Chapter2. 자기복제자

안정을 향하여

자연 선택에 의한 진화라는 다윈의 학설이 납득할 만한 것인 이유는 어떻게 단순한 것이 복잡한 것으로 변할 수 있는지, 어떻게 무질서한 원자가 복잡한 패턴으로 모여 인간을 만들어 내기에 이를 수 있는지 보여주기 때문이다. 다윈은 인간의 존재에 관한 심원한 문제의 해답을 제공해 준다. 그것은 지금까지 제기된 해답 중에서 유일하게 그럴듯하다.

생명의 기원과 자기 복제자

생명 탄생 이전의 지구에는 어떤 화학 원료가 풍부했을까? 확실하지는 않지만 타당성 있는 것들로는 물, 이산화탄소, 메탄, 암모니아 등 태양계 내 적어도 몇 개의 행성에 있다고 알려진 단순한 화합물이 있다. 화학자들은 초기 지구의 화학적 상태를 재현하려는 많은 시도를 했다. 가능성이 있는 이들 단순한 물질들을 플라스크에 넣고 자외선이나 전기 방전(원시 시대의 번개를 인공적으로 모방한 것) 등의 에너지원을 가한 뒤 2~3주 지나면 대개 플라스크 속에서 흥미로운 것이 나타났다. 처음에 넣었던 분자들보다 복잡한 분자들이 다량 포함된 연갈색 액체가 생긴 것이다. 특히 그 액체에서 아미노산이 발견됐는데, 이것은 생물체를 구성하는 대표 물질 두 가지 중 하나인 단백질을 구성하는 요소다.

더 최근에는 생명 탄생 이전의 화학적 상태를 본뜬 실내 실험에서 퓨린(purine)과 피리미딘(pyrimidine)이라는 유기물이 생성됐다. 이들은 유전 물질인 DNA의 구성 요소다.

이와 비슷한 과정이 생물학자나 화학자가 30~40억 년 전에 해양을 구성하고 있었다고 생각하는 '원시 수프'를 만들어 냈음에 틀림없다. 이들 유기물은 아마도 해안 부근의 말라붙은 물거품이나 떠 있는 작은 물방울 속에 국지적으로 농축되었을 것이다. 그것들은 다시 태양으로부터 자외선과 같은 에너지의 영향을 받아 결합하여 더 큰 분자가 되었다. 오늘날에는 거대 유기물 분자가 만들어지자마자 박테리아나 기타 생물에 흡수되어 분해되기 때문에 눈에 띌 정도로 오랫동안 존재하지는 않는다. 그러나 그 당시에는 박테리아나 그 밖의 여러 생물이 아직 생겨나지도 않았다. 거대 유기물 분자는 점점 더 진해지는 수프 속을 아무런 방해도 받지 않고 표류했을 것이다.

자기 복제자

어느 시점에 특히 주목할 만한 분자가 우연히 생겨났다. 이들을 자기 복제자라고 부르기로 하자. 자기 복제자는 가장 크지도, 가장 복잡하지도 않았을 수 있으나 스스로의 복제물을 만든다는 놀라운 특성을 지녔다. 

자기복제자를 주형이라고 생각해보자. 여러 가지 종류의 구성 요소 분자들이 복잡하게 연결된 하나의 거대 분자라고 생각해보자. 이 자기 복제자가 담긴 수프에는 이들 구성 요소들이 많이 떠다닌다. 이제 각 구성요소가 자기와 같은 종류에 대하여 친화성이 있다고 생각해보자. 그렇게 되면 수프 속의 어떤 구성 요소가 자기 복제자에서 자기와 친화성을 갖고 있는 부분과 만날 때마다 자기 복제자에게 들어붙으려고 할 것이다. 이렇게 해서 들러붙은 구성 요소는 자동적으로 자기 복제자 내 구성 요소들의 서열과 같은 식으로 배열 될 것이다. 이렇게 되면 구성 요소들이 최초의 자기 복제자가 만들어졌을 때처럼 안정한 사슬을 만들 것이라 상상하기는 쉽다. 이 과정이 순서에 따라 계속 반복되어 그 산물이 층층히 쌓인다. 이것이 결정체가 만들어지는 방법이다. 한 편 두 가닥의 사슬이 세로로 쪼개질 수도 있는데, 그러면 2개의 자기 복제자가 되어 그 각각이 다시 복제를 계속할 수 있다.

복제의 오류

생물학적 자기 복제자의 복제 오류는 진정한 의미의 개량으로 이어지며, 몇몇 오류의 발생은 생명 진화가 진행되는데에 필수적이다. 최초의 자기 복제자가 얼마나 정확하게 사본을 만들어냈는지는 알 수 없다. 그들의 자손인 현재의 DNA 분자는 인간의 정확한 복사 기술에 견주어 보아도 놀랄 만큼 정확하지만, 그 DNA분자도 때로는 오류를 일으킨다. 그리고 결국 진화를 가능케 하는 것은 바로 이와 같은 오류다. 아마도 최초의 자기 복제자는 더 많은 오류를 저질렀을 것이다. 그러나 어쨌든 오류는 생겨났고, 이 같은 오류들이 누적되어 왔다는 것은 확실하다.

원시 수프는 모두 똑같은 복제자 사본의 개체군이 아닌, 같은 조상으로부터 '유래'한 몇 가지 변종 복제자의 개체군들로 채워졌다. 어떤 변종은 다른 변종보다 그 수가 많았을 것이고, 수명이 길었을 것이다.

다산성과 정확성

어떤 자기 복제자가 개체군 내에서 퍼져 나가는 데 보다 더 중요한 특성은 바로 복제의 속도, 즉 '다산성'이었다. 수프 속의 분자들이 더 높은 '다산성'을 갖는 '진화적인 경향'이 존재했을 것이다.

선택에서 살아남았을 자기 복제자 분자의 세 번째 특징은 복사의 정확성이다. X분자와 Y분자가 같은 시간 동안 존재하고 같은 속도로 사본을 만들지만, X형 분자가 평균 열 번 중 한 번 잘못된 사본을 만들고 Y형 분자가 백 번 중 한 번밖에 잘못된 사본을 만들지 않는다면 분명히 Y형 분자 쪽이 수적으로 많아질 것이다.

수프는 여러 종류의 안정한 분자, 즉 오랜 시간 존속하거나 복제 속도가 빠르거나 복제의 정확도가 높은 안정한 분자들로 가득 차게 되었을 것이다. 이들 세 종류의 안정성을 향한 진화적인 경향이 있다는 것은 다음의 의미를 지닌다. 일정한 시간적 간격을 두고 수프에서 두 번 샘플을 취할 경우, 두변째 샘플에서는 수명, 다산성, 복제의 정확도 면에서 우수한 분자들이 더 많이 포함되어 있을 것이다. 이것이 본직적으로 생물학자가 말하는 생물의 진화이며, 그 메커니즘도 바로 자연 선택이다.

생존경쟁 / 오늘날의 자기 복제자

원시 수프가 무한히 많은 자기 복제자 분자를 담고 있기는 불가능했다. 자기 복제자가 많아지면서 구성 요소 분자는 점점 더 소진되어 결국 희소하고 귀중한 자원이 되었을 것이 틀림없다. 그리고 그 자원을 차지하기 위해 복제의 여러 가지 변종들 내지는 계통들이 경쟁했을 것이다.

그 중에는 자기와 경쟁하는 종류의 분자를 화학적으로 파괴하는 방법을 '발견하여' 한때 다른 분자를 구성했던 구성 요소를 자기의 사본을 만드는 데 이용하는 개체도 있었을 것이다. 이들 원시 육식자는 먹이를 얻음과 동시에 경쟁 상대를 제거할 수 있었다. 

아마도 어떤 자기 복제자는 화학적으로 자신을 보호하거나 둘레에 단백질 벽을 만들어 스스로 방어하는 방법을 찾아냈을 것이다. 이렇게 하여 최초의 살아 있는 세포가 나타난 것이 아닐까? 자기복제자는 단순히 존재하는 것만 아니라 계속 존재하기 위해 자신을 담을 그릇, 즉 운반자까지 만들기 시작했던 것이다. 살아남은 자기 복제자는 자기가 들어앉을 수 있는 생존 기계를 스스로 축조한 것이다.

최초의 생존 기계는 아마도 보호용 외피 정도 였을 것이다. 그리고 생존 기계는 더 정교해지고 누적되면서 개량화 했을 것이다. 장구한 세월동안 어떤 기괴한 자기 보존 기관을 만들어 냈을 수도 있다. 오늘날 자기 복제자는 거대한 로봇 속에서 바깥 세상과 차단된 채 안전하게 집단으로 떼 지어 살면서, 복잡한 간접 경로로 바깥세상과 의사소통하고 원격조정기로 바깥세상을 조정한다. 우리는 아마 그들의 생존기계일 것이다.

Chapter1. 사람은 왜 존재하는가?

◆ 진화-가장 근본적 질문에 대한 대답

지구의 생물체는 자신들 중의 하나가 진실을 밝혀내기 전가지 30억년 동안 자기가 왜 존재하는지 모르고 살았다. 진실을 밝힌 그의 이름은 찰스 다윈(Charles Darwin)이었다. 비슷한 주장을 한 사람들이 몇몇 있었지만 우리가 왜 존재하는지에 대하여 일관성 있고 조리 있게 설명을 종합한 사람은 다윈이 처음이었다.

오늘날 진화론은 지동설과 같이 의심의 여지가 없지만 다윈 혁명의 함의는 널리 받아들여지지 않고 있다. 아직 여러 분야(동물학, 철학, 인문학)에서는 아직도 다윈이 존재하지 않은 것처럼 가르친다.

◆ 이기주의와 이타주의

이 책에서 주장하려고 하는 바는 사람을 비롯한 모든 동물이 유전자가 만들어 낸 기계라는 것이다.

이제부터 논의하려는 것은 성공한 유전자에 대해 우리가 기대할 수 있는 성질 중 가장 중요한 것은, 성공한 유전자에 대해 우리가 기대할 수 있는 성질 중 가장 중요한 것은 '비정한 이기주의'라는 것이다. 이러한 유전자의 이기주의는 보통 개체 행동에서도 이기성이 나타나는 원인이 된다.

동물 중에서 인간만이 학습되고 전승되어 온 문화에 지배된다. 어떤 사람은 문화만큼 중요한 것이 없기 때문에 이기적이든 아니든 간에 유전자는 인간의 본성을 이해하는 데 하등 도움이 안 된다고 할지 모른다. 그리고 그렇지 않다는 사람도 있다. 이것은 모두 인간의 속성을 결정하는 요인이 '천성이냐 교육이냐'하는 논쟁에서 어느 편을 드느냐에 달렸다.

이기적인 행동의 예

검은머리갈매기는 커다란 군락을 지어 둥지를 짓는데 둥지와 둥지 사이에는 불과 수 미터밖에 안 된다. 갓 부화한 새끼는 무방비 상태이기 때문에 포식자에게 먹히기 쉽다. 이웃 갈매기가 먹이를 찾으러 집을 떠날 때까지 기다렸다가 그 둥지를 습격하여 어린 새끼를 삼켜 버리는 갈매기를 흔히 볼 수 있다. 그 갈매기는 먹이를 잡으러 나가는 수고를 할 필요도 없이 자기 둥지를 지키는 동시에 풍부한 영양을 섭취할 수 있는 것이다.

사마귀는 몸집이 큰 육식성 곤충으로 보통 파리와 같은 작은 곤충을 먹지만 움직이는 것은 무엇이든 공격한다. 짝짓기를 할 때 수놈은 조심스럽게 암놈에게 접근하여 암놈 위에 올라타고 교미를 한다. 암놈은 기회가 되면 수놈을 잡아먹는다. 수놈이 접근할 때나 자신의 몸에 올라탄 직후, 혹은 떨어진 후에 머리부터 잘라 먹는다.

남극의 황제펭귄에 관해 보고된 비겁한 행동을 살펴보면 아마도 누구나 쉽게 동의할 수 있을 것이다. 황제펭귄은 바다표범에게 잡아 먹힐 위험이 있기 때문에 물가에 서서 물에 뛰어들기를 주저하는 모습을 흔히 볼 수 있다.그 중 한 마리가 뛰어들면 나머지 펭귄은 바다표범이 있는지 없는지 알 수 있다. 당연히 어느 펭귄도 자기가 희생물이 되려고 하지 않기 때문에 황제펭귄들은 그저 누군가 뛰어들기만 기다린다. 무리 중의 하나를 떠밀어 버리려고까지 한다.

이타적인 행동의 예

일벌이 침을 쏘는 행위는 꿀 도둑에 대한 아주 효과적인 방어 수단이다. 그러나 침을 쏘는 벌은 가미가제 특공대다. 침을 쏘는 것과 동시에 생명 유지에 필수적인 내장이 보통 침과 함께 빠져 버리기 때문에 그 벌은 얼마 지나지 않아 죽게 된다. 벌의 자살 행위가 집단의 생존에 필요한 먹이 저장고를 지켜냈을지 몰라도 일벌 자신은 그 이익을 누리지 못한다. 우리의 정의에 따르면 이것은 이타적인 행동이다.

동물의 이타적인 행동 중에서 가장 흔하면서도 뚜렷한 것이 새끼에 대한 어미의 행동이다. 그들은 둥지에서나 체내에서 알을 품고, 엄청난 비용을 감수하면서도 새끼에게 먹이를 주며, 목숨을 걸고 포식자로부터 새끼를 지킨다. 일례로 지상에 둥지를 트는 대부분의 새는 여우와 같은 포식자가 접근할 때 이른바 '혼란 과시 distraction display' 행동을 한다. 어미 새는 한쪽 날개가 꺾인 양 몸짓을 하며 여우를 둥지로부터 먼 곳까지 유인한다. 포식자는 쉽게 잡을 수 있을 것처럼 보이는 먹이를 따라 새끼가 있는 둥지에서 멀어진다. 마침내 어미 새는 이 몸짓을 멈추고 공중으로 날아올라 여우의 습격을 피한다. 이 어미 새는 자기 새끼의 생명을 구했으나 자기 자신을 위험한 상태에 노출시킨다.

◆ 집단선택설

이 책에서 나는 유전자의 이기성이라는 기본 법칙으로 개체의 이기주의와 이타주의 모두가 어떻게 설명될 수 있는지 보이고자 한다. 그러나 이에 앞서 이타주의에 관한 잘못된 설명을 지적하지 않을 수 없다.

그 잘못된 설명은 "생물은 '종의 이익을 위하여' 또는 '집단의 이익을 위하여' 행동하도록 진화한다"는 오해에 근거한다.

다윈이 이른바 생존 경쟁이라고 말한 데서 경쟁하고 있는 단위가 종이라고 한다면 개체는 장기판의 졸로 볼 수 있다. 졸은 종 전체의 더 큰 이익을 위해 필요하다면 희생될 수도 있는 것이다. 좀 더 고상하게 말하면, 자기 집단의 이익을 위하여 희생할 수 있는 개체들로 구성된 종 내지는 종내 개체군과 같은 집단은, 각 개체가 자기 자신의 이기적 이익을 우선으로 추구하는 다른 경쟁자 집단보다 절멸의 위험이 적을지도 모른다. 따라서 세상은 자기희생을 치르는 개체로 이루어진 집단으로 가득 찬다. 이것이 '집단 선택설' 이다.

이와 반대되는 학설이 '개체 선택설' 이다.

이타주의자의 집단 내에 희생을 눈꼽만치도 하지 않으려는 소수파가 반드시 있게 마련이다. 다른 이타주의자를 이용하려는 이런 이기적인 반역자가 한 개체라도 있으면, 정의에 따르자면 그 개체는 아마도 다른 개체보다 더 잘 살아남고 자손도 더 많이 낳을 수 있을 것이다. 그리고 그 자손은 그의 이기적인 특성을 이어받을 것이다. 여러 세대의 자연 선택을 거치고 나면, 이 '이타적 집단'에는 이기적인 개체가 만연해 이기적 집단이나 마찬가지가 될 것이다.

집단선택설의 큰 매력은 그것이 대부분 우리가 갖고 있는 도덕적 이상이나 정치적 이상과 조화되어 있기 때문일 것이다. 개인으로서 우리는 종종 이기적으로 행동하지만 이상적으로는 타인의 이익을 우선하는 사람을 존경하고 칭찬한다.

과연 어느 수준의 이타주의가 가능하단 말인가?

동종의 일원이 다른 종의 일원에 비해 특별한 도의적 배려를 받는 것이 당연하다는 생각은 아주 오래전부터 이어져 온 것이다. 전쟁 이외의 상황에서 살인하는 것은 통상 범죄 중에서 가장 큰 죄로 생각되어 왔다. 우리의 문화에서 살인보다 더 강하게 금지되는 유일한 것은 식인 행위다. 그러나 우리는 다른 종의 일원을 먹는 것을 즐긴다. 대부분의 사람들은 잔인무도한 범인에 대해서조차 사형 집행을 꺼리는 데 반해, 많은 피해를 주지 않는 유해 동물에 대해서는 재판도 없이 쏴 죽이는 데 기꺼이 동의한다.

그뿐인가! 우리는 수많은 무해한 동물들을 오락이나 유흥을 위해 족인다. 아메바만큼이나 인간적 감정이 없는 인간의 태아는 어른 침팬지보다도 많은 공경과 법적 보호를 받는다. 그러나 최근의 실험적 증거에 따르면 침팬지는 감정이 있고 사고할 뿐 만 아니라 인간의 언어를 배울 수고 있다. 태아는 우리 종에 속하므로 그것만으로 특혜와 특권이 부여되는 것이다. 리처드 라이더가 말하는 '종 차별주의'의 윤리가 '인종 차별주의'의 윤리보다 확실한 논리적 근거가 있는지 나는 모른다. 단지 내가 아는 것은 그러한 논리에는 진화 생물학적으로 적절한 근거가 없다는 것이다.

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나는 선택의 기본 단위, 즉 이기성의 기본 단위가 종도 집단도 개체도 아닌, 유전의 단위인 유전자라는 것을 주장할 것이다. 이 말이 일부 생물학자들에게는 극단적인 것으로 들릴지도 모르겠다. 하지만 내가 어떤 의미로 그와 같은 논의를 하려는지 알게 된다면, 그들은 비록 그것이 낯선 방법으로 표현되어 있을지라도, 본질적으로 그것이 정통 이론이라는 것에 동의해 주리라 희망한다. 이러한 논의 전개에는 시간이 걸리므로 우선 생명 그 자체의 기원에서부터 시작된다.