이 첫 단원에선 "복잡성이란 무엇인가?"하는 질문을 살펴 볼 겁니다
곧 알게 되시겠지만 정확하게 답하기 어려운 질문이죠
복잡계 과학자들이 주로 어떤 현상을 관찰하는지 여러가지 예를 들어 보며 아주 직관적인 방식으로 시작하죠
그것은 이 과목에서 공부할 주제들에 대한 예습이 될 거에요
그런 다음엔 거의 모든 복잡계들이 공통적으로 가지고 있는 성질은 무엇인지 나열해 볼 것이고요
이건 진도가 더 나가면 더 자세히 알아 보겠지만, 복잡성이라는 개념의 정의도 잠깐 살펴볼 것이고
복잡계 연구라는 분야의 중심이 되는 규율, 목적, 그리고 방법 등을 알아 볼 겁니다
그 때 쯤이면 제가 "초대 손님 코너"라고 부르는
저명한 복잡계 과학자 분들을 인터뷰하는 시간을 가질 준비가 되어있을 거에요
이 단원의 후반 부분은 넷로고에 집중할 겁니다. 넷로고는 우리가
복잡계의 여러가지 개념을 응용해 보는 데에 쓸 시뮬레이션 프로그램입니다
준비되셨나요? 그럼 갑시다!
시작하기 아주 좋은 예는 바로 개미입니다. 유명한 개미 연구원인 나이젤 프랭스는 언젠가
군대개미 단 한 마리의 행동으로 볼 것 같으면 거의 이 세상에서 제일 단순한 동물들 중 하나지만
아주 거대한 무리가 모이면 이야기는 달라진다고 했습니다
예를 들어 여기 집을 짓고 있는 군대개미 군단이 있어요
개미 한 마리 한 마리는 아주 단순하지만, 군단 전체를 보면 서로 협조를 해서
아주 복잡한 작업도 아무런 중심적인 제어 없이도
어느 특정 한 마리나 특정 집단이 지도하지 않아도 해결해 냅니다
다시 말하면 개미 군단은 서로서로 조직해서 그 어느 개미 한 마리가 할 수 있는 것보다
훨씬 더 복잡한 구조들을 지어낼 수 있다는 겁니다
여기에서는 개미들이 자기 몸을 가지고 다리를 만들어서
군단의 다른 개미들이 두 잎 사이 공간을 지날 수 있게 해 주고 있어요
이 동영상은 다리 짓는 개미들을 보여 주고 있어요
여기 이 막대기를 타고 이 윗부분까지 들어와서
서로 자기 몸들을 이어 이어 바닥까지 닿을 거에요
서서히 한 마리 한 마리 더해 가는 게 보이시죠?
각 개미가 화학 물질을 분비해서 다른 개미들과 소통하고
이 다리는 아무런 중앙 제어 없이 지어지게 됩니다
이것을 분산적, 자기 조직적 혹은 자기 집합적 체계의 한 예라고 볼 수 있겠죠
다른 사회적 곤충들도 비슷한 행동을 보입니다
예를 들어 여기 흰개미가 지은 복잡한 구조가 있습니다
이 구조가 흰개미의 집으로 사용됩니다. 복잡계 연구는 개별적으로 단순한 요소들이
어떻게 중앙 제어 없이 복잡한 행동을 나타내는가 하는 문제에 크게 집중하고 있습니다
지금 두 가지 곤충의 예를 보았는데요 앞으로 곤충 외 여러가지 예를 보게 될 것입니다
전형적인 복잡계의 예 중 또 하나는 바로 두뇌입니다. 여기서 단순한 개별 물질은 신경 세포죠.
인간의 두뇌는 천억 개 정도의 신경 세포와 그 세포를 잇는 100조의 연결선으로 이루어져 있습니다
각 세포를 살펴보면 두뇌 전체에 비해서 단순하지고 역시 중앙 제어는 없습니다
하지만 어떻게인지 이 거대한 세포와 연결선이 모이면
우리가 인지, 지능 혹은 창의력이라 부르는 복잡한 행동을 보이게 됩니다
뇌영상에서 이 세포들이 여러가지 분야로 조직하는 것을 볼 수 있습니다
개미나 흰개미처럼 신경 세포들도 종의 기능과
생존을 돕는 복잡한 구조로 조직할 수 있습니다.
면역계 역시 하나의 복잡계입니다. 면역계는 몸 전체에 퍼져서
이 그림과 같이 여러 장기뿐만 아니라 혈류와 림프류를 돌아다니는
수 조 개의 세포를 포함하며 신체를 손상이나 질병으로부터 보호하고 치료합니다
예를 들어 이 그림에 면역 세포들이 있죠, 파란 애들이요
가운데의 암세포를 공격하고 있어요. 아까 본 개미의 경우와 같이 이 면역 세포들은
서로 화학 신호를 통해 소통하며 중앙 제어는 전혀 없이
신체에 위협이 된다고 보이는 물질을 협동 공격합니다
더불어 신체 안의 면역 세포 조직은 주변 환경의 신호에 따라
변화하거나 조정될 수 있습니다
이 적응 능력이 복잡계의 결정적인 성질 중 하나입니다
우리에게 익숙한 또 하나의 예는 바로 인간 유전체입니다
여기 인간 유전체 사진이 있습니다. 지렁이 같이 생긴 구조는 염색체이고요.
23쌍이 있죠. XY쌍이 있으므로 이것은 남성 유전체인 것을 알 수 있습니다.
각 염색체는 수천 개의 유전자로 이루어져 있습니다. 유전자는 물론
염색체를 따라 있는 DNA끈이죠. 인간 염색체는 단백질을 합성하는 유전자
25000개로 이루어진 것으로 현재 알려져 있습니다.
복잡계 용어로 해석하자면 유전자는 분산된 방식으로 다른 유전자들과 작용하는 단순한 요소라고 볼 수 있죠
이 유전자들은 유전자 제어 정보망을 통해 작용하는 겁니다. 이들은 서로의 발현을 제어합니다. 여기서 발현이란
단백질로 합성되는 것을 의미합니다. 여기 연구원들이 그린
작은 유전자 제어 정보망이 있습니다. 여기서 각 사각형이나 타원은 한 유전자를 의미하며
유전자 사이의 화살표는 한 유전자가 다른 유전자의 표현을 제어한다는 것을 의미합니다
인간 유전체는 유전자들이 복잡하게 작용하는
이런 정보망 수천 개가 모여 이루어져 있고
이런 작용들이 우리의 복잡성의 주원인입니다
망이라는 개념은 자연의 복잡성을 연구하는데 중심적인 개념입니다
여기 또다른 망이 있습니다. 바로 먹이 사슬인데요
여기선 각 교점(망의 한 독립체)은 종을 의미하며
화살표는 누가 누굴 먹느냐를 가르킵니다. 한 종이 다른 종을 가르키고 있으면
전자가 후자의 먹이라는 의미입니다. 예를 들어 이 알래스카 먹이사슬에선
여우는 여러 동물을 먹지만 아무도 여우를 먹진 않기 때문에 여우가 꼭대기에 있습니다
적어도 이 그림에서는요.
여기 또다른 알래스카만의 먹이사슬을 추상화한 도표가 있습니다.
이 과목에서 망을 의논할 시간이 되었을 때 우리는
이처럼 분산된 자기 조직으로 이루어진 먹이사슬 및 다른 재미있는 예를 많이 보게 될 거에요
여러분들에게 가장 익숙한 망은 아마도 소셜 네트워크일 텐데요
여긴 제 소셜 네트워크의 일부입니다. 이 선들은 친구사이를 의미하죠.
제 친구들은 또 자기 친구들에게 연결되어 있고 그들은 다른 사람들에게 연결되어 있고요.
소셜 네트워크도 보면 재미있는 양식들이 나타납니다. 생물학적, 기술적 망에서 나타나는 양식들도 보이고요.
진도를 좀 더 나가면 그 양식이 무엇인지 살펴보고 어떻게 생겨나는지도 알아 볼 거에요
복잡계 과학자들은 페이스북과 같이 큰 소셜 네트워크를 연구하는 데에 관심이 많습니다
그 구조를 이해하고, 어떻게 생겨나는지, 시간이 지나면서 어떻게 바뀌는지, 또한
그 중 가장 재미있다고 생각되는 질문, 정보가 어떻게 전송되는지 이런 문제를 이해하기 위해서요
경제 또한 복잡계의 한 종류입니다. 상호 작용의 망이 아주 근본적인 역할을 하죠.
여기 국제 금융망의 표본이 있습니다
각 교점은 한 금융 기관을 나타내며 선은 그들 사이의 관계를 나타냅니다. 예를 들어
한 은행이 다른 은행의 지분을 가지고 있으면 둘이 연결되어 있습니다. 이런 망 내의 연결의 양이
그 연결의 성향과 함께 변화에 대한 망의 안정성에 큰 영향을 미친답니다
한 은행의 폐업이라든지요
정보망 과학이라는 복잡계 연구 공동체 사이에서 생겨난 새로운 학제적 분야는
여러 분야의 정보망에서 나타나는 이런 현상을 연구합니다
마지막 예로 복잡계로서의 도시에 대한 연구를 한 번 봅시다
도시는 여러가지로 살아 숨쉬는 생물과 같다고 하죠
하지만 실제로 도시의 구조, 성장, 규모 및 작동을 살펴보면
어디까지 생물과 닮았을까요? 이를 포함한 여러 질문들이 바로 복잡계 연구 중
빠르게 성장하고 있는 한 분야의 기반이 되고, 이 분야는 이 과목에서 나중에 더 자세히 살펴 볼 것입니다.