7.1 의식의 기원: 최소 의식의 탄생

목차 ／ 제7장: 잡론

I. 최소 의식 루프의 네 가지 요건

본 장에서는 ‘최소 의식’을 검증·반증이 가능한 하나의 루프로 규정합니다. 이 루프는 동시에 진행되는 네 단계—감지, 단기 보존, 선택, 자기 이익의 증대—로 이루어집니다. 본서에서 사용하는 물리적 스케치에서는 에너지 실(Energy Threads), 에너지 바다(Energy Sea), 밀도(Density), **장력(Tension)**이 각각의 단계를 떠받칩니다.

1. 감지: 외부의 차이를 경계에 기록합니다.
   • 의미: 구조는 자극의 세기·방향·종류에 따라 다르게 반응합니다.
   • 그림: 세포막은 방향성을 지닌 경계(에너지 실)로 작동하고, 세포 안팎의 유체는 에너지 바다를 이룹니다. 빛·화학 물질·전단이 닿으면 막의 장력과 곡률이 다시 기록되며, 임계에 가까운 채널은 방향에 따라 열릴 확률이 달라집니다. 이것이 ‘감지’입니다.
2. 단기 보존: 방금 일어난 사건의 흔적을 짧게 유지합니다.
   • 의미: 자극이 끝나도 즉시 0으로 돌아가지 않고, 다음 반응에 앞선 영향이 남습니다.
   • 근거: 막 장력은 시간에 걸쳐 이완되고, 채널은 탈감작과 회복을 거칩니다. 하류 신호(칼슘 이온, 고리형 뉴클레오타이드 등)도 자연 감쇠합니다. 이 조합이 ‘짧은 기억’을 만듭니다.
3. 선택: 그 흔적을 다음 단계의 편향으로 바꿉니다.
   • 의미: 가능한 여러 반응 중 특정 반응을 선택할 가능성이 커집니다.
   • 구현: 채널 개구, 표면 장력, 마랑고니형 표면 유동, 이온 펌프의 동작점, 편모 박동수를 조절하여 이전 흔적이 선택 확률을 움직이게 합니다. 이것이 ‘선택’입니다.
4. 자기 이익의 증대: 선택이 생존이나 수익에 유리하게 작동합니다.
   의미: 자원 접근이 늘고, 손상을 피하며, 항상성이 유지되어 생존 확률이 통계적으로 올라갑니다.

판정 규칙: 네 요건이 모두 충족되어야 합니다. 감지만 있거나 수동적 복귀만으로는 부족합니다. 감지 → 보존 → 선택 → 자기 이익의 증대라는 루프가 닫혀야 ‘최소 의식’이라 부를 수 있습니다.

II. 자연계의 단세포: 광주성에서 화학주성으로

여러 단세포 생물은 안정적인 주성을 보입니다. Chlamydomonas와 Euglena는 광주성을, 많은 세균과 아메바는 화학주성을 보입니다. 네 요건의 틀로 보면 기제가 구체화됩니다.

1. 광주성: 방향성 있는 빛이 방향성 있는 장력 차로 바뀝니다
   • 감지:
     1. 막에 박힌 광감수성 단백질(로돕신류 채널, 양성자 펌프 등)이 빛의 세기와 입사 방향을 막 가로의 구배와 국소적 장력 변화로 바꿉니다.
     2. 막 아래의 눈점(아이 스팟)이나 색소 과립이 기하학적 극성을 부여하여, 들어오는 방향에 따라 비대칭 응답이 생깁니다.
   • 단기 보존:
     1. 광감수성 채널은 고유 시간척도에서 불활성화와 회복을 거칩니다.
     2. 칼슘, 고리형 뉴클레오타이드, 양성자 구배 등의 하류 신호가 각자 시간상수로 감쇠합니다.
     3. 세포골격과 막은 평형 형상으로 서서히 돌아갑니다. 이들이 합쳐져 짧은 기억을 만듭니다.
   • 선택:
     1. 편모 박동, 위족 신장 방향, 이온 펌프 활성, 대사 ‘게이트’의 변화를 통해 기록된 편향이 행동 선택으로 번역됩니다.
     2. 비운동성 세포도 표면 유동과 부착·탈부착 확률의 변화를 통해 성장·신장 방향을 치우치게 할 수 있습니다.
   • 자기 이익의 증대:
     1. 적절한 조도 쪽으로 이동하면 에너지 수지가 좋아지고 손상이 줄어 수명과 분열 확률이 상승합니다.
     2. 강한 빛을 피하는 종은 반대 방향으로 움직이지만, 이익의 논리는 같습니다.
        핵심: 광주성은 신비가 아닙니다. 빛 → 장력 차 → 채널 게이팅 → 단기 기억 → 편향된 운동/게이트라는 관찰 가능한 연쇄입니다.
2. 화학주성: 화학 구배가 장력·게이트의 비대칭으로 바뀝니다
   • 감지: 수용체나 채널이 리간드 차이에 반응하여 막 장력과 전기화학 구배의 비대칭을 만듭니다.
   • 단기 보존: 수용체 적응·탈감작, 감쇠하는 신호 연쇄, 막–골격 결합의 탄성 복귀가 짧은 기억을 제공합니다.
   • 선택: 편모 회전 방향 전환, 부착 확률의 이동, 위족의 비대칭 신장이 선택을 구현합니다.
   • 자기 이익의 증대: 영양원 쪽으로, 독성원에서 멀어지는 편향이 생존과 증식 가능성을 높입니다.

‘빛이 있다 = 의식이 있다’가 아닌 이유: 빛은 장력 교란이며 막 장력을 바꿀 수 있지만, 광주성적 최소 의식에는 다음 세 요소가 추가로 필요합니다.

3. 빛을 장력 차로 바꾸는 변환 경로(광열·광화학·광전 효과 등). 보통 광감수성 분자가 담당합니다.
4. 방향을 응답 차로 번역하는 기하학적 극성(눈점, 채널 분포의 불균일, 곡률의 비대칭).
5. 흔적을 선택으로 바꾸는 짧은 기억과 효과기(탈감작/이완 + 운동 또는 게이트).
   셋이 갖춰지면 최소 의식이 성립할 수 있고, 하나라도 빠지면 수동 감지나 안정화에 머뭅니다.

III. 검증 가능한 최소 프로토타입: 기계감수성 채널을 지닌 지질 베식울

1. ‘가장 단순한 의식’을 가려내는 지표(실험과 사유 양쪽에)
   • 감지: 세기는 같고 방향만 다른 자극을 줄 때, 채널 개방·막 장력 지표·미세 이동 벡터에 방향 의존 차이가 나타납니다.
   • 단기 보존: 두 번 자극 프로토콜에서 두 번째 응답이 첫 번째에 의존하며, 자극 간 간격이 길수록 그 의존이 줄어듭니다.
   • 선택: ‘기록’ 이후 동일 세기의 다중 입력 조건에서 유의한 선택 편향이 나타납니다.
   • 자기 이익의 증대: 자원과 억제 요인이 공존하는 미세 환경에서 생존·자원 접촉 확률이 상승합니다.
     네 지표가 모두 충족되면 루프가 닫힙니다. 한두 항목만으로는 충분하지 않습니다.
2. 설계: 막에 기계감수성 채널을 드물게 배치한 폐쇄형 지질 베식울. 이 근임계성 공들은 국소 장력 증가나 방향성 전단에서 더 쉽게 엽니다.

루프 한 바퀴의 거동:

3. 자기 이익의 증대: 더 온화한 삼투 환경·영양 쪽으로 자주 이끌리고 손상 쪽을 피하게 되어, 내용물 보존과 생존 확률이 개선됩니다.
   뉴런도 복잡한 대사도 필요하지 않습니다. 경계(막)·게이트(채널)·단기 기억(탈감작/이완)·효과기(표면 유동/유량 재배분·미세 이동)가 갖춰지면 네 요건을 동시에 충족합니다. 곧 ‘0에서 1로’ 건너가는 최소의 다리입니다.
4. 선택: 채널 유량과 표면 유동의 차이가 베식울의 미세 이동이나 내부 게이트 배치를 치우치게 합니다.
5. 단기 보존: 개방 후 채널이 탈감작되고, 장력과 곡률이 시간에 걸쳐 이완됩니다. 방금 열렸던 쪽의 임계가 잠시 이동하여 짧은 기억이 남습니다.
6. 감지: 삼투압, 전단, 국소 가열, 빛에 의한 국소 ‘당김’과 같은 방향성 입력이 한쪽 장력을 더 키워 그쪽 채널이 열리기 쉬워집니다.
7. 실험 경로
   • 기계감수성 경로(‘장력 → 게이트 → 단기 기억 → 선택’):
     1. 구성 요소: 거대 단층 베식울, 기계감수성 채널(MscL/MscS 등), 장력 리드아웃(막 장력 형광염료·형상 지표), 이온/형광 지시자(Ca²⁺, pH).
     2. 조작: 마이크로유체/마이크로피펫으로 방향성 장력(전단/감압)을 주고, 첫 개방 → 탈감작·회복 → 재자극에서의 차이를 기록합니다(단기 기억). 구배 환경에서는 편향된 드리프트나 내부 상태 유지 개선을 추적합니다.
     3. 판정: 방향 의존 개방 임계, 뚜렷한 이펄스 히스테리시스, 생존·보존의 유의한 이득.
   • 광감수성 경로(‘빛 → 장력/전기화학 → 게이트 → 선택’):
     1. 구성 요소: 거대 베식울, 광구동 펌프/광작동 채널(예: 박테리오로돕신), pH/전위/칼슘 지시자, 경미한 내재 극성(막하 입자, 패턴 조명).
     2. 조작: 방향성 조명으로 국소 장력·전기화학 상태의 차이를 만들고, 채널의 방향성 개방과 막 유동을 측정합니다. 소등 후에는 완만한 이완(단기 기억)을 추적합니다. 광 구배에서는 드리프트 확률과 내부 안정성을 비교합니다.

요약하면(핵심 다섯 가지)

• 최소 의식은 물리적 루프입니다. 감지–보존–선택–자기 이익의 증대.
• 세포막은 경계이자 게이트 플랫폼입니다. 에너지 바다가 전달하고, 에너지 실이 구조를 만들며, 밀도가 물질을 제공하고, 장력이 방향과 시간척도를 정합니다.
• 광주성과 화학주성은 같은 루프를 공유합니다. 외부 차이는 막 장력과 게이트에 기록되고, 짧은 기억이 ‘이전 박자’를 ‘다음 박자’로 넘기며, 효과기가 그것을 선택으로 바꿉니다.
• 네 단계가 닫히면 하나의 세포도 가장 단순한 기준의 의식에 도달합니다. 뉴런의 유무는 본질이 아닙니다.
• 이 ‘가장 작은 벽돌’을 쌓아 게이트를 늘리고, 기억을 늘이고, 결합을 확장하면, 같은 물리를 더 큰 스케일로 조직한 고차 의식으로 나아갑니다.