Reconciling the No Decoupling Approach and the Inbetweenness Approach to Constitutive Relevance Relation

생물과학에서 무언가가 어떻게 작동하는지를 설명하는 가장 강력한 방법은 그 배후에 있는 기계를 묘사하는 것이다. 과학자들은 단순히 새가 난다고 말하는 데 그치지 않고, 비행을 가능하게 하는 심장의 박동, 근육의 수축, 그리고 신경의 발화를 설명함으로써 비행을 설명한다. 이것은 기계적 설명(mechanistic explanation)이라고 알려져 있다. 하지만 이 설명이 참이 되려면, 언급된 모든 부분이 실제로 그 기계에 속해 있어야 한다. 만약 연구자가 나무에 달린 무작위의 잎 하나를 가리키며 그것이 새의 비행 기제 중 일부라고 주장한다면, 그 설명은 실패한 것이다. 과학 철학자들은 무엇이 전체에 '관련이 있는' 부분인지를 정의하는 문제로 오랫동안 고심해 왔다. 그들은 묻는다. 특정 구성 요소가 단지 근처에 우연히 존재하는 것이 아니라, 퍼즐의 필수적인 조각이라는 것을 어떻게 확신할 수 있는가?

수년 동안, 두 가지 서로 다른 학파가 이러한 부분들을 찾는 최선의 방법에 대해 논쟁해 왔다. 한 집단은 현상을 하나의 불가분한 사건으로 보고, 한 부분을 변화시켰을 때 전체가 변하는지를 살펴봐야 한다고 믿는다. 다른 집단은 현상을 트리거(trigger)에서 시작하여 결과로 끝나는 일련의 사건 체인으로 보고, 그 체인의 중간에 위치한 부분들을 찾아야 한다고 주장한다. 이 두 관점은 서로 경쟁하는 관계로 취급되어 왔으며, 과학자와 철학자들은 어느 쪽이 정답을 쥐고 있는지를 두고 논쟁해 왔다. 그러나 새로운 분석에 따르면, 이 논쟁은 오해에서 비롯된 것이다. 두 접근법은 진리를 두고 싸우는 것이 아니라, 발견의 여정 중 서로 다른 순간에 사용되도록 설계된 서로 다른 도구일 뿐이다.

에든버러 대학교의 이추 판(Yichu Fan)이 작성한 이 논문은, 이 두 가지 방법이 실제로 호환 가능하며 상호 보완적이라고 제안한다. 저자는 이러한 불일치가 과학자들이 연구 중인 현상을 어떻게 기술하느냐에서 기인한다고 주장한다. 때때로 과학자는 초파리의 일주기 수면-각성 주기와 같은 복잡한 생물학적 리듬을 관찰하며, 그 전체 주기를 하나의 커다란 단일 사건으로 취급한다. 이 관점에서 현상은 단일 변수로 표현된다. 연구자들이 이 '단일 변수' 모델을 사용할 때 가장 적합한 방법은 '비분리(no decoupling)' 접근법이다. 이 방법은 특정 부분이 전체와 너무 밀접하게 연결되어 있어서, 그 부분을 변화시키지 않고는 전체를 변화시킬 수 없는지를 확인한다. 만약 그 연결이 끊을 수 없을 만큼 견고하다면, 그 부분은 기제의 진정한 구성 요소이다.

또 다른 때에, 동일한 과학자는 그 주기 내의 특정 단계, 예를 들어 한 단백질이 다른 단백질의 작용을 멈추게 하는 과정을 자세히 들여다볼 수 있다. 여기서 현상은 더 이상 단일한 덩어리로 보이지 않으며, 명확한 시작과 끝이 있는 과정으로 간지된다. 연구자는 입력(input), 일련의 사건들, 그리고 출력(output)을 보게 된다. 현상이 이와 같이 '노드의 체인(chain of nodes)'으로 간주될 때, '중간성(inbetweenness)' 접근법이 가장 유용한 도구가 된다. 이 방법은 시작과 끝 사이에 인과적으로 놓여 있는 부분들을 찾는다. 만약 어떤 구성 요소가 입력과 출력을 연결하는 가교 역할을 한다는 것이 확인되면, 그것은 메커니즘의 관련 있는 부분임이 확정된다.

판은 이 두 접근법이 서로 모순되는 것이 아니라, 동일한 실재를 바라보는 서로 다른 방식일 뿐임을 입증한다. 만약 연구자가 현상을 단일 사건에서 체인으로 바라보는 방식으로 전환한다면, 그것은 생물학적 사실을 바꾸는 것이 아니라 단지 조사하는 렌즈를 바꾸는 것뿐이다. 논문은 두 방법이 동일한 생물학적 체계에 올바르게 적용될 때, 항상 동일한 구성 요소를 가리킨다는 것을 보여준다. 두 방법은 도달하는 논리는 다를지라도, 무엇이 필수적인지에 대해서는 의견이 일치한다.

이를 증명하기 위해, 저자는 과학자들이 초파리의 서카디언 클락(circadian clock, 일주기 시계) 배후의 기제를 발견해 온 실제 역사를 살핀다. 이 시계는 파리가 언제 활동하고 언제 휴식할지를 알려주는 내부 타이머이며, 약 24시간마다 반복되는 리듬이다. 이 시계가 어떻게 작동하는지에 대한 발견은 한꺼번에 일어나지 않았으며, 각각 다른 개념적 도구를 필요로 하는 두 개의 뚜렷한 단계로 이루어졌다.

첫 번째 단계는 '국소화(localizing)' 단계였다. 연구 초기 단계에서 과학자들은 파리에게 내부 시계가 있다는 것은 알았지만, 그것이 어디에 있는지 혹은 무엇으로 만들어졌는지는 알지 못했다. 그들은 파리의 일일 리듬 전체를 하나의 신비로운 현상으로 취급했다. 그것은 연속적이고 자가 유지되는 루프였기에, 리듬의 명확한 '시작'이나 '끝'을 쉽게 지목할 수 없었다. 이러한 맥락에서 '비분리' 접근법은 완벽한 가이드였다. 연구자들은 선이나 유전자와 같은 특정 부분을 조작하여 일일 리듬이 멈추거나 변하는지를 관찰했다. 만약 리듬이 변하지 않는다면 그 부분은 필수적이지 않은 것이었고, 리듬이 깨진다면 그 부분은 핵심 구성 요소의 후보가 되었다. 이 방법은 과학자들이 리듬의 존재에 필수적인 특정 DNA 조각인 period 유전자를 찾아낼 때까지 탐색 범위를 좁히는 데 도움을 주었다. 이 단계에서 현상은 체인으로 보기에는 너무 광범위했으므로, 단일 변수 접근법이 근원을 찾는 유일한 방법이었다.

period 유전자가 발견된 후, 연구는 두 번째 단계인 '풍부화(enriching)' 단계로 진입했다. 과학자들은 이제 기제의 일부를 알고 있었지만, 그것이 어떻게 작동하는지는 알지 못했다. 그들은 메커니즘의 빈칸을 채워나가야 했다. 그들은 유전자에 의해 생성된 단백질들 사이의 구체적인 상호작용을 살펴보기 시작했다. 여기서 현상은 변화했다. 대신에 하루 전체를 보는 대신, period 유전에 의해 만들어진 단백질이 어떻게 자기 자신의 생성을 억제하는지에 대한 특정 상호작용을 보았다. 이 상호작용에는 명확한 시작(단백질의 생성)과 명확한 끝(유전자의 활동 중단)이 있었다. 시작과 끝이 명확해졌기에, '중간성' 접근법이 이상적인 도구가 되었다. 연구자들은 이제 단백질과 유전자 사이에 무엇이 있는지를 물을 수 있었다. 그들은 TIM이나 dCLOCK와 같은 다른 단백질들이 이 체인에서 가교 역할을 하는지 테스트했다. 이 단백들가 상호작용의 시작과 끝 사이에 인과적으로 위치함을 확인함으로써, 과학자들은 시계를 구동하는 피드백 루프 전체를 지도화할 수 있었다.

논문은 이 발견의 역사가 두 접근법이 진리의 칭호를 두고 싸우는 라이벌이 아님을 보여준다고 결론짓는다. 대신, 그것들은 하나의 도구 상자이다. 과학자가 복잡한 체계 내에서 메커니즘의 위치를 찾고자 할 때는 '비분리' 접근법이 적절한 도구이다. 과학자가 위치를 찾은 후 내부의 연결 관계를 이해해야 할 때는 '중간성' 접근법이 역할을 이어받는다. 저자는 이러한 패턴이 초파리 시계뿐만 아니라 많은 다른 생물학 분야에도 적용될 것이라고 제안한다. 발견의 각 단계가 서로 다른 개념적 도구를 필요로 한다는 점을 받아들임으로써, 과학자들은 이론적 논쟁에 갇히지 않고 생명이 어떻게 작동하는지를 밝혀내는 실제 작업에 집중할 수 있다. 이 논문은 메커니즘이 어떻게 작동하는지에 대한 모든 미스터리를 해결했다고 주장하는 것이 아니라, 연구자들이 그 순간 던지는 특정 질문에 맞는 방법을 선택할 수 있도록 하여, 더 실용적이고 유연한 사고의 길을 열어주는 데 목적이 있다.