생명의 물리학

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책 소개

생물은 오직 '우연'에 의해 진화하지 않았다
생명을 이해하는 혁신적이고 새로운 시선

무당벌레는 왜 바퀴가 아니라 다리가 달렸을까? 생물마다 세포의 크기는 왜 비슷할까? 모든 생명은 왜 규소가 아니라 탄소를 기반으로 할까? 생명은 오직 우연에 의해 진화하지 않았다. 진화에 우연이 작용한 것은 분명하지만, 그것이 전부는 아니다. 『생명의 물리학』은 다채로운 생명의 이면에 놀랍도록 단순한 원리가 숨어 있음을 보여 준다. 생물은 우주를 구성하는 물질로 이루어져 있으며, 물리 법칙의 지배 아래 탄생하고 번성한다. 이 책은 물리 법칙이 생명 현상에 속속들이 관여하고 있다는 사실을 드러냄으로써 우주 보편적인 맥락에서 생명을 설명하고 예측하기 위한 탄탄한 기초를 마련한다.

우주생물학자 찰스 S. 코켈은 '물리 법칙은 진화의 길을 안내하고 진화의 길은 다채롭게 뻗어나간다'는 관점으로 물리학과 진화생물학의 연결 고리를 찾는다. 그는 물리 법칙과 진화를 연결함으로써 '생명이란 우주에서 증식하고 진화하는 물질 중 한 가지에 불과하다'는 진실을 보여 준다. 코페르니쿠스의 지동설이 지구가 우주의 중심이라는 인식을 깨고, 다윈의 진화론은 인간이 다른 동물과 다르게 특별하다는 인식을 깬 것처럼, 생명을 물리학의 관점에서 설명하려는 시도는 어쩌면 나중에 '우주에서 생명은 지구에서 유일하다'는 인식을 깨는 출발점이 될지 모른다.

책의 일부 내용을 미리 읽어보실 수 있습니다. 미리보기

들어가는 말

1장 생명의 말 없는 지휘관
2장 많은 것을 조직화하다
3장 무당벌레의 물리학
4장 크고 작은 모든 생물
5장 생명의 꾸러미
6장 생명의 가장자리
7장 생명의 부호
8장 샌드위치와 황에 대하여
9장 물, 생명의 액체
10장 생명의 원자
11장 보편 생물학이 가능할까?
12장 생명의 법칙: 진화와 물리학의 통합

감사의 말
주
옮긴이의 말
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저자 소개 (2명)

저 : 찰스 S. 코켈 (Charles S. Cockell)

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1967년생. 우주생물학자. 브리스톨 대학교에서 생화학 및 분자 생물학으로 학사 학위를, 옥스퍼드 대학교에서 분자 생물물리학으로 박사 학위를 받았다. 이후 미국항공우주국 에임스 연구 센터NASA Ames Research Center에서 미생물에 대한 자외선의 영향과, 초기 지구와 화성의 환경을 모델링하는 연구를 진행하면서 미생물학으로 분야를 전환했다. 영국 남극조사단British Antarctic Survey에서는 생태적?진화론적으로 생명을 바라보는 눈을 길렀다. 영국 오픈 대학교를 거쳐 현재 영국 에든버러 대학교 천문물리학부 우주생물학 교수, 영국 우주생물학 센터UK Centr... 1967년생. 우주생물학자. 브리스톨 대학교에서 생화학 및 분자 생물학으로 학사 학위를, 옥스퍼드 대학교에서 분자 생물물리학으로 박사 학위를 받았다. 이후 미국항공우주국 에임스 연구 센터NASA Ames Research Center에서 미생물에 대한 자외선의 영향과, 초기 지구와 화성의 환경을 모델링하는 연구를 진행하면서 미생물학으로 분야를 전환했다. 영국 남극조사단British Antarctic Survey에서는 생태적?진화론적으로 생명을 바라보는 눈을 길렀다. 영국 오픈 대학교를 거쳐 현재 영국 에든버러 대학교 천문물리학부 우주생물학 교수, 영국 우주생물학 센터UK Centre for Astrobiology 소장으로 있다.

그의 관심사는 극단적 환경에서의 생명, 외계 환경에서의 거주 가능성, 우주 탐사 및 정착을 아우른다. 영국 우주생물학 센터는 그의 주도하에 세계 최초로 지하 우주생물학 실험실을 세웠으며, 국제 우주 정거장에서 여러 가지 실험을 수행했다. 그는 유럽우주국ESA의 행성 보호 워킹 그룹Planetary Protection Working Group의 일원이며, 학술지 『우주생물학Astrobiology』의 선임 편집인으로 활동하고 있다. 에든버러 대학교에서 물리학, 천문학, 지질학, 생물학 등 우주생물학에 필요한 교과 과정을 개설한 그는, 교수 분야 최우수상인 총장 교수상을 받기도 했다. 지은 책으로 생물의 생존력을 탐구하는 『불가능한 멸종Impossible Extinction』(2003), 우주 탐사와 환경주의의 연관성을 바라보는 『지구상의 우주Space on Earth』(2006), 학부 교과서로 쓰이는 『우주생물학: 우주 생명의 이해Astrobiology: Understanding Life In the Universe』(2020) 등이 있다.

코켈은 『생명의 물리학』에서 지구에서 진화해 온 생물을 개체군에서 아원자 규모까지 역추적하며 각 수준에서 물리 법칙과 물리적 제약 조건이 작용한다는 사실을 드러낸다. 이는 생물을 우주의 한 부분으로서 넓은 시야로 이해할 수 있게 한다는 점에서 참신하며, 생물 진화가 우연의 산물인 동시에 예측 가능성을 지니고 있음을 보여 준다는 점에서 혁신적이다. 이 책을 통해 진화와 생명을 새로운 시각으로 바라보고 다양한 과학적 질문을 떠올릴 수 있을 것이다.

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역 : 노승영

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서울대학교 영어영문학과를 졸업하고, 서울대학교 대학원 인지과학 협동과정을 수료했다. 컴퓨터 회사에서 번역 프로그램을 만들었으며 환경단체에서 일했다. ‘내가 깨끗해질수록 세상이 더러워진다’라고 생각한다. 박산호 번역가와 함께 『번역가 모모 씨의 일일』을 썼으며, 『우리가 세상을 이해하길 멈출 때』『오늘의 법칙』『서왕모의 강림』『에 우니부스 플루람』『여우와 나』『끈이론』『유레카』『시간과 물에 대하여』『향모를 땋으며』『약속의 땅』『자본가의 탄생』『새의 감각』『나무의 노래』 등 다수의 책을 한국어로 옮겼다. 2017년 『말레이 제도』로 한국과학기술출판협회 선정 제3... 서울대학교 영어영문학과를 졸업하고, 서울대학교 대학원 인지과학 협동과정을 수료했다. 컴퓨터 회사에서 번역 프로그램을 만들었으며 환경단체에서 일했다. ‘내가 깨끗해질수록 세상이 더러워진다’라고 생각한다. 박산호 번역가와 함께 『번역가 모모 씨의 일일』을 썼으며, 『우리가 세상을 이해하길 멈출 때』『오늘의 법칙』『서왕모의 강림』『에 우니부스 플루람』『여우와 나』『끈이론』『유레카』『시간과 물에 대하여』『향모를 땋으며』『약속의 땅』『자본가의 탄생』『새의 감각』『나무의 노래』 등 다수의 책을 한국어로 옮겼다. 2017년 『말레이 제도』로 한국과학기술출판협회 선정 제35회 한국과학기술도서상 번역상을 받았다. 홈페이지(http://socoop.net)에서 그동안 작업한 책들의 정보와 정오표, 칼럼과 서평 등을 볼 수 있다.

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출판사 리뷰

“생명이란 우주에서 증식하고 진화하는 물질 중 한 가지에 불과하다.”

생명은 놀랍도록 다양하지만,
더 놀라운 것은 다양성 안에 담긴 공통점이다.
― 김범준(성균관대학교 물리학과 교수, 『관계의 과학』저자)

〈외계인은 어떤 모습일까?〉라는 질문에
과학적으로 답해 보는 짜릿한 지적 유희를 즐길 수 있다.
― 윤성철(서울대학교 물리천문학부 교수, 『우리는 모두 별에서 왔다』저자)

물리학의 눈으로 생명의 단순함을 발견하다
푸르른 공원에 앉아 가만히 주위를 둘러보라. 하늘에는 새나 잠자리가 날고 잔디밭에는 개미가 줄지어 기어 다닌다. 운이 좋다면 나무를 가뿐히 오르는 다람쥐를 만날 수도 있다. 진화학자라면 아마 이 광경을 보고 생명이 어떻게 이토록 다양해졌는지를 설명하려고 할 것이다. 그렇지만 물리학자라면 생물에서 어떻게든 물리 법칙을 찾으려고 할 것이다.
코켈은 지구에서 진화해 온 생물을 개체군에서 아원자 규모까지 역추적하며 각 수준에서 물리 법칙과 물리적 제약 조건이 작용한다는 사실을 드러낸다. 손등 위를 수직으로 기어오르는 무당벌레 다리의 점착력과 다리를 다시 떼는 데 필요한 에너지는 방정식으로 표현될 수 있다. 이러한 방정식은 모든 곤충에 적용된다. 땅속에서 흙을 밀어내며 땅을 뚫는 두더지의 작달막한 앞발은 표면적이 작을수록 압력이 크게 작용한다는 법칙이 최적화된 형태다. 지렁이는 두더지와 다른 동물군에 속하지만 긴 원통형 몸에 끝이 뾰족한 모습은 두더지의 앞발과 마찬가지 원리에서 비롯된 것이다. 작은 규모의 계층으로 내려갈수록 물리 법칙의 영향력은 뚜렷하게 드러난다. 세포는 중력에 찌그러지지 않고 내용물을 잘 담기에 적합한 크기이며, 유전 부호의 복제와 전달 과정, 에너지를 얻는 화학 과정은 궁극적으로 원자의 힘에서 비롯된 것이다.
생명에 관한 물리학의 시선은 진화론과 상충하지 않는다. 오히려 다양한 생물의 모습에서 생명의 단순성을 포착하는 눈을 길러 준다. 이 책을 다 읽고 나면 생명을 폭넓게 이해하게 될 것이다.

지구 너머에도 생명체가 있다면 그들은 우리와 닮았을까
드넓은 우주에 유일하게 지구에만 생명이 존재하는 걸까? 천문학자들은 일찍이 외계 생명체의 존재 가능성에 대해 논의해 왔으며 생명이 거주할 수 있는 조건의 행성을 찾고 있었다. 우주 탐사는 현재 진행형이다. 과연 척박한 우주 환경에 생물이 존재할까?
영국의 불비 광산 지하 깊은 곳 짜디짠 암염 환경에서 미생물이 발견된다. 미국 옐로스톤 국립공원의 끓는 웅덩이에도 미생물이 살며, 해양의 열수구에 사는 미생물은 섭씨 122도에서도 번식할 수 있다. 이 책에서는 극한 환경에서 서식하는 미생물이 개발해 낸 생존 방법을 살펴봄으로써 생명의 물리적 한계를 이해한다. 이를 통해 고온과 저온, 고압과 저압, 고방사선 등 극한 조건의 외계 행성에서 생명이 존재한다면 어떤 모습일지 물리적 환경을 근거로 예측해 볼 수 있을 것이다.
『생명의 물리학』은 생물을 우주의 한 부분으로서 넓은 시야로 이해할 수 있게 한다는 점에서 참신하며, 생물 진화가 우연의 산물인 동시에 예측 가능성을 지니고 있음을 보여 준다는 점에서 혁신적이다. 생물의 형태와 행동을 읽어 내는 방정식부터 생명이 탄생할 수 있는 우주 환경 탐색까지, 물리학의 렌즈를 통해 생명에 관한 시야를 확장할 수 있을 것이다.

물리학과 생물학의 연결 고리를 찾다
이 책은 물리학과 진화생물학의 연결 고리를 탐구한다. 물리학이 관심을 갖는 생명이라는 물질과, 생물학이 연구하는 대상은 모두 우주에 있다는 공통점이 그 연결 고리이다. 〈생명이란 우주에서 증식하고 진화하는 물질 중 한 가지이다〉라는 정의를 받아들인다면 생명은 우주의 질서를 이끌어 내는 보편적 원리를 따를 가능성이 열린다. 외계 행성에서 실제로 생물이 발견되지 않았고, 지구라는 표본 하나를 관찰해 생명에 관한 결론을 이끌어 내야 한다는 것이 물리학자나 천문학자로서는 꺼림칙할 것이다. 그렇지만 우주 보편적인 맥락에서 생명체의 물리적 원리를 표현하고자 하는 시도는 진화의 과정과 결과를 예측하는 새로운 영역을 보여 줄 것이다. 이 책을 통해 진화와 생명을 새로운 시각으로 바라보고 다양한 과학적 질문을 떠올려 보자.

40억 년의 진화로 생겨난 온갖 유기체가 겉보기에는 제멋대로인 것 같지만 실은 모두가 보편적 법칙을 따른다는 명쾌하고 도발적인 논증이다.
― 『커커스』

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종이책 회원 리뷰 (3건)

구매 생명의 물리학

내용 평점5점 편집/디자인 평점5점 | YES마니아 : 골드 스타블로거 : 블루스타 n***a | 2023.01.03

우주와 과학을 좋아하는 초등학교 6학년 남자아이를 위해 구매했습니다. 아이가 좋아하는 과학 관련 유투브 동영상에서 추천한 것을 보고 요청해서 구매해주었는데요. 아이가 흥미를 가지고 잘 읽고 있습니다. 물리학의 관점에서 생명을 바라보고 분석하는 흥미로운 시점의 책입니다. 엄마인 제가 보기에도 내용이 새롭고 흥미로워서 같이 읽어보고 함께 이야기를 나누면 더욱 좋을 것 같... 더보기

원문주소 : https://blog.yes24.com/document/17370027

우주와 과학을 좋아하는 초등학교 6학년 남자아이를 위해 구매했습니다. 아이가 좋아하는 과학 관련 유투브 동영상에서 추천한 것을 보고 요청해서 구매해주었는데요. 아이가 흥미를 가지고 잘 읽고 있습니다. 물리학의 관점에서 생명을 바라보고 분석하는 흥미로운 시점의 책입니다. 엄마인 제가 보기에도 내용이 새롭고 흥미로워서 같이 읽어보고 함께 이야기를 나누면 더욱 좋을 것 같습니다.

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구매 정말 기발한 책

내용 평점5점 편집/디자인 평점5점 | YES마니아 : 플래티넘 칼* | 2022.02.08

이 책이 출간된 후의 책소개를 통해 흥미가 생겨서 구매해서 읽었다. 결과적으로는 정말 탁월한 선택이었다. 이 책은 재밌다. 정말 기발한 책이다. 그냥 막연하게 생각했던 것들을 근거를 들어가며, 또 물리학의 지식을 이용하여 조목조목 잘 설명하고 있다. 번역이 잘 되어서 저자의 입담도 잘 살리고 있는 것 같다. 과학교양서는 잘 알려진 스타들이 많이 있다. 그런데 이 책의 저자... 더보기

원문주소 : https://blog.yes24.com/document/15879328

이 책이 출간된 후의 책소개를 통해 흥미가 생겨서 구매해서 읽었다. 결과적으로는 정말 탁월한 선택이었다.

이 책은 재밌다. 정말 기발한 책이다. 그냥 막연하게 생각했던 것들을 근거를 들어가며, 또 물리학의 지식을 이용하여 조목조목 잘 설명하고 있다. 번역이 잘 되어서 저자의 입담도 잘 살리고 있는 것 같다.

과학교양서는 잘 알려진 스타들이 많이 있다. 그런데 이 책의 저자는 처음 듣는 이름이었다. 게다가 '우주생물학자'라는 정말 이상한(?) 전공이다. 하지만 우주생물학이라는 그 이상하게 들리는 분야가 오히려 생물에 대해서 좀 더 객관적으로 고찰할 수 있게 해준 것 같다. 물론 그는 생물학 전반에 대한 전문적인 지식을 갖추고 있고, 물리학에 대해서도 그러했기에 신뢰가 간다.

그가 이 책에서 말하고자 하는 내용은 명백하다. 생물의 진화는 물리 법칙에 따른 필연적인 것이었다는 것. 또한 생명은 물리 법칙의 현상이라는 것. 어느 것도 우연에 의한 것은 없고 이유가 있다. 그저 시간의 힘에 기댄 우연이 아니라는 점이 신선하게 다가왔고, 그러한 이야기들을 여러가지 예를 들어가며 하고 있기에 설득력도 있다.

추천할만한 책이다. 만약 중고등학생 시절에 이 책을 읽게 된다면 그 사람의 미래를 바꾸게 될 수도 있지 않을까라는 생각도 든다.

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구매 파워문화리뷰 생물학이 물리학을 만나다

내용 평점5점 편집/디자인 평점5점 | YES마니아 : 로얄 스타블로거 : 골드스타 e*a | 2021.09.13

우주생물학자 찰스 코켈은 다음과 같은 질문을 한다. 개미는 어떻게 거대한 집단을 유지하면서 개미집을 만들어 나갈까 집단을 이뤄 나는 새들은 어떻게 서로 부딪치지 않으면 날 수 있을까 무당벌레는 어떻게 중력을 이겨내며 벽을 기어다닐 수 있을까? 곤충들은 왜 크기가 그 정도뿐일까? (옛날에는 아주 큰 곤충도 있었다는데) 두더지의 생김새는 왜 그럴까? 흙을... 더보기

원문주소 : https://blog.yes24.com/document/15074906

우주생물학자 찰스 코켈은 다음과 같은 질문을 한다.

개미는 어떻게 거대한 집단을 유지하면서 개미집을 만들어 나갈까

집단을 이뤄 나는 새들은 어떻게 서로 부딪치지 않으면 날 수 있을까

무당벌레는 어떻게 중력을 이겨내며 벽을 기어다닐 수 있을까?

곤충들은 왜 크기가 그 정도뿐일까? (옛날에는 아주 큰 곤충도 있었다는데)

두더지의 생김새는 왜 그럴까? 흙을 굴을 파는 동물들의 생김새는 왜 다들 두더지를 닮았을까

바퀴 달린 생물은 왜 없을까? 프로펠러로 헤엄치는 물고기는 왜 없을까

모든 생물의 세포는 왜 비슷한 크기에 비슷한 모양일까

생명체가 에너지를 만드는 방법은 왜 다들 똑같을까? (물론 예외는 있지만)

생명의 부호는 왜 G, A, T, C 네 가지뿐일까? 왜 아미노산은 20가지로 생명을 구성할까

왜 생명을 구성하는 원소는 CHNOPS일까

참 어려운 질문들이지만, 찰스 코켈은 이에 대해 명확한 답을 가지고 있다. 그것은 생명도 물리 법칙의 지배를 받고 있고, 그런 물리학의 제한 속에서 생명이 탄생하고, 진화하고, 존재하기 때문이다. 다윈 이래 진화학자를 비롯한 생물학자는 생명의 진화는 우연성에 의해 이뤄졌다고 했지만, 찰스 코켈은 고개를 가로젓는다. 그 우연성이라는 것은 분명 존재하지만 사실상 부차적인 문제이며, 실제로 중요한 것은 그렇게 진화할 수 밖에 없었던 물리 법칙이 존재한다는 것이다. 물론 그는 진화를 부인하지도 않으며, 생명 현상의 다채로움에 눈을 감지도 않는다(그는 엄연히 생화학 및 분자생물학 트레이닝을 받은 생물학자다). 하지만 생명 현상에 물리 법칙이 관여한다는 것을 이해할 때 생명에 대한 이해가 더 깊어지고 본질적인 된다고 생각한다. 그는 생물학과 물리학이 행복하게 만나는 지점이 있다고 여기며, 그러해야한다고 주장한다.

그런데 이런 견해가 나오게 된 배경을 이해해야 한다. 찰스 코켈을 우주생물학자이다. 우주생물학? 그러려니 할 때는 넘어갈 수 있지만 조금 생각해보면 좀 난감한 분야다. 이 책에서도 언급하고 있듯이 이 분야는 N=1문제에 봉착해 있다. 표본이 1개뿐인 생물학. 이런 상황에서 어떤 결론을 이끌어 내는 것이 과연 어떤 의미가 있을까? 받아들일 수 있을까? 하는 의심이 들 수 밖에 없다. 엄격하게 말해 연구할 대상이 없는 셈이다. 그렇다면 우주생물학자는 무엇에 관심을 가질까? 바로 이런 내용이다. 생물이 어떤 조건에서 탄생하고 진화하는지, 어떤 제한 속에서, 어느 정도의 한계를 가지고 존재할 수 있는지, 어느 정도의 다양성이 용인되는지 등등. 그래서 추론하는 것이다. 이는 현실적으로 지구상의 생물이 어떤 물리적 조건 속에서 존재하는지에 대한 연구를 통할 수 밖에 없다. 찰스 코켈은 다소 온건한 입장이긴 하지만, 이러한 연구는 지구 밖의 생명체도 탄소와 물에 기반한 생명체일 수 밖에 없는 결론에 다다른다. 또한 생김새도 행성의 크기나(이는 중력을 결정한다) 기체 밀도에 따라서 결정될 것인데, 이 역시 지구의 생물과 비교될 수 밖에 없다.

그런데 상당히 재미있는 것은 이런 연구가 생명의 경이로움을 하나도 훼손하지 않는다는 점이다. 생명 현상을 물리적으로 설명하고자 한 슈뢰딩거의 최초의 시도(《생명이란 무엇인가》) 이후 수십 년이 지났지만, 그 시도는 DNA 구조 발견 등으로부터 생명에 대한 연구를 획기적으로 발전시켰고 생명의 아름다움, 경이로움을 돋보이게 했다. 여기에서와 같이 생명은 복잡하지만, 그것들이 일관된 단순한 법칙 내에서 이뤄진 것이라는 설명은 생명에 대한 이해를 더욱 깊게 만들 것이 분명하다. 학문의 발전은 당연히 만남에서 나온다. 경계에서 이뤄진다.