병원으로 출근하는 수학자, KAIST 김재경 교수가 전하는 수학의 진짜 ‘쓸모’ 19세기에는 물리학에서, 20세기에는 화학에서 활약하던 수학이 21세기에 들어서는 생명과학에서 과학혁명을 선도하고 있다. 미국에서는 이미 통계학 박사 2명 중 1명, 수학 박사 6명 중 1명이 의생명과학 연구로 학위를 받고 있고, 이러한 흐름에 동참하기 위해 미국 국립과학재단에서도 최근 미국 동부, 중부, 서부, 남부 각각에 수리생물학 연구소를 설립했다. 그러나 의학과 생명과학에 수학을 접목하는 수리생물학의 가파른 성장이 무색하게도, 오늘날 수학이 생명 현상을 이해하는 데 실제로 어떻게 쓰이고 있는지를 소개하는 책은 사실상 없었으며, 수학이나 생물학을 좋아하는 학생이나 독자조차 대부분 수리생물학이 무엇인지 전혀 알지 못하는 실정이다. 수리생물학의 최전선에서 수리 모델을 이용해 생명 현상을 탐구하는 KAIST 수리과학과 교수이자 수학자인 저자는 이 책에서 생체 리듬, 신약 개발, 수면 패턴, 팬데믹 등에 관한 다양한 문제에 수학이 실제로 어떻게 활용되고 있는지를 친절하게 설명한다. 또한 수학교육을 전공한 교육자로서, 의학이나 생명과학, 수학에 관심 있는 학생들에게 이 시대가 요구하는 역량과 자질이 무엇인지, 수학의 진정한 쓸모와 아름다움이 무엇인지 자신의 경험을 통해 생생하게 보여준다. “이 책은 수학이 생명 현상을 설명하는 데 얼마나 유용한 언어인지를 보여주는 수리생물학 입문서다. 마치 학창 시절 수학 선생님처럼, 책은 독자에게 수식 하나하나의 의미를 짚어주고, 일상의 사례를 들어주고, 해답의 의미를 친절하게 설명해 준다. 학창 시절의 골칫거리였던 미적분에서 출발해 미분방정식을 향해 단숨에 달려가더니, 그것이 자동차의 운동만이 아니라 우리의 하루 생체 리듬이 어떻게 형성되고, 수면과 각성이 어떻게 조절되는지를 이해하는 데 매우 유익한 도구임을 생생하게 보여준다. 이 책의 가장 큰 매력은 수리생물학의 다양한 응용 사례를 저자의 최신 연구 성과로 설명한다는 데 있다. 그는 자신이 연구해 온 수면 패턴과 일주기 리듬의 수학적 모델을 수리생물학의 예로 설명하면서 이를 탐구해 온 자신의 일상도 솔직하게 보여준다. 덕분에 우리는 생명 현상을 탐구하는 수학자의 삶을 엿보고, 그가 물리학자, 의사, 대학원생들과 어떻게 협업하고 있는지 독자들이 머릿속으로 상상할 수 있게 해준다. 수학이 단지 숫자를 다루는 학문이 아니라, 그 너머 ‘자연과 생명을 번역하는 아름다운 언어’라는 사실을 부디 독자들이 마지막 책장을 넘기기 전에 발견하길 희망해 본다.” ─정재승, KAIST 뇌인지과학과 · 융합인재학부 교수

김재경( 저자)

수학자. KAIST 수리과학과 교수이자 한국차세대과학기술 한림원 회원으로서 수리 모델을 이용해 생명 현상의 비밀을 탐구한다. 기초과학연구원(IBS)에서 의생명수학그룹을 이끌고 있으며, 생명과학의 60년 난제를 해결하고 생체 시계에 관한 연구를 바탕으로 암 환자가 하루 중 언제 치료받는 것이 가장 좋은지 밝혀 화제가 되었다. 서울대학교 수학교육과를 졸업한 뒤 미국 미시간대학교에서 응용수학으로 박사학위를 받았고, 글로벌 제약회사인 화이자에서 신약 개발에 참여했다. 2015년에는 대한수학회 상산젊은수학자상을, 2021년에는 올해의 최석정상을 받았으며, 젊은 학자로서는 이례적으로 2024년 국제 수리생물학회의 기조 강연자로 선정되었다.

들어가며

1장 미래를 예측하는 미적분학
의생명과학과 수학의 아름다운 만남
10분 만에 이해하는 미분과 적분
미적분의 진짜 쓸모

2장 컴퓨터를 위한 생명 현상 번역기, 수학
아무도 맞히지 못한 문제
수학으로 번역한 세포 증식
수학으로 번역한 세포 감염
인간의 직관 vs. 컴퓨터의 예측

3장 우리 몸속의 신비로운 세계, 생체 시계
노벨상 연구에 대한 의구심
우리 몸속의 시간, 일주기 리듬
노벨상 수상자들이 밝힌 생체 시계의 작동 원리
수학이 드러낸 생체 시계의 또 다른 얼굴
노벨상 수상자들이 풀지 못했던 60년의 난제
생체 시계는 세포 내 교통 체증을 어떻게 해결할까?

4장 병원으로 출근하는 수학자
생활고로 시작한 생애 첫 연구
시차에 적응하지 못하는 이유?
1조 원짜리 신약을 개발한 수학
항암제 효과가 투약 시간에 따라 달라진다면
피카소의 〈황소〉가 남긴 아이디어

5장 수학이 발견한 최적의 수면 패턴
아산에 없는 아산병원
많이 자면 덜 졸릴까?
같은 시간을 자도 덜 졸린 이유
시험 시간의 컨디션을 예측하고 조절하기
9개의 질문으로 진단하는 수면 질환

6장 팬데믹과 사회적 거리 두기의 수학
예상치 못한 뜨거운 관심
코로나19 종식 연구의 시작
수학이 보여준 코로나19의 역설적인 미래
사회적 거리 두기는 필요했던 것일까?

7장 100년의 오류를 바로잡은 K-수식
생명과학에서 가장 유명한 식
100년간 쓰인 식이 틀렸다고?
FDA 수식의 오류를 해결한 2차 방정식 ‘근의 공식’
융합 연구자의 두 가지 자질

나가며
부록
미적분학에 한 걸음 더 가까이
복잡한 것을 단순하게 만드는 방법
주
그림 출처