생물학
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1. 개요
生物學 / Biology
생물(생명)을 연구 대상으로 하는 자연과학의 한 분야로, 생명 과학의 유일한 순수 학문이다. 생물학은 생명체의 기능과 구조를 파악하고 동물, 식물, 미생물 등으로 나누어 생리적인 역할을 규명하는 것이 주된 목적이었다.
생물학보다 좀 더 넓은 범주인 생명 과학은 물상 과학과 대치되는 분류로서, 생물학의 연구 대상을 통합하면서 이들에게서 공통적으로 나타나는 생명이라는 현상의 본질을 이해하고 그것을 인류를 위해 발전시키는 것이 구체적인 목적이다. 또한 농학, 의학, 생명공학 등 응용 분야까지 포함시킨 것으로 생물학보다 그 외연이 넓다. 즉, 생물학을 기초로 하는 관련 분야들을 모두 '생명 과학'으로 포괄되는 경향이라는 것. 보통 생명 과학이라고 할 때는 생물학 뿐만 아니라, 농학, 의학, 생명공학 등도 포함되는 넓은 의미로 쓰인다.[1]
2. 역사
2.1. 전통적인 의미로서의 생물학
생물학(biology)이라는 용어는 그리스어의 ‘생명’을 뜻하는 ‘bios’와 ‘연구’를 뜻하는 ‘-logia’에서 나왔고, 라틴어로 처음 등장한 것은 1736년 린네(Carl von Linné)가 『식물전집(Bibliotheca botanica)』에서 ‘biologi’를 사용했을 때로 알려져 있다.
생물학은 원래 박물학, 다시 말해서, 자연물의 분포와 성질 등의 정보를 취합하는 학문의 한 분과에 불과했으며, 현재의 생물학적 체계와는 다소 거리가 있었다. 물론 생물학적 구조(형태)를 연구하거나 생물학적 체계(분류)를 정리하는 연구는 고대부터 있었지만, 전통적인 과학분야가 다 그렇듯이 경험적인 지식의 취합과 정리수준에 머물고 근본적인 물음은 부족했다.
그리고 생물학과 깊은 관련이 있는 의학의 경우 애당초 기원부터 달랐다. 대부분의 자연과학은 철학의 한 갈래였으며, 의학은 (문화권에 따라서는 주술과 같은 기원을 갖고 있기도 한) 완전히 별개의 학문이었던 것. 그나마 중세와 근대를 거치면서 의학적 지식이 생물학에, 생물학적 지식이 의학에 쓰이기 시작하면서 비로소 두 학문의 관련이 깊어졌다.
2.2. 근대 생물학의 발달
생물학은 물리학과 화학과 달리 근대적 연구방법론은 17~18세기 들어서야 비로소 확립되기 시작하는데, 이때 결정적인 역할을 한 도구가 바로 현미경이다. 현미경을 통해 세포라는 구조를 실질적으로 이해할 수 있는 계기가 되었고, 세포가 생명체로서의 특징을 갖는 독립된 가장 작은 단위라는 것을 이해하는 시발점이 되었다. 현미경은 1650년 자카리아스 얀센·한스 얀센(Zaccharias Janssen·Hans Janssen) 부자(父子)에 의해 처음으로 개발되었고, 1665년에 로버트 훅(Robert Hooke)은 자신이 만든 현미경으로 코르크를 관찰하는 과정에서 세포(cell)를 발견하였다. 그리고 안톤 반 레벤후크(Anton van Leeuwenhoek)가 현미경을 극적으로 개량하면서부터 생물학은 다시 한 번 급격하게 발달하는 계기가 되었다. 이때부터 학자들은 다양한 미생물들을 발견하기 시작하였고 현미경의 발전은 생물학적 사고에도 중대한 영향을 끼쳤다.
그리고 다시 한 번 전환점을 가져다 준 개념은 진화론이다. 18세기에 카를 폰 린네(C. Linné)가 근대적으로 체계화한 분류 이론[2] 에, 뷔퐁(G.L. Buffon)이 공통조상이라는 개념을 적용함으로써 진화론의 선구적인 역할을 하게 되었다. 뷔퐁은 진화 사상의 발달 역사에서 중요한 위치를 차지한다. 그의 연구 결과는 드 라마르크(de Lamarck)와 다윈의 진화론에 커다란 영향을 주었다. 그는 최초로 통일된 진화론을 제시하였고 ‘진화’를 동물의 특성에 대한 환경적 스트레스의 결과라고 보았다. 즉 어떤 기관을 보다 자주 그리고 열심히 사용하면, 그 기관이 좀 더 복잡해지고 효율적으로 변하기 때문에 동물이 그 환경에 적응하게 된다는 것이다. 이른바 용불용설로 불리는 이론이다. 라마르크는 이처럼 획득한 형질이 자손에게 전달되어, 좀 더 발달하고 완벽하게 될 수 있다고 믿었다. 그러나 진화론을 확립한 사람은 영국의 박물학자인 다윈이었다.
이후 다윈(C. Darwin)이 《종의 기원》을 출간함으로써 진화론은 엄청난 논쟁과 떡밥을 던져 주었고[3] , 이 진화론은 현대 생물학의 사유 방식에 있어 근간을 차지하게 된다.
한편 멘델(G. Mendel)의 실험에 기원을 두고 있는 유전학은 유전자의 개념을 도입하는 데 결정적인 역할을 하였고, 진화론과 결합하여 생물학뿐만 아니라 사회적으로도 큰 영향을 끼치게 된다. 가령 우생학이라든가 인종차별이라든가... 물론 진화론과 우생학은 아무 상관없다. 사람들이 멋도 모르고 끌어다 쓴 거다.
이후 다윈(C. Darwin)이 《종의 기원》을 출간함으로써 진화론은 엄청난 논쟁과 떡밥을 던져 주었고[3] , 이 진화론은 현대 생물학의 사유 방식에 있어 근간을 차지하게 된다.
한편 멘델(G. Mendel)의 실험에 기원을 두고 있는 유전학은 유전자의 개념을 도입하는 데 결정적인 역할을 하였고, 진화론과 결합하여 생물학뿐만 아니라 사회적으로도 큰 영향을 끼치게 된다. 가령 우생학이라든가 인종차별이라든가... 물론 진화론과 우생학은 아무 상관없다. 사람들이 멋도 모르고 끌어다 쓴 거다.
2.3. 현대 생물학의 경향
20세기 들어서 유전학의 발전과 분자생물학의 등장으로 생물학의 패러다임이 또다시 바뀌게 된다.
- 유전학
- 분자생물학
한편 분자생물학을 통해서 DNA가 단백질로 변화하는 과정을 연구하여, 생물체가 형성되는 과정에 대해 알게 되었다. 이를 통해서 생물체의 기본적인 기능뿐만 아니라 유전의 본질과 진화 역시 유전정보가 발현되는 과정에서의 변화에 의해 일어나는 것이라는 극히 환원주의적인 입장이 대두되었다.
- 학제간 연구
3. 각종 오해와 통념들
- 진화론은 찰스 다윈이 비글 호를 타고 여행한 이후 처음으로 제안한 것이며, 그 이전까지의 "지구의 나이는 6천 년" 이라는 패러다임을 비로소 뒤엎었다.
- 진화론의 출현으로 인해서 인간도 동물의 한 종류라는 새로운 인식이 비로소 생겨났다.
- 고생물들은 모두 현대 생물들보다 덩치가 크다.
- 고생물들은 모두 현대 생물들의 조상이다.
- 예나 지금이나 생물의 가짓수는 다양하므로 서로 연관이 있는 생물도 있고 무관한 생물도 있다. 그렇기에 고생물 중에는 현존 후손이 없는 경우도 많다. 그리고 무엇보다 고생물 연구에서는 '이런 식으로 진화했을 것이다'라는걸 알아내지 절대로 'OO가 XX로 진화했다'라고 단정짓지는 못한다.
- 공룡의 단백질은 조류와 비슷하니 공룡 고기는 닭고기 맛이다.
- 현대 인류는 지구상에서 가장 진화한 동물이다.
- 인류를 포함하여 지구상의 모든 생명들이 다 같이 진화하고 있다. 이와 관련된 개념이 바로 붉은 여왕의 역설.
- 내향적인 성격을 담당하는 유전자, 사이코패스 유전자가 따로 있다.
- 유전자 하나당 하나의 특질이 대응되는 것이 절대로 아니다. 유전자는 이루 말할 수 없는 복잡한 수준의 상호작용을 통해서 특질을 만들어내게 되며, 그나마 그것도 후천적으로 환경의 영향을 강하게 받는다.
사실 이것은 일부 신문 기사들의 잘못된 보도 행태 때문에 발생한 오해이기도 하다. 당장 아무 신문이나 과학면을 뒤져보면 알 수 있다. "작은 키 담당하는 유전자 찾아냈다" 이따위 헤드라인이 얼마나 많은가...
- 유전자 하나당 하나의 특질이 대응되는 것이 절대로 아니다. 유전자는 이루 말할 수 없는 복잡한 수준의 상호작용을 통해서 특질을 만들어내게 되며, 그나마 그것도 후천적으로 환경의 영향을 강하게 받는다.
- 돌연변이는 후천적인 원인에 의해 발생한다.
- 이 역시 해당 문서 참고.
- 복제인간은 영혼까지 똑같은 "또 다른 나" 이다.
- 도플갱어 설화와 혼동해서 생긴 고정관념. 그냥 일란성 쌍둥이 하나가 새로 생기는 것이다. 물론 일란성 쌍둥이들은 신체의 자세제어에서 의사결정 및 판단에 이르기까지 놀랄 만큼 서로를 빼닮긴 한다. 그러나 이는 단순히 두 사람의 유전자 정보가 일치하는데다 같은 가정에서 같은 날 태어나 같은 환경에서 성장할 가능성이 대단히 높기 때문에 벌어지는 일이다. 일반 대중이 생각하는 그런 극단적인 경우는 분명 아니며, 영혼 운운은 두말할 것도 없을 정도다.
한 인간을 다른 인간과 '똑같이' 만들려면 유전자 정보 외에도 그 인간이 수정란이었던 순간부터 현재까지 겪은 모든 경험과 그로 인해 느낀 모든 감정과 기억이 완전히 동일해야 한다. 소위 클론이라 불리우는 복제인간이 오리지널과 동일한 점은 오로지 유전자 정보뿐이며, 그 외에는 태생부터 성장까지 전부 다르므로 영혼 운운하지 않더라도 또다른 나의 출현은 불가능하다.
- 도플갱어 설화와 혼동해서 생긴 고정관념. 그냥 일란성 쌍둥이 하나가 새로 생기는 것이다. 물론 일란성 쌍둥이들은 신체의 자세제어에서 의사결정 및 판단에 이르기까지 놀랄 만큼 서로를 빼닮긴 한다. 그러나 이는 단순히 두 사람의 유전자 정보가 일치하는데다 같은 가정에서 같은 날 태어나 같은 환경에서 성장할 가능성이 대단히 높기 때문에 벌어지는 일이다. 일반 대중이 생각하는 그런 극단적인 경우는 분명 아니며, 영혼 운운은 두말할 것도 없을 정도다.
4. 생물학의 연구 분야
4.1. 생체 고분자
생명 현상이 일어나는 가장 작은 단위인 고분자를 연구하는 분야다.
- 생화학 : 탄수화물, 핵산, 단백질, 지질 등 생체 고분자들의 조성과 기능을 연구한다.
- 분자세포생물학
- 분자생물학 : 유전 분자(DNA)가 어떻게 생체고분자(단백질)로 변하는지 연구한다. 다시 말해 DNA가 재생산이 되고(복제), DNA가 RNA를 거쳐(전사) 단백질이 되는(번역) 과정을 핵심적으로 연구한다. 그리고 과장을 약간 섞어서 말하면 현대 생물학은 기본적으로 분자생물학을 배경으로 하고 있다. 비록 직접 연구하는 게 아니더라도 거의 모든 생물학 분야에서는 분자생물학 특유의 기반으로 다양한 접근방법이 시도되고 있다.
- 세포생물학 : 생물체로서의 성질을 갖고 있는 최소단위인 세포를 연구한다. 보통 '세포생물학 연구실'이라고 하면 진핵생물을 연구하는 경우가 많고, 원핵생물은 '미생물학 연구실'에서 주로 연구한다.
- 유전학 : 유전 정보의 계승 및 전달, 유전자의 다양성 유지를 연구한다. 1950년대 분자생물학과 결합한 유전학은 생물학 연구의 패러다임을 바꾸는 계기를 제공한다.
- 구조생물학 : 생체고분자의 3차원적 구조를 관측한다.
- 생물물리학: 단백질의 기계적 접힘, 생체분자들의 상 변화, 전자기적 상호작용 등 역학적 변화를 연구한다.
- 시스템 생물학: 생체 전반의 동역학을 연구한다. 매우 복잡한 접근방법이기 때문에 거의 반드시 생물정보학과 연계된다.
4.2. 생체조직과 기관
- 생리학 : 생명체 구조의 기능적 특징을 연구하는 학문이다. 크게 식물생리학, 동물생리학으로 나눈다. 의학은 동물생리학 중에서도 인체생리학에 관심이 있다.
- 발생학(=발달생물학): 수정체의 형성 이후 하나의 개체에 이르기까지 일어나는 발생과 생장 과정을 연구한다.
- 면역학: 외부 물질에 대한 생명체의 방어적 작용을 연구하는 학문이다. 인체 면역학(임상 면역학)은 의학과 밀접한 관계에 있다.
- 약리학: 약물과 인체의 상호작용을 연구한다.
- 실험생물학 / 임상생물학: 실제 생물에게 약품을 투입하거나 전자기적 자극을 가하는 접근방법이다. 살아있는 동물이나 (사망했든 살아있든 상관없이) 사람을 대상으로 할 경우 수의사, 의사, 약사 자격을 요구하기 때문에 일반적인 생물학과에선 미생물이나 작은 세포를 대상으로만 연구한다.
4.3. 다루는 생물종
4.4. 생물과 환경
- 진화생물학 : 생물의 진화를 연구하는 학문이다. 현대에는 단순히 화석 등을 이용하는 연구뿐만 아니라 생화학적, 분자생물학적 방법을 통한 체계적인 연구가 이루어지고 있다.
- 계통분류학
- 식물분류학
- 동물분류학
- 미생물분류학
- 생태학 : 생물학 중 가장 거시적인 시야를 갖고 있으며, 생물과 환경 간의 상호관계를 연구한다.
- 동물행동학 : 행동학이라고도 하는데, 넓게 보면 생태학의 한 분야다. 동물의 행동에 대해서 연구한다. 동물의 행동 중에서도 사회행동을 연구하는 분야를 사회생물학이라고 한다. 통섭이라는 말을 만든 에드워드 윌슨 교수가 사회생물학의 창시자다. 사회생물학에서는 벌, 개미 등 사회성을 가진 곤충이 인기있는 연구 대상이다. 이기적 유전자의 저자인 리처드 도킨스 역시 동물행동학자다. 1973년도 노벨 생리학·의학상은 이 분야에서 나왔는데, 꿀벌의 춤을 연구한 카를 폰 프리슈, 오리의 각인을 연구한 콘라트 로렌츠, 리차드 도킨스의 스승인 니콜라스 틴베르헌, 이상 3명의 동물행동학자가 공동수상했다. 국내 대표적 학자로는 개미의 생태를 연구하는 최재천 교수(전 국립생태원장)가 있다.
- 행동생태학: 동물의 행동의 원리를 생태적 조건에서의 적응이라는 측면 및 진화의 관점에서 연구한다. 동물행동학과 사회생물학의 중간이라고 볼 수 있다. 즉, 동물의 행동을 연구하는 학문에서는 정점에, 동물 행동을 통해 동물의 사회구조와 인지구조를 탐구하려는 학문에서는 시작점에 놓여있다. 동물의 적응성을 정량화하고, 경제학적 손비 분석을 통해 검증하는 매우 실증적인 학문이다.
- 환경생물학 : 생물과 환경 간의 상호 작용을 연구하는 분야로써, 상당히 복합적인 성격을 띤다.
5. 생물학의 주요 개념
6. 주요 인물
현대 생물학의 틀이 물리학과 화학의 방법론을 수용하면서 발전하기도 했고, 생물체에서 일어나는 현상 자체가 근본적으로 물리적이고 화학적인 현상이기 때문에 물리학/화학을 하던 사람들이 생물학 분야로 많이 넘어오기도 했다. 심지어 생물학적으로 위대한 발견을 하였음에도 자기는 생물학자가 아니라고 말하는 사람도 있다;; 노벨화학상을 탄 사람들의 수상 근거를 보면 1950년대 이후에는 절반이 생합성이나 생물학적 메커니즘과 관련된 경우가 많다. 이하에는 나무위키에 등재된 사람들 위주로 몇몇 인물들이 거론되어 있으나, 이외에도 수 많은 유명 학자들이 많다. 노벨생리학·의학상/수상자도 참조.
- 찰스 다윈 : 진화론의 창시자.
- 앨프리드 러셀 월리스 : 진화론의 공동 창시자. 위의 다윈과는 우연히 똑같은 결론에 도달한 것을 계기로 두 사람이 공동으로 연구 성과를 확립했다. 그리고 말년에는 화성에 운하건 뭐건 길이가 긴 수로 따위는 있을 수 없다는 것을 계산을 통해 입증하기도 했다. 다윈과는 다른 의미로 안습
- 칼 폰 린네: 현재까지도 이어져오는 학명의 이명법을 최초로 성립한 학자. 생물 분류학의 아버지.
- 루이 파스퇴르: 생물 속생설의 확립자이자 백신의 개발자. 생화학의 기초를 쌓고 생물학적 반응들이 화학적으로 연구 가능하다는걸 발견했다.[4]
- 그레고어 멘델 : 유전학의 창시자, 멘델의 법칙의 창시자
- 토머스 헌트 모건 : 현대 유전학의 이론적/방법론적 기초를 다진 사람. 현대 유전학의 1장을 멘델이 차지하고 있다면, 2장의 주인공을 맡고 있는 건 모건이다. '초파리 돌연변이'실험으로 유명하며, 물리학의 '헤르츠'처럼 본인의 이름을 딴 '모건'이라는 단위가 있다.[5]
- 제임스 왓슨/프랜시스 크릭: DNA 이중나선 구조 발견, 크릭은 원래 물리학자이다.
- 알렉산더 플레밍: 페니실린 개발
- 프레더릭 생어: 인슐린 구조 발견, DNA 염기서열 확인법 개발, 생화학 공부하다 보면 꼭 나오는 '생어법'을 개발했다. 노벨상을 두 번 탄 먼치킨이다.[6]
- 다나카 고이치: 단백질의 질량을 측정하는 기법인 MALDI를 개발해 노벨상을 받았다. 놀랍게도 최종 학위가 학사고, 평범한 회사의 평범한 연구원이었다. 수상 소식을 들었을 때 '스웨덴에 노벨상하고 이름이 비슷한 상이 또 있나'하는 생각을 했다고...;; '평범한 회사원의 인생 역전!'이라는 식으로 당시 세계적으로 엄청난 화제가 됐었다. 자세한 내용은 문서 참조.
- 우장춘: 국내에서는 씨없는 수박을 최초로 했다는 말이 돌고 있으나, 이보다 더 중대한 업적이 있다. 유채 참조
- 에르빈 슈뢰딩거: 생명 현상에 대한 물리학적 고찰로 생물학계에 커다란 업적을 세웠다. 슈뢰딩거의 고양이 비유를 만든 양자역학의 그 슈뢰딩거 맞다.
- 장 앙리 파브르: 곤충기의 저자이다. 곤충학계의 영원한 넘버원.
- 샐버도어 루리아: 바이러스의 증식 메커니즘 발견
- 아서 콘버그/로저 콘버그 : 아서가 아버지, 로저가 아들이다. 아서는 DNA중합효소 발견, 로저는 DNA 전사 메커니즘 발견의 공로로 둘 다 노벨상을 수상하였다.
- 에른스트 마이어(Ernst Mayr): 20세기를 대표했던 진화생물학자 중 1인. 현대에 일반적으로 통용되는 생물학적 종 개념 - '생식가능한 2세를 생산하면 같은 종'을 도입.
- 스티븐 제이 굴드
- 리처드 도킨스: 유전자에 대한 엄청난 패러다임을 제시한 인물. '이기적 유전자'의 저자로 유명하다.
- 레이철 카슨: 《침묵의 봄》의 저자
- 바버라 매클린톡: 이동성 유전인자(transposon) 발견. 페미니즘에도 발을 걸친 여성 생물학자다.
- 에드워드 윌슨: 사회생물학의 창시자로 알려져 있다....만 사실 사회생물학은 진화학의 발전과 함게 자연스럽게 생겨난 분야고, 윌슨은 그것을 집대성했다고 볼 수 있다. 우리나라에도 많은 저서들이 번역되어 있다.
- 조진원
- 테오도시우스 도브잔스키
- 칼 워즈 (Carl Woose) : 16S rRNA 유전자의 계통분류를 통해서 고균을 정의하였다. 이로 인해 종래의 2역(원핵생물-진핵생물) 분류체계를 대신해 원핵생물-고균-진핵생물의 3역 체계를 제안했다.
7. 시험과목 중의 생물학
- 변리사: 1차 '자연과학개론' 과목.
- 공무원 시험: 7급 축산직, 8급 간호직 등에 '생물학개론' 과목이 출제되며, 9급 시험의 '과학' 과목에서도 생물학 문제가 5개 출제된다.
- 의학전문대학원, 약학대학입문자격시험: MEET에서는 자연과학I이라는 과목으로, PEET에서는 생물추론이라는 과목으로 시험 출제됨.
- 수능: 생명 과학Ⅰ, 생명 과학Ⅱ
- 기사: 생물분류기사(식물), 생물분류기사(동물) 시험에서 생태학, 형태학, 분류학 등이 출제됨. 생물공학기사 시험에서 생물학 관련 과목도 출제되는데 이쪽은 생명공학 항목 참조.
- 편입: 생물학이 출제되는 대학들이 있다. 연세대학교 등.
[1] 이는 1950-60년대 들어 생명유지장치가 공통적인 점에 기반을 둔다는 과학적 성과를 기반으로 성장하기 시작한 것을 배경으로, 분자생물학의 개념과 방법론이 고도로 발전하면서 꽃을 피게 되었는데 현재 분자생물학의 개념과 방법론은 생물을 연구 대상으로 하는 모든 학문 분야에서 사용되다보니 생명 과학이라는 명칭이 기존의 생물학보다 더 넓은 영역을 지칭하게 되었다.[2] 생물들을 어떤 질서에 따라 정리하고 싶은 것은 생물을 연구하는, 아니 자연 속에서 다른 생물들과 함께 살아가는 인간으로선 자연스런 욕구였다. 처음으로 그러한 시도를 한 사람은 안드레아 체살피노(Andrea Cesalpino)였다. 그는 1583년에 『식물론 제16권』라는 책에서 식물을 꽃이나 씨앗, 그리고 열매의 특징에 따라 약 1500종류로 분류하였다. 이후 스위스의 가스파르 보앵(Gaspard Bauhin)은 체살피노가 개발한 식물의 계통분류법을 발전시켰다. 이후 영국의 박물학자 존 레이(John Ray)는 모든 동식물을 분류하고자 새(1676), 식물(1682년부터), 어류(1686), 육상동물(1693), 그리고 곤충(1705)의 분류를 집필하였고, 분류학(taxonomy)의 아버지가 된 린네는 식물을 관찰하고, 분류학상의 문제에 대해 연구하면서 많은 책을 서술하였다. 린네의 이론을 기초로 한 생물분류학(biosystematics)이 성립되면서 린네 당시에 약 2만여 종이 기록되었고, 현재까지 약 140만 종이 학명을 갖고 기재되어있다.[3] 다윈은 폰 훔볼트(Alexander von Humboldt)의 생물지리학적 접근법과 찰스 라이엘(Charles Lyell)의 지질학적 원리인 동일과정설(同一過程說), 그리고 맬서스(T.R. Malthus)의 인구의 성장에 관한 연구결과를 종합하였다. 그리고 자신의 광범위한 연구 성과와 자연 관찰의 경험들을 보태서 ‘자연선택’에 의한 진화 이론을 확립하였다. 비슷한 사유 과정과 경험을 통해서 월리스(A. R. Wallace)도 독립적으로 똑같은 결론에 도달하였다. 이후, 다윈의 진화론은 과학계에 빠르게 퍼져서, 빠르게 성장하는 생물 과학의 중심적 원리가 되었다.[4] 최초는 에드워드 제너이다.[5] 유전자 지도 위에서 연속된 두 개의 유전자 사이의 상대적인 거리를 나타내는 단위.[6] 근데 노벨생리의학상이 아니라 노벨 화학상을 2번 수상했다.