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 질서order for free>라고 표현했다.

혼돈의 가장자리

하지만 카우프만이 말하는 <질서>는 자연발생설의 주장과 같이 아무 곳에서나 생겨나는 것은 아니다. 그것은 상임계(上臨界)와 하임계(下臨界)의 경계, 즉 <인공생명> 분야의 개척자 크리스토퍼 랭턴이 표현했던 <혼돈의 가장자리edge 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.

이를 쉽게 설명하기 위해 카우프만은 양탄자 위의 1,000개의 단추 실험을 이용했다. 먼저 두 개의 단추를 골라 하나의 실에 꿰고, 또다시 두 개의 단추를 골라 실에 꿰는 것을 계속 반복한다. 그러면 우선 한 쌍, 한 쌍이 분리되다가 점점 작은 실뭉치들이 발견되기 시작한다. 그러나 500번째 반복을 하다 보면 갑자기 물이 얼음이 되는 상전이와 같은 주목할 만한 변화가 일어난다. 그리고 단추들은 하나의 거대한 연결망에 모두 연결된다. 이와 같이 생명도 서로 다른 분자들이 혼합되어 있는 일종의 원시 생명 수프가 어떤 복잡성의 수준을 지나면서 살아 있는 계로 자기조직화를 일으켜 발생했을지도 모른다고 카우프만은 이야기한다. 그리고 만약 그렇다면, 생명은 거의 있을 법하지 않은 우연한 사건이 아니라, 거의 피할 수 없는 사건일 것이라는 결론을 내린다.

이 책의 구성

카우프만은 이 책에서 생물계의 질서 속에 내재하는 자기조직화와 복잡성의 법칙들을 과학적으로 증명하기 위해 컴퓨터 모의실험을 비롯한 여러 가지 실험과 도표, 모형 이론들을 소개한다. 각 장의 주된 내용은 다음과 같다.

1장 혼돈의 가장자리: 창발성, 자기조직화, 저절로 생기는 질서, 혼돈의 가장자리, 적합도 지형 등 책 전반에 걸쳐 소개될 새로운 개념들을 대략적으로 소개한다.
2장 생명의 기원: 생명이 어떻게 물리학과 화학의 자연스런 결과로 형성되었는지, 그리고 생물권의 분자적인 복잡성이 어떻게 질서와 혼돈의 경계를 따라서 갑자기 출현하게 되었는지를 설명한다.
3장 기대되었던 인간: 1,000개의 단추 실험과 <촉매 반응 고리>의 개념을 통해 충분하게 다양한 분자 혼합물에서 자기 재생산이 가능한 신진대사인 자기 촉매계가 나타나는 메커니즘을 보여준다.
4장 저절로 생기는 질서: 분자 수준의 신진대사 회로망을 전기회로와 부울 함수로 모형화하여, 생물권 밖의 질서가 어떻게 자연발생적으로 발현될 수 있는지를 이해할 수 있게 해준다.
5장 개체 발생의 신비: 4장에서 논의했던 부울 회로망의 개념을 유전자 회로망에 적용하여 살펴본다. 이를 통해 어떻게 하나의 세포로 이루어진 배에서 200개가 넘는 서로 다른 세포로 이루어진 고도로 복잡한 조직이 자라나는지를 알 수 있다.
6장 노아의 그릇: 엄청나게 복잡한 생물 다양성의 근원을 살펴보고, 전체로서의 생물권이 나타내는 상임계적 특성과 개별적인 세포들이 나타내는 하임계적 특성들이 균형을 이루며 창조적 진화를 전개해 나가는 방식을 설명한다.
7장 약속의 땅: 최첨단 생물공학에 대한 통찰뿐만 아니라 유전공학의 새로운 개척자들이 펼치는 멋진 마법(새로운 약, 백신, 효소, 생물센서 등)의 세계를 엿볼 수 있다.
8장 고산지대의 모험: 적합도 지형 개념과 NK 모형 이론을 통해 각자 자신의 위치에서 적응적 탐색을 해나가는 생물들의 진화 양상을 살펴본다.
9장 생물과 인조물: 캄브리아기의 대폭발로 상징되는 생물권의 폭발적인 분화 과정과 인류에 의해 진행되고 있는 인조물 개발 과정 사이의 공통적인 특성들을 알아본다.
10장 무대 위의 한 시간: 생태계의 균형 잡힌 질서, 즉 공진화하는 계들에서 최고의 평균 적합도를 보이는 상태에 대해 기술한다. 여기에서는 게임 이론, 내시 평형, 붉은 여왕 효과, 진화적 안정 전략 등의 개념을 이해할 수 있다.
11장 우월한 것을 찾아서: 이제까지 설명되었던 NK 모형 이론, 혼돈의 가장자리 등의 개념을 통해, 복잡성에 관한 연구가 어떻게 사업, 경영, 정부, 조직 등과 같은 실제적인 문제들에 적용될 수 있는지를 살펴본다.
12장 거대 문명의 출현: 기술 공진화와 서로 다른 문화의 충돌, 그 속에서 출현하고 쇠퇴하는 대역적 문명의 흐름을 살펴보고, 지금 우리 세계가 직면하고 있는 변화와 혼란에 대처할 수 있는 방법을 찾아본다. 여기서 카우프만은 생태계, 경제계, 그리고 심지어 문화계는 모두 유사한 일반적 법칙에 따라 진화한다는 것을 보여준다.

이 책에서 카우프만이 추구하는 것은 생명의 근원과 진화의 법칙에 관한 것이다. 그리고 그것은 생명에 대한 기존의 이론을 뛰어넘어 전혀 새로운 것을 향하고 있다. 그것은 바로 복잡한 현상 뒤에 숨겨진 질서인 자기조직화의 원리이다. 자기조직화의 원리는 생명체를 비롯한 다양한 복잡계에 같은 방식으로 적용된다. 가령 자동차와 같은 인조물에서 볼 수 있는 기술의 진화, 보이지 않는 손에 의해 조정되는 시장 경제와 인류가 발달시켜온 정치 체계의 진화, 인류 문명의 발달 양상 등과 같은 다양하고 폭넓은 복잡계들을 포함한다. 이 책을 통해 독자들은 혼돈의 가장자리에 놓여 있는 질서의 법칙들에 대한 지적 발견의 흥분과 생명의 본질을 찾아가는 새로운 통찰의 세계를 함께 맛볼 수 있다.

서문
감사의 글

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

옮긴이의 말
참고문헌
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