올여름, 미국 중서부를 뒤흔들 사랑의 찬가!
굉음에 가까운 수십억 마리 매미 떼가 불러대는 사랑의 찬가! 6월 초 미국 중서부 지역을 덮칠 매미 떼의 기습 현장은 상상만으로도 가히 공포영화를 방불케한다. 17년, 13년에 한번 미국의 일정한 지역에 나타나는 주기매미, 이들이 바로 문제의 주인공이다. 그리고 바로 올여름이 1990년 이래 잠자고 있던 매미가 땅위로 올라오는 해다.

학문의 경계는 없다! - 수학, 지질학, 생태학, 진화로 풀어보는 주기매미의 수수께끼
매미는 생애의 대부분을 땅속에서 보낸 뒤 땅위로 올라와 약 2주 동안 자손을 남기고는 죽어버린다. 우리 주변에서 볼 수 있는 매미가 2-3년 주기이고 나타나는 지역이 한정되어 있지 않는 반면 미국의 매미는 13년, 17년 주기이고 각각의 해마다 나타나는 장소가 한정되어 있다. 《소수매미의 수수께끼》는 17년매미의 3가지 기이한 습성에 초점을 맞춰 이야기를 풀어나간다. 왜, 그렇게 오랜 시간에 걸쳐 성충이 될까? 왜, 동시에 같은 장소에 집단으로 발생할까? 왜, 13년과 17년일까? 저자는 지구의 역사를 돌이켜보며 그곳에 살았을 매미의 모습을 집요하리만치 섬세하게 과학적으로 짚어나간다.
모든 생물은 환경 변화에 적응하며 진화하게 된다. 이때 그들은 ‘얼마나 자손을 잘 남기는가’라는 문제에 당면한다. 매미 또한 예외일 수 없다. 북미 각지가 빙하기를 맞아 기온이 내려가자 성충이 되는 데 오랜 시간이 걸리게 되고, 머지않아 그 성질이 몸에 배게 되었다. 또 빙하기를 잘 견뎌낸 매미가 성충이 되어 땅위로 올라왔을 때 짝을 쉽게 찾을 수 있도록 일정한 지역에 집단으로 발생하는 성질이 생기게 되었다. 그러나 왜 하필 13년, 17년일까? 여기서 저자는 13년, 17년에 한 번 나타나는 매미를 ‘소수매미’라 부른 이유에 대해 기가막인 논증을 펼친다.
13과 17은 소수素數이고 두 주기매미가 같은 해에 만나는 것은 최소공배수의 해로 이 경우 221년에 한번이 된다. 그러나 6과 8을 주기로 하는 매미는 24년에 한번 만나게 되어 훨씬 자주 주기가 다른 매미와의 교잡이 일어난다. 그 결과 부모와 다른 여러 주기의 자손이 태어나 짝을 만날 수 없게 되므로 자손을 남기지 못하고 멸종한다는 것이다. 소수의 특성을 매미의 주기로 바꾸어 검증해 본 결과, 소수주기매미는 주기가 다른 매미와 교잡 확률이 적어서 같은 주기의 매미가 지금까지 살아남았다는 것!
작은 생물체가 지구의 오랜 역사와 함께 진화의 극한까지 나아가는 모습은 감동인 동시에 자연 섭리의 합리성을 그대로 반영한 대장정이다. 그 가운데서 수학적 규칙을 적용해 탁월한 논증을 펼치는 저자의 독창적인 발상은 우리를 다시 한번 놀라게 할 것이다.

과학적 사고의 독창성이 주는 통합 학습의 현장
우리가 한 사건이나 사물을 받아들일 때 자신이 직접 생각하고 풀어내 얻은 답이 아닌데도 아무렇지도 않게 받아들이는 것들이 있다. 예를 들면 1+1=2라든가 ‘매미는 곤충’이라든가 하는 명제. 그러나 저자는 이러한 것들마저도 근본부터 자신이 직접 생각하고 계산한 뒤 이해하는 것과 있는 그대로를 받아들이는 것이 얼마나 큰 차이를 가져오는지, 또한 통합적이고 과학적이고 독창적인 사고를 하는 데 얼마나 중요한 기초학습이 되는지 이 책을 통해 확실히 보여주고자 했다. 생물의 생애와 습성을 바라봄에 생물학은 물론 지질학, 생태학, 수학 등 다양한 학문과 개념을 이용하고 있다는 점이 그것이다.
이 책의 내용은 저자도 이미 밝히고 있는 바 과학적 사고를 바탕으로 구성된 공상과학책이다. 그러나 저자는 우리가 현재 마주하고 있는 사물과 사건을 받아들이기 위해 46억년이라는 지구의 역사에 자그마한 생물의 역사를 견주어보고 여기에 수학 이론을 접목시키는 창의성을 발휘하였다. 그리고 문제를 해결해나가는 과정에서도 모든 것을 미루어 짐작함 없이 하나하나 계산하고 확인하는 절차를 게을리하지 않았다. 결과가 아니라 이 일련의 과정들을 “스스로 생각하고 해결해나감으로써 논리적 접근, 과학적 분석력, 창의성이 더해져 통합적 사고로 이어지는 것이고, 그것이 과학적 사고의 첫걸음”이라고 저자는 말한다.