<혼돈의 가장자리>: 비판적 해명

네오 다윈주의 종합

 

다윈은 우연변이와 유전에 관심을 가졌지만 세대에 걸처 나타나는 유전적 특질을 자연선택으로 해결되지 않는 것을 알고 있었다. 이것은 그레고르 멘델의 완두콩 실험에서 유전단위 ㅡ 이후 유전자로 불린ㅡ를 통해 준비 되었다. 이것은 자녀들에게 유전되는 과정에서 정체성이 변하지 않은 체 세대를 거쳐 전달된다. 유전자의 임의변이는 몇 세대 이내에 사라지지 않는다.

 

다윈의 점진적 진화론과 멘델의 유전자 단위의 발견은 네오 다윈주의에 의해 종합되었다. 네오 다윈주의 종합에서 모든 진화론적 변형은 임의변이에서 귀결된다. 이것은 자연선택에 의해 나타나는 임의적인 유전자의 변화를 의미한다.

 

유전자 결정론은 리차드 도킨스와 에드워드 윌슨의 <사회 생물학>에서 재발했다. 여기에는 1953년 크릭과 왓슨이 DNA를 발견하고 이들의 유명한 분자 생물학 중심 도그마가 결정적 영향력을 행사했다. DNA-RNA-프로틴의 일직선 방향에서 DNA가 운전석에 앉아 주도권을 갖는다.

 

그러나 데니스 노블이나 슈트워트 카우프만과 같은 시스템 생물학자들은 일제히 네온 다윈주의 유전자 환원론을 비판한다. 세포는 살아있는 시스템이며 유전자는 크로마틴 리모델링과 히스톤 변형 메커니즘에서 규제되고 편집된다.

 

시스템 생물학

 

시스템 생물학은 분자 생물학의 중심 도그마에 도전하고 DNA를 규제하고 변형하고 편집하는 세포의 네트워크에 주목했다. 1977년 노벨 화학상을 받은 러시아 출신 벨기에 과학자 일리야 프리고진은 확산구조에서 생의 새로운 질서가 무질서의 상태에서 발생한다고 입증했다.

 

모든 살아있는 것들은 대략 5억 5천 만년 전의 캄브리아기의 버제스 셰일에서 분석된다. 인간들의 계통인 척추동물은 오르도비스기에 나타났다. 최초의 다세포의 생물은 다윈에 의하면 점진적으로 누적 되면서 달라져야한다. 그러나 캄브리아기의 대폭발에서 완전히 다른 문들이 출현했고 문에서부터 여러가지 강, 목, 과 그리고 속을 차례로 만들었다.

 

이것은 린네의 생물도표--종, 속, 과, 목, 강, 문, 계--의 위계질서적 구분과 다양성의 분화를 거절한다. 최초의 다세포 생물들은 문에서 시작한다. 스테판 굴드는 <경이로운 생>애서 캄브리아기 대폭발에서 위로부터 아래로 즉 탑 다운 방식으로 나타나는 생의 출현에 경이감을 표시했다. 2억 4천 5백만 년전의 페름기의 대멸종에서 모든 종의 95%가 사라졌다.

 

멸종에 대한 반동으로 생존한 종들은 아래로부터 위로의 다양화가 이루어지면 악간의 새로운 목, 새로운 강이 생겨났다. 그러나 새로운 문은 생기지 않았다.

 

세포는 열린환경과 소통하는 비평형의 자유로운 확산구조이며, 복잡한 신진대사의 사이클이다. 세포 유기체의 창발성은 화학적 반응의 회로망에서 집단적인 자기촉매의 집합으로 작동한다. 이것은 세포의 자기 조직화를 의미한다.

 

하버드 대학 메다칼 스쿨에서 시스템 생물학과를 창립한 막 커슈너는 다세포 형태의 진핵세포(eukaryotes)에서 출현하는 진사회성에 주목했다. 이것은 식물계와 동물계 그리고 곰팡이계로 이어진다. 다세포성의 동물 라인에서 많은 새로운 특질들이 얻어지면서 세포의 사회적 삶의 스타일이 발전되었다 (The Plausibility of Life, 55)

 

원시 세포들과 이들의 자손들은 복잡한 생태계를 형성하며, 각각의 원시세포는 유전되는 변이들을 가지고 재생산한다. 현존하는 박테리아처럼 원시세포는 자신의 환경 안에서 분자 종들을 선택적으로 흡수하고 배설한다. 원시 세포안에서 만들어진 단백질은 다른 원시세포로 이동할 수 있다. 분자와 생물들은 공동으로 진화하고 발전한다 (<혼돈의 가장자리>, 129)

 

새로운 유기체의 생은 열린 환경과의 상호작용에서 그리고 도전과 응답의 피드백에서 비평형상태에서 출현한다. 살아있는 시스템은 평형상태를 유지하면 죽는다. 식물계의 다세포의 발전에서 소통 시그널은 균사체와 버섯에서 나타나며, 동물들 또한 세포간의 소통 시그널을 발전시켰다. 동물들은 짝짓기를 통해 성적 번식을 퍼트린다.

 

곰팡이와 식물과 동물로 분화되는 세포의 과정에서 많은 세포 타입들은 보존되고 혁신을 통해 생명권을 다각화로 채워놓았다. 살아있는 유기체들은 확산구조이며, 이것은 카우프만의 복잡계에 결정적인 영향을 주었다. 진화는 세포의 집단 자기 촉매과정에서 새로운 창조성으로 정의된다 (<혼돈의 가장자리>, 44).

 

확산구조는 세포과정의 보존과 혁신 그리고 다각화에서 에코 시스템을 채운다. 열린 환경에서 출현하는 확산구조의 창조성은 흔히 창조과학의 주장 ㅡ열여학 제 2법칙과 진화론은 서로 대립한다ㅡ을 반박한다.

 

에피제네틱 매카니즘

 

인간의 삶은 에페제테닉 현상이다. 영국의 생물학자 콘라드 와딩톤(C. Waddington)은 에피제네틱스 용어를 만들었다. 이것은 유기체의 발달에서 유전자의 영역위에 (epi)존재하는 메카니즘의 층을 지적한다. 이미 칸트는 자신의 유기체 철학을 당대 생물학의 에피제네시스 연결시켰다.

 

카우프만은 생의 창발성 이론을 칸트에 근거해 유기체 이론을 개념화했다. 그러나 카우프만은 시스템 생물학안에서 분석되는 에피제네틱 현상과 사회학적 요인을 충분히 검토하지 못했다.

 

에피제네틱에 기초한 생의 현상학은 카우프만의 테제를 비판적으로 해명한다: "<복잡한 계가 혼돈의 가장 자리나 그 근처의 질서 영역에서 존재하는 이유는 진화가 그들을 거기로 데려가기 때문이다>" (<혼돈의 가장자리>, 158)

 

생물학적 현상학(마투라나와 바렐라)에서 보면, 진화가 자연선택을 통해 복잡한 계 (시스템) 안에서 혼돈의 가장자리와 근처의 질서영역에 존재하지 않는다. 오히려 생의 자발적 출현은 세포의 오토포이에스의 사이클에서 자체의 규제작용(히스톤 변형과 크로마틴 리모델링)에서 유기체의 발전으로 전개된다.

 

DNA는 스스로 자기복제를 하지 않는다. DNA 복사와 RNA 전사 프로그램에서 그리고 단백질로 합성되고 번역되는 메카니즘에서 수많은 중합효소들이 관여한다. DNA와 RNA 중합요소들은 세포내에서 RNA와 DNA를 합성하는데 필수적이다.

 

세포 안에서 단백질을 만들기 위해 DNA로부터 메신저 mRNA가 한 가닥 복사되어 리보솜으로 건네진다. RNA의 배열은 리보자임으로 부른다. 여기서 또 다른 운반 tRNA의 도움으로 단백질이 합성된다.

 

그런가하면 세포의 자기 창조성은 DNA복제에서 잘 볼 수 있다. DNA는 8개의 히스톤 단백질을 감싸서 포장한다. 히스톤 변형과 크로마틴 리모델링(아셀티화, 메텔화, 인산화)은 DNA를 규제하고, 삭제 편집하면서 조직과 유기체 안으로 통합 시킨다. 크로마틴 리모델링은 RNA전사에도 영향을 미친다.

 

이것은 에피제네틱스의 메카니즘을 특징짖는데 특히 메텔화 반응과 히스톤 변형을 통한 크로마틴의 구조를 규제하는 방식에서 나타난다. 이 분야는 유기체의 발달과 사회적 콘텍스트에서 연구되었는데, 최근 뇌과학에서 발전된다.