양성 대조군과 음성 대조군을 항상 함께 사용하라
알려진 정상 비교군과 알려진 공백 비교군이 모두 없는 실험은 주장하는 이유로 실제로 무언가가 일어났음을 결코 증명할 수 없다. 이는 실험실 첫 주부터 모든 분자생물학 훈련생에게 철저히 주입되는 원칙이다.
실험실 밖에서 보면 생물학은 대체로 사실을 아는 일—종의 이름, 유전자 서열, 화학 경로—처럼 보일 수 있다. 실험실 안에서 더 어렵고 더 값진 기술은, 참된 결과와 우연의 일치, 장비의 오류, 혹은 희망사항을 실제로 구별해 낼 수 있는 실험이나 관찰을 설계하는 일이다.
실험대와 현장에서 필요한 기술적 능력은 반복과 지도를 통해 익힐 수 있다. 생산적인 연구자와 그렇지 못한 연구자를 가르는 것은 더 미묘한 부분이다. 어떤 이상 현상이 다시 살펴볼 가치가 있고 어떤 것이 잡음인지, 어떤 결과가 믿기 전에 재현되어야 하는지, 그리고 우아해 보이는 가설이 그저 틀렸을 뿐인 때가 언제인지를 아는 감각이다.
이 일이 요구하는 역량
가설 중심 사고90
통계·정량 분석83
습식 실험과 실험대 기법76
현장 관찰과 종 동정58
과학 글쓰기와 연구비 제안서72
반복되는 실패에 대한 인내86
가설 중심 사고
실험이나 관찰이 실제로 틀렸음을 입증할 수 있을 만큼 정확하게 검증 가능한 질문을 짜는 것이지, 그저 지지하는 것처럼 보이는 데이터를 모으는 것이 아니다.
통계·정량 분석
데이터셋에서 진짜 생물학적 효과를 일반적인 잡음과 구별해 내고, 수집한 데이터에 실제로 맞는 통계 검정이 무엇인지 아는 능력.
습식 실험과 실험대 기법
세포·조직·시약을 정밀하고 재현 가능하게 다루는 손재주로, 작은 기술적 불일치 하나가 몇 주간의 작업을 조용히 무효화할 수 있다.
현장 관찰과 종 동정
현장에서 생물을 정확히 식별하고 그 행동을 정확히 읽어 내는 능력으로, 분자생물학 하위 분야보다 생태학과 야생동물생물학에서 훨씬 더 비중 있게 다뤄진다.
과학 글쓰기와 연구비 제안서
수백 건의 경쟁 제안서를 읽는 심사위원들에게서 연구비를 따낼 수 있을 만큼, 프로젝트의 중요성과 예상 결과를 명확하게 설명하는 능력.
반복되는 실패에 대한 인내
실패하거나 애매한 결과를 내거나 원래 가설을 반증하는 대다수의 실험을 겪으면서도 체계적이고 의욕을 잃지 않는 태도.
하루의 풍경
- 6–8
밤새 진행된 실험 확인
그날의 일정 중 다른 무엇을 시작하기 전에, 배양기·세포 배양·시퀀싱 실행 결과나 밤새 작동한 카메라 트랩 데이터를 먼저 점검한다.
- 8–9
실험실 회의 또는 저널 클럽
연구팀이 최근 결과를 논의하고, 실패한 실험을 함께 원인 분석하며, 현재 연구팀의 관심 질문과 관련된 최근 발표 논문을 함께 검토한다.
- 9–13
핵심 실험대 작업 또는 현장 조사
그날의 주된 실험 구간이다. 분석을 실행하고, 세포를 배양하고, 시퀀싱 라이브러리를 준비하거나—현장 생물학자라면—현장을 조사하고 표본에 표식을 달거나 시료를 채취한다.
- 13–14
점심 및 비공식 논의
짧은 휴식이지만 대개 동료들과 여전히 업무 이야기를 계속하며 보낸다. 최고의 문제 해결 아이디어 중 상당수는 실험대가 아니라 실험대에서 떨어져 있을 때 떠오르기 때문이다.
- 14–19
데이터 분석, 추가 실험, 그리고 지도
오전 결과를 분석하고 추가 실험을 준비하며, 더 경력이 많은 연구자라면 대학원생과 기술자들이 각자의 연구를 진행하도록 지도한다.
- 19–6
개인 시간, 독서와 글쓰기
대부분에게는 퇴근 시간이지만, 논문·연구비 초안·다음 날 검토할 문헌은 종종 저녁에 읽힌다. 그리고 밤새 진행 중인 실험은 그와 상관없이 조용히 계속 돌아간다.
노하우
현장에서 실제로 전수되는 기술 지식 — 동기부여 문구가 아니다.
제본된 노트에 날짜를 적어 기록하고 절대 페이지를 뜯지 마라
지우는 대신 줄을 그어 지우는 방식으로, 재구성하고 날짜를 확인할 수 있는 노트는 과학적 진실성과 법적 우선권을 모두 지켜 준다. 발견의 시점을 두고 나중에 분쟁이 벌어질 때마다 되새겨지는 교훈으로, 1980년대 PCR 특허 분쟁에서도 그러했다.
이상 현상을 버리지 말고 끝까지 쫓아라
옥수수 실험에서 결과가 계속 예상과 어긋나자, 바버라 매클린톡은 이 불일치를 오류로 치부하지 않고 몇 년에 걸쳐 파고들었다. 이 끈기가 그를 이동성 유전 인자의 발견으로 이끌었다.
무언가의 마지막 남은 것을 쓰기 전에 미리 백업을 얼려 두라
세포주, 항체 재고, 귀중한 시료는 도착하는 즉시 냉동 보관되거나 소분된다. 오염된 배양을 다시 키우거나 단종된 시약을 재주문하는 데는 몇 달이 걸릴 수 있기 때문이다.
생물을 조작하기 전에 먼저 관찰하라
실험을 하기 전에 그 생물의 평소 행동과 자연스러운 맥락을 이해해 두면, 스트레스나 사육 환경의 인공물을 진짜 생물학적 발견으로 착각하는 일을 막을 수 있다.
결과를 믿기 전에 재현하라
단 한 번의 실행에서 나온 인상적인 결과는 재현되기 전까지는 발견이 아니라 가설로 취급된다. 최소한 생물학적 반복과 기술적 반복이 필요하며, 이 기준은 2010년대 재현성 위기 논쟁 이후 학계 전반에서 더욱 엄격해졌다.
일의 도구들
복합 광학현미경
17세기 이래 생물학적 관찰의 기본 도구로, 세포·조직 절편·소형 생물을 관찰하기 위해 지금도 모든 교육·연구 실험실의 표준 장비로 쓰인다.
마이크로피펫
독일 연구자 하인리히 슈니트거의 1957년 설계로 처음 상용화된 정밀 액체 취급 도구로, 생물학자가 신뢰할 만한 분자 실험이 가능할 정도로 정확하게 마이크로리터 단위의 시약을 측정하고 옮길 수 있게 해 준다.
PCR 열순환기(써모사이클러)
캐리 멀리스의 중합효소연쇄반응이 요구하는 반복적인 가열·냉각 주기를 자동화해, 거의 검출되지 않던 미량의 DNA를 실험실에서 실제로 시퀀싱하거나 분석할 수 있는 수백만 개의 복제본으로 바꿔 준다.
차세대 DNA 시퀀서
수백만 개의 DNA 조각을 동시에 병렬로 읽어내는 기술로, 2003년 27억 달러와 13년이 걸린 국제 프로젝트였던 전장 유전체 시퀀싱을 오늘날 수백 달러면 되는 일상적인 실험실 절차로 바꾸어 놓았다.
BLAST(서열 정렬 소프트웨어)
미국 국립생명공학정보센터(NCBI)가 관리하는 이 기본 국소 정렬 검색 도구는 연구자가 DNA나 단백질 서열을 공개 데이터베이스와 즉시 비교해 유전자나 관련 생물을 찾을 수 있게 해 준다.
실패하는 이유
좋은 질문 대신 유행하는 세부 분야를 좇는 것
연구자가 실제로 가장 잘 이해하는 질문이 아니라 이번 연구비 주기에 마침 자금을 받기 쉬운 기법이나 생물을 따라가다 보면, 파생적이고 초점이 흐릿한 얇은 발표 실적으로 이어지는 경향이 있다.
P-해킹과 재현 불가능한 결과
유의 수준을 넘는 결과가 하나 나올 때까지 여러 통계 검정을 반복한 뒤 그 하나만 보고하는 행태는 생명과학 일부 분야에서 잘 알려진 재현성 위기를 불러왔고, 발각되면 경력을 끝낼 수도 있다.
길고 불안정한 박사후연구 시기를 과소평가하는 것
저임금에 단기 계약인 박사후연구직을 몇 년씩 전전하며 갈수록 줄어드는 정규 연구직을 놓고 경쟁해야 한다는 사실은 많은 훈련생을 뜻밖에 당황하게 만들며, 유능한 연구자들이 이 분야를 떠나는 가장 흔한 이유 중 하나다.