자연과학대학

논문 피인용 수를 기준으로 선정하는 ‘세계 상위 1% 연구자’에 UNIST(총장 이용훈) 교원 7명이 선정됐다. 바이오메디컬공학과 조승우 교수가 명단에 처음으로 이름을 올려 전년보다 상위 1% 연구자가 1명 늘었다. 서울대(10명)에 이어 국내 대학 중 2번째 규모다. 정보 분석 서비스 기업인 클래리베이트(Clarivate)는 16일(화) 논문의 피인용 수를 기준으로 분석한 ‘2021 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(Highly Cited Researcher, HCR)’ 6,602명의 명단을 공개했다. 한국 대학과 연구기관 소속 HCR로 총 55명이 선정됐다. 복수 분야 중복 선정을 빼면 47명이 HCR로 뽑혔다. 이번에 새롭게 HCR 명단(크로스필드 부문)에 포함된 조승우(바이오메디컬공학과) 교수는 유전자 가위 기술을 연구한다. 유전자 편집 기술을 이용해 논코딩(non-coding, 단백질 합성에 관여하지 않는 유전자) 유전자의 기능을 밝히고, 유전자 교정을 통한 맞춤형 의료 기술 개발을 목표로 연구하고 있다. 로드니 루오프 특훈교수(화학과)는 HCR을 발표하기 시작한 2014년부터 올해까지 8년 연속 HCR로 선정됐다. 지난 2018년에는 클래리베이트 애널리틱스가 뽑은 노벨상 수상 예측자 명단에도 이름을 올렸다. 루오프 교수는 두 분야(화학, 재료과학)에서 HCR로 선정됐다. 6년 연속 재료과학 분야 HCR로 선정된 조재필 교수(에너지화학공학과)는 리튬이차전지(배터리) 소재의 대가다. 이차전지 양극재 소재기업인 에스엠랩을 창업해 사업화에도 힘쓰고 있다. 4년 연속 HCR에 선정된 석상일 특훈교수(에너지화학공학과)는 페로브스카이트 태양전지 분야 석학이다. 페로브스카이트 태양전지 개발에 기여한 공로로 2022년 랭크 광전자공학상 수상자로도 선정됐다. 백종범 교수(에너지화학공학과)와 김광수(화학과) 교수도 크로스필드(Cross field) 부문에 4년 연속으로 이름을 올렸다. 또 배터리 분야 실시간 전자현미경(TEM) 전문가인 이현욱 교수(에너지화학공학과)도 3년 연속 크로스필드 영역HCR에 선정됐다. 한편, 클래리베이트는 매년 과거 11년간의 피인용 실적을 바탕으로 22개 분야에서 HCR을 선정한다. 21개의 학문 분야와 크로스필드(cross-field) 부문이다. 크로스필드 영역은 단일 학문 분야만 보면 피인용 수가 상위 1%에 못 미치더라도 여러 분야에서 상당한 영향력을 갖는 우수 연구자를 뽑는 영역이다.

대다수 FDA(미국식품의약국) 등록 의약품의 공통 구성 성분인 질소 고리화합물을 저렴하고 친환경적으로 합성해내는 새로운 촉매기술이 개발됐다. UNIST(총장 이용훈) 화학과의 박철민 교수팀은 질소 고리화합물을 저렴한 유기 광촉매와 저에너지 가시광선만으로 합성하는 기술을 개발했다. 기존 금속 촉매 기반 기술의 단점인 잔류 금속 촉매로 인한 독성 위험과 높은 가격 약점을 극복해 친환경 상용화 가능성에서 기대를 모은다. 연구팀은 이 기술로 다고리 질소 화합물인 피롤라이지딘(pyrrolizidine) 유도체와 옥사진(oxazine) 유도체 등을 합성하는 데 성공했다. 질소 고리화합물은 고리 모양으로 결합된 탄화물 사이에 질소가 첨가된 형태의 물질이다. 질소 성분의 생체 분자 친화성 때문에 FDA 등록 약물의 75% 이상이 질소 고리 화합물로 이루어져 있다. 연구팀이 개발한 방식은 기존 방식과 달리 금속 촉매 대신 저에너지 가시광선인 청색광에 의해 활성화되는 유기 광촉매를 사용했다. 산화환원 중립적인 반응이라 별도 산화환원제가 불필요하며, 상온에서 합성 가능한 환경 친화적인 방법이다. 이 합성법을 이용해 알카인과 이민을 반응시켜 오각 질소고리 두 개가 접합된 피롤라이지딘 구조, 오각 질소고리와 육각 질소고리가 접합된 인돌리지딘(Indolizidine) 구조를 얻었다. 피롤라이진딘과 인돌리지딘은 각각 항 부정맥제, 항암 후보물질의 기본 구조다. 또 알카인 대신 알켄을 사용하면 옥사진 유도체를 얻을 수도 있다. 연구팀은 추가적 실험과 범밀도함수이론(DFT, Density Functional Theory)으로 합성 원리를 규명해냈다. 이를 통해 합성반응 중간체로 사각 고리 구조를 갖는 아제틴(azeitne)이 형성됨을 밝혀냈다. 광촉매에 의해 산화된 알케인이 이민과 반응을 해 아제틴이 합성되는 원리다. 제1저자인 오현지 화학과 박사과정 연구원은 “아제틴의 사각 고리는 고리자체가 풀리려는 성질(ring stain)이 강해 고리 열림 반응이 일어나며, 이는 다시 고리화 반응을 거쳐 최종적으로 피롤라이지딘 유도체가 합성된다”고 설명했다. 박철민 교수는 “이번 연구로 금속 촉매 대신 유기 촉매를 사용한 저렴하고 환경친화적인 방식의 질소 다고리 구조 합성 기술을 개발했다”며 “다양한 작용기를 질소 고리구조에 결합할 수 있을 뿐만 아니라 질소 고리 외에도 다양한 고리 구조 합성에도 응용할 수 있을 것”이라고 기대했다. 한편, 박 교수는 백혈병 치료제인 베네토클락스(Venetoclax)를 개발한 공로로, 미국화학학회가 수여하는 올해의 영웅상(Heroes of Chemistry)을 지난달 10월에 수상한 바 있다. 박 교수는 UNIST 부임전 세계적인 제약회사인 애브비(Abbvie)의 전신인 애보트(Abbott)에서 백혈병 치료제 개발 연구를 주도했다. 이번 연구는 한국연구재단과 2021년 과학기술원 공동연구프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 10월 26일(현지시각) 세계적인 학술지인 ‘ACS 카탈리시스 (ACS catalysis)’ 에 발표됐다.

UNIST 연구성과 2건이 과학기술정보통신부가 11월 1일 발표한 ‘2021년 국가연구개발(R&D) 우수성과 100선’에 선정됐다. 화학과 신현석 교수와 스티브 그래닉 특훈교수(IBS 첨단연성물질연구단 단장)의 성과가 순수기초·기반(인프라) 분야 우수 성과로 인정된 것이다. 신현석 교수는 초미세, 고집적 반도체의 핵심 물질인 초저유전물질(육방정계질화붕소)을 개발해 우수성과 명단에 이름을 올렸다. 관련 연구는 지난해 6월 과학계 최고 권위지인 네이처지에 실렸으며 미래 반도체의 핵심 원천 기술로 평가받는다. 그림1. 신교수팀이 개발한 초저유전물질을 4인치 크기 실리콘 웨이퍼에 증착한 모습 스티브 그래닉 교수는 기존 화학반응의 통념을 깨는 연구를 인정받았다. 그래닉 교수팀은 화학반응 에너지가 상식과 달리 열에너지 형태로 사라지지 않고 기계적 에너지로 전환돼 화학분자를 가속시키는 현상을 규명했다. 연구 결과는 사이언스지에 게재됐다. 한편, 과학기술정보통신부는 국가 발전을 견인해 온 과학기술의 역할에 대해 국민들의 이해와 관심을 높이고, 과학기술인들의 자긍심을 고취하고자 2006년부터 매년 우수성과 100선을 선정해 오고 있다. 올해는 정부지원을 받아 수행한 범부처 약 7만 여 연구개발(R&D) 과제(‘20년 기준) 중, 각 부‧처‧청이 추천한 총 852건의 후보성과를 대상으로, 산‧학‧연 전문가들로 구성된 우수성과 선정평가위원회에서 질적 우수성을 평가한 후, 대국민 공개검증을 거쳐 100건의 우수성과를 최종 선정하였다. ▲기계·소재 기술분야 18건 ▲생명·해양 분야 26건 ▲에너지·환경 분야 18건 ▲정보·전자 분야 19건 ▲융합기술 분야 10건 ▲순수기초·인프라 분야 9건의 우수성과가 선정됐다.

양자 정보의 기본 단위인 ‘큐비트’를 상온에서 만들 수 있는 새로운 양자 소재가 개발됐다. 새로 개발된 양자 소재로 기존 상온 동작 고체 큐비트 시스템의 고질적 문제인 신뢰성과 효율성 문제를 극복해 냈다. 현재 영하 270도의 극저온에만 작동하는 양자컴퓨터와 달리 상온에서도 쓸 수 있는 양자 컴퓨터 개발 전망이 한층 더 밝아졌다. UNIST(총장 이용훈) 물리학과 김제형 교수팀은 고체 양자 시스템(큐비트 생성 시스템)에서 발생하는 포논(진동입자)의 간섭 문제와 광원 밝기 문제를 동시에 해결하는 기술을 개발했다. 김제형 교수는 “다이아몬드 같은 고품질 정제 단결정 소재 대신 철물점에서 흔히 보는 저품질 다결정 소재를 활용한 역발상으로 기존보다 높은 신뢰성, 속도, 효율을 갖는 상온 양자 시스템을 만들 수 있어 학술적으로도 주목 받고 있다”고 설명했다. 고체 내 점 결함은 고체 시스템에서 만드는 대표적인 큐비트이다. 원자가 빠진 점 결함의 전자 스핀(spin) 이나 점 결함이 만든 빛 입자(광자)를 광학 큐비트로 활용하는 방식이다. 상온에서 작동하는 것이 큰 장점이다. IBM 등에서 연구하는 초전도 양자 시스템, 이온 트랩 양자 시스템 등은 영하 270 정도의 극저온에서만 작동한다. 하지만 기존 고체 점 결함 기반 큐비트 시스템은 고체 내부의 포논과 불필요한 상호작용을 하는 간섭 문제와 낮은 광 추출 효율 때문에 정보의 신뢰성과 효율 측면에서 한계가 있었다. 그림1. 면결함 내에 위치한 점 결함에서 나오는 빛의 파장과 밝기 분석. 파장 선폭이 좁을 수록 포논의 간섭이 적음을 의미한다. 연구팀은 단결정 벌크형 소재 대신, 다결정 나노 소재인 탄화실리콘(SiC) 나노선(nanowire)을 시스템 재료로 사용해 이와 같은 문제를 해결했다. 연구진은 다결정 나노 소재가 기존 정제 단결정 소재와 달리 면 결함이 많다는 점에 주목했다. 점 결함이 면 결함 내에 자리 잡으면 포논에 의한 불필요한 간섭이 줄어드는 원리다. 결함으로 결함을 제어하는 ‘이이제이 시스템’인 셈이다. 또 정제 단결정 벌크 소재와 달리 나노구조는 광방출에 유리해 밝기가 크게 밝아지는 장점도 있다. 실험 결과 기존 고품질 단결정 시료보다 30배 이상 밝고 좁은 선폭을 갖는 빛을 확인했다. 빛 파장의 선폭이 좁을수록 포논 간섭 현상이 줄어듦을 의미한다. 김제형 교수는 “소재 제작과 측정 기술의 발달로 고체 점 결함 기반 양자 시스템 연구에는 진전이 있었지만, 점 결함 고유 특성을 제어하는 것은 난제로 남아있었다” 며 “기존 상식을 깨고 저품질 소재에 흔한 면 결함으로 점 결함의 특성을 제어하는 새로운 접근법을 제시했다”고 연구 의미를 설명했다. 김 교수는 이어 “이 기술로 상온에서도 기존보다 높은 신뢰성과 효율, 속도를 갖는 양자 컴퓨터, 양자 통신, 센서와 같은 양자 정보 시스템을 확보할 수 있을 것”이라고 기대했다. 이번 연구결과는 세계적인 학술지 나노레터스(Nano Letters) 10월 22일자 온라인 속보로 게재됐다. 연구지원은 한국연구재단의 양자컴퓨팅기술개발사업, 정보통신기획평가원의 대학ICT 연구센터 육성지원사업을 통해 이뤄졌다.

“미래 화학 탐험가로 성장하고 싶은 학생들 다 모여라!” UNIST가 ‘2021 UNIST×무한상상실 미래 화학 탐험가 프로그램’의 참가자를 모집한다. 대상은 부산, 울산, 경남 지역의 중학생과 고등학생이다. 미래 화학 탐험가 프로그램은 탄소중립 실현과 수소산업 생태계 조성에 꼭 필요한 차세대 화학 인재를 육성하기 위해 추진되는 프로그램이다. 한국과학창의재단이 지원하며, UNIST 화학과가 운영을 맡았다. 프로그램은 화학 핵심 역량을 강화하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 화학 강연과 실험, UNIST 투어 등이 제공된다. 학년별로 참가할 수 있는 다양한 프로그램이 준비되어 있다. 참가자들은 UNIST 캠퍼스를 방문해 원 데이(1 Day) 캠프 방식으로 참가한다. 참가신청은 소속 학교를 통해서 할 수 있다. 고등학생은 오는 7일(일)까지, 중학생은 21일(일)까지 신청기간이다. 자세한 프로그램 정보는 소속 중, 고등학교에서 확인 가능하다. 참가자로 선발되면 별도의 참가비 없이 프로그램에 참가할 수 있다. 유자형 UNIST 화학과 학과장은 “새로운 시대가 찾아오면서 첨단 화학 연구의 중요성과 필요성은 점차 높아지고 있다”며 “중, 고등학생들에게 이런 미래를 소개하고, 경쟁력 있는 화학자로 성장하도록 돕는데 UNIST 화학과가 앞장서겠다”고 말했다.

그 간 이론적 존재 가능성만 확인됐던 활성 중간체가 실험을 통해 최초로 확인됐다. 이 물질은 성 호르몬을 바꾸는 화학반응(탈포밀화 반응)의 중간 단계 물질로, 빠르게 생겼다 사라져 포착이 어려웠다. 실험에서는 탈포밀화 반응의 새로운 화학반응 경로도 밝혀냈다. 탈포밀화 반응을 촉진하거나 늦추는 방식을 통한 성 호르몬 조절 약물 등의 개발에 도움이 될 전망이다. UNIST(총장 이용훈) 화학과 조재흥 교수팀은 알데하이드 탈(脫)포밀화 반응 의 활성 중간체인 ‘퍼옥시헤미아세탈 복합체’를 분리해내는 데 성공했다. 탈포밀화 반응은 알데하이드계 물질의 포밀기 부분이 분리되는 화학반응이다. 남성호르몬이 여성호르몬으로 바뀌는 등의 주요 생체 대사, 원유 정제 과정 중 알데하이드를 휘발유나 천연가스로 변환하는 화학공정에서 탈포밀화 반응이 일어난다. 연구팀은 생체효소 모방 물질인 ‘코발트-퍼옥소종’을 이용해 분리 가능한 ‘코발트-퍼옥시헤미아세탈 복합체’를 합성해 냈다. 저온실험으로 코발트-퍼옥소종과 알데하이드를 반응시켜 코발트-퍼옥시헤미아세탈 복합체를 분리해 내고, 이 복합체의 각종 분광학적 특성을 최초로 분석했다. 그림1. 퍼옥시헤미아세탈 복합체 생성 단계를 거쳐 진행되는 알데하이드 탈포밀화 반응 도식 특히, 분석을 통해 퍼옥시헤미아세탈 복합체가 기존 제안된 이론과는 다른 방식으로 생성된다는 사실을 밝혀냈다. 실제 분리된 복합체를 분석한 결과 알데하이드의 카보닐기 부위가 코발트-퍼옥소종이 이루는 산소-산소 결합 사이에 삽입되는 방식으로 복합체가 만들어졌다. 기존에는 코발트-퍼옥소종이 카보닐작용기 부위를 공격해 복합체가 형성된다고 알려져 있었다. 조재흥 교수는 “주요 생리대사 반응인 탈포밀화 반응의 중간체를 최초 분리해 그 특성을 알아냈을 뿐만 아니라 이론적으로 제시됐던 기존 반응 경로와는 또 다른 반응 경로를 확인했다는 점에서 학술적으로 큰 의미가 있다”고 설명했다. 조 교수는 이어 “향후 호르몬의 전환을 조절하는 연구나 원유 정제 과정 중 알데하이드를 가스나 휘발유로 바꾸는 생체효소 모방 촉매 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다. 한편, 연구팀은 네덜란드 라드바우드대(Radboud University) 로이토바(J.Roithová) 교수팀과 함께 극저온 분석과 계산화학 기법을 통해 중간체 생성 반응경로를 이전에 제시된 경로와 비교 분석하는 연구도 수행했다. 이번 연구는 조재흥 교수 연구팀 손영진 학생(DGIST 파견연구원)이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 화학분야 저명 국제학술지인 ‘미국화학회 골드지(JACS Au)’에 10월 6일자로 온라인 게재됐다. 연구 수행은 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)의 지원으로 이뤄졌다.

*본 글은 2021년 8월 13일 고등과학원(KIAS)에서 발간하는 웹진 'HORIZON'에 “이타성이 호모 사피엔스를 구원하리라”라는 제목으로 실린 것입니다. | HORIZON 바로가기 스코틀랜드 하이랜드Highlands의 굽고 좁은 산길을 따라 차를 몰다 보면 한동안 맞은편에 차량이 지나갈 때마다 오른쪽 안면이 시큰거림을 느낀다. 내 차는 부지불식 간에 길의 왼편으로 붙으려 하고, 때로 덩치 큰 트럭이나 버스와 교행할라치면 왼쪽 바퀴들이 포장된 노면과 흙길의 경계를 들락거리기도 한다. 비슷하게 좁고 굽은 알프스의 산길을 지날 때 왼쪽 안면 신경이 과민반응한 적이 있었던가? 느끼지 못했던 불편이다. 자연의 섭리에 좌우가 따로 없으니, 옛 영연방이나 일본 사람들이 우측통행을 하는 나라를 여행할 때도 아마 비슷한 불편을 겪으리라 짐작한다. 이제 시야가 트인 한적한 왕복 2차로. 나직이 깔린 구름 아래 언덕을 아스라이 내려오던 세단의 형체가 드러나고 드디어 서로의 눈빛이 교차하는 순간. 핸들에 걸쳐 있던 왼손의 네 손가락이 손목을 지렛대 삼아 올라간다. 대뇌가 모르게 일어난 일인 듯 싶다. 무조건 반사에 가까운 손가락 인사에 간발의 시차를 두고 반사되어 오는 ‘쿨’한 장풍. 이 연대감의 정체는 무엇인가? 만국의 운전자여 단결하라? 묘하게 마음이 따뜻해지는 짧은 조우를 뒤로하며 문득 밀려오는 생각. 맞은편 차량과 내 차의 상대속도는 어림잡아 시속 이백 킬로미터. 만약 맞은편 운전자의 운전이 태만하여 중앙선을 넘어온다면? 갑자기 걸려온 전화에 정신을 빼앗기거나 장시간 운전에 졸기라도 한다면? 그리하여 순식간에 내가 이 세상을 하직해야 한다면? 일상적으로 거기까지 생각이 미친다면 아마 상담을 받아봐야겠지만 그렇다고 그런 일이 아주 없는 것은 아니지 않은가. 어디에나 있지만 느끼지 못하는 공기처럼, 사실 우리는 일상적으로 타인과의 신뢰와 협동 속에서 살아간다. 물론 매체를 통해 접하는 세상사의 전형은 무너진 신뢰에 관한 아름답지 못한 이야기들이고, 인류의 역사는 말세를 향하여 꾸준히 악화가 양화를 구축해 가는 과정인 듯 보이기도 한다. 그렇지만 생사의 문턱이 될 수도 있는 왕복 2차로의 밤길을 재촉해 달리면서도, 맞은편에서 다가오는 불빛을 대부분의 사람들이 무감하게 넘기며 사는 일상은 어떻게 해석해야 할까? 초창기의 다윈은 사회를 이루고 사는 동물들에 만연한 협동cooperation과 이타성altruism을 자신의 진화이론을 위협하는 요소로 파악한 듯하다. 정작 다윈 자신은 쓴 적이 없는 ‘적자생존’ 같은 말로 진화론을 단순화하고, 『이기적 유전자』의 방점을 저자의 의도와 달리 ‘이기적’에 찍다 보면, 진화론은 약육강식과 유전자결정론을 정당화하고, 정치적 올바름이 결여된 우생학의 프로파간다가 되기도 한다. 자연현상에 가치론적 맥락을 부여하는 것으로부터 시작되는 성급한 일반화의 폐해는 특히 진화론의 언저리에 드물지 않다. 하지만 생물권biosphere에 만연한 협동의 사례에서 보는 것처럼 사실 협동은 그리 ‘해롭지’도 않고 협동하고 희생하는 종이 늘 도태되는 것도 아니다. 그림1 존 버든 샌더스 홀데인 | Wikipedia 협동의 발현? 그런데 이런 ‘촉촉’하고 ‘흐느적흐느적’한 이야기가 과학적 탐구의 영역에 들 수 있을까? 자연선택의 관점에서 일견 해롭기만 할 것 같은 협동, 희생, 이타성 같은 형질이 긴 진화의 시간 속에서 어떻게 살아남았나를 과학의 문제로 들여다본 선구자 중에는 피셔R.A. Fisher, 라이트Sewall Wright 등의 이론가들과 함께 집단유전학을 정초한 이튼Eton 출신의 걸물 홀데인J.B.S. Haldane이 있다. 효소학enzymology을 반응속도론의 정량적 반석 위에 올려놓은 미카엘리스-멘튼Michaelis-Menten 방정식[1]을 덜 제한된 근사로 일반화한 브릭스-홀데인Briggs-Haldane[2]의 바로 그 홀데인이다. 홀데인은 유전학자, 생화학자로 영국왕립학회 펠로우였으나 공식적인 학위는 없었고 정치적으로도 자유분방한 영혼이었으며, 같은 이유로 영국정부에는 성가신 존재였다. 그는 인도로 건너가 인도 시민으로 생의 마지막 8년을 보내는 동안 체외수정, 유전자 클로닝의 기본 아이디어를 제안했고, 심지어 자신을 대상으로 한 숱한 생체실험을 통해 당뇨, 파상풍 치료법을 개발하였으며 과학저술을 통해 대중과 소통하는 데에도 발군의 기여를 하였다 한다.1 물에 빠진 이가 ‘내 형제 둘이거나 사촌 여덟 명’이라면 기꺼이 자신의 목숨을 던져서라도 구하겠다는 그의 어록은 프라이스George Price의 수학적 정식화에 힘입어 해밀튼William D. Hamilton의 포괄적합도inclusive fitness 개념의 기반을 제공하였고, 메이나드 스미스John Maynard Smith, 도킨스Richard Dawkins 등으로 이어지면서 유전자 중심의 진화를 현대진화이론의 주류로 자리매김하는 데 두루 기여하였다. 1 1964년 12월 2일 자 뉴욕타임스에 실린 장문의 부고는 그가 살아낸 인생의 폭과 기백을 어렴풋이나마 짐작케 해준다. 다시 원래의 이야기로 돌아가 보자. 우리는 왜 협동하는가? 현대진화이론과 사회생물학, 게임이론 등의 논의를 종합하여 일찍이 하버드의 이론생물학자 노왁Martin Nowak은 협동이 일어나는 다섯 가지 메커니즘을 2006년 <사이언스>의 총설 논문에서 정리한 바 있다.[3] 첫 번째와 두 번째는 ‘그대의 등을 긁어줄 테니 내 등을 긁어주오’와 같은 직접적인 호혜성direct reciprocity, 그리고 ‘네가 선을 베풀면 사람들이 선한 자를 알아볼 것’이라는 평판을 통한 간접적 호혜성indirect reciprocity이다. 일견 자명한 원리처럼 들리지만 중추신경계가 발달하지 못한 원생동물이나 인지능력을 기대하기 힘든 단세포생물의 경우에는 그리 자명한 일이 아닐 수 있다. 아마도 자연스러운 것은 직·간접적 호혜성이 언어의 기원과 밀접하게 연동되고 호모사피엔스의 강력한 뇌의 출현에도 산파 역할을 했으리라는 추론일 것이다. 협동의 메커니즘을 정량적으로 이해하기 위한 정량적 모형연구의 중심에 게임이론Game Theory이 있다. 특히 1980년대에 정치학자 악셀로드Robert Axelrod가 주관했던 전략경연[4]을 통해 반복되는 죄수의 딜레마repeated Prisoner’s Dilemma 게임에서 누적된 보수payoff를 최적화하는 문제가 널리 관심을 끌었고 이에 대한 실용적 탐구는 정치·경제학은 물론 사회과학 전반에 영향을 미쳤다. 음악가이자 수리생물학자인 라포포트Anatol Rapoport가 제출한 ‘맞받아치기Tit for Tat’ 전략이 이때 유명세를 탔고, 얼핏 듣기에 가차 없는 복수의 함무라비 법전이 협동과 이타성이 진화할 수 있는 조건과 관련이 된다는 역설적인 사실도 알려졌다. 게임이론은 또한 군비경쟁과 상존하는 지정학적 갈등에 새로운 통찰을 제공하였고, 총기 규제, 백신 공포, 반독점규제의 전략 차원에서도 활발히 논의되었다.[5] 표 진화게임이론evolutionary game theory으로 정식화된 협동의 진화를 위한 다섯 가지 메커니즘. b는 협동하는 타인으로부터 얻게 되는 이득으로 타인에 의해 주어지고 c는 협동하는 이가 치르는 대가로 본인의 협동 여부에 의해 부과됨. w: 상호작용하는 개체들끼리 재회할 확률, q: 상대의 평판에 대해 인지하고 있을 확률, r: 유전적 근연도relatedness (부모-자식 간, 형제 간은 1/2, 사촌 간은 1/8). g: 집단의 크기, G: 집단의 갯수, k: 상호작용하는 이웃의 수 | 김철민 사실 호혜성에 기반한 협동의 발현과 정착을 위한 전략 연구는 꾸준히 외연을 넓혀 왔다. 최근에는 계산자원과 수치연구 역량의 가파른 증가에 힘입어 훨씬 더 정교하면서도 직관적인 해석이 가능한 협동의 전략들을 모색할 수 있게 되었다. 이를테면 과거 n번의 조우를 기억하는 반복된 죄수의 딜레마 게임에서 취할 수 있는 전략의 경우의 수는 2(2x2)n가지이므로 단지 세 번의 내력만 기억한다 해도 264 ≅ 1019개의 선택지가 주어지는 셈이니, 우선 그 계산의 복잡도computational complexity에 주눅 들게 된다. 하지만 최근에는 한·일의 촉망받는 연구자들이 슈퍼컴퓨팅을 활용한 공동연구를 통해 다양한 환경에서 협동을 발현하는 극소수의 ‘우호적경쟁friendly rivalry’ 전략을 발굴하여 주목받기도 하였다.[6] 협동의 진화를 가능케 하는 세 번째와 네 번째 메커니즘은 2010년 <네이처> 지면을 통해 드러난 진화생물학계의 ‘내전’, 즉 혈연선택kin selection과 집단선택group selection 간의 살벌하기까지한 논쟁에 관한 것이다.[7] 다만 여기서 집단선택은 1960년대 윈-에드워즈V.C. Wynne-Edwards등이 주축이 된 구-집단선택론2과 구분되기 때문에 다수준선택multilevel selection이라 일컫기도 한다. 해밀튼W. Hamilton의 포괄적합도이론에 의해 확립된 혈연선택은 메이나드 스미스, 윌리엄스G. Williams, 트리버스R. Triverse와 도킨스를 거치면서 진화적 선택이 이루어지는 단위로서의 유전자(‘이기적’ 유전자) 개념을 확립하였다. 그리하여 이미 1970년대 중반이면 구-집단선택론은 깨끗이 ‘극복’되고 이런 혁명의 기운 속에서 집단선택에 대한 언급은 불온시 되고 반동의 취급을 받는다. 2 종과 같은 집단이 선택의 단위가 될 수 있어서 개체들이 집단의 이익을 위해 행동하도록 진화하였다는 가설이다. 대부분 개체 수준에서 선택된 형질이 결과적으로 집단의 번성에도 기여했다고 보는 것이 타당하므로 일찌감치 논박되었다. 분명 혈연선택은 희생적이고 영웅적인 행위들을 자연선택의 기반 위에서 이해할 수 있는 이론적 틀을 제공한다. 혈연은 잠재적으로 내 유전자의 대물림에 기여해줄 유전자 공동체이다. 비록 나에게 당장은 손해가 나더라도, 혈연을 도움으로써 내 유전자의 복제본이 더 많이 널리퍼져 나가는 데 도움이 된다면, 결과적으로 혈연을 돕게 하는 유전자가 자연선택을 통해 다음 세대로 전해질 가능성은 높아진다. 말인 즉 유전자의 ‘이기성’이 개체의 이타성을 가능케 한다는 소리인데, 이 비유적 표현이 적어도 일반 대중 독자들에게는 적지 않은 혼란의 원천이 되기도 한다. 잉크 방울이 물속에서 확산하는 현상을 설명하기 위해 잉크 분자들이 공간에 고루 퍼져 있으려 한다고 말하면 어떨까? ‘엔트로피’나 ‘자유에너지’를 들먹이면 조금 더 건조하고 엄밀한 설명을 할 수는 있겠지만, 앞의 설명을 두고 분자들이 농도 구배를 없애기 위해 목적 의식적으로 움직인다고 해석할 여지는 없어 보인다. ‘이기적’이라는 형용사로 유전자를 의인화할 때에도 마찬가지 수준의 비유가 적용된다. 혈연이라는 유전자 공동체의 이익을 위해 개체가 희생을 감내하는 행동특성이 유전자에 쓰여 있어 대물림되면 결과적으로 그 유전자를 공유하는 개체의 진화적 성공으로 나타난다는 뜻이지 뉴클레오타이드 사슬이 자기복제라는 목표를 위하여 결연한 의지를 갖고 개체를 조종한다는 뜻은 아닐 것이다. 변이와 선택이 빚어내는 진화의 양상은 결국 집단 내에서 유전자 수준의 빈도 경쟁으로 나타나고, 이것이 오랜 시간에 걸쳐 생명의 진화를 빚어낸 자연의 논리임을 통찰하고 정식화한 이가 바로 도킨스이다.[8] 한편 집단선택은 1960년대에 이미 폐기된 구舊버전은 논외로 하더라도 이야기가 그리 간단치 않다. 이미 고전이 된 『이기적 유전자』를 통해 도킨스가 개체니 집단이니 하는 것은 덧없는 운반자vehicle일 뿐, 자연선택의 단위는 불멸하는 복제자인 유전자임을 확립한 것이 1976년. 그 직전 해인 1975년에 야심 차게도 젊은 윌슨D.S. Wilson(사회생물학의 거두 윌슨E.O. Wilson이 아닌)은 이미 주류이론이 된 혈연선택에 맞서 신-집단선택으로 대안적 이론을 시도했다.[9] 하지만 너무도 탁월한 도킨스의 업적이 드리운 그늘이라고 해야 할까, 이후 도그마의 반열에 올라버린 유전자 중심의 혈연선택 진영은 ‘집단’이란 말만 들어도 알레르기에 가까운 거부반응을 보였는데[10], 당대 최고의 고생물학자 중 한 사람인 굴드S.J. Gould도 자신이 이런 반지성적 분위기의 피해자였음을 저서를 통해 통탄했던 적이 있다.3 3 “I have never witnessed a more distressing bandwagon in science, or seen any idea of such salutary origin pushed so far in the direction of thoughtless orthodoxy”[11] 꾸준히 저변을 넓혀가던 신-집단선택 진영은 드디어 2010년 혈연선택의 핵심이론인 포괄적합도 이론의 쓸모없음을 공격하며 본격적인 ‘내전’을 도발하기에 이른다. 도발자 중의 한 사람은 공교롭게도 사회생물학의 창시자이자 오랫동안 실증연구를 통해 혈연선택을 옹호해온 하버드의 윌슨이었다. 사실 그의 ‘배신’은 진즉부터 예견된 것이었는데[12,13], 자칭 ‘상아탑의 선동가’ 역할을 마다하지 않던 윌슨이 예의 그 반역의 깃발을 들었던 것이다. 그리하여 새로운 깃발 아래 집단선택은 논쟁의 한 가운데로 돌아왔고 이런 일련의 흐름은 후성(혹은 후생) 유전학epigenetics의 부상과 함께 재조명되고 있는 라마르크J.-B. Lamarck와 용불용설用不用說의 경우를 보는 듯한 기시감을 준다. 하지만 돌아온 써머스비4가 과연 옛날의 그 써머스비였나? 사실은 그렇지 않다는 것이 혈연선택 진영을 그토록 귀 닫고 눈 가리게 했던 측면이다. 혈연선택을 떠받치고 있는 포괄적합도 이론, 또한 포괄적합도 수식화의 기반이 된 프라이스 방정식이 동어반복tautology 이상이 아니라는[14] 도발에 대해 혈연선택 진영은 여전히 신-집단선택이라는 것도 결국 해밀튼이 이미 다 해놓은 이야기의 부차적 설명일 뿐이라는 입장인 듯하다. 필자를 포함한 구경꾼들은 목하 먼지가 가라앉기를, 미네르바의 부엉이가 날아오를 황혼이 내리기를 기다리는 중. 과학적 근거가 결여된 필자의 사심일 뿐이지만, 겨우 “피는 물보다 진하다”가 호모 사피엔스에게 던져진 구원의 최대치일까? 4 리처드 기어, 조디 포스터 주연의 1993년 영화 <써머스비>. 남북전쟁에 나가 행방불명이던 남편 써머스비가 6년 만에 고향으로 돌아왔지만 과연 돌아온 그가 옛날의 그인지에 대한 진실공방이 주된 플롯을 이룬다. 마지막으로, 공간적 호혜성spatial reciprocity은 상호작용하는 개체들 간의 공간적 분리와 유유상종의 뭉침과 관련이 있다. 표면장력을 줄이기 위해 계면이 최소화되는 것처럼, 협력자들은 영리한 전략 없이도 단지 뭉쳐 있음으로써 배신자들의 착취를 이겨낼 수 있게 되고, 마침내 협동은 진화의 시간에 걸쳐 대물림되고 살아남을 가능성을 획득한다. 그림2 공간적 호혜성: 협동을 위한 반독점 전략. 붉은색 노드는 허브hub, 푸른색은 허브들이 공유하고 있는 이웃 노드. 강한 양/음의 동류성assortativity(연결된 노드들의 연결선 수 사이의 피어슨 상관계수)을 갖는 왼쪽/오른쪽 그래프는 허브들이 공유하는 이웃의 수에서 확연히 대비된다. 허브들 간에 공유된 이웃이 많다는 것은 착취의 유혹에 취약한 허브들의 배신이 연결망 전체로 전파될 개연성을 키우므로 결과적으로 연결망의 동류성assortativity과 협동의 발현은 강한 음의 상관관계를 보인다.[15] 사실 생명체를 포함한 모든 물리적 대상이 (시)공간이라는 구속조건으로부터 자유로울 수 없는 이상, 저마다의 개체들이 관계를 맺고 상호작용하는 대상들의 공간적 분포는 필연적으로 이질성을 띨 수밖에 없다. 지리, 식생과 같은 환경요인도 있겠지만 개체들의 행동이 빚어내는 확률과정의 통계는 기본적으로 꼬리가 긴 분포를 나타내고 대개 균일함으로부터 크게 벗어나 있다. 일반적으로 연결망의 밀도가 높아지면 시스템은 ‘작은 세상Small World’이 되고 정보와 물질의 이동은 촉진된다. 특별히 축척이 없는scale-free, 혹은 연결선의 수가 멱급수power-law 분포를 따르는 연결망에서는 같은 연결선 밀도를 갖는 정규그래프regular graph나 랜덤그래프random network에 비해 마구잡이 오작동에 대한 ‘면역’이나 복원력은 커진다. 하지만 그와 동시에 전염병이나 가짜뉴스의 확산, 의도된 공격에 대한 시스템의 취약성도 높아지는데, 사회적 그물망에서의 이타성 발현에 대해서도 같은 직관을 적용할 수 있다. 상호작용을 주고 받는 개체 간의 연결망이 더욱 촘촘해질수록 타인의 선의를 이용만 하려는 배신자가 직접적으로 협력자들을 착취할 수 있게 되어 협력자들의 ‘공동체’는 진화적 안정성을 잃는다. 반대로 말하자면, 인구집단의 공간적 구조가 상호작용의 대상을 국한할 때 협력자들은 무리를 이루어 스스로를 보호할 수 있게 된다. 더 나아가 사회적 그물망에서의 연결선의 밀도가 일정한 상황이라도 실질적인 연결선의 분포 양상, 즉 연결확률분포의 고차 모멘트값이 달라지면 협력자들의 진화적 운명은 달라질 수 있다. 심층강화학습deep reinforcement learning을 활용한 최근의 연구가 보여주는 공간적 호혜성의 또 다른 발현양상은, 그물망의 구조가 협동의 발현을 돕고 다시 협력자들이 그물망을 협력자-친화적으로 재구축하는 선순환적 공진화의 가능성이다.[15] 물질세계에서 굳이 비유를 찾자면, 고분자전해질 수용액에서 반대이온의 전하밀도파를 매개로 하는 동종 전하 사이의 인력, 혹은 포논phonon과의 상호작용을 통해 전자들이 정전기적 밀침을 극복하고 쿠퍼쌍Cooper pair을 이루는 상황을 떠올릴 수 있다. 합리성으로 무장한 경제주체들 사이에서 일어나는 이런 동화 같은 창발성emergence이 생태계에서 얼마나 주된 협동의 작동방식인지는 실증이 필요한 문제이지만, 적어도 그 가능성은 적잖은 영감을 불러일으킨다. 그리하여 이제 다시 하이랜드의 굽고 좁은 산길. 어느덧 해가 지고 어둠이 내린다. 저만치에서 달려오는 불빛은 서로를 위협하는 불빛이 아니라 서로의 안녕을 바라고 공존을 도모하는 호모 사피엔스 간의 연대의 불빛이다. 참고문헌 1. Michaelis L, Menten M, Die Kinetik der Invertinwirkung, Biochem. Zeit. 49, 333-369 (1913). 2. Briggs GE, Haldane JBS, A note on the kinetics of enzyme action, Biochem. J. 19, 338-339 (1925). 3. Nowak MA, Five rules for the evolution of cooperation. Science 314, 1560-63 (2006). 4. Axelrod R, The Evolution of Cooperation, Basic Books, ISBN 0-465-02122-0 (1984). 5.백승기, 김범준, 최정규, 게임이론과 통계물리학, <물리학과 첨단기술> 2007년 10월호 pp.19-21. 6.Murase Y, Baek SK, Five rules for friendly rivalry in direct reciprocity, Sci. Rep. 10, 16904 (2020); Murase Y, Baek SK, Friendly-rivalry solution to the iterated n-person public-goods game, PLoS Comput. Biol. 17(1): e1008217 (2021). 7.Nowak MA, Tarnita CE, Wilson EO. The evolution of eusociality, Nature 466: 1057-62 (2010). 8.Dawkins R, Selfish Genes, Oxford University Press (1976). 9.Wilson DS, A theory of group selection, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72, 143-146 (1975). 10.Borrello ME, The rise, fall and resurrection of group selection, Endeavour 29, 43-47 (2005). 11.Gould SJ, The Structure of Evolutionary Theory, Harvard University Press (2002). 12.Wilson EO, Kin selection as the key to altruism: its rise and fall, Soc. Res. 72, 159-166 (2005). 13.Wilson DS, Wilson EO, Rethinking the theoretical foundation of sociobiology, Quart. Rev. Biol. 82, 327-348 (2007). 14.Nowak MA, Highfield R, SuperCooperators: Altruism, Evolution, and Why We Need Each Other to Succeed, Free Press (2011). 15.Yang H, Ghim CM, Structural antitrust: facilitated altruism in disassortative populations, Manuscript unpublished.

*본 글은 2021년 8월 13일 고등과학원(KIAS)에서 발간하는 웹진 'HORIZON'에 “이타성이 호모 사피엔스를 구원하리라”라는 제목으로 실린 것입니다. | HORIZON 바로가기 스코틀랜드 하이랜드Highlands의 굽고 좁은 산길을 따라 차를 몰다 보면 한동안 맞은편에 차량이 지나갈 때마다 오른쪽 안면이 시큰거림을 느낀다. 내 차는 부지불식 간에 길의 왼편으로 붙으려 하고, 때로 덩치 큰 트럭이나 버스와 교행할라치면 왼쪽 바퀴들이 포장된 노면과 흙길의 경계를 들락거리기도 한다. 비슷하게 좁고 굽은 알프스의 산길을 지날 때 왼쪽 안면 신경이 과민반응한 적이 있었던가? 느끼지 못했던 불편이다. 자연의 섭리에 좌우가 따로 없으니, 옛 영연방이나 일본 사람들이 우측통행을 하는 나라를 여행할 때도 아마 비슷한 불편을 겪으리라 짐작한다. 이제 시야가 트인 한적한 왕복 2차로. 나직이 깔린 구름 아래 언덕을 아스라이 내려오던 세단의 형체가 드러나고 드디어 서로의 눈빛이 교차하는 순간. 핸들에 걸쳐 있던 왼손의 네 손가락이 손목을 지렛대 삼아 올라간다. 대뇌가 모르게 일어난 일인 듯 싶다. 무조건 반사에 가까운 손가락 인사에 간발의 시차를 두고 반사되어 오는 ‘쿨’한 장풍. 이 연대감의 정체는 무엇인가? 만국의 운전자여 단결하라? 묘하게 마음이 따뜻해지는 짧은 조우를 뒤로하며 문득 밀려오는 생각. 맞은편 차량과 내 차의 상대속도는 어림잡아 시속 이백 킬로미터. 만약 맞은편 운전자의 운전이 태만하여 중앙선을 넘어온다면? 갑자기 걸려온 전화에 정신을 빼앗기거나 장시간 운전에 졸기라도 한다면? 그리하여 순식간에 내가 이 세상을 하직해야 한다면? 일상적으로 거기까지 생각이 미친다면 아마 상담을 받아봐야겠지만 그렇다고 그런 일이 아주 없는 것은 아니지 않은가. 어디에나 있지만 느끼지 못하는 공기처럼, 사실 우리는 일상적으로 타인과의 신뢰와 협동 속에서 살아간다. 물론 매체를 통해 접하는 세상사의 전형은 무너진 신뢰에 관한 아름답지 못한 이야기들이고, 인류의 역사는 말세를 향하여 꾸준히 악화가 양화를 구축해 가는 과정인 듯 보이기도 한다. 그렇지만 생사의 문턱이 될 수도 있는 왕복 2차로의 밤길을 재촉해 달리면서도, 맞은편에서 다가오는 불빛을 대부분의 사람들이 무감하게 넘기며 사는 일상은 어떻게 해석해야 할까? 초창기의 다윈은 사회를 이루고 사는 동물들에 만연한 협동cooperation과 이타성altruism을 자신의 진화이론을 위협하는 요소로 파악한 듯하다. 정작 다윈 자신은 쓴 적이 없는 ‘적자생존’ 같은 말로 진화론을 단순화하고, 『이기적 유전자』의 방점을 저자의 의도와 달리 ‘이기적’에 찍다 보면, 진화론은 약육강식과 유전자결정론을 정당화하고, 정치적 올바름이 결여된 우생학의 프로파간다가 되기도 한다. 자연현상에 가치론적 맥락을 부여하는 것으로부터 시작되는 성급한 일반화의 폐해는 특히 진화론의 언저리에 드물지 않다. 하지만 생물권biosphere에 만연한 협동의 사례에서 보는 것처럼 사실 협동은 그리 ‘해롭지’도 않고 협동하고 희생하는 종이 늘 도태되는 것도 아니다. 그림1 존 버든 샌더스 홀데인 | Wikipedia 협동의 발현? 그런데 이런 ‘촉촉’하고 ‘흐느적흐느적’한 이야기가 과학적 탐구의 영역에 들 수 있을까? 자연선택의 관점에서 일견 해롭기만 할 것 같은 협동, 희생, 이타성 같은 형질이 긴 진화의 시간 속에서 어떻게 살아남았나를 과학의 문제로 들여다본 선구자 중에는 피셔R.A. Fisher, 라이트Sewall Wright 등의 이론가들과 함께 집단유전학을 정초한 이튼Eton 출신의 걸물 홀데인J.B.S. Haldane이 있다. 효소학enzymology을 반응속도론의 정량적 반석 위에 올려놓은 미카엘리스-멘튼Michaelis-Menten 방정식[1]을 덜 제한된 근사로 일반화한 브릭스-홀데인Briggs-Haldane[2]의 바로 그 홀데인이다. 홀데인은 유전학자, 생화학자로 영국왕립학회 펠로우였으나 공식적인 학위는 없었고 정치적으로도 자유분방한 영혼이었으며, 같은 이유로 영국정부에는 성가신 존재였다. 그는 인도로 건너가 인도 시민으로 생의 마지막 8년을 보내는 동안 체외수정, 유전자 클로닝의 기본 아이디어를 제안했고, 심지어 자신을 대상으로 한 숱한 생체실험을 통해 당뇨, 파상풍 치료법을 개발하였으며 과학저술을 통해 대중과 소통하는 데에도 발군의 기여를 하였다 한다.1 물에 빠진 이가 ‘내 형제 둘이거나 사촌 여덟 명’이라면 기꺼이 자신의 목숨을 던져서라도 구하겠다는 그의 어록은 프라이스George Price의 수학적 정식화에 힘입어 해밀튼William D. Hamilton의 포괄적합도inclusive fitness 개념의 기반을 제공하였고, 메이나드 스미스John Maynard Smith, 도킨스Richard Dawkins 등으로 이어지면서 유전자 중심의 진화를 현대진화이론의 주류로 자리매김하는 데 두루 기여하였다. 1 1964년 12월 2일 자 뉴욕타임스에 실린 장문의 부고는 그가 살아낸 인생의 폭과 기백을 어렴풋이나마 짐작케 해준다. 다시 원래의 이야기로 돌아가 보자. 우리는 왜 협동하는가? 현대진화이론과 사회생물학, 게임이론 등의 논의를 종합하여 일찍이 하버드의 이론생물학자 노왁Martin Nowak은 협동이 일어나는 다섯 가지 메커니즘을 2006년 <사이언스>의 총설 논문에서 정리한 바 있다.[3] 첫 번째와 두 번째는 ‘그대의 등을 긁어줄 테니 내 등을 긁어주오’와 같은 직접적인 호혜성direct reciprocity, 그리고 ‘네가 선을 베풀면 사람들이 선한 자를 알아볼 것’이라는 평판을 통한 간접적 호혜성indirect reciprocity이다. 일견 자명한 원리처럼 들리지만 중추신경계가 발달하지 못한 원생동물이나 인지능력을 기대하기 힘든 단세포생물의 경우에는 그리 자명한 일이 아닐 수 있다. 아마도 자연스러운 것은 직·간접적 호혜성이 언어의 기원과 밀접하게 연동되고 호모사피엔스의 강력한 뇌의 출현에도 산파 역할을 했으리라는 추론일 것이다. 협동의 메커니즘을 정량적으로 이해하기 위한 정량적 모형연구의 중심에 게임이론Game Theory이 있다. 특히 1980년대에 정치학자 악셀로드Robert Axelrod가 주관했던 전략경연[4]을 통해 반복되는 죄수의 딜레마repeated Prisoner’s Dilemma 게임에서 누적된 보수payoff를 최적화하는 문제가 널리 관심을 끌었고 이에 대한 실용적 탐구는 정치·경제학은 물론 사회과학 전반에 영향을 미쳤다. 음악가이자 수리생물학자인 라포포트Anatol Rapoport가 제출한 ‘맞받아치기Tit for Tat’ 전략이 이때 유명세를 탔고, 얼핏 듣기에 가차 없는 복수의 함무라비 법전이 협동과 이타성이 진화할 수 있는 조건과 관련이 된다는 역설적인 사실도 알려졌다. 게임이론은 또한 군비경쟁과 상존하는 지정학적 갈등에 새로운 통찰을 제공하였고, 총기 규제, 백신 공포, 반독점규제의 전략 차원에서도 활발히 논의되었다.[5] 표 진화게임이론evolutionary game theory으로 정식화된 협동의 진화를 위한 다섯 가지 메커니즘. b는 협동하는 타인으로부터 얻게 되는 이득으로 타인에 의해 주어지고 c는 협동하는 이가 치르는 대가로 본인의 협동 여부에 의해 부과됨. w: 상호작용하는 개체들끼리 재회할 확률, q: 상대의 평판에 대해 인지하고 있을 확률, r: 유전적 근연도relatedness (부모-자식 간, 형제 간은 1/2, 사촌 간은 1/8). g: 집단의 크기, G: 집단의 갯수, k: 상호작용하는 이웃의 수 | 김철민 사실 호혜성에 기반한 협동의 발현과 정착을 위한 전략 연구는 꾸준히 외연을 넓혀 왔다. 최근에는 계산자원과 수치연구 역량의 가파른 증가에 힘입어 훨씬 더 정교하면서도 직관적인 해석이 가능한 협동의 전략들을 모색할 수 있게 되었다. 이를테면 과거 n번의 조우를 기억하는 반복된 죄수의 딜레마 게임에서 취할 수 있는 전략의 경우의 수는 2(2x2)n가지이므로 단지 세 번의 내력만 기억한다 해도 264 ≅ 1019개의 선택지가 주어지는 셈이니, 우선 그 계산의 복잡도computational complexity에 주눅 들게 된다. 하지만 최근에는 한·일의 촉망받는 연구자들이 슈퍼컴퓨팅을 활용한 공동연구를 통해 다양한 환경에서 협동을 발현하는 극소수의 ‘우호적경쟁friendly rivalry’ 전략을 발굴하여 주목받기도 하였다.[6] 협동의 진화를 가능케 하는 세 번째와 네 번째 메커니즘은 2010년 <네이처> 지면을 통해 드러난 진화생물학계의 ‘내전’, 즉 혈연선택kin selection과 집단선택group selection 간의 살벌하기까지한 논쟁에 관한 것이다.[7] 다만 여기서 집단선택은 1960년대 윈-에드워즈V.C. Wynne-Edwards등이 주축이 된 구-집단선택론2과 구분되기 때문에 다수준선택multilevel selection이라 일컫기도 한다. 해밀튼W. Hamilton의 포괄적합도이론에 의해 확립된 혈연선택은 메이나드 스미스, 윌리엄스G. Williams, 트리버스R. Triverse와 도킨스를 거치면서 진화적 선택이 이루어지는 단위로서의 유전자(‘이기적’ 유전자) 개념을 확립하였다. 그리하여 이미 1970년대 중반이면 구-집단선택론은 깨끗이 ‘극복’되고 이런 혁명의 기운 속에서 집단선택에 대한 언급은 불온시 되고 반동의 취급을 받는다. 2 종과 같은 집단이 선택의 단위가 될 수 있어서 개체들이 집단의 이익을 위해 행동하도록 진화하였다는 가설이다. 대부분 개체 수준에서 선택된 형질이 결과적으로 집단의 번성에도 기여했다고 보는 것이 타당하므로 일찌감치 논박되었다. 분명 혈연선택은 희생적이고 영웅적인 행위들을 자연선택의 기반 위에서 이해할 수 있는 이론적 틀을 제공한다. 혈연은 잠재적으로 내 유전자의 대물림에 기여해줄 유전자 공동체이다. 비록 나에게 당장은 손해가 나더라도, 혈연을 도움으로써 내 유전자의 복제본이 더 많이 널리퍼져 나가는 데 도움이 된다면, 결과적으로 혈연을 돕게 하는 유전자가 자연선택을 통해 다음 세대로 전해질 가능성은 높아진다. 말인 즉 유전자의 ‘이기성’이 개체의 이타성을 가능케 한다는 소리인데, 이 비유적 표현이 적어도 일반 대중 독자들에게는 적지 않은 혼란의 원천이 되기도 한다. 잉크 방울이 물속에서 확산하는 현상을 설명하기 위해 잉크 분자들이 공간에 고루 퍼져 있으려 한다고 말하면 어떨까? ‘엔트로피’나 ‘자유에너지’를 들먹이면 조금 더 건조하고 엄밀한 설명을 할 수는 있겠지만, 앞의 설명을 두고 분자들이 농도 구배를 없애기 위해 목적 의식적으로 움직인다고 해석할 여지는 없어 보인다. ‘이기적’이라는 형용사로 유전자를 의인화할 때에도 마찬가지 수준의 비유가 적용된다. 혈연이라는 유전자 공동체의 이익을 위해 개체가 희생을 감내하는 행동특성이 유전자에 쓰여 있어 대물림되면 결과적으로 그 유전자를 공유하는 개체의 진화적 성공으로 나타난다는 뜻이지 뉴클레오타이드 사슬이 자기복제라는 목표를 위하여 결연한 의지를 갖고 개체를 조종한다는 뜻은 아닐 것이다. 변이와 선택이 빚어내는 진화의 양상은 결국 집단 내에서 유전자 수준의 빈도 경쟁으로 나타나고, 이것이 오랜 시간에 걸쳐 생명의 진화를 빚어낸 자연의 논리임을 통찰하고 정식화한 이가 바로 도킨스이다.[8] 한편 집단선택은 1960년대에 이미 폐기된 구舊버전은 논외로 하더라도 이야기가 그리 간단치 않다. 이미 고전이 된 『이기적 유전자』를 통해 도킨스가 개체니 집단이니 하는 것은 덧없는 운반자vehicle일 뿐, 자연선택의 단위는 불멸하는 복제자인 유전자임을 확립한 것이 1976년. 그 직전 해인 1975년에 야심 차게도 젊은 윌슨D.S. Wilson(사회생물학의 거두 윌슨E.O. Wilson이 아닌)은 이미 주류이론이 된 혈연선택에 맞서 신-집단선택으로 대안적 이론을 시도했다.[9] 하지만 너무도 탁월한 도킨스의 업적이 드리운 그늘이라고 해야 할까, 이후 도그마의 반열에 올라버린 유전자 중심의 혈연선택 진영은 ‘집단’이란 말만 들어도 알레르기에 가까운 거부반응을 보였는데[10], 당대 최고의 고생물학자 중 한 사람인 굴드S.J. Gould도 자신이 이런 반지성적 분위기의 피해자였음을 저서를 통해 통탄했던 적이 있다.3 3 “I have never witnessed a more distressing bandwagon in science, or seen any idea of such salutary origin pushed so far in the direction of thoughtless orthodoxy”[11] 꾸준히 저변을 넓혀가던 신-집단선택 진영은 드디어 2010년 혈연선택의 핵심이론인 포괄적합도 이론의 쓸모없음을 공격하며 본격적인 ‘내전’을 도발하기에 이른다. 도발자 중의 한 사람은 공교롭게도 사회생물학의 창시자이자 오랫동안 실증연구를 통해 혈연선택을 옹호해온 하버드의 윌슨이었다. 사실 그의 ‘배신’은 진즉부터 예견된 것이었는데[12,13], 자칭 ‘상아탑의 선동가’ 역할을 마다하지 않던 윌슨이 예의 그 반역의 깃발을 들었던 것이다. 그리하여 새로운 깃발 아래 집단선택은 논쟁의 한 가운데로 돌아왔고 이런 일련의 흐름은 후성(혹은 후생) 유전학epigenetics의 부상과 함께 재조명되고 있는 라마르크J.-B. Lamarck와 용불용설用不用說의 경우를 보는 듯한 기시감을 준다. 하지만 돌아온 써머스비4가 과연 옛날의 그 써머스비였나? 사실은 그렇지 않다는 것이 혈연선택 진영을 그토록 귀 닫고 눈 가리게 했던 측면이다. 혈연선택을 떠받치고 있는 포괄적합도 이론, 또한 포괄적합도 수식화의 기반이 된 프라이스 방정식이 동어반복tautology 이상이 아니라는[14] 도발에 대해 혈연선택 진영은 여전히 신-집단선택이라는 것도 결국 해밀튼이 이미 다 해놓은 이야기의 부차적 설명일 뿐이라는 입장인 듯하다. 필자를 포함한 구경꾼들은 목하 먼지가 가라앉기를, 미네르바의 부엉이가 날아오를 황혼이 내리기를 기다리는 중. 과학적 근거가 결여된 필자의 사심일 뿐이지만, 겨우 “피는 물보다 진하다”가 호모 사피엔스에게 던져진 구원의 최대치일까? 4 리처드 기어, 조디 포스터 주연의 1993년 영화 <써머스비>. 남북전쟁에 나가 행방불명이던 남편 써머스비가 6년 만에 고향으로 돌아왔지만 과연 돌아온 그가 옛날의 그인지에 대한 진실공방이 주된 플롯을 이룬다. 마지막으로, 공간적 호혜성spatial reciprocity은 상호작용하는 개체들 간의 공간적 분리와 유유상종의 뭉침과 관련이 있다. 표면장력을 줄이기 위해 계면이 최소화되는 것처럼, 협력자들은 영리한 전략 없이도 단지 뭉쳐 있음으로써 배신자들의 착취를 이겨낼 수 있게 되고, 마침내 협동은 진화의 시간에 걸쳐 대물림되고 살아남을 가능성을 획득한다. 그림2 공간적 호혜성: 협동을 위한 반독점 전략. 붉은색 노드는 허브hub, 푸른색은 허브들이 공유하고 있는 이웃 노드. 강한 양/음의 동류성assortativity(연결된 노드들의 연결선 수 사이의 피어슨 상관계수)을 갖는 왼쪽/오른쪽 그래프는 허브들이 공유하는 이웃의 수에서 확연히 대비된다. 허브들 간에 공유된 이웃이 많다는 것은 착취의 유혹에 취약한 허브들의 배신이 연결망 전체로 전파될 개연성을 키우므로 결과적으로 연결망의 동류성assortativity과 협동의 발현은 강한 음의 상관관계를 보인다.[15] 사실 생명체를 포함한 모든 물리적 대상이 (시)공간이라는 구속조건으로부터 자유로울 수 없는 이상, 저마다의 개체들이 관계를 맺고 상호작용하는 대상들의 공간적 분포는 필연적으로 이질성을 띨 수밖에 없다. 지리, 식생과 같은 환경요인도 있겠지만 개체들의 행동이 빚어내는 확률과정의 통계는 기본적으로 꼬리가 긴 분포를 나타내고 대개 균일함으로부터 크게 벗어나 있다. 일반적으로 연결망의 밀도가 높아지면 시스템은 ‘작은 세상Small World’이 되고 정보와 물질의 이동은 촉진된다. 특별히 축척이 없는scale-free, 혹은 연결선의 수가 멱급수power-law 분포를 따르는 연결망에서는 같은 연결선 밀도를 갖는 정규그래프regular graph나 랜덤그래프random network에 비해 마구잡이 오작동에 대한 ‘면역’이나 복원력은 커진다. 하지만 그와 동시에 전염병이나 가짜뉴스의 확산, 의도된 공격에 대한 시스템의 취약성도 높아지는데, 사회적 그물망에서의 이타성 발현에 대해서도 같은 직관을 적용할 수 있다. 상호작용을 주고 받는 개체 간의 연결망이 더욱 촘촘해질수록 타인의 선의를 이용만 하려는 배신자가 직접적으로 협력자들을 착취할 수 있게 되어 협력자들의 ‘공동체’는 진화적 안정성을 잃는다. 반대로 말하자면, 인구집단의 공간적 구조가 상호작용의 대상을 국한할 때 협력자들은 무리를 이루어 스스로를 보호할 수 있게 된다. 더 나아가 사회적 그물망에서의 연결선의 밀도가 일정한 상황이라도 실질적인 연결선의 분포 양상, 즉 연결확률분포의 고차 모멘트값이 달라지면 협력자들의 진화적 운명은 달라질 수 있다. 심층강화학습deep reinforcement learning을 활용한 최근의 연구가 보여주는 공간적 호혜성의 또 다른 발현양상은, 그물망의 구조가 협동의 발현을 돕고 다시 협력자들이 그물망을 협력자-친화적으로 재구축하는 선순환적 공진화의 가능성이다.[15] 물질세계에서 굳이 비유를 찾자면, 고분자전해질 수용액에서 반대이온의 전하밀도파를 매개로 하는 동종 전하 사이의 인력, 혹은 포논phonon과의 상호작용을 통해 전자들이 정전기적 밀침을 극복하고 쿠퍼쌍Cooper pair을 이루는 상황을 떠올릴 수 있다. 합리성으로 무장한 경제주체들 사이에서 일어나는 이런 동화 같은 창발성emergence이 생태계에서 얼마나 주된 협동의 작동방식인지는 실증이 필요한 문제이지만, 적어도 그 가능성은 적잖은 영감을 불러일으킨다. 그리하여 이제 다시 하이랜드의 굽고 좁은 산길. 어느덧 해가 지고 어둠이 내린다. 저만치에서 달려오는 불빛은 서로를 위협하는 불빛이 아니라 서로의 안녕을 바라고 공존을 도모하는 호모 사피엔스 간의 연대의 불빛이다. 참고문헌 1. Michaelis L, Menten M, Die Kinetik der Invertinwirkung, Biochem. Zeit. 49, 333-369 (1913). 2. Briggs GE, Haldane JBS, A note on the kinetics of enzyme action, Biochem. J. 19, 338-339 (1925). 3. Nowak MA, Five rules for the evolution of cooperation. Science 314, 1560-63 (2006). 4. Axelrod R, The Evolution of Cooperation, Basic Books, ISBN 0-465-02122-0 (1984). 5.백승기, 김범준, 최정규, 게임이론과 통계물리학, <물리학과 첨단기술> 2007년 10월호 pp.19-21. 6.Murase Y, Baek SK, Five rules for friendly rivalry in direct reciprocity, Sci. Rep. 10, 16904 (2020); Murase Y, Baek SK, Friendly-rivalry solution to the iterated n-person public-goods game, PLoS Comput. Biol. 17(1): e1008217 (2021). 7.Nowak MA, Tarnita CE, Wilson EO. The evolution of eusociality, Nature 466: 1057-62 (2010). 8.Dawkins R, Selfish Genes, Oxford University Press (1976). 9.Wilson DS, A theory of group selection, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 72, 143-146 (1975). 10.Borrello ME, The rise, fall and resurrection of group selection, Endeavour 29, 43-47 (2005). 11.Gould SJ, The Structure of Evolutionary Theory, Harvard University Press (2002). 12.Wilson EO, Kin selection as the key to altruism: its rise and fall, Soc. Res. 72, 159-166 (2005). 13.Wilson DS, Wilson EO, Rethinking the theoretical foundation of sociobiology, Quart. Rev. Biol. 82, 327-348 (2007). 14.Nowak MA, Highfield R, SuperCooperators: Altruism, Evolution, and Why We Need Each Other to Succeed, Free Press (2011). 15.Yang H, Ghim CM, Structural antitrust: facilitated altruism in disassortative populations, Manuscript unpublished.

UNIST가 부산, 울산 지역에서 차세대 화학탐험가가 될 청소년을 찾는다. UNIST 화학과가 주관하는 ‘2021 UNIST 화학캠프’를 통해서다. 2021 UNIST 화학캠프는 첨단 화학에 관련된 강연과 실험을 진행하는 프로그램이다. 오는 8월 28일(토)부터 9월 11일(토)까지 3주간 매주 토요일에 진행된다. 참가자들은 UNIST 캠퍼스를 방문해 원데이(1Day) 캠프 방식으로 참여한다. 모집대상은 부산, 울산 지역 고등학교에 재학 중인 2학년 학생이다. 관심 있는 학생들은 소속 학교를 통해 오는 7월 23일(금)까지 신청하면 된다. 참가 규모는 회당 30명으로, 총 90명의 학생들에게 참가기회가 주어진다. 화학캠프는 미래를 이끌어나갈 청소년들에게 첨단 화학 연구의 중요성과 다양성을 소개하고, 창의적 인재로 성장할 수 있는 기회를 제공하기 위해 기획됐다. 유자형 화학과 학과장은 “청소년을 대상으로 화학의 중요성과 다양성을 소개하고, 진학 동기부여를 통해 경쟁력 있는 미래 화학자로 성장하기 위한 기회를 제공할 것”이라며 “올해를 시작으로 매년 UNIST 화학캠프를 개최해 기초과학분야의 인재 양성 기회를 확대해나가겠다”고 전했다. 2021 UNIST 화학캠프는 UNIST 자연과학대학 화학과와 기초과학연구소가 공동으로 추진하는 사업이다. 참가자로 선발된 인원들은 참가비 없이 프로그램에 참여할 수 있다.

100억 명. 유엔이 2019년 발표한 ‘세계 인구 전망 보고서’의 2050년 예측이다. 불과 100여년 전 20억 명이 살았던 지구라는 행성에 100억 인구가 지속적으로 살아갈 수 있을까. 급격한 산업화와 폭발적인 에너지 수요를 감당해온 화석연료는 더는 축복이 아닌 저주의 단어세계가 하나같이 ‘2050년 탄소 중립’을 외친다. 친환경 에너지 개발과 함께, 전기차와 수소차 생산이 시급한 해결과제로 등장했다. 하지만 여기에 들어갈 막대한 전기에너지가 충분히 공급될 수 있을까. 특히 한국은 탄소중립과 함께 탈(脫) 원전까지 추진하고 있다. 원전을 대체할 태양광과 풍력발전을 위해선 막대한 면적이 필요하다. 더구나 한국처럼 살기 좋은 기후, 달리 말하자면 적당한 햇빛과 바람이 있는 곳에서 이런 재생에너지 발전을 전천후 효율적으로 운영할 수 있을까. 전력 가격의 급상승 또한 감수할 수 있을까. 원전 없이 거대 고밀도 아파트 도시와 대중교통, 기간산업에 지속적인 에너지 공급이 가능할까. 이런 의문의 해결책이 될 무궁무진한 친환경 에너지원이 될 수 있는 궁극의 대안이 있다. 수소를 원료로 하는 수소핵융합 에너지의 실용화가 그 답이다. 태양이 불타오르는 원리를 그대로 모사한 핵융합발전은 지구온난화와 자원 고갈이라는 두 마리 토끼를 한꺼번에 잡을 수 있다. 탈원전의 빌미가 되는 방사성 물질도 거의 나오지 않는다. 핵융합발전 과정에서 나오는 삼중수소는 반감기가 12년에 불과하다. 저준위 방사능 물질 기준보다 아래다. 수소핵융합 에너지는 인류가 아직 정복하지 못한 마지막 대용량 청정 에너지원이다. 하지만 실현성에는 부정적인 측면이 많이 있었다. 핵융합발전을 하려면 태양보다 뜨거운 섭씨 1억도 이상의 플라스마를 구현해야 한다. 1950년대부터 미국과 옛 소련에서 많은 시행착오를 거치다가 결국 강한 자기장 속에서의 고온 플라스마 물리학의 이해 없이는 핵융합발전의 실마리를 찾을 수가 없다는 것을 깨달았다. 그렇게 체계적인 핵융합 플라스마 물리 기반이 1970년도 초에 자리 잡기 시작했다. 문제는 지구 위에서 천문학적 온도인 1억도의 플라스마를 어떻게 안정적으로 운영할 수 있느냐는 것이다. 이 때문에 핵융합 에너지는 그간 ‘항상 50년 후에’라는 냉소와 함께 천문학적 규모의 돈이 들어가는 연구라는 비판을 받아왔다. 미국의 레이건과 옛 소련의 고르바초프 간 합의에 따라 국제핵융합연구가 1980년대에 시작됐지만, 이후 20~30년간 좌초되어온 아픔이 있었다. 이젠 다르다. 프랑스 남부 카다라슈에는 지금 인류 최대의 에너지 실험이 그 모습을 드러내고 있다. 한국을 포함, 미국·유럽연합(EU)·러시아·일본·중국·인도 등 세계 7개국이 참여하고 있는 국제핵융합실험로(ITER)가 그것이다. 지난해 4월 조립동 건설을 완공하고, 5월부터 1억도의 플라스마를 담을 토카막 조립을 본격적으로 시작했다. 지난달 27일 낭보가 전해졌다. 현대중공업이 제작해 보낸 진공용기 1호 섹터가 설치에 돌입했다는 소식이다. 지난 2월 기준 공정률 72.7%. 앞으로 4년 뒤인 2025년이면, 이 실험로에서 1억도에 이르는 첫 플라스마가 타오른다. 2050년쯤이면 핵융합발전으로 전기를 생산해 사용할 수 있을 것으로 전망된다. ITER 핵융합 반응장치 내부 단면도 | 사진: ITER 세계 주요국들의 발걸음이 빨라지고 있다. ITER는 보수적으로 만든 실험로인 만큼, 그간 쌓아온 기술로 실제 전기까지 생산할 수 있는‘핵융합실증로’를 만들어보자는 움직임이다. 대표적인 국가가 중국이다. 핵융합 에너지 개발에 가장 공격적이고 투자를 많이 하는 나라다. 수소핵융합 에너지 상용화를 위한 설비로 10억W 발전을 위한 설계 및 연구개발과 함께, 첨단 연구 단지 착공 (2018년) 등 정부와 공공부문 외에도 민간의 진출 착수를 시작했다. 최근 신화사 보도에 따르면, 중국은 올해 핵융합 유도 토카막 실험장치(EAST)를 통해 고성능 플라스마 발생 400초 동안 유지, 플라스마 중심 온도 1억도 장기 유지 등 새로운 목표에 도전할 예정이다. EU는 ‘그린 뉴딜’선언 이전에 유럽 에너지 기술계획에 수소핵융합을 중장기적 기술 포트폴리오로 인식해 연구개발을 진행했으며, 2040년대 실증로 건설을 추진 중이다. 영국은 이미 2020년에 첨단기술센터 건립을 중심으로 소형 핵융합실증로 설계를 시작했다. 미국은 올해 미국국립학회가 2050년까지 저탄소 에너지원 수소핵융합 실증로 개발 운영에 대한 결론을 도출했다. 일본은 2030년대 실증로 설계에 착수해 50년대 전력생산을 한다는 실증 계획을 수립했다. 국가 단위뿐 아니다. 마이크로소프트의 빌 게이츠와 아마존의 제프 베이조스 등도 핵융합 발전에 투자하고 있다. 기업가들이 ‘돈의 냄새’를 맡기 시작했다는 얘기다. 한국은 ITER 참가국이긴 하지만 수소핵융합에너지 개발에 후발주자다. 1995년에서야 ‘국가핵융합연구개발 기본계획’을 수립했고, 그다음 해 ‘한국의 인공태양’ KSTAR(초전도핵융합연구장치) 사업을 착수했다. 당시 우리 기술진으로서는 한번도 시도해보지 않은 초전도 자석을 이용한 연구장치였다. 2003년엔 ITER 사업에 공식 가입하면서 국제무대에도 합류하게 됐다. 2008년엔 KSTAR를 완성해 국제무대에서 명실공히 최고의 핵융합 플라스마 물리연구 장치로 자리 잡았다. 최근엔 초고온의 플라스마를 최장시간 운전하는 세계 기록을 올리는 등 연구 장치로서 많은 성과를 거두고 있다. 하지만 우려스러운 점도 많다. 세계 최고의 연구 장치에 걸맞은 연구기반 확충과 필수 연구인원 증원이 시급하다. KSTAR의 노후화에 대한 대비 및 보조 장비의 증강 등이 잘 해결되어야 다음 과제인 핵융합실증로 개발에 필요한 과학기술과 인력 조달에 차질이 없다. 핵융합발전이 상용화로 가려면 지금의 연구장치나 실험로를 거쳐 핵융합으로 직접 전기 생산을 할 수 있는 ‘핵융합실증로(DEMO)’를 만들어야 한다. 지난해 11월 법인 독립한 한국핵융합에너지연구원이 수소핵융합 에너지 상용화를 추진한다지만 KSTAR와 ITER에의 참여만으로 실현성 있는 핵융합실증로 건설이 쉽지는 않다. 필자는 1984부터 13년간 미국의 토카막 장치에서 연구하면서 순간적이지만 1000만W의 핵융합 에너지 방출실험을 경험한 바 있다. ITER 사업에도 과학자문위원으로 참여해 지난 10여 년을 봉사해왔다. 1969년 대학 1학년 수업시간에서 플라스마 물리학이 새로운 분야이고 미래 에너지에 기여할 수 있다는 교수님의 말씀이 인연이 되어 평생을 이 길로 걸어오게 됐다. 돌이켜보면 한국은 50여 년 전만 하더라도 플라스마 물리를 강의할 교수조차 없었다. 하지만 이제 세계 최고 연구 장치인 KSTAR를 중심으로 최고급 물리학 논문을 발표하고 KSTAR 건설 및 운전의 경험을 통해 성장한 우리의 연구원들과 유수 기업들이 ITER 건설에 동참하고 있다. 얼마나 짧은 시간에 우리의 수소핵융합 에너지 개발이 빠르게 진행되는지를 보여주는 좋은 예다. 핵융합실증로의 목표가 우리 정부가 추진하는 탄소중립 완성시기인 2050년이라면, 지금은 최첨단 극한재료와 고효율 열전환 장치, 삼중수소 생산 장치 등 후속 핵융합실증로 연습 장치가 필요한 시기다. 현대중공업·고려제강 등 KSTAR와 ITER 사업 추진 과정에서 성장한 국내 유수 기업들의 기술력 연속성도 유지해야 한다. 핵융합실증로 건설에 필수인 부대 장치들의 효율 증대를 위한 실험 및 검증을 해야 한다. 이 과정에서 파생되는 과학과 기술이 사회로 환원돼 안정된 고급 일자리 창출로 이어지는 것은 덤일 것이다. 눈을 감고 꿈을 꾸어 본다. 현명한 기획에 국가 재정이 뒷받침된다면 아마도 한국은 머잖아 수소핵융합실증로 개발에 선두주자가 돼, 단군 이래 최대의 과학기술력과 부의 창출로 세계의 선두에 설 것이다. 박현거 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 명예교수 박현거 명예교수 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 명예교수. 서던캘리포니아대 물리학 학부를 거쳐, 캘리포니아주립대에서 응용플라스마로 박사학위를 받았다. 이후 프린스턴대 플라스마 물리연구소에서 24년간 핵융합 플라스마 연구를 했다. 2008년 귀국, 포항공대에 이어 UNIST에서 제자들을 가르치고 있다. 2020년 세계 플라스마학계의 3대 상 중의 하나인 챤드라세카상을 한국인 최초로 수상했다. <본 칼럼은 2021년 4월 5일 중앙일보 26면에 '[박현거의 미래를 묻다] 탄소중립 ‘궁극의 대안’…인공태양에 세계가 뛰어들었다’라는 제목으로 실린 것입니다.>