생물학, 생명공학, 임학 분야의 응용사례

이번 호에서는 생물학, 생명공학(과학), 농학, 임학 분야에서의 이미지 프로세싱 기술의 응용사례와 새로운 활용방안에 대하여 소개하고자 한다.

유우식
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생물학은 단순히 생명체의 분류와 생명활동에 대한 이해에 그치지 않고 그 응용이 다방면에 이르러 새로운 학문분야로 발전을 계속하고 있다. 주된 연구대상과 응용분야에 따라서 학문이 세분화되어 생명과학, 생명공학, 유전학, 의학, 수의학, 병리학, 식품공학, 농학, 임학, 곤충학 등의 다양한 이름으로 불리고 있을 뿐, 모두 생명체의 본질이나 그 응용분야를 연구하는 학문임에 틀림없다.

모든 분야의 연구에 기본이 되는 것은 현상의 관찰이다. 여러 가지 현상의 관찰을 통해서 본질의 이해에 접근해가는 방법을 학문이라고 할 수 있다. 어느 정도의 이해가 이루어지면 가설을 세워서 실험을 하고, 그 실험결과가 가설과 어느 정도 일치하는 지를 검증하는 과정을 거쳐서 이해의 수준을 높이게 된다. 이 때에도 현상의 관찰은 매우 중요한 역할을 하게 되며 관찰결과의 올바른 해석이 실험의 성패를 좌우하기도 한다. 생명체의 제반 현상에 대해 단순히 이해에 그치는 것이 아니라 이해를 바탕으로 응용이 이루어짐에 따라 일상생활에 도움을 주게 될 때 이러한 학문의 가치를 체감하게 된다. 순수학문 또는 기초학문보다 응용학문이 더 친근감을 갖게 되는 이유 또한 여기에 있다. 기초가 부실한 응용은 마치 모래 위에 쌓아 올린 누각과 같아 곧 한계를 드러내고 만다. 순수학문 또는 기초학문이 뒷받침이 되어야 응용학문도 지속가능함을 간과해서는 안될 것이다.

관찰 대상은 육안으로 관찰할 수 있는 거시적인 것부터 현미경의 도움을 받아야 겨우 인식이 가능한 미시적인 것까지 다양하게 분포되어 있다. 생명체를 이루는 기본단위는 세포이며 동물세포와 식물세포로 대별된다. 세포의 크기는 육안으로 구별하기에는 그 크기가 작아서 현미경의 도움을 받아야 관찰이 가능하다. 단세포 생물도 다수 존재하지만 대부분은 세포의 집합으로 생명체를 이루고 있어 육안으로 관찰이 가능하다. 세포를 구성하는 물질의 성질에 따라 화학반응이 다른 성질을 이용해 화학물질로 선택적으로 염색하여 현미경으로 세포의 구조와 생명활동을 가시광 영역에서의 변화로 관찰하기도 한다. 이미지 데이터를 통하여 많은 정보를 얻을 수 있음에도 불구하고 편리한 이미지 데이터 해석방법의 부재로 실제로 활용되는 정보는 매우 미미한 실정이다.

21세기에 들어서면서부터 생명과학, 유전공학 분야의 눈부신 발전이 이루어져 줄기세포와 같은 전문용어들이 일반인의 대화에도 사용되는 일이 잦아졌다. 그러나 실험 데이터의 조작으로 세계 각국의 연구원들이 곤욕을 겪는 경우가 끊이지 않는 것은 매우 씁쓸한 현상이다. 이렇게 조작된 실험 데이터는 대부분 이미지의 조작에서 비롯된 것이 많다. 아마도 이미지 데이터에 대한 기본 지식의 부족으로 인하여 과학적이고 정량적인 접근보다는 감성적이고 주관적인 방법으로 안이하게 접근한 것이 화를 부르지 않았는가라는 생각을 지울 수 없다. 모든 이미지 데이터는 어떠한 문제점이 있는지, 어떠한 조작이 이루어졌는지 어느 정도 추적이 가능하다. 가능하면 이미지 데이터를 취득하는 과정부터 세심한 주의를 기울여 불필요한 오해를 사거나 비생산적인 논쟁에 휘말리는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다. 이번 호에서는 이러한 문제에 대한 경각심을 고취하여 소모적인 논쟁과 결백을 증명하기 위한 불필요한 수고를 덜 수 있도록 생물학, 생명공학(과학), 농학, 임학 분야에서의 이미지 프로세싱 기술의 응용사례와 새로운 활용방안에 대하여 소개하고자 한다.

그림 1. 수명, 성장속도, 기후변화 등의 정보수집을 위한 목재의 나이테의 사진분석 사례