제5장: 암석과 미생물: 생물학적 진화와 광물 진화의 두 가지 다른 시간 체제

제5장: 암석과 미생물: 생물학적 진화와 광물 진화의 두 가지 다른 시간 체제

 

뉴턴의 천체 역학이 거둔 성공에 사로잡힌 프랑스 과학자 피에르 시몽 라플라스(Pierre Simon Laplace, 1749-1827)는 궁극의 환원주의적 호언장담을 한 것으로 알려져 있습니다.

우리는 우주의 현재 상태를 과거의 결과이자 미래의 원인으로 간주할 수 있다. 어느 한 순간에 자연을 움직이는 모든 힘과 자연을 구성하는 모든 항목의 위치를 알고 있는 지성이 있다면, 그리고 이 지성이 이러한 데이터를 분석할 수 있을 만큼 방대하다면, 그것은 우주에서 가장 큰 천체의 운동과 가장 작은 원자의 운동을 하나의 공식으로 아우를 수 있을 것이다. 그러한 지성에게 불확실한 것은 아무것도 없으며, 과거와 마찬가지로 미래도 그 눈앞에 현재처럼 펼쳐질 것이다. (Laplace 1951, 4)

때때로 '라플라스의 악마'(비록 라플라스는 그것을 단지 '지성'이라고만 불렀지만)라고 불리는 그가 상상한 실체는, 오늘날 판 구조론의 신비로운 움직임, 소용돌이치는 해류의 복잡성, 거대한 폭풍의 기상 패턴을 예측하는 슈퍼컴퓨터의 복잡한 시뮬레이션이 성취할 수 있는 바를 극단적으로 확장한 모습으로 볼 수 있습니다. 그러나 주세페 롱고(Giuseppe Longo), 마엘 몬테빌(Mael Montevil), 스튜어트 카우프만(Stuart Kauffman)(이하 LMK)에 따르면, 환원주의적 기획이 실패할 수밖에 없는 거대하고 (인간에게 특히 중요한) 영역이 하나 있는데, 그것이 바로 생물학적 진화입니다. 그들은 위상 공간(phase spaces)에서의 궤적 분석에 의존하는 물리 및 화학의 방법론이 진화적 변화에는 적용될 수 없다고 주장하는데, 왜냐하면 위상 공간을 정의할 가설적 변수들이 계속해서 변하기 때문에 진화는 예측될 수 없기 때문입니다. 따라서 그들의 논지는 두 가지 뚜렷한 시간 체제를 상정합니다. 하나는 천체 역학으로 대표되는 체제로, 뉴턴의 운동 법칙을 사용하여 화성으로 가는 로켓의 궤도를 계산하는 데 여전히 사용됩니다. 다른 하나는 생물학적 진화의 체제로, 여기에는 **수반 법칙(entailing laws)**이 존재하지 않고 오직 그들이 **'활성화(enablement)'**라고 부르는 것만이 존재하기 때문에 사건들이 영원히 예측 불가능한 상태로 남습니다.

급부상하고 있는 광물 진화(mineral evolution) 분야는 이러한 주장을 평가하기 위한 이상적인 사례를 제공합니다. **로버트 헤이즌(Robert Hazen)**과 그의 동료들이 개척한 광물 진화의 사례는, 빅뱅 이후 우주가 식고 팽창하면서 나타난 초기 300여 종의 광물이 오늘날 지구와 운석 샘플에서 관찰되는 6,000여 종의 광물로 증식해온 과정을 10개의 시대로 구분하여 구축되었습니다. 이러한 접근 방식은 광물학자들에게 이전에는 결여되었던(혹은 충분히 인식되지 않았던) 시간적 차원을 부여함으로써 광물의 다양성에 대한 사고를 혁신했습니다. 한마디로, 광물학에 **'이야기(story)'**를 부여한 것입니다. 이 이야기의 등장인물에는 광물 자체뿐만 아니라 광물과 상호작용하여 광물을 점점 더 복잡하고 다양하게 만드는 동역학을 창조하는 행위자(agents)와 행위 주체(actors)가 포함됩니다. 가장 중요한 것은 물, 판 구조론, 그리고 생명체입니다. 이 중 앞의 둘은 물리와 화학의 영역에 속하지만, 세 번째는 물론 생물학적 진화에서 비롯됩니다. 따라서 광물 진화는 어떤 힘과 가능성이 새로움을 만들어내는지에 대한 사례 연구로 읽힐 수 있습니다. 그렇다면 생물학적 진화가 변화의 행위자인 땅, 바람, 물과 시간적 관점에서 공통점이 없다는 주장이 가능할까요? 필자는 LMK가 주장하는 광범위한 구분에는 동의하지만, 헤이즌과 그의 동료들의 연구를 통해 시간성은 스펙트럼으로 보는 것이 더 타당하다는 확신을 갖게 되었습니다. 그 스펙트럼의 한쪽 끝은 천체 역학에 닻을 내리고 있으며, 거기서는 실체들 사이의 상호작용이 광대한 거리에 의해 억제되고 단순화됩니다. 다른 쪽 끝은 뜨겁고 증기가 가득하며 엄청나게 가변적인 미생물 세계의 교환에 뿌리를 두고 있으며, 거기서는 변화가 도처에 존재하고 역동성이 대단히 복잡합니다. 필자가 시간적 스펙트럼을 제안함에도 불구하고, 양 끝단이 서로 다른 두 가지 시간적 동역학을 나타낸다는 사실은, 변화의 행위자로서의 흙, 바람, 물과, 항상 자신의 존재를 지속하려 애쓰는 동기 부여된 행위 주체로서의 살아있는 생명체의 행동 사이의 차이를 명확히 드러내 줍니다. 따라서 암석과 미생물 모두 이야기를 가지고 있고, 그들의 줄거리가 서로 얽히고 서로를 복잡하게 만드는 서사들도 존재하지만, 그들은 또한 각각 독특한 동역학을 가지고 있으며, 이들이 합쳐져 **비교 진화(comparative evolution)**의 가능성을 만들어냅니다. 비교 문학이 개별 국가 문학 연구에 헤아릴 수 없는 가치를 더해주듯, 비교 진화 역시 기술 진화를 포함한 진화적 역동성 일반에 대한 우리의 이해를 풍요롭게 할 잠재력을 가지고 있습니다.

수반 법칙 대 활성화: 서로 다른 시간성에 대한 논증

'수반 법칙'의 중요성을 강조하기 위해, LMK는 물리학의 역사적·개념적 발전을 다음과 같은 패러다임으로 요약합니다. (1) '궤적 분석', (2) '핵심 관찰값을 (상대적) 불변량으로 추출', (3) '그것들을 바탕으로 의도된 위상 공간 구축'. 예를 들어 진자의 호를 추적할 때 핵심 변수는 위치와 운동량입니다(진자 운동의 에너지 체제는 각속도의 함수인 운동량에 의해 암시됩니다). 진자는 대개 아래로 뻗은 막대에 의해 결정된 호를 따라 흔들리기 때문에 편리한 사례가 됩니다. 단순 진자의 위상 공간은 그림 5.1과 같습니다.

가로축 P는 수직으로 정지해 있는 평형 상태(도표의 B)를 기준으로 한 진자의 위치입니다. 세로축 V는 속도입니다(시계 방향은 V > 0, 반시계 방향은 V < 0). 오른쪽 끝점 A에서 시작하는 시계 방향 운동을 추적해 보면, 위치는 정지 지점으로부터 최대 거리이고, 되돌아가기 전 잠시 멈추므로 속도는 0입니다(P = max, V = 0). 왼쪽 호를 향해 흔들려 B에 도달하면 위치는 0이고 속도는 최대가 되어, 도표상에서 B(P = 0, V = max)가 됩니다. 반시계 방향 운동을 시작하기 전 왼쪽 호의 끝점인 C에 도달하면 속도는 0이고 위치는 음의 최대치입니다(P = -max, V = 0). 반시계 방향으로 흔들려 B'에 도달하면 위치는 0이고 속도는 음의 최대치(P = 0, V = -max)가 됩니다.

이 매우 단순한 위상 공간 도표는 위상 공간 일반에 대한 핵심적인 사실을 보여줍니다. 즉, 위상 공간은 시스템의 모든 가능한 상태가 표현되는 공간이며, 각 가능 상태는 위상 공간 내의 하나의 고유한 점에 대응합니다. 기계 시스템의 경우 변수로 위치와 운동량을 사용하는 것이 관례적이며, 에너지와 시간을 사용할 수도 있습니다. 위상 공간 궤적은 하나의 특정 초기 조건(우리 진자 예시에서는 점 A와 C)에서 가능한 상태들의 집합을 나타냅니다. 전체 위상 공간은 임의의 초기 조건에서 가능한 모든 상태의 집합을 나타냅니다. 종종 위상 공간은 매우 고차원적입니다. 예를 들어 기체의 위상 공간은 각 기체 분자의 위치 x, y, z와 운동량에 대해 별도의 차원을 사용할 수 있습니다.

위상 공간 도표는 시스템의 동역학에 대해 다른 방식으로는 명확하지 않을 수 있는 함의를 드러내 주기 때문에 유용합니다. 그 기저의 규칙성을 흔히 '운동 법칙'이라 부르지만, 이는 매우 구체적인 의미에서의 법칙입니다. 즉, 소위 법칙이란 실제 데이터로부터 얻은 추상화이며, 실제 데이터는 법칙이 서술하는 것만큼 깔끔하지 않습니다. **낸시 카트라이트(Nancy Cartwright)**가 그녀의 고전적 저서 물리학의 법칙은 어떻게 거짓말을 하는가(How the Laws of Physics Lie) (1983)에서 관찰했듯이, 다수의 (때로는 알려지지 않은) 요인들 사이의 미세한 섭동은 항상 추상화로부터의 미세한 편차를 만들어내는데, 필자는 이를 **'물질성의 소음(the noise of materiality)'**이라 부릅니다. 유사한 맥락에서 LMK는 위상 공간 도표가 물리 현상을 이해하기 위해 발명된 효과적인 추상화임을 매우 분명히 합니다. LMK는 "위상 공간의 규칙성은 의도된 공간에서의 불변량 및 불변량 보존 변환(즉, 그들의 대칭성)으로서, 무한하거나 심지어 무한 차원일지라도 유한한 묘사를 가능하게 한다"고 설명합니다. 예를 들어 단순 진자의 경우, 대칭성에는 진자가 시계 방향과 반시계 방향 모두에서 동일한 거리를 흔들리고 동일한 호를 그린다는 사실이 포함되므로, 진자가 무한히 계속 흔들리더라도 그 가능한 상태들은 유한한 도표로 표현될 수 있습니다.

이를 설명하기 위해 LMK는 기하학적 표현을 위해 관습적으로 선택되는 3차원 데카르트 공간을 인용합니다. "그것은 무한하지만, 세 개의 직선은 대칭성(회전축임)에 의해 주어지며 그들의 직각 역시 마찬가지이다(유클리드는 직각을 두 직선이 교차할 때 얻는 가장 대칭적인 형상으로부터 정의된다고 말한다). 이러한 대칭성 덕분에 우리는 이 무한한 공간을 매우 종합적인 방식으로 묘사할 수 있다". 그들의 일반적인 논지는 위의 진자 예시에서 명확해집니다. 역동적 기계 시스템은 기저의 대칭성과 규칙성을 드러내는 위상 공간 도표를 통해 분석될 수 있습니다. 이러한 규칙성은 시스템이 '수반 법칙', 즉 운동 법칙의 지배를 받기 때문에 나타나며, 이는 곧 그들의 행동이 예측 가능하다는 것을 의미합니다.

필자가 저서 카오스의 경계(Chaos Bound) (1990)에서 썼던 또 다른 예로, 단일 진자 대신 진자의 추에 또 다른 진자를 매달아 이중 진자를 만든다고 가정해 봅시다. 그 운동은 엄밀히 예측 가능한 상태를 벗어나는데, 왜냐하면 시스템이 초기 조건의 미세한 불확실성을 거시적 표현으로 빠르게 증폭시키도록 구조화되어 있기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 이 카오스 시스템은 여전히 결정론적이며, 그 가능한 상태들은 여전히 위상 공간 도표로 표현될 수 있습니다. 시스템은 위상 공간 내의 어디에서 특정 궤적이 펼쳐질지 알 수 없다는 의미에서는 예측 불가능하지만, 그 일반적인 차원은 위상 공간 내에 여러 궤적이 그려짐에 따라 나타나는 **끌개(attractor)**에 의해 명시됩니다.

롱고, 몬테빌, 카우프만은 더 복잡한 사례들도 논의합니다. 그들은 양자 물리학의 위상 도표에서 "양자는 궤적을 따라가지 않지만 파동 함수는 따라간다"고 지적하며 여러 다른 복잡한 상황들을 다룹니다. 그러나 그들의 일반적인 논지는 위의 진자 예시에서 명확합니다. 역동적 기계 시스템이 분석될 때, 규칙성이 나타나는 이유는 시스템이 (앞서 언급한 주의 사항과 함께) 운동 법칙의 지배를 받기 때문이며, 이는 그들의 행동을 예측 가능하게 만듭니다. 아마도 결정론(determinism)이 철학적으로 (그리고 과학적으로) 논쟁적인 개념이기 때문에, LMK는 그 용어 대신 '미리 정해진(prestated)' 결과라는 표현을 사용합니다. 이 말은 역동적 기계 시스템에 대해 위상 공간 도표를 구축할 수 있으며, 이를 통해 시스템의 모든 가능한 상태를 '수반 법칙'으로부터 '미리 정해둘', 즉 예측할 수 있다는 뜻입니다. 그들은 결론짓기를, "물리학에서 위상 공간을 산출하는 관찰값은 궤적의 불변량/대칭성에서 유도된다. 더 정확하게는, 그것들은 의도된 물리 이론에서의 불변량 및 불변량 보존 변환에서 유도된다... 즉, 위상 공간의 개념적 구축은 물리-수학적 분석에서 관련 관찰값과 불변량(대칭성)을 선택하는 데 따른다"고 합니다.

이 점은 당연해 보일 수도 있지만, 그들의 진짜 목표는 역동적 기계 시스템의 '미리 정해진' 성격과 생물학적 진화를 대조하는 데 있습니다. 생물학이 단순히 화학과 물리학으로 환원될 수 없으며 고유한 특성을 가지고 있다는 린 마굴리스의 반대처럼, LMK는 살아있는 유기체가 **'칸트적 전체(Kantian wholes)'**임을 강조합니다. "그들은 칸트적 의미에서, 혹은 바렐라의 자기생산(autopoiesis) 의미에서 내부적으로 영구히 재구성되는 자율성을 가지고 있으며, 이는 그들에게 끊임없이 변화하면서도 '관성적인' 구조적 안정성을 부여한다". 기계 시스템을 위해 구축될 수 있는 위상 공간과 대조적으로, 살아있는 시스템은 인간의 장내 미생물 군집(biome)처럼 "지속적이고 열린 변화"를 겪습니다. "이 미생물들 각각은 칸트적 전체이며, 우리가 아직 이해하지 못하는 방식으로 장 내의 '공동체'는 각자와 모두가 주변의 인간 조직과 함께 과업 폐쇄(task closure)를 달성하는 니치를 공동 창조함으로써 그들만의 세계를 함께 만들어간다. 이러한 과업 폐쇄는 새로운 미생물 종이 공동체로 유입되거나 기존 종이 멸종함으로써 변화하더라도 '항상' 유지된다". "유기체는 자신을 변형시키면서 동시에 생태계를 변형시키기 때문에", 물리학에서 위상 공간 도표를 구축하는 데 결정적인 지속적 대칭성이 적용되지 않으며, 더 정확하게는 대칭성이 예측 불가능한 방식으로 변하기 때문에 그러한 구축이 불가능합니다. "법칙이 있더라도 이를 통합할 운동 법칙이나 경계 조건은 공식화될 수 없다. 어떤 법칙도 생물권의 진화를 수반하지 않는다". LMK는 일단 유기체가 진화하고 나면 그 행동은 화학적·물리적 분석의 대상이 됨을 명확히 합니다. 그러나 화학과 물리학이 예측할 수 없는 것은 그 유기체가 애초에 진화할지 여부입니다.

예측 불가능함에도 불구하고 진화의 궤적은 단순히 무작위적인 것도 아닙니다. 대신 진화는 LMK가 **'활성화(enablement)'**라고 부르는 과정들의 연속을 통해 진행되는데, 이는 새로운 생물학적 기능의 출현을 통해 존재하게 됩니다. 그들의 예시 중 하나는 폐와 아가미를 모두 가진 물고기인 폐어(lung fish)의 진화입니다. "일부 폐에 물이 들어갔다. 이제 공기와 물이 담긴 주머니가 존재하게 되었고, 이는 부레(swim bladder)로 진화할 태세를 갖추게 되었다". (부레는 물고기가 부력을 조절하여 에너지를 쓰지 않고도 현재 깊이에 머물 수 있게 해주는 내부 가스 주머니입니다.) 따라서 폐어는 부레를 발달시키도록 **'사전 적응(preadapted)'**되어 있었습니다. 이제 부레 안에 살 수 있는 박테리아나 벌레가 진화했다고 가정해 봅시다. 부레가 존재하기 전에는 이러한 출현을 예측할 수 없었겠지만, 일단 부레가 존재하면 그 가능성이 열립니다. 이것이 바로 LMK가 **'인접 가능성(adjacent possible)'**이라 부르는 것으로, 새로운 니치는 그 나름대로 또 다른 인접 가능성들을 열어젖힙니다. 따라서 진화는 새로운 기능이 새로운 니치를 열고, 그 니치가 다시 더 많은 새로운 기능을 여는, 니치와 기관/유기체 사이의 지속적인 호혜적 상호작용의 순환을 통해 진행됩니다.

물리화학적 시스템의 미리 정해진 위상 공간과 진화 궤적의 지그재그형 인접 가능성 사이의 차이를 만드는 원인은 무엇일까요? LMK가 이 추론을 명시적으로 끌어내지는 않지만, 필자에게 근본적인 차이는 살아있는 유기체는 자신이 살지 죽을지에 대해 이해관계(stakes)를 가지고 있으며, 자신에게 의미 있는 방식으로 환경으로부터 정보를 처리하는 인지 능력(즉, 정보 처리 능력)을 사용하여 생존하고 번성할 새로운 방법을 발견한다는 사실에 있음이 분명해 보입니다. 한마디로, 그들은 물리화학 시스템에는 없는 선천적 창의성을 가지고 있습니다. LMK가 시적으로 표현했듯, "환원주의는 생명의 분수령에서 종점에 도달한다. 헤라클레이토스와 함께 우리는 생명에 대해 이렇게 말할 수 있다: 세계가 끓어오른다".

물론 이것이 물리화학 시스템에 행위성(agency)이 없다는 뜻은 아닙니다. 다음 섹션에서 생생하게 묘사되듯, 판 구조론, 대양, 바람, 물은 광물 조성에 엄청난 변화를 일으킬 수 있으며 광물 진화의 필수적인 기여자들입니다. 이를 인정하면서, 필자는 롱고와 몬테빌이 그들의 논문 "물질의 비활성 상태 대 살아있는 상태(The Inert vs. the Living State of Matter)" (2011)에서 물리화학 시스템을 '비활성(inert)'이라고 특징짓는 수사법에는 동의하지 않습니다. **제인 베넷(Jane Bennett)**과 같은 신유물론(New Materialism) 페미니스트 학자들이 그들에게 가르쳐주었을 법한 것처럼, 물리적 과정은 그 자체로 생명력 있는 힘으로 인정받아야 합니다. 필자가 베넷이나 다른 신유물론자들과 견해를 달리하는 지점은, 살아있는 유기체의 인지 능력이 물리화학적 과정과는 종류가 다른 창의성과 환경에 대한 반응성을 가능하게 한다는 점을 인정하는 데 있습니다. LMK의 주장은 필자로 하여금 이러한 관찰을 물리화학적 과정이 작동하는 예측 가능한 시간 체제와, 생물학적 진화의 창발적이고 예측 불가능한 시간 체제 사이의 차이로 확장할 수 있게 해줍니다.

다음 섹션에서는 물리화학적 과정의 예측 가능한 시간성이 생물학적 진화의 상이한 시간 체제와 상호작용하여 형성되는 신생 분야인 광물 진화의 복잡성을 탐구합니다. 호혜적이고 순환적인 역학 속에서, 시간에 따른 광물의 변화에 대해 '진화'라는 용어를 사용하는 것은, 도메인 고유의 형성 과정과 더불어 서로 다른 종류의 진화들 사이에 시스템적 유사성이 존재할 수 있는지에 대한 문제를 제기합니다. 이 장은 바로 그 매혹적인 추측과 함께 마무리될 것입니다.

광물 진화: 새로운 관점

광물 진화라는 개념에는 탄생 비화가 있습니다. 로버트 헤이즌에 따르면, 이 아이디어는 2006년 크리스마스 파티에서 **해롤드 모로위츠(Harold Morowitz)**가 그에게 시생대(Archean eon) 당시에 점토(clays)가 있었느냐고 물었을 때 떠올랐습니다. 시생대는 생명의 출현이 시작된 시기(대개 37억 년 전으로 추정되며, 시생대 자체는 38억 년 전부터 25억 년 전까지임)이기 때문에 그 타이밍은 중요합니다. 질문자 또한 중요한데, 모로위츠는 모든 것의 창발: 세상은 어떻게 복잡해졌는가(The Emergence of Everything) (2004)의 저자이므로, 헤이즌은 그가 광물을 자신의 진화적 도식 속에 배치하려 한다는 것을 알았을 것입니다. 주제 또한 중요한데, 점토가 형성되기 위해서는 변화의 행위자(주로 물과 바람이지만 생물학적 활동도 포함됨)의 작용이 필요하기 때문입니다. 실질적으로 모로위츠는 헤이즌에게 시간성, 변화의 행위자, 그리고 광물 형성 사이의 관계를 상호 작용하고 상호 의존적인 변수들로 생각해보라고 요청한 셈입니다. 헤이즌이 언급했듯, 이는 "광물학자들이 한 번도 생각해보지 못한 질문"이었습니다.

헤이즌은 이 메시지를 가슴에 새기고 이후 몇 달 동안 지생물학자, 고판구조론 전문가, 변성 암석학자, 운석 전문가, 그리고 다른 광물학자들을 포함한 협력자 팀을 구성하여 이 질문과 다른 많은 질문들을 탐구했습니다. 그 결과물은 광물의 형성을 진화적, 즉 시간적으로 의식하는 맥락 속에 배치하여 기존의 분류 및 분석 방식에 도전하는 관점이었습니다.

창립 논문인 "광물 진화(Mineral Evolution)"에서 헤이즌과 그의 동료들은 약 45억 6천만 년 전(~4.56 Ga)부터 시작되는 진화적 도식을 제시합니다. 현재까지 이어지는 그들의 도식은 세 개의 주요 시대로 나뉘며 10개의 뚜렷하면서도 중첩되는 단계로 세분됩니다. 이 시대들은 행성적 발전에 의해 정의되는데, 45.6억 년 전보다 더 이전인 행성 집적기부터 시작하여, 지구의 지각과 맨틀의 재작업기(~4.55 Ga에서 ~2.5 Ga), 그리고 마지막으로 생물학적으로 매개된 광물학기(~2.5 Ga에서 현재)로 이어집니다. 각 단계들은 새로운 물리적, 화학적, 혹은 생물학적 과정(혹은 이들의 조합)에 의해 시작되었으므로, 앞서 논의한 두 가지 뚜렷한 시간 체제의 교차와 상호 침투로부터 창발되었습니다. 궤적은 광물의 다양성과 복잡성이 증가하는 방향을 향합니다. 논문에서 설명하듯, "이러한 과정들은 세 가지 방식으로 지구의 광물학을 다양화했다. 첫째, 그들은 태양 성운의 원래의 상대적으로 균일한 성분으로부터 광물이 형성되는 벌크 성분의 범위를 증가시켰다. 둘째, 지질학적 과정은 광물이 형성되는 물리적·화학적 조건의 범위를 넓혔다... 셋째, 살아있는 유기체는 무생물 세계에서는 접근 불가능했던 광물 형성의 새로운 반응 경로를 열어젖혔다".

연구 팀은 (아무도 묻지 않았던 질문에 답하며) 최초의 광물은 다이아몬드 형태의 순수 탄소라고 결정했습니다. 첫 번째 시대 동안 태양계 이전의 먼지 입자들이 뭉치기 시작하면서 광물은 수십 종 이내로 제한되었으며, 대부분 산화물, 탄화물, 질화물, 규산염이었습니다. 별의 형성으로 중력이 증가하고 태양 성운이 가열되면서 일반적인 콘드라이트 운석에서 흔히 발견되는 콘드룰(chondrules)과 칼슘-알루미늄 함유물들이 형성되었습니다. 용융, 분화, 충돌 과정이 다양성을 증가시켰지만, "풍화되지 않은 운석에서 발견된 광물은 약 250종 이하"였습니다. (그 숫자는 최근 소말리아의 엘 알리 운석에서 발견된 세 가지 새로운 무명 광물 덕분에 3종 늘어났습니다.) 저자들은 "이들이 지구와 다른 지구형 행성들을 위한 광물학적 원재료를 제공했다"고 요약합니다.

약 45억 5천만 년 전(~4.55 Ga), 지구의 지각과 맨틀은 오늘날 우리가 달이라고 알고 있는 지구의 덩어리를 떼어낸 '테이아(Theia)'라고 불리는 행성급 물체와의 가설적 충돌로 인해 "폭력적으로 파괴"되었습니다. 그 결과 테이아는 소멸되었고, 지구의 지각과 맨틀 일부는 대부분 녹아버려 이런 의미에서 "리셋"되었습니다. 저자들은 그때까지 형성된 거의 모든 현존 광물들이 화성암의 결정을 통해 만들어졌으며, 혜성과 소행성의 지속적인 폭격으로 인한 광물들도 포함되었을 것이라고 추측합니다. 지구 진화 역사의 이 부분을 재구성하는 데 따르는 난제 중 하나는 암석 기록이 "매우 적고 전형적으로 극심하게 변형되었다"는 점입니다. 충돌 전인 40.3억 년 전(~4.03 Ga) 이전부터 살아남은 암석은 알려진 바가 없습니다. 비록 우리가 달 운석을 달에서 지구로 떨어진 암석으로 생각하지만(필자의 집에는 니콜라스 게슬러의 '우주에서 온 암석' 컬렉션의 일부로 몇 개가 있습니다), 달 형성 충돌 이전의 변형되지 않은 지구 암석 일부가 달 표면에서 발견될 가능성도 있으며, 이는 이 암흑기에 대한 광물학적 지식을 더해줄 것입니다.

지구의 지각이 맨틀로부터 점진적으로 분리됨으로써 정의되는 두 번째 시대는 "엄격하게 물리적·화학적인 처리", 즉 위상 공간을 사용하여 도식화할 수 있는 기저의 규칙성들로부터 발전했습니다. 여기에는 지각의 일부가 섭입을 통해 다른 판 아래로 밀려 들어가는 지구 내부의 힘들이 포함되었습니다. 해양 지각의 습식 부분 용융은 마그마를 만들었고 수많은 새로운 광물을 탄생시켰습니다. 새로운 열수, 화성 및 접촉 변성 암석들이 형성되었으며, 여기에는 고압 변성 형성물의 표면 노출과 함께 대규모 상부 맨틀 및 지각 광상(ore deposits)이 포함되었습니다. 그 결과 광물은 약 300종에서 약 1,500종으로 증가하여, 지구의 광물학적 레퍼토리가 5배 확장되었습니다.

세 번째 시대는 지권(geosphere)과 생물권(biosphere)의 공진화를 특징으로 하며 약 35억 년 전(~3.5 Ga)부터 현재까지 이어집니다. 원생누대(Proterozoic, ~2.45 Ga 시작) 이전까지 저자들은 광물화에 미치는 생명체의 영향을 "최소한"이라고 묘사합니다. 그것은 **대산화 사건(Great Oxidation Event, ~2.3 Ga에서 ~2.2 Ga)**과 함께 변했는데, 이는 우리가 보았듯이 자색 및 녹색 광합성 미생물들이 물을 분해하는 방법을 발견하여 (원래는 독성이었던) 부산물인 산소를 생성한 결과였습니다. 암석의 표면 풍화는 대기 조성의 변화를 조절하는 데 도움을 주었고, 이는 대양의 비가역적인 산화환원 변화와 함께 "거대한 탄산염, 호상철광층(BIF), 황산염, 증발암 및 기타 암석층의 침전"을 낳았습니다. 현생누대(Phanerozoic, ~500 Ma에서 현재)는 탄산염, 인산염, 규산염으로 된 생물 골격으로부터 더 많은 광물을 추가하며 현재까지 이어지는 새로운 메커니즘을 창조했습니다. 그 결과 광물은 1,500종에서 오늘날 알려진 4,300종(현재 진행형) 이상으로 증가했습니다.

모로위츠의 질문으로 돌아가서, 헤이즌과 그의 동료들은 신원생대(Neoproterozoic) 기간의 소위 **'점토 광물 공장'**에 특별한 주의를 기울입니다. "미생물 활동이 예를 들어 장석과 운모의 생물학적 풍화를 통해 점토 광물의 생산을 강화한다는 점은 잘 입증되어 있다". 이 시기에 점토 광물 퇴적물의 상당한 증가가 관찰되었는데, 이는 "토양 내 미생물 활동의 증가 결과였을 수 있다". 점토 표면은 탄소를 흡수하기 때문에(점토 광물이 필터에 자주 사용되는 이유임), 점토의 형성은 대양에서의 탄소 격리 증가를 가져왔을 수 있습니다.

다른 생물학적 활동은 다양한 광물의 형성을 촉진했을 뿐만 아니라 기후 사건에도 기여했습니다. 부피 면에서 (주로 플랑크톤의 골격에서 유래한) 탄산칼슘은 가장 중요한 광물입니다. 플랑크톤 성 석회화 생물들은 심해 퇴적물에 탄산칼슘의 꾸준한 공급원을 제공했습니다. 이는 산성이나 알칼리성 화학 물질이 추가될 때 pH 변화에 저항하는 대양 탄산염 이온 농도를 완충(buffering)하는 효과를 가졌으며, 이는 "빙하 사건을 조절하고 미래의 스노볼 지구(snowball events, 즉 빙하기) 가능성을 줄여주었다". "현생누대에서 지구 역사상 처음으로 심해의 탄산염 퇴적은 얕은 바다 환경의 퇴적과 맞먹는 수준이 되었다". 이러한 종류의 피드백 루프는 지권과 생물권 공진화의 사례로, 광물 진화를 위한 새로운 길을 열었을 뿐만 아니라 지구의 대양과 대기, 그리고 결과적으로 기후 사건에도 영향을 미쳤습니다.

진화적 관점이 가져온 차이점

광물에 진화적 관점을 도입함으로써 얻는 이득에는 지구가 아닌 우리 태양계의 다른 지구형 행성들, 그리고 어쩌면 그 너머까지 행성체가 시간에 따라 어떻게 변하는지에 대한 시스템화가 포함됩니다. 헤이즌과 그의 동료들은 이 진화를 주도하는 세 가지 주요 과정을 식별합니다. "첫째는 분리 및 농축 과정으로, 예를 들어 행성 분화, 가스 방출, 분별 결정, 부분 용융, 결정화, 그리고 수성 유체에 의한 침출 등이 있다". 이러한 과정들은 초기 태양계 물질의 상대적으로 균일한 분포를 "광범위한 벌크 성분의 스펙트럼"으로 분리하는 효과를 가졌습니다. 서로 다른 원소들이 다양한 지역으로 농축되면서, 그들의 상호작용은 필연적으로 새로운 광물 조성을 낳았습니다.

두 번째 주요 과정은 온도, 압력, 그리고 물, 산소, 이산화탄소의 작용과 같은 저자들이 **'강도 변수(intensive variables)'**라 부르는 것의 출현입니다. 그 결과 빙하 캡부터 심해 열수 분출구에 이르는 다양한 기후 및 환경 지역이 형성되었습니다. 화산 폭발부터 빙하 형성에 이르기까지, 이러한 강도 변수들은 새로운 광물과 광물 형성을 창조하는 능동적인 행위자입니다.

세 번째이자 아마도 가장 중요한 과정은 **생광물화(biomineralization)**와 생물학적 유기체가 광물의 참신함과 다양성을 위해 열어젖힌 모든 새로운 경로들입니다. 깁스 자유 에너지의 최소화(위상 공간 도표로 표현 가능한 과정)로 인한 광물 다양화와 달리, "새로운 광물은 주변의 지구화학적 환경과 평형을 이루지 않는 고도로 국지적인 부피 내에서 살아있는 유기체에 의해 촉매될 수 있다". 러브록이 약 40년 전 주장했듯, 평형에서 멀리 떨어진 시스템의 존재는 생명 유지에 필요한 조건을 유지하는 데 도움을 주는 살아있는 유기체의 작용을 암시합니다. 헤이즌과 그의 동료들은 지구 표면의 산소화와 그와 관련된 생물학적 활동이 "직간접적으로 알려진 모든 광물 종의 3분의 2 이상을 책임지고 있을 것"이라고 추정합니다.

게다가 진화적 관점은 가역적 내면성을 활성화하는 효과를 가집니다. 진화의 개념이 도입되기 전 광물학은 종종 광물을 인간의 영역 내부에 위치시켜, 결정 구조와 화학 조성 등 인간이 설정한 기준에 따라 분석하고 분류하는 관점에서 서술되었습니다. 그러나 진화적 관점은 이 프레임워크를 역전시켜, 인간을 지구의 역사를 포함한 우주의 진화 내부에 위치시킵니다. 종종 무의식적으로 실현되는 이 효과는, 인간의 삶이 우주 역사의 아주 찰나의 순간 동안만 존재해 왔으며, 시간적으로 훨씬 더 오래되었고 지구가 현재와 같은 모습이 되는 데 훨씬 더 깊은 뿌리를 가진 물체들에 둘러싸여 있다는 점을 강조합니다.

이러한 성취에도 불구하고, 헤이즌과 그의 동료들은 생물학적 과정과, LMK가 말하는 원칙적으로 '미리 정해질' 수 있는 물리적·화학적 과정 사이의 구분을 충분히 인식하지 못하는 경향이 있습니다. 어떤 면에서 헤이즌의 팀은 "엄격하게" 물리적·화학적인 과정이라고 언급함으로써 생물학적 광물 생산을 포함하지 않는 시점을 명확히 하려 노력합니다. 그러나 다른 면에서 그들은 LMK가 도출한 물리화학적 과정과 생물학적 결과 사이의 차이를 얼버무리는 경향이 있습니다. 예를 들어, 대산화 사건과 같은 중대한 혁신은 예측될 수 없었을 것이라고 생각하는 것이 합리적인데, 왜냐하면 그것은 특정 광합성 미생물 종들이 환경에서 충분히 많아져서, 증가한 산소 수치를 독소로 반응하기보다 에너지원으로 사용할 수 있는 다른 유기체들을 위한 인접 가능 니치를 창조하는 것(그리하여 오늘날 동물과 식물이 점유한 모든 니치를 여는 것)에 달려 있었기 때문입니다. 지표 산소화가 헤이즌 등에 따르면 지구 광물 진화의 주요 요인이었으므로, 이 사건으로 인한 광물들 역시 예측될 수 없었음이 분명합니다.

따라서 필자는 모든 지구형 행성과 위성들이 동일한 진화 궤적을 따른다는 헤이즌과 동료들의 주장을 어느 정도 걸러서 받아들일 필요가 있다고 봅니다. 그들은 "지구에서 관찰된 광물학적 복잡성 출현의 일반 원칙은 분화된 소행성, 위성, 혹은 지구형 행성 어디에나 동일하게 적용된다"고 씁니다. "한 천체가 단순한 에이콘드라이트 단계를 넘어 광물학적 복잡성을 진전시키는 정도는 후속 순환의 성격과 강도에 의해 결정된다. 결과적으로 행성 표면 광물학은 화성 분화, 화강암 형성, 판 구조론, 대기 및 해양 재작업(풍화 포함), 그리고 생물학적 영향과 같은 순환 과정들이 그 천체의 역사에 미친 범위를 직접적으로 반영할 것이다". 이 목록에서 "생물학적 영향"은 이전의 비생물학적 힘들과 구별되지 않은 채 언급되고 있음에 주목하십시오.

그리하여 그들은 마치 '순환적인' 물리적 과정들이 지구, 달, 화성에서 모두 동일한 궤적을 따르듯, 지구 이외의 다른 생명 출현 역시 지구의 모델을 따를 것이라고 암시합니다. 이에 따라 그들은 물이 없는 지구형 천체들의 역사를 지구가 밟아온 동일한 궤적상의 더 이른 지점에서 멈춘 것으로 해석합니다(예를 들어 달, 그리고 대기와 물을 잃은 후의 화성). 이러한 추론 방식의 문제는 태양계에서 생물학적 창발을 경험한 지구형 천체가 우리가 아는 한 단 하나, 즉 지구뿐이라는 점입니다.

비슷한 조건 하에서 생명이 탄생한 또 다른 지구형 천체가 어딘가에 존재한다고 가정해 봅시다. 그러한 행성에서는 대산화 사건이 일어나지 않았을 수도 있고, 황화수소가 지배하는 대기가 계속 존재했을 수도 있습니다. 그 경우 그 행성의 광물 진화는 극적으로 다를 것입니다(지구 광물의 3분의 2가 지표 산소화 덕분에 존재하기 때문입니다). 따라서 모든 지구형 천체가 동일한 종류의 광물 진화를 따른다는 제안에서 헤이즌과 동료들은 생명이 출현한 (가상의) 다른 지구형 행성에서의 광물 진화의 예측 불가능성(즉, LMK의 용어로 미리 정해지지 않음)을 상당히 과소평가하고 있을 가능성이 큽니다.

따라서 다른 위성이나 행성의 광물학을 관찰함으로써 생명 존재의 간접적인 증거를 찾을 수 있다는 생각은 다소 순진한 면이 있는데, 왜냐하면 우리는 오직 지구에서 일어난 생광물화의 종류만을 알고 있기 때문입니다. 그 아이디어는 만약 우리가 다른 행성에서 지구와 유사한 생광물화를 관찰한다면 그것이 생명이 존재했음을 나타낼 것이라는 뜻입니다(거대 지형의 생광물화는 미생물에 불과할 수 있는 생명체 자체보다 원격으로 더 쉽게 탐지될 수 있다는 함의와 함께). 사실 우리는 어떤 종류의 생명이 출현할 수 있는지, 그리고 결과적으로 어떤 종류의 생광물화가 일어났을지 전혀 알지 못합니다. 아마도 유일하게 안전한 추측은, 어떤 종류든 다른 지구형 행성의 광물 풍경이 지구와 맞먹는 다양성과 복잡성을 보여준다면 그것을 생명 출현의 후보로 고려할 수 있다는 정도일 것입니다.

역동적 관점 대 정적 관점

광물 진화에 대한 도식을 제시한 후, 헤이즌과 동료들은 이 궤적을 나타내기 위해 '진화'라는 용어를 사용하는 것이 적절한지를 고찰합니다. 그들은 어떤 이들이 이를 놀랍거나 부당하다고 느낄 수 있음을 인정합니다. "가장 일반적인" 수준에서 진화가 단순히 "시간에 따른 변화"를 의미한다는 점을 언급하며, 그들은 광물 진화가 "부분적으로는 태양계 이전 시대의 광물적 빈곤함으로부터 점차 더 다양하고 복잡한 집합체로 이끄는 결정론적이고 비가역적인 과정의 연속에서 발생하기 때문에 그 이상의 무언가를 함의한다"고 제안합니다. 모로위츠 등을 인용하며 그들은 이 궤적이 "더 일반적인 우주 진화 과정의 매혹적인 특정 사례"라고 시사합니다.

그럼에도 불구하고 그들은 광물 진화가 생물학적 진화와 평행하다고 단순히 가정하는 것은 실수라고 경고하는데, 왜냐하면 광물은 생존을 위해 '경쟁'하지도 않고 유전적 특성을 자손에게 물려주지도 않기 때문입니다. 생광물화를 제외하면, 생명 탄생 이전 시대에 형성된 광물들은 그들에게 작용하는 물리적·화학적 힘의 기저에 깔린 규칙성들에 의해 지배되었습니다. 예시로 그들은 화강암 마그마에서 감람석(olivine)보다 석영(quartz)이 우선적으로 결정화되는 것을 듭니다. 이것은 석영이 감람석을 '이겨서' 일어나는 일이 아닙니다. 오히려 "깁스 자유 에너지의 최소화가 감람석이 아닌 석영의 핵 생성과 성장으로 이끌었을 뿐입니다".

이러한 인정에도 불구하고, 우리가 보았듯이 그들의 수사에는 물리적·화학적 과정을 생물학적 과정과 무차별적으로 묶으려는 경향이 있으며, 생명체가 물리적·화학적 과정만으로는 가질 수 없는 창의적 가능성을 가지고 있다는 점을 충분히 인정하지 않습니다. 예를 들어, 그들이 물리화학적 진화력과 생물학적 진화의 차이를 강조하는 바로 그 문단에서 그들은 이렇게 씁니다. "광물 진화의 원동력은 오히려 [즉, 생물학적인 생존과 번식 메커니즘보다는] 생명 탄생 이전 및 생물학적으로 매개된 온도-압력-조성 환경의 진화하는 다양성이다". 그러나 어떤 과정이 생물학적으로 매개되는 즉시, 그것은 물리화학적 과정의 예측 가능성을 잃어버리며, 예측될 수 없을 뿐만 아니라 특정 시간과 장소에 고유하여 다른 어디에서도 복제될 수 없는 비가역적이고 창의적인 방향으로 진화할 수 있습니다. 즉, 생물학적 매개는 광물학에 이야기를 부여했을 뿐만 아니라, 광물 진화에 독특하고 개별적인 **'역사(history)'**를 부여했습니다.

헤이즌과 그의 팀의 서사(Hazen et al. 2008)에 존재하는 이러한 결함의 결과로, 생물학적 매개가 어떻게 광물의 진화를 변화시켰는지, 그리고 광물 진화가 일어난 경로(인접 가능성)에 대한 완전한 이야기는 아직 쓰이지 않았습니다. 물론 그러한 이야기는 헤이즌과 그의 팀이 쓴 진화 이야기보다 수천 배는 더 복잡할 것이므로, 이 지점에서 그들의 놀라운 기여를 인정하고 그 성취를 축하하는 것이 마땅합니다.

그들이 이룩한 변화를 측정하기 위해, 우리는 광물 진화의 역동적인 이야기와 시간성이 진지하게 고려되기 이전의 광물화에 대한 정적인 설명을 비교해볼 수 있습니다. 광물화가 논의되고 광물이 분류되던 관습적인 방식은 그들의 "평형 및 물리적 특성", 예를 들어 "주요 음이온(규산염, 탄산염, 할로겐화물 등)"에 따른 화학 조성을 통하는 것이었으며, 이는 "광물계를 화학적으로 연관된 종들의 그룹으로" 나누었습니다. 추가적인 하위 그룹은 "결정 화학적 기준"(즉, 어떤 종류의 결정 구조를 가졌는가)에 근거했으며, 이는 광물을 "주요한 위상적 모티프에 따라" 나누었습니다. 여기서 초점은 화학적·물리적 과정에 있기 때문에, 분석은 전형적으로 "개별 광물이 형성되고 광물 그룹이 공존하는 안정 조건"을 보여주는 평형 상 도표(phase diagrams)를 구축함으로써 진행되었습니다. 이러한 전통적인 분류 방식의 유용성을 신중하게 인정하면서, 헤이즌과 그의 협력자들은 "평형 결정 화학과 열역학적 고려 사항을 결합한 이 다재다능한 프레임워크는 광물의 물리적 특성과 원자 배열 사이의 긴밀한 관계를 강조한다"고 씁니다. 저자들은 아주 정중하게, 이러한 접근 방식이 과학적 타당성은 있지만 광물학이라는 주제를 다소 지루하게 만든다고 암시합니다. 왜냐하면 그것이 이러한 구성이 어떻게 생겨났는지에 대한 드라마와 흥분을 지워버리며, 그 과정에서 다양화를 위한 새로운 길을 여는 데 있어 생물학적 매개가 수행한 역할을 최소화하기 때문입니다.

그들의 접근 방식은 이러한 물리적·화학적 과정이 "광물학에 필수적"임을 부정하는 것이 아니라, 진화적 변화의 맥락 속에서 그것들을 도입하는 것입니다. 태양계 이전 성운의 빈곤함에서 시작하여, 그들이 상상하는 이상적인 광물학 강의는 이 십여 종의 '원형 광물(ur-minerals)'이 다양한 결합 유형(공유 결합, 이온 결합, 금속 결합 등)을 나타내며 구조적 모티프(규소, 마그네슘, 칼슘 등의 다면체 배위)를 포함하고 있음을 강조할 것입니다. 거기서부터 강의는 평형 상 도표를 통해 분석함으로써 "그들의 응축으로 이끄는 상대적으로 단순한 상 관계"를 논의할 것입니다. 따라서 전통적인 광물학의 기초가 교육되겠지만, "더 큰 진화 이야기의 일부로서 도입될 것"입니다. 그들의 포인트는 전통적인 접근 방식만으로는 더 이상 충분하지 않다는 것입니다. 첨단 연구 기술과 컴퓨터 데이터베이스의 개발로 성취된 광물 종과 과정에 관한 방대한 지식 증가를 활용하기 위해, 이 분야에는 광물 진화에 관한 더 완전하고 정확하며 역동적인 이야기가 필요합니다.

공교롭게도 이러한 새로운 깨달음의 상당 부분은 광물 진화에서 생물학적 과정이 수행하는 역할에 초점을 맞추고 있습니다. 이 논문에 비추어 볼 때, 이 분야는 광물 진화가 생명의 출현과 함께 단순히 더 복잡해진 것이 아니라 위상 공간 도표의 미리 정해짐으로부터 생명 창의성의 예측 불가능한(단순히 무작위적이지는 않은) 창발로 전이되었다는 LMK의 지적에 이제 막 눈을 뜨고 있는 중입니다. 지권과 생물권의 공진화는 화학적·물리적 과정이 기저의 규칙성 외에도 예측 불가능한 새로움이라는 떼어낼 수 없을 정도로 복잡한 요소를 갖게 되었음을 의미합니다.

진화의 일반 이론?

어떤 분야가 전통적인 용어를 채택하면서 새로운 의미를 부여할 때, 대개 두 가지 유형의 반응이 나타납니다. 하나는 그 조치에 반대하며 적절성에 의문을 제기하는 것이고, 다른 하나는 새로운 명명을 인정하고 그것을 전통적인 의미와 병치했을 때 어떤 함의가 있는지 추측하는 것입니다. 이는 콘웨이의 *생명 게임(Game of Life)*과 같은 컴퓨터 시뮬레이션이 계산 애니메이션 디스플레이에서 서로 상호작용하는 서로 다른 '종'의 출현을 보여주었을 때 '인공 생명'이라는 용어와 함께 일어났던 일입니다. 로버트 로젠(Robert Rosen) (1991) 등은 '인공 생명'의 출현을 사용하여 하나는 탄소를 기반으로 하고 다른 하나는 실리콘을 기반으로 하는 두 종류의 생명의 출현으로 가능해진 기획인 '생명 자체'에 대해 추측했습니다. 광물 진화라는 아이디어도 유사한 이분법적 반응을 보였습니다. 한편으로는 광물에 진화적 용어를 적용하는 것에 반대하는 이들이 있고, 다른 한편으로는 광물 진화와 생물학적 진화의 병치가 무엇을 암시하는지 추측하고 싶어 하는 이들(그리고 그 목록은 기술 진화와 문화 진화로까지 확장될 수 있음)이 있습니다.

필자의 프로젝트에서 기술 진화는 특히 생물학적 진화와 짝을 이룰 때 특별한 관심사입니다. 따라서 필자는 헤이즌과 동료들이 "모든 복잡한 진화 시스템"의 특징일 수 있다고 제안하는 세 가지 측면, 즉 **선택(selection), 단절(punctuation), 멸종(extinction)**을 식별할 때 특히 흥미를 느낍니다. 1장에서 묘사된 미시-진화-기술(micro-evo-techno) 생태적 관계성의 관점에서 볼 때, 이 세 가지 과정은 1차 및 2차 창발이 연관될 수 있는 또 다른 렌즈를 구성합니다.

선택에 대해 헤이즌과 동료들은 복잡성이 대개 무수히 많은 상황에서 서로 상호작용하는 수많은 독립된 행위자들 때문에 발생한다고 지적합니다. 그럼에도 불구하고 그들이 '선택 규칙'이라 부르는 것 때문에 상대적으로 적은 수의 창발만이 일어납니다. LMK 역시 무작위 조합에 대해 유사한 지적을 합니다. 즉, 제약이 어떤 것이 생존 가능한지를 제한하기 때문에 대부분의 가능한 복잡한 조합은 결코 존재하지 않을 것입니다. 헤이즌과 동료들이 언급했듯, "중성자와 양자는 수백 종의 안정된 동위원소로만 조립되며, 83종의 지화학적으로 안정된 화학 원소는 수천 종의 광물 종으로만 결합한다. 확률적 과정이 일부 선택적 사건의 구체적인 결과에 영향을 미칠 수는 있지만, 선택은 물리적·화학적 원리에 의해 가이드 되므로 정의상 무작위가 아니다". 여기서 우리는 "변이의 99.9%는 해롭기 때문에" 무작위 돌연변이가 생물학적 진화의 주요 동력이 될 수 없다는 린 마굴리스의 주장을 떠올릴 수 있습니다.

기술 진화의 관점에서 관련 제약에는 무엇이 가능할지에 대한 물리적·화학적 한계뿐만 아니라 자금 조달, 투자, 정부 규제, 마케팅 고려 사항, 연구 개발 조직의 역량 및 기타 수많은 요인이 포함됩니다. 따라서 가능한 모든 복잡한 기술적 발명 중 오직 소수만이 성공하여 경쟁적인 문화적·생물학적 조건 속에서 실현된다는 것은 타당합니다. 종종 단일 조직이 자금과 개발 기회를 특정 방향으로 유도함으로써 차이를 만들 수 있는데, 예를 들어 **워런 위버(Warren Weaver)**가 록펠러 재단 이사였을 때 분자 생물학을 위해 했던 일과 같습니다.

헤이즌과 동료들(2008)이 식별한 두 번째 일반성은 **단절(punctuation)**입니다. 나일스 엘드리지(Niles Eldredge)와 스티븐 제이 굴드(Stephen Jay Gould)의 '断續平衡(punctuated equilibria, 단속 평형설)' 개념을 인용하며, 그들은 핵합성부터 언어 출현까지 다양한 분야에서 관찰된 이 패턴이 광물 진화에서도 특징적이라고 논평합니다. "지구 역사에서의 핵심적인 비가역적 사건들-예를 들어 45억 년 전의 행성 분화와 후속적인 대기 및 수권 형성, 30억 년 전보다 이른 시기의 섭입 시작, 약 22억 년 전과 6억 년 전의 주요 대기 산화 사건, 그리고 현생누대에서의 지표 생물군 출현 등은 지구의 광물학적 풍경을 영원히 바꾸어 놓았다".

기술 진화에서도 이와 유사한 비가역적 사건들이 단절된 방식으로 일어났습니다. 농업의 발명부터 핵무기의 창조까지, 분수령이 되는 사건들은 사람들이 사는 방식을 바꾸었고 삶의 패턴을 너무나 근본적으로 변화시켜 거기서 되돌아갈 수 없게 만들었습니다. 이러한 단절된 리듬이 생물학적 진화와 깊이 얽혀 있기 때문에 발생한다고 추측하는 것은 흥미로운 일입니다. 단지 하나의 인접 가능성이 아니라 그 전체 영역을 열어젖히는 발견이 이루어지면, 이 발전의 완전한 함의가 실현됨에 따라 상당한 시간이 흐를 수 있으며, 도약 이후에는 그 간극을 메우는 상대적으로 긴 기간이 뒤따릅니다. 한 예로 트랜지스터의 발명이 있습니다. 트랜지스터는 그것이 대체한 진공관의 여러 문제들, 즉 열 소산, 크기 요건, 시스템 과부하, 부품의 취약성, 그리고 정보 저장, 분석, 전송의 비효율성을 단번에 해결했습니다. 트랜지스터는 엄청난 범위의 인접 가능성들을 열어젖혔고, 그 발견 이후 견고한 혁신과 보급의 시기가 뒤따랐는데, 이를 비유적으로 기술 진화의 캄브리아기 폭발이라 부를 수 있을 것입니다. 이제 트랜지스터가 필연적인 실행 가능성의 한계(이 경우 실리콘 원자의 크기)에 도달함에 따라, 양자 컴퓨팅부터 탄소 및 흑연 나노튜브에 이르기까지 대체 기술에 대한 실험이 넘쳐나고 있습니다. 의심할 여지 없이 돌파구가 마련되고 또 다른 새로운 기술이 실현 가능해지면, 우리는 그 발전이 열어준 가능성들이 착취되는 또 다른 빠른 변화의 시기로 진입할 것입니다.

헤이즌과 그의 동료들이 식별한 세 번째 특징은 **멸종(extinction)**입니다. 그들은 몇 가지 사소한 예외를 제외하고는 광물 진화에서 멸종이 중요한 역동성이 아니라고 결론짓습니다("한때 지표 근처 환경에서 발견되었으나 더 이상 존재하지 않는 단 한 종의 광물을 상정하기조차 어렵다"). 그러나 기술 진화에 있어 멸종은 여러 의미에서 핵심적입니다. 1장에서 묘사했듯, 세 번째 밀레니엄에서 기술 진화의 속도는 거의 기하급수적으로 가속화되고 있습니다. 서로 다른 곡물과 식물이 테스트되고 채택되거나 거부됨에 따라 수 세기에 걸친 개발이 뒤따랐던 농업의 발명과 오늘날을 대조해 보십시오. 오늘날 기술 혁신의 수명은 몇 년 또는 단 몇 달 단위로 측정될 수 있습니다.

기술 진화에 있어 멸종이 결정적인 또 다른 의미는 물론, 기술적 개입이 서식지 상실, 토양·공기·수질 오염, 해양 플라스틱 및 기타 오염 물질, 살충제, 지구 온난화 및 기후 변화를 통해 무수히 많은 생물 종을 멸종으로 몰아넣고 있는 속도입니다. 많은 이들이 이제 인류가 스스로를 멸종으로 몰아넣을 것인지 묻고 있습니다. 린 마굴리스는 미시 세계의 강인함과 장수함에는 확신이 있었지만, 인간에 대해서는 그것이 '만약'이 아니라 '언제'의 문제라고 생각했습니다. 유전자 편집이 일상적인 현실이 된 지금, 지속적인 기술적 실험이 인류를 너무나 근본적으로 변화시켜 인류가 다른 무언가로 변태하게 할 가능성도 전혀 무리가 아닙니다.

선택, 단절, 멸종이라는 세 가지 일반성은 광물 진화 못지않게 기술 진화에도 적용됩니다. 우리는 광물 진화가 물리적 과정의 예측 가능한 규칙성과 생광물화를 통한 생물학적 진화의 예측 불가능성을 모두 포함하고 있음을 보았습니다. 이 점에서 기술 진화는 어떠할까요? 기저의 규칙성들은 선택 과정에서 두드러진 역할을 하는데, 왜냐하면 그것들이 장치나 과정이 작동할지 여부를 판가름하는 기준을 결정하기 때문입니다. 그러나 필자에게 기술 진화에서 작용하는 시간 체제는 생물학적 진화의 그것과 동일해 보이는데, 즉 인접 가능성들의 지그재그함과 발전을 위한 새로운 경로가 열림에 따라 궤적에 내재된 예측 불가능성입니다.

광물 진화에서의 생물군의 조력(AID): 증폭, 혁신, 다양화

이 책의 전체적인 논지 측면에서, 이 장은 물리화학적 과정이 가진 종류의 행위성과, 자신의 지속적인 존재와 일치하는 방식으로 행동하는 경향이 있는 생물학적 생명체의 동기 부여된 행동 사이의 구분을 위한 이론적·실증적 토대를 마련하는 데 도움을 주었습니다. 광물에 미치는 생물군(주로 미생물)의 효과는 **AID(Amplify, Innovate, Diversify)**라는 약어로 요약될 수 있습니다. 미생물은 호상철광층의 거대한 덩어리부터 생물 골격에서 유래한 대양의 탄산칼슘 더미에 이르기까지 광물의 양을 드라마틱하게 늘렸기에 **증폭(Amplify)**합니다. 생물군은 물리적 과정 단독으로는 접근할 수 없었을 진화의 경로를 직간접적으로 열어주었기에 새로운 광물의 부상에 기여하여 **혁신(Innovate)**합니다. 생물군은 지구상의 광물 종류를 오늘날 전체의 약 3분의 2에 달할 정도로 대폭 늘렸기에 광물을 **다양화(Diversify)**합니다. 요컨대, 광물 진화의 이야기는 생명체의 AID 효과 없이는 지금처럼 풍요롭고 다채롭지 못했을 것입니다.

게다가 광물 진화의 이야기는 시스템적 미리 정해짐과 예측 불가능한 창발이라는 두 가지 서로 다른 시간 체제가 어떻게 협력하여 어느 하나만 있을 때보다 더 복잡한 서사를 만드는지를 보여줍니다. 생명은 그 모든 창의성, 예측 불가능성, 그리고 하나의 인접 가능성에서 다른 가능성으로 도약하는 독특한 동역학을 통해, 암석 형성에 미치는 바람, 대양, 물, 지각 운동의 예측 가능한 효과를 활기차게 만들고 확장합니다.

마지막으로, 이 장은 생물학적이든 광물적이든 기술적이든, 역사적으로 우발적인 창발과 진화의 궤적을 생생한 등장인물과 매혹적인 줄거리를 가진 드라마틱하고 흥미진진한 이야기로 구성할 수 있는 토대를 마련했습니다. 암석의 사례를 통해 선택, 단절, 멸종이 어떻게 작동하는지 보여줌으로써, 광물 진화는 생물학적 진화뿐만 아니라 기술 진화와도 비교할 수 있는 기초를 제공합니다. 광물과 마찬가지로 기술적 인공물들도 일단 발명되고 나면 작동을 위해 물리적 과정의 기저에 깔린 규칙성들에 의존합니다. 그러나 생물학적 생명체와 마찬가지로 기술적 진화도 Surprising하고 창의적이며 예측 불가능한 방식으로 하나의 인접 가능성에서 다음 가능성으로 도약합니다. 인간의 의식적 전략이 비인간의 비의식적 인지와 협력할 때, 삶을 변화시키는 발전의 잠재력은 우리 자신뿐만 아니라 우리와 지구를 공유하는 모든 비인간 종들을 위해서도 증폭되고 가속화됩니다-좋든 나쁘든 말입니다.