2. 유전자는 ‘어떤’ 정보인가?
2.3.1 목적의미론적 정보 이론
DST 진영의 주장에도 불구하고 여러 발생 요인들 중에서도 여전히 유전자는 여전히 특별한 요인으로 남아있다(Wheeler, 2007). 많은 생물학자들과 철학자들은 생물학에서 이야기 되는 유전자 정보에는 무언가 특별한 점이 있다고 지적했다. 그들에 따르면 유전자가 담고 있는 정보는 유전자를 둘러 싸고 있는 환경적 정보와 질적으로 구별되며 유전자는 환경에 비해 양적으로도 더 풍부한 정보를 품고 있다. 그들이 말하는 유전자의 특별함이란 그것의 개념이 정확히 무엇이든, 유전자는 할 수 있지만 환경 등 비유전적 요소들은 할 수 없는 무엇인가를 의미한다(Godfrey-Smith, 2000).
앞서 살펴보았듯이 새넌의 정보 이론과 드레츠키의 인과 정보 이론은 이러한 직관을 포섭하지 못한다(Kumar, 2014). 따라서 유전자가 질적으로 다른 발생
요소와는 구별되는 특별한 속성의 정보를 담고 있다 믿는 이들에게는 자신들의 직관을 뒷받침할 수 있는 대안 이론이 필요했다. 이를 위해 많은 생물철학자들이 유전자에 의미론석 속성을 부여하는 작업에 뛰어들었다. 그들의 작업은 주로 생물학의 정보에 의미론적인 속성을 연결짓는 작업이었다.9
유전자에 특별한 종류의 의미론적 내용을 부여하기 위한 여러 시도들 중 가장 활발하게 논의된 이론으로 목적의미론적 정보 이론을 들 수 있다(Weber, 2005).
메이나드 스미스는 유전자에 의미론적 정보를 담기 위하여 밀리컨식의 목적론적 의미론(teleosemantics)을 생물학의 정보 개념과 접목시켰다10. 이는 일종의 기능주의적 접근으로서 유전자 정보의 내용을 생물학적 기능으로 환원시키고자 하는 시도였다. 본래 밀리칸은 목적의미론 이론을 통해서 정신 상태 내용에 대한 자연주의적 정의를 내리고자 했다. 그에 따르면 정신 상태의 내용은 정신 상태 그 자체의 고유한 기능이거나 그러한 기능을 만들어 낸 메카니즘이다. 이 때 고유한 기능이란 그러한 기능을 가진 대상이 마땅히 해야할 일이며 그 내용은 자연선택에 의해 결정된다. 다시 말해 정신 상태의 내용은 자연 선택에 의해 결정된다. 어떤 정신 상태가 자연 선택된 이유는 그러한 상태가 자기 자신 또는 자기와 운명을 같이하는 개체의 번식과 생존에 도움을 주는 기능을 하기 때문이다. 기능은 선택된 효과다(Millikan, 1984). 같은 방식을 통해 목적의미론적 정보 이론은 정신 상태 대신 유전자 정보의 의미를 물었다. 목적의미론적 정보 이론에 따르면 유전자 정보에 담긴 내용은 그것이 맡고 있는 기능의 내용이다.11
9 . 하지만 이러한 작업은 엄밀하게 정의되지 않았으며생물학적 시스템에 접합시키기에는
많은 문제점들을 내포하고 있었다는 비판이 이어졌다(Jablonka, 2002).
10 목적의미론에는 다양한 분파 이론들이 존재한다. 밀리컨과 파피뉴를 필두로 프라이스
아프람스, 스티그만, 넨더, 쉐이 등이 수정된 목적의미론을 제안했다(Artiga, 2014). 메이 나드 스미스는 그 중에서 밀리컨의 이론을 바탕으로 자신의 주장을 전개했다.
11 유전자에 담긴 표상은 심리적 표상이 아니다. 아무도 DNA 구조의 심적 상태를 이야기 하고 싶지는 않을 것이다. 심지어 창조론을 믿는 사람들이라도 신이 우리에게 자아를 부여했듯이 DNA 에게도 그러했으리라고 말하지는 않을 것이다.
목적의미론적 정보 이론의 장점은 정보의 내용을 담은 표상의 존재가 명확하다는 점이다. 앞서 살펴 보았던 새넌과 드레츠키의 이론은 정보 제공자와 정보 수용자 사이의 관계에 따라 정보량, 정보의 내용을 정의했었다. 목적의미론적 정보 이론은 여기에 제공자와 수용자를 이어주는 중간 매개자를 추가한 정보 제공자, 매개자, 수용자의 삼자 시스템 구조를 취한다. 이러한 정보 시스템 안에서 정보 제공자는 외부로부터 특정한 자극을 받으면 표상의 형태로 정보 매개자를 생산한다. 표상은 모종의 과정을 거쳐 정보 수용자에 도달하며 수용자는 표상을 받아 특정한 결과를 생산한다. 이 때 표상의 형태로 나타난 정보 매개자의 내용은 자연선택에 의해 결정된다.
지금까지의 내용을 정식화 하면 다음과 같다.
유전자 정보(I)는 오직 다음과 같은 경우에 내용 C 를 가진다 (ㄱ) I 는 정보 제공자(P)와 정보 수용자(U) 사이를 중개한다.
(ㄴ) P 는 C 상태일 때 I 를 생산한다.
(ㄷ) U 는 I 를 전달 받아 결과물 (B)을 생산한다.
(ㄹ) C 는 U 가 B 를 생산한 경우 진화적으로 성공적일 조건이다.
예를 들어 정글 속에 새들이 무리를 지어 살고 있을 때 포식자가 나타나면(C) 가까히 있던 새1(P)가 경고음(I)을 내며 울기 시작한다. 주변에 있는 새2는(U) 경고음을 듣고 나서 회피 행동(B)을 한다. 회피 행동을 함으로서 새2는 포식자를 피해 살아 남을 수 있다. 경고음은 “주변에 위험한 포식자가 나타났다” 는 의미를 담고 있다. 이러한 회피 행위를 통해 경고음을 내는 유전자를 지니고 있는 개체와 집단은 그렇지 않은 집단에 비해 더 높은 생존율을 가지게 된다. 따라서 이
유전자가 표상하는 바는 경고음이다. 유전자가 지니는 표상의 의미는 자연선택에 의해 결정된다.12
목적의미론에 따라 메이나드 스미스는 유전자 정보에 담긴 내용은 그 기능이라고 주장했다. 생물이 살아남기 위해 달성해야 하는 기능적 요구는 강한 규범성을 제공한다. 만일 어떤 유기체가 생존을 위해 요구되는 기능을 충족시키지 못했다면 지금까지 살아남지 못했을 것이기 때문이다. 따라서 유전자가 본래 표상해야 하는 올바른 내용은 바로 유전자가 지니고 있는 기능, 그 자체에 다름 아니다. 유전자가 의미적 정보를 가지는 이유는 아미노산 시퀀스나 표현형과 인과적 관계를 맺고 있기 때문이 아니라 유전자가 그들을 표상하기 때문이다. 그리고 그 기능은 자연선택에 의해 고정된다. 비행기의 목적이 엔지니어에 의해 결정되듯이 유전자의 목적은 자연선택에 의해 결정된다. 유전자 안에 성체가 이루어야 할 완전한 청사진이 담겨있지는 않다. 하지만 그 안에 성체를 이루기 위한 방법(recipe) 정도는 충분히 수용할 수 있으며 올바른 성체를 형성하는 것이야 말로 유전자가 내포한 정보의 지향점이다. 유전자 속의 암호는 어떤 단백질을 만들어낼지 명령하고 만들어진 단백질을 어떻게 분배하여 유기체를 구성할지 지시한다. 유전자 말고 도대체 무엇이 이러한 정보를 내제화할 수 있단 말인가?
(Smith, 2000).
목적의미론적 정보 이론에 따르면 이러한 표상의 내용은 자연선택에 의해 결정된다. 유전자 정보의 내용을 표상으로 보는 견해는 다른 정보 이론들에 비해 다음과 같은 장점을 가진다. 우선 표상의 대상, 즉 유전자 정보의 내용이 무엇을 의미하는지가 명확하다. 다음으로 생물학적 정보의 센트럴 도그마적 일방통행을 설명할 수 있다. 유전생물학의 중심 원리(센트럴 도그마)에 따르면 만일 DNA 와
12 지금까지 언급한 내용들은 목적의미론에 대한 대략적인 설명에 지나지 않는다. 그러나
본문에서 다루는 목적의미론적 유전자 정보 이론에 대한 이해를 도울 수 있는 최소한의 이론적 소개로서는 충분하다. 목적의미론적 유전자 정보 이론을 소개한 메이나드 스미스 의 논문에서도 이와 비슷한 수준의 설명만이 제시되었다.
RNA 배열에 대한 정보를 갖고 있다면 우리는 그것들을 바탕으로 일련의 번역 과정을 거쳐 생성될 단백질, 더 나아가선 그 단백질로 이루어질 개체의 표현형을 예측할 수 있다. 반면 단백질과 표현형으로부터는 그것을 생성하였을 DNA, RNA 배열을 추측할 수는 없다. 유전자는 표현형에 대한 정보를 담고 있지만 그 역은 성립하지 않는다. 유전자가 표현형을 표상한다는 관점은 중심 원리의 이런 비가역적 특징을 잘 설명해낸다. 또한 유전자가 특정 표현형을 표상함으로서 그러한 표상에서 실패할 경우 잘못된 표상을 나타내는 오표상 (misrepresentation) 의 개념을 가져와 유전자 정보의 오류가능성을 설명할 수 있다. 이는 유전자가 잘못된 작동을 하여 오류를 일으킬 수 있다는 우리의 직관에 잘 부합한다(P. E.
Griffiths, 2001; Stegmann, 2004). 마지막으로 진화적 선택을 거치지 않은 비유전적 발생 요인들과의 차별화를 통해 유전자만의 독특함을 확보하고 그 배타적 성격을 보임으로서 발생 과정에 있어서 유전자의 특별함을 주장하는 근거가 될 수 있다. 유전자는 표현형을 표상하지만 환경을 포함한 비유전적 요인은 그렇지 않기 때문이다.
나는 지금부터 위 네 가지 항목들(지향성, 비가역성, 오류가능성, 배타성)을 유전자 정보의 의미론적 요구 조건이라 칭하겠다. 네 가지 의미론적 요구 조건은 각각 새넌과 드레츠키 정보 이론의 단점으로 지적된 조건들이다. 새넌의 정량적 정보 이론은 네 가지 의미론적 요구 조건을 모두 충족시킬 수 없다고 지적 받았으며 이에 대한 대안으로서 등장한 드레츠키의 인과 정보 이론 역시도 지향성, 오류가능성, 배타성을 명확히 보이는데 실패했다. 메이나드 스미스는 의미론적 요구 조건을 충족시킬 수 있는 대안 이론으로서 목적의미론적 정보 이론을 제시했다. 그러나 주로 DST 진영에 속한 학자들을 중심으로 목적의미론적 정보 이론의 장점들이 너무 과장되었거나 그 주장의 실체가 모호하다는 비판이 이어졌다. 이어서는 의미론적 요구 조건을 중심으로 목적의미론적 유전자 정보 개념을 둘러 싼 논쟁을 비판적으로 검토한다.