복잡계 과학의 대가, 스튜어트 카우프만의 야심 찬 제안
“혼돈의 가장자리, 그곳에서 인류 역사가 시작되었다!”

물리학은 세계의 모든 존재를 ‘원자’라는 아주 작은 단위로 설명한다. 그들은 원자를 통해 인간 존재부터 우주라는 커다란 세계까지 들여다볼 수 있다고 말한다. 그렇다면 과연 우리는 인류의 오래된 질문, “생명은 어디에서 시작되었는가?”에 대해 명쾌한 답을 얻었는가? 안타깝게도 물리학과 같은 과학 법칙으로는 우리가 어디에서 왔는지, 어떻게 여기까지 왔는지, 심지어 인간의 심장은 왜 존재하는지조차 설명하지 못한다.

복잡계 과학의 선구자이자 이론생물학자인 스튜어트 카우프만은 최근작 《무질서가 만든 질서A WORLD BEYOND PHYSICS》를 통해 이 질문에 관해 탐구한다. 그는 복잡한 화학적 환경에서 초기의 원시세포는 생명이라고 인식되는 것으로 끊임없이 진화한다고 말한다. 이것은 물리 법칙으로 증명할 수 있는 범위를 넘어선 것으로, 생명이란 세포 스스로 생을 창발하여 새로운 생태적 지위를 만든다는 것이다. 또한 카우프만은 세포 스스로 진화를 일으켰다는 확실한 증거들을 제시하며, 개체군 내의 유전적 변화와 엄청난 생물다양성의 기원과 발달에 관해서도 밀도 있게 이야기한다. 세계적 천재들에게만 수여되는 맥아더 펠로십 수상자라는 명성에 걸맞게 그는 물리학과 화학, 생물학, 수학 그리고 철학을 넘나들며 생명과 진화의 폭발적 다양성에 관해 논한다. 그의 설명을 따라 생명의 기원을 파헤치다 보면, 중요한 이론적 개념들을 터득하는 한편, 그 개념들이 우리의 삶과 어떻게 이어져 있는지를 깨닫게 될 것이다.

옮긴이 서문
프롤로그

1장 세계는 기계가 아니다
원자 수준 위의 비에르고드적 우주｜열역학 제2법칙을 넘어서｜인간의 심장은 왜 존재하는가?｜생명체란 무엇인가?｜기계로서의 세계

2장 기능의 기능

3장 전파되는 조직화
일｜경계조건, 일 그리고 엔트로피｜제약 일 순환비전달적인 일과 전달적인 일｜제약 회로, 그 이상｜두 회로｜자기재생산의 가능성｜물리학의 일반성과 생물학의 특정성 과정의 조직화 전파

4장 생명의 비약
RNA 세계｜지질 세계｜랜덤 그래프의 연결성｜컴퓨터에서 실험실로｜생명의 세 가지 회로｜분자 다양성의 후손｜생기력
5장 대사를 만드는 방법
CHNOPS｜반응 그래프에 대한 가설｜실험실 안으로｜집단적 자가촉매 집합에 대사를 연결하기

6장 원시세포
다메르-디머 시나리오｜원시세포를 향하여｜엔트로피에 맞서 질서를 만들고 유지하기

7장 유전성 변이

8장 우리가 하는 게임
세계에 대한 감지, 평가, 대응｜움직임｜물질에서 중요성으로｜도구적 당위｜복잡하고 정교한 게임

9장 놀랍고도 진실한 이야기
패트릭의 이야기｜루퍼트의 이야기｜슬라이의 이야기｜거스의 이야기

10장 무대는 준비되었다
생물권의 다양성이 폭발하다｜우리는 수학화할 수 없다｜맥락에 따른 정보

11장 선택적 진화와 스크루드라이버
전적응과 선택적 진화｜스크루드라이버의 다양한 용도

12장 물리학 너머의 세계
엔트로피와 진화｜생물학은 물리학으로 환원될 수 없다｜어떤 법칙도 생물권의 창발을 함의하지 않는다

에필로그
참고문헌

스튜어트 A. 카우프만

생명의 탄생에서 현대의 기술혁명에 이르기까지
카오스와 코스모스의 무질서 속에서
물리학 너머의 세계를 탐구하다

★★★〈네이처〉,〈사이언티픽 아메리칸〉추천 도서
★★★ 복잡계의 대가 스튜어트 카우프만의 대표작
★★★ 과학전문기자 강양구 강력 추천

아이작 뉴턴이 인류에게 준 선물인 고전 물리학은 수동적인 목소리로 서술된 세계이다. 바위가 떨어지고, 행성들이 궤도를 돌며, 별들은 자신의 질량에 의해 뒤틀린 공간 속을 떠돈다. 이 세계에서는 행위doing는 없고, 사건happening만 있을 뿐이다. 수없이 많은 일이 일어나고 기적 같은 일도 벌어지지만, 모두 맹목적일 뿐이다. 《무질서가 만든 질서》는 이 문제를 직접 공격한다. 우주의 보편적 맥락에서 생명을 설명하는 환원주의에 반박하며, 세계를 각 세포가 스스로 상호작용하여 얽힌 그물로 해석한다. 이 책은 창발주의 선구자이자 복잡계 과학의 대가로 불리는 스튜어트 카우프만의 최신작으로, 우리를 단숨에 과거로 데려가 생명이 탄생한 자리로 안내한다. 그는 복잡계 과학이 어떻게 다윈의 진화론을 성장시켰는지 그리고 생명이 외부압력 없이 스스로 계system를 형성하여 어떻게 생물계의 엔진을 작동시켰는지 설명한다. 그는 생물의 생명을 분자, 원자와 같은 입자로 설명할 수 있을지라도, 거기에 내재된 속성은 물리학으로 환원될 수 없다고 힘주어 말한다.
그동안 과학 분야에서 답하지 못했던 생명의 기원에 관한 궁금증을 해소해 주는 이 책은 다양한 학문이 교차되는 접점에 있다. 물리학과 화학, 생물학, 수학 그리고 철학 등 여러 학문을 토대로 심오한 생각의 경계를 자유롭게 넘나드는 카우프만의 글은 혁신적이고 새로운 시각을 제공한다. 탁월하고, 종합적인 세계관을 담은 이 책은 21세기 과학계에 매우 고무적이다.


생명은 에너지, 물질, 시간과 공간을 넘어
자발적으로 존재를 증명한다

그동안 생명의 기원과 진화에 관한 다양한 연구와 이론이 발표되었다. 물론 이는 인류 및 과학 발전사에 지대한 영향을 주었고, 그 공헌 또한 인정되어야 하지만, 우리는 여전히 생명은 어디서, 어떻게 시작되었는가 하는 질문에 선뜻 답하지 못한다. 생명계를 구성하는 요소들을 분석할 수 있을지는 몰라도, 그 체계의 속성과 작동방식에 관해서는 정확히 알지 못하기 때문이다.
이것은 과학계의 흔한 시도인 물리학이나 화학으로 환원될 수 없다. 그 이유는 생명 현상이란 개별 구성 요소들의 단순한 합이 아니라 창발적인 속성, 즉 세포 각각이 자기조직화를 하고 있기 때문이다. 이 시스템적인 성격은 생명공학 분야의 특징이기도 하다. 스튜어트 카우프만은 진화생물학, 유전학, 생태학과 같은 생물학의 다양한 분야를 바탕으로 어떻게 생물학이 물리학과 다른 방식으로 생명 현상을 설명하는지 보여 준다.
총 열두 장으로 구성된 이 책은 환원주의 관점에서 우주와 세계를 분석하는 시각을 정연한 논리로 반박하며, 복잡계 과학이라는 패러다임으로 생명의 탄생에서부터 다세포 생물의 출현, 캄브리아기의 대폭발 그리고 거대한 문명의 출현과 쇠퇴에 이르는 크고 작은 무질서 속의 질서에 관해 이야기한다. 그는 이것을 구체적으로 설명하기 위해 자기조직화와 창발성의 개념을 도입하여, 자연에서 자발적으로 생겨나는 질서의 사례들을 속속들이 소개한다.


“생명의 기원과 진화에 대한 스튜어트 카우프만의
도발적 해석은 기존의 물리학에 활력을 불어넣었다”_〈 네이처〉

이 책에서 가장 핵심적인 논의는, 카우프만이 정성 들여 설명한 화학 진화에 관한 이야기이다. 생명 현상에는 RNA, 지질, 단백질과 같은 생명의 구성단위가 서로의 생성을 촉진하여 순환 고리를 이루는 재생산 메커니즘이 저절로 생긴다는 것이다. 이 논의를 바탕으로, 카우프만은 수많은 과학자가 토로하는 세계의 무의미성을 반박한다. 과학을 깊이 연구하면 할수록 세계가 철저히 무의미하게 느껴진다고 말하는 각 분야 과학자들과 다르게, 카우프만은 생명과 우주는 늘 새로운 가능성에 열려 있으며, 따라서 의미로 가득하다고 말한다. 그는 생명이란 움직이는 입자만큼이나 실제적인 존재로, 이에 따라 행위 주체성과 가치, 행동이 등장했다고 주장한다. 저자가 책 구석구석에서 힘주어 말하는 ‘실제적’이라는 단어에 방점이 찍히는 이유다.
인류를 설명하는 가장 포괄적인 원리, 즉 생명의 기원과 진화에 관해 다루는 이 책은 스튜어트 카우프만이 일생을 바쳐 연구한 결과물을 모두 담고 있다. 복잡계 연구의 세계적 중심지인 미국 산타페 연구소의 명예교수이기도 한 그는 해당 분야에서 일어나고 있는 혁명의 일부로, 생명의 기원에 관해 권위 있는 책을 쓸 수 있는 적임자로 손꼽힌다. 21세기 생명과학의 정수라 부를 수 있는 이 책을 통해 우리는 무질서한 자연계에 숨어 있는 생명의 패턴을 이해할 수 있을 것이다.