도서 소개

19세기에는 물리학에서, 20세기에는 화학에서 활약하던 수학이 21세기에 들어서는 생명과학에서 과학혁명을 선도하고 있다. 미국에서는 이미 통계학 박사 2명 중 1명, 수학 박사 6명 중 1명이 의생명과학 연구로 학위를 받고 있고, 이러한 흐름에 동참하기 위해 미국 국립과학재단에서도 최근 미국 동부, 중부, 서부, 남부 각각에 수리생물학 연구소를 설립했다. 그러나 의학과 생명과학에 수학을 접목하는 수리생물학의 가파른 성장이 무색하게도, 오늘날 수학이 생명 현상을 이해하는 데 실제로 어떻게 쓰이고 있는지를 소개하는 책은 사실상 없었으며, 수학이나 생물학을 좋아하는 학생이나 독자조차 대부분 수리생물학이 무엇인지 전혀 알지 못하는 실정이다.수리생물학의 최전선에서 수리 모델을 이용해 생명 현상을 탐구하는 KAIST 수리과학과 교수이자 수학자인 저자는 이 책에서 생체 리듬, 신약 개발, 수면 패턴, 팬데믹 등에 관한 다양한 문제에 수학이 실제로 어떻게 활용되고 있는지를 친절하게 설명한다. 또한 수학교육을 전공한 교육자로서, 의학이나 생명과학, 수학에 관심 있는 학생들에게 이 시대가 요구하는 역량과 자질이 무엇인지, 수학의 진정한 쓸모와 아름다움이 무엇인지 자신의 경험을 통해 생생하게 보여준다.끊임없이 변하는 생명 시스템을 이해하고 예측하기 위한 핵심적인 수학 이론인 미적분학은, 초등학교부터 고등학교까지 수학을 10여 년간 공부하며 수많은 고비를 넘겨야 비로소 그 최종 단계로 배우게 됩니다. 하지만 수학을 포기하는 학생, 이른바 ‘수포자’를 줄이려면 미적분학을 없애야 한다는 주장이 매년 나올 만큼 수많은 학생들이 미적분학으로 고통받기도 하지요. 미적분학을 엄밀하게 배우려면 수열, 극한, 급수 등 수학의 다양한 개념들을 알아야 하기 때문입니다. 하지만 이러한 복잡한 수학을 몰라도 미적분학의 본질을 이해하는 데는 어려움이 없고, 한 걸음 더 나아가 이를 생명과학의 문제들을 해결하는 데 사용할 수도 있습니다.
이번 장에서는 이 문제를 두 가지 방법으로 접근할 것입니다. 하나는 우리의 직관을 이용한 방법이고, 다른 하나는 컴퓨터를 이용하는 방법입니다. 어떤 현상을 컴퓨터가 이해할 수 있도록 수학적으로 묘사하는 것을 ‘수리 모델링(mathematical modeling)’이라고 합니다. 지금부터 미적분학을 바탕으로 수리 모델링을 하는 방법, 즉 생명과학의 언어를 컴퓨터가 이해하도록 수학으로 번역하는 방법을 소개하려고 합니다. 이 책에서 수식이 가장 많이 등장하는 장이라서 다소 어려울 수는 있지만, 이 장의 수학 내용들만 이해하면 다음 장에서 다루어지는 다양한 의생명과학 문제들을 새로운 방법으로 접근해 풀 수 있습니다.
사람뿐만 아니라 박테리아부터 곤충, 식물, 동물에 이르기까지 거의 모든 생명체가 이러한 일주기 리듬을 가지고 있습니다. 그러면 생명체들은 시간을 도대체 어떻게 알고 일주기 리듬을 유지하는 것일까요? 처음에는 단순히 지구의 자전으로 생기는 낮과 밤을 따르는 것이 아닐까 생각했습니다만, 절반은 맞고 절반은 틀린 이야기였습니다. 왜냐하면 생명체를 낮과 밤이 없는 깜깜한 환경에 두어도 몇 주간 일주기 리듬이 유지되는 것을 확인할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 많은 식물들이 햇빛으로부터 더 많은 에너지를 받기 위해 낮 동안 잎을 위로 올리는데, 이러한 잎의 주기적인 움직임은 깜깜한 방에서도 일어납니다. 그리고 깜깜한 환경에서도 쥐는 약 23.7시간마다, 사람은 약 24.2시간마다 깨어나고 잠들기를 반복합니다. 이러한 연구 결과들은 생명 시스템이 주변 환경과 무관하게 시간을 알 수 있는 장치를 가지고 있음을 시사하는데, 2017년 노벨 생리의학상도 바로 이 장치와 그것의 분자적 메커니즘을 발견한 공로로 수여되었습니다.

  작가 소개

지은이 : 김재경
수학자. KAIST 수리과학과 교수이자 한국차세대과학기술 한림원 회원으로서 수리 모델을 이용해 생명 현상의 비밀을 탐구한다. 기초과학연구원(IBS)에서 의생명수학그룹을 이끌고 있으며, 생명과학의 60년 난제를 해결하고 생체 시계에 관한 연구를 바탕으로 암 환자가 하루 중 언제 치료받는 것이 가장 좋은지 밝혀 화제가 되었다.서울대학교 수학교육과를 졸업한 뒤 미국 미시간대학교에서 응용수학으로 박사학위를 받았고, 글로벌 제약회사인 화이자에서 신약 개발에 참여했다. 2015년에는 대한수학회 상산젊은수학자상을, 2021년에는 올해의 최석정상을 받았으며, 젊은 학자로서는 이례적으로 2024년 국제 수리생물학회의 기조 강연자로 선정되었다.

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