강아지! 여러분의 주의를 끌었습니다, 복합성 이론에 관하여.

동물의 행동은 복잡하지 않고, 복합적입니다. 니콜라스 페로니는 개개의 동물들이, 스카치 테리어, 박쥐, 또는 미어캣이든, 집단적으로 단순한 법칙을 따르는데 보다 큰 행동 패턴을 만들어 냅니다. 단순성에서 나온 복합성이 새로운 환경에서 어떤 문제가 생길 때마다 적응할 수 있게 해 주는지 이야기합니다.

과학은

우주의 먼 구석까지도

우리에게 많은 것을 알려줍니다.

굉장히 중요하면서 동시에

너무나 먼 우주에 대해서요.

하지만 우리와 더 가까이에 있는 것들

우리에게 더 직접적으로 관련되어 있는

많은 것들은 잘 알지 못합니다.

그 중 하나가 주변의 동물에게 있는

특별한 사회적 복합성입니다.

오늘 저는 동물의 복합성에 대한

이야기를 하려고 합니다.

먼저, 무엇을 복합성이라고 할까요?

복합적이란 무엇일까요?

음, 복합적이라는 것은 복잡한 것이 아닙니다.

복잡한 것은 수 많은 작은 부분들로 이루어져 있는데,

다른 각각의 부분들은

조직 안에서 분명히
그것만의 역할이 있습니다.

반대로 복합적인 시스템은

많은 유사한 부분들로 이루어져 있고,

이 유사한 부분들의 상호작용이

전체적으로 일관적인 행동을 만들어냅니다.

복합시스템은 상호작용하는 많은 부분들이 있어

단순한 개별적인 법칙을 따라 움직이며

이것이 새로운 특성을 만들어 냅니다.

전체 시스템의 행동은

개별적인 법칙만으로는

예측할 수 없습니다.

아리스토텔레스가 말했듯이,

전체는 부분의 총합보다 큽니다.

아리스토텔레스는 두고

복합적 시스템의 구체적인 사례를 보겠습니다.

이것은 스카치 테리어입니다.

처음에는 시스템이 무질서합니다.

그러다 우유라는 불안요인이 생깁니다.

모두 한 방향으로 밀기 시작합니다.

이런 일이 생기죠.

바람개비의 형태는

우유쪽으로 가려고 아무렇게나 움직이는

강아지들 사이의 상호작용으로

나타나는 특징입니다.

결국 중요한 것은 복합성이 나타나도록 하는

단순한 법칙을 찾아내는 것입니다.

저는 이것을 단순화한 복합성이라고 하는데

ETH 취리히의

시스템 디자인에서 하는 일입니다.

동물 집단에서 정보를 수집하고

복합적인 패턴을 분석해서 설명합니다.

물리학자, 생물학자,

수학자와 컴퓨터 공학자들이 필요하고

그들이 문제를 해결하기 위해

분야를 넘나드는 지식을

상호교류하며 만들어 냅니다.

그래서 다시 말하면,

전체는 부분의 총합보다 큽니다.

어떻게 보면, 협력이란

복합 시스템의 다른 예시입니다.

여러분은 혼자 생각하시겠죠.

나는 생물과 물리 중 어느 쪽일까?

사실, 이것은 조금 다릅니다.

설명드리기 위해서,

살짝 제 이야기를 하겠습니다.

제가 어렸을 때,

뭔가 복잡한 기계 만드는 것을 좋아했습니다.

그래서 전기 공학과

로봇공학을 공부하기로 했죠.

졸업 과제가

ER-1이라는 로봇을 만드는 것이었는데

이렇게 생겼습니다.

자신의 환경에서 정보를 수집한 다음

바닥에 있는 흰 선을 따라 가는 것이었습니다.

너무 너무 복잡했지만

실험실에서는 훌륭하게 작동했습니다.

시연하는 날, 과제를 채점하러
교수님들이 오셨습니다.

ER-1을 평가실에 가져갔죠.

알고 보니, 그 곳의 조명이

살짝 달랐습니다.

로봇의 시각시스템이 오류를 일으켰죠.

첫 번째 구부러진 선에서

경로를 이탈하고 벽에 부딪혔습니다.

몇 주동안 만들었는데

조명 색깔이 살짝

다를 뿐이어서

그게 망가진 겁니다.

그 때 저는 알게됐습니다.

기계를 복잡하게 만들수록

예상치 못한 것 때문에

실패할 가능성이 높다는 것을요.

그래서 저는,

복잡한 것을 만들지 않기로 했습니다.

우리를 둘러싼 복합성에 대해

이해하고 싶었습니다.

특히 동물의 세계를요.

박쥐를 살펴보게 됐습니다.

벡스타인 박쥐는 흔한 유럽 박쥐입니다.

매우 사회적인 동물입니다.

대개 함께 무리짓거나 잠을 잡니다.

또한 모성 집단이 있는데

매년 봄이 되면

동면 이후에 암컷들이 모여

6개월동안 함께 지내며

새끼를 기릅니다.

모두 작은 칩을 달고 있어서

특수 제작된 박쥐상자에

들어오면

위치를 알 수 있습니다.

더욱 중요한 것은,

누구와 같이 있는지 압니다.

저는 박쥐의 무리관련성을 연구했고

이런 모양을 갖고 있습니다.

낮에는 여러 상자에

하위 집단으로 무리짓습니다.

어느 날은

두 개의 상자로 나뉠 수도 있고

어떤 날은

한 상자에 함께 있거나

세 개이상의 상자에 있을 수도 있습니다.

정말 변덕스럽게 보입니다.

분열-융합 역동성이라고 하는데,

동물 집단이 서로 다른 하부집단으로

규칙적으로 흩어졌다 모였다하는

특성을 가리킵니다.

저희는 각기 다른 날의

모든 정보를 가져와

모아서

군집적인 사회구조의

전체 그림을 얻을 수 있는

관계 분석 기술을 적용함으로써

장기적인 연합형태를 끄집어 냅니다.

아셨죠? 그게 이겁니다.

이 관계에서, 모든 원들은

개별적인 박쥐들인 교점들입니다.

그 사이의 선들은

개체 사이의 사회적 유대와 관계성입니다.

아주 흥미로운 그림입니다.

이 박쥐 군집은

두개의 다른 공동체로 이루어져 있는데

하루 단위의 분열-융합 역동성으로는

예측할 수가 없습니다.

저희는 이것을 모호한 사회단위라고 합니다.

더욱 흥미로운 것은

매년 10월경에,

군집이 분열합니다.

모든 박쥐들이 따로 동면하는데

여러 해가 지나도

봄에 다시 모였을 때

집단은 동질성을 유지합니다.

이 박쥐들은 동료들을

상당히 오랫동안 기억합니다.

땅콩만한 두뇌로

개별화된

장기적 사회결속을 유지합니다.

그게 가능한지 몰랐습니다.

영장류나 코끼리,

돌고래들은 그런 줄 알았지만

그들은 박쥐에 비하면
뇌가 굉장히 크거든요.

어떻게 박쥐는

그렇게 제한적인 인지능력으로

이렇게 복합적이고 안정적인

사회구조를 유지할 수 있을까요?

복합성이론이 답을 줄 수 있습니다.

이 시스템을 이해하기위해

간단하고 개별적인 규칙에 기초한

무리짓기 컴퓨터 모델을 만들고

가상 박쥐 군집으로

수없이 많은 날을 모의실험했습니다.

수학적 모델입니다만

복잡하지는 않습니다.

모델을 통해 알게 된 것을 요약하면,

각각의 박쥐는 몇 마리의 동료를 알고 있어서

상자에 함께 모일 가능성이

약간 더 있습니다.

단순하고 개별적인 규칙입니다.

이 박쥐들의 사회적 복합성을

설명하는 전부입니다.

하지만 더 나아집니다.

2010년과 2011년 사이에

혹독한 겨울 날씨 때문에

군집의 3분의 2이상이 죽습니다.

다음해 봄에, 매년 그랬던 대로

두 개의 집단을 이루지 않습니다.

그럼 집단이 너무 작아져서

모두 죽게 만들수도 있기 때문입니다.

대신, 결속력 있는 단일한 집단을 만들어

계절을 살아남아

다음 두 해동안 다시 번성하게 합니다.

박쥐들은 자신들이 이렇게 하는지

모른다는 것을 알게 됐습니다.

오직 단순한 결합 법칙을 따르는 것이고

이 단순성이

사회적 복합성을 나타내게 하는데

개체구조에 생기는 갑작스런 변화로부터

회복할 수 있게 해주는 겁니다.

정말 놀랍다고 생각합니다.

다른 이야기를 들려드리겠습니다.

유럽에서 남아프리카에 있는

칼라하리 사막으로 가겠습니다.

미어캣이 사는 곳이죠.

미어캣을 아실 겁니다.

정말 멋진 생물이죠.

엄격한 사회적 위계를 가지고 집단생활을 합니다.

지배계급 한 쌍이 있고

많은 하위계급들이 있습니다.

어떤 미어캣은 보초병으로,

보모로,

새끼들을 가르치는 등의 역할을 합니다.

이 동물들에게 소형 GPS 목줄을

달아서

이들의 움직임이

사회구조와 무슨 관계가 있는지 연구했습니다.

미어캣의 집합적 행동에

매우 흥미로운 예가 있습니다.

미어캣들이 사는 보호지역 한 가운데에

도로가 있습니다.

도로에는 차가 있어서 위험합니다.

미어캣들은 먹이를 위한 이동을 해야 해서

건너가야 합니다.

의문이 생겼습니다. 어떻게 하는 걸까요?

지배계급 암컷이 집단을 이끌고

길을 건넌다는 것을 알게 됐습니다.

하지만 건너가는 행동을 할 때는

하위계급들에게 양보합니다.

마치 이렇게 말하는 것 같습니다.

"가서 괜찮은가 봐."

제가 몰랐던 것은,

미어캣들이 집단의 경계에서 벌어지는

변화를 위해 어떤 법칙을 따르고

그것을 설명할 간단한 법칙이 있느냐는 것이었습니다.

가상의 도로를 건너가는

미어캣 모의실험을 위한 모델을 만들었습니다.

단순화된 모델입니다.

움직이는 미어캣은 임의의 점들로

정렬하는 독특한 규칙을 갖고 있습니다.

그저 함께 움직이는 것입니다.

점들이 도로에 오면,

장애물을 감지합니다.

거기에서 되튕겨 나옵니다.

여기 빨간 점의 지배계급 암컷과

다른 개체들간의

유일한 차이점은

장애물의 높이로

도로에서부터 감지되는 위험성이

그 암컷에게는 약간 더 높다는 것입니다.

개체들의 이동법칙에서의

이 미세한 차이가

관찰한 내용을 충분히 알려주는데

지배계급 암컷은

도로에 집단을 이끌고 가서

다른 개체들이 먼저 건너도록

양보하는 겁니다.

영국 통계학자인 죠지 박스가,

"모든 모델은 거짓이지만,

어떤 모델은 유용하다." 라고 했습니다.

사실 이 모델은 확실히 잘못된 것입니다.

실제로 미어캣은 임의의 점이 아니니까요.

하지만 유용합니다.

개체 수준의 이동 법칙에 있어서

지극히 단순한 것이

집단 수준의 엄청난 복합성을

야기할 수 있다는 것을 알려주기 때문입니다.

다시 말씀드리면, 단순화한 복합성입니다.

이것이 전체 종에게 어떤 의미인지

결론을 말씀드리겠습니다.

지배계급 암컷이 하위계급에게

양보할 때,

예의로 그러는 것이 아닙니다.

지배계급 암컷은

집단의 결속에 대단히 중요한 존재입니다.

그 암컷이 죽으면, 전체가 위험에 빠집니다.

이 위험회피 행동은

아주 오랜 진화 반응인 것입니다.

미어캣들은 수천 세대에 설친

진화된 전략을 되풀이 하는 겁니다.

이 경우에는 인간이 지은 도로라는

현대적 위험에 적응하는 것입니다.

매우 단순한 규칙을 적용하고

결과적인 복합 행동은

그들의 자연 서식지 안으로 들어오는

인간의 침입에 대항하게 해 줍니다.

결국은

개체수 급감에 대처하여

사회구조를 바꾸는 박쥐나,

도로에 새롭게 적응하는

미어캣이거나,

또 다른 종일수도 있습니다.

제가 드리는 말씀은, 복잡한 것이 아니라

경이로움과 희망의 단순한 것입니다.

동물들은

탁월한 사회적 복합성을 가지고

적응하며

환경 변화에 대응합니다.

세 단어로, 동물의 세계에서는

단순성이 복합성을 만들고

그것이 회복력을 만듭니다.

감사합니다.

(박수)

데니아: 니콜라스씨, 멋진 시작을 해주셔서

대단히 감사합니다. 조금 긴장하습니까?

니콜라스: 괜찮습니다. 감사합니다.

데니아: 좋습니다. 분명 청중들께서

당신이 말씀해 주신 박쥐, 미어캣 같은 동물들과

인간을 연결시켜 보려고

했을 텐데요.

예시들을 말씀해주셨습니다.

암컷들은 사회적인 존재이고,

지배적인 존재라고 하셨습니다.

어떻게 생각하실지 모르겠지만,

이렇게 연관시켜도 될까요?

모든 종들을 통틀어 해당되는

확신할 수 있는 전형적인 형태가 있습니까?

니콜라스: 이렇게 말씀드리겠습니다.

이런 전형적인 형태에 반대되는 사례도 있습니다.

예를 들어, 해마, 코알라들은 사실

항상 수컷이 새끼를 돌봅니다.

배운 점은 인간과 동물이 평행을 유지하는게

자주 어렵고

때로는 조금 위험하기까지 하다는 것입니다.

그겁니다.

네, 훌륭한 시작에 감사합니다.

감사합니다. 니콜라스 페로니씨.