살아있는 것들의 물리학 : 생명에서 물리법칙을 찾는 생명물리학자의 생각

살아있는 것들의 물리학 : 생명에서 물리법칙을 찾는 생명물리학자의 생각

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Description
생물물리학이란 생명현상에서 물리법칙을 찾는, 생물학과 물리학이 융합된 학문이다. 한국 물리학계에서 생물물리학이 분과로 인정받은 지 겨우 5년밖에 되지 않았으니 대부분의 사람들이 잘 알지 못하는 학문인 것은 당연한지도 모르겠다.
생물학과 물리학은 언뜻 어울리지 않아 보인다. 하지만 생명 역시 지구에 존재하는 물질로 만들어져 있고 우주의 물리법칙에 지배받는다. 생명을 이루는 물질은 수도 없이 많고, 그곳에서 일어나는 현상은 셀 수도 없이 많겠지만, 관찰할 수 있다면 측정할 수 있고, 그렇다면 그 사이에서 물리적 법칙을 발견할 수 있을 것이다. 그리고 그 법칙은 생명의 신비를 알아내는 데 어떤 열쇠가 되어줄 수 있을 것이라는 것이 생물물리학자의 생각이다. 그래서 생물물리학자들은 생명을 연구하기 위해 측정 장비를 개발하고 생명현상에서 물리법칙을 찾는다.
그런데 왜 생물물리학자들은 생명에서 물리법칙을 찾으려 할까? 생명체의 구조와 기능을 지금보다 더 잘 이해하기 위해서다. 예를 들어 DNA 이중나선의 꼬여 있는 정도가 어느 기준보다 낮은 경우에는(‘음성 초나선 꼬임’이라고 한다) 적은 힘이 가해져도 잘 풀리므로 DNA 복제 과정이 비교적 수월하다. 실제로 진핵세포 생명체의 대부분은 음성 초나선 DNA 구조라서 적은 힘으로도 이중나선 가닥이 쉽게 풀린다. 생물물리학자는 여러 생명체의 DNA 이중나선의 탄성이나 이중나선이 풀리기 위한 기준 힘 등을 다각도로 연구해 생명의 법칙을 찾으려 한다.
이렇게 생명 현상을 이해하여 인류를 위한 지식을 축적하는 것도 중요하지만, 여기서 더 나아가 질병의 메커니즘을 알아내면 질병의 진단과 치료에 획기적인 방법을 찾아낼 수 있다.
《살아있는 것들의 물리학》은 생물학과 물리학이 융합된 생물물리학이 어떻게 생명현상을 관찰하고 이해하는지, 또 그것이 인간의 삶을 어떻게 더 낫게 만드는지 잘 보여주는 책이다.

저자

박상준

저자:박상준
가톨릭대학교의과대학에서연구계약교수로재직중이며,생물물리학과광학의융합분야에서연구하고있다.서울대학교물리천문학부에서생물물리학연구로박사학위를받았다.한국에서과학,특히물리학을연구한다는지역성을고민하면서,과학사,과학철학,과학기술학에도관심을두고있다.여러해동안출판사에서과학책편집과기획을담당했다.
번역한책으로《법정에선과학》과《누가자연을설계하는가》(공동번역)등이있다.
생물물리학은물리학의원리와방법론을생명현상에적용한융합학문이다.생명체는여전히많은신비를간직하고있지만,근본적으로물리법칙을따른다.따라서물리적접근을통해생명현상을이해할수있다는것이생물물리학의핵심아이디어다.
물리학은소수의기본법칙으로복잡한현상을설명하는것을목표로한다.반면19세기까지의생물학은다양한현상들을개별적으로기술하는데그쳤다.그러다가20세기에들어서면서물리학적도구와방법론이생물학연구에도입되면서큰변화가일어났다.특히DNA이중나선구조발견은분자수준에서생명을연구하는분자생물학의탄생으로이어졌다.이는물리학자들도생물학연구에적극적으로참여하게되는계기가되었다.이책은물리학과생물학의융합학문인생물물리학에서이루어진중요한발견들을소개한다.그리고물리법칙을적용해알아낸생명현상의의미를통찰한다.

목차


프롤로그생명에서찾은물리법칙
용어설명

1장얼마나작은것까지볼수있을까?
1최신현미경으로알아낸것
2현미경의간략한역사
3빛의기본속성
4현미경으로본것을기록하는카메라
5생명체를색칠하는도구,형광단백질과형광염료
6나노미터크기도구별하는초고해상도현미경

2장분자한개를잡을수있다고?
1분자하나로알수있는것
2광족집게의원리와이를통해알아낸것
3두분자가수나노미터거리에있을때,단분자형광공명에너지전달
4단분자형광공명에너지전달로알아낸것

3장DNA물리학
1DNA이중나선구조의물리학
2DNA가닥의꼬인힘을측정하는법
3자기집게로알아낸DNA의탄성
4광족집게로알아낸DNA의물성
5염색질의동역학

4장DNA복구과정과유전자편집기술
1DNA가복구되는과정
2초기의유전자편집기술
3최신유전자편집기술
4DNA염기서열분석

5장RNA물리학
1RNA세계가설
2생명정보가DNA에서RNA로전사되는과정
3생명정보를침묵시키는RNA간섭
4단백질로번역되지않지만중요한miRNA
5세포한개에서얻는RNA정보
6miRNA개수세기

6장단백질물리학
1단백질물리학으로알수있는것
2단백질구조가중요한이유
3머신러닝을이용한단백질구조예측
4생명현상을실시간으로관찰하는도구,형광단백질
5정신작용의물리적근거인시냅스를보다

7장세포물리학
1세포를관찰하면알수있는것
2뇌에서공간을인지하는법
3내몸안에있는생체시계,일주기리듬
4빛으로세포를켜고끄는광유전학
5생체조직을투명하게만드는기술
6더깊이,더또렷하게관찰하기위한적응광학

에필로그생물물리학의미래
감사의글

출판사 서평

생물물리학이밝혀낸생명현상

《살아있는것들의물리학》에서는생물물리학자가생명에서물리법칙을찾기위해개발한여러도구들과이를활용해새롭게밝힌과학을소개한다.우리는DNA,RNA를거쳐단백질의구조를분석하는인공지능에이르기까지새로개발한도구와과학적발견덕분에인간의모든유전자를분석할수있게되었다.이모든성과를이뤄낸생물물리학자의연구를7장으로구성했다.

<1장얼마나작은것까지볼수있을까?>에서는현미경에대해알아본다.현미경은생물학에서가장중요하고오랜도구이다.1장에서는현미경이어디까지발전했는지,최신현미경으로알아낸것은무엇인지,초고해상도현미경을통해식별해낸생명체의미세구조는어떠한지살펴보고,그것을어디에활용할수있는지설명한다.

<2장분자한개를잡을수있다고?>에서는생명체의분자단위에서알아낼수있는것은무엇인지,분자를분리해내는광족집게의원리와이를활용해알아낸것은무엇인지,단분자형광공명에너지전달이무엇이고이를통해무엇을알아냈는지설명한다.

<3장DNA물리학>에서는유전정보를담고있는DNA의이중나선구조를알아낸이래,자기집게와광족집게로DNA의탄성과물성을연구하고염색질의동역학을측정하기까지DNA의구조와성질을밝혀낸생물물리학적연구를살펴본다.

<4장DNA복구과정과유전자편집기술>에서는유전자편집기술을통해우리가어떻게질병을고칠수있게되는지살펴본다.또한DNA염기서열을분석함으로써인간유전자의전체구조를어떻게밝혀냈고,유전과관련한생명의물리법칙을어떻게알아냈는지설명한다.

<5장RNA물리학>에서는DNA보다앞서발현되었을거라는‘RNA세계’가설에대해이야기하고,DNA의유전정보를전달하는RNA가어떻게작동하는지,RNA의특성과전사에대해밝혀낸연구과정을설명한다.

<6장단백질물리학>에서는생명의기본이되는단백질의구조가왜중요한지알아보고,단백질의물리적특성으로무엇을알수있는지살펴본다.또한생물학의중요한관찰도구인형광단백질이어떻게생명현상을보여주는지설명한다.또한인공지능을이용해단백질구조를예측하는최근의연구도살펴본다.

<7장세포물리학>에서는세포를관찰해서알아낼수있는것을알아본다.뇌가어떻게공간을인지하는지,생체시계가생명체에어떤역할을하는지설명하고,생체조직을투명하게만드는기술과더깊은곳까지또렷하게보여주는적응광학이무엇인지도살펴본다.

물리학의특성과생물학의주제가하나로

생로병사의비밀을밝히고노화와질병을막으려는인간의노력은과학을더욱발전시켰다.DNA의구조가밝혀지면서시작된분자생물학등현대적생물학과물리학이융합된생물물리학은컴퓨터와현미경등첨단도구가개발되면서더욱발전하고있다.생물물리학자는더나아간과학적주제와도구를활용하여생명현상을이해하려고한다.질병을연구하고신약을개발하는과정에서생물물리학은더발전된모델과도구를활용하여눈부신성과를거두고있다.요즘더욱화제가되고생활전반에침투하고있는인공지능은생물물리학의중요한연구방법이될것이다.
《살아있는것들의물리학》은생물물리학이밝히려고하는생명현상의비밀은물론,발전하고있는과학적주제와도구들이어디로나아가려고하는지그일면을파악하는데도큰도움이될것이다.