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.

지적설계론은 지적설계자를 모욕하는 행위 - 바비루사

바비루사는 인도네시아에 서식하는 멧돼지입니다. 이 바비루사가 다른 멧돼지와 확실히 구분되는 것은 이빨이라 할 수 있습니다.

보시다시피 수컷 바비루사의 경우 위턱과 아래턱의 어금니가 위를 향해 둥글게 자라고 있죠. 척 보면 멋있어 보일 수도 있습니다.

하지만 이 어금니는 바비루사에게는 하등 쓸모없는 기관입니다. 먹이를 먹는데도, 적을 공격하는데도 아무런 쓸모가 없는 데다가 튼튼하지도 않아 큰 충격을 받으면 부러지고 맙니다.

이 이빨이 부러지지 않는다면 더욱 큰 재앙이 됩니다. 이 이빨은 평생 계속 자라서 결국에는 이런 모습이 되고 맓니다.

위로 휘어 계속 자라나는 이빨은 결국 두개골까지 도달하게 되고 두개골을 뚫고 들어가 죽는 경우가 종종 생깁니다.

만약 창조주가 있다면 창조주는 이 바비루사를 자신의 이빨에 서서히 죽어가도록 설계한 것이겠죠. 창조주는 이런 것을 생각하지도 못할 정도로 무식한 설계자일까요, 아니면 바비루사가 서서히 죽어가는 모습을 즐기는 사악한 설계자일까요?

바비루사의 저 이빨이 진화된 것은 일종의 성선택이라고 할 수 있습니다. 암컷 바비루사들이 저렇게 길고 멋지게 휜 이빨을 매력적으로 여기는 것이었죠. 그 때문에 점점 길고 두개골을 향해 휘는 이빨이 진화적 우위를 점했기에 저런 불행한 짐승이 진화된 것입니다.

만약 저 이빨이 굉장히 빨리 자라서 번식기가 되기 전에 두개골을 뚫고 죽는다면 이 이빨이 아무리 매력적이라도 진화되지 않습니다. 번식해야 유전자가 전달되니까 말이죠.

이런 생존에 불리한 유전자는, 그 해악이 번식기가 지난 후에 일어나기 때문에 진화가 가능한 것입니다.