[논문 리뷰] Social Evolution: New Horizons

Octavio Miramontes, Og DeSouza|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 24.

Evolutionary Game Theory and Cooperation참고 문헌 83인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 복잡계 원리—비선형 역학, 스케일프리 네트워크, 산산이 흩어진 자가조직화—를 다윈 진화론에 통합한 사회진화의 새로운 이론을 제안한다. 이는 협력이 생물학적 시스템의 물리적 및 체계적 제약에도 불구하고 발생하는 것이 아니라, 오히려 이러한 제약 덕분에 발생한다고 주장한다. 특히 이국적 확산, 공간적 구조, 사회 네트워크의 임계성과 같은 메커니즘을 통해 발생하며, 고대 시아노박테리아, 인간 이동성, 미생물 생태계에서의 주요 증거를 바탕으로 한다.

ABSTRACT

Cooperation is a widespread natural phenomenon yet current evolutionary thinking is dominated by the paradigm of selfish competition. Recent advanced in many fronts of Biology and Non-linear Physics are helping to bring cooperation to its proper place. In this contribution, the most important controversies and open research avenues in the field of social evolution are reviewed. It is argued that a novel theory of social evolution must integrate the concepts of the science of Complex Systems with those of the Darwinian tradition. Current gene-centric approaches should be reviewed and com- plemented with evidence from multilevel phenomena (group selection), the constrains given by the non-linear nature of biological dynamical systems and the emergent nature of dissipative phenomena.

연구 동기 및 목표

• 진화생물학에서 오랫동안 남아있는 역설에 대응: 협력은 널리 퍼져 있음에도 불구하고 이莠적 경쟁에 비해 이론화가 부족한 이유.
• 유전자 중심 모델의 지배를 도전하기 위해 다수준 선택, 비선형 역학, 그리고 태동 현상을 통합한다.
• 협력을 예외가 아니라 생물진화에서 물리적 및 체계적 제약의 근본적 결과로 설정한다.
• 공간적 구조, 이국적 확산, 스케일프리 네트워크 구조가 생물학적 및 인공 시스템 전반에서 협력을 어떻게 안정화시키는지 탐구한다.
• 특히 임계성과 산산이 흩어진 질서의 프레임워크 안에서 사회진화를 복잡계 이론의 광범위한 틀 안에 위치시킨다.

제안 방법

• 고대 협력적 생명의 직접적 증거로 고착된 스토마토라이트와 MISS(Microbially Induced Sedimentary Structures)를 분석한다.
• 게임 이론과 에이전트기반 모델링을 적용하여 반복 상호작용과 기억 기반 전략에서 협력의 안정성을 입증한다.
• 공간적 및 네트워크 모델을 사용하여 스케일프리 구조와 이국적 확산이 협력성과 정보 용량을 어떻게 향상시키는지 보여준다.
• 사회 시스템을 평형이 아닌, 산산이 흩어진 구조로 모델링하여 임계점(질서-무질서 전이) 근처에서 자가조직화되는 특성을 분석한다.
• 개미 군집, 거미원숭이의 사냥 행동, 인간 수렵채집민의 이동성을 비교하여 협력의 보편적 패tern을 드러낸다.
• 비선형 물리학의 개념—특히 임계성과 자가조직 임계성—을 진화론에 통합하여 사회성의 탄생을 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 자연에서 협력이 널리 퍼져 있음에도 불구하고 진화론에서 체계적으로 간과되어 왔는가?
• RQ2 특히 파art너가 기억력과 인지 능력을 지닐 경우, 배신자에 대비해 협력은 어떻게 안정적일 수 있는가?
• RQ3 비선형 역학, 공간적 구조, 이국적 확산이 협력 행동의 탄생에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 사회 시스템에서 스케일프리 네트워크 구조와 임계성은 협력의 강건성과 효율성을 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 시아노박테리아와 스토마토라이트와 같은 고대 협력 체계는 더 넓은 사회진화 이론에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 34.5억 년 전의 고착된 스토마토라이트는 고대의 협력적 미생물 생명체가 존재했고, 지구 대기를 변화시켰다는 직접적 증거를 제공한다.
• 34.8억 년 전의 미생물 유도 침전구조(MISS)는 고대 지구에서 이미 협력적 미생물 생물막이 행성 환경을 형성하고 있었다는 것을 시사한다.
• 게임 이론과 반복 상호작용 모델은 파트너가 기억력을 지닐 경우, 협력이 장기적으로 안정적인 전략임을 보여주며, 배신은 시간이 지남에 따라 지속 불가능하다.
• 이동성 생물—예를 들어 수렵채집민과 사냥 동물—에서 관찰되는 이국적 확산 패tern은 더 높은 만남 빈도를 유도하며 사회적 통합성과 유전자 다양성을 증진시킨다.
• 사회적 및 생물학적 시스템에서 스케일프리 네트워크 구조는 강건성과 유속 효율성을 향상시켜 고도의 협력 형성에 기여한다.
• 개미 군집과 인간의 이동 민족 집단과 같은 사회 시스템은 임계점 근처에서 작동하여 정보 용량과 사회적 조율 능력을 극대화한다.