구글 어스 방식으로 생명나무 만든다

하나(One)의 페이지에 그려진 생명의 나무에서 화면 확대-축소 기법(Zoom In/Out)을 활용해 모든 생물종의 분화계통을 파악할 수 있게 하자는 취지로 구축 중인 원줌 사이트의 실행 화면. 출처/ http://www.OneZoom.org

영·미 연구자들, '구글 지구'와 프랙털 기하 응용한 새로운 방식의 진화계통도 시도

다윈의 생명나무 그림(왼쪽)과 헤켈의 생명나무 그림은 널리 알려져 있다. 출처/ Wikimedia Commons

공통조상의 생물종에서 여러 가지 생물종들이 가지를 치듯이 분화하고 다시 거기에서 새로운 생물종들이 분화하는 과정은 지구 생명체 탄생 이래 지속되는 생명의 끝없는 진화 과정이다. 생물종 다양성의 보고인 지구에서는 그동안 수많은 생물종들이 발견됐고 저마다 다른 학명이 붙었다. 이처럼 분화와 분화를 거듭하며 이루는 생물 진화의 계통을 하나의 그림에 구현하려는 시도도 이어졌다. 가장 널리 알려진 계통도인 ‘생명의 나무(Tree of Life)’는 19세기 이래 갖가지 형태로 그려져왔다.

지금까지 발견된 수많은 생물종 정보를 한 곳에 모아 쉽게 파악할 수 있게 하려는 여러 시도가 계속되는 가운데, 최근에는 지구 화면을 확대하면 대륙, 나라, 시도를 거쳐 우리 동네까지 찾아볼 수 있는 디지털 지도 ‘구글 지구(Google Earth)’의 방식에 착안해 180만 종(추산)에 달하는 지상의 모든 생물종 정보를 하나의 나무 그림 안에 담아 전체와 부분을 손쉽게 파악하게 하자는 새로운 '생명의 나무' 시각화 프로젝트가 등장해 눈길을 끈다.

영국 임페리얼대학과 미국 아이다호대학의 컴퓨터생물학 연구자들은 최근 공개접근 학술지 <플로스 바이올로지(PLoS Biology)>에 낸 글에서 정보를 인쇄물에 맞추는 이른바 '종이 패러다임'의 제약에서 벗어나야 한다며 그동안 자신들이 구축한 디지털 생명의 나무 작업 일부를 공개했다. 현재 공개된 웹에는 양서류, 포유류 등 몇 가지 생물종 집단의 정보만이 생명의 나무 개념으로 구현돼 있다. 하나(One)의 웹 페이지에 그려진 한 그루의 나무 그림에 모든 지구 생물종 정보를 다 담을 수 있으며 '구글 지구'처럼 화면을 확대·축소(Zoom In/Out)해 세부 정보를 찾아볼 수 있다는 의미에서, 이들은 '원 줌 생명의 나무(www.onezoom.org)'라는 이름을 붙였다고 한다. 엄청난 양의 생물종 정보를 아주 단순하고 익숙한 그림으로 한 눈에 파악할 수 있게 하자는 ‘데이터 시각화(data visualization)’ 작업의 하나이다.

이번에 공개된 '생명의 나무'가 기존의 몇몇 시도들과 다른 점은 대체로 두 가지다. 하나는 지구 전체에서 시작해 작은 동네까지 하나의 그림에서 찾아갈 수 있는 '구글 지구'의 방식을 응용했다는 점이다. 연구자들은 이런 한 장의 그림이 지구 생물종 분화의 분포와 전체 패턴을 이해하는 데에도 도움을 줄 것으로 기대한다. 다른 하나는 전체와 부분에서 같은 기하학적 구조가 되풀이되는 프랙털 기하학을 활용했다는 점이다. 프랙털 기하학의 개념을 활용하면 생명의 나무 한 그루에서 줄기로, 가지로 계속 갈래를 치며 나아가더라도 같은 구조를 반복할 수 있기에 엄청난 양의 생물종 정보를 담을 수 있고 쉽게 검색할 수 있다는 것이다(아래 그림). 생명의 나무에서는 진화의 과정에서 더 일찍 등장했던 종들은 나무의 아래쪽에 그려지며, 오래 전의 공통조상에서 멀어질수록 굵은 가지, 잔 가지 식으로 분화한 자리에 그려진다. 최종으로 개별 생물종은 잎사귀로 표현된다.

‘구글 지구‘에서 서울 시내를 찾아가는 실행 장면. 출처/ Google Earth

생명의 나무에서 특정 생물종을 찾아가는 실행 장면. 출처/ PLoS Biology

'프랙털 생명의 나무' 프로젝트를 제안하고 시도하는 배경과 관련해, 이들은 "생물종 계통 나무를 데이터 시각화 기술로 표현할 때 부딛히는 큰 난관은 데이터를 종이 인쇄에 맞추는 이른바 '종이 패러다임'에 우리가 스스로 갇혀 있다는 점"이라며 "종이 인쇄물에 맞추는 게 아니라 인터랙티브하게 표시되도록 맞추는 방향으로 나아가야 한다"고 주장했다. 이들은 "수백만 종의 정보를 인쇄된 종이에 담으려면 우리가 관측할 수 있는 우주의 크기보다 더 큰 종이가 필요할지도 모른다"며 "그러나 이런 생명의 나무는 사용자들이 웹 화면을 이용해 어디든 찾아보려는 정보에 손쉽게 접근할 수 있다"고 말했다. 이 생명의 나무 구축 작업은 더 많은 생물종의 디지털 정보를 수집해 담으면서 수 년에 걸쳐 완성될 수 있을 것으로 이들은 기대했다.

생명의 나무에 포유동물 5020종의 계통도를 구현한 그림. 색깔은 멸종 위험의 정도를 보여주는데, 화면 확대 표시가 된 부분을 보면 빨간색으로 뒤덮인 곳에서 인류만이 거의 유일하게 초록색을 띠고 있다. 인류를 빼고는 인류와 가까운 생물종들이 거의 모두 멸종 위협을 받고 있음을 시각적으로 알려준다. 출처/ PLoS Biology, James Rosindell, Imperial College London

생명의 나무 그림에는 여러 정보가 담긴다. 분기점에는 분화가 언제 이뤄졌는지 표시된다. 그림에서 166.2 Mya[million years ago]는 1억6620만 년 전에 분기했음을 보여준다. 멸종 위기(Endangered) 생물종임을 알리는 정보도 표시됐다. 출처/ PLoS Biology

동영상 자료

오철우 한겨레신문사 과학담당 기자, 사이언스온 운영
1990년 한겨레신문사에 입사해 편집부, 사회부, 문화부, 생활과학부 등을 거쳤으며 주로 과학담당 기자로 일했다. <과학의 수사학>, <과학의 언어> 등을 번역했으며, <갈릴레오의 두 우주체제에 관한 대화>를 썼다. 이메일 : [e-mail] 트위터 : @wateroo

<한겨레 인기기사>

■ 박근혜 문재인도 선택안한 ‘안철수표’ 22%가 대선승부 가른다
■ MBC와 SBS ‘대선 여론조사’ 결과 다른 이유
■ 박근혜 앗! 실수 “대통령직을 사퇴합니다”
■ 블록이 플레이스테이션보다 더 좋아~
■ 27일 안철수 캠프 해단식…어떤 메시지 나올지 촉각
■ “한상대 총장이 최태원 SK회장 4년 구형 직접 지시”
■ 예의 없는 학생, 그들이 내 스승