교육 칼럼

        Biological and Life Sciences

          (생물학 과 생명과학)





1953년 4월 2일, 생물학계에 지각 변동이 일어났다. 이날 영국 케임브리지에 있는 캐번디쉬 연구소 (Cavendish Laboratory)에서 연구 활동을 하고 있던 제임스 디 왓슨 (James D. Watson)과 프랜시스 에치 씨 크릭(Francis H. C. Crick)은 영국의 “네이쳐(Nature)” 학술지에 한페이지 분량의 간단한 원고를 기고하였다: “우리는 소금의 디옥시리보핵산(DNA) 의 구조체계를 발표하고자 합니다. 이 구조는 생물학계에 상당한 영향을 미칠 새로운 발견이 될 것입니다.”  참으로 초연한 발표였고 그 이후 생물학과 자연과학에는 전후 후무한 발전이 이루어지고 있다고 할 수 있다.



단순한 박테리아 세포에서 부터 거대한 삼나무에 이르기 까지 수많은 세대가 변한다 하더라도, 유전인자의 분자코드인 DNA는 변하지 않는다. DNA 코드란 무엇을 말하는 것일까? 이는 단백질을 구성하고 있는 일련의 아미노산 줄기를 말한다. 오늘날의 과학자들은 어떤 생물체의 독특한 단백질을 형성하기 위해서 DNA를 조작할 수 있는 단계에 이르고 있다. 예를 들면 어떤 박테리아 세포들은 인간 성장 호르몬 단백질을 만들기 위해서 인위적으로 생산이 가능하며, 어떤 박테리아들은 인간의 인슐린을 합성하는 일을 한다.



1960년대에 들어와서 유전인자 코드는 분해되었고 각기 아미노산의 구체적인 DNA 코드는 밝혀지기 시작하였다. 1972년 스텐포드 대학교의 폴 버그 (Paul Berg)는 한 박테리아 세포 줄기에서 DNA를 제거해서 그것을 다른 것에 투입해서 그 투입된 생체의 유전자 구조를 변형시키는 일을 성공하여 세포를 변형시켰다. 1980년대에 들어와서 과학자들은 DNA의 제거, 수정, 변형, 재결합, 통제하는 일들을 가능케 하였으며, 1990년대에는 새로운 생물학의 장을 열게되었다.  분자 생물과 유전학 분야에 괄목한 성장을 보여주면서 유전인자와 유전인자 공학의 영역이 폭넓게 연구되고 있다. 2000년에 들어와서 생물학자들은 인간의 유전인자의 완전한 구조체계를 파악할 수 있게 되었다. 명실공히 인류의 DNA 코드를 완전히 정복하게 된 것이다.



생태계의 세포에서 생체에 이르기 까지 모든 단계에서 생물학에 대한 이해도가 넓어지게 되었으며 데이터를 저장하고 조종하는 수백가지 영역에서 컴퓨터가 다방면으로 활용되게 되었다.   1960년도와 1970년도에는  세포의 신비스러운 영역을 탐구하는 수많은 연구가 활발하였다고 한다면, 현제는 에이즈와 면역체계에 대한 연구가 진행되고 있다.



1953년 4월 부터 그 시발점으로 해서 생물학의 발전은 조그맣게 떨어지는 물방울로 부터 시작해서 걷잡을 수 없는 폭포수와 같이 모든 영역에서 눈부신 발전을 이루어오고 있다.

생물학자가 하는 일은 무엇인가?  생명공학 분야에서 일하는 대부분의 사람들은 식물, 동물, 미생물의 특성들을 이해하고 다루는 일에 삶을 바치는 사람들이라 할 수 있다. 생물학의 영역은 다양한 전문 분야로 나누어 지게 된다. 식물학자(botanist)는 식물들을 연구, 미생물학자 (microbiologist)는 박테리아 같은 미생물을 연구, 균학자 (mycologist)는 버섯이나 균류를 연구, 동물학자(zoologist)는 동물들을 전문적으로 연구하게 된다. 그외에도 생체류와 환경과의 관계를 다루는 생태학자(ecologist),  DNA 같은 영역을 다루는 유전학자 (geneticist),  식물과 동물의 병을 다루는 병리학자 (pathologist),  특정 종자들 중에서 진화적인 관계성을 다루는 계통분류학자 (systematist)가 있다.



좀더 세분화 되면 생체계속에서 발견되는 많은 다른 분자들의 구조와 상호 관계를 다루는 생화학자(biochemist),  세포의 구조와 기능을 다루는 세포 생물학자(cell biologist), 생체의 태생과 변화를 다루는 진화생물학자(developmental biologists), 껍질의 형태와 구조를 연구하는 해부학자(anatomist)나 생물 형태 학자 (morphologist), DNA 와 RNA의 상호작용을 연구하는 분자 생물학자 (molecular biologist), 멸종된 동,식물의 화석을 통해 진화를 연구하는 고식물학자(paleobotanist)와 고동물학자(paleozoologist)가 있다.



생물학자들은 또한 그들이 연구하는 생물들의 그룹에 따라 다시 분류가 될 수 있다: 해양생물학자 (marine biologist),  기생충생물학자(parasitologist), 열대학생물학자(tropical biologist),  야생동식물 생물학자(wildlife biologist).  약물학자(pharmacologist)와 독극물학자(toxicologist)들은 생태계에 의약품, 살충제, 기타 독극물이 미치는 영향을 연구하다.



생명공학 전문인들 중에는 토양을 개발하고, 곡식 생산을 증대시키며, 가축을 다루는 일에 종사하는 사람들도 있다. 이 분야에는 곡식 생산의 농경학자(agronomist), 식물의 질병들 다루는 식물임상학자 (plant pathologist),  DNA조작을 통해 유전인자를 개발하는 일을 하는 농경유전학자(agrigeneticist),  조경, 과실류 생산, 그린하우스,  화원, 과수원, 잔디생산업에 종사하는 원예전문인(horticulturist), 목재개발, 재배, 관리를 담당하는 산림학전문가(forester)등이 있다.

많은 생물학자들은 생명공학에 관련된 기본적인 연구 조사 뿐만 아니라 교육분야에도 종사하게 된다. 미연방정부 노동 통계국(Bureau of Labor Statistics)의 자료에 따르면 미국에서 생명공학 전공자의 37%는 교육 분야에서 종사하고 있는 것으로 발표되고 있다.



다른 전공 분야로 진출하기 위한 기초 학문으로 생물학을 공부하는 사람들 또한 적지 않다. 예를 들면 생명공학 분야에서 교육을 이수하게 되면 의료 분야(의사, 치과의사, 수의사, 간호사, 실험실연구원, 영양학자, 물리치료사)로 진출하는 것이 용이해진다. 생물학을 든든한 기초로 두고 있으면 자연보호자, 과학전문 기자, 자연풍물 사진사, 박물관 전문인,  생의학 계통에 종사할 때 상당한 도움이 된다.



1989년 National Academy of Sciences Committee on Research Opportunites 에서는 ‘생물학 전공자들이 미래에 종사할 수 있는 영역” 들에는 다음과 같은 분야들이 있다고 발표하고 있다.



1. 구조생물학 (Structural biology) -  단백질, 핵산(nucleic acid), 탄수화물 (carbohydrate), 지방질(lipid) 같은 고분자 (macromolecules)들의 구조, 기능, 활동들에 대해서 연구하는 학문



2. 유전인자와 세포 (Genes and cells) -  세포의 구조, 기능,  상호관계를 조사하는 일



3. 진화생물학 (Development) – 생물학적인 분자의 역할을 이해함으로서 단세포에서 다세포 생물체로 변화는 과정등을 연구



4. 신경구조 (Nervous system and behavior) -  가장 복잡하고 도전적인 생물학의 전방위에 있는 영역. 대단한 미래 지향적인 학문이 될 것으로 여겨진다. 신경세포와 두뇌의 작용등을 연구



5. 면역체계와 질병(Immune system and infectious disease) -  생물체의 면역체계에 관련된 모든 연구. 이러한 연구를 통해서 인류의 질병 예방에 도움을 주며, 성공적으로 신체기관 이식, 질병통제, AID 환자들에게 보다 나은 치료 방법을 연구



6. 진화 (Evolution) -  지구의 다양한 생명체에 관한 연구를 실시. 1980년대 이후 부터 분자분석과 유전인자 기술이 도입되면서 서로 다른 종자들 마다 유전인자의 차이점을 좀더 상세하게 분류할 수 있게 되었다.



7. 계통 분류학 (systematics) – 계통 분류학 영역에서는 지구상의 존재하는 모든 생명체를 분류하는 일을 한다. 대락 1.4백만 개의 동,식물, 미생물이 존재하고 하고 있는 것으로 알려지고 있는데 아직까지도 발견되지 않은 많은 생명체들이 있다. 특히 열대지방에서 빠른 속도로 멸종되어가고 있는 종자들의 숫자가 많아 지고 있기 때문에 이분야의 분류학자들의 활동영역이 넓고 많은 인원이 요구되는 분야.

        

8. 식물 생물학 과 농업 (Plant biology and agriculture)  -   분자 생물학과 DNA 재결합 기술이 식물들에 관한 근본적인 지식들을 상세하게 밝혀주고 있다. 이러한 전문 지식은 실생활, 실제적인 문제들에 적용되어서 유전적으로 재조정된 식물들이 이미 개발되고 있으며 이런 개발 식물들은 살충제나 기타 질병,  곤충들에 저항할 수 있게 되었다. 식물들과 그들의 병원성 간에 상호관계를 연구함으로서 세포배양와 화학적 분석, 분자 생물학의 새로운 장을 열게 된다.



9. 생태학 (Ecology) – 생태계는 매우 복잡한 단계의 생물학적인 연결이 되어 있기 때문에, 생태학은 생물학의 모든 다를 영역들로 부터 이론들과 실용적인 적용 방법들을 포함해야 한다. 생태학의 연구를 통해 얻은 기본 원리들을 통해서 환경보호 생물학 (conservation biology) 의 새로운 장이 열렸다.

        

 이러한 생물학의 새로운 장이 열려지고 있는 즈음에 생명공학에 관심있는 학생들에게는 무한한 가능성과 도전의 길이 놓여 있다고 본다.  이제 각 분야별로 전공에 대한 설명을 통해서 좀더 전문분야에 대한 상세한 설명을 하고자 한다.