에피 생태학과 오이코스 구성

『지리적 생태학』에서 맥카써 (MacArthur,1972)는 "과학을 하는 것은 단순히 사실을 축적하는 것이 아니라 패턴을 찾는 것"이라고 말한다. 그는 과학이 자연의 미적 품질을 빼앗는 것처럼 보이는 차가운 계산적인 성격에 대한 오해를 반박한다: "과학을 하는 것이 감정에 대한 장벽이 되거나 비인간화된 영향이 되는 것이 아니다. 자연의 아름다움을 빼앗지도 않는다." 과학적 방법의 유일한 규칙은 정직한 관찰과 정확한 논리이다.

 

위대한 과학이 되기 위해서는 연구할 가치가 있는 것을 판단하는 직관과 관찰에 의해 인도되어야 한다. 감정, 아름다움, 판단은 과학의 구성요소에 들어온다. 맥아커의 요점은 과학이라는 인간의 노력은 본질적으로 통찰과 이해에 대한 열정에 의해 이끌리는 관찰이라는 데 있다.

 

에피제네틱 오이코스

 

생태학(오이코스)은 자연환경에 대한 연구이며, 유기체들의 상호 관계와 그 환경을 포함한다 (헤켈). 유기체의 신진대사는 외부세계로부터 물질과 에너지를 얻어 세포의 복잡한 네트워크와 촉매작용에서 나타난다. 여기서 생명이 시작된다. 생명권 전체는 복합적인 웹에 엮어있다.

 

생명현상에서 모든 반응과 기능과 물질대사는 자기조직의 시스템에서 결정적이다. 생태학에 대한 자연 과학적 접근은 유진 오덤에 의해 통합학문으로 발전되었다. 생태 시스템은 살아있는 유기체이며, 태양과 비, 토양, 날씨 등의 비유기채적인 영역과 지속적인 상호작용을 하며 에너지와 물질을 받아들인다. 여기에는 지구의 생의  향상성과 맥동성이 공존한다. 감정, 아름다움, 판단은 자연의 생에 대한 관찰과 통계적인 논리 그리고 깊은 이해에 깔려있다 (Odum,The Fundamentals of Ecology, 489). 

 

생의 현상학에서 다양한 생명선들은 생물종의 보다 좋은 환경 적응과 유기체의 유연성을 위해 오이코스를 제공한다. 이것은 DNA 메텔화에 기초한 에피제네틱 다양성을 고려한다. 에피제네틱 연구는 과학적 방법에 속하며, 동시에 생태학에 대한 사회 환경적 요인을 포함한다.  

 

에피제놈의 유전연구는 에코 시스템의 복잡성과 상호작용에 중요한 통찰을 제공한다. 이것은 동물종과 식물종의 환경 적응도와 표현형의 변이와 다양성에 도움이 된다. DNA 메텔화에 기초한 동식물의 교배나 변종작물은 종의 보존과 다각화에서 중요한 역할을 한다. DNA 메텔화나 히스톤의 변화를 유도하는 프로그램은 에피제네틱 표식 또는 기입으로 부르기도 한다 (Deichmann, The social construction of the social epigenome and the larger biological context).

 

환경자체는 살아있는 유기체의 네트워크에 의해 형성된다. 살아있는 유기체는 창조적이며 환경에 적응하면서 스스로를 조직하고 생산한다. 에피/에코의 접합은 유기체와 환경을 위해 보다 좋은 오이코스를 위해 구성한다. 오이코스 (생태학)은 가계 경제애 대한 연구에서 기인한다. 환경의 집에 대한 연구는 이 안에서 서식하는 모든 유기체들과 이러한 환경의 집을 서식처로 만드는 모든 기능적인 과정을 포함한다. 생태학은 유기체와 이러한 환경의 관계의 총체성을 연구하는 자연적인 생의 연구이다. 생태학과 경제는 처음부터 연관되는 연구분야를 의미한다 (Odum and  Barrett  Fumffamentals af Ecology, 2).

 

이런 측면에서 나는 생태학을 유기체와 환경의 보다 좋은 삶을 위한 서식처의 공동구성으로 이해한다. 에피개놈은 인간과 자연의 생에서 환경의 영역이 유기체의 삶에 미치는 영향에 관심한다. 에피게놈의 프로그램은 자연 환경의 복잡한 세팅에서 동식물의 생태학적인 상호작용을 분석한다. 이것은 종들의 적응과 다양한 변이를 촉진한다. 유기체의 유연성이 에피제네틱 수준에서 유전자의 표현의 다양성에 영향을 미친다.

 

에코 시스템은 유전자 변이에 의해 결정되는 것이 아니다. 이미 에피제네틱스의 상호작용에서 먹이 사슬과 생물종의 다양성이 만들어진다. 중요한 것은 서식처와 먹이사슬 그리고 분자 화학구성, 토양의 질, 그리고 온도 변화와 수질, 그리고 다른 스트레스 요소 등을 두텁게 기술하고 분석해야한다. 환경의 다양함과 차이는 동식물의 표현형과 변이에 상당한 영향을 미친다.

 

에피/에코 거버넌스는 일차적으로 자연환경이 어떻게 음식섭취와 온도변화, 공해와 같은 다른 스트레스 요소 등을 통해 동식물의 삶에서 어떤 변이와 건강상태가 나타나는 지에 주목한다. 식물의 경우 DNA 메텔화가 감소할 경우 변화된 유전자군은 스트레스에 적극적으로 반응하는 유전자를 포함한다. 동물에 비해 식물인 경우 에피게놈의 세대에 걸친 오랜 유전이 나타난다.

 

에코 시스템에서 다양성 보존은 생물종과 식물종에서 나타나는 유기체 표현의 유연성과 다양성을 고려하는데 있다. DNA 메텔화의 패턴과 프로그래밍은 기후변화에 적응하는 유기체의 변화에서 나타난다. 표현형의 유연성은 환경요소와 더불어 다양성 보존에 매우 중요한 역할을 한다.

 

식물 에피제네틱스는 농업 에코 시스템에서 바이러스와 같은 환경 스트레스에 저항하는 식물의 예민한 반응을 검토한다. 식물은 에피제네틱 메카니즘의 연구에 중요한 모델로 등장한다. 이것은 식물의 표현형과 유전자 변이를 확대시킨다. 이것은 기후변화와 같은 환경의 도전에 식물의 적응도를 용이하게하며 생산성을 증대시킨다 (Kotka, Plant Epigenetics, et al. 2020. International Journal of Biological Macromolecules)

 

다른 유기체의 경우, 종은 서식처를 구성하며 다른 새로운 종을 끌어들이며 인접 가능성을 만들어간다. 서식처 구성과 인접 가능성을 통해 생태계는 공간을 확장해나간다. 인접 가능성을 용이하게 하는 것은 생물종의 에피게놈을 교배과정에서 프로그램화하고, 이것을 통해 기후변화에 따른 환경적응과 유연성을 증대시키는 데 있다.

 

에코 시스템의 인접 가능성은 DNA 메텔화에 유리한 오이코스 구성을 요구한다. 이것은 생물종의 환경적응과 유연성 그리고 다각화를 용이하게 한다. 이런 점에서 에코 테크노 파라다임은 매우 중요하다.

 

에피/에코 거버넌스에서 중요한 것은 주어진 환경요건에 따라 달라질 수 있으며, 에피게놈의 프로그램을 통해 생물종들이 기후변화에서 적응도를 촉진 시키는 데 있다. 오이코스 구성은 유기체의 유연성과 적응도 그리고 다각화에 기초하며, 에피게놈의 프로그래밍은 히스톤 단백질과 RNA 수준에서 시도될 수 있다.

 

유기체의 표현형과 환경적응에 기초한 에코 거버넌스는 병 저항성을 증진하는 작물개발과 무농약 그리고 수확량의 증대를 생산한다. 이것은 생물 공동체에서 먹이사슬과 천적 관계를 연구하고, 공진화의 차원을 기초로 에코 독성학 (ecodoxiology)를 고려한다.  에피/에코 거버넌스가 없는 친환경 정책은 구호로 그칠 수 있다.

 

에피/에코 거버넌스는 생물 종의 다양성 보존의 차원에만 머물지 않는다. 오이코스 구성은 생물종의 다양성 보존을 기후변화의 상황에서 어떻게 하면 포괄적인 적응의 적합도를 용이하게 하는 가에 관심한다. 더 나아가 생물종과 식물종의 에피게놈의 변종/교배를 통해 새로운 종의 유기체의 유연성과 적응성 그리고 다각화를 강화 시킨다. 그러나 이것은 CRISPR-Cas 9 유전자 편집 테크놀로지와는 다르다.

 

유전자 편집 기술의 위험

 

오늘날 에코 시스템에 가장 위협적인 것은 유전자 편집기술을 통해 다양한 생물종을 보존하는 시도에 있다. 이것은 생태학적 순환과정에 내재한 상호혜택을 파괴한다. 2018년 예일대학 환경학부는 "Editing Nature: A Call for Careful Oversight of Environmental Gene Editing"에서 자연의 생에 대한 유전자 편집 테크놀로지 위험성을 경고했다.

 

이것은 생물종의 보존을 하기 위한 시도이지만 CRISPR 유전자 편집 기술과 함께 해로운 생물종의 불임을 유도하는 위험성으로 나타난다. 서 아프리카의 부르키나 파소 (Burkina Faso)정부는 유전자 변형 모기를 사용해서 말라리아 제거정책을 수립했다. 말라리아를 전달하는 모기의 유전자를 편집할 때 서 아프리카는 수 많은 생명을 살릴 수 있다. 그러나 WHO에 의하면, 2015년 4월 말라리아 치사율이 상당한 정도로 높으며 유전자 변형 모기가 일으키는 환경 위협론이 거론된다.

 

정부관리들은 유전자 편집기술을 이용하여 라임병을 퇴치하려고 한다. 라임병은 곤충 진드기가 사람을 물 때 보렐리아균이 침투하여 일으키는 감염성 질환이다. 과학자들은 유전자 테크놀로지를 통해 카리브 해안에서 호주의 북동부에 위치한 세계최대의 산호초 지대 (Great Barrier Reef)를 해양조건에 순응 시키려고 한다. 유전자 테크노 결정론에 기초한 자연선택은 환경 재앙으로 나타날 수 있다.

 

유전자 변형 테크노 정책이 공중건강이나 에코 시스템을 위협하는 곤충을 제거한다고 해도, 부작용의 해악은 엄청날 수 있다. 포식자의 제거는 다른 위험을 가져온다. 최근 발리와 인도네시아는 2억마리 유전자 변형 편집된 모기들을 유포하려다가 에코 전문가들과 주민들의 거센반발에 직면했다. 만일의 경우 예기치않는 돌연변이들과 새로운 진화의 저항 즉 신종 바이러스의 출현은 걷잡을 수 없다.

 

유전자 변형 모기가 위험한 것은 환경조건에 많은 반응을 하기 때문이다. 환경적인 자극과 스트레스가 동물종의 에피게놈을 변형할 수 있고, 결과적으로 이것은 유전자의 기능에 변화를 가져온다.

 

생태 시스템의 복잡성

 

생태 시스테에는 복잡한 집단 행동이  존재하며, 이것은 개별 구성 요소(유전자, 개미, 세포, 뉴런, 동 식물 유기체)로 구성된 대규모 네트워크로 이루어져 있다. 각 구성 요소는 일반적으로 중앙 통제나 리더가 없이 상대적으로 간단한 규칙을 따른다. 방대한 수의 구성 요소들의 집합적 행동은 매우 복잡하고 예측하기 어려우며 변화하는 행동 패턴을 만들어낸다. 이것은 집단행동의 에콜로지로 볼 수가 있다.

 

모든 이러한 시스템은 내부 및 외부 환경으로부터 정보와 신호를 생성하고 사용한다.  그리고 모든 시스템은 학습이나 진화 과정을 통해 생존이나 성공의 기회를 개선하기 위해 행동을 변화시키는 적응을 한다.

 

생태적 복합 시스템에는 1) 중앙 제어가 없고 간단한 작동 규칙을 가진 구성 요소의 2) 대규모 네트워크가 복잡한 집단 행동, 정교한 정보 처리, 그리고 3) 학습이나 진화를 통한 적응을 초래하는 시스템으로 나타난다. 그리고 4) 허리케인이나 격렬한 급류와 같은 외부환경의 비적응 복잡 시스템을 고려해야한다.

 

이런 점에서 보면 에코 거버넌스에는 항상 위기가 나타나며 사회학적 리얼리즘이 요구된다. 이것은 숙론적인 반성 (아리스토텔레스-칸트의 프로네시스)을 요구하며, 정부 관리나 전문가 관료 집단에 의한 일방적 결정이 되어서는 안된다. 중요한 것은 유전자가 아니라 유기체와 환경의 조화로운 네트워크, 공진화, 여기에 공명하는 오이코스를 구성하는 에피 생태학에 있다.