개미의 수학 (이동 경로에서 페로몬 그리고 사회구조까지)

최지범

1990년서울에서태어났다.고등학교시절과학분야에서빼어난성취로‘대한민국인재상’을수상했다.서울대학교자유전공학부에서수리과학,생명과학,철학을공부했다.과학뿐만아니라문학에도관심이많아시,소설,평론등을썼으며‘서울대대학문학상’시,소설,영화평론부문에서수상하기도했다.현재는서울대학교생명과학부석박사통합과정을밟고있으며SCI급저널인《사이언티픽리포츠(ScientificReports)》에주저자로논문을게재하는등활발한연구활동을하고있다.수학을생물학에접목하여개미경로형성,양육이론,진화유전학등을연구하고있다.지은책으로는『문학적으로생각하고과학적으로상상하라』『판타스틱과학클럽』등이있다.

머리말4

1개미와빛의공통점11
2렌즈를지나는개미와빛29
3개미만보이게해주세요,제발47
4영국해안선과개미경로의길이63
5개미의내비게이션,꿀벌의내비게이션81
6페로몬으로소통하기105
7친족관계를숫자로나타내봅시다123
8네자매를도우라!그것이너를돕는길이다139
9복잡한문제는컴퓨터한테시킵시다151
10불확실함속에서확실함을찾아봅시다169
11같다고했을때문제가생기면다른겁니다181

맺음말193
부록195
참고문헌197

■개미의이동경로에관한2년여에걸친실험,그생동감넘치고흥미진진한이야기.
■수학은생물의세계를보는새로운눈을선사한다!
■“재미있다,신선하다,명랑하다,새롭다.”과학자들의압도적호평!군더더기없는간결함과흥미진진한스토리텔링,우아하고아름다운수학의논리

◈빛의이동경로에적용되는페르마의규칙은개미에게도적용될까?
◈개미는자신의위치와이동경로를어떻게파악할까?
◈개미는어떤전략과방법으로길을찾을까?
◈복잡해보이는개미의움직임에는어떤논리가있을까?
◈장애물이있을때개미는어떻게움직이고이동할까?
◈먹이를찾으러갈때와먹이를찾고집으로돌아갈때움직임은어떤차이가있을까?
◈개미의진사회성은어떻게진화한것일까?

“이토록멋진책을쓴젊은과학자의등장은우리모두에게축복이다.”─김범준(성균관대물리학과교수)

‘빛은이동시간을최소화하는경로로움직인다.’자연세계에보편적으로적용되는이페르마의법칙은개미에게도적용될까?열정넘치는젊은연구자인지은이는이런사실을확인하기위해직접실험판을설계하고제작해개미가어떻게움직이는지를실험한다.개미굴을찾아서그앞에먹이를놓은실험판을설치하고개미의이동경로를카메라에담은다음이영상을분석해이동경로를추적한것이다.책에는개미가페르마의법칙을따라‘이동시간을최소화하려는경로로움직인다’는실험뿐만아니라다양한장애물이있을때개미의이동경로가흔히말하는‘렌즈제작자공식’을따른다는실험등지은이가직접2년여에걸쳐진행한수십번의실험내용과결과가담겨있다.개미의행동과생태를연구하는데수학적사고를적극적으로적용하고있는이책은개미의이동경로를수학적지식으로분석하고,개미의사회구조의특징을수학으로풀어낸다.기발한실험아이디어와깔끔한실험설계,흥미로운실험결과그리고마치실험실연구자의좌충우돌을옆에서보는것같은생생한이야기가우리의눈길을사로잡는다.

수학은복잡한자연현상의장막을꿰뚫어보는강력한도구.
이토록아름다운수학이라니!
수학,빅데이터,코딩,컴퓨터시뮬레이션,통계기법으로복잡한개미의행동에서찾아낸질서와규칙

“생물의세계를경험하는새로운길을제시하는책이다.”─이정모(국립과천과학관장)

책은마치사람들의복잡한활동과사회를여러도구를통해분석하듯개미의복잡해보이는움직임과사회구조를다양한도구를통해분석한다.여기서수학은복잡한자연현상의이면을꿰뚫어보는강력한도구가된다.스넬의법칙이나곡률에관한수학지식은복잡다단한개미의움직임을논리적으로해부하는현미경이된다.개미들이움직이는영상을촬영해얻은개미들의발자취데이터는개미의이동경로를한눈에볼수있는히스토그램으로변모한다.또한개미들의친사회성은해밀턴규칙의수학적증명으로그진화적기원이밝혀진다.수학과시뮬레이션으로도개미가먹이를찾으러갈때와먹이를찾고집으로돌아갈때의움직임이어떻게다른지,개미들이뿌리는페로몬이경로형성에어떤영향을미치는지,나이든개미들이왜개미굴바깥에서상대적으로위험한일을하는지가명확해진다.개미들의이동경로는복잡함과혼란함이라는외투를벗고규칙과질서를보여주는히스토그램이되어나타나고,먹이를찾고집으로돌아오는길을찾는개미의행동은나름의논리와규칙아래있음이드러난다.
책에나오는수학지식이어렵게느껴진다고해서걱정할것은없다.수학이나빅데이터,코딩,시뮬레이션같은도구들이어떻게개미의생태나행동분석에사용되는지그아이디어의흐름을따라가는것만으로도충분히실험의의도와성과를알수있기때문이다.개미굴을나와먹이를찾으러탐색하는개미,그루밍하는개미,굼뜨게움직이는개미,빠르게이동하는개미등실험지역을지나는수많은개미들을수학적분석의영역으로끌고들어오는지은이의이야기는그자체로새롭고또흥미롭다.

기발한생각,흥미로운실험.
우아하고아름다운수학적사고.
치밀한논리와간결한글쓰기.
과학적탐구란이런것이다!

“과학자가되려는사람,과학자가정확히무슨일을하는지알고싶은사람은꼭보시라.”─김상욱(경희대물리학과교수)

책은가설을세우고,가설이수학적으로타당한지를점검하며,실험을진행하고,실험에서얻은데이터를해석하며,이를통해가설을검정하는것까지과학적탐구의기본적얼개가고스란히담겨있다.또한,실험하면서겪었던일화나어려움,개미의이동경로를분석하는수학적도구,개미의이동과관련한다양한연구자들의연구결과등이일목요연하게그려진다.논리의우아함과아름다움을볼수있는수학적분석,치밀한가설검정과정,흥미로운실험을따라가다보면과연과학자가어떤일을하는지를엿볼수있을것이다.