혼돈의 가장자리
자기조직화와 복잡성의 법칙을 찾아서
스튜어트 카우프만
생명의 기원에서 현대의 기술혁명에 이르기까지
복잡계를 관통하는 생명과 진화의 자발적인 법칙
생명은 맨 처음 어디에서 어떻게 시작되었을까? 그리고 어떻게 지금과 같은 복잡한 생물계를 이루게 되었을까? 과연 다윈의 진화론이나 지금까지 밝혀진 다른 유전학 이론으로 이것을 설명할 수 있을까? 생명의 탄생에서부터 다세포 생물의 출현, 캄브리아기의 대폭발, 그리고 거대한 문명의 출현과 쇠퇴에 이르는 크고 작은 복잡계에서 자연발생적으로 생겨나는 질서를 발견하는 것이 이 논의이 핵심이다.
복잡계 연구의 세계적 중심지인 미국 산타페 연구소의 연구원인 스튜어트 카우프만은 이 책에서 복잡계 과학이 어떻게 자연선택에 의한 다윈의 진화론을 확장시키는지, 그리고 자기조직화와 선택과 우연이 어떻게 생물계의 엔진으로 작동되는지를 풍부한 예시와 실험을 통해 설명한다.
목차
1장 혼돈의 가장자리
2장 생명의 기원
3장 기대되었던 인간
4장 저절로 생기는 질서
5장 개체 발생의 신비
6장 노아의 그릇
7장 약속의 땅
8장 고산 지대의 모험
9장 생물과 인조물
10장 무대 위의 한 시간
11장 우월한 것을 찾아서
12장 거대 문명의 출현
스튜어트 카우프만(Stuart Kauffman)
다트머스 대학교 및 옥스퍼드 대학교 모들린 칼리지에서 학사학위를 받았으며, 캘리포니아 의과대학을 졸업했다. 신시내티 종합병원과 신시내티 대학교 유전학과에서 인턴 및 박사후연구원 과정을 거쳤다. 시카고 대학교 이론생물학과 조교수, 산타페 연구소 교수 등을 역임했다. 카우프만은 저명한 복잡계 경제 자문 법인인 의 설립자로서 현재 수석 과학 담당관 및 임원회 의장을 맡고 있으며, 산타페 연구소의 명예교수로 재직중이다. 카우프만은 또한 생물공학 회사인 와 의 설립자이기도 하다. 위너 상, 맥아더펠로우십, 허버트 사이먼상 등을 수상하였으며, 『Origins of Order』, 『Investigations』등의 저서가 있다.
자발적인 질서의 존재는 다윈 이래 정립된 생물학의 개념들에 대한 놀라운 도전이다. 1세기도 넘게 대부분의 생물학자들은 자연선택이 생물에서 질서의 유일한 원천이며, 서투르긴 하지만 그것만이 생물의 형태를 다듬는 수선공이라고 믿어왔다. 그러나 만약 자연선택된 형태가 복잡성의 법칙에 의해 만들어진 것이라면, 자연선택에는 항상 보조역이 있었던 것이 된다. 자연선택은 결코 질서의 유일한 원천이 아니며, 또한 생물체는 그저 누덕누덕 수선된 기묘한 장치가 아니며, 더욱 심오한 자연 법칙들의 표상인 것이다. 이 모든 것이 사실이라면, 앞으로 우리는 다윈적 세계관을 어떻게 수정해야 할 것인가! 우리는 우연한 존재가 아니라 기대된 존재인 것이다.
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혼돈이 어떻게 질서를 만들어내는가
생명은 맨 처음 어디에서 어떻게 시작되었을까? 그리고 어떻게 지금과 같은 복잡한 생물계를 이루게 되었을까? 과연 다윈의 진화론이나 지금까지 밝혀진 다른 유전학 이론으로 이것을 설명할 수 있을까? 생명의 기원과 진화를 둘러싼 이러한 논의는 특히 <복잡계 과학>이라는 새로운 패러다임에 의해 최근 여러 곳에서 활발하게 진행되고 있다. 생명의 탄생에서부터 다세포 생물의 출현, 캄브리아기의 대폭발, 그리고 거대한 문명의 출현과 쇠퇴에 이르는 크고 작은 복잡계에서 자연발생적으로 생겨나는 질서를 발견하는 것이 이 논의의 핵심이다.
저절로 생기는 질서
카우프만에 따르면 생물 진화의 과정에는 우연을 넘어서는 어떤 질서가 존재한다. 그는 이것을 설명하기 위해 자기조직화와 창발성의 개념을 도입했다. 가령 우리 주변에는 물 속의 기름방울이 구 형태를 띠는 것이나 눈송이가 육방정계의 모양을 하고 있는 것과 같이 자연에서 자발적으로 생겨나는 질서의 사례들이 많이 존재한다. 그리고 이러한 자기조직화 혹은 자연발생적인 질서의 범위는 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 거대하다. 그렇다면 자연발생적인 질서는 어떻게 생겨나는 것일까? 카우프만은 복잡성 그 자체가 자기조직화를 일으킨다고 주장한다. 즉 <전체는 그 부분들의 합보다 더 크다>는 의미를 내포하는 창발성에 의해 충분히 복잡한 어떤 계 안에서 자연발생적인 질서가 생겨난다는 것이다. 카우프만은 이것을 <저절로 생기는 질서 order for free 라고 표현했다.
혼돈의 가장자리
하지만 카우프만이 말하는 <질서>는 자연발생설의 주장과 같이 아무 곳에서나 생겨나는 것은 아니다. 그것은 상임계와 하임계의 경계, 즉 <인공생명> 분야의 개척자 크리스토퍼 랭턴이 표현했던 <혼돈의 가장자리 edge of chaos>에서만 생성된다. 이 개념에 따르면 생명은 변화에 대한 요청과 안정의 유지 사이에서 균형을 맞추며 살아간다. 만약 심한 변화가 일어나거나 혼돈의 상태에 빠지거나, 반대로 어떤 변화도 없는 안정된 상태에 고착된다면, 살아 있는 시스템은 혼돈과 함께 해체되거나 획일적으로 얼어붙어 멸종하게 된다는 것이다. 이와 같이 생물들이 환경의 다양한 변화에 적응하면서 스스로에게 좀더 복잡한 적응 능력을 부여하고, 혼돈과 안정 사이에서 균형을 맞춰가며 살아가는 생명의 영역을 <혼돈의 가장자리>라고 부른다. 즉 생명은 혼돈의 가장자리에 존재한다.
기적은 없다, 다만 알 수 없을 뿐이다.
다소 어려운 500여페이지 짜리 과학 교양서다. 자연선택에 의한 진화론에 대한 반론이랄까? 저자의 주장을 한마디로 옮겨보면 "충분히 복잡한 비평형 화학계에서 촉매가 자연스러운 업적으로 성취한 것이 바로 생명이다"라 하겠다. 이 정의와 부제, 그리고 앞의 짧은 평가를 종합해보자면, 저자는 랜덤한 자연의 시행착오에 의해 우연히 발생한 존재로 생명과 그 끄트머리에 있는 인간의 존재를 바라다 보는 시각을 거부하며, 예정되어 있다고 할 수는 없지만 필연적으로 지금과 같은 복잡한 생명현상이 존재하게끔 되어있다! 라고 말하고자 하는 듯하다. 제목에서부터 복잡계에 대한 이야기가 나와서 그런지, 수학과 통계적인 이야기가 꽤나 난해해서 집중해서 읽히지 못했다. 프리고진의 책이 어렴풋이 떠오르기도 했으나 단지 그뿐... 다만 초장부터 끄트머리까지 '비트'의 개본 개념이 이처럼 복잡해질 수 있구나에 대한 생각을 많이 하게 되었고, 엉뚱하게도 이원론이라는건 - 어떠한 의미에서든, 천지음양이든 선악, 천국/지옥이라는 구분 - 은 어쩌면 의식을 생명이 본능적으로 가지게 되는 세계관의 구성이 아닐까 하는 생각마저 들었다. 저자의 연구방법이라는게, 그리고 적혀있는 내용이라는게 주로 수치실험을 통해서 간단한 이항연산의 조합을 통해 생성될 수 있는 비평형 동력학적인 개념에서의 결절점 - 생명의 탄생과 진화의 방향 - 을 규명하려는 것이었기 때문에 그렇다고 하겠다. 끄트머리 부분에서 이런 애기를 한다. "우리는 초음속 비행기 같은 복잡한 인조물들의 설계를 최적화하기 위한 시도들에 관해 이야기를 듣는다. 한 팀은 비행기 외장의 특성을 최적화하고, 다른 팀은 의자들을, 또 다른 팀은 유압장치들을 최적화하지만, 그 다중적인 해는 모든 설계 요구를 적절하게 해결하는 단 하나의 타협으로 수렴하지는 않는다." 이 당연한 이야기가, 이 책을 읽고나서는 상당히 심오하게 들린다. 10개의 부품으로 이루어진 기계를 하나 만들때, 각각을 최선으로 만든다 하더라도 그 조합이 최선을 이루게 되는 적정선을 찾기는 어렵다는 거, 그리고 당연히 그 부품이 많을수로 그 최선이라는 것은 완벽한 해석해로 나오지 못한다는거... 그게 현실이고 사회라는 거. 구체적으로는 내가 현재 관련을 가지는 일에서부터 문명과 생태게라는 것에까지 확장이 되는 듯하다. 여기서 얻어지는 생각은 크게 두개, 하나는 그래서 직관이나 노하우라는 명확한 근거는 제시할 수 없는 요소가 항상 공존한다는 거. 두개는 그래서 이 세상은 안정적인 상태로 유지될 수 없다는 것. 이 책의 저자역시, 뭐 나름의 상상력은 풍부했을 것이나 매우 분석적인 접근방법으로 글을 써내려갔으나, 결과는 그런식으로 흐를 수 밖에 없다. "그리고 그래서 우리는 법칙을 따르는 궤적 위에 있다. 진화는 확실히 '날다가 날개 끝에 붙들린 우연'이지만, 또한 그것은 이면에 숨어있는 질서의 표현이기도 하다" 이에 근거하여 생명의 발생과 진화에 대한 이야기로 다시 돌아가보면, '기적'이라는 것에 대해 다시 생각해보게 된다. '기적'이라는 말에 전제되는 것은 '능력이상의 것', '예측할 수 없는 것'이라는 두개의 범주가 아닐까 싶다. 그것을 행하는 존재가 신이고 초인이다. 그러나 저자의 주장이 기반하는 지식에 의해서는, 초월적인 능력을 지닌 외부적 존재를 부정하고 자체적으로 스스로 그러하게 - 자연自然이라는 원뜻 그대로 - 잠재되어 있는 능력이 발현이다. 하지만 정확히 예측하는 것은 불가능하다, 다만 현재 고정되어 보이는 상태는 상당히 역동적이로 변화를 전제로 하는 시스템이다. 뭐 대략 이정도로 이야기될 수 있다. '생명발생과 진화의 기적'이 그렇단 말이다. 단, 저자는 다위니즘을 공격하려 했으나... 궁극적인 논리상으로는 '예측불가'에 대한 보다 정교하고 복잡해보이는 설명이 추가되었을 뿐, '자연선택'이라는 개념에 다소간에 변형을 가했을 뿐 근본적인 비판을 하지는 못한게 아닐까 싶다. "우리는 불가능하나 존재가 아니라 기대된 존재다"라고 말하고 싶어하나, 이 역시 다위니즘에서도 말할 수 있는 것일테니깐. 그리고, 저자의 주장을 그런대로 수용한다고 할때, 수십억년 전 지구와는 다르지만, 그래도 충분히 복잡한 비평형 화학계가 존재한다면, 다른 형태의 생명현상이 수없이 명멸했을 수 있다고 한층 더 기대할 수 있게 되었다.
‘혼돈의 가장자리’ 라는 제목을 보았을 때, 예전에 읽었던 ‘혼돈으로부터의 질서’ ‘엔트로피’와 같은 책을 떠올리며 질서와 무질서에 대한 이야기로만 생각을 하였다. 질서와 무질서에 대한 저자의 새로운 생각을 제시하는 글로만 생각을 하였는데 저자는 예상 밖의 문제를 제시하였다. 바로 생명의 탄생에 대한 저자의 견해이다. ‘이 책의 저자를 보며 가장 놀랜 부분은 어떻게 이런 생각을 할 수 있을까?’ 이다. 우리는 오랫동안 다윈의 ‘진화론’에 익숙해졌고 이미 그 이론은 사실과 같이 인식이 되어버렸다. 하지만 저자는 우리의 그러한 생각을 날카롭게 찔러 버렸다. 저자의 생각은 돌연변이에 의한 우연성에 생명체는 탄생된 것이 아니라, 필연적으로 만들어진 기대된 존재라는 것이다. 확률적으로나 어떠한 경우를 상상하더라도 우리의 모습은 당연히 이렇게 존재하는 것이 마땅한 것이다. 재료가 충분한 스프에서 이러한 결과물은 당연하게 나올 경우의 수라니...... 그동안 우리는 오랜 과거의 경험과 일들 그리고 돌연변이를 통해 가장 최적의 유전자들이 남아 만들어진 존재가 아닌 것이다. 우리는 충분한 경우의 바탕에서 당연스럽게 오히려 생성되지 않은 것이 이상하게 여겨질 상황에서 자연스럽게 생성되어진 존재인 것이다. 저자의 생각은 날카롭고도 강렬하게 제시하여 이것은 진화론을 넘을 새로운 ‘설’ 이다. 라는 생각이 들었다. 그러한 느낌과 함께 다가오는 의문들은 과연 나라는 존재는 무엇인가? 이다. 화학적으로 물리적으로 나에 대한 모든 것들은 설명이 가능하다. 이제껏 나라는 존재는 수많은 요소들의 복합적으로 작용을 하여 이루어진 예측이 불가능한 확률적으로 너무 희박한 존재라고 생각을 하였다. 하지만 이 책은 나를 화학적인 칼과 물리적인 가위로 철저하게 조각을 내서 설명이 가능하다고 한다. 이 책은 질서 혹은 무질서와 같은 카오스적은 부분을 생명이라는 분야에 접목시켜 생명이라는 존재에 대해 다시 한번 생각하게끔 만들어 주지만 생각 자체는 읽는 이로 하여금 존재의 자체에 대해 허무하게 만들어 주기도 하였다. 하지만 생각의 틀에서, 고정관념의 틀에서 한번은 벗어나게 해준듯하다. 비록 알기 힘든 말들이 난무하고 이해하는 부분보다 이해하기 힘든 부분이 더 많았지만 말이다.
지금껏 내가 알고 있었던 내용과 전혀 다른 내용의 책이여서 많이 충격적이였다. 다윈의 이론에 의해 무질서에 의해 생겨나는 '자연선택'에 우리가 진화를 하고 체계적인 질서를 잡혀나가는 것 이라고 무의식중에 다윈의 진화론이 나의 생각을 지배하고 있었던 것 같다.이 혼돈의 가장자리라는 책이 나에게 많은 충격을 안겨준것을 보면 말이다. 세계의 질서는 자발적이고 자연적으로 '자기조직화'에 의해 이루어지는 것이라고 했다. 이책을 읽으면서 내가 생각해왔던 내용이 얼마나 단편적이고 좁은 시야로 바라 봤는지 알것 같았다. 이 거대한 계에서 아주 복잡해 보이는 것들도 속을 깊숙히 들여다 보면 엄연히 질서라는 것이 있다. 인간세계 뿐 아니라 인간이 만들어 놓은 시장이라든지 법률 뿐만 아니라 동물이나 곤충세계에서도 이런 질서는 존재한다. 이것들이 결코 우연히 자연 발생적으로 일어났다고 보기에는 역부족일 것 이다.
생물의 진화에 대해서 다윈의 자연선택설 뿐만 아니라 혼돈이라는 이론을 도입해서 자신의 주장을 설명한 부분이 새롭게 다가왔다. 즉, 진화라는 것은 무작위로 굴리는 룰렛(도박의 일종)의 주사위 숫자처럼 많은 수의 변이를 자연이 그에 맞는것을 선택하여 그 선택받은 변이들만이 살아남는다는 다윈의 자연선택설을 전적으로 따르는 것이 아니라 오히려 그러한 변이의 질서는 세포들간에 자발적으로 매우 복잡한 조성회로망들이 "자기 조직화'한 결과라는 것이다. 자연선택은 우연의 결과가 아니라 유전자가 "자기 조직화'에 의해 저절로 얻은 질서라는 것이다. 우리가 평소에 알고 있는 혼돈의 이론을 생물학적으로 접근하여 진화에 대한 새로운 관점을 제시한 저자의 창의성에 감탄을 금치 못했다. 아울러 우리 몸을 구성하는 세포에도 이러한 혼돈의 이론이 적용된다는 사실이 더욱 신기했다.
‘태초에 생물의 시작은 무엇이었을까?’,‘우주의 시작은 어디였을까?’ 이러한 질문들을 우리는 가끔 던져 보고 사색에 잠겨 본다. 많은 과학자들이 이러한 비밀을 풀기 위해 노력하였고 제시한 이론들에 꼬리를 물어가면서 매번 새로운 시도가 시작되고 그러한 시도에 의해 이러한 신비들이 조금씩 그 껍질을 벗어 가고 있고 이러한 껍질을 벗겨 내어 진실에 도착하여 그것을 사람들에게 알리는 것이 과학인 것이다. 이 책을 통해 생물의 진화에 대한 신비를 벗기는 한걸음을 더 옮겼다. 하지만 아직 진실을 밝히기에는 부족하다고 느껴진다. 과연 진실은 우리 앞에 그 모습을 보여줄 것인가? 라는 질문에 나는 당연하다고 답하고 싶다. 항상 자연은 우리에게 진실을 말하고 있다. 하지만 그것을 이해하기에는 우리의 지식이 부족한 것이다. 이러한 부족한 점을 매우기위해 우리는 꾸준히 걸음을 옮겨야 하고 그 여정의 끝에 진실이 우리를 맞이할 것이라고 생각한다. 나는『혼돈의 가장자리』에서 단지 지식만을 읽은 것이 아니다. 새로운 진실로 나아가는 방법을 배운 것이다. 그리고 이러한 배움을 나의 삶에서 하나씩 실천되기 위해 노력할 것이다.
이미 거의 모든 사람이 알고 있던 진화론을 과감하게 뒤집는 스튜어트 카우프만의 이론을 상세하게 기술한 책이다. 우연성과 돌연변이를 기초로하는 진화론과는 달리 저자는 자기 조직화와 저절로 생기는 질서라는 전혀 다른 개념을 도입하고 있다. 즉 생명의 기원은 필연적인 사건이라는 주장인 것이다. 또한 생명은 혼돈의 가장자리에 존재함으로써 복잡성 내에서 자기 조직화를 이룬다고 저자는 설명하고 있다. 조금은 내용이 생소하고 어려운 느낌이 들었지만 아주 새롭고 흥미로운 내용들이 많이 소개되어 있다. 실험과 여러가지 증거를 제시하여 이전부터 알고 있었던 진화론에 대한 생각을 조금 바꾸는 계기가 되는 책이었던것 같다.