생명과학의 특성
본문고양이는 분명 살아 있고 돌멩이는 그렇지 않다. 그런데 바이러스는 어떨까? 숙주 세포 안에서는 수가 불어나고 변이도 일으키지만, 세포 밖에서는 결정처럼 굳어 아무 일도 하지 않는다. 살아 있다는 것을 무엇으로 판단할 수 있을까? 그리고 생명 현상에 대한 생각이 맞는지는 어떻게 확인할까?
1.1.1생물의 특성
생물은 몇 가지 공통된 특성을 가진다. 모든 생물은 세포로 되어 있고, 물질대사로 에너지를 얻으며, 자극에 반응하고, 몸 안의 상태를 일정하게 유지한다. 또 발생과 생장을 거쳐 자라고, 생식으로 자손을 남기며, 유전 물질을 물려주고, 오랜 시간 환경에 적응하며 진화한다.
세포로 구성, 물질대사, 자극에 대한 반응과 항상성, 발생과 생장, 생식과 유전, 적응과 진화.
바이러스는 유전 물질과 단백질 껍질을 가지고 숙주 세포 안에서 증식하며 변이를 통해 진화한다. 그러나 세포로 되어 있지 않고 스스로 물질대사를 하지 못한다. 그래서 바이러스는 생물과 무생물의 특성을 함께 가진 경계의 존재로 본다. 생명의 정의가 하나의 선으로 딱 갈리지 않는다는 것도 생명과학이 다루는 문제이다.1
1.1.2생명과학의 탐구 방법
생명과학은 관찰한 현상에서 질문을 세우고, 그 답이 될 만한 가설을 세운 뒤, 실험으로 가설을 검증한다. 이때 가설이 맞는지 가리려면 비교할 기준이 있어야 한다. 그래서 확인하려는 조건만 다르고 나머지 조건은 모두 같게 한 두 집단을 만든다.
실험군은 조작한 조건(독립 변인)을 가한 집단이고, 대조군은 그 조건만 가하지 않은 집단이다. 두 집단의 결과(종속 변인)를 비교하여 조작한 조건의 효과를 판단한다. 나머지 조건은 통제 변인으로 같게 유지한다.
생물은 같은 종이라도 개체마다 차이가 크다. 그림 1에서 식물 수를 3그루로 줄이면 평균 차이가 실제 효과보다 훨씬 크거나 작게 나오기도 한다. 식물 수를 늘리면 개체 차이가 평균 속에서 상쇄되어, 차이가 2 cm 근처로 모인다. 그래서 생명과학 실험은 여러 개체로 되풀이하는 것이 중요하다.
1.1.3예제 풀이
'효모는 포도당이 있어야 이산화 탄소를 많이 낸다'는 가설을 검증하려 한다. 대조 실험을 설계하고, 독립 변인, 종속 변인, 통제 변인을 각각 말하여라.
같은 양의 효모액을 두 발효관에 넣고, 한쪽에는 포도당 용액을, 다른 쪽에는 같은 양의 증류수를 넣는다. 포도당을 넣은 쪽이 실험군, 증류수를 넣은 쪽이 대조군이다. 독립 변인은 포도당의 유무, 종속 변인은 일정 시간 뒤 모인 기체의 부피이다.
효모의 양, 용액의 부피, 온도, 시간은 두 관에서 같게 해야 하는 통제 변인이다. 한쪽만 따뜻한 곳에 두면 기체가 더 생겨도 포도당 때문인지 온도 때문인지 알 수 없다. 같은 실험을 발효관 여러 쌍으로 되풀이하여 결과가 우연이 아님을 확인한다.
생명과학은 이렇게 얻은 지식으로 질병을 치료하고 식량을 늘리지만, 유전자 편집처럼 해도 되는 일인지 함께 따져야 하는 문제도 낳는다. 아래 탐구 카드에서 바이러스의 생물 여부, 가설 검증, 생명 윤리를 직접 생각해 보자.
- 스스로 자손을 만드는 능력을 생명의 기준으로 보면 바이러스를 생물에 가깝게, 스스로 물질대사를 하는 능력을 중시하면 무생물에 가깝게 보게 된다. 판단 기준에 따라 답이 달라지는 대표적인 예이다.
생물은 세포 구성, 물질대사, 항상성, 생장, 생식과 유전, 진화 같은 특성을 가지며, 바이러스는 그 일부만 가진 경계의 존재이다. 생명 현상은 실험군과 대조군을 비교하는 대조 실험을 여러 개체로 되풀이하여 검증한다. 그래서 처음 질문의 '살아 있다'는 판단은 생물의 특성에 비추어 내리고, 그에 대한 생각은 대조 실험으로 확인한다.