[글 서준한·sugisa@hanmail.net
C&I 중등와이즈만의 과학개발팀에서 생물연구원으로 일하고 있다.]
주변에서 흔히 볼 수 있는 주제보다 미래 과학에 대한 연구주제는 매력적인 포트폴리오 재료다. 여러 분야가 융합된 미래 과학은 어떻게 해야 멋들어진 포트폴리오로 탄생할 수 있는지 알아보자.
※ 이 코너에서는 실제 영재고, 과학고 합격생들의 포트폴리오 분석을 통해서 중등 영재들의 수학, 과학 탐구활동을 돕고 포트폴리오를 더욱 충실하게 만들 다양한 방법을 제시합니다.
미래 과학에서 주제잡기
현재 이슈가 되는 주제는 인상 깊은 포트폴리오를 만들 수 있는 힘이다. 그 중 인간의 건강한 삶 영위를 위한 미래의 식량 확보 및 질병 치료에 관한 주제는 사람들에게 관심 있는 주제다. 미래에 관한 주제는 실험을 통해 가설을 증명하는 연역적 탐구방법으로 연구하기는 힘들다. 이 때문에 자료를 수집하고 정리해 하나의 의견이나 결론을 내는 귀납적인 탐구방법을 주로 사용한다. 자료를 통한 탐구는 자칫 전문자료를 그대로 옮겨 놓은 것이 되거나 과학적인 근거가 약한 자신만의 공상과학 소설이 될 수 있으므로 주의해야 한다. 또한 개념과 주제를 완전히 이해하지 못한 상태에서는 조금만 어려운 질문을 받아도 대답을 못하고 우물쭈물하기 쉬워 면접관에게 좋은 점수를 받지 못한다. 반드시 자신의 연구주제와 관련된 개념과 주제를 확실하게 이해한 상태에서 과학적인 이론을 바탕으로 포트폴리오를 작성해야 한다.
미래에 관한 주제를 다루기 위해서는 연관된 다른 분야의 내용들도 살펴보는 것이 중요하다. 왜냐하면 앞으로 연구주제는 분야가 정확하게 나눠지기 보다는 여러 분야가 융합된 형태가 많기 때문이다.
미래의 식량난 어떻게 해결할까?
미래의 식량난은 환경 문제와 더불어 인류에게 중요한 화두 중 하나다. 이번 호에서는 미래의 식량난 해결을 주제로 작성한 포트폴리오를 보도록 한다. 이 포트폴리오는 미래 식량 부족을 해결하기 위한 현재 우리의 대책을 설명한다. 거기에 자신의 의견을 덧붙여 우수품종 개발을 주장한다.
해결해야할 미래 과제를 어떻게 다루는 지 포트폴리오 작성법을 알아보자.
목차
1. 연구배경 및 목적
2. 현재의 농업 방식
3. 농업 방식 비교
4. 새로운 농업 방식 도입
5. 결론(연구 후 느낀 점)
1. 연구 배경 및 목적
음식물의 90% 이상은 석유에 의해 생산된다. 씨를 뿌리는 것에서부터 수확, 가공, 포장, 저장 등 모든 단계에 석유를 이용한다. 화석연료는 매장량에 한계가 있기 때문에 곧 고갈된다. 지금과 같은 경작 방식에서는 석유가 고갈되면 식량 생산이 힘들다. 따라서 석유에 의존하지 않고 지속적으로 식량을 수확할 수 있는 농업 방식 개발이 필요하다. 미래 식량난에 대비한 농업 방식을 알아보자.
2. 현재 농업 방식
① 유전자 조작 식품(GMO)
•원하는 형질을 나타내는 특정 유전자를 인위적으로 다른 식물체에 집어넣어 재배한 것을 말한다. 예를 들면 제초제 저항성 GMO, 해충 저항성 GMO 등이 있다.
•장점: 원하는 형질이 발현될 가능성이 높고 시간이 적게 걸린다.
•단점: 자연적으로 유전자 전달을 할 수 없는 다른 종 사이에 유전자가 전달될 수 있다.
② 전통 교배 육종
•원하는 형질을 지닌 개체와 도입하고자 하는 개체를 수정시켜 선발한다.
•원하는 형질을 얻으려면 자연계에서 오랜 진화과정이 필요하다. 예를 들면 오늘날의 옥수수는 5000~1만 년 동안 교배와 육종을 한 결과다.
3. 농업 방식 비교
4. 새로운 농업 방식 도입
① 분자 육종법: 새로운 기능성 유전자를 선발된 개체의 유전체에 이식 발현시킴으로써 원하는 형질을 얻는 방법
⇒ 우수한 품종의 유전자형을 그대로 유지하면서 새로운 기능성 유전자를 이식하기 때문에 단 시간내 효율적인 육종이 가능
② 분자 육종법의 예시
•농촌진흥청 원예연구소에서 개발한 고추(웅성붙임성을 가진)
•국내 고추 육종가들은 품종개발에 웅성붙임성(CGMS)을 이용해 육종 및 개종에 소요되는 시간과 공간을 획기적으로 절감했다 상업용 품종에서는 꽃가루가 잘 생겨 고추가 잘 달려야 한다. 웅성붙임성과 이를 회복하는 특성은 웅성붙임성 회복유전자(Rf)에 의해서 조절된다. 연구진은 이런 웅성붙임성 회복유전자 Rf에 대한 유전자 진단법을 개발했고 세계 최초로 Rfp라는 새로운 유전자를 발견했다.
안전성이 입증되지 않은 유전자 조작 식품에 비해 효율이 높은 분자 육종법을 제시했다. 분자 육종법은 새로운 기능성 유전자를 다른 개체에 이식해 원하는 형질을 얻는 방법이다. 유전자 조작법과 비슷해 보이지만 전혀 다르다.
유전자 조작 식품은 다른 품종의 유전자를 분리해 인위적으로 다른 생명체에 주입하는 방법이다. 원하는 형질이 발현되기도 하지만 예상하지 못한 결과가 나올 수 있다. 인체에 대한 유해성과 생태계 교란을 가져 올 수 있다.
분자 육종법이라는 새로운 기술은 웅성불임성을 가진 고추를 예로 들어 설명했다. 웅성붙임성은 암꽃이나 암술은 정상적인 수정 능력이 있지만 수꽃이 퇴화해 수정 능력이 없는 성질을 말한다. 바로 웅성붙임성 유전자를 조작해 꽃가루가 나오지 않게 해 원하는 품종의 종자를 얻을 수 있다. 이 방법이 유전자 조작 식품과 비교해 어떤 우수성이 있는지와 이용 가능한 분야에 대한 추가 설명이 있었으면 더 좋은 포트폴리오가 됐을 것이다.
5. 결론도출
•미래의 식량난을 극복하기 위해 농업 방식 개선 급함.
•석유를 이용하지 않는 근본적인 해결책이 없어없어서 아쉬움을 많이 느낌.
•유전자 조작 식품은 안전성 문제가 있어 먹을거리로 곤란함.
•전통 교배 육종법은 비용과 시간이 많이 들어 큰 영향 끼치지 못함.
•분자 육종법은 비용과 시간을 줄이면서 안전하고 가장 유망한 기술.
•우수형질을 결정하는 유전자를 폭넓게 연구해 인류식량난을 극복하고 싶음.
전반적으로 결론을 유도하는 과정이 조금 빈약했다. 분자 육종법이 가장 효율적인 방법이라고 주장하려면 분자 육종법으로 인해 생산성이 좋아진 실험결과 또는 우수한 품종을 육성하게 된 실험 자료를 추가했으면 더욱 과학적으로 의미 있는 결론이 나왔을 것이다.
과학적인 문헌자료가 뒷받침돼야
이 학생의 포트폴리오는 부족한 면도 있지만 학생 수준에서 조사하고 탐구해 새로운 농업 방식을 제시한 점에서 좋은 점수를 줄 수 있다.
미래에 대해 주제를 잡고 포트폴리오를 작성하는 경우에 결론이 신뢰를 얻기 위해서는 과학 문헌과 자료가 뒷받침돼야 한다. 결론의 과학적인 배경을 뒷받침하기 위해서는 잡다한 자료보다는 확실한 자료를 제시해야 한다. 이런 측면에서 평소 여러 분야에 대해 관심을 갖는 것이 좋다. 물론 여러 분야에 대한 지식을 습득하는 것으로 끝나서는 안 된다. 습득한 지식에 대해 깊게 사고하는 습관을 가져야 한다. 사고과정을 통해 자신만의 탐구역량을 기를 수 있다. 새로운 과학기술에 대한 책이나 자료를 많이 찾아보는 자세도 중요하다. 신문이나 과학동아에 나오는 과학기사도 눈여겨 보자. 과학에 대한 정보가 잘 정리된 사이트도 많이 있다. 이런 사이트를 주기적으로 방문해 과학자들의 새로운 연구나 발표를 읽어보는 것도 좋은 방법이다.
