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KISTI 과학향기 제1785호

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단순함에서 복잡함으로 창발의 과학

자막
개미는 꽤나 멍청합니다.
개미에겐 두뇌도 의지도 계획도 없지만,
군집한 개미 집단은 똑똑합니다.
개미 군락은 복잡한 구조물을 지을 수 있고
어느 군락은 진균을 재배하기도 하고, 다른 곳은 가축을 기르기도 합니다.
그들은 전쟁을 치르거나, 군락을 방어하기도 합니다.
이런 일이 어떻게 가능할까요?
어떻게 무지한 것들이 모여서 지적인 일을 해낼까요?
이런 현상을 창발이라고 하며,
우주에서 가장 매력적이고 신비한 특징 중 하나입니다.
간략하게 창발이란,
작은 것들이 모여 그것들을 합친 것과는 다른 속성을 가진 더 큰 것을 만들어낸다는 뜻입니다.
창발은 단순함에서 생겨난 복잡함이며, 어디에나 존재합니다.
물은 그것을 구성하는 분자와는 아주 다른 특성을 가지고 있습니다.
축축하다는 개념처럼,
젖은 옷을 가지고 충분히 확대시켜 보면 축축하다는 것은 없습니다.
단지 섬유 원자 사이의 공간에 물 분자가 앉아있을 뿐입니다.
축축함은 물에서 나타난 특성으로,
물 분자 각각의 상호작용에서 새롭게 생겨난 것입니다.
마찬가지로 많은 물체가 특정한 규칙으로 상호작용해서 그것들이 가진 것 이상을 만들어냅니다.
또한, 여기에 그치지 않고
만들어진 특성 자체가 새로운 물체이며, 다시 서로 합쳐지면서 이런 과정을 반복할 수 있다고 합니다.
마치 층층이 쌓인 층계가 조금씩 더 복잡한 부분을 가지는 것처럼 상상할 수도 있습니다.
원자가 모여 분자를, 분자가 모여 단백질을,
단백질로부터 세포를, 세포로부터 기관을,
기관이 모여 사람을,
사람이 모여 사회를 만듭니다.
하지만 어떻게 부분들이 합쳐져서 그 이상을 만드는 것일까요?
개미들이 군락이라는 흐릿한 개체를 만들어낼 때 따르는
혼돈으로부터 질서를 만드는 규칙이란 어떤 것일까요?
예를 들어, 개미 군락이 어떻게 직업을 나누는 지 살펴봅시다.
이 군락이 25%의 일꾼과 25%의 관리자
25%의 병사와 25%의 채집꾼을 가지고 있다고 가정합시다.
개미는 그들의 직업을 화학물질로 얘기합니다.
예를 들어, 일꾼은 일꾼임을 나타내는 화학물질을 계속해서 분비합니다.
개미들이 만날 때, 그들은 서로의 냄새를 맡아서 직업과 어떤 일을 하는지 얘기합니다.
그들은 서로 만났던 정보를 기억해둡니다.
이제 개미핥기가 채집꾼을 대부분 죽였다고 생각해보세요.
빠른 조치가 없다면, 군락은 굶주릴 것입니다.
많은 일꾼개미가 직업을 바꿔야 할 때 어떻게 그들 수천마리에게 말해줄 수 있을까요?
간단합니다. 안 해도 됩니다.
일꾼개미는 계속 다른 개미와 만나고 냄새를 맡으면서
채집꾼과는 거의 마주치지 못할 것입니다.
그들은 위험한 시기까지 채집꾼을 너무 적게 만나면, 스스로 직업을 바꿉니다.
일꾼이 채집꾼으로 변하고,
다시 충분한 채집꾼이 생길 때까지 다른 개미들도 같이 합니다.
스스로 균형을 되찾는 것입니다.
각각의 행동과 상호작용은 무작위입니다.
어떤 개미가 누구와 마주칠 지 설계하는 것은 불가능합니다.
하지만 아주 우아하고 간단한 규칙만을 가지고
결과적으로 군락의 많은 부분을 조작하게 합니다.
더 근본적으로는,
수많은 복잡한 분자들이 서로 상호작용해 견고하고 놀라운 구조물을 유지하는 존재가 있습니다.
무생물을 합쳐놓고 그것 이상의 매우 다양한 특성을 가지는,
생물의 최소 단위, 세포입니다.
우리는 아직 어디까지가 생물인지 정확한 정의를 내리지 못하고,
단지 무생물로부터 발생한다는 것만 압니다.
세포는 연합하고 협동하며, 특정한 일에 전문화되고 서로 응답을 주고받습니다.
그리고 오랜 시간에 걸쳐, 우리는 놀라운 능력을 가진 복잡한 유기체로 진화했습니다.
당신의 팔과 다리와 심장은 놀라울 정도로 복합적이고, 복잡한 체계를 가지고,
셀수없이 많은 멍청한 무생물들이 각각 모여 만들어졌습니다.
그럼에도 우리는 숨쉬고 먹고 유튜브 영상도 봅니다.
당신의 세포들이 뭘 할지 어떻게 알까요?
당신의 심장에 있는 페이스메이커 세포를 생각해보세요.
수많은 세포들이 정확한 순간에 다같이 충격을 내보내야 심장을 뛰게 합니다.
이웃한 세포들은 서로 화학 정보를 교환해서
그들이 무슨 일을 하는 중인 지, 어떻게 행동할 것인 지 알아냅니다.
많은 세포가 같이 작업하는 일이라면, 작업을 시작하면서 서로 시점을 맞출 것입니다.
명령을 내리는 지휘자가 있는 것이 아니라,
각각의 세포가 이웃과 소통하면서 서로의 반응에 따라 행동하는 것 뿐입니다.
우리의 가장 중요한 부분은 어떨까요?
이런 질문들을 던지는 이것은 무엇일까요?
우리의 의식이란 뇌 속의 세포들로부터 발생한 특성인 걸까요?
이 질문은 너무 크고 중요해서 이것만을 위한 영상이 필요하겠군요.
창발된 것들 몇몇은 정의내리기 어렵습니다.
당신은 개미굴의 일부밖에 만질 수 없습니다.
그것은 뇌나 얼굴도, 몸도 없습니다.
그럼에도 개미 군락은 세상과 상호작용합니다.
개미로부터 발생한 군락처럼, 사람에게선 국가가 발생합니다.
국가란 무엇일까요? 인구일까요?
시설과 건물들일까요? 국기와 색깔이나 국가같은 상징들일까요?
도시를 이루는 건물처럼 물리적인 것일까요? 차지하고 있는 영토일까요?
이런 것들은 전부 유동적입니다.
인구는 바뀌고 세대는 교체됩니다.
시설은 생겼다가 사라지고, 도시는 건설되었다가 버려질 수도 있습니다.
국경은 대부분의 역사에서 늘 바뀌어 왔고, 상징은 새로운 것으로 교체되어 왔습니다.
국가는 얼굴도, 두뇌도, 몸도 없습니다.
그렇담 국가란 허상인가요? 물론 아닙니다.
개미 군락처럼 국가는 세계와 상호작용합니다.
국가는 지형을 바꿀 수 있고, 전쟁을 선포할 수 있고,
번성하거나 쇠퇴할수도, 사라질 수도 있습니다.
단지 국가는 많은 인간이 서로 상호작용할 때만 존재합니다.
국가 뿐 아니라 우리 주변의 모든 복잡한 조직은 우리들로부터 발생합니다.
우리가 의도하지 않더라도, 우리는 언제나 무언가를 만듭니다.
모임, 회사, 도시, 사회.
이런 것들은 전부 근본적으로 새로운 특성과 능력을 가진 개체이고
꽤나 멍청한 유인원으로부터 발생한 것들입니다.
우리는 왜 이런 일이 일어나는지 모릅니다.
단지 우리는 관찰해 봤고, 이것이 우주의 근본적인 특성인 것 같았습니다.
어쩌면 우리 우주에서 가장 아름답고 놀라운 특성이요.
기사
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번역자: Kurzgesagt – In a Nutshell
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=16W7c0mb-rE
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