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필요보다 재미로,
엉뚱한 상상력이 과학자를 만든다!
최재천 생명다양성재단 대표, 정재승 뇌과학자 추천!
거미줄에 빠진 괴짜?
쓸모없는 도전에 열정이 끓는 과학자!
◎ 도서 소개
〈시리즈 소개〉
‘너드’ 아니고 ‘긱시크’ 라고요
아.시.겠.어.요?
상상치도 못한, 상상 속에만 있던 것을 현실로!
누구나 가슴속엔 ‘과학 하는 마음’이
이상할지 모르지만 과학자입니다
“쓸데없는 일을 잔뜩 하지 않으면 새로운 것은 태어나지 않는다.” 2019년 노벨 화학상을 수상한 ‘샐러리맨’ 과학자 요시노 아키라의 수상 소감이다. 매년 찬바람이 불기 시작하고, 노벨상 수상 소식이 들려오면 “왜 한국에는 노벨상 수상자가 없는가?”라는 질문이 곳곳을 유령처럼 떠돈다. 하지만 시대가 바뀌든 말든 반복되는 후렴구를 생각해 보면 그 원인은 어렵지 않게 떠올릴 수 있다. “피씨방에는 그만 좀 가고, 프로그래머가 되어야지!” “휴대폰만 보고 있지 말고, 유튜브 크리에이터가 되어야지!”
‘샐러리맨’이 노벨상을 타는 시대, 바야흐로 과학기술 본위인 ‘4차 산업혁명시대’를 맞아 평범한 우리에게도 ‘과학적 사고’는 필수 아이템이라 하겠다. 과학에 ‘ㄱ’자만 봐도 벌써부터 피곤하고 울컥하는 마음이 솟구친다고? 하지만 여기 당신 가슴속에도 도사린 ‘과학 하는 마음’을 깨워 내고, 재미와 지성을 투플러스원으로 안겨 줄 과학자들의 이야기가 있다. ‘과학 하는 마음’이 뭐냐고 물으신다면, 방학마다 잠자리와 매미를 잡고 목적도 없이 화초를 빻던 그 시절 모두가 품었던 바로 그 마음이라 답하겠다. 노벨 화학상 수상자와 당신, 이과와 문과로 갈라져 살아가지만 결국은 치킨집 사업설명회에서 만날 우리를 하나로 품을 바로 그 마음!
묵직한 돌 아래서 정성스레 알을 품던 집게벌레를 만나 사랑에 빠진 고등학생은 기상천외한 모양을 가진 곤충 교미기에 매료되어 곤충 교미 박사가 되었다. 고분자화학을 전공하던 대학원생은 갑자기 거미줄에 ‘덕통사고’를 당해 40년간 거미줄 덕질을 이어 간다. 주변 사람들이 말리는 데 아랑곳 않았던 교미 박사는 (이그)노벨상을 수상하고, 거미줄 박사는 덕질기를 국제학술지에 발표하고 학회에서 거미줄 바이올린을 연주하는 ‘성덕’이 된다.
유튜브 못지않은 신박한 주제! 최신형 휴대폰보다 가벼운 무게! 안목도 취향도 남다른 당신을 만족시킬 4차 산업혁명시대 맞춤형 콘텐츠! 기발하고 엉뚱해 보이는 과학자들의 덕질 속에 빛나는 전문성으로 지력 상승을 부르는 마법 같은 책! 이제부터 차례로 상상치도 못한, 상상 속에만 있던 것들을 현실로 불러 올 환상적인 시리즈! 〈곤충의 교미〉와 〈거미줄 바이올린〉으로 문을 여는 ‘이상할지 모르지만 과학자입니다’ 시리즈는 줄여서 ‘이과’로 부르고 이과가 쓰지만 이과만을 위한 책들은 아니다. 남들이 말리는 무언가에 빠져들고 알아 가는 희열을 아는 모두를 위한 책이다. ‘괴짜’라는 조소에 ‘긱시크’라고 받아칠 준비가 된 당신과 공명할 지적 덕질의 기록이다.
〈책 소개〉
거미줄로 100킬로그램짜리 사람을 매달고 2톤 트럭을 끌 수 있다고?
거미줄에 빠진 괴짜? 모두가 말리는 일에 호기심과 열정이 끓는 과학자!
멀쩡히 점착 성분으로 박사 논문을 준비하던 고분자화학과 대학원생은 어느 날 갑자기 거미줄에 걸리듯 거미에게 사로잡혔다. 그 이후 주변 만류에도 불구하고 논문 주제를 바꾸고 5년간 거미 채집과 거미줄 수집에 열을 올리더니 결국 거미줄로 해먹을 만들어 사람을 태우고 2톤이 넘는 트럭을 끄는 데 성공한다. 거기서 그치지 않고 6년간 바이올린 레슨을 받고 바이올린 현을 연구한 끝에 거미줄 현으로 바이올린을 연주하고, 거미줄 현 바이올린의 음색을 세상에 소개한다. 언뜻 이해가 안 되는 전개일지 모르지만, ‘덕통사고’란 원래 그렇게 찾아오고 ‘성덕’으로 가는 길은 ‘노이해’로 포장되어 있는 것이다.
길을 걷다, 아니면 집 어두운 구석 어딘가에서 거미줄을 발견한다면 그다지 반갑지 않겠지만, 스크린을 누비는 스파이더맨이 손목에서 쏘아 내는 거미줄에는 눈을 반짝이게 된다. 사실 스파이더맨이 빌딩 숲을 유유히 날아다닐 수 있는 것도, 한순간에 적을 사로잡을 수 있는 것도 모두 거미줄 덕이다. 그런데 이런 놀라운 능력은 스파이더맨에게만 있는 초능력이 아니다. 애초에 스파이더맨을 물었던 거미가 뽑아낸 실에는 모두 갖춰진 성질이다. “부드럽고 강하다.” 〈거미줄 바이올린〉의 저자를 매료시킨 거미줄의 특징이다. 저자의 말을 빌려 보면 세상에 부드러운 물질도 강한 물질도 많지만, 거미줄처럼 언뜻 보기에 상반된 이 두 특징을 애초부터 갖춘 물질은 드물다.
현실에서 마주치는 거미줄을 떠올려 보면 여린 바람에도 하늘거리고 이슬이라도 맺히면 겨우겨우 물방울을 머금고 버티는 듯 그저 약하게만 보인다. 하지만 소위 ‘배운 덕후’인 저자는 거미줄의 가녀린 외형 아래 숨겨진 놀라운 능력을 먼저 알아보고 연구하기 시작한다. ‘실험은 연구실에서, 연구는 확실한 목적 아래서’라는 동료 연구자들의 상식 바깥에서 시작한 연구에는 어려움도 따랐다. 온 나라를 돌아다니며 거미를 채집하고, 이사 온 거미들을 무사히 적응시키는 일에 익숙해지는 데만도 5년이 걸렸다. 똑똑하지만 심술궂은 그늘왕거미가 실을 뽑다가 죽은 척을 하거나 실을 끊고 달아나는 데 재미를 붙이면 배를 쓰다듬어 주고 온갖 방법으로 구슬려야 하는 어려움도 있었다. 하지만 이 이상한 과학자는 연구를 거듭할수록 거미줄의 매력에서 헤어날 수 없었다. 보통 사람 눈에는 모두 같아 보이는 거미줄은 사실 일곱 가지나 되는 쓰임과 종류를 가진 데다 빛을 쬐면 더욱 강해지고, 물에 젖어도 끄떡없는, 정말로 스파이더맨이 타고 다니는 거미줄만큼이나 다재다능한 실이었기 때문이다.
이 마법의 실은 생전 해 본 적 없는 바이올린 연주로 과학자를 이끈다. 전자현미경으로 바이올린 현의 섬유구조를 관찰하고, 보통 금속 현으로는 낼 수 없는 풍부한 음색으로 세계를 감동시킨다. 이 거미줄 덕후의 결론은 ‘거미줄 바이올린’과 ‘거미줄 오케스트라’로 향하고 있지만, 거미가 만드는 이 마법의 실은 또 언제 다른 모습으로 우리를 찾아올지 모른다. 거미줄의 능력과 특색을 갖춘 인공 거미줄 개발이 세계 곳곳에서 이어지고 있기 때문이다. 다음에 만날 이상한 과학자는 정말로 스파이더맨 수트를 만들어 낼지도….
◎ 추천의 글
재미로 하는 연구가 종종 필요로 하는 연구를 능가한다. 의과대학 교수가 취미로 시작한 거미 관찰이 끝내 거미줄로 트럭을 끌고 바이올린 현을 만들어 스트라디바리우스로 차이콥스키의 「바이올린 협주곡 2장」을 연주해 세계를 감동시키는 데까지 이른다. 천재는 노력하는 자를 이길 수 없고 노력하는 자는 즐기는 자를 이길 수 없다 하지 않는가? 과학자에게 쓸데없는 연구를 허하라!
최재천 생명다앙성재단 대표, 이화여대 생명과학부 석좌교수
오래된 집 처마 끝이나 앙상한 나뭇가지에 거미줄을 치고 살아가는 거미들을 보면, 도대체 이 녀석들은 어떻게 이런 방식으로 살게 됐는지 궁금하지 않을 수 없다. 가늘면서도 질긴 거미줄에 매달려 보려는 사람들도 있었고, 거미줄로 트럭을 끌어 보려 시도했던 방송국도 있었다. 지난 100년간, 거미줄을 공학적으로 이용하려는 엔지니어들도 숱하게 등장했다.
그런데 여기 거미줄을 다발로 묶어 바이올린 현으로 만들어 연주를 하려는 과학자가 있다. 거미줄에 대한 물리학적 연구와 공학적 응용, 그리고 바이올린 음향에 대한 연구와 심지어 연주 레슨까지. 무엇보다 이 둘의 행복한 결합! 흥미롭게도 그는 이 과정을 통해 얻게 된 과학적 성과물을 세계적인 물리학 저널에 투고해 심사위원들과 100일 동안 논쟁하고, 결국 저널에 논문을 싣게 된다.
집요하다 못해 이상하게까지 보이는 한 과학자의 눈물겨운 거미줄 탐구기가 이 책에 고스란히 담겨 있다. 저자는 담담하게 써 내려갔지만, 우리는 이 책에서 자연에 대한 깊은 탐구 정신과 포기할 줄 모르는 불굴의 공학 정신에 경외감을 느끼게 된다. 이것이 바로 우리 과학자들이다.
정재승 뇌과학자, 『과학콘서트』, 『열두 발자국』 저자
◎ 책 속에서
채집한 거미를 무사히 데리고 와서 드디어 거미줄을 뽑기로 했다. 그런데 이게 꽤 성가신 일이었다. 거미는 애완동물처럼 훈련시킬 수 없기 때문이다. (…) 거미의 배에서 실을 뽑아내려고 하면 거미는 바로 거부반응을 보이며 거미줄을 끊어 버린다. 거미줄을 채집하는 사람이 원하는 대로 움직여 주지 않는 것이다. 모처럼 거미줄을 뽑아냈다고 기뻐하는 것도 잠시, 우리가 뽑아내려는 거미줄이 아닌 다른 종류의 거미줄에 농락당하기도 한다. 거미가 사람의 약점을 이용하는 것이다. 그러므로 거미가 기분 좋게 거미줄을 뽑아낼 수 있는 환경을 조성해야 한다. 중요한 것은 거미와의 커뮤니케이션이다. 이 포인트를 파악하는 데 약 5년이란 세월이 걸렸다.
_‘거미와의 커뮤니케이션’ 가운데
제일 하고 싶은 이야기는 거미줄, 특히 방사실과 견인실은 ‘부드럽고 강하다’는 것이다. 이 세상에 부드러운 물질은 많고 강한 물질 역시 많지만, 언뜻 보기에 상반된 부드러우면서 강한 성질을 애초부터 갖춘 물질은 드물다. 가을밤 길을 걷다가 종종 긴 거미줄이 피부에 달라붙는 경험을 해 보았다면 그것이 얼마나 부드러운지 알고 있을 것이다. (…) 반면에 거미줄의 ‘강함’을 실감하고 이해하기는 어렵다. 그래도 거미의 이동 수단이자 생명줄인 견인실에 강도가 필요하다는 건 예상하기 어렵지 않다. 언제 끊어질지 알 수 없는 생명줄은 거미가 신뢰하지 않을 테니 말이다.물론 이 ‘강도’를 실제로 측정해 볼 수도 있다. 예를 들어 견인실을 당겨서 끊어졌을 때 단면적당 힘의 강도, 즉 파단강도를 측정해 보면 나일론의 몇 배나 된다. 또한 물체를 조금 늘리거나 압축할 때 잘 변형되지 않음을 나타내는 지표를 ‘탄성률’이라고 한다. 일반적인 합성섬유는 탄성률이 기껏해야 몇 기가파스칼(GPa. 예를 들면 나일론은 4GPa)이지만 거미 견인실은 탄성률이 13기가파스칼로 합성섬유 탄성률을 훨씬 웃돈다.
_‘부드럽고 강하다’ 가운데
거미줄은 얼마나 높은 온도까지 견딜 수 있을까? 이전에는 아무도 측정한 사람이 없었을 테니 짐작이 가지 않을 것이다. 그래서 견인실이 어느 정도나 고온을 견딜 수 있을지 시험해 보기 위해 섭씨 600도까지 온도를 높여 상태를 지켜보았다. 그 결과, 거미의 견인실은 섭씨 250도를 넘어서면서부터 분해되기 시작하며 섭씨 300도에서는 중량이 20퍼센트 정도 줄어들고, 섭씨 350도 정도에서는 색이 변하며 섭씨 600도에서는 완전히 분해된다는 것을 알게 되었다. 다시 말해 적어도 섭씨 250도까지는 거미줄이 안전한 상태를 유지했다. 참고로 폴리에틸렌은 녹는점이 약 섭씨 120도이다. 이 정도의 고온을 견디는 것이 생태적으로 의미가 있을까? 이것은 어려운 질문이다. 다만 거미가 거미집을 만들 때는 거미줄 끝을 어딘가에 고정해야 하는데, 바위에 고정하는 경우도 있다. 직사광선이 닿으면 바위는 표면온도가 섭씨 150도 정도까지 오를 수 있다. 뜨거운 태양 빛에 거미집이 녹는다면 거미는 생명까지 위협받을 수 있다. 거미줄이 내열성을 가진 이유는 이러한 사정 때문일지도 모른다.
_‘고온을 견뎌라’ 가운데
명주실은 자외선을 받으면 누렇게 변한다. 그러므로 자외선이 강한 여름에 명주옷을 입고 외출하는 건 바람직한 일이 아니다. 그렇다면 마찬가지로 단백질로 이루어진 거미줄도 자외선에 노출되면 성질이 변할까? 나선실은 그렇다 치고, 방사실이 자외선으로 인해 약해지면 거미집이 쉽게 무너져서 걸려드는 사냥감을 잡지 못하는 게 아닐까? 거미에게는 사활이 걸린 문제인 만큼 걱정이 된다. (…) 무당거미는 매일 밤 절반씩 집을 새로 만든다. 즉, 한 번 만든 부분은 이틀 후에 교체한다. 자외선을 쬐어 무당거미에게서 채취한 거미줄 파단강도 최댓값이 되면 그 후에는점차 파단강도가 초깃값으로 내려간다. 여기에 걸리는 시간이 마침 거미가 거미줄을 교체하는 주기(2일)와 같다. 자외선을 쬐면 거미줄의 성질이 변한다는 관점에서 보면 주행성인 무당거미가 매우 합리적인 주기에 맞추어 거미줄을 관리하고 있다고 할 수 있다.
_‘자외선으로 강해진다’ 가운데
이슬에 젖은 채로 햇볕을 받아 빛나는 거미집을 보면 많은 사람이 그 예술적인 아름다움에 넋을 놓고 말 것이다. 사람들은 비를 맞고도 이 기하학적인 형태가 유지되는 것을 신기하게 생각한다. 우리가 주로 보는 거미줄은 마른 상태이기 때문에 거미줄 자체의 흡습성을 거의 알 수 없는 까닭이다. 실험을 통해 흡습성을 알아보려고 거미줄을 물에 담가 보았더니 길이가 절반으로 줄어들었다. 하지만 거미집은 이슬이나 비에 젖어도 줄어들지 않는다. 모순된 상황이다. 어째서 이런 걸까?
_‘물을 머금다’ 가운데
오랜만에 휴가다운 휴가를 즐기던 3월의 어느 날이었다. “휴일은 정말 좋구나!” 하고 감동하면서 차를 타고 여유롭게 오디오에서 나오는 음악을 들었다. 정겨운 러시아 민요 「산의 로자리아」가 바이올린 연주로 흘러나왔다. 그 차분한 음색이 마음에 깊이 각인되었다. 그리고 동시에 20년 전에 유럽의 오래된 교회에서 느낀 바이올린 음색을 듣고 느꼈던 강렬한 인상이 떠올랐다. ‘거미줄로 바이올린을 연주해 보면 어떨까?’ 바이올린 선율의 여운을 즐기면서 나는 꿈같은 상상을 했다. (…) 꿈같은 이야기라고는 해도 나름대로 승산이 있다고 생각했다. 지난 40년 동안 거미줄 연구하면서 거미줄이 역학적으로 강하며 탄성과 유연성도 있다는 걸 알고 있었기 때문이다. 이러한 특징 때문에 거미줄은 바이올린 현으로도 적합할 거라고 생각했다.
_‘무모한 결심’ 가운데
거미와 어울린 지 40년 정도 되었다. 그동안 거미줄은 부드럽고 강하며 내열성과 자외선 내성, 위기 관리에 적합한 구조까지 갖추고 있다는 것을 밝혀냈다. 4억 년이라는 거미 진화사의 깊이는 놀라울 뿐이다. 하지만 더 놀라운 것은 ‘거미줄을 악기 현으로 만든다면?’이라는 꿈을 실현하게 된 것이다. 설마 실현할 수 있을 거라고는 나 역시도 생각하지 못했다.
_‘맺으며’ 가운데
거미를 상대하니 이웃 사람들에게 이상한 사람 취급을 받기도 했다. 또 이미 노벨상을 받은 학자인 라만 박사가 악기에 대한 물리학적인 연구를 했음에도 불구하고 내가 악기를 다루는 것을 놀이로 취급받기도 했다. 그래도 나는 거미줄의 매력에 끌려 계속 꿈을 좇을 수 있었다. 많은 사람이 자신이 생활 속에서 배워 온 상식을 그대로 받아들이며, 자신이 모르는 것은 비상식이라고 생각한다. 하지만 새로운 도전은 이와 반대로 생각할 때 가능하다.
_‘맺으며’ 가운데
