[논문 리뷰] The Twilight of Determinism: At Least in Biophysical Novelties

Amihud Gilead|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 15.

Climate Change Communication and Perception참고 문헌 15인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 마로姆과 브라운이 수행한 통제된 실험에서 관찰된 부상하는 자율성과 예측 불가능한 유연성으로 인해 생물학, 특히 생물물리학적 시스템에서 결정론이 점점 약화되고 있다고 주장한다. 저자들은 유전적 제약이 존재함에도 불구하고 생물학적 시스템이 결정론적 예측에서 상당한 자유를 보임을 보여주며, 감각 과학에서 기계적 설명의 한계를 재정의한다.

ABSTRACT

In the 1990s, Richard Lewontin referred to what appeared to be the twilight of determinism in biology. He pointed out that DNA determines only a little part of life phenomena, which are very complex. In fact, organisms determine the environment and vice versa in a nonlinear way. Very recently, biophysicists, Shimon Marom and Erez Braun, have demonstrated that controlled biophysical systems have shown a relative autonomy and flexibility in response which could not be predicted. Within the boundaries of some restraints, most of them genetic, this freedom from determinism is well maintained. Marom and Braun have challenged not only biophysical determinism but also reverse-engineering, naive reductionism, mechanism, and systems biology.

연구 동기 및 목표

• 현대 생물학에서 결정론 모델의 쇠퇴, 특히 생물물리학적 시스템에서의 쇠퇴를 검토한다.
• 최근 실험 결과가 생물학의 감각 과학과 기계적 설명의 가정을 어떻게 도전하는지 조사한다.
• 통제된 생물물리학적 시스템에서의 예측 불가능하고 민감한 반응이 이론 생물학에 미치는 영향을 분석한다.
• 생물 현상에서 엄격한 결정론을 해체하는 데 기여하는 생물체-환경 피드백 순환의 역할을 평가한다.
• 생물체에서 나타나는 부상하는 자율성의 관점에서 시스템 생물학과 역설계의 기초를 재평가한다.

제안 방법

• 마로姆과 브라운이 수행한 통제된 생물물리학적 시스템의 실험 결과를 분석하여 비결정론적이고 민감한 반응을 입증한다.
• 20세기 이후 생물학에서 결정론의 발전을 추적하기 위해 철학적 및 역사적 분석을 적용한다.
• 생물체와 환경 간의 상호작용이 비선형성과 예측 불가능성의 근원이 되는 관계를 분석한다.
• 복잡한 생물학적 행동을 설명하는 데 있어 감각 과학적 접근의 한계를 평가한다.
• 알려진 유전적 및 물리적 제약가운데서도 예측이 불가능한 시스템 수준의 행동과 결정론적 모델을 대비한다.
• 레온틴의 유전자 결정론에 대한 비판을 개념적 출발점으로 삼아 생물학적 예측 가능성에 대한 논의를 재구성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 생물물리학적 시스템이 결정론적 예측을 따르지 않는 정도의 자율성을 얼마나 보여주는가?
• RQ2 생물체-환경 피드백 순환은 생물학에서 고전적인 감각 과학적 및 기계적 모델을 어떻게 해체하는가?
• RQ3 통제된 생물학적 시스템에서의 예측 불가능한 민감한 반응이 시스템 생물학과 역설계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 생물물리학적 시스템의 관찰된 행동이 유전자 결정론의 가정을 어떻게 도전하는가?
• RQ5 최근 생물물리학 연구에서의 실험적 증거에서 '결정론의 쇠퇴' 개념은 어떻게 나타나는가?

주요 결과

• 마로姆과 브라운의 실험에 따르면, 통제된 생물물리학적 시스템은 단지 유전적 또는 물리적 제약만으로는 예측할 수 없는 상당한 민감성과 자율성을 보인다.
• 생물체와 환경 간의 상호작용은 생물학에서 결정론적 모델링을 방해하는 비선형 피드백 순환을 생성한다.
• 엄격한 유전적 및 물리적 제약 속에서도 시스템은 결정론에서 자유로운 형태의 자유를 보이며, 이는 예측 가능성의 한계를 시사한다.
• 이러한 발견은 복잡한 생물학적 시스템을 이해하는 데 주로 사용되는 역설계와 단순 감각 과학의 타당성을 도전한다.
• 결정론적 모델에 의존하는 시스템 생물학은 생물물리학적 신현상에서 관찰된 부상하는 비예측 가능한 행동을 포괄하기에 부적절하다는 것이 입증된다.
• 논문은 생물학에서 결정론이 완전히 버려진 것은 아니며, 이제는 더 미묘하고 맥락에 의존적인 프레임워크 내에서 작동하고 있음을 확인한다.