[일반생물학 1강] 생물학이란 무엇인가?

최근, 코로나 바이러스, 세균감염 등 여러 생물학 관련 개념이 많은 사람들에게 알려지고 있으나, 생물학이 무엇인지, 어떤 것을 배우는 학문인지에 대한 정보가 부족하다. 그래서 내 공부도 할 겸 관련 개념을 간단하게 풀어서 설명해보려고 한다. 생물학 교과서로 자주 이용되는 Campbell 생물학을 참고하여 작성하였다.

목차

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생물학이란 무엇일까?

위키피디아에 의하면,

생물학(生物學, 영어: biology)은 생명현상과 살아있는 생명체의 물리적 구조, 화학적 과정, 분자적 상호작용, 생리적 메커니즘, 발생 및 진화에 대해 연구하는 자연과학이다.

어떻게 보면 간단해 보이지만, 다양한 주제들을 다루고 있음을 알 수 있다.

이를 다섯 가지의 큰 주제로 나누어 보면 다음과 같다.

1) Organization 구조, 구성

2) Interaction 상호 작용

3) Energy and Matter 에너지와 물질

4) Evolution 진화

5) Information 정보

이런 다양한 테마의 주제를, 생물학에 자주 쓰이는 쥐를 통하여 간략하게 설명할 수 있다.

쥐는 대표적인 모델생물로, 다양한 분야의 생물학에 이용된다.

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구조 (Organization)

생물은 무엇으로 이루어져 있을까?

생물은 어느 곳에나 있다고 생각할 수도 있지만, 지구 밖이나, 극한의 환경에서는 생물이 존재하지 않을 수도 있다.

그래서 이런 생명체가 존재할 수 있는 범위를 생물권(Biosphere)이라고 부른다.

생물권 안에는 다양한 생태계(Ecosystem)이 존재하며, 이 안에는 다양한 생물들의 군집(Community)가 존재한다.

다양한 생물들 중 각각의 종들은 개체군(Population)을 이루고 있으며, 개체군은 당연히 개체들(Organisms)로 이루어져있다.

각각의 개체는 장기와 같이 다양한 기관(Organ)으로 이루어져 있으며, 기관은 조직(Tissues)들의 합으로 이루어져있다.

이런 조직들은 세포(cell)들로 이루어져 있으며(물론 단세포 생물도 존재한다.), 세포 또한 세포내 소기관(organelles)들로 이루어져 있다.

이러한 소기관조차도, 결국엔 원자들의 결합으로 이루어진 분자(molecule)로 구성되어있다.

쥐의 기관인 심장과 심장의 근육조직, 조직을 이루는 분자구조

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상호작용 (Interaction)

쥐는 곡식(식물)을 소비하고, 상위 포식자에게 소비된다.

생태계는 단일한 종이 아니라 여러 종들이 모여살고 있다.
흔히 생각할 수 있는 먹이사슬부터, 식물과 미생물사이의 공생관계 등 다양한 생물군이 서로 영향을 주고 받으며
여러 환경에서 공존하고 있다.

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에너지와 물질 (Energy and Matter)

에너지는 여러 생물을 통하여 생산되고, 순환된다.

모든 생물이 움직이고, 생장하고, 생식하기 위해서는, 우리가 매일 밥을 먹는 것처럼, 에너지가 필요하다.

이런 에너지를 얻는 과정은 크게 보면 식물처럼 광합성을 통하여 에너지를 만드는 생산자인 독립영양생물 (autotroph)과, 생산자나 다른 생물잡아먹거나, 죽은 사체를 분해함으로써 에너지를 얻는 종속영양생물 (heterotroph)로 나눌 수 있다.

일련의 과정에서 죽은 생물들이 분해되고 다시 에너지 생산과정에 이용되면서 물질 순환을 형성한다.

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진화 (Evolution)

두 쥐는 같은 종이지만, 서로 다른 환경에 적응하면서 다른 털 색을 가지고 있다.

1859년에 다윈은 '종의 기원'이라는 책을 통해, 갈라파고스 섬에서 핀치 새들의 부리가 먹는 먹이의 종류에 따라서 다르다는 것을 관찰하였다.
이러한 형태적 차이가 나는 이유는 특정 환경에 유리한 형질이 자연선택 (natural selection)되어 나타나게 된다.
같은 종이어도 이런 자연선택이 오래 유지되면 다른 종으로 분화될 수도 있다.

실제로 위의 두 쥐는 다른 종처럼 보이지만, 30km 차이나는 해변가와 내륙에 서식하는 같은 종의 쥐이다.
이러한 과정을 진화라고 한다.

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정보 (Information)

쥐의 털 색을 결정하는 정보는 DNA에 담겨있다.

같은 종이어도 이런 생김새의 차이가 나타나는 이유는 무엇일까?
심지어 사람들끼리도, 인종에 따라 피부색이나 머리카락색이 다르다.

개체 간의 차이가 생기는 이유는 그들이 가지고 있는 '정보'가 다르기 때문이다.

컴퓨터의 정보는 0110100001100101011011000110110001101111 (hello)처럼 이진법으로 표기되지만,
생명체 내에서는 ATGC (예외도 있다) 네가지 염기 (base)를 통하여 우리의 핵 안에 DNA의 형태로 저장되어 있다.
최근에 DNA나 RNA의 염기서열 분석 가격이 내려가고, 상용화가 이루어지면서 방대한 양의 데이터가 생성되고 있다.
이를 해결하기 위해 이런 정보를 다루는 생물정보학 분야가 관심을 받고 있다.

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요약

생물학에는 이처럼 다양한 주제들이 모여있다. 각각의 주제들에서 파생된 다양한 학문(ex. 유전학, 생태학, 생물정보학, 분자생물학 등)이 존재하며, 각 분야의 깊이는 점점 깊어지고 있다. 이러한 생물학 지식들이 일상 속에 적용되는 것을 이해하기 위해서는 기초적인 이해가 동반되어야 한다.