탐구활동 연계 과학 독서 모임 : 내 안의 물고기

물고기에서 인류의 기원을 찾기

서론 : 과학사 수업을 통해 고3 학생들과 내 안의 물고기란 책을 읽고 같이 발췌하여 발표하고 관련 내용을 탐구하고 각자 과학에세이를 작성하였다. 특히 이 책은 진화론, 고생물학, 비교해부학, 유전자 발현, 단백질학, 정보생물학 등 다양한 과학 이론을 근거로 하여 설명하고 있기 때문에 이해하기가 쉽지는 않았다. 하지만 학생들은 책 내용을 이해하기 위해 다양한 학문들을 탐색하고 조사하여 발표하면서 함께 책 내용을 이해하려고 하였다.

본론 : 각 단원 요약(발췌)

목차를 잠깐 살펴보면,

1장 내 안의 물고기를 찾아서

진화의 증거, 화석, 잃어버린 퍼즐 조각을 찾아내다

2장 손목을 가진 물고기

손과 팔을 구성하는 단 하나의 패턴, 물고기의 팔굽혀펴기

3장 지느러미에서 손으로

손을 만드는 유전자들, 상어에게 손 만들어주기

4장 도처에 이빨이 있다

우리에게 앞니, 송곳니, 어금니가 생기기까지, 이빨과 뼈가 딱딱해진 까닭은?

이빨과 깃털, 비늘은 하나에서 시작됐다

5장 사람 머리의 기원

머릿속의 혼란, 아가미궁과 뇌신경, 내 안의 상어, 머리의 시작은 초라했다

6장 최적의 신체 설계

공통의 설계도, 배아 실험, 파리와 인간, DNA와 형성체, 내 안의 말미잘

7장 몸의 탄생

몸이 되기 위한 조건, 최초의 몸을 캐내다, 세포와 세포 사이, 지구에서 가장 단순한 몸들

8장 코 그리고 냄새 맡기

냄새분자와 후각 신경세포의 결합, 후각 유전자가 알려주는 비밀

9장 눈 그리고 보기

빛을 수집하는 광수용 분자, 벌레와 사람의 눈을 잇는 조직, 돌연변이 유전자의 비밀

10장 귀 그리고 듣기

파충류의 턱뼈에서 온 중이, 겔이 움직이고, 털이 구부러지는 내이, 눈과 귀의 기원, 해파리

11장 내 안의 물고기에 귀 기울이다

내 안의 동물원, 동물원 산책, 역사가 우리를 어떻게 아프게 하는가

1장 내 안의 물고기를 찾아서

암석의 연대추정법을 통해 육지에 상륙한 최초의 어류 화석을 찾음(틱타알릭이란 물고기), 이 물고기 화석은 캐나다 엘스미어 섬에서 발견되었고 육상동물과 어류 간의 경계에 있다는 추정을 하게 되었다. 근거로는

(1)비늘과 지느러미가 있지만 육상동물처럼 머리가 납작 목을 지님, (2)위팔과 아래팔, (3) 뼈와 관절을 가짐

2장 손목을 가진 물고기

3억 7500만년 전 물고기 속에서 인체 일부의 기원을 목격 , 부속의 나머지 부분을 볼 수 있었다, 그것의 절반은 지느러미이고 절반은 팔다리였다. 그래서 틱타알릭 물고기의 가슴근육과 어깨와 팔뼈 안쪽이 연결돼있었음.(물고기의 팔 굽혀 펴기)

3장 지느러미에서 손으로

ZPA(새끼와 엄지의 모양을 다르게 하는 핵심 조직)이고 ZPA를 통제하는 헤지호그란 유전자가 발견

초파리, 쥐, 포유류 등에서 모두 소닉 헤지호그란 유전자가 동일하게 발견됨, 지느러미와 손가락을 만드는데 헤지호그 유전자가 관여하고 발생학적으로 중요한 역할을 함을 알게 됨. 즉 지느러미에서 손으로 발생해갔을 것이라고 추정함.

6장 최적의 신체 설계

공통의 설계도 : 어류, 파충류, 포유 등 모든 동물들의 모든 기관이 배아의 세 조직에서 비롯됨. 파리와 인간 역시 공통의 설계도대로 발생하고 비슷한 역할을 하는 유전자들을 찾았음.(혹스 유전자)

9장 눈 그리고 보기

보는 것은 광수용체, 옵신 등의 물질을 통해 이루어진다. 옵신의 구조는 종마다 다르지만, 빛을 받아들이는데 모든 종이 옵신을 사용한다. 첨단 분자 생물학적 기법을 동원하게 분석한 결과, 사람, 쥐, 파리 모두 눈에 관여하는 유전자가 같은 유전자라 해도 무방할 정도로 구조와 염기서열이 유사했다.

<5개의 척추동물에 존재하는 소닉 헤지호그 유전자 유사한 단백질 구조 비교 : NCBI 활용>

<5개의 척추동물에 존재하는 소닉 헤지호그 유전자 유사한 아미노산 서열 비교 : NCBI 활용>

<학생의 과학에세이 예>

제목 : 도태의 축복

흔히 '도태되다'라는 말은 일상에서 '뒤쳐지다', '시대의 변화에 따라가지 못한다'라는 의미로써 사용된다. 또한 다윈의 진화론에서는 적응하지 못하는 종은 도태되어 사라진다고 말한다.  하지만 '도태'가 나쁜 점 만을 가지는 것일까? 도태의 사전적 정의에는 불필요한 것을 없앤다는 뜻이 있다. 날 필요가 없으면 날개를 없애고, 빛이 없으면 눈을 없애는 것도 이 사전적 정의에 의하면 도태되는 것과 같다. 이러한 점에서 다윈의 진화론에서의 '도태'는 단순히 '없어진다'를 과잉 해석한 것 같다. 오히려 도태가 축복이 될 수 있다는 것이다.  많은 집에서 키우는 개를 보면 냄새를 기가 막히게 잘 맡는다. 어느 손에 간식이 있는지를 단 한 번의 킁킁거림으로써 알아챈다. 하지만 우리 인간들은 이런 능력에 비하면 냄새를 비교적 잘 맡지는 못한다. 진화의 관점에서 보면 이 세상에서 자연선택의 축복을 가장 잘 받았다는 인간이 모든 면에서 다른 종보다 뛰어나야 하지 않을까? 이런한 질문에 대한 답을 나는 '내 안의 물고기'라는 책을 통해 답을 할 수 있었다. 어류, 양서류, 파충류, 그리고 인간 전의 포유류에게는 인간보다 뛰어난 냄새 유전자를 가지고 있었다. 다시 말해서 냄새분자를 맡을 수 있는 수용체에 대한 유전자가 다양하여 인간이 맡지 못하는 냄새까지 맡을 수 있는 것이다. 하지만 인간의 유전자에는 냄새에 대한 많은 유전자가 사라져 있었다. 인간의 후각에 대한 능력이 도태된 것이다. 하지만 이러한 도태의 결과는 시각의 발달로 연결되었다. 이로써 우리는 다른 동물보다 더욱 다채로운 색을 구별할 수 있게 되었다. 즉, '도태'라는 것이 우리에게 더욱 축복이었던 것이다.  이러한 감각의 발달에 대해서 흥미로운 연구가 진행되었다. 후천적으로 시각을 잃은 사람에 대해서 뇌의 반응을 측정하는 연구였다.  시각을 잃은 사람이 어떠한 소리를  들었을 때 뇌에서의 반응이 청각영역뿐만 아니라 시각영역을 주관하는 후두엽에서 또한 반응이 일어났다. 즉 시각에 대한 뇌의 능력을 청각으로 옮긴 것으로 해석할 수 있다. 이를 확인할 수 있는 예시로, 한 시각장애인이 뛰어난 청각만으로 일상생활을 할 수 있는 것이 있다. 이 연구결과를 통해 알 수 있는 점은 인간의 뇌는 필요한 감각을 스스로 발달시킬 수 있는 능력을 가지고 있으며 이를 이용하여 다른 종보다 뛰어난 시각을 발달시켜 온 것이라는 점이다.  결론적으로 인간을 도태의 축복과 선택의 축복 모두를 통해서 지금의 세계를 지배하는 종으로 거듭날 수 있었던 것이다.

결론 : 좀 이해하기 어려운 책이었지만 학생들과 다들 열심히 읽고 조사하고 탐구하면서 재미있는 시간이 되었다. 특히 유전자 서열, 아미노산 비교, 단백질 구조를 비교하면서 책 내용에 대해 더욱 잘 이해하는 시간이었다. 그리고 이를 통한 각자의 생각으로 글쓰기를 할 때 더욱 풍성한 시간이 되었다