1. 0과 1, 디지털

디지털 문명의 비밀을 풀어주는 열쇠!

현대인들은 이제 손안의 컴퓨터, 스마트 폰으로 디지털 생활을 일상적으로 영위하는 등 각종 스마트 기기를 개발하고 사용하면서 좀 더 편리한 삶을 살기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 현대 인류가 누리고 있는 첨단기술의 출발, 그것은 너무도 간단해 보이는 0과 1의 조합에 있다. 인류는 삶이 점점 더 복잡해지면서 생존 정보 외에도 더욱더 다양한 정보들을 알게 되었고, 그것을 기록하고 전달하고 소통하게 되었다. 더 멀리 더 빠르게 정확한 신호를 보내기 위한 인류의 노력은 0과 1이라는 디지털 체계를 만들어냈다. 그리고 디지털은 전기와 만나면서 그 시너지가 극대화되기 시작했다. 0과 1, 너무도 단순해 보이는 2진법이지만 이것을 이용하면 상품정보에서부터 단어, 그림, 소리, 음악, 영화까지도 표현할 수 있다. 이미 우리에게 익숙해진 디지털은 인류의 삶의 방식을 크게 바꿔 가고 있다. 디지털의 기원과 함께 디지털 문명은 어떻게 발전되어 왔는지 살펴보고, 디지털이 현대 문명을 사로잡은 위력을 갖게 된 계기를 돌이켜본다. 또한, 디지털 신호를 통해 우리가 얼마나 편안한 삶을 누리고 있는지, 미래에 우리가 디지털의 발전을 통해 얼마나 더 나은 삶을 누리게 될지 알아본다.


2. 신소재

모든 첨단 소재의 비밀을 풀어주는 열쇠!

과거 석기시대부터 청동기시대, 철기시대를 거쳐 오늘날에 이르기까지 소재는 새로운 문명의 문을 열고 국가의 흥망성쇠를 좌우하는 열쇠가 되었다. 플라스틱, 나일론, 폴리카보네이트, 그래핀 등 오늘날 신소재의 등장 또한 한 시대의 풍경을 획기적으로 바꾸어 놓고 있다. 우리의 삶을 편리하게 변화시켜 주는 신소재들, 하지만 이것들은 많은 위험성을 안고 있다. 우리의 일상생활용품 중 자연물을 제외한 거의 모든 제품에 사용되고 있는 플라스틱은 썩지 않아 생태계에 악영향을 끼치고 있다. 인간의 편리함 뿐 아니라 환경까지 지킬 수 있는 신소재는 없는 것일까? 인류는 지금 플라스틱시대를 넘어 원자 단위의 세상을 열어가고 있다. 나노를 필두로 한 신소재기술은 작은 크기 덕택에 장밋빛 전망을 할 수도 있지만, 역설적이게도 그 작은 크기 때문에 인간이 위험해질 수 있다. 나노 같은 미세물질은 우리 몸의 여과장치를 그대로 통과하여 악영향을 끼칠 가능성이 높고, 워낙 작게 만들 수 있기 때문에 개인의 신상 정보가 광범위하게 수집되는 위협이 될지도 모른다. 과거 신소재의 탄생과 함께 변화된 인류의 삶을 돌이켜보며, 다양한 신소재의 특징은 무엇인지 살펴보고, 앞으로 개발될 신소재들이 만들 세상은 어떤 모습인지 알아본다.


3. 종자

식량 문제를 푸는 열쇠!

인류를 먹여 살리고 지구에 존재하는 모든 생명체에게 영양소를 공급해주는 고마운 존재, 종자는 식물의 씨앗을 의미한다. 인간은 수많은 식물 종자 중 식량으로 사용할 수 있는 것을 골라 재배했고, 재배를 통해 인간은 많은 것을 누리며 살아왔다. 그러나 산업이 급속도로 발전한 19세기, 세계 인구가 매우 증가하기 시작하자 당시 영국 경제학자였던 토마스 맬서스는 인구 과잉으로 말미암아 식량 재앙을 경고했었다. 이에 인류는 과학의 힘을 빌려 육종과 화학비료로 식량 생산을 획기적으로 늘림으로써 식량 위기에서 벗어날 수 있었다. 농업과학의 놀라운 발전은 인류에게 혁명이라 부를 수 있는 식량 증산을 가져왔고, 풍요로운 현대 사회의 밑거름이 되었다. 하지만 21세기, 인류는 지구 온난화 등으로 새로운 위기에 처했고, 이제 세계의 과학자들은 유전자 변형기술에 희망을 걸고 있다. 종자가 곧 국력이 되는 세상, 현대 과학기술이 종자와 인간에게 미친 영향을 돌이켜보며, 대량 생산이 가능해지고 식량 개발에 관한 과학기술은 발전하는데 식량 가격이 폭등하는 원인은 무엇인지, 인간의 편의에 따라 단일종만 생산하는 종자산업의 문제점은 무엇인지, 야생종의 유전적 특성은 무엇인지 알아본다.


4. 돌연변이

질병과 진화의 열쇠!

말라리아에 걸리지 않는 아프리카 원주민, 에이즈에 걸리지 않는 유럽 백인, 암과 당뇨에 걸리지 않는 왜소증 환자…. 보통 사람과 다른 능력을 가진 이들에게는 어떤 비밀이 숨어있는 것일까? 기형이나 비정상의 원인은 돌연변이다. 하지만 돌연변이를 만드는 것은 우리가 생각하는 것만큼 기괴한 변이가 아니라 DNA를 구성하는 염기 중 하나 또는 일부가 바뀌어도 발생하는 것이다. 다양한 머리카락색과 눈동자색, 그리고 서로 다른 피부색까지 현재 인류가 지닌 외형적 차이는 과거 언젠가 유전적 변이 즉, 돌연변이가 있었다는 하나의 증거이다. 우리가 즐겨 먹는 음식이나 인간에게 길든 가축들도 돌연변이의 산물이다. 인류의 변화에 큰 영향을 준 유전자 돌연변이는 질병의 원인이 되기도 하지만 때로는 질병을 차단하는 열쇠가 되기도 한다. 돌연변이에 능한 바이러스 탓에 많은 인간은 질병으로 사망했다. 반면 돌연변이 유전자 덕분에 질병에 걸리지 않는 사람들이 생겨났고, 과학자들은 이들을 통해 질병을 막아내는 방법을 찾고 있다. 돌연변이를 통해 특정한 질병에 걸리지 않는 사람들의 비밀을 살펴보고, 진화의 토대가 되는 돌연변이의 비밀에 대해 알아본다.


5. 태양

에너지 문제를 푸는 열쇠!

우리는 주변의 다양한 에너지원에서 에너지를 얻고 있다고 생각하지만 거슬러 올라가 보면 결국에는 태양이 있다. 인류는 태양에서 오는 에너지를 끊임없이 새로운 방식으로 활용하면서 문명을 발전시켰다. 불을 사용하게 되면서 땔감을 태우며 에너지를 얻었고, 도구의 사용과 자연의 힘을 이용해 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있었다. 이후 땅속에 저장된 또 다른 태양에너지인 석탄을 사용함으로써 인류 문명은 급속도로 발전하게 되었다. 사람들은 더 좋은 에너지원을 찾아 나섰고, 그 노력은 석유와 전기로 이어졌다. 언제 어디서건 바로 쓸 수 있는 전기의 시대, 더 많은 전기를 만들기 위해서는 발전기를 돌릴 수 있는 화석연료가 필요했고 인류는 화석연료 사용에 중독돼갔다. 재앙을 예고하는 무분별한 화석연료의 사용, 탈출구는 없을까? 이에 답을 찾은듯했던 원자력시대를 지나 숱한 에너지 위기를 겪은 뒤 사람들은 다시 태양이 보내주는 에너지에 눈을 돌리기 시작했다. 끊임없이 무상으로 공급되는 연료인 태양은 현재의 에너지원이자 에너지의 미래이다. 인류가 오직 태양에서 에너지를 얻어 생활한 이후 석탄, 석유, 전기에너지를 사용하게 된 과정과 에너지원의 발전과정을 살펴보고, 태양에너지를 통해서 청정에너지를 얻을 방법에 대해 알아본다.

1. 우주 탄생의 비밀, 빅뱅
인류 최대의 미스터리, 우주 탄생! 우리는 어디에서 왔으며 이 세상은 어떻게 시작되었을까? 그 모든 시작은 빅뱅이다. 137억 년 전으로 시간을 되돌려 우주 탄생의 비밀을 추적해본다.

- 팽창하는 우주
20세기 초반, 천문학에서 가장 위대한 발견을 한 에드윈 허블은 안드로메다은하에 있는 변광성을 찾아내 우리 은하 외에 다른 은하가 있음을 최초로 확인했고, 이러한 은하들은 우리에게서 멀어진다는 것을 알아냈다. 이런 관측으로 허블은 우주가 정지한 것이 아니라 팽창하고 있다는 것을 처음으로 증명했다.

- 우주의 비밀을 간직한 빅뱅
우주는 어느 한 점에서 대폭발로 시작되었다는 빅뱅우주론을 주장했던 조지 가모프는 우주의 시간을 거꾸로 돌려 우주 온도와 밀도가 어떻게 변화해 가는지 수학적으로 계산했고, 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비가 3:1이라는 것을 알아냈다. 그리고 1960년대 벨연구소 안테나에 잡힌 잡음이 대폭발의 흔적인 우주배경복사라는 것을 알게 되면서 빅뱅우주론은 우주의 기원을 밝히는데 결정적인 역할을 하게 되었다.

- 원소의 탄생
대폭발 빅뱅으로 탄생한 우주에서 물질을 이루는 원소는 어떻게 만들어진 것일까? 세계적인 우주학자들을 통해 원소가 어떻게 만들어졌는지 확인해본다.


2. 태양, 태양계의 원리를 찾아서
빅뱅이 일어나고 약 90억 년이 흐른 뒤 초신성의 폭발로 흩어진 별의 잔해들이 모여 커다란 성운이 형성되었고, 그 안에서 태양과 태양계를 구성하는 행성들이 만들어졌다. 행성들은 태양을 중심으로 공전하고 태양은 엄청난 빛과 열을 내며 지구 생명체가 살아갈 수 있게 해준다.
과연 이들에게는 어떤 법칙이 작용하는 것일까? 과학자들은 수백 년에 걸쳐 하늘을 관측해 이 수수께끼를 풀어왔다. 태양과 행성들이 가진 비밀을 밝혀낸 거장들의 과학적 행보에 대해 알아보고 태양과 태양계의 원리에 대해 살펴본다.

- 천동설에서 지동설로 변화한 인류의 우주관
망원경은 태양이 지구 주위를 돈다는 기존의 천동설을 뒤엎는 중요한 매개체가 되어 지동설이라고 불리는 오늘날의 우주관을 확립시키는 도구가 되었다. 처음 지동설을 제시한 코페르니쿠스의 혁명적 사고에서 이를 증명해가는 갈릴레오의 실험적 방법까지 인류의 우주관을 바꾼 현장으로 들어가 본다.

- 모든 만물의 에너지, 태양
지구 생명체가 살아갈 수 있게 해주는 태양에너지의 원리는 무엇이며 태양과 행성 사이에는 어떤 우주 법칙이 작용하는 것일까? 행성이 도는 법칙을 알아낸 케플러와 케플러의 법칙을 중력으로 설명한 뉴턴, 그리고 뉴턴의 중력법칙을 우주공간으로 확장시킨 아인슈타인까지 과학혁명을 이끈 위대한 거장들의 발자취를 따라가 본다.


3. 지구, 45억 6천만 년의 기록
45억 6천만 년 전, 우주의 운석과 소행성이 뭉쳐서 탄생한 지구가 생명의 꽃을 피우며 오늘날 푸른 행성으로 거듭나기까지, 지구를 살아 움직이게 하는 힘의 근원과 지구의 오랜 역사를 추적한 과학자들의 이야기를 들어본다.

- 지구의 기원
우주의 먼지와 운석의 파편이 뭉쳐 탄생한 지구는 미행성체들과 합쳐지면서 점점 더 커졌고, 중력도 강해졌다. 미행성체들과의 충돌로 불덩어리였던 초창기 지구는 수백만 년의 세월이 흐르면서 천천히 식기 시작했고, 표면이 굳어지면서 지각이 만들어졌으며 지구 온도가 내려가자 비가 쏟아지기 시작했다. 지표 온도는 더욱 낮아졌고 빗물이 고이면서 지구에서 가장 역사적인 사건, 바다가 탄생했다. 그 바다에서 최초의 생명이 움텄고 그 생명이 대기에 산소를 불어넣었다. 지구가 탄생하고 생명의 별로 거듭날 수 있었던 과정과 그 비밀에 대해 알아본다.

- 살아 있는 지구
지구를 이루는 원소들의 탄생 과정, 지구 내부 구조 및 자기장 현상과 지각의 움직임 등을 통해 지구가 살아 있다는 과학적 근거를 만나본다. 45억 6천만 년 전 탄생한 이후 잠시도 쉬지 않고 살아 움직이는 거대한 생명체 지구에 대해 알아본다.


4. 생명의 시작, 그리고 진화
진화의 출발점이 된 생명의 기원과 오늘날 인류를 비롯한 생명체가 존재하기까지, 생명의 시작과 진화, 그리고 멸종에 얽힌 기나긴 역사를 추적해본다.

- 과학 실험으로 추적하는 생명의 기원
생명은 무엇에서 시작되었는가? 1950년대 이에 대한 질문에 실험으로 답을 찾은 과학자가 있다. 스텐리 밀러는 초기 원시 지구의 환경을 재현하고, 생명체가 탄생할 가능성을 실험으로 입증했다. 원시 지구에서 생명이 시작될 수 있었던 비밀은 바로 화학적 진화였다. 무기질이 합성돼 단백질과 핵산 같은 생명체에 꼭 필요한 유기물로 진화했다는 것이다. 원시 지구에서 이러한 화학적 진화가 가능한 이유, 생명의 시작을 추적해본다.

- 진화의 열쇠, 미토콘드리아
대기에 산소가 존재하지 않았던 원시 지구에 일부 박테리아가 광합성을 시작하고 산소를 내뿜게 되면서부터 생존을 둘러싼 치열한 전쟁이 펼쳐졌다. 원시 미생물들의 생존전략은 공생. 서로 먹고 먹히면서 공생을 시작한 박테리아가 오늘날 세포로 발달하게 된 것이다. 산소의 발생과 세포내 공생의 결과로 만들어진 미토콘드리아의 탄생은 생명체가 단세포에서 다세포로 진화하는 결정적인 계기였다. 박테리아에서 인간이 되기까지, 진화의 열쇠를 쥔 미토콘드리아의 비밀을 밝혀본다.


5. 생명의 사슬, 유전
자신과 닮은 후손을 남기는 것은 생명의 사슬을 잇는 유전의 신비다. 인류는 끊임없이 유전현상을 탐구하고 유전학을 통해 생명의 신비를 밝혀왔다. 인류 최초로 유전의 법칙을 발견한 멘델에서부터 생명연장의 꿈을 실현시키는 현대의 과학자들까지 유전학사의 주요한 인물들과 유전현상에 대해 살펴본다.

- 20세기 최고의 발견, DNA 이중나선구조
그레고르 멘델의 완두콩 교배실험과 토머스 헌트 모건의 초파리 연구는 현대유전학의 시발점이 되었고, 이후 과학자들은 염색체를 구성하는 DNA가 유전의 실체라는 사실을 알아냈다. 유전에 대한 관심은 DNA로 좁혀졌고, 왓슨과 크릭에 의해 밝혀진 DNA 이중나선구조는 생명의 신비를 밝힐 20세기 최고의 발견으로 평가받는다.

- 유전적 다양성의 비밀과 유전학의 발달
닮기도 하고 닮지 않기도 하는 유전의 비밀은 무엇일까? 그 비밀은 감수분열이라는 독특한 과정을 통해 유전적 다양성을 이끄는 유성생식과 진화의 한 과정으로 현대과학이 풀지 못한 부분을 해결해 주기도 하는 돌연변이에 있다. 유전에 대한 연구결과는 생명에 대한 새로운 도전을 가능하게 하기도 한다. 생명복제와 줄기세포 연구 분야도 빠르게 발전시키고 있는 유전학의 발달이 가져올 우리의 미래를 예측해본다.