신경 쓰이는 잡다한 이야기

최근 박성진 중기벤처부 장관 후보자의 창조과학회 이사 역임 이력 때문에 과학계가 시끌시끌했다. 관련하여 기독교 언론(기독일보)의 과학 섹션을 찾아보면, 생각했던 것보다 상태가 아주 심각하다는 것을 알 수 있다. 10년도 더 이전에 과학적으로 반증 끝난걸 창조과학회가 아직도 반증되지 않았다고 우기는 글을 당당하게 2017년 7월 기사로 올리고 있다. 그것도 주장을 뒷받침하는 근거조차 없고 선언적 말장난뿐인 블로그 또는 페이스북 포스팅 등을 퍼다가 명색이 언론사라는 곳에서 정식 기사로 내고 있다. 

원문주소: http://pandasthumb.org/archives/2016/05/a-devastating-c.html

유럽의 은퇴한 식물유전학자 Wolf-Ekkehard Lönnig가 진화론 현대종합의 근간이 되는 집단유전학이 품고 있는 핵심적인 약점을 짚었다. 그 핵심 주장은 다음과 같다.

"If only a few out of millions and even billions of individuals are to survive and reproduce, then there is some difficulty believing that it should really be the fittest who would do so."

"생식 과정에서 만드는 수백만~수십억 마리의 자식들 중 극히 일부만 살아남게 된다면, 그게 정말로 '적합'한 것이라고 믿기 어렵다는 문제가 있다."

...고 90년 전에 이미 다 해결된 이야기를 마치 지금도 문제가 되는 것인양 낚시 말했다고 한다.

관련하여 1920년대 말에서 1930년대 초 사이에 J.B.S. Holdane, Ronald Fisher, Sewall Wright가 '제한적 개체 수의 유전자 부동'에 관한 표준 모델을 발표하였다.

가령, N 마리의 부모가 각각 많은 수의 자손을 각각 같은 수만큼 낳는다고 가정하자.

1. 그 수가 무제한으로 여겨질 만큼 많을 경우에는 각각의 부모는 동일하게 유전적 영향을 내려주게 된다. 그 자손들은 무작위적으로 상호 조합을 이루어 모든 가능한 유전형을 예상되는 빈도만큼 보여주게 된다.
2. "자연 선택"이 일어날 경우, 그 유전형의 발현 빈도는 정확하게 예측대로 (생존 또는 번식에 유리한 표현형을 내는 유전형의 빈도수가 증가하는 방향으로) 옮겨가게 된다.
3. 과밀집된 인구밀도에 의한 절멸이 발생하게 되고, (부모와 같은 수의) N 마리의 자손들만 생존하게 되어, 이로써 전체 집단의 개체 수는 일정하게 유지된다. 결국 이는 모든 유전형에 대해 동일하게 적용되기 때문에, N 마리의 부모로부터 수많은 자손들이 태어났으나 그 중 N 마리만 살아남아 성체가 되었을 경우, 즉 자연 선택의 환경압의 영향 하에서 살아남은 개체들을 N 만큼 무작위 추출했을 때의 유전형 빈도수와 같다. 이러한 생존 자손들로부터의 무작위적 샘플링은 유전자 부동을 유발한다.
4. 예를 들어 N=10,000 이라고 할 때, A와 a라는 두 유전자쌍이 동일한 빈도로 동일한 숫자의 자손을 낳는데 A의 생존률이 1% 높을 경우, A 유전형의 빈도수는 1/(1+0.99)=0.50251256... 정도 될 것이다. Lönnig가 걱정할 많큼 많은 수의 자손들이 죽어버릴 테니, 그 자손의 수는 N=10,000 마리 만큼만 남게 될 것이다. 
5. 간단하게 이항분포로 계산해 보면, [http://goo.gl/1YvlQx] 한 세대 동안 A의 빈도수가 a보다 높게 나올 확률은 대략 0.681725가 된다. 
6. 각 유전자쌍이 동일한 빈도와 동일한 적합도를 갖고 있으면서 세대를 더해 갔을 때 a가 소멸하고 A가 전체를 차지할 확률은, P.A.P. Moran (1958)과 Motoo Kimura (1962)가 계산해 놓은게 있으니깐 참조해 보면 된다. 결론적으로, 그 확률은 0.99999 (이렇게 9가 43개 이어진다)라고 한다.

그런데, 이 사람이 "유전학자"라면서 왜 "집단유전학"에 이렇게도 무지한 걸까? 왜냐면 Lönnig은 독일의 Max Planck 연구소 재직 당시 연구실 홈페이지에 창조론 관련 자료를 올려서 물의를 일으켰던 창조론자이기 때문이다. (이 사람은 독일의 “Wort und Wissen”이라는 창좀 단체의 회원이기도 하다.) 참고로 이 분은 "husk tomato" 등의 식물에 대한 유전자 돌연변이의 영향이 주요 전공이라고 한다.

원문 포스팅에서는, 집단유전학의 "자연 선택"으로 인한 유전자풀 shift에 대한 이해를 돕고자 뢰닉 박사님께 카지노에 한 번 가보시라고 제안하는 것으로 글을 마무리하고 있다. 대체적으로 무작위적이지만 아~주 살~짝만 카지노 하우스에 유리하게 설정돼 있는 게임들을 하다 보면 주머니에 돈이 어쩜 그렇게 싹 다 없어지는지 알고서 깜~짝 놀랄 거라면서.ㅋ

2010-2013년 즈음, “진화에 필요한 시간"에 관하여 지적설계론 진영과 생물학자들 사이에서 일련의 논쟁이 벌어진 적이 있었기에 여기 살짝 소개하고자 한다. (사실은 이미 다 반증된지 오래된 것이긴 하다.) 일단, 난 수학에 대한 지식은 거의 없으므로 논리와 근거, 그리고 결론 정도만 참고하였다.


(0) 지적설계론: "진화에는 선택해야 할 변이가 한 가지 늘어날 때마다 이를 위해 필요한 시간이 기하급수적으로 증가하기 때문에 지구의 나이라고 하는 45억년은 우연적 변이와 자연적 선택에 의한 진화를 일으키기에는 부족한 시간이다." (따라서 지금 수준의 진화가 가능하려면 외부의 '지적 설계자'의 개입이 필수적이다.)

"We Have No Excuse- A Scientific Case for Relating Life to Mind" (Part1) (Part2) by Robert Deyes

This article explains why Monod is wrong and the claim of chance fails. It fails because probability decreases exponentially at an accelerating rate as the complexity of a system increases only incrementally. Because of the phenomenal rate of reduction even billions and billions of years of time and opportunity are not adequate for chance to mimic the simplest functions of life. 

To make matters worse, amino acids degrade very quickly. They are very unstable. So, while we are trying to get the first of 382 genes necessary for life, the environment is constantly switching off the machine. We don’t have billions of years. Maybe we have only an hour. We are like robbers in the bank caught by the police before we have time to run even a few of the trials necessary to get the vault open. The fact that renders the materialistic mechanism impotent is the exponential increase in the amount of probabilistic resources needed for the tasks chance claims to have performed. The exponential increase renders the resources available insufficient. Each additional step in the sequence exponentially increases the time needed to achieve any function, much less all of the function needed to comprise life. 

The primary defect of the unobserved hypothesized process of biological evolution is the absurd implausibility of the claim that a random mechanism can produce the sophisticated array of functional systems needed to run life. The exponential increase in the time necessary for each new step needed to attain the required function is the killer. Like a house of cards, the assembly of machines themselves requires an orchestrated timing. One cannot start building a sand castle today and expect to finish the job a year later after natural selection has torn it down.

(1) 윌프 ＆ 이웬스: "진화에 필요한 시간은 exponential 이 아니라 logarithmic 이므로, 진화하기에 충분한 시간이 있었다."

Wilf, H. S. ＆ Ewens, W. J. (2010). There's plenty of time for evolution. PNAS, 107: 22454-22456. [http://www.pnas.org/content/107/52/22454.full ]

"Objections to Darwinian evolution are often based on the time required to carry out the necessary mutations. Seemingly, exponential numbers of mutations are needed. We show that such estimates ignore the effects of natural selection, and that the numbers of necessary mutations are thereby reduced to about K log L, rather than KL, where L is the length of the genomic “word,” and K is the number of possible “letters” that can occupy any position in the word. The required theory makes contact with the theory of radix-exchange sorting in theoretical computer science, and the asymptotic analysis of certain sums that occur there."

(2) 유어트 ＆ 뎀스키 et. al.: "natural selection 으로는 적합한 mutation을 찾지 못하며, epistasis 등 다른 요소들을 제외하고 지나치게 단순화했기 때문에 진화에 시간이 충분했다는 것은 옳지 않은 주장이다"

Ewert, W., Dembski, W., Gauger, A., ＆ Marks II, R. (2012). Time and Information in Evolution. BIO-Complexity, 2012(0). [http://www.bio-complexity.org/ojs/index.php/main/article/view/BIO-C.2012.4]

"Wilf and Ewens argue in a recent paper that there is plenty of time for evolution to occur. They base this claim on a mathematical model in which beneficial mutations accumulate simultaneously and independently, thus allowing changes that require a large number of mutations to evolve over comparatively short time periods. Because changes evolve independently and in parallel rather than sequentially, their model scales logarithmically rather than exponentially. This approach does not accurately reflect biological evolution, however, for two main reasons. First, within their model are implicit information sources, including the equivalent of a highly informed oracle that prophesies when a mutation is “correct,” thus accelerating the search by the evolutionary process. Natural selection, in contrast, does not have access to information about future benefits of a particular mutation, or where in the global fitness landscape a particular mutation is relative to a particular target. It can only assess mutations based on their current effect on fitness in the local fitness landscape. Thus the presence of this oracle makes their model radically different from a real biological search through fitness space. Wilf and Ewens also make unrealistic biological assumptions that, in effect, simplify the search. They assume no epistasis between beneficial mutations, no linkage between loci, and an unrealistic population size and base mutation rate, thus increasing the pool of beneficial mutations to be searched. They neglect the effects of genetic drift on the probability of fixation and the negative effects of simultaneously accumulating deleterious mutations. Finally, in their model they represent each genetic locus as a single letter. By doing so, they ignore the enormous sequence complexity of actual genetic loci (typically hundreds or thousands of nucleotides long), and vastly oversimplify the search for functional variants. In similar fashion, they assume that each evolutionary “advance” requires a change to just one locus, despite the clear evidence that most biological functions are the product of multiple gene products working together. Ignoring these biological realities infuses considerable active information into their model and eases the model’s evolutionary process."

(3) 코버트 ＆ 렌스키 et. al.: "오히려 deleterious 한 mutation 이 있어야 natural selection에 의한 적응적 진화에 유리하며, 특정 epistatis 의 경우 진화가 오히려 빨라질 수도 있음"

Arthur W. Covert III, Richard E. Lenski, Claus O. Wilke, and Charles Ofria (2013). Experiments on the role of deleterious mutations as stepping stones in adaptive evolution. PNAS 110 (34), E3171-E3178. [http://www.pnas.org/content/110/34/E3171.full]

"Many evolutionary studies assume that deleterious mutations necessarily impede adaptive evolution. However, a later mutation that is conditionally beneficial may interact with a deleterious predecessor before it is eliminated, thereby providing access to adaptations that might otherwise be inaccessible. It is unknown whether such sign-epistatic recoveries are inconsequential events or an important factor in evolution, owing to the difficulty of monitoring the effects and fates of all mutations during experiments with biological organisms. Here, we used digital organisms to compare the extent of adaptive evolution in populations when deleterious mutations were disallowed with control populations in which such mutations were allowed. Significantly higher fitness levels were achieved over the long term in the control populations because some of the deleterious mutations served as stepping stones across otherwise impassable fitness valleys. As a consequence, initially deleterious mutations facilitated the evolution of complex, beneficial functions. We also examined the effects of disallowing neutral mutations, of varying the mutation rate, and of sexual recombination. Populations evolving without neutral mutations were able to leverage deleterious and compensatory mutation pairs to overcome, at least partially, the absence of neutral mutations. Substantially raising or lowering the mutation rate reduced or eliminated the long-term benefit of deleterious mutations, but introducing recombination did not. Our work demonstrates that deleterious mutations can play an important role in adaptive evolution under at least some conditions."

"Covert et al. (2013) showed in simulations that certain types of epistasis can actually speed up evolution. (Disclaimer: I’m an author on the Covert paper.)"

- Claus Wilke [http://serialmentor.com/]

(4) 뎀스키: FAIL
〉 Dembski == Dumbski
TRUE

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참고:

• Rosenhouse, J. (2001). How anti-evolutionists abuse mathematics. The Mathematical Intelligencer, Vol. 23, No. 4, Fall 2001, pp. 3-8. [http://educ.jmu.edu/~rosenhjd/sewell.pdf]
• Science and Pseudoscience by Jason Rosenhouse [http://educ.jmu.edu/~rosenhjd/Evolution.html]
• How Mathematics Can Prove Evolution by David Orenstein [http://www.paleolibrarian.info/2012/06/how-mathematics-can-prove-evolution.html]

네이버 열린연단 주최 강연 시리즈 중 2017년 7월 15일에 열렸던 진화생물학과 분자생물학에 관한 강연이 있어 여기에도 공유하고자 한다. 1부 강연은 이준호 서울대학교 생명과학부 교수, 2부 토론은 조은희 조선대학교 생물교육과 교수가 진행한다.

문화의 안과 밖 강연 시리즈: 2017 계승과 변화를 거듭해온 인류 지성사에 대한 성찰

1부: 강연 - 이준호 서울대 생명과학부 교수

이준호: "똑같은 장면을 보고서 우리는 전혀 다른 질문 두 가지를 할 수 있습니다. '왜'라는 질문하고 '어떻게'라는 질문입니다. 그래서 생물학에서도 크게 두 가지의 질문을 할 수 있다라고 정리할 수 있습니다. '어떻게'라고 하는 것은, 저희는 메커니즘 또는 기전이란 표현을 쓰는데요, 어떻게 작동해서 이런 현상이 일어나는가 하는 것으로 아주 가까이에서 일어나는 현상, 원인을 찾는 겁니다. 근접해 있는 원인을 찾는 경우를 우리는 '어떻게' 질문에 대한 것으로 연결시킵니다. '왜'라는 질문은 궁극적으로, 결국 진화로 연결되는 겁니다. 진화에서 생존으로 선택되는 이유가 무엇이냐는 것으로 귀결하는 질문이 됩니다. 그런데 그동안 현대 생물학에서 계속 풀어왔던, 분자생물학의 입장에서 풀어왔던 질문들은 거의 대부분 '어떻게'의 질문입니다. 그런데 21세기에 '왜'라는 질문과 '어떻게'라는 질문이 합쳐져서 융합되는 시대에 다시 왔습니다. 그러니까 그동안 양립하고 있다가 이제는 두 가지를 한꺼번에 물어볼 수 있는 도구를 우리가 가지고 있는 때에 왔습니다."

2부: 토론 - 조은희 조선대 생물교육과 교수

이덕환(사회): "우리가 유전에 대해서 굉장히 많은 것을 알게 되고 또 유전에 직접 인간이 관여할 수 있는 기술들이 늘어나면서 우리가 커져가고 있는 건 사실입니다. (중략) 이런 문제들에 대해서, 완성된 형식은 아니겠지만, 하여간 사회적으로 합의를 만들어내기 위한 노력들이 계속되고 있습니다. 그런데 우리 사회에서는 과연 그런 게 제대로 작동하고 있는지 참 걱정스러운 부분이 많습니다. 그러니까 일방적인 반대, 일방적인 거부감, 일방적인 찬성이 너무 극단적으로 부딪치는 부분이 있는게 아닌가 싶습니다."

조은희: "19세기와 20세기는 연구 방법이 굉장히 바뀝니다. 즉 다윈이 그 시절에 썼던 방법이 있고 그 다음에 왓슨과 크릭이 새로 사용했던 방법들이 있는데 왜 그때 그런 방법들이 사용되었을까 하는 측면과 함께 그것 각자가 어떤 함의를 가지는가를 질문드리고 싶구요, 또 중요하게는, 우리가 유전자를 DNA 서열이라는 형태로 이해하고 있는데 그러면 그 유전자의 의미란 도대체 무엇인가, 그리고 우리가 그 DNA 서열을 정확하게, 또 전장 유전자 전체 서열을 다 결정할 수 있다 할 때 그것이 과연 우리의 미래나 사람의 형질을 예측하고 알아낼 수 있다는 것인지, 그렇지 않다면 도대체 어디까지를 얘기할 수 있는 것인지 등등 특히 발생학을 전공하시는 이준호 선생님이 보다 정확하게 해주실 수 있는 말씀이 많이 있으실 것 같습니다."

2부 토론 마지막 부분 질의응답시간 중

Q: 이른바 창조과학을 둘러싼 논란에 대해 어떻게 생각하는지.

A(이덕환): 2014년이라고 제가 기억하는데 프란치스코 교황이 교황청에 과학위원회라는 게 있습니다. 거기의 검토를 거쳐서 진화론하고 빅뱅 이론은 과학 이론이고 성경의 창세기와 충돌하지 않는다, 기독교의 하느님은 무엇이든지 가능하게 만들 수 있는 요술지팡이를 가진 마술사가 아니다, 이렇게 선언을 했습니다. 적어도 가톨릭의 해석에서는 진화론이 성경 해석하고 충돌하지 않는다고 정리가 된 셈입니다.

아직 우리나라의 개신교에서는 그게 정리가 안 되어 있는 거고, 미국 대법원에서도 진화론은 과학 이론이고 창조론은 종교적 신념이다, 그래서 공립 학교에서는 창조론을 가르치면 안 된다고 판결을 했습니다. 미국 ‘과학원’이죠, ‘Academy of Sciences’에서도 똑같은 내용의 주장을 하고 있습니다.

우리 나라에서는 지금 오늘 여기서 들으셨던 이런 진화론의 진짜 핵심 과학적인 부분들, 이런 부분에 대한 이야기는 안타깝게도 찾아보기 어렵구요, 진화론을 다른 영역으로 확대 해석하는 진화사회학, 진화심리학, 온갖 아류들이 많이 있습니다. 그런데 그쪽에서의 활동들이 너무 다양한 것 아닌가, 그래서 정작 진화론의 핵심은 다 놓치고 (있는 것 같습니다).

저희 과학계가 굉장히 난처한 부분이 저희가 어떤 연구를 해서 결과가 나오면 그 결과의 확대 해석을 가장 두려워합니다. 연구자들이 뜻하지 않았던 방향으로 자의적으로 막 해석을 해갖고 그걸 가지고 연구자를 공격을 하면 정말 난감한 상황이 됩니다. 진화론의 응용 부분이 상당히 많은 경우에 그런 것 같습니다. 거의 모든 것을 진화론이 설명해 주는 것처럼 그렇게 얘기하는데, 진짜 다윈의 해석 그리고 왓슨의 DNA에 대한 해석을 기반으로 한 진화론에 대한 과학적 연구는 굉장히 제한적입니다. 그렇게 다양하지 않거든요. 그런데 과학자들은 그게 명백한, 그러니까 우리가 알고 있는 과학의 틀 안에서는 신기할 수 있는 것이라고 믿고 있는 겁니다. 그 정도로만 이해해주셨으면 좋겠는데, 너무 막 대단한, 세상의 모든 것을 해석해주는 이론으로 과장을 해버리면 모든 사람들이 다 불편한 이야기가 되는 것 같습니다.

저희가 ‘진화가 발전이 아니다, 진보가 아니다’라는 얘기를 꽤 오래 전부터 했던 것 같아요. 그리고 아까 말씀드렸듯이 진화론은 현대 과학의 가장 중요한 부분이고 상당히 건강한 모습으로 발전하고 있는데 이게 오해가 굉장히 많은 것 같습니다. 그 부분은 경계해주실 것을 부탁드립니다.

토막상식: 한국창조과학회 결성 초기에는 종종 기독교 단체가 아니라 "통일교 단체"로 오인받았다고 한다.

5. 학회 소식지 '창조' 발간
"(생략) 전국의 기독 관련 단체들과 교회들에 '창조'지를 보냄으로써 한국 교계에 창조론 운동의 참뜻이 널리 알려져, 통일교 단체로 오인되었던 것이 불식되고 교계의 후원을 받게 되었다. (후략)"

- 출처: 한국창조과학회 홈페이지 (http://goo.gl/oKdP06)