發生生物學 / Developmental biology
생물이 성장하고 발생하는 과정을 연구하는 학문이다. 발생학이라고도 칭한다. 현대 발생생물학은 세포 성장의 유전자 조절, 분화 및 형태 형성에 대해 연구한다. 생물학의 여러 분과 중에서도 난이도가 매우 높은 축에 속하는데, 유전학, 세포생물학, 분자생물학의 정수가 모두 모여있기 때문이다.
과거에는 현미경으로 배아의 변화를 관찰하는 기술적 발생학이 주를 이뤘으나, 현재는 특정 유전자를 조작했을 때 발생하는 표현형의 변화를 추적하는 분자 발생생물학이 주류를 이룬다. 최근에는 줄기세포 연구 및 재생 의학과 밀접하게 연관되어, 손상된 조직을 다시 발생 단계로 되돌려 재생시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그리고 인공지능의 발달로 AI 모델을 활용해 복잡한 세포 분화 경로를 예측하는 인공지능 기반 발생 시뮬레이션도 보편화되는 추세다.
2. 수학적 모델화 ⊖
과거에는 발생생물학을 수학적으로 기술이 불가능한 영역으로 간주되었으나, 최근 발생의 정량적인 법칙을 찾으려는 노력이 이루어지면서 과거의 일이 되었다. 궁극적인 목표는 수학 공식이나 물리법칙에 의거해 발생 과정을 설명하는 것이다. 이는 단순히 생물학적인 현상을 넘어 생명체가 구성되는 원리를 규명하려는 시도다.
상피세포 표면의 상호작용, 층의 접힘, 관 형성에 대한 연구는 관련 조직들의 장력, 탄성, 변형력 및 휘는 힘에 대한 정보가 필요하다. 배아구조의 물리적인 성질은 최근 연구가 시작되어 주목받고 있다. 대표적으로 형태형성과 성장의 두 영역은 동물발생의 법칙을 수학적 모델링으로 표현할 수 있다. 가령 앨런 튜링이 제안한 반응-확산 모델(Reaction-Diffusion Model)은 동물의 줄무늬나 점박이 패턴이 어떻게 형성되는지 수학적으로 멋지게 설명해낸 바 있다.
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