세포부터생태계,도시,사회관계망과기업까지,
살아있는모든것의성장과혁신,노화와죽음을지배하는
패턴과원리에관한독보적탐사
인구팽창,도시화,에너지와환경문제,노화,암,인간수명,점점빨라지는삶의속도,전지구적지속가능성…오늘날인류가마주한크고긴박한문제에놀라운통찰을던져주는,완전히새로운연구가펼쳐진다!
개미만큼작은포유동물은왜없을까?인간의수명은왜기껏해야120년인가?계속먹는데도때가되면성장을멈추고죽는까닭은무엇인가?왜어떤기업은잘나가고어떤기업은망하는가?삶의속도,혁신의속도는왜지속적으로빨라지는가?지구는언제까지인류를먹여살릴수있을까?그리고,이모든것을설명하는보편적인이론이가능할까?
《스케일》은놀라운이론적통찰에다양한학제간연구성과를종합하여,세포부터생태계,도시,사회관계망과기업까지,살아있는모든것의성장과혁신,노화와죽음을지배하는패턴과원리에관한‘큰그림’을그려내는책이다.복잡계연구의중심지인샌타페이연구소소장을지낸제프리웨스트교수가이원대한기획의주인공이다.그는지난25년의괄목할만한연구를종합하여,자연법칙과인간문명의관계를바라보는새로운시각,새로운‘개념틀’을제시한다.이책은우리모두를단순하지만심오한방식으로하나로묶는근본적자연법칙을찾아나서는흥미진진한과학적모험담이다.독자는도시,기업,생명이단순하면서도강력한같은가락에맞추어서똑같이춤을추고있음을깨닫게될것이다.
복잡계과학의대부제프리웨스트교수와샌타페이연구진25년연구의결실
제프리웨스트교수는복잡성과학,즉창발적시스템과네트워크의과학을개척한선구자로널리알려져있다.저자의연구가주목받는이유는그가우리의몸,도시,기업을포함하여살아있는체계들의복잡하고다양해보이는현상들을통일시키는근본적인단순성을발견해왔기때문이다.애초저자는이론물리학자로서소립자,끈이론,암흑물질,우주의진화등을연구하고있었다.그러던중남자들이오래살지못하는집안의일원으로서노화와죽음에관심을갖게되었고,예상과달리이에관한일반이론이없음에놀라,이주제를연구하기시작했다.인간의수명이왜지금과같으며우리는왜더오래살지못하는가하는생물학의문제를물리학자의엄밀함으로파고들었다.
수많은생물이오늘과같은형태를지니고지금과같은모습으로성장하고죽게되는것은모두피할수없는물리적법칙의제약을받기때문이라는점을깨달은저자는그물리법칙을해명하는데몰두했고,그것이퍽간단한수학으로표현될수있다는점을발견한다.그가‘스케일링법칙’이라고부르는,생물의크기변화에서발견되는규모증감의법칙이바로그것이다.그리고그는그것이도시와기업같은인간의창조물에도폭넓게적용되는‘일반법칙’임을깨닫는다.인간이만들어낸것들도결국물리적토대위에서있기에,물리법칙의제약을받을수밖에없다.
포유동물은대단히다양하지만,크기에따라일관된특성을보인다.즉,어떤포유동물의크기를알면,스케일링법칙을써서그동물이하루에얼마나먹는지,심장박동수가얼마인지,성숙하는데얼마나오래걸릴지,수명은얼마인지등등을모두알수있다.순환계의효율도정확히체중에비례하여규모가증감한다.평균체중이다른종의2배인종은순환계의효율이25퍼센트더높으며수명도25퍼센트더길다.그는이문제가근본적으로생물의몸에에너지를공급하고몸에서노폐물을제거하는‘망의프랙털기하학’과관련이있다는것을증명해왔고,그의연구는생물학에하나의중요한전환점이되었다.
그뒤로그는더대담하게연구의응용범위를넓혀왔다.도시도구석구석까지망이뻗어있으며,규모증감의법칙이기이할정도로정확히들어맞는다.웨스트는자신의혁신적인연구를기업과사회관계에도적용했고,그결과어째서어떤기업은잘나가고어떤기업은망하는지,삶의속도와혁신의속도는왜점점빨라지는지,이동역학이어째서지구의지속가능성을위협하는지와같은문제들을이해할강력한통찰을얻을수있었다.이러한발견은앞으로이루어질수많은연구들의출발점이될것이다.
생물,도시,기업모두를관통하는규모증감의법칙
책은생물에게서찾아볼수있는특징을중심으로스케일링법칙을설명하고이를토대로생명체의성장,노화와죽음의문제를검토한후,이법칙이도시와기업에서어떻게나타나는지를각각의독립된장들에서살펴보는방식으로진행된다.책의기본적인아이디어는성장을지배하는물리학의기본수학법칙이생물학적유기체와사회적유기체모두에똑같이적용된다는것이다.‘규모’,‘규모변화’라는렌즈를통해서보면서로관계없어보이는크고작은‘계’에서놀라운유사성을발견할수있다.이렌즈로보면,동식물,인간몸,종양,기업등이조직되고기능하는방식은비슷하다.조직,구조,동역학측면에서이들에게는놀랍도록단순한수학적규칙성과유사성이존재한다는것이다.
한가지만예를들어보자.동물의체중과대사율(단위시간당대사량)은지수가4분의3(0.75)에가까운거듭제곱법칙에따라증감한다.쉽게말해,어떤동물의몸집이다른동물의2배라면,필요로하는에너지의양은2배가되는게아니라75퍼센트만늘어난다는것이다.즉,크기가2배로늘때마다25퍼센트의에너지가절약된다.좀더실감나도록다음과같이말할수도있다.코끼리는쥐보다1만(10의4제곱)배무거우므로세포수도1만배많다.하지만코끼리가필요로하는에너지의양은쥐보다겨우1천(10의3제곱)배뿐이다.코끼리의에너지효율이쥐의에너지효율보다10배나좋다고할수있다.일종의‘규모의경제’를보여주는사례다.(45쪽)
놀랍게도이러한대사율의스케일링법칙은포유류,조류,어류,갑각류,세균,식물,세포까지포함한거의모든분류군에들어맞으며,성장률,심장박동수,진화속도,유전체길이,미토콘드리아밀도,뇌의회색질의양,수명,나무의키,잎의수에이르기까지,본질적으로모든생리학적인양과생활사의사건에도적용된다.이런놀라운규칙성은어디서비롯된것일까?엄청나게많은구성요소들을세밀하게통합하여효율적으로작동할수있도록진화한계층적망체계의물리적,기하학적,수학적특성때문이다.책의전반부에서는이러한망의원리,스케일링법칙의기원과메커니즘을상세하게설명하며(특히164-172쪽),이법칙이적용되는사례를구체적으로보여준다.
기업도같은스케일링법칙을따르며(9장),도시역시규모가변화할때마다일정한규칙을따른다.도시의경우엔지수가0.75(4분의3)가아니라0.85다.(‘15퍼센트규칙’)인구증가에따라도로,전선,수도,가스관의총길이,주유소수와같은기반시설의양은세계어디에서나동일한양상으로증가한다.즉,인구가2배로늘면필요한주유소의수는85퍼센트만증가한다.15퍼센트가절약되는것이다.반대로사회경제적양들은15퍼센트수확체증양상을보인다.인구가2배로늘면,특허수,GDP,임금과같은긍정적지표든,독감환자수,범죄건수,오염같은부정적지표등모두2배보다15퍼센트더늘어난다.이것이도시에사람들이모여드는이유이자사람들이도시를떠나려하는이유가된다.
단순히‘크기’가많은것을결정하기때문에,우리는생물이나도시의크기를알면그들이1분에몇번이나호흡을하는지,수명이얼마인지,그도시안에식당은얼마나있고변호사와의사의수는얼마인지와같은특성을예측할수있다.
책에서다루는주요문제들
이렇게저자는스케일링법칙의개념틀로어마어마한양의데이터를엮어내는데,다루는분야만해도,입자물리,고전역학,생물학,의료,공학,건축,도시,경제,경영을아우른다.그만큼스케일링법칙이작동하고적용될수있는분야가넓다는것이다.책에서다루는문제를몇가지만소개하면다음과같다.(14-19쪽)
■우리는왜천년만년살지못하고기껏해야120년밖에살지못할까?우리는왜죽는것일까?그리고이수명의한계를정하는것은무엇일까?우리몸을이루는세포와복잡한분자의특성을토대로수명을계산할수있을까?그것들의특성을바꿀수있을까?수명을연장할수있을까?
■우리와거의동일한재료로이루어진생쥐는겨우2~3년밖에못사는반면,코끼리는왜75년까지사는것일까?이렇게차이가나는데도,평생동안의심장박동수는코끼리와생쥐를비롯한모든포유동물에서거의동일하게약15억번인이유가무엇일까?
■세포와고래에서숲에이르기까지생물과생태계가놀라울만치보편적이고체계적이고예측가능한방식으로크기에따른규모증가양상을보이는이유는무엇일까?성장에서죽음에이르기까지,생물의생리와생활사의상당부분을통제하는듯한4라는마법의수는어디서기원한것일까?
■우리는왜성장을멈추는것일까?우리는왜매일8시간을자야하는것일까?우리는왜쥐보다종양에훨씬덜걸리는것일까?그리고코끼리에게는왜거의종양이생기지않는것일까?
■기업은대부분존속기간이비교적짧은반면,도시는가장강력하면서도취약점이라고는없어보이는기업조차도필연적으로맞이하는몰락이라는운명을어떻게회피하면서성장을계속하는것일까?
■도시와기업의과학을,즉그것들의동역학,성장,진화를예측가능한정량적인방식으로이해할개념틀을개발할수있을까?
■도시의최대크기가있을까?최적크기는?동식물의최대크기는있을까?거대곤충과아주넓은거대도시megacity가존재할수있을까?
■삶의속도는왜계속증가할까?사회경제적삶을지탱하기위해혁신의속도가계속가속되어야하는이유는무엇일까?
■인류가만들어낸,겨우지난1만년에걸쳐진화한체계들이수십억년에걸쳐진화한자연세계와어떻게하면계속공존할수있을까?착상idea과부의창조를통해약동하는혁신적인사회를계속유지할수있을까?아니면지구는슬럼가,갈등,황폐함으로가득한운명을맞이할까?
우리에겐통합적인시각이필요하다
복잡성을연구하는물리학자답게웨스트교수는책의곳곳에서통합적사고의필요를강조한다.건물을짓든,도시를만들든,기업을꾸려가든,문제를체계적인맥락에서폭넓게보아야한다.
런던의명물밀레니엄브리지는이러한필요를잘보여주는사례다.새천년을기념하여템스강에건설한보행자용다리인밀레니엄브리지는저명한건축가와조각가가야심차게선보인작품이었다.그런데생각지못했던설계결함으로개통이틀만에폐쇄되었고,거의1년반뒤에야통행이재개되었다.건너는사람들의움직임에따라서다리가좌우로흔들렸고,적어도일부사람들이무의식적으로그흔들림에걸음을맞추는바람에진폭이더욱커져안전상의문제를일으킨것이다.‘공명’이라불리는이러한현상은물리학자에게는잘알려져있었지만,이다리를맡은손꼽히는건축가,설계자,공학자들은이를제대로계산에넣지못했고,그로인하여애초들어간3,000만달러외에추가로800만달러를더들여다리를보강해야했다.(412-415쪽)
자연계든인간세계든복잡한시스템을이해하는데과거의‘잘게나눠쪼개어분석하는’방식으로는한계가있다.오늘날의많은문제들은여러요인이복잡하게얽혀있어한분야의전문가가해결하기힘들고,학제간연구가불가피하다.더군다나초국가적협력이필요한지구적규모의문제,일테면환경오염,자원과에너지문제,지구온난화,빈곤,지구의지속가능성과같은문제는하나의해법이또다른문제를불러오는경우가많다.저자가제시하는통합적개념틀에주목해야하는이유다.특히유한한지구에서무제한적인경제성장을추구하는데서비롯된문제들의해결책을,과거에그래왔듯인류가이뤄낼‘혁신’에서찾을수있으리라는낙관론에크게동의하기어려운까닭을제시한마지막장은지구의지속가능성을고민하는모든이들이일독할가치가있다.
