억제하여 혈중 포도당 농도를 일정하게 유지시킴.

열량제한식이 제공-> 1) 노화가 억제 2) 수명이 연장됨

원리: SirT1 이 이번에는 p53 의 deacetylation 에 관여함.

즉, p53 의 전사활성을 억제하여 스트레스나 DNA 손상에 의한 노화와 세포 사망을 줄임.

4.   영양소와 단백질 합성 조절  (* 여기는 정리 안 함)

영양과 유전자 이상

영양소의 ADME 등에 관여하는 효소나 호르몬의 유전자에 이상이 생기면 영양소의 metabolism 에 문제가 발생할 가능성이 높아짐.

유당분해 효소의 이상-> 유당불내증

아미노산 대사에 관여하는 효소들의 유전자가 결손되면-> 알캅톤뇨증 , 페닐케톤뇨증

Galactose 의 대사과정에 관여하는 효소의 결핍-> 갈락토오스 혈증

[종교와 과학 사이의 논쟁]

케플러에 대한 오해

책 제목: 과학의 영혼

100page

요하네스 케플러(Johannes Kepler, 1571~1630)는 처음으로 코페르니쿠스의 주장을 따른 중요한 천문학자였다. 케플러 또한 피타고라스 철학으로부터 큰 영향을 받았다.

그의 첫 번째 중요한 저서는 행성의 운행체계가 일련의 3차원적인 기하학적 공식들에 의해 묘사될 수 있다는 것을 증명하려는 시도였다. 비록 나중에 이런 시도를 포기해야 했지만, 이는 숫자와 기하학이 우주의 비밀을 풀어내는 중요한 단서가 된다는 피타고라스적 신념을 케플러가 지니고 있음을 드러내 주었다.

커니는 케플러가 “신적으로 영감을 받은 기하학을 기초로 신이 우주를 창조하였다.”는 사실을 믿었다고 주장한다. 사실상 수학의 정확한 묘사에 대한 그의 열정적인 신뢰는 케플러로 하여금 여러 차례의 실패에도 불구하고 마침내 행성의 궤도가 타원형의 궤도라는 사실을 밝혀내도록 만들었다.

코페르니쿠스처럼 케플러도 부분적으로 태양중심적 천문학에 매료되었는데, 그 이유는 그가 태양에 종교적 의미를 부여했기 때문이다. 그는 태양을 신이 세상을 현존하는 사실을 상징하는 물리적 위치로 생각하였다.

그는 태양만이 “가장 고귀한 신에 어울리는 것으로, 신은 이를 자신의 물질적 거처로 삼고 기뻐하며 천사와 함께 거한다. 단지 태양만이 그 위용과 능력에 근거해 그 주어진 목적과 의무를 수행하기에 적합하며 신의 거처라고 불리기에 합당하다.” 고 보았다.

길버트(Gilbert)의 자기학(magnetism)에 관한 저술들에 영향을 받은 케플러는 지구를 거대한 자기장(magnetic field)으로 파악하였다. 그리고 그는 여기서 한걸음 더 나아가 자기력(magnetic attraction)의 개념을 행성체계 전체에 적용했는데, 이를 통해 태양을 거대한 중심 자석(great central magnet)으로 보았다.

이는 후대에 뉴턴이 주장한 중력을 미리 내다보는 것이었다. 물리학자 제럴드 홀튼(Gerald Holton)은 케플러의 체계에서 태양은 3가지 역할을 담당한다고 주장하였다.

첫째, 태양은 행성들의 움직임을 설명하는 수학적 중심부이다.

둘째, 태양은 행성들을 그들의 궤도 내에서 움직일 수 있도록 유도하는 힘이 작용하는 물리적 중심부이다.

셋째, 태양은 신의 신전 역할을 담당하는 형이상학적 중심부이다. 홀턴이 주장하는 바와 같이 이 3가지 역할은 서로 분리될 수 없는 것이었다.

케플러의 과학적 업적은 그의 형이상학적이며 종교적 입장들과 분리된 채로 이해될 수 없다.

브라이언 그린의 [우주의 구조]를 읽으면서 그대로 옮겨 봅니다. 그는 어려운 현대 물리학을 쉽게 설명하는 재능을 타고난 학자입니다. 상당히 어려운 개념임에도, 비교적 이해하기 어렵지 않을 것입니다. 

수 년전 개봉한 [인터스텔라], [빅 히어로] 등의 작품이 현대 우주 물리학에 대한 관심을 증폭시킨 것 같습니다. 몇 가지 중요한 이론은 이해하고 있을 만 할 것입니다.

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시간과 공간이 절대적이지 않고 상대적이라는 것은 그야말로 충격적인 선언이 아닐 수 없다.

나는 물리학을 공부하면서 이 사실을 안지 근 25년이 지났지만, 지금도 조용히 앉아서 상대적

시공간을 떠올릴 때마다 스스로 놀라곤 한다.

빛의 속도가 항상 일정하다는 실험적 사실로부터 "시간과 공간은 그것을 바라보는 구경꾼(관측자)의 운동상태에 따라 다르게 보인다" 는 황당한 결론이 내려지지 않았는가!

절대로 틀리지 않는 이상적인 시계를 모든 사람들이 하나씩 차고 있다고 상상해 보자.

그렇다면 고전적으로는 누가 어떤 운동을 하며 어떤 파란만장한 삶을 산다고 해도, 모든 사람들의 시계는 언제나 동일한 시간을 가리키고 있을 것이다. 그러나 사실은 그렇지 않다.

어느 한 사람이 다른 사람에 대하여 상대적으로 움직이고 있으면 두 사람의 시계는 달라진다.

두 사건 사이의 시간간격(예를 들면 불꽃놀이를 할 때 첫 번째 폭죽이 터진 후 두 번째 폭죽이 터질 때까지 흐른 시간) 이 두 사람에게 다르게 나타나는 것이다.

시간뿐만 아니라 거리의 경우도 마찬가지다. 이번에는 모든 사람들이 길이가 똑같은 막대를 하나씩 갖고 있다고 상상해 보자.(물론 막대의 길이는 모두 동일한 조건에서 측정되엇다.)

이 경우에도 한 사람이 다른사람에 대하여 상대적으로 움직이고 있으면 두 사람이 갖고 있는 막대의 길이는 달라진다. 막대뿐만 아니라 이들이 측정한 임의의 두 점 사이의 거리도 달라진다.(사실, 막대의 길이란 막대의 양 끝점 사이의 거리를 의미한다) 시간과 공간이 이런 특성을 갖고 있지 않다면, 빛의 속도는 관측자의 운동상태에 따라 다르게 나타나야 한다.

그러나 빛의 속도는 항상 일정하다. 이것은 수많은 실험을 통해 확인된 결과이므로 반론의 여지가 없다. 그러므로 시간과 공간은 위에서 언급한 것처럼 기묘한 성질을 갖고 있어야 한다.

지금까지 얻은 결과를 간단하게 요약해 보자.

시간과 공간은 어떤 특성을 갖고 있는가?

- 시간과 공간은 빛의 속도가 관측자의 운동상태에 상관없이 항상 일정하게 보이도록 하기 위해, 각 관측자의 운동상태에 따라 다른 모습으로 나타난다. -

그렇다면 시간과 공간은 관측자들 사이의 상대속도에 따라 어느 정도로 달라지는가?

이것을 계산하려면 약간의 수학이 동원되어야 하는데, 고등학교 수준의 수학이면 충분하다.

사실 아인슈타인의 특수상대성이론이 어렵게 느껴지는 이유는 수학 때문이 아니라, 이론에 적용된 아이디어와 그로부터 내려진 결론들이 우리의 경험과 상식에 정면으로 상충되기 때문이다.

그러나 200년 넘게 전수되어 온 뉴턴의 절대적 시공간이 수정되어야 하는 이유를 충분히 이해했다면, 나머지 구체적인 내용을 채워 넣는 것은 그다지 어려운 일이 아니다.

그리고 지금부터 정확하게 100년 전에 아인슈타인은 이 일을 해냈다.

빛의 속도가 누구에게나 일정하게 보이려면 한 관측자가 측정한 거리와 시간간격은 그에 대해 움직이고 있는 다른 관측자의 측정값과 달라야 한다. 이것이 바로 특수상대성 이론의 출발점이었다.

특수상대성이론은 운동에 대하여 이와 비슷한 주장을 하고 있다.

​

즉, 임의의 물체의 속도(공간이동과 시간이동을 조합한 속도)는 어떠한 상황에서도 항상 광속(빛의 속도)과 같다는 것이다.

​

독자들은 여러 경로를 통해 "광속으로 달릴 수 있는 것은 빛 뿐이다" 라는 말에 익숙해 있을 것이므로 방금 한 말이 선뜻 이해가 가지 않을 것이다. 그러나 물체가 광속보다 빠르게 달릴 수 없다는 것은 오로지 공간상의 이동만을 고려했을 때 그렇다는 뜻이다. 지금 우리는 공간뿐만 아니라, 시간을 따라가는 운동도 같이 고려하고 있다.

​

아인슈타인이 주장하는 바는 두 종류의 운동(시간운동과 공간운동)이 서로 상보적인 관계에 있다는 것이다. 당신이 길가에 서서 바라보던 주차된 자동차가 어느 순간에 움직이기 시작했다는 것은 오직 시간만을 따라 광속으로 이동하던 자동차가 어느 순간에 방향을 바꿔서 공간으로도 이동을 시작했다는 뜻이다.

​

그러나 이 경우에도 두 속도를 조합한 전체속도는 변하지 않는다. 그러므로 공간에서 이동을 시작한 자동차의 시간은 정지해 있을 때보다 느리게 갈 수 밖에 없는 것이다. 예를 들어,  시속 5억 마일로 달리고 있는 바트의 시계를 정지해 있는 리사가 보았다면, 그녀의 눈에는 바트의 시계가 자신의 시계보다 2/3만큼 느리게 가는 것처럼 보일 것이다.

​

리사의 시계로 3시간이 흘렀다면 바트의 시계로는 두 시간이 흘러간다.

​

지금 바트의 공간 속을 엄청난 속도로 이동하고 있으므로, 시간을 따라 이동하는 속도가 그만큼 느려진 것이다. 뿐만 아닐, 공간을 가로지르는 속도는 아무리 빨라도 광속을 초과할 수 없다.

​

왜 그런가?

​

정지해 있는 물체는 시간을 따라 광속으로 움직이는데, 여기에 공간이동이 추가되면 시간 쪽으로 향했던 광속운동이 공간 쪽으로 일부 할당되며, 공간을 이동하는 속도가 광속에 도달하면 시간을 따른 이동은 전혀 일어나지 않게 된다.

즉, 광속으로 움직이는 물체는 나이를 전혀 먹지 않는다는 뜻이다. 이것은 모든 속도가 공간이동에 100% 사용된 극단적인 경우이고 여기서 더 이상의 속도를 낼 수는 없으므로, 공간을 이동하는 속도는 어떤 경우에도 광속을 초과할 수 없다. 그리고 빛은 특이하게도 항상 광속으로 달리고 있으므로 나이를 먹지 않는다. 만일 광자(빛을 이루는 입자)가 시계를 차고 있다면 그 시계의 초침은 전혀 움직이지 않을 것이다.

​

빛은 화장품 제조업체와 전 세계 여인들의 영원한 꿈을 실현시킨 유일한 존재이다. 빛은 100억 년 전이나 지금이나 나이가 똑같다.

​

이와 같이 특수상대성이론의 효과는 물체의 공간이동속도가 광속에 가까워질수록 두드러지게 나타난다. 그러나 어떠한 경우에도 시간이동속도와 공간이동속도의 상보적인 관계는 항상 성립한다.

​

물체의 속도가 느리면 특수상대성이론은 상식의 세계인뉴턴의 고전역할과 거의 같아지지만, 둘 중 항상 옳은 이론은 특수상대성이론임을 명심하기 바란다.

​

이 모든 것은 분명한 사실이다. 언뜻 보기에는 마치 교묘한 말장난이나 야바위처럼 보일 수도 있고 심리적인 환상으로 느낄 수도 있겠으나, 우리가 속한 우주는 분명히 이런 식으로 운영되고 있다.

1971년에 조지프 하펠레와 리처드 키팅은 최첨단 기술로 만들어진 세슘 원자시계를 이용하여 시간이 느리게 가는 효과를 확인하는 데 성공했다. 그들은 두 개의 시계를 준비하여 하나는 민간용 항공기에 싣고 다른 하나는 지상에 방치해 둔 채 장거리 여행을 한 후 두 시계가 가리키는 시간을 비교한 결과, 비행기에 탑재된 시계가 지상의 시계보다 느리게 간다는 사실을 확인할 수 있었다. 물론 비행기는 빛의 속도와 비교할 때 거북이나 다름 없으므로 시간의 차이는 극히 미미하게(수천억분의 일초 정도) 나타났지만, 아인슈타인의 특수상대성이론이 옳다는 것만은 분명한 사실이다.

1908년에는 "새로운 실험으로 에테르가 발견되었다" 는 소문이 학계에 돌기 시작했다. 만일 이것이 사실이라면 절대공간이 존재한다는 뜻이고 아인슈타인의 특수상대성이론은 탄생 3년 만에 폐기되어야 할 판이었다. 소문을 들은 아인슈타인은 이렇게 말했다. "신은 미묘한 존재지만 우리에게 해악을 끼치진 않는다."(Subtle is the Lord, malicious He is not). ​

특수 상대성이론처럼 완벽하고 우아한 논리가 이론적으로 가능하면서 실제의 우주는 그 법칙을 따르지 않는다면, 신은 우리를 갖고 놀면서 심술궂은 장난을 치고 있는 셈이다. 아인슈타인은 만물의 창조주인 신이 그런 식으로 인간에게 해악을 끼칠 리가 없다고 생각했다. 그 정도로 자신의 이론에 확신을 갖고 있었던 것이다. 결국 그 소문은 사실무근임이 밝혀졌고, 빛을 매개한다는 에테르는 과학의 장에서 영구히 추방되었다.

[종교와 과학 사이의 논쟁들]

코페르니쿠스 혁명에 대한 오해

1. 책 제목: 과학의 영혼

2. 저자: 낸시 피어시&찰스 택스턴

   52page~54page

길거리의 평범한 사람에게 기독교가 근대과학의 등장에 긍정적 영향력을 행사했다고 말한다면, 아마 당신은 그에게서 놀라움과 불신의 반응을 보게 될 것이다.

이처럼 종교에 대한 새로운 인정은 아직 학교로부터 대중문화나 교회 속으로 스며들어가지 못했다. 그리스도인 친구들에게 과학에 대한 기독교의 공헌에 대하여 내가 책을 집필하고 있다고 말했을 때, 이에 대한 일반적인 반응은 회의적인 것이었다. 따라서 이러한 회의주의에 대항하기 위해서는 우선 공통된 오해들을 불식시킬 필요가 있다.

종교적인 논쟁들은 교회가 과학을 반대한다고 말하며 자주 사실을 과장해 왔다. 특히 앤드류 딕슨 화이트(Andrew Dickson White)는 “개신교 교회의 모든 교단들, 즉 루터란, 칼빈주의자, 성공회는 코페르니쿠스의 주장이 반성경적이라고 매도하는데 경쟁적이었다.”는 전면적인 주장을 펼쳤다.

그러나 사실은 루터가 [탁상담화](Table Talk)에서, 그리고 칼빈이 행한 설교에서 여기 저기 언급하였던 사실을 제외하고는, 종교 개혁자들은 코페르니쿠스에 대한 논쟁 자체를 무시하였다. 더군다나 이러한 언급들의 진위여부마저도 역사적으로 의심스러운 것이 많다. 루터의 경우, [탁상담화]는 이 담화의 참여자들의 기억에 의해 그 담화가 있은 뒤 몇 년 후에야 기록되었다. 어떤 역사학자들은 루터가 실제로 코페르니쿠스를 얕잡아 보는 발언을 했다는 사실 자체를 의심한다.

화이트는 칼빈의 경우에 대하여 다음과 같이 주장했다. 칼빈은 시편93:1을 언급하면서 코페르니쿠스의 주장을 반대하는데 앞장섰으며, “누가 감히 코페르니쿠스의 권위를 성경의 권위 위에 올려놓겠는가?”라고 묻기도 하였다. 그러나 역사학자들은 칼빈이 그렇게 말한 적이 없으며, 발행된 그의 작품에서 어떤 식으로도 코페르니쿠스를 공격한 적이 없다고 지적한다.

*코페르니쿠스*

진실은 신학자들이 코페르니쿠스주의에 답할 이유가 전혀 없었다는 것이다. 현대 역사학자들은 흔히 코페르니쿠스의 이론이 인간의 가치에 대한 기독교적 견해에 치명타를 입혔던 것처럼 기술한다. 코페르니쿠스는 인류의 지위를 우주의 중심적 무대라는 고상한 위치에서 강등시켰다고 주장한다. 한 예로 역사학자 존 랜달(John Herman Rendall)은 [현대 지성의 성립](The Making of Modern Mind)이라는 책에서 코페르니쿠스 혁명이 “인류를 우주의 목적이며 그 중심적 존재라는 교만한 위치에서 끌어내려 그를 끝없는 우주의 바다를 항해하면서 태양 주위를 공전하는 작은 행성계의 자그마한 하나의 점으로 만들어 버리고 말았다.” 고 주장했다.

이것이 암시하는 바는 그리스도인들이 코페르니쿠스주의에 맞서서 자신들이 지닌 안정된 우주론이 무너지지 않도록 저항하였다는 것이다. 그러나 그 당시의 문헌들은 이러한 묘사를 거의 지지하지 않는다. 아리스토텔레스의 철학에서 채택된 중세의 우주론이 지구를 우주의 중심에 놓은 것은 사실이다. 그러나 중세 우주론에서 우주의 중심이 곧 특별한 의미를 지니는 곳은 아니었다. 오히려 정반대로 이는 악마의 장소였다.

우주의 중심에 지옥이 자리잡고 있었으며, 그 다음에 지구, 그리고 천체의 순서로 점차적으로 더 고상한 행성들이 자리 잡았다.

사물에 대한 이런 착안을 통해 볼 때, 인류의 중심적 위치는 보완도 아니며 그렇다고 그 위치의 상실 또는 강등(demotion)도 아니었다. 사실 코페르니쿠스가 살던 시기에 그의 이론에 대한 일반적인 반대 주장은 그의 이론이 인류를 원래 위치보다 더 높이 올렸다는 것이었다.

중세 우주론에서 인간의 의미는 지구의 중심적 위치에서 비롯된 것이 아니라 하나님께서 인간을 향하여 보여주시는 호의(regard)에 근거한 것이었다. 따라서 코페르니쿠스의 이론이 인간 가치에 대한 기독교의 가르침을 위협했다는 것은 시대착오적 견해에 불과하다. 이 견해는 우리 시대의 고뇌(angst)를 역사 속으로 되돌려 읽고 있는 것이다. 

96page ~99page

코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)

니콜라우스 코페르니쿠스 (1473~1543)의 작품들은 과학혁명의 초기 단계에서 의지할 수 있는 초석과도 같았다. 그의 태양중심설은 당시 지배적이었던 아리스토텔레스와 프톨레메우스로부터 주어진 지구 중심적 천문학에 대한 도전이었다.

그렇다면 코페르니쿠스의 이론은 도대체 어디에서 나왔는가? 기록에 의하면, 이는 어떤 실험적 자료에 근거한 것이 아니라 자신의 신플라톤주의에 대한 헌신에서 비롯되었다.

이탈리아에서 공부하는 동안 코페르니쿠스는 신플라톤주의의 영향을 받았다. 커니는 이러한 신플라톤주의와의 만남을 ‘종교적 회심과 동일한 것’으로 파악했다. 신플라톤주의에서는 비물질적인 수학적 개념이 물질세계의 모든 것에 대한 원인으로 작용한다.

              *플라톤 *

많은 신플라톤주의자들은 신의 창조적 능력에 대한 가장 적절한 상징이 태양이라고 믿었는데, 이는 태양의 빛과 따스함이 모든 생명체들로 하여금 지구상에 살 수 있게 해 준다고 생각했기 때문이다. 이렇게 신플라톤주의는 태양신비주의(sun mysticism)와 관련이 있었다.

아리스토텔레스는 지구가 우주의 중심이라고 가르쳤지만, 신플라톤주의자들은 태양이 우주의 중심이어야 한다고 주장함으로써 태양의 위치가 마땅히 신적 상징으로서의 위엄과 동등해야 한다고 생각했다.

태양에 대한 이런 신비주의적 견해가 코페르니쿠스에게 과학적 사고의 문을 열어준 것처럼 보인다. 다음의 인용문에 나타난 그의 사상은 확실히 신플라톤주의적 태양신비주의의 흔적을 담고 있다. 

모든 자리의 한복판에 태양이 왕자에 자리한다. 가장 아름다운 이 신전에서 어떤 위치가 이 발광체로 하여금 이보다 더 훌륭히, 한꺼번에 모두에게 빛을 비출 수 있는 자리를 제공할 수 있는가? 그가 등불로, 정신으로, 그리고 우주의 통치자로 불리는 것이 옳다. …. 이제 태양은 왕적 보좌에 앉아서 자기 주위를 맴도는 그의 자녀들인 행성들을 다스린다.

같은 인용문에서 코페르니쿠스는 태양을 ‘가시적 신’(the Visible God)으로 지칭하는 문헌을 인용한다.

신플라톤주의가 실제로 코페르니쿠스의 태양 중심적 행성체계론에 박차를 가했는지 또는 이것이 그에게 과거의 지구 중심적 체계에 대항하여 자신의 새로운 체계를 지지할 수 있는 논증자료들(당장 사용할 만한)만을 제공했는지에 대해 역사학자들은 확실히 알 길이 없다고 생각한다.

그러나 그의 이론에 대한 동시대의 반응을 불러 일으키는데 있어서 신플라톤주의가 결정적 역할을 했다는 것은 분명한 사실이다. 16세기 전반에 걸쳐 코페르니쿠스의 이론을 아무런 거리낌 없이 받아들였던 사람들은 신플라톤주의자들 뿐이었다.

아리스토텔레스주의자들은 이에 대해 분명하면서도 실험적인 반대 주장을 내세웠다. 그들은 지구가 어둡고, 비활동적이며, 무겁고, (모든 사람들이 볼 수 있듯이) 움직이지 않는 질량이라고 주장했다. 반면 천상의 별들은 빛의 접촉점이므로 빛과 불로 구성된 물체들이 그 주된 요소들이라고 보았다. 이러한 일상생활의 관찰에 대항해 지구가 실제로 별들과 같은 천상체로서 태양주의를 궤도를 따라 회전한다는 주장은 분명히 우스꽝스럽게 들릴 수 밖에 없었다.

태양 중심론(heliocentric theory)은 상식에 근거한 또 다른 반대에 직면했다.

예를 들어 태양 중심론이 맞다면, 공중에 던져진 물체가 지구로 다시 떨어질 때는 처음 던져진 곳과 약간이라도 다른 곳에 착륙해야만 한다는 주장이다. 왜냐하면 그 물체가 공중에 머무르는 동안 지구가 회전할 것이기 때문이다. 그런데 이 이론은 신기하게도 유효한 이론이었다.

지구의 회전은 코리올리스 효과(Coriolis forces)를 가져오는데, 이는 푸코의 진자(Foucault pendulum)에 의하여 증명될 수 있다. 덴마크의 저명한 천문학자 타이코 브라헤(Tycho Brahe)는 대포알이 지구의 회전방향과 동일한 방향으로 쏘아 올려질 경우, 이 대포알은 더 멀리 움직여야 한다고 주장했다.(지구의 움직임에서 비롯되는 운동량만큼의 힘으로부터 영향을 받아 속도가 더해진다.). 또 다른 유효한 주장에 대해서도,, 갈릴레오가 초기 형태의 상대성 이론을 발견하기 전까지, 그 해답이 주어지지 않았다. (8장을 참고할 것).

또한 반대자들은 만약 지구가 궤도를 따라 태양 주위를 회전한다면, 하늘에 박힌 별들도 그 궤도의 반대쪽에서 바라보았을 때 그 위치가 조금씩 바뀌어야 한다고 주장했다. 이것 또한 유효한 주장이었지만, 그 차이가 너무 작아서 1838년까지는 관측조차 되지 않았다고 한다.

코페르니쿠스주의에 대한 반대는 이처럼 수량적이며 논리적이었는데 반해, 당시 코페르니쿠스주의를 위한 실증적인 증거는 하나도 없었다. 역사학자 홀(A. R. Hall)은 “코페르니쿠스주의자가 된다는 것이 천상에 대한 사실적인 정보를 하나라도 더 얻게 된다는 것을 뜻하는 것은 아니었다”고 올바르게 지적했다. 사실, 태양중심설을 지지하는 주장들은 사실적이라기보다는 모두 철학적이었다. 커니는 신플라톤주의적 가정(assumption)에 대해 “태양이 우주의 중심이라는 것은 공리적이다. 왜냐하면 이 주장은 그 자체로 적절하기 때문이다.”고 말했다.

이는 전혀 설득력이 없는 주장이지만, 아리스토텔레스적 가정을 근거로 “지구가 우주의 중심이라는 주장은 또한 동일한 이유로 전혀 설득력이 없는 주장에 불과했다.”

이런 주장들을 넘어 코페르니쿠스가 내세울 수 있는 유일한 주장은 자신의 체계가 수학적으로 더 간단하다는 것 뿐이었다. 이는 행성의 궤도를 설명하는데 있어서 필요한 주전원(epicycle)의 수를 80에서 34로 줄일 수 있었다. 이는 괄목할 만한 성취는 아니었지만, 수학이 자연의 진리에 대한 열쇠를 지니고 있다고 믿는 피타고라스의 추종자들을 비롯한 신플라톤주의자들에게는 호소력 있는 주장이었다.

실증주의자들의 역사 해석은 모든 과학적 진보를 종교와 신비주의를 극복한 합리성의 승리로 파악했다. 그러나 이 경우에 종교와 신비주의는 분명히 코페르니쿠스의 편이었다. 코페르니쿠스는 자신의 천문학 이론을 신플라톤주의의 신비적 교리와 연관시키는 것에 대하여 혐오감을 느끼지 않았고, 그의 많은 추종자들 역시 이에 대해 긍정적인 태도를 견지했다.(2장의 조르다노 부르노의 견해를 참고할 것)

더군다나 태양중심설에 대한 반대는 단지 교리와 반계몽주의(obscurantism) 때문만은 아니었다. 오히려 그 이유는 당시 지배적인 철학이 아리스토텔레스주의였는데, 코페르니쿠스가 신플라톤주의적 철학에 근거한 이론을 제시했기 때문이다. 백년 후 갈릴레오의 시대에 이르기까지 태양중심설은 신플라톤주의 전통 바깥에 머물렀던 과학자들에 의해 부인되었고, 뉴턴의 시대에 이르기까지 태양중심설을 위한 물리적 구조론은 형성되지 않았다. 그때까지 논쟁은 전적으로 종교적이고 철학적인 범주에 머물러 있었다.

[교회와 과학 사이의 논쟁들]

갈릴레오 논쟁에 대한 오해

책 제목: 과학의 영혼

54page ~58page

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교회와 개별적 신자들을 분리하게 되면 학문으로서의 과학에 대한 기독교의 지지가 더 분명하게 드러난다. 근대 초기의 몇몇 과학자들은 개인적으로는 종교적 신념을 굳게 지킨 반면, 정치적 차원에서는 교회와 사이가 좋지 않았다.

종교적 탄압에 대한 교과서적 사건이 바로 갈릴레오의 경우이다. 이 사건에 대한 표준적 해설은 제이콥 브로노우스키(Jacob Bronowski)의 [인간의 등정](The Ascent of Man)이라는 인기 텔레비전 시리즈에 나타나는데, 여기에서는 갈릴레오를 가톨릭의 종교재판법정(the Inquisition)에 기소된 선과 악 사이의 단순한 대결로 묘사하였다.

그러나 역사학자 마틴 루드윅(Martin Rudwick)은 이 시리즈를 과학자 브로노우스키의 위상에 걸맞지 않는 ‘과학적 승리주의’(scientific triumphalism)의 한 예라고 비난했다. 루드윅은 브로노우스키가 다룬 갈릴레오의 재판은 수집 가능한 역사적 연구 결과를 무시하는 의도적 선택에서 비롯된 모조품(travesty)이었다고 주장한다.

루드윅이 언급한 역사적 연구 결과란 과학과 종교 사이의 단순한 대결보다 훨씬 더 많은 것이 관련된 증거물들을 가리킨다.

갈릴레오에 관한 현대 저작들 가운데 최고로 손꼽히는 [갈릴레오의 범죄](The Crime of Galileo)라는 책의 저자인 조지오 드산티야나(Giorgio de Santillana)는 갈릴레오 사건이 한 유명한 과학자와 종교적 교리 사이의 대결이 아니었다고 주장한다.

역설적으로 “교회내 지성인들의 다수파는 갈릴레오를 지지한 반면, 그에 대한 가장 분명한 반대는 세속적 견해, 즉 대학의 철학자들로부터 나왔다”고 그는 지적한다.

갈릴레오를 로마로 귀한케 해 종교재판법정의 질문에 답하도록 명령했던 교황조차도 한 때 갈릴레오의 지지자들 중 한 사람이었다.

사실, 대체적으로 가톨릭교회에서는 과학으로서 갈릴레오의 이론에 대하여 어떤 논쟁도 없었다. 다만 교회의 반론은 갈릴레오가 아리스토텔레스의 철학을 위시한 모든 형이상학적, 영적 그리고 그와 관련된 사회적 결과들을 논박했던 것과 관련된다.

과학철학자 필립 프랭크(Philipp Frank)가 설명하듯이, 갈릴레오가 아리스토텔레스를 공격한 것이 그렇게 심각하게 다루어졌던 이유는 당시 많은 사람들에게 아리스토텔레스 철학이 “종교적 그리고 도덕적 법률의 형성에 필요한 것으로 간주되었기” 때문이다.

아리스토텔레스는 인간이 자신의 최상의 본질을 충족시키기 위한 윤리적 책무감에 의해 움직이는 것과 마찬가지로, 모든 객체(object) 또한 그 이상적 본질, 즉 목적이나 형태를 충족하기 위한 내적 몸부림에 의해 움직이는 유사 유기체(a quasi-organic entity)라고 보았다. 아리스토텔레스 철학에서 객체는 밀고 당기는 기계적 힘보다는 윤리적 몸부림에 더 가까운 내재적 경향들에 의하여 움직인다.

이런 내재적 경향들 중 하나가 바로 우주에 있어서 ‘자연적 위치’를 향하려는 충동(impulse)이다. 즉 아리스토텔레스 철학에서 불꽃은 위로 올라가고 바위는 아래로 떨어지는데, 그 이유는 모든 객체가 자연적 위치를 향하여 몸부림치는 경향을 지니고 있기 때문이다.

더욱이 물리적 위치는 고상함의 정도와 관련된 것으로, 우주의 중심은 가장 천한 것이고 천상의 영역은 가장 고상한 것으로 간주되었다. 따라서 과학적으로 연구된 물리적 위계질서는 사회적이고 정치적인 위계질서를 반영하는 것이었다. 즉 물리적 세계에서의 질서는 인간 사회의 질서와 관련되어 있었다.

성직자들이 이러한 아리스토텔레스의 물리학과 우주론을 포기하는 것에 저항하였던 이유는 이들이 도덕적이고 사회적 삶의 전체적 비전과 깊이 연관되어 있었기 때문이다. 만약 그 연관성이 사라지게 될 경우, 성직자들은 도덕성 자체가 파괴될 것이라고 두려워하였다. 따라서 이들에게 갈릴레오는 그릇되고 위험한 교리를 내세우는 것으로 보였던 것이다.

더군다나 메리 헤스(Mary Hesse)가 지적한 바와 같이, 이렇게 새롭고 위험한 견해들은 그 당시에 “교리적으로 이들을 지지할 수 있는 충분한 증거 없이” 주창되었다.

그리고 당시에 이용 가능한 증거가 이론을 뒷받침하지 않을 때, 이에 대한 저항은 비과학적인 것도 비이성적인 것도 아니었다. 헤스는 다음과 같은 결론을 내린다.:

…그들(위험한 견해들을 주장하는 사람들)의 모든 근시안적 견해 때문에 교회의 대표자들은 자신들의 견해를 정당화할 수 있는 이유를 지니게 되었다. 그것은 당시에, 교회 대표자들이 생각하기에, 그들을 지지해 줄 충분한 증거물도 지니지 못한 채 무책임한 공상에 의해 자신들의 세계의 모든 구조가 위협받고 있다는 것을 발견한 사람들의 반응이었다.

과학철학자 제롬 라베츠(Jerome Ravetz)는 갈릴레오와 로마교회 사이의 대결에 관한 바른 이해는 사회적 요소들을 염두에 두어야 가능하다고 보았다. 가톨릭의 위계질서는 당시 개신교의 도전에 대한 반응으로서 아리스토텔레스주의에 대한 헌신을 재다짐하였다.

따라서 갈릴레오의 아리스토텔레스에 대한 공격은 적군에게 탄환을 제공하는 것으로 해석될 수 있었다. 게다가 대학과 교회의 연장자들인 기성세대의 엘리트들과 갈릴레오가 소속되었던 실질적 사고를 지닌 신진 엘리트들 사이에서는 생생한 투쟁이 전개되고 있었다.

이 때에 자신의 작품을 라틴어가 아닌 지역어로 발행하기로 한 갈릴레오의 결정은 기성세대 엘리트들을 향한 공격이었으며, 이는 더 넓은 독자층으로 지적 리더십을 옮기기 위한 폭 넓은 전략이었다.

논쟁이 벌어지는 동안 양측 모두 보기 흉한 계략을 사용하기 시작했다.

교회는 갈릴레오의 세력을 격감시키기 위해 비열한 방법과 인격적 원환을 사용했고, 이에 맞서 갈릴레오는 의도적으로 선동적이며 선전적 글들을 통하여 대항했다.

그의 [세계의 두 가지 원리적 체제에 관한 대화](Dialogues Concerning the Two Principal Systems of the World)라는 작품에 심플리시오(Simplicio)라는 바보처럼 행동하는 익살꾼이 등장하는데, 이는 한 때 갈릴레오의 친구이자 지지자이었던 교황을 살짝 위장하면서 풍자하기 위한 것이었다.

하지만 이 모든 시도들에도 불구하고 갈릴레오는 그의 신앙을 저버리지 않았다.

이 논쟁에 관한 전형적인 개작(retelling)은 갈릴레오가 교회에 대항하였으므로 그가 공론적 무신론자이거나 적어도 불가지론자(agnostic)였음이 틀림없다고 간주하는 것이다.

그러나 역사 앞에 진실하기 위해서 우리는 갈릴레오가 진정한 가톨릭 신자로서 교회이 종교적 교리 자체를 의심할 의도가 없었고, 단지 아리스토텔레스 철학에서 유래된 과학적 체계를 의심했을 뿐이라는 그의 주장을 진지하게 받아들여야 한다.

실증주의적 접근은 갈리레오의 견해에 대한 종교적 변호를 단순히 권력에 의해 강요된 편법으로만 인정하고 이를 제외시킨다. 그러나 갈릴레오가 신자였으며 종교를 세계에 대한 진정한 정보의 근원으로서 과학과 나란히 간주했다는 그 자신의 주장을 우리가 받아들이지 않는 한 그의 행동은 이해될 수 없을 것이다.

“자신의 종교적 전통에 남아있기로 한 갈릴레오의 결정만이 왜 그가 교황을 위시한 모든 사람들을 설득하기 위하여 그렇게 노력하였는가, 그리고 왜 그가 베네치아 공화국으로 안전하게 피신할 수 있는 기회를 거절하였는가에 대한 적절한 해답인 것처럼 보인다”고 루드윅은 설명했다.

이야기 전개를 상당히 맛깔나게 잘하며 명실상부 유물론적 다위니즘의 선두주자인 리처드 도킨스. 그가 주장하는 무신론적 진화론은 수사학적인 면이 강하고, 논리적으로 납득하기 어려운 부분들이

보이나 일반적으로는 대중들에게 재미있게 읽힐 만한 책이다.

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<머리말>
★인간 존재의 비밀이 풀렸다!

★세상에 만연되어 있는 “복잡함” 을 인정한다.

★이 책은 격정으로 쓰여진 글이다.

★모든 상황에 적용되지 않음을 인정하고, “간혹” 적용됨을 인정하면서 다른 더 많이 적용 가능한 이론은 존재하지 않다고 믿고 있다. (저자는…)

★신념을 철통같이 지키는 사람이다.

★ “다윈주의” 개념이 상대적으로 쉬워서 무지한 비평가의 좋은 표적이 된 것이다.

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“다윈주의” 란?

1)    유전적인 변이를 수반한 계획적인 번식은 축적될 시간적 여유가 있다면 광범위한 결과를 가져올 수 있다.

2)    작은 과정들의 누적에 관한 이론

다윈주의가 단순했다면 진작 발견되었어야 한다.[19세기 중엽이 되기 이전에..]

다윈주의를 이해하지 못하게 만드는 요인들…

1)    다윈주의는 무작위적인 ‘우연’에 불과하다는 잘못된 생각이 너무 만연되어 있다.

(복잡성은 우연과 반대이므로 다윈주의=우연 으로 봐 버린다면 다윈주의는 반박하기 쉽게 되는 게 당연하다)

저자의 강조: 다윈주의는 우연이 아니다.

2)    뇌 자체가 ‘굉장히 긴 시간’ 에 대해 감조차 잡지 못한다.

저자의 강조: “잘 조율된 회의론” , “주관적인 확률론” 이라 말할 수 있는 이유도 몇 십년 간만 작동해서라나….[어려움..]

3)    인류가 창조적인 설계자로서 거둔 찬란한 성공 때문에 복잡하고 고상한 건 미리 계획되어 정교하게 설계 되었으리라는 고정관념을 지니게 됨.

★다윈과 월리스-> 원시적인 단순함에서 복잡한 설계가 만들어 짐을 제시함.

★책의 목적: 우리의 상상력을 비약시키는 것.

<1장…결코 있을 법하지 않은 일>

★인간은 복잡한 사물이다.

★물리학: 단순한 대상을 연구하는 학문….대상이 단순하긴 해도 난해하고 어려운 수학으로 인해 어려워 보이는 학문이다.

★뇌(생물학적 대상)가 물리학 교과서를 쓰게 만들었으니…..(생물학의 우월성? ㅋ)

★우리와 다른 복잡한 것이 존재하는 이유를 고민해 보자.

★우리가 지닌 몸도 사실은 엄청나게 복잡해도 비행기와 같은 기계다.

★망원경과 눈을 비교하는 것 또는 시계와 생물을 비교하는 건 오류다.

(눈과 생물에서 일어날 수 있는….유니크한 변수를 고려치 않은 거란다.)

★이 책에서 말하는 ‘시계공’=맹목적인 물리학적 힘

è  즉 다시 말하면 이 ‘시계공’ 은 ‘자연선택’ 이다. 이 녀석은 마음도, 마음의 눈도 갖고 있지 않으며 미래를 내다보며 계획하지 않는다. 전망을 갖고 있지 않으며 통찰력도 없고 전혀 앞을 보지 못한다. 만약 자연 선택이 자연의 시계공 노릇을 한다면, 그것은 ‘눈먼’ 시계공이다.

철학자 흄이 한 일-> 신의 존재를 긍정하는 증거로서 자연 세계에 대해 계획이란 말을 사용하는 논리를 비판함 (하지만 계획이란 말을 ‘대신할’ 어떤 설명도 제시하지 않았다)

”복잡하며 설계되었음이 확실한 물건에는 뭔가 특별한 것이 있다.”

복잡성의 필수 조건

1)    불균일한 구조

Ex) 어떤 물체를 둘로 잘라서 두 내부구조가 균일하면 안된다.

2)    여러 부분으로 이루어져야 한다.

(이 두 가지 조건은 필요 조건은 되지만, 이것 만으로는 복잡하다고 말할 ‘충분조건’ 이 되지 않는다)

그래서!! 우연성이라는 수학적인 개념을 적용해 보자

3)    구성 요소들이 순전히 우연을 통해서는 일어나기 어려운 방법으로 배열되어야 한다.

(즉, 사전에 규정된 어떤 성질, 즉 단순한 우연만으로는 매우 얻기 힘든 성질을 가지고 있어야 한다.) (생물에 있어서 사전에 규정된 어떤 성질은 일종의 ‘능숙함’ 이다.)

무생물(이 책에서는 인공적인 기계는 생물로 간주한다….설계된 녀석들이므로….그러므로 인공적인 기계는 제외한)은 단순히 물리학의 일반 법칙을 따르지만, 생물은 좀 다르다. 물론 생물에게 있어서 초자연적인 무엇이나, 물리학의 법칙에 반하는 ‘생명력’ 따위란 결코 없다.

è  단 어떤 생물 ‘전체의’ 행동을 이해할 때 , 물리학의 법칙을 그대로 적용하는 건 문제가 있다.

(죽은 새를 하늘로 던지면 기본 물리 법칙인 중력의 법칙에 의해 포물선을 그리며 뚝 떨어지지만….산 새를 하늘로 던지면 그 법칙을 이겨내는 힘을 가지고 하늘로 박차 올라갈 것이다.)

즉, 설계된 기계나 생물이 작동하는 법을 이해하고자 한다면 구성 성분이 무엇인지 그리고 그 구성 성분들이 어떻게 상호 작용하고 있는지를 알아 봐야 한다.

주장: 그러므로 만약 이해하지 못한 복잡한 것이 있다면 우리가 이미 이해하고 있는 더 단순한 것의 차원으로 환원시킬 때에만 그것을 이해할 수 있다.

우리는 어떤 단계의 부품들의 동작을 설명할 때 그것을 구성하는 더 작은 부품(그 당시에는 그 부품의 내부 구조를 묻지 않고 그런 것이려니 할 것이다.) 의 입장에서 설명한다.

어느 모로 보나 설명이 필요하지 않다고 느낄 만큼 단순한 것에 이를 때까지 양파 껍질 벗기듯 그 단계를 낮추어 간다.

하지만 인간의 생명은 너무 짧아서 대부분은 그것들을 다 이해하지 못하고 죽는다.

(물리 학자들은 기본 입자나 소립자 수준에 도달할 때까지 이 양파 껍질 벗기기를 시도할 수도 있다지만…)

일반적인 우리 들이 이 모든 것을 이러한 세부적인 수준까지 이해하려고 하는 것은 시간 낭비이다.

만족할 만한 설명이란: 다루기 쉬울 정도로 적은 수의 상호 작용을 가지고 이루어져야 한다.

사물이 어떻게 작동하는 지에 대한 저자의 설명 방식= 단계적 환원 주의

요즘은 환원 주의를 나쁜 사조의 일종으로 취급하는 경향이 있다.

그러나 진정한 환원주의자는 없다.(모든 사람이 반대하지만 상상 속에만 있는)

이 존재하지 않는 환원주의자는

è  복잡한 물건을 ‘무턱대고 가장 작은’ 부분의 입장에서, 심지어 극단적으로는 그 작은 부분들의 ‘총합’으로 설명한다.

단계적 환원주의자 는

è  복잡한 전체를 설명할 때, 처음 단계에서 단지 한 단계 낮은 부품들의 입장에서 설명한다.

복잡한 물건이란?

è  그것이 너무나 ‘있을 법하지 않은’ 것이기 때문에 그 존재가 당연한 것으로 여겨지지 않는 물건. (이러한 것은 일회적인 우연으로는 생겨날 수 없다. 우리는 그것의 생성 과정을, 우연히 생겨날 정도로 충분히 단순한 최초의 물체가 점차적으로, 누적적으로 , 단계적으로 더 복잡한 물건으로 변해가는 과정으로 이해해야 한다.)

앳킨스-> 적절한 물리적인 조건만 갖추어지면 복잡한 것의 진화는 필연적으로 이루어진다고 가정함. 그러고 나서 매우 개으른 창조주가 해야 할 최소한의 설계 작업이 무엇인가에 대해 의문을 품는다. 이 물리화학자가 내린 결론은 창조주는 극히 게으를 수 있다는 것이다.

물리학자들의 과제= 궁극적인 기원과 궁극적인 자연법칙을 밝혀내는 것

생물학자들의 과제= 복잡함을 이해하는 것이다.

책의 마지막 부분에는 눈의 복잡함에 대해 이야기 하면서 이 1장을 마치고 있다.