오염된 후 화학전 전처리로 오염 제거

방사선 탄소 연대 측정법

여기서 어느 분이 이렇게 야외에서 톱질하는 것이 연구에 아무 상관 없다는 언급을 하시네요.

아무래도 그림으로 설명하는 것이 나을 것 같아서 새로 글을 팝니다.

본격적으로 들어가기 전에 한마디...

아무래도 님은 이렇게 생각하시는 것 같은데...

[어떤 오염이 된다고 해도 화학적 전처리를 통해 오염 이전의 상태로 완벽하게 되돌아갈 수 있다]

그렇다면 다른 화학자며 고생물학자들은 왜 그리 힘들게 시료를 밀폐하고, 깨끗한 실험실에서 처리할까요? 다른 화학자들은 화학적 전처리로 오염물질을 제거할 수 있다는 사실을 몰라서, 현장에서 저렇게 시료를 채취하는 간단한 일을 안하는 걸까요?

어떤 시료든 한번 오염되면 오염 전으로 완벽하게 되돌아갈 수 없습니다. 어떤 화학적 전처리를 해도 [오염 전에 최대한 가깝게] 되돌릴 수는 있어도 [오염 전으로 완벽하게] 되돌릴 수는 없어요.

그래서 수많은 과학자들이 [미리 오염 안되게] 조치(현장에서 밀폐, 깨끗한 실험실에서 외부 세척 후 내부시료 채취)하는 것이지, 저렇게 [오염된 후 화학적 전처리로 오염물질 제거]를 하지 않는 것입니다.

님이 말하는 오염을 제거하기 위한 화학적 전처리는 피치 못할 사정으로 시료를 채취하기 전에 이미 오염되어 있을 때 - 이를테면 이미 오염되어 있을 것이 확실한 표면에서 시료를 채취해야 할 경우 - 야 하는 것이죠. 물론 논문에는 [어떤 오염이 있었고 어떤 전처리를 했으니 감안하고 보라]는 식으로 명시해야 합니다.

본문제로 돌아와서

처음 발견된 화석은 이런 모습입니다. 회색의 화석 안에 극미량의 콜라겐(붉은색 점)이 존재합니다.

흙에 박혀 있는 이 화석 주위에는 온갖 유기물들로 가득차 있죠. 꽃가루, 박테리아, 동물들의 분변, 사람들이 흘린 땀 등....

이 상태로 톱질을 한다면 이런 상황이 됩니다.

편의상 크게 처리했지만 실제로 저것들은 매우 작은 크기입니다. 어쨋든 저렇게 톱질을 하면 주위 유기물들이 톱에 딸려들어가 잘려진 모든 표면이 오염됩니다.

여기서 화학적 전처리가 문제인데, 어떤 화학적 전처리를 해도 오염 이전으로 완벽하게 돌아갈 수는 없어요. 오로지 오염 이전으로 최대한 가깝게 돌아갈 수 있을 뿐입니다.

이렇게 이미 오염된 유기물을 완벽하게 제거하는 것이 아니라 일부 유기물이 남아있을 수밖에 없습니다. A와 B는 남아있는 오염된 유기물의 탄소, C와 D는 오염된 유기물의 탄소 + 극미량의 콜라겐 탄소가 측정되는 셈입니다. 여기서 콜라겐은 극미량이기에 A, B, C, D 모든 시료에서 거의 비슷한 pMC값이 측정될 수 있습니다. 즉 모든 구획에서 동일한 pMC값이 측정되었다는 것이 실험이 정확했다는 증거가 될 수 없는 것입니다.

실제로 정확한 실험은 이렇게 진행됩니다. 현장에서 샘플을 채취하는 것이 아니라 우선 밀폐 후 실험실로 옮깁니다.

그리고 실험실에서 외부의 유기물을 확실하게 제거합니다. 필요하다면 표면을 갈아서 제거하는 경우도 있습니다.

그 이후에야 톱질을 하고 시료를 채취하는 것이죠.

이렇게 되면 결과가 어떻게 나올까요? A, B와 같이 콜라겐을 함유하고 있지 않은 부분에서는 pMC값이 나오지 않습니다. 반면 콜라겐을 함유하고 있는 C, D부분에서는 pMC값이 나오겠죠.

즉 제대로 실험했다면 모든 구획에서 동일한 pMC값이 나올 수 없다는 뜻입니다.

마기아로사우루스와 섬

20세기 초, 루마니아 서부지역(당시 헝가리 지역)에서 용각류 공룡화석이 발견됩니다. 용각류란 브라키오사우루스 등의 거대 공룡으로, 가장 큰 아르젠티노사우루스의 경우에는 몸길이 30m까지 나가는 공룡들입니다.

하지만 여기서 발견된 공룡은 기껏해야 몸길이 6m, 키는 1.8m 정도의 미니 용각류 공룡이었죠.

그 때문에 처음에는 어린 용각류 공룡으로 추정되었으나 뼈의 성장 나이테를 분석한 결과로는 이미 다 큰 성체였다는 것이 밝혀졌죠. 결국 이 Magyarosaurus(헝가리 도마뱀)은 가장 작은 용각류 공룡으로 기록되어 있습니다.

용각류 공룡들이 그렇게 큰 몸집을 가지게 된 것은, 그 큰 몸집이야말로 가장 좋은 방어수단이었기 때문이죠. 몸길이가 20m에 가까운 공룡은 티라노사우루스도 함부로 건드리지 못합니다. 마치 지금 사자도 코끼리를 건드리지 못하는 것처럼 말입니다.

그런데 이 마기아로사우루스는 이 방어력을 포기하고 왜 저렇게 작은 몸집을 가지게 되었을까요?

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저 화석이 발견된 지역은 백악기 시절에는 섬이었습니다. 대륙의 환경과 섬의 환경은 다릅니다. 그 때문에 어떤 동물이 섬에 고립된다면 대륙과는 다른 방향으로 진화가 일어납니다. 특히 몸집에 변화가 생기는 것이 종종 관측됩니다.

1. 섬 왜소화(insular dwarfism 또는 island dwarfism)

보통 몸집이 큰 동물이 섬에 고립되었을 때 섬 왜소화 현상이 일어납니다. 이것은 섬의 제한된 공간 및 자원에 의해 일어나는 현상입니다. 자원이 제한되어 있으므로 자원을 조금 소모하는 방향 - 몸집을 줄이는 방향으로 진화가 일어납니다.

인도네시아 보르네오섬에는 피그미코끼리가 있습니다. 원래는 아시아코끼리였으나 보르네오라는 섬에 고립된 이후 섬의 제한된 먹이 때문에 몸집이 작아지는 방향으로 진화가 일어난 것입니다.

가운데가 피그미코끼리

피그미코끼리뿐 아니라 현재는 멸종한 시칠리아섬의 난쟁이코끼리나 마다가스카르의 난쟁이하마 등등이 있으며 위에서 설명한 마기아로사우루스 역시 섬 왜소화의 한가지 보기입니다.

2. 섬 거대화(insular gigantism 또는 island gigantism)

몸집이 큰 동물이 섬에서 섬 왜소화 현상이 일어난다면, 몸집이 작은 동물의 경우는 반대로 섬 거대화 현상이 일어납니다.

작은 동물들의 경우에는 워낙 사용하는 자원이 적기에 섬의 제한된 자원이 그렇게 큰 영향을 미치지 못합니다. 오히려 경쟁자의 부재(또는 감소)로 인해 더 많은 자원을 점유하여 몸을 키울 수 있죠. 이런 이유로 인해 작은 동물의 경우에는 섬 거대화 현상이 일어날 수 있습니다.

캄브리아 대폭발과 눈의 탄생

화석을 발굴하다보면 약 5억 4200만년 전, 캄브리아시기의 지층에서 갑자기 수많은 화석이 발굴됩니다. 그 이전에는 거의 보이지 않던 화석이 캄브리아시기에 갑자기 쏟아져나오기 시작하는 것이죠.

이것을 캄브리아기 대폭발(Cambrian Explosion)이라고 합니다. 그리고 이것은 창조론자들에게 진화론을 부정할 좋은 소재가 되죠.

이렇게 짧은 시간¹⁾에 이렇게 많은 생물이 진화된다는 것이 말이 되느냐

는 식으로 말입니다.

하지만 지금은 이 캄브리아 대폭발이란 것이 빛이 바랜 감이 있습니다. 왜냐하면 선캄브리아시기의 화석 - 에디아카라 화석군이 발견되었기 때문입니다.

즉, 캄브리아기에 생물들이 대폭발한 것이 아니라 그 이전 선캄브리아시기에도 이미 수많은 생물들이 존재하고 있었다는 것이죠²⁾. 

단지 에디아카라 같은 선캄브리아기의 생물들은 거의가 연체동물이었기 때문에 화석화가 쉽지 않습니다. 그러다가 캄브리아기에 들어 갑자기 화석화가 쉬운 단단한 껍질을 가진 생물들이 많아졌기에 생물군이 갑자기 폭발적으로 증가한 것으로 보이는 것입니다.

그렇다면 왜 캄브리아기에 들어 그렇게 갑자기 단단한 껍질이 생기기 시작했을까요?

과학자들은 그것을 눈의 탄생으로 봅니다. 그동안은 시각이 없는 상태에서, 동물들은 그냥 입안으로 들어오는 먹이를 먹기만 할 수 있었죠. 기껏해야 몸의 일부를 흔들어 물살을 만들어서 더 많은 먹이를 입으로 옮기는 행동 외에는 할 수 없었습니다.

하지만 눈이 생기자 좀 더 적극적인 먹이활동을 할 수 있었습니다. 먹이가 있는 곳을 알고 그곳으로 움직이는 쪽이 더 많은 먹이를 먹고 더 많은 번식을 할 수 있으니 말입니다.

이에 따라 동물들 사이에서는 폭발적인 진화압이 작용합니다. 눈으로 보고 쫓아가는 포식자, 눈으로 보고 자리를 피하는 피식자들이 진화적 우위를 점하고 진화할 수 있었기 때문입니다.

그 과정에서 방어력을 증가시키는 껍질, 그 껍질을 깨부술 수 있는 이빨 등이 진화하기 시작한 것입니다. 이러한 단단한 구조를 가지게 되자 그제서야 화석으로 남는 개체가 많아지고 생물들이 폭발적으로 생겨난 것으로 보이는 것이죠.

그 때문에 캄브리아기의 대표적인 생물인 삼엽충을 비롯해, 껍질을 가진 수많은 동물들이 나타났고, 그 결과 캄브리아 대폭발이라 불리는 수많은 화석이 남을 수 있었던 것입니다.

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1) 캄브리아기는 5억 4200만 년 전부터 4억 8830만 년 전에 걸친 약 5천만년에 걸친 기간입니다.  짧은 시간이라고 해 봐야 실제로는 수십만년~수백만년에 걸친 기간 동안 에 수많은 화석이 만들어진 것입니다. 단지 지구 나이 45억년에 비하면 짧은 시간이기에 대폭발이란 표현을 쓰는 것이죠.

2) 대폭발이란 현상이 아예 없는 것도 아닙니다. 물론 1)에서 말한 것처럼 한순간이 아니라 비교적 짧은 시간의 증가를 말합니다.

생물이 생태학에서 차지하고 있는 위치를 니치(niche)라고 합니다. 비어있는 니치(niche)에 생물이 진출한다면 그 생물은 그 위치에서 매우 빠른 진화를 하게 됩니다.

즉, 캄브리아 대폭발은 아니더라도, 최초의 생물이 탄생한 직후, 그때 생물학적 대폭발(물론 한순간이 아니라 비교적 짧은 시간)이 일어났다고 할 수 있습니다.

진화론 이야기 - 우수한 형질은 반드시 진화한다?

한무리의 생물들이 있습니다. 이들 생물들이 번식하면서 아주 작은 돌연변이가 생깁니다.

이 돌연변이들 중에 환경에 더 적합한 녀석들이 자연선택되어 더 많은 후손을 남깁니다. 즉 환경에 적합한 돌연변이가 무리 전체에 퍼집니다.

반면 적합하지 않은 녀석들은 많은 후손을 퍼뜨리지 못하고 도태됩니다.

이런 일이 반복되어 이들에 진화가 일어납니다.

즉 적합하지 않은 돌연변이는 도태하고 적합한 돌연변이들만이 남아 진화를 이룬다는 것이죠.

그런데 이 말이 100% 맞는 말일까요?

만약 이 말이 맞다면, 돌연변이로 인해 망가진 사람의 비타민 C 유전자는 어떻게 도태되지 않고 남아 비타민 C를 외부에서 섭취해야 하는 진화가 일어난 것일까요?

많은 사람들이 착각하고 있는 것인데, 진화란 주사위게임에 더 가깝습니다. 즉 확실하게 정해진 것이 아니라 확률게임이라고 할 수 있죠.

위에서 환경에 더 적합한 녀석들이 자연선택되어 더 많은 후손을 남깁니다라고 했는데, 사실은 환경에 더 적합한 녀석들이 자연선택되어 더 많은 후손을 남길 가능성이 큽니다가 맞습니다.

적합하지 않은 녀석들은 많은 후손을 퍼뜨리지 못하고 도태됩니다 이것 역시 정확히는 적합하지 않은 녀석들은 많은 후손을 퍼뜨리지 못하고 도태될 가능성이 큽니다가 맞죠.

무슨 소리냐구요?

한무리의 동물들 사이에서 투시력(clairvoyance)을 가진 돌연변이(A)가 탄생했습니다. 이제 이 A는 엄청난 이점을 지니게 되었군요. 숨어있는 먹이, 숨어있는 천적 등을 쉽게 찾아낼 것입니다. 그리고 이제 이 돌연변이가 무리 전체로 퍼져나가면 이들 무리 전체가 투시력을 가지는 진화를 이루게 될 것입니다.

그런데 아뿔사, 이들이 살고 있는 곳은 하필 화산지대 옆이었습니다. 그리고 A가 하필 화산 바로 옆에 있을때 화산이 폭발해 버렸네요. 쏟아지는 용암과 화산재에 휩쓸려 A는 제대로 번식도 하기 전에 죽고 말았습니다.

이렇게 해서 이 투시력을 가진, 엄청나게 적합한 돌연변이가 도태되어 버렸네요.

한편으로는 간에 있는 비타민 C 생성 유전자가 파괴되는 돌연변이(a)가 일어났습니다. 다행인지 불행인지 당시 그들의 먹이는 과일 등 비타민 C가 풍부한 것들이었습니다. 그러므로 a도 당장 도태되지 않고 일부 수를 늘려갈 수 있었습니다.

공교롭게도 a들이 화산과 멀리 있을때 화산이 엄청 크게 터져 버렸습니다.

결국 화산에서 멀리 떨어진, 유전자에 결함이 있는 a만 남고 모두 죽어버렸습니다. 이렇게 되어 원래는 도태되어야 할 부적합한 돌연변이가 살아남게 되었습니다.

물론 이렇게 될 가능성이 크진 않습니다. 주사위 게임으로 말하자면 적합한 유전자는 여러번 연속헤서 1의 눈이 나와야 도태될 수 있습니다. 부적합한 유전자는 여러번 연속해서 6의 눈이 나와야 진화될 수 있는 것이죠.

즉, 적합한 유전자가 도태되는 것, 부적합한 유전자가 번성하는 것 역시 (작은 확률이지만) 불가능하지는 않다는 것입니다.

공통조상에 관하여...

창조론 이야기 - 원숭이가 사람된 것이 진화다?에서도 했던 말이지만, 사람들이 흔히 말하는 것처럼 원숭이가 인간으로 진화하는 것이 아닙니다. 사람과 원숭이가 공통조상을 가지고 있다는 뜻이죠.

즉 인간과 침팬지의 공통조상은 약 650만년 전의 유인원이며

인간과 여우원숭이의 공통조상은 약 7500만년 전의 원숭이입니다.

이런 관계는 유인원(Primates)을 넘어가도 마찬가지입니다.

인간과 쥐의 공통조상은 존재할까요? 유전자 분석과 화석 분석 결과는 약 9000만년 전의 포유류입니다.

인간과 개의 공통조상 역시 약 9500만년 전의 생쥐처럼 생긴 포유류인 것으로 확인되었죠.

인간과 코끼리의 공통조상은 약 1억 500만년 전의 포유류입니다.

이와 같이 유인원 사이의 공통조상은 약 7500만년 전에 존재했지만, 포유류 사이의 공통조상은 약 1억년 전에 존재했습니다. 즉 유연관계가 멀수록 공통조상은 더 먼 과거에 존재한다는 것을 알 수 있습니다.

(이런 점에서 볼 때 인간은 개보다는 쥐와 더 가까운 친척입니다. ㅡㅡ)

인간과 참새의 경우, 인간과 거북의 경우는 어떨까요? 이들의 공통조상은 약 3억 2500만년 전의 파충류입니다.

다만 참새와 거북의 공통조상은 약 2억 7500만년 전에 존재했습니다.

따라서 포유류-조류나 포유류-파충류보다는 조류-파충류가 더 가깝다는 - 포유류가 갈라져 나온 후에 파충류와 조류가 갈라졌다는 것이죠.

마찬가지로 인간과 연어(salmon)의 공통조상은 약 4억 3천만년 전의 물고기입니다.

역시 조류나 파충류보다 유연관계가 멀기에 공통조상도 더 먼 과거에 존재합니다.

척추동물이 아닌 무척추동물과의 공통조상, 더 나아가 소나무같은 식물과 인간의 공통조상 역시 존재할까요?

사람과 불가사리의 공통조상은 약 6억년전, 사람과 파리(fly)의 공통조상은 약 6억 3천만년 전의 생물입니다.

역시 이들은 척추동물과 무척추동물이라는 차이가 있기에 공통조상은 훨씬 더 과거에 존재합니다.

동물과 식물의 차이가 있는 인간과 소나무의 공통조상은 훨씬 더 과거로 거슬러올라가 약 16억년 전의 생물이죠.

이런 식으로 지구상의 모든 생물들은 모두 공통의 조상을 가지고 있으며, 유연관계가 가까울수록 그 공통조상은 가까운 과거에, 유연관계가 멀수록 먼 과거에 존재합니다.

마지막으로 현존 생물들 중 인간과 유연관계가 가장 먼(공통조상이 가장 먼 과거에 존재했던) 생물은 박테리아입니다. 자그마치 30억년 전 존재했던 단세포생물이더군요.

참고로 이 기사는 Tree of Life Explorer를 참고해서 만들어졌습니다.

과학적 논리 - 추론?

1, 3, 5, 7, ? 여기서 ?에 들어갈 숫자는 무엇일까요?

이 문제의 정답은 무엇일까요?

여기서 사람들은 패턴을 찾습니다. 1, 3, 5, 7까지 2씩 증가하는 것을 보니 다음은 9겠다는 것을 쉽게 찾아낼 수 있는 것이죠.

과학적 논리라는 것이 이렇습니다. 과거 수많은 증거들의 패턴을 분석한 후에 그 패턴에 따라서 다음을 예측(추론)하는 것입니다.

과학도 믿음이라 주장하는 사람들은 내일도 해가 뜰 거야라는 믿음을 가지고 있지 않느냐는 주장을 하곤 합니다만, 엄밀히 말해 이것은 믿음이 아닙니다. 과거의 경험을 토대로 한 추론推論inference이라고 할 수 있습니다.

그런데

1, 3, 5, 7, 217341 입니다

란 답이 나왔습니다. 어떻게 해야 할까요?

만약 과학이 믿음에 불과하다면 이런 일이 발생할 겁니다.

이 문제의 답이 217341이 나올 리가 없다. 이 답을 공개하면 파문이다. 저 수열은 2x-1이 맞으며 다섯번째 항은 누가 뭐래도 9이다.

하지만 저 경우에 실제로 과학에서 하는 일은, 왜 다섯번째 항에 217341이 나왔는가를 연구하는 것입니다. 그래서 이런 결론을 냅니다.

연구해본 결과 이 수열은 2x-1이 아니라 (18111/2)x^4-90555x^3+(633885/2)x^2-452773x+217331이다.

즉 과학은 현재 관측된 것에 대한 패턴을 설명(모든 물체는 뉴턴역학을 따른다)하는 것이며, 패턴에 맞지 않는 현상(수성의 근일점 이동)이 발견된다면 그 현상까지 포함할 수 있는 새로운 패턴(상대성이론)을 찾는 것입니다.

만약 어느날 해가 뜨지 않았다면 과학은 왜 해가 뜨지 않았는지를 연구하고 해가 뜨지 않는 현상까지 포함한 이론을 만들 것입니다. 만약 어느날 해가 서쪽에서 뜬다면 과학은 해가 뜨지 않는 현상과 서쪽에서 뜨는 현상까지 포함하는 이론을 만들게 될 것입니다.

물론 그렇게 된다면 지금까지 알고 있었던 해는 동쪽에서 뜬다는 추론(이론)은 쓸모없어지겠죠. 실제로 해가 서쪽에서 뜨는 현상이 발견된다면 말입니다.

참고로 실제

이 답을 공개하면 파문이다.

가 일어났던 때가 있었죠. 고대 그리스 피타고라스 학파에서는 모든 수는 유리수(정수의 비로 나타낼 수 있다)라는 믿음을 가지고 있었습니다.

그러나 어느 제자가 정수의 비로 나타낼 수 없는 수(정사각형의 대각선)를 발견하자 이 발견을 숨기고 해당 제자를 죽인 일이 있습니다.

물론 그런 노력도 무색하게 결과적으로 무리수는 수학의 한 체계로 등장하게 되었습니다.

GA - 머리 속에서의 생존경쟁

예전에 장애물을 피해 앞으로 가는 자동차를 유전자알고리즘으로 만들어본 적이 있습니다.

GA - 자동차[1] 유전자설계 및 초기화

여러가지 방식으로 움직이는 자동차 수백대를 만들어 생존경쟁을 시킨후 우수한 녀석들만 모아 자연선택하여 번식시키고 그중에 돌연변이를 만들어 생존경쟁을 반복하면 결국 장애물을 잘 피할 수 있는 자동차를 찾을 수 있다는 것이 유전자알고리즘입니다.

이것과 비슷하지만 이번에는 전혀 다른 식으로 접근해 보았습니다.

1. 개체

기존 방법에서는 여러가지 행동을 하는 자동차를 수백대 만들었습니다. 그리고 그들 사이에서 생존경쟁을 펼쳤습니다.

그런데 이런 생존경쟁을 자동차끼리 시키는 것이 아니라 자동차 내부에서 시킬 수는 없을까요? 즉 자동차가 판단하는 과정을 여러개로 나눈 생각단위란 것을 만들고, 이들에 의해 자동차를 제어하며 동시에 그들 사이의 생존경쟁을 시킨다는 것이죠.

여기서는 다음과 같은 생각단위를 만들었습니다.

이와 같은 생각단위 1024개를 만들어 놓습니다.

만약 자동차가

와 같은 상태에 있다면 ㉠의 경우는 앞에 바위가 있으니 각 방향으로 움직일 확률이(-0.25, 0.3, -0.28)이 될 것입니다. ㉡은 왼쪽 앞에 길이 있으니 (0.32, 0.82, -0.21)이 되겠죠.

그리고 이 확률을 가지고 자동차의 다음 행동을 결정합니다. ㉠의 경우는 앞으로 가서 바위와 충돌하겠군요. ㉡의 경우는 왼쪽 앞으로 제대로 갈 확률이 ⅓도 되지 않습니다.

2. 모둠활동

이런 생각단위 하나둘로는 이 차가 처한 상태를 제대로 판단할 수 없습니다. 위처럼 ㉠과 ㉡만 가지고 판단한다면 오른쪽 앞에 뭐가 있는지는 알 수 없는 상태로 결정을 내리게 될 것입니다. 반대로 1024개의 생각단위 모두를 가지고 판단한다면 어떤 것이 유익하고 어떤 것이 불리한지 전혀 알 수 없는 상태가 될 것입니다. 그러므로 1024개의 생각단위 중에서 16개를 뽑아 모둠을 만들어 처리합니다. 그렇게 되면 행동의 결과를 해당 모둠 멤버에게 책임지울 수 있죠.

다만 이렇게 모둠을 만들어 처리하면 한가지 문제가 생깁니다. 바로 

이런 문제 말이죠.

올바른 결정을 내리는 생각단위들의 모둠 속에 트롤 하나가 섞여있으면 그 트롤도 이득을 얻어 번식할 수 있습니다. 또는 이 트롤 때문에 일이 틀어지면 같은 모둠의 다른 생각단위들도 같은 손해를 볼 수 있다는 것입니다. 마치 조별과제에 하나도 기여하지 못한 학생 때문에 다른 학생들의 점수고 깎이고, 정작 놀러다닌 학생은 다른 열심히 한 학생들과 같은 점수를 받는 것처럼 말이죠.

이 문제를 해결하기 위해 조별과제의 최후와 같은 해결책을 써보기로 했습니다. 생각단위들 사이의 호감도를 도입했습니다.

최초에는 아무렇게나 모둠을 만들지만, 모둠활동이 끝나면 그 결과에 따라 멤버들의 호감도를 수정합니다. 결과가 좋으면(길을 따라 움직이면) 멤버들 사이의 호감도를 증가시키고 결과가 나쁘면(바위 위로 올라가면) 멤버들 사이의 호감도를 감소시키는 것이죠. 그리고 새로 모둠을 만들 때 이 호감도를 참조해서 멤버들을 모읍니다.

3. 재생산

기존의 GA일 경우에는 각 세대가 확실하게 구분되었습니다. 무리를 만들어 생존경쟁을 시키고 번식시킨 후에는 기존 세대는 싹 죽여버립니다. 그리고 새로 태어난 세대를 가지고 반복합니다.

하지만 이 문제의 경우는 한가지 문제가 있어요. 이렇게 세대가 교체된 직후에는 효율이 0으로 떨어진다는 것입니다. 물론 그 후에는 효율이 올라가지만 주기적으로 효율이 떨어지는 것은 어쩔 수 없는 현상입니다.

여기서는 각 생각단위가 각자의 수명을 가지고 있습니다. 수명이 끝난 생각단위는 제거되며, 나머지 생각단위들 중에서 하나를 선택, 번식시켜 빈자리를 채우게 됩니다. 이렇게 되면 세대 전체를 바꿀 때 효율이 떨어지는 현상이 사라집니다.

4. 호감도

처음 만난 생각단위들 사이에도 기본적인 호감도는 가지고 있습니다(호감도가 전혀 없다면 최초 모둠을 만들 수가 없죠).

호감도 높은 것들을 중심으로 모둠을 만들고 나서 그 모둠의 활동결과에 따라 해당 모둠 멤버들의 호감도를 늘리거나 줄입니다. 이 호감도는 다음에 모둠을 다시 만들 때의 기준이 되죠.

새로운 생각단위가 태어난다면, 그 생각단위는 모체와 거의 유사합니다. 즉 모체와 사이좋은 생각단위는 이 새로 태어난 녀석과도 사이가 좋을 가능성이 크죠.

그 때문에 이 경우에는 다른 생각단위에 대한 모체의 호감도의 절반을 기본값으로 설정했습니다.

이런 식으로 만든 자동차가 움직이기 시작할 때의 모습입니다.

그리고 약 10만회의 진행을 했을 때의 모습입니다.

역사 이전의 인간, 인류의 기원(YouTube - Kurzgesagt)

 

창조론 이야기 - 신념

 

어느 마트에서 라면 원플러스원 행사를 하고 있습니다. 1+1=2개를 사면 1개값만 받는 행사입니다.

한 손님이 라면 세개를 가져와서 말합니다.

"1+1=2라든가 1+1=3이라든가 하는 것은 개인의 신념 문제입니다. 저는 1+1=3이라는 신념을 가지고 있습니다. 그러니 제 신념을 존중해 주시고 이 세개를 하나값에 주세요."

신념이란 것을 아무데나 붙이는 사람이 있습니다. 진화론을 믿든¹ 창조론을 믿든 그것은 개인의 신념이라고 말입니다.

신념이라는 것은 정답이 없는 문제에 붙여야 하는 것입니다.

이를테면

㉠ K-culture를 발전시키기 위해서는 아이돌과 가요에 집중해야 한다.

㉡ K-culture를 발전시키기 위해서는 영화와 드라마에 집중해야 한다.

이 문제에 대해 정답은 무엇일까요? 이 문제에 대해서는 정답이 없습니다. 장단점이 있을 뿐입니다. 더구나 상황에 따라 그 장단점은 바뀔 수 있습니다. 즉 ㉠과 ㉡은 옳고 그른 답이 아니라 그냥 다른 답일 뿐입니다.

이런문제에 대해서는 신념을 인정할 수 있습니다. 둘 다 다른 답일 뿐 그른 답이 아니기에 자신의 신념에 따라 답을 선택할 수 있고 그 답을 존중해 줄 수 있습니다.

하지만 정답이 정해져 있는 문제에 대해서는 신념이 간섭할 수가 없습니다. 위 보기에서처럼 1+1=3이라는 신념을 존중해 준다면 사회가 뒤죽박죽이 되겠죠.

진화론 창조론 문제도 마찬가지입니다. 1+1=3과 마찬가지로 창조론 역시 다른 답이 아니라 그른 답입니다². 그른 답을 신념으로 존중해달라는 것은 시험의 탈락자가 합격시켜달라고 떼쓰는 것이나 마찬가지죠.

1. 사실 진화론은 믿는 것이 아닙니다. 진화론은 공부하고 이해해야 하는 것입니다.

2. 기독교 안에서는 창조론이 옳은 답입니다. 그러나 기독교 밖으로 나가면 창조론은 그른 답이 되고 말죠. 기독교인들이 기독교 밖에서도 창조론을 주장해서 창조론을 그른 답으로 만들고 있는 것입니다.

출산의 고통

또 여자에게 이르시되 내가 네게 잉태하는 고통을 크게 더하리니 네가 수고하고 자식을 낳을 것이며 너는 남편을 사모하고 남편은 너를 다스릴 것이니라 하시고(창 3:16)

사람은 다른 동물들과 많은 점에서 다릅니다. 그 중에는 출산의 고통도 있죠.

인간의 출산은 다른 동물들에 비해 상당히 힘듧니다. 다른 동물들은 혼자서도 새끼를 한마리도 아니라 한배에 대여섯마리씩 낳을 수도 있습니다. 하지만 인간은 아기 단 하나를 낳는데도 혼자 낳기가 (불가능하지는 않지만) 엄청나게 힘듦니다.

사람과 침팬지의 골반을 비교하면 이렇습니다.

골반 한가운데에 구멍이 뚫려 있습니다. 이 구멍이 출산시 아기가 나오는 길입니다. 침팬지에 비해 인간은 아기가 통과하는 구멍이 작습니다. 침팬지뿐 아니라 대부분의 포유류가 골반의 산도가 넓습니다. 오로지 인간만이 좁은 산도를 가지고 있으며 출산의 고통을 느끼고 있죠.

왜 인간은 이런 좁은 골반을 가지게 되었을까요? 정말 야훼의 분노로 저렇게 만든 것일까요?

다른 동물들은 물론이고 침팬지도 저렇게 수평에 가까운 자세를 취합니다. 그에 반해 인간은 저런 직립보행을 하고 있죠. 그 때문에 내장을 받치기 위해 골반이 접시처럼 넓어지고 골반구멍이 좁아지게 된 것입니다.

아마도 이 과정에서부터 출산의 고통이 시작되었을 것입니다. 당시 직립보행을 해서 골반이 너무 좁아진 여성은 출산시 죽기 쉬웠을 테니 직립보행이 진화될 수가 없었을 것입니다.

하지만 두가지 요인으로 인해 출산의 고통에도 불구하고 인간의 직립보행이 가능해졌죠.

첫째는 직립보행을 위한 골반의 진화와 함께 미숙아를 낳는 쪽으로의 진화가 함께 일어났습니다. 유대류를 제외한 다른 포유류들은 뱃속에서 아기를 완전히 키운 후 낳습니다. 기린이나 영양들은 새끼를 낳은지 몇시간만에 어미를 따라 뛰어다닙니다. 원숭이들도 낳은지 얼마 안되어 어미 등에 매달려 다닐 수 있습니다. 돼지나 개들도 금방 어미의 젖을 찾아 빨 정도로 자란 새끼를 낳습니다.

하지만 인간의 아기는 태어난 직후에는 너무나 무력한 상태입니다. 제대로 자라지 못한 상태에서 태어나야 했기 때문이죠. 심지어는 좁은 산도를 통과하기 위해 두개골까지 변형시켜 가면서 나와야 합니다.

그 때문에 신생아들은 두개골이 완전히 붙어있지 않은 상태로 태어나게 됩니다. 신생아들이 젖을 빨 때 정수리가 볼록 오목하게 움직이는 것을 볼 수도 있죠. 즉 좁아진 산도를 통과하기 위해 미성숙한 아기를 출산하도록 된 것입니다.

둘째는 인간의 무리생활입니다. 미숙아를 출산하면서도 남아있는 고통을 주위 다른 인간들이 도와줌으로써 견딜 수 있게 해주는 것이죠.

그와 함께 미성숙한 아기와 출산하느라 힘이 빠진 산모를 다른 인간들이 도와줌으로써 그들이 살아남을 수 있도록 하는 것도, 출산의 고통을 무릅쓰고 인간의 직립보행이 진화할 수 있게 된 요인이라고 할 수 있죠.

30년이 넘는 실험 끝에 실제로 관측된 생물학적 진화현상

 

진화론 이야기 - 공작 꼬리, 그리고 표범의 눈

화려한 공작 꼬리는 다윈 시대부터 과학자들의 골칫거리였습니다. 길고 화려한 꼬리는 아무리 봐도 생존에 도움이 되리라 생각할 수가 없었거든요. 비록 성선택(sexual select) 이론이 있었지만, 저렇게 생존에 불리한 형질이 어떻게 진화할 수 있는지가 과학자들이 당면한 문제였습니다.

예전 공룡은 주로 주간생활을 했습니다. 그 때문에 시각에 상당한 의존을 했습니다. 그런 이유로 인해 공룡의 후손(또는 공룡 자체)인 새들 또한 매우 좋은 시력을 가지고 있습니다. 3색을 보는 인간에 비해 자외선까지 4색을 볼 수 있기에 실제 새들이 보는 세상은 인간들보다 더 화려하다고 할 수 있죠.

새들의 눈

인간에게 단순한 검은색으로 보이는 새들 역시 새들에게는 화려한 색으로 보이게 되죠.

반면 당시 포유류는 큰 세력을 가지고 있는 공룡들을 피해 대부분 야간활동을 하게 되었죠. 빛이 부족한 야간에 시력은 큰 도움이 되지 않았습니다. 대다수의 포유류들은 야간에도 유용한 후각과 청각이 발달한 대신 시각이 퇴화하게 되었습니다. 대부분의 포유류들은 단 두 가지 색만 볼 수 있습니다. 오로지 공룡 멸종(이라기보다는 쇠퇴) 후 다시 주간으로 진출한 포유류들 중 일부만 색각의 돌연변이에 의해 세가지 색을 볼 수 있게 된 것입니다. 인간 역시 삼원색을 볼 수 있으므로 공작 꼬리의 화려한 모습을 볼 수 있는 것이죠.

그렇다면 공작의 천적인 식육목 포유류(표범, 늑대, ...)들 눈에는 공작 꼬리가 어떻게 보일까요? 단 두 가지 색만 볼 수 있는 그들 눈에는 저런 화려한 무늬는 칙칙한 색으로 보일 뿐입니다. 마찬가지로 주변의 풀이나 나뭇잎들도 칙칙한 색으로 보이죠. 즉 공작 꼬리가 동족의 눈에는 화려한 자랑거리지만 포식자의 눈에는 보호색으로 작동합니다. 즉 공작 꼬리는 성선택에 의해 화려한 색을 가지면서도 자연선택에 의해 포식자의 눈을 피하는 방식으로 진화한 것입니다.

출처

이것 역시 과학(진화론)에 있어서 인간중심주의를 조심해야 하는 이유입니다. 인간의 눈에 잘 띄기에 불리한 것이 아니라 포식자의 눈에 잘 안 띄기에 유리한 형질인 것이죠.

생태계의 가위바위보

사람들이 흔히 하는 가위바위보 게임이 있죠. 가위, 바위, 보가 서로 물고 물리는 관계입니다.

자연계에도 가위바위보와 같은 관계가 있습니다.

대장균 중에는 독소를 만드는 대장균㈎이 있습니다. ㈎는 자신의 독에 죽지 않기 위해 해독제도 같이 만듧니다. 이들은 두 가지 화학물질을 만들어야 하기에 번식속도는 가장 느립니다.

독소는 만들지 못하지만 해독제를 만드는 대장균㈏도 있습니다. 이들은 ㈎보다는 번식이 빠릅니다.

마지막으로 독소도 해독제도 만들지 않는 대장균㈐도 있습니다. 이들은 오로지 번식에만 온 힘을 쏟으므로 번식속도는 가장 빠릅니다.

㈎와 ㈐가 만난다면 ㈐는 ㈎의 독소에 의해 죽고 그자리에 ㈎가 번식합니다.

㈎와 ㈏가 만난다면 ㈎의 독이 아무 효과가 없기에 번식속도가 빠른 ㈏가 우세를 점합니다.

㈏와 ㈐가 만난다면 이번에는 ㈐가 번식속도로 B를 누를 수 있습니다. 즉 ㈎, ㈏, ㈐는 가위바위보와 같이 물고 물리는 관계입니다.

간단하게 이 세 박테리아를 시뮬레이션해보면 이런 결과가 나타납니다.

여기서 볼 수 있는 것처럼, 서로가 서로의 영역을 잠식하고 잠식당하면서도 이 세 박테리아가 공존하고 있는 모습을 볼 수 있습니다.

박테리아 뿐이 아닙니다.

미국 캘리포니아주에는 Uta stansvuriana라는 작은 도마뱀이 있습니다. 하나의 종이지만 이 도마뱀의 수컷에는 세가지 변종이 존재합니다.

주황색 수컷은 폭군입니다. 강한 힘을 가지고 넓은 영토를 차지하고 있으며 많은 암컷을 거느리고 있습니다.

파랑색 수컷은 다정합니다. 힘은 세지 않지만 넓지 않은 영토를 차지하고 암컷도 한마리만 데리고 있습니다.

노란색 수컷은 작고 힘이 약합니다. 얼핏 보면 암컷과 비슷하게 생겼습니다.

이들 사이의 우열관계는 어떻게 될까요?

주황색과 파란색이 만난다면, 주황색은 파란색을 내쫓고 파란색이 데리고 있던 암컷을 차지합니다.

파란색과 노란색이 만난다면 파란색은 무력한 노란색을 쉽게 내쫓습니다.

주황색과 노란색이 만난다면, 주황색은 자기가 거느리는 수많은 암컷들을 일일이 관리하지 못하고 노란색도 자신의 암컷으로 착각해 버립니다. 그 사이에 노란색은 주황색이 거느린 암컷과 몰래 짝짓기를 할 수 있습니다.

주황색이 파란색을 내쫓고 암컷을 많이 차지해 주황색이 대세가 될 수 있습니다. 그렇게 된다면 몰래 숨어들어온 노란색에 의해 노란색이 많아집니다. 그렇게 되면 노란색은 파란색에게 쫓겨나며 파란색이 대세가 될 수 있습니다. 이런 식으로 대장균의 경우와 같이 세 변종이 공존할 수 있는 것이죠.

가위바위보는 3가지가 있지만 변종도 존재합니다. 이를테면 트레키(스타트렉 팬)들이 스팍과 도마뱀인간을 추가하여 5가지 가위바위보를 만들었죠.

그뿐 아니라 이런 여러가지 가위바위보가 (실용성은 없지만) 존재합니다.

이런 여러가지 가위바위보의 공통점이 있죠. 모두 홀수개로 구성되어 있으며 이길 수 있는 것과 지는 것이 동수라는 것입니다. 스타트렉 가위바위보는 5개로 구성되어 있으며 각가 이기는것 2개, 지는것 2개가 존재합니다. 마지막 15개의 가위바위보 역시 이기는것 7개, 지는것 7개로 구성되어 있습니다. 과연 자연계에서도 이런 가위바위보가 존재할까요?

5개, 7개의 종이 이기고 지는 관계에서 시뮬레이션을 실시한 결과는 다음과 같습니다.

마찬가지로 5개, 7개의 종이 공존하는 것을 알 수 있습니다.그런데 정말로 이런 홀수개의 종만이 공존할 수 있을까요?

11개의 종(물론 이기는것 5개, 지는것 5개)을 넣고 시뮬레이션을 돌려 봤습니다.

11개의 종 중에 6개종이 전멸, 5개종으로 안정화되었습니다. 여러번 실행해 봐도 안정화되는 것은 9개종, 7개종, 또는 5개종 등 홀수개의 종 중에서 가위바위보 관계가 유지되는 것들 뿐이라는 것을 알 수 있습니다. 이것으로 보아 가위바위보 관계에 있는 홀수개의 종만이 안정하다는 것을 알 수 있습니다.

혹시 여기서 11개종은 유지될 수 없다고 생각할 수도 있겠지만, 이것은 공간의 문제죠. 저 공간이 11개의 종을 모두 유지하기에는 너무 좁기 때문입니다. 실제로 저 넓이를 대폭 늘린다면 더 많은 종들(물론 가위바위보 관계에 있는)도 공존 가능하다는 것을 알 수 있습니다.

물론 이 가위바위보 이론만으로 생태계를 모두 설명하기에는 부족할 것입니다. 생태계에는 박테리아들까지 무수히 많은 종들이 있으며, 저런 경쟁관계뿐 아니라 공생관계도 많이 존재합니다.

하지만 종들 사이의 우열관계로 인해 몇몇 종만이 살아남는 것이 아니라 수많은 종들이 공존하고 있는 이유 중 하나가 이런 물고 물리는 관계 때문이라고 할 수 있습니다.

진화론 이야기 - 적색편이

사실 적색편이는 진화론과는 전혀 상관 없습니다. 과학을 전혀 모르는 창조론자들은 적색편이를 진화론적으로 설명하라는 식으로 억지를 부릴 수는 있습니다만...

하지만 적색편이를 (진화론적이 아닌) 과학적으로 어떻게 추론해서 먼 은하일수록 빠른 속도로 물러난다는 추론을 할 수 있는지를 설명해 보고자 합니다.

일단 은하까지의 거리를 측정하는 것은 연주시차를 비롯해서 여러가지 방법이 있습니다. 그 방법은 일단 생략하고, 먼 거리에 있는 은하일수록 붉은빛을 띈다는 것은 이미 관측된 사실이죠.

그런데 그 관측된 사실로부터 어떻게 빠른 속도로 물러난다는 결론이 나올 수 있을까요? 그냥 그런 먼 은하가 다른 이유로 붉은빛을 띄고 있는 것은 아닐까요? 그냥 원래부터 붉은 은하를 가지고 오로지 빅뱅이론에 맞추기 위해 빠른 속도로 물러난다는 결론을 낸 것은 아닐까요?

중학교때 불꽃반응을 실험한 일이 있을 겁니다. 여러가지 원소를 불꽃에 넣으면 특유의 색깔을 보이는 현상 말이죠.

이 불꽃반응으로 제대로 분석하기 위해서는 색깔만 보는 것이 아니라 스펙트럼을 보아야 합니다. 각 원소의 불꽃반응색을 스펙트럼 분석하면 다음과 같이 나옵니다.

이런 스펙트럼이 각 원소의 시그니쳐입니다. 각 원소에 있어 전자가 양자(量子 quantum)화된 궤도를 오르내리며 특정한 파장의 빛을 방사하기 때문입니다.

이를테면 나트륨의 경우 다음과 같이 589.6nm의 D1선, 589.0nm의 D2선, 인접한 두 개의 파장이 나트륨의 특성입니다.

만약 나트륨에 불순물이 섞여 있어 노란색 불꽃이 보이지 않더라도 분광분석결과 이 두 개의 선이 보이면 나트륨이 포함되어 있다고 알 수 있습니다. 실제로 이 방식으로 여러 항성이나 성운 등에 어떤 원소가 있는지를 확인할 수 있죠.

그런데 먼 은하의 분광분석 결과 이런 파장이 나타났다면 어떨까요?

만약 이 은하가 원래부터 붉은색을 띈다고 하면 이런 파장의 빛을 내는 원소를 찾아야 합니다. 그러나 저 부근의 파장에서 뚜렷한 두 선을 보이는 원소는 존재하지 않습니다.

그렇다면 가능한 방법은 도플러 효과에 의해 나트륨의 시그니처가 적색 쪽으로 밀려났다고밖에 할 수 없죠. 멀리 있는 은하일수록 이 이중선이 적색 쪽으로 치우쳐 나타나기에 먼 은하일수록 빠르게 물러난다는 빅뱅이론에 맞는 결과가 나온 것입니다. 다시 말해 빅뱅이론에 맞춰 해석한 것이 아니라 해석하고 나니 빅뱅이론에 맞게 되었다는 뜻입니다.

진화론도 마찬가지입니다. 단순한 추측이라 주장하는 진화론의 많은 증거들이 이와 같은 과학적 방식으로 확립된 것입니다.

즉 빅뱅이론을 무너뜨리기 위해서는 적색편이를 단순한 추측이라고 폄하하는 것이 아니라 저런 파장을 내는 원소를 찾는 것이죠. 진화론도 마찬가지로 현실과 같은 결론을 내는 다른 해석을 찾아야 합니다.

이것이 불가능하기에 창조론자들은 오로지 모든 것은 추측일 뿐이라고 정신승리나 하고 있는 것입니다.