무질서가 만든 질서 / 스튜어트 A. 카우프만

 

 

 

프롤로그

ㆍ살아있는 것과 살아있지 않은 것 사이에는 거대한 간극이 있다. 물질에서 어떻게 생명이 만들어질 수 있는가? - 생명의 출현은 더 이상 신비가 아니다.

 

ㆍ생명을 이해할 수 있다고 해서 그다음 단계의 진화를 예측할 수 있는 건 아니다. 과학은 대상을 완벽히 이해하고, 그 지식을 바탕으로 미래를 예측하려고 한다. 그러나 실세계에는 완벽히 이해할 수 있는 대상이 거의 없을뿐더러, 이를 바탕으로 미래를 예측하기는 더욱 어렵다. 

 

ㆍ화학적 창세기의 시나리오

1. 단백질과 DNA를 비롯한 생명의 재료들이 단순한 단위들의 조합으로 무궁무진한 가능성을 가진다. 

2. 이 무궁무진한 가능성을 바탕으로 자기조직화가 거의 필연적으로 필어난다. 

3. 자기조직화에 의해 번식이 가능한 원시세포가 나타날 수 있다.

4. 원시세포가 증식을 거듭하면서 여러 변종이 생기고, 변종끼리 서로 기회를 창출하며 개체 수가 많아지고, 다양한 종이 끊임없이 생기면서 진화해 나갈 수 있다. 

- 이러한 방식으로 우주에는 거의 필연적으로 생명이 나타난다. 그러나 생명이 어떻게 창발하고 진화하는지를 구체적으로 예측할 수는 없다. 

 

ㆍ우리는 물리학 너머의 세계에 있다. 

 

ㆍ무엇이 진화할지는 미리 알 수 없고, 점점 더 복잡해지는 가운데 우리의 생물권은 창발한다. 

 

ㆍ우리는 세계를 유도할 수 있는, 세계가 궁극적으로 어떻게 되어갈지 알아낼 수 있는 토대를 물리학(특수상대성이론, 일반상대성이론, 양자역학, 표준모형과 양자장론)에서 찾을 수 있다고 생각한다. 그러나 우리는 그렇게 할 수 없다. 우주의 최종적인 산물은 이 토대 위에 있겠지만, 토대에서 유도해 낼 수는 없다. 이 알 수 없는 전개는 토대라는 선착장에서 미끄러져 제멋대로 떠다닌다. 고대 그리스의 철학자 헤라클레이토스Heracleitos가 말했듯이, 세계는 부글거리며 나아간다WorldBubbles Forth.

 

 

 

 

1장 세계는 기계가 아니다

 

ㆍ양자역학과 양자장론이 고전 물리학의 결정론적인 면을 바꿔놓았지만, 실재를 거대한 '기계'로 보는 관점 자체는 바꾸지 않았다. 이 책에서 내가 말하고자 하는 바는, 진화하는 생물권이 '기계'라는 생각은 틀렸다는 것이다. 

 

ㆍ생물권은 문자 그대로 자기 자신을 만들고, 그렇게 함으로써 다양성을 넓혀간다. 그럼 다시, 어떻게, 왜 그렇게 되는가? 놀랍게도, 그 해답은 ‘살아있는 세계는 더 다양하고 복잡해질 수 있으며 그 과정에서 스스로 그렇게 될 가능성을 만들어 낸다는 것’에서 찾을 수 있다. 이렇게 되려면, 열역학 제2법칙으로 질서가 무너지는 속도보다 더 빠르게 질서를 만들기 위해 에너지 방출을 이용해야 한다. 앞으로 함께 살펴볼 것처럼, 몬테빌과 모시오의 제약 회로와 열역학적 일 순환의 아름다운 이론은 우리의 새로운 이야기를 잘 뒷받침해 줄 것이다.

 

ㆍ기능들은 전체를 위해, 전체의 수단으로 존재한다. 

 

ㆍ모든 생명 시스템은 자가생성의 성질을 띠며, 집단적으로 자가촉매적인 계이다. 

 

ㆍ'우주에 있는 모든 입자의 위치와 운동량을 알 수 있으며, 우주의 모든 과거와 미래를 완벽히 계산할 수 있다. - 라플라스의 악마

2장 기능의 기능

 

ㆍ우주에서 어떻게 물질로부터 중요성이 발현되는가?

 

3장 전파되는 조직화

 

ㆍ모든 생명 시스템은 열린 열역학적 계이기 때문에 물질과 에너지를 얻는다. 다시 말해, 생명은 평형에서 벗어나 있다. 평형이란, 일례로 통에 담긴 기체 분자들이 궁극적으로 안정되어 최대 엔트로피를 가지는 가장 가능성이 높은 상태를 말한다. 

 

ㆍ슈뢰딩거는 <생명이란 무엇인가>에서 생명이 환경에서 '음의 엔트로피', 즉 질서를 취해서 생명 시스템 내부의 질서로 변환한다고 말했다. 

 

ㆍ생명 시스템은 그들의 조직화를 전파한다. 

 

ㆍ세계에는 속이 빈 지질 소낭 속의 리포솜처럼 ‘개체’를 감싸는 막이 있다. 이것은 유전성 변이와 선택이 일어날 수 있는 원생세포를 낳는다. 이 모든 것에 의해, 계는 조직화를 전파하고 다양한 생물권을 이룬다. 이러한 계는 세 가지 회로 덕분에 말 그대로 자신을 재생산할 수 있다. 이들이 진화하면서 만들어내는 생물권을 예측할 방법은 없으며, 이것을 지배하는 그 어떤 법칙도 없다. 따라서 생명은 완전히 자연적이며 신비주의와 무관한 생기론vitalism에 의해 펼쳐진다. 헤라클레이토스가 말했듯이, 생명의 세계는 진정으로 부글거리며 나아간다. 

 

4장 생명의 비약

 

ㆍ계는 '기계'이지만, 물질만의 기계도, 에너지만의 기계도, 자유 에너지만의 기계도, 엔트로피만의 기계도, 경게조건만의 기계도 아니다. 이것은 이 모든 것의 연합이다. 

 

 

5장 대사를 만드는 방법

 

 

6장 원시세포

 

ㆍ다메르와 디머는 이런 방식으로 원시세포의 이론을 구성했다. 이러한 원시세포들은 여러 가지 펩티드나 RNA 배열 또는 둘 다를 풍부하게 함유한 수프를 갖추고 있다. 건습 순환 중 습한 기간에, 그동안 말라 있던 다층막이 물로 인해 불어나면서 수조 개의 리포솜이 만들어진다. 이 중 일부가 앞에서 언급한 무작위의 폴리머들을 함유하고 있어서, 원시세포를 형성한다. 습한 기간에 분자들이 쪼개져 펩티드나 RNA의 무작위적 뒤섞임과 재합성이 일어나지만, 이번에는 다층다메르와 디머는 이런 방식으로 원시세포의 이론을 구성했다. 

7장 유전성 변이

 

ㆍ다윈이 옳았다. 유전성 변이와 자연선택으로 우리는 번성하며 미래로 나아간다. 

 

 

8장 우리가 하는 게임

 

 

9장 놀랍고도 진실한 이야기

 

ㆍ누가 기회를 잡을지는 알 수 없지만, 그들은 가능한 상태적 지위에서 특정한 기회를 잡고, 다시 새로운 생태적 지위를 만든다. 자연의 들판은 우리가 함께 만드는 공간에 의해 점점 확장되며, 우리가 생겨나는 속도보다 더 빠르게 늘어난다. 이것이 복잡성이 창발하는 방식이다. 

10장 무대는 준비되었다

 

ㆍ우주에서 ‘기회를 잡는’ 그 무엇이 되려면 어떠해야 하는가? 무언가를 잡을 기회가 되고, 그러한 기회를 잡을 수 있는 누군가가 되려면 어떠해야 하는가? 이 문제의 핵심은 되풀이할 가치가 있다. ‘혜택을 누리는 자’가 없다면 기회는 없다. 혜택을 누리는 누군가가 있어야 맥락은 기회가 된다.

 

 

11장 선택적 진화와 스크루드라이버

ㆍ임시변통이란 물건이나 과정을 원래의 목적이 아닌 곳에 사용하는 것을 말한다. 

 

ㆍ생물권은 다양성으로 폭발하고, 다윈이 말한 자연의 들판에 점점 더 많은 균열을 만들어, 바로 자연의 들판, 자연 그 자체가 된다. 

 

12장 물리학 너머의 세계

ㆍ우리는 늘 새롭게 생겨나는 기능들에 대응해 끊임없이 변하는 위상 공간을 미리 알 수 없다. 따라서 우리는 창발을 기술하는 운동법칙을 쓸 수 없다. 연역적 법칙이 없으므로 운동 방정식을 적분할 수도 없다. 

 

ㆍ생명의 세계는 기계가 아니다. 뉴턴의 법칙과 더불어 모든 입자의 위치와 운동량으로 세계 전체를 계산할 수 있는 라플라스의 악마가 연역해 낼 수 없는 영역이다. 

 

ㆍ환원주의는 틀렸다. 최종 이론은 없다. 

 

ㆍ여기에서는 생명이 물리학에 뿌리를 두고 있지만, 그 너머에 예측 불가능한 수많은 방법으로 살아가는 방식을 만들어낸다는 것을 증명하고자 한다. 이것이 바로 이 책을 쓴 목적이기도 하다. 세 회로(제약, 일, 촉매) 덕분에 생명 시스템은 문자 그대로 자기 자신을 구축하고, 원자 수준 위의 비에르고드적 우주에서 끝없이 개방적인 복잡성을 향해 자신을 구축해 간다. 어떤 법칙도 이 기적을 기술하거나 연역할 수 없다.

 

ㆍ인접 가능성이란 진화에서 그다음에 일어날 수 있는 일을 말하는 것으로, 진화는 자신이 만들어내는 바로 그 인접 가능성의 기회에 휘말려 들어가는 것이다.