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| [생물학분야] 동물의 행동을 수학적으로 해명한다 |
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2004/01/24 |
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대담*이와사 요/규슈대학대학원 이학연구원 생물과학부문 교수
포스트 게놈 시대에 접어들어 생명과학 등 미크로 생물학의 활황에 비해 매크로 생물학은 점차 쇠퇴되어 가는 것은 아닌가하고 일반적으로 생각되고 있는 것 같지만, 결코 그렇지 않습니다. 제가 수법으로 하고 있는 「수리생물학」은 매크로적인 생태학과 진화생물학의 수수께끼에 수리적인 수법을 사용하여 접근하였습니다. 수학 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 사용, 물리학에 있어서의 이론물리와 같은 역할을 담당하는, 그것이 생물학에 새로운 활로를 여는 길이 아닌가하고 생각합니다.
◇게임을 하는 동물들
저는 생물 물리학 출신이지만, 학창 시절에는 이론적인 것을 동경하여, 뇌신경 모델를 연구 해 볼까하고 생각했습니다. 그런데, 교토대학 이학부의 은사님인 테라모도 선생님은 왜인지「생태학을 하라」고 했습니다. 그래서 비와코 호수에서 야외 연구를 하게 되었습니다. 그러나, 막상 해보니 생태학은 이론이 미개척 분야라는 것을 알았습니다. 아직 형식화되어 있지 않는 부분이 많고 이 분야에서라면 새로운 법칙성을 발견할 수 있으리라고 생각했던 것입니다.
예를 들면, 열대 다우림 수목의 종류가 굉장히 많은데 그것이 무엇 때문인지에 대해서는 여러 가지 설이 있지만, 잘 모릅니다. 외부에서 들어 온 외래종 식물이 어떤 속도로 퍼져가는가는 고전적인 생태학 문제에도 확산 방정식을 이용하여 풀어야만 하는 수리적인 부분이 많이 남아 있습니다. 혹은 멸종의 위기에 처한 종이 어느 정도의 위험에 노출되어 있는지, 어떤 넓이로 보호하면 좋을지 하는 문제도 수리적인 모델을 사용하지 않을 수 없었습니다.
그러나, 나 자신이 평가되었던 것은 그러한 글로벌적인 변화나 지구 환경 문제가 아니라,동물들의 생활을 진화 생물학의 입장에서 이론적으로 묘사하는데 성공했기 때문이라고 생각합니다. 그 당시 생태학 연구의 주류는 「물질 순환의 생태학」이었습니다. 다시 말해, 어떤 넓은 장소의 광합성의 총량을 측정하고, 식물을 벌레나 동물이 먹는 식물 연쇄의 정량 분석입니다. 그러한 것을 조사하는 것이 생태학의 주된 목표라고 알고 있었습니다.
그러나, 한편으로는 개개의 동물과 식물을 조사하는 생태학 연구자는 「정말로 재미있는 것을 놓치고 있는 것은.....」라고 마음 속으로는 느끼고 있었습니다. 그래서 제가 하려고 한 것은 개개의 동물들이 싸우거나 열심히 살아가는 모습을 잘 표현하는 것이었습니다.
저는 동물들이 동물 행동의 여러 가지 옵션이 있는 가운데서 어느 것이 제일 좋은지 나쁜지를 정확히 판단하고 선택한다는 아이디어를 표현하는 방법은 무엇인지를 생각하고, 그것이 최적화의 수학이라고 생각하기에 이르렀고, 동물 행동을 이론화해 온 것입니다.
그 연구의 연장선상에 동물의 행동을 묘사하는 방법으로서 「게임」이론이 도입되게 되었습니다. 예를 들면, 왜 수컷과 암컷이 있고 유성생식이라는 번거로운 일을 하는 것일까? 라는 문제도 있습니다. 동물행동에서는 상대에 따라 행동의 유리함이 변합니다. 그 때 동물들은 여러 가지 방법 중에서 자신에게 제일 좋은 방법을 취하듯이 행동하도록 진화합니다. 즉, 동물들은 게임을 한다는 인식을 했습니다. 그러자 풍부한 행동이 받아들여지고, 명확한 모델로 나타내는 방법에 성공했던 것입니다.
수리 생물학은 야외연구를 하는 생태학자들에게 아주 중요하게 여겨지게 되었습니다. 최근 야외연구 방법이 발전되고, 예를 들면, 열대 삼림 등에 50헥타르라는 넓은 들판이 여기저기에 있습니다. 그곳에서 모든 수목의 성장과 죽음을 몇 년에 걸쳐 조사된 방대한 자료가 있습니다. 그런데 이 자료에서 무엇을 해석하면 좋을지 모르겠다는 상담을 자주 받습니다. 복잡한 현실에서 명확한 법칙성을 찾아내는 수리 생물학의 필요성이 여기에 있는 것입니다.
◇다양한 전문 분야의 융합.
저는 수리 생물학의 과제로서 이 분야에 이론 물리나 수학 전문가가 들어오기를 바랍니다.
예를 들면, 최근에 수학 전문가가 어떤 곤충에게 기생하는 기생벌의 수의 변동 모델을 철저하게 해석했던 바, 초기치에 따라 다른 행동을 나타낸다든가 카오스가 나온다든가, 아주 흥미 있는 결과가 나왔던 것입니다. 수학의 프로가 조사하면 다르구나 하고 감탄했습니다. 게임 이론은 원래 경제학 용어로, 이론 경제학자가 생물에 흥미를 가져도 재미있으리라 생각합니다. 그러한 여러 가지 융합이 일어나고 있는 것입니다.
저는 미크로 생물학도 매크로 생물학을 이해하는 유효한 수단이 되리라고 생각합니다. 분자 생물학은 현상에서는 아직 겨우 어느 세포에나 공통되는 전유전자에 대한 조사를 끝낸 단계로, 매크로 생물학이 하고있는 것 같은 생물간 상호 작용에 관한 시스템을 조사하기에는 아직 못 미치고 있습니다. 하지만, 분자 생물학이 유전자라는 "도구"를 연마하는 시대는 조만간 끝날 것이므로 앞으로는 분자 생물학 중에서도 생물간 상호 작용을 조사하고 싶다는 연구자가 나타나리라고 생각합니다. 그렇게 되면 매크로 생물학과 미크크로 생물학이라는 구별은 사라질 것이라고 예측하는 바입니다.
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