[실전 면접 ②] 변동 검사 — 평균이 아니라 '흩어짐'으로 가설을 판별하라

첫 번째 실전 문항에서는 표의 숫자가 "얼마나 변했나"를 읽었습니다. 이번 문항은 한 단계 더 나갑니다. 두 실험의 평균은 비슷한데, 흩어진 정도가 완전히 다릅니다. 그 차이가 무엇을 뜻하는지 설명할 수 있는지가 이 문항의 전부예요.

단원은 변이와 자연 선택, 돌연변이입니다. 최근 서울대 면접에서 자연 선택과 유전자풀의 변화(2024), 돌연변이(2025)를 다뤘습니다. 소재는 미생물학의 고전인 변동 검사(fluctuation test)이고, 마지막 소문항에서 병원의 항생제 내성 문제로 연결됩니다.

실전 기준: 준비 15~20분, 답변 약 10분에 과학 2문항(문항당 4~5분). 서울대처럼 준비 시간이 긴 면접이라면 같은 문항을 더 깊게 다듬는다고 생각하면 됩니다.

문항

(가) 대장균을 바이러스 V가 든 배지에 펼치면 대부분 죽고, V에 저항성인 소수의 세균만 군체를 만든다. 저항성 세균이 생기는 원인에 대해 두 가설이 있다.

• 가설 1: 세균이 V를 만난 뒤에, 일부 세균에서 일정한 확률로 저항성이 유도된다.
• 가설 2: V를 만나기 전, 세균이 증식하는 동안 저항성 돌연변이가 무작위 시점에 생기고, V는 이미 생긴 저항성 세균을 골라낼 뿐이다.

(나) 실험 Ⅰ: 소량의 세균을 20개 시험관에 나누어 각각 따로 같은 크기까지 배양한 뒤, 각 시험관의 세균 전체를 V가 든 배지에 펼쳤다. 실험 Ⅱ: 큰 배양액 하나를 같은 크기까지 배양한 뒤, 실험 Ⅰ의 시험관 하나와 같은 양을 20번 떠서 각각 V가 든 배지에 펼쳤다. 표 1은 배지당 저항성 군체 수이다.

실험	배지 20개의 저항성 군체 수	평균	분산
Ⅰ	0, 0, 0, 1, 0, 5, 0, 0, 107, 0, 2, 0, 0, 0, 35, 0, 1, 0, 64, 0	10.75	약 720
Ⅱ	14, 15, 13, 21, 15, 14, 26, 16, 20, 13, 9, 17, 11, 18, 12, 15, 19, 10, 16, 14	15.4	약 15

분산: 각 값과 평균의 차를 제곱해 평균한 값. 값들이 흩어진 정도를 나타낸다.

1. 1-1. 가설 1과 가설 2가 각각 맞다면 실험 Ⅰ에서 배지마다 저항성 군체 수가 어떻게 나타날지 예측하고, 표 1의 결과가 어느 가설을 지지하는지 근거를 들어 설명하시오.
2. 1-2. 실험 Ⅱ는 어떤 역할을 하는 대조 실험인지 설명하고, 실험 Ⅱ의 결과가 실험 Ⅰ의 해석을 어떻게 강화하는지 쓰시오.
3. 1-3. 이 결과를 병원의 항생제 내성 세균 문제에 적용하여 '항생제가 세균을 내성으로 바꾼다'는 말이 왜 정확하지 않은지 설명하시오. 또, 어떤 세균에서 항생제 A 내성 돌연변이가 세포당 10^-8, 항생제 B 내성 돌연변이가 10^-7의 확률로 독립적으로 생긴다면, 10¹⁰개의 세균이 있는 감염 부위에 A만 쓸 때와 A와 B를 함께 쓸 때 살아남을 것으로 예상되는 세균 수를 비교하시오.

준비 시간, 이렇게 쓰자

• 두 가설의 "예측"부터 그린다 — 자료를 보기 전에, 각 가설이 맞다면 실험 Ⅰ의 숫자가 어떤 모양일지 먼저 정합니다. 그래야 자료가 어느 쪽에 맞는지 판정할 수 있어요.
• 평균은 잠깐 덮어 둔다 — 두 가설 모두 저항성 세균이 일정한 비율로 생긴다고 보므로 평균은 비슷하게 나옵니다. 판별 근거는 분산입니다.
• 실험 Ⅱ의 정체를 한 단어로 적는다 — "같은 통에서 떠낸 것 = 우연한 차이만 남는 대조." 이걸 정리해 두면 1-2가 자연스럽게 풀립니다.
• 1-3 계산은 지수만 더한다 — 10¹⁰ × 10^-8, 10^-8 × 10^-7. 숫자를 미리 써 두고 말로 풀 문장만 준비합니다.

1-1 — 두 가설은 "분포 모양"이 다르다

가설 1이 맞다면, 모든 세균이 V를 만난 뒤 같은 확률로 저항성이 됩니다. 세균 수가 같은 배지들이니 군체 수는 평균 근처에서 조금씩만 달라야 합니다. 분산이 평균과 비슷하게 작아요.

가설 2가 맞다면, 돌연변이는 배양 중 무작위 시점에 생깁니다. 일찍 생긴 시험관에서는 저항성 세균이 여러 번 분열해 한꺼번에 많이 늘어나고, 늦게 생기거나 안 생긴 시험관은 0이나 1입니다. 시험관마다 군체 수가 매우 크게 달라야 합니다.

실험 Ⅰ을 보면 대부분 0인데 일부는 35, 64, 107입니다. 분산(약 720)이 평균(10.75)보다 훨씬 큽니다. 이 극단적인 흩어짐은 가설 2의 예측과 맞습니다. 따라서 저항성 돌연변이는 V를 만나기 전에 무작위로 생겼다는 가설 2를 지지합니다.

흔한 실수는 평균값만 비교해 결론을 내리는 것입니다.

꼬리 질문 — "실험 Ⅰ의 평균만 보고는 두 가설을 구별할 수 없는 까닭은요?"
→ 두 가설 모두 저항성 세균이 일정한 비율로 생긴다고 보므로 평균은 비슷하게 예측됩니다. 차이는 평균이 아니라 시험관 사이의 흩어진 정도에서 나타납니다.

1-2 — 실험 Ⅱ는 "실험 방법 자체의 흔들림"을 잰다

실험 Ⅱ는 한 배양액에서 떠냈으므로, 배지 사이의 차이는 떠내고 펼치는 과정의 우연한 차이(표본 오차)와 측정 오차만 반영합니다.

실험 Ⅱ의 분산(약 15)은 평균(15.4)과 비슷하게 작았습니다. 실험 방법 자체로 생기는 흩어짐은 작다는 뜻이에요. 그러니 실험 Ⅰ의 큰 흩어짐은 실험 오차 때문이 아니라, 시험관마다 따로 배양하는 동안 돌연변이가 다른 시점에 생겼기 때문이라고 판단할 수 있습니다.

흔한 실수는 실험 Ⅱ를 "그냥 한 번 더 한 실험"으로 보고 역할을 설명하지 못하는 것입니다. 대조 실험의 역할을 묻는 질문에는 "이 실험이 없으면 무엇을 배제할 수 없는가"로 답하면 됩니다.

꼬리 질문 — "실험 Ⅱ의 평균(15.4)이 실험 Ⅰ의 평균(10.75)과 같지 않은 건 문제가 되나요?"
→ 크게 문제되지 않습니다. 실험 Ⅰ은 소수의 큰 값이 평균을 크게 좌우하므로 평균 자체가 불안정합니다. 이 실험의 핵심 비교는 평균이 아니라 분산입니다.

1-3 — 항생제는 내성을 "만들지" 않는다, "고른다"

항생제를 쓰기 전에 이미 세균 집단 안에는 무작위로 생긴 내성 돌연변이 세균이 소수 있습니다. 항생제는 내성이 없는 세균만 죽여 내성 세균을 골라 남기고, 남은 내성 세균이 증식해 집단의 대부분을 차지하게 합니다. 그래서 항생제는 내성을 만드는 게 아니라 이미 있던 내성 세균을 선택하는 선택 압력입니다.

	살아남으려면	예상 생존 세균 수
A만 쓸 때	A 내성만 있으면 됨 (10-8)	1010 × 10-8 = 약 100개
A와 B를 함께 쓸 때	두 내성을 모두 가져야 함 (10-8 × 10-7 = 10-15)	1010 × 10-15 = 10-5개, 사실상 0

두 돌연변이가 독립적으로 생기므로 확률을 곱합니다. 그래서 여러 항생제를 함께 쓰는 병용 요법은 내성 세균이 살아남을 가능성을 크게 줄입니다.

흔한 실수는 "항생제가 내성을 만든다"고 답하는 것입니다. 문제 자체가 그 말이 왜 틀렸는지 묻고 있는데도 이 표현이 무심코 나오는 학생이 많아요.

꼬리 질문 — "처방대로 끝까지 먹지 않고 증상이 나아지자 중단하면 내성 문제가 왜 커질까요?"
→ 중간에 멈추면 덜 민감한 세균이 살아남은 채 다시 증식하고, 그 사이에서 더 강한 내성 돌연변이가 생기거나 선택될 기회가 늘어나기 때문입니다.

이 문항에서 가져갈 것

• 두 가설을 판별하라면, 각 가설의 예측부터 세운다. 예측이 다른 지점이 곧 판별 근거입니다.
• 평균이 같아도 분포 모양은 다를 수 있다. 생명과학 자료에서 분산·흩어짐은 그 자체로 정보입니다.
• 대조 실험은 "무엇을 배제하나"로 설명한다. 실험 Ⅱ는 실험 오차라는 대안 설명을 지웁니다.
• 선택은 변이를 만들지 않는다. 진화 단원 면접에서 가장 자주 확인하는 개념입니다.

대학별 면접 형태는 대입 심층면접 개요에 정리해 두었습니다. 문항에 대한 질문은 Q&A에 남겨 주세요.