< 『식물혁명』(스테파노 만쿠소, 2017, 김현주 옮김, 2019, 동아엠엔비) 1-3장 발제 >
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▪ <중앙집권화된 모든 조직은 선천적으로 약하다. (…) 식물은 동물보다 훨씬 저항력있고 현대적인 모델을 구현한다. 식물의 모듈식 구성은 현대화의 정수로, 기능은 잃지 않은 채 반복되는 파멸적인 사건에 완벽하게 대처할 수 있고 환경변화에 빠르게 적응할 수 있는, 중앙통제센터가 없는 분산적 협력구조다.>(pp.8-9)
제1장. 뇌 없이 기억하는 식물의 신비한 능력 제2장. 식물에서 플랜토이드까지, 식물을 활용한 로봇공학 제3장. 동물을 능가하는 숭고한 모방기술 |
1. 뇌 없이 기억하는 식물의 신비한 능력
(1) 경험이 가르쳐 준다
▪ 지능은 하나의 기관에서 실행한 작업의 산물이 아니다. 생명체의 대다수는 뇌의 기능을 담당하는 전용 기관이 없이도 지능이 발달했다. 다만, 식물의 지능이 기억이긴 한데 정확히 어떤 종류의 형태인지는 우리가 상상하기 어렵다. (p.19)
▪ 유기체는 경험을 통해 학습한다. 기억은 지능과는 다른 것이다. 식물이 경험을 통해 학습한다면 기억 메커니즘을 갖고 있다는 것. 최고의 대처방법을 학습하고 저장해 생존가능성을 높인다. (p.20)
(2) 식물의 기억은 단기가 아니다
▪ 생물의 기억에 대해선 최근에서야 비교 테스트 시작함.
▻ 처음엔 라마르크. 식물, 특히 미모사의 잎이 닫히는 메커니즘에 관심.
▻ 미모사가 같은 자극을 반복적으로 받으면 어느 순간 크게 반응하고 이후엔 무시. 라마르크는 피곤함 때문이라 여김.
▻ 르네 데폰테이누: 수레에 싣고 파리를 돌아다니며 관찰.
같은 자극에 처음엔 닫다가 (위험하지 않다는 걸 알고) 잎을 열기 시작함: “적응하고 있다”.
▻ 2013년 모니카 갈리아노와 만쿠소(저자)의 실험.
“이미 알고 있는” 자극과 “그렇지 않은” 자극을 구분하고 적절하게 대응하는지 실험.
반복적 추락: 무관심으로 무시 → 다른 종류의 자극에 대해선 반응(잎을 닫음).
▪ 후성유전학
▻ 미모사는 40일 이상 기억. 고등동물과 견줄 수준.
▻ 메커니즘은 여전히 미스테리.
▻ 후성유전학이 영향을 끼칠 것으로 여겨지고 있음. (유전자의 표현이 달라짐)
▻ 세포 내에 코드화되지 않은 DNA가 있음.
▻ 최근 식물의 기억능력의 신비 밝혀지고 있음.
식물은 어떻게 꽃을 피워야 할 정확한 시기를 기억할까?
→ 시간이 얼마나 지났는지 기억할 수 있음. (겨울추위 노출 후 특정 일수 지나 꽃피움)
▻ 쿨에어(특별한 RNA시퀀스) 조각을 제거-비활성화하면, 식물은 개화를 못 함.
▪ 뇌가 없는 존재의 기억 기능에 대한 이해는 식물뿐 아니라 우리 기억이 어떻게 작용하는지 파악하는 데도 사용될 수 있다.
2. 식물에서 플랜토이드까지, 식물을 활용한 로봇공학
(1) 생물에서 영감을 얻은 접근이 새로운 것일까?
▪ 인간은 자신이 사용할 도구를 만들 때 자신을 복제하여 만들어왔음. 항상 “생각하는 뇌”가 있는 구조를 기본으로 해왔음.
▪ 다행히 최근 ‘생물에서 영감을 얻은’ 접근법이 사용되기 시작했음.
▻ 새로운 건 아님. 레오나르도 다빈치가 사용했던 것과 동일한 이론들.
▻ 이제 로봇 개발에서 인간 뿐 아니라 동물계 전체가 모방의 대상이 되고 있음.
▻ 저자는 동물을 넘어 식물이야말로 모방할 점들이 무궁무진하다고 주장.
→ “견고하고 에너지 자급이 가능하고 지속적으로 변화하는 환경에 적응할 수 있는
무언가를 설계하고 싶다면, 지구상에서 식물보다 더 큰 영감을 줄 수 있는 건 아무 것도 없다.”(p.41)
(2) 왜 식물인가
▪ 식물의 뿌리조직의 힘
▻ 굴성(屈性, tropism):
식물이, 특히 뿌리가 외부 자극에 대한 반응으로 특정 방향으로 성장하는 특성.
▻ 외부 자극: 빛, 중력, 접촉, 습도, 산소, 전기장, 음원(소리) 등
▻ 이런 메카니즘의 조합으로 식물은 적대적 환경에서 생존하고 뿌리체계 생성
▻ 뿌리조직이 식물의 생존과 안전성 보장
▻ 뿌리끝의 중요한 특징은, 아무리 내구성 높은 물질도 그 안에서 자랄 방법을 찾아내는
능력을 갖고 있다는 점. 세포의 분열과 팽창을 통해 어떤 바위도 파괴할 수 있다.
압력을 이용해 아스팔트, 시멘트, 심지어 화강암처럼 내구성 높은 물질도 파괴할 수 있다.
(3) 식물의 개성
▪ 식물의 또 한 가지 중요한 특징은 <반복적인 모듈식 구조>
▻ 나무의 몸체는 반복되는 단위로 구성되고, 이 단위가 모여 전체 구조를 이루고 생리현상 결정. 즉 동물계에서와 아주 다른 일이 일어남.
▪ 우리가 동물에게 사용하는 ‘개체’라는 정의도 식물계와는 거의 관련이 없다.
▻ 개체의 정의
① 어원: 개체는 두 부분 중 한 부분이 죽지 않는 이상 두 부분으로 나뉠 수 없는 생물학적 존재
② 유전학적 의미: 개체는 현재의 공간과 시간 속에서 안정적인 게놈을 지닌 생물학적 존재이다. 안정적 상태는 공간적으로 게놈 자체가 유기체의 세포 내에 있고, 시간적으로는 전체 수명이 연장되는 것을 뜻한다.
▻ 식물에 대해선 이런 정의가 별 의미가 없음.
► 식물은 둘로 나뉘고 증식됨.
파브르: “동물은 거의 대다수가 분열이 파괴를 의미하고, 식물의 경우 분열은 증식이다.“
► 유전적 안정성도 식물계에선 별로 중요치 않음.
► 키메라: 하나의 식물에 공존하는 서로 다른 게놈의 예.
▸ 접목한 부분에서 생성된 서로 다른 개체들이 함께 발전하는 것.
▸ ‘시트러스 엑스 아우란티움 비짜리아’는 오렌지,유자 모양의 열매들이 한 뿌리에서 불규칙적으로 나타나는 감귤류의 변종.
▻ 즉 식물에 대해선 하나의 ‘개체’라고 정의하기 어려움
▻ 에라스무스 다윈(찰스 다윈의 조부):
“나무의 모든 싹은 개별적 식물이다. 따라서 나무는 단일 식물들로 구성된 가족”(1800년)
찰스 다윈: “여러 개체들이 서로 통합될 수 있다는 게 놀라울 수 있는데 나무가 그런 통합을 확인시켜 준다. 식물의 싹들은 개별적 식물로 봐야 한다“(1839년)
▪ “식물 = 콜로니” 개념은 오랫동안 유명 인사들의 지지를 얻어 왔음.
▻ 콜로니: 공간적으로 집합하고 있는 동일종 또는 복수종의 생물개체. 넓은 뜻으로 사용하며 생태학적으로 어떤 경우에는 군 또는 군집, 개체군이거나 더 하위집단을 의미하기도 한다.
▻ 여기엔 수명 연장의 의미도 포함됨.
(콜로니는 자기 구성원보다 오래 생존함. 산호충과 산호의 관계)
▻ 각 뿌리는 자체적 자율 명령센터를 가지고 각자의 성장방향을 정함.
but 식물 전체 생명과 관련된 문제가 발생하면 다른 뿌리와 협력.
(4) 식물의 생물 영감의 예, 플랜토이드
▪ 2003년 필자는 플랜토이드(Plantoid) 아이디어 개발.
▻ 식물이 최고의 개척자 생물이므로, 그 생존체계를 연구하여 플랜토이드에 적용하면 악조건 환경에서 최대한 저항력을 보이는 기계를 구현할 수 있다는 생각.
▻ 플랜토이드를 계속 개선 및 특수화하고 있음. 테러지역,광산지역 지도 작성, 우주탐사, 광물이나 석유 연구, 특수치료 등에 사용가능.
3. 동물을 능가하는 숭고한 모방기술
(1) 모델, 위장, 수신자
▪ 유기체는 환경과 주고받는 정보가 이동하는 하나의 개방된 시스템.
▻ 모든 존재는 주변 세상과 데이터를 교환하고, 그 데이터를 바탕으로 생존할 수 있음. 따라서 커뮤니케이션은 생명과 불가분의 관계. 의사소통이 없으면 아주 단순한 생물도 균형을 유지할 수 없음.
▻ 모든 생명체는 상대가 자신과 같은 종인지 위험요소인지 따지기 위해 매순간 상대를 인지해야 함.
(2) 모방의 여왕 보퀼라 트리폴리아타와 식물의 홑눈
▪ 보퀼라 트리폴리아타의 탁월한 모방능력
▻ 온대 활엽수림에서 자라는 칡의 일종.
▻ 나무의 잎들을, 자신이 자라는 모든 관목, 즉 각 ‘숙주’의 종에 맞춰 놀라울 정도로 비슷하게 모방함. 다양한 잎들을 자유자재로 복사.
▻ 넝쿨을 타고 오르며 다른 종을 모방할 수 있는 식물이 보퀼라 뿐은 아님. 보퀼라의 놀라운 점은, 어떤 종류의 식물이 가장 가까이 있는지에 따라 ‘수차례’ 잎의 형태와 크기, 색상을 바꾼다는 점.
▻ 이렇게 유연하게 잎의 특성에 변화를 줄 수 있다는 건, 보퀼라가 유전자 표현을 조절한다는 것을 의미함.
▪ 가장 중요한 의문은, 보퀼라가 ‘무엇’을 모방해야 할지를 어떻게 아느냐이다.
▻ 여전히 의문으로 남아있음.
▻ 필자는 보퀼라가 ‘관찰’능력을 갖고 있다는 가설 제시.
▻ 식물이 표피세포가 일종의 홑눈 기능을 하여 이미지를 인지할 수 있다는 주장 있었음 (고틀린 하버란트, 1905년)
▻ 프랜시스 다윈(찰스 다윈의 아들)도 이 이론의 과학적 타당성 강조했었음.
▻ 오랫동안 잊혀졌었지만, 최근 단세포 생물도 시각능력을 가질 수 있음을 증명하는 사실들 발견.
(3) 식물과 살아 있는 돌, 색상 신호
▪ 리돕스(Lithops): 돌을 완벽하게 모방한 식물. 포식자의 눈을 피하기에 좋음.
▪ 다른 식물들은 리돕스와 반대로 자기 힘을 과시하거나 위험한 존재라고 알리려고 형태와 색을 사용
▻ 화려한 색을 자랑하는 낙엽. 진딧물에 약한 단풍나무가, 진딧물에게 ‘나는 이 정도의 힘과 기운이 있으니 더 살기 좋은 다른 곳을 찾아가라’는 메시지.
(4) 인적 자원, 혹은 식물의 자원으로서의 인간
▪ 세 종의 식물(밀, 옥수수, 쌀)이 인류에 칼로리를 공급하며 인간과 식물은 공생.
▻ 그러나 인간의 생존을 이 서너 종의 식물만으로 연결시키는 것은 제한적.
▪ 우리가 흔히 ‘잡초’라고 부르는 식물들은, 인간의 기호에 대응하는 방식을 학습
: “바빌로프 모방”
▻ 살갈퀴는 렌즈콩을 모방하여 혜택을 누림
▸ 렌즈콩 밭엔 항상 살갈퀴도 자람. 골라내기 쉬워서 항상 버려짐.
▸ 살갈퀴는 수 세대를 거치며 씨앗의 모양 변화, 점점 렌즈콩과 비슷해짐.
▸ 인간은 이제 살갈퀴도 버리지 않고 재배.
▻ 바빌로프 (러시아 유전학자이자 농경제학자): 식물 종자 보관 필요성 강조
▸ 인간이 식물의 특정 성질을 선택하면 다른 식물들의 모방을 부추길 수 있음을 처음 알림
▸ 스탈린 명령으로 감옥에서 굶어죽었고 잊혀졌음.
▻ 현재의 수많은 재배종들은 모방능력 때문에 탄생
▸ 호밀. 원래 밀과 보리의 잡초였음. 밀과 보리와 비슷해서 골라내느라 힘들었음. 밀-보리 경작지역 확대와 함께 호밀도 분포영역 넓혔음. 야성적 특성 이용해 밀-보리보다 더 품질좋고 많은 양의 곡식 생산.
→ 마침내 모든 효율성을 갖춘 재배식물이 됨.
▻ 인간의 농업용 제초제 사용량 증가에 따라 많은 식물이 내성 생겨남. 내성있는 식물의 확산에 제초제 살포로 맞설 것이 아니라 환경을 배려한 기술 이용해야.
▸ 그 식물들과 공생할 방법을 찾아야 한다. 호밀처럼 유용해진 식물 뿐 아니라, 대부분의 잡초처럼 인간을 성가시게 하는 식물과도.
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