디지털 생물학, 피터 벤틀리

나는 최초의 외계 생명체가 망원경 렌즈를 통해서가 아니라, 디지털 세계로 들어가는 컴퓨터 화면을 통해 우리 앞에 나타날 가능성이 매우 높다고 생각한다. 지능을 가진 외계인과 대화를 나누는 최초의 비행사가 아닐 것이다. 그것은 아마도 진화한 디지털 신경망과 대화하는 어는 컴퓨터 공학자나 컴퓨터 신경학자가 될 것이다. 인간 뇌를 거치지 않은 문화와 과학기술이 탄생한다면 그 장소는 디지털 생태계가 하루하루 복잡하게 발전하는 우리의 연구실이 될 것이다.

   

그렇다면 아마도, 이제 우리의 관심이 시들해져버린 무의 세계를 제외하고, 어떤 세계를 그 자체만으로 설명하거나 정의하는 것은 불가능할 것이다. 세계는 자기 충족적인 존재가 아니다. 어떤 세계가 생겨나서 지금과 같이 되려면 다른 세계에 의존해야 하는 것이다.

   

Meme: 영국의 생물학자 리처드 도킨스에 의해 만들어진 용어. 문화는 비유전적인 방법으로 전달되면서 복제되고 진화하는데, 도킨스는 밈을 유전적인 방법이 아닌, 특히 모방을 통해 전해지는 문화요소 라고 정의했다. 유전자와 비교하면, 유전자는 정자나 난자를 통해 하나의 신체에서 다른 신체로 복제되지만 밈은 모방을 통해 한 사람의 뇌에서 다른 사람의 뇌로 복제된다. 가령 유행에 맞는 패션을 선택해야 하다는 밈을 가진 한 여성이 짧은 스커트를 과감해야 한다는 밈을 가진 한 여성이 짧은 스커트를 과감하게 입어서 다른 사람에게 이러한 밈을 복제시킬 수 있다. 밈과 밈은 노래나 사상, 선전, 문구, 패션 등 다양한 방식으로 사회전반에 걸쳐 서로 영향을 주고받는다.

   

"진화는 유전 더하기 시간이다." -스티브 존스

어떤 면에서 진화는 바람과 같다. 바람은 추상적 개념이다. 바람이라는 개념은 바람이 이용하는 매개와 아무 관계가 없다. 바람이 세다고 말할 때 그 바람은 어떤 기체라도 상관없다.

   

언어는 번식, 선택, 변이의 세 과정을 겪는 것이 분명하기 때문에, 우리는 언어가 진화한다는 결론을 자신 있게 내릴 수 있다. 원자와 분자, 화학 물질과 물리적 법칙으로 진행되는 자연의 진화와는 달리, 언어의 진화는 다른 매개를 통해 진행된다. 우리의 언어는 뇌와 책, 말과 글로 이루어진 관념의 세계를 매개로 진화한다. 자연과 언어라는 두 세계는 완전히 다르지만, 진화라는 동일한 과정을 겪는다.

   

GP genetic programming: 전세계 수많은 예술가들이 GP나 GP의 순열을 이용하여 예술적 이미지를 생산하는 프로그램을 진화시키고 있다. MIT Karl Sims, GP가 탄생한 직후인 1990년대 초에 칼은 자신이 개발한 시스템을 이용해, 주목할 만한 2차원 이미지를 생산하는 프로그램들을 진화시켰다. 각 프로그램의 적합성을 평가하기 위해 그는 그 이미지들을 사용자에게 보여주었고 사용자들은 '이것보다 저것이 마음에 든다'는 식으로 이미지들을 평가했다. 여러 세대에 걸쳐 진화가 진행된 후 예술이라고 볼 수 없는 그림들이 그 프로그램들에서 나오기 시작했다. 진화의 예측 불가능한 특성 때문에 매번 다른 프로그램이 진화해 나왔고, 그때마다 다른 예술 작품이 나왔다. 마침내 자동 예술 생성기가 창조된 것이다.

   

단순한 신경세포들이 매우 영리한 일들을 해낼 수 있는 것은 우리의 뇌가 계급구조의 망으로 이루어졌기 때문이다. 똑같은 이유로 우리의 뇌는 방대한 병렬식이라 할 수 있다. 한 번에 한 가지 명령만을 수행하는 일반적인 컴퓨터와는 달리, 신경세포는 수억 개가 동시에 활동할 수 있다. 따라서 그 일부는 우리가 스포츠카를 보고 있다는 내용을 처리하고, 또 다른 일부는 그것이 움직이고 있다는 내용을 처리하며, 또 다른 신경세포들은 운전자가 정신을 딴 데 팔고 있군이라는 생각을 수행할 수 있다. 물론 이밖에도 심장을 뛰게 하고, 폐를 작동하고, 바른 자세를 유지하고, 머리를 돌게 하고, 눈을 움직이는 등 수많은 일들이 신경세포의 계급구조 망을 통해 처리된다.

   

개미 둥지에는 지능이 있었다. 개미 둥지는 선택을 했고, 계획과 비슷한 어떤 것을 실행했다. 여기에는 네 가지 중요한 요소가 있었다. 첫째, 개미 둥지는 복합적 상호작용 방식을 이용했다. 둘째, 긍정적 피드백을 이용했다. 셋째, 부정적 피드백을 이용했다. 넷째, 동요를 증폭시켰다.

   

Craig Reynolds: boids라 이름 붙인 에이전트들이 세가지 규칙에 따라 돌아다니는 디지털 세계를 고안했다. 1. 동료들의 속도에 맞추어라. 2. 무리의 중심을 향해 이동하라. 3 어떤 동료와도 충돌하지 말라.

그 결과 새 떼나 벌 떼와 정말로 똑같이 행동하는 보이즈 무리가 탄생했다. 그들을 함께 날아오르고, 함께 비틀고 돌았다. 그들에게는 무리 지능이 있었다.

=> 라이언 킹 과 같은 만화 영화 제작에도 이용함. 새 떼와 짐승 들…

   

솔방울을 정면으로 볼 때 연속적인 조각 잎들의 각도는 137.5도이다.

   

면역계의 모든 세포가 그렇듯이 T세포는 박테리아나 바이러스, 심지어 자기 자신을 직접 인지하지 못한다. 대신에 그들은 항원을 이용하여 모든 것을 인지한다. 항원 antigen 은 모든 유기체의 표면을 싸고 있는 독특한 단백질 패턴으로, 자연의 바코드라 할 수 있다. 따라서 항원을 식별하면 그 유기체(병원균)을 식별할 수 있다. 그리고 T세포는 최고 바코드 판독기를 가지고 있다. 결국 T세포의 역할은 대식세포가 남긴 부스러기를 조사하고 다음에 어떻게 할 것인가를 계획하는 것이다. 부스러기란 소화된 유기체의 껍질에서 떨어져나온 항원이 대식세포의 특별한 분자인 주요 조직복합체(MHC major histocompatibility complex) 에 붙어 있는 것을 말한다.

다행이 T세포는 작지만 영리한 놈이다. T세포는 대식세포 표면을 조사하여 대식세포가 (병원균과 같은) 먹지 말아야 할 것을 먹었을 때를 즉시 알아낸다. 그리고 이상한 물질을 감지하면 즉시 행동을 개시한다.

실제로 T세포는 조력자 T세포와 킬러 T세포, 두 가지 주요 종류가 있다.

조력자 T세포: 대부분의 다른 중요 세포들을 조종하는 경향이 있다. 조력자 T 세포는 대식세포가 불결한 음식을 먹은 것을 감지하면 즉시 B세포를 찾아 문제를 보고한다. 림프절에는 비상사태에 대비해 골수에서 갓 만들어진 미성숙한 B세포들이 많이 보유되어 있다. 조력자 T세포는 화학 전령(림포카인)을 방출하여 B세포에게 상황을 전달한다. 그러면 B세포는 곧바로 성숙해져서 항체라는 이름의 단백질을 방출한다. 항체는 주변의 림프액으로 방출되어, 신속히 혈액과 몸 전체에 퍼진다. 항체는 대식세포가 잡아먹은 그 병원균의 항원에 대해 대단히 특수한 반응을 보인다. 항체는 그것과 항원의 모양이 같은 병원균을 만나면 즉시 달라붙는다.

= > 병원균을 제거하기 위해 처음에는 대식세포에게 병원균을 조사하게 하고(또는 먹게 하고), 조력자 T 세포를 이용하여 B 세포를 활성화한다. B세포는 병원균에 달라붙는 항체를 생산하며, 이 항체에 사로잡힌 병원균은 대식세포에게 잡아먹힌다.

킬러 T세포: 림프절에서 조력자 T세포가 대식세포들이 바이러스를 잡아먹은 것을 인식하면 B세포들이 그 바이러스에 대한 항체를 만들지만, 이것은 또한 킬러 T 세포들을 성숙하게 만든다. 계속 증가하는 조력자 T세포와 킬러 T세포들이 팀을 이뤄 바이러스에 감염된 모든 세포들을 죽인다.

   

우리의 면역계에는 소방관, 구급차, 경찰에 비유되는 대식세포, B세포, T세포가 있다. '소방관' 대식세포는 어디든 달려가서 거친 일을 한다. '구급차' B세포는 항체의 형태로 그들에게 의료 원조를 한다. 그리고 '경찰' T세포는 다른 부서를 돕는 동시에 모든 종류의 반사회적 병원균을 제거한다.

   

면역계의 가장 중요한 네 가지 특징은 다양성, 특이성, 기억, 관용성일 것이다.

우리의 면역계는 병원균을 '기억'한다. 그 항체를 만드는 B세포들 중 일부가 반드시 혈액에 남겨지기 때문이다.

   

에이즈는 정확히 말해 하나의 질병이 아니라, 일종의 증후군 -HIV에 걸려서 나타나는 여러 질병의 집합-이다. 모든 바이러스처럼 HIV도 체내의 특정 세포에만 감염된다. 그런데 불행하게도 HIV는 바이러스를 막아야 할 세포인 T세포를 공격한다. 설상가상으로 이 바이러스는 레트로바이러스(자신의 RNA를 DNA로 변화시켜 세포의 DNA 속에 끼워넣는 바이러스)이다. 일단 그렇게 되면 그 세포는 HIV를 생산하라는 명령을 정상적인 프로그램의 일부로 생각하게 되고, 그래서 자신의 정상적인 활동의 일부로서 HIV를 복제하기 시작한다. 이 바이러스는 또한 때를 기다리며 잠복하는 습성이 있다. 또한 조력자 T세포를 아주 오랫동안(3-8년) 천천히 악화시키기 때문에, 그 기간 동안 환자는 뚜렷한 증상을 전혀 보이지 않는다. 결국 '림프선종'이 나타난 후에는 갖가지 질병에 감염되기 시작한다.

   

결핵: 킬러 T세포는 대식세포 안에서 숨어서 번식하는 결핵균을 없애기 위해 대식세포를 죽인다. 그러나 불행하게도 이것은 결핵균이 대식세포를 탈출하여 주변의 폐 조직을 감염시키는 결과로 이어진다.

우리 자신의 면역계가 우리의 적으로 돌변하는 경우가 바로 이때이다. 세균에 의해 감염된 모든 세포를 없애기 위한 피나는 노력으로 우리의 T세포는 수많은 폐 세포를 죽인다. 결국 이 질병의 마지막 단계에 들어서면 많은 폐 조직들이 결핵균이 아닌 우리 자신의 면역계에 의해 없어진다.

(HBV에 간염될 경우 그 질병을 몰아내려고 노력하는 사이에 간의 대부분을 파괴하고 만다. 그 결과는 간경화로 나타나며, 때로는 간 기능 장애, 암 그리고 죽음으로 이어진다. 정말로 약오르는 사실은, HBV가 우리의 간세포에 어떤 영향도 미치지 않는다는 점이다. 어떤 병원균의 위협도 없는 상태에서 우리의 면역계가 우리를 죽이는 것이다.

   

정신과 면역계는 서로의 언어로 유창하게 의사를 소통한다. 면역계는 혈액을 떠다니는, 뇌의 화학적 연장이다. - Willian Clark

   

Autopoetic system: 병원체가 침입해서 균형이 깨지면 곡예사의 줄타기처럼 다시 안정을 찾을때까지 면역계는 불안정하게 비틀거린다. 그러나 비틀거림이 병원체에 대한 우리의 면역 반응이지만, 그것은 또한 면역계가 질병에 굴하지 않고 평형을 유지하기 위해 노력한다는 것을 의미한다. 면역계가 균형을 회복하기 위해 이용하는 그 '비틀거림'이 대개 효과를 보는 이유는, 면역계가 주변환경 그리고 그곳에 존재하는 가능한 병원균들과 '구조적으로 짝을 이루기' 때문이다.

면역계가 뇌와 많은 면에서 비슷하다는 사실이 점점 명백해지고 있다. 둘 다 세포들이 상호작용을 주고받는 복잡한 망으로 이루어져 있다. 둘 다 신호 전달 방식으로 구성요소들의 활동을 활성화하거나 억제한다. 그리고 둘 다 학습, 기억과 같은 고도의 능력을 과시한다.

   

한 DNA의 5% 만이 우리의 발생을 정의하는 데 필요하다. 어떤 과학자들은 그 속에 담긴 정보가 정확히 얼마나 되는지를 계산했다. 하나의 염기쌍은 네 개의 가능한 값 A, G, C, T 중 하나를 가질 수 있다. 따라서 각 염기쌍에는 두 개의 이진수에 해당하는 정보가 저장된다. 유전 암호에는 약간의 잉여가 있기 때문에, 하나의 염기는 대락, 1.5비트의 정보를 갖는다. 결국 모두 합치면 우리의 DNA에 저장된 약 30메가바이트의 정보만이 실제로 이용된다.

   

발생에는 네 가지 주요한 과정이 있다.

공간적 조직화, 즉 성을 획득하는 과정이다. 즉 패턴 형성이다. 배의 여러 부분이 자신의 정체성을 획득하는 과정이다. 그런 다음 세포 분화를 거친다. 세포는 저마다 위치가 다르기 때문에 서로 다른 특징을 갖게 되고 결국에는 근육, 연골 등으로 발달한다. 다음으로는 '형태 발생', 즉 형태의 변화과정을 있다. 그것이 배의 형태를 결정하는 여러 가지 원인과 관련이 있다. 패턴 형성이 회화라면 형태 발생은 조각과 같다. 그런 다음 성장을 하게 된다. -루이스 워퍼트 교수

   

성장에는 3가지 메커니즘이 이용된다.

세포증식Proliferation, 세포 확장enlargement, 증대accretion