기능 (생물학)

1. 개요

기능(생물학)은 생리학에서 유기체 내 시스템에 의해 수행되는 활동 또는 과정으로 정의되며, 형태와 대조되는 개념이다. 진화 생물학에서 기능은 적응, 적합도에 기여하는 것, 동물 행동 등을 포함하며, 생물학 철학에서는 인과적 역할이나 목표로 정의된다. 자연 선택의 관점에서 생물학적 기능은 적합도에 기여하여 유기체의 생존과 번식을 돕는다. 행동생태학자 니코 틴버겐은 행동을 설명하기 위한 네 가지 질문을 제시했으며, 생물학 철학에서는 기능이 목적론적 의미의 목표와 동일하지 않다고 본다. 현대 생물학 철학은 인과적 역할, 선택된 효과, 목표 기여의 세 가지 주요 설명이 있다.

2. 진화 이전의 생물학

기능은 형태와 대조되는 개념으로, 고대 생물학적 설명의 핵심이었다. 이는 아리스토텔레스의 에르곤과 모르페 개념에 해당한다. 1830년 퀴비에-제프루아 논쟁에서 퀴비에는 동물의 구조가 기능적 필요에 의해 추진된다고 주장했고, 제프루아는 각 동물의 구조가 공통적인 계획에서 수정된 것이라고 제안했다.

2.1. 아리스토텔레스의 생물학

생리학에서 기능은 동물의 감각이나 동물 이동과 같이 유기체 내 시스템에 의해 수행되는 활동 또는 과정이다. 이는 형태와 대조되는 기능의 개념(각각 아리스토텔레스의 에르곤과 모르페)로, 고대 생물학적 설명의 핵심이었다. 좀 더 현대적인 시기에는 1830년의 퀴비에-제프루아 논쟁의 일부를 형성했는데, 퀴비에는 동물의 구조가 기능적 필요에 의해 추진된다고 주장했고, 제프루아는 각 동물의 구조가 공통적인 계획에서 수정된 것이라고 제안했다.

3. 진화 생물학

기능은 적응, 진화적 적합성에 기여하는 것, 동물 행동 등 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 생물학 철학에서는 어떤 종류의 인과적 역할이나 목표로서도 정의된다.

3.1. 적응

진화 생물학에서 기능적 특성은 적응으로 알려져 있으며, 어떤 특성이 적응적인지 조사하는 연구 전략은 적응주의로 알려져 있다. 형질이 기능적이라고 가정하는 것이 연구에 도움이 될 수 있지만, 유기체의 일부 특성은 비기능적이며, 우연한 스팬드럴이나 인접한 기능적 시스템의 부작용으로 형성된다.

3.2. 자연 선택

자연 선택의 관점에서 볼 때, 생물학적 기능은 적합도에 기여하여 유기체가 생존하고 생식할 가능성을 높이기 위해 존재한다. 예를 들어, 식물에서 클로로필의 기능은 광합성을 위해 햇빛의 에너지를 포착하는 것이며, 이는 진화적 성공에 기여한다.

4. 행동생태학

행동생태학자 니코 틴버겐은 아리스토텔레스의 네 가지 원인을 기반으로 생물학자가 행동을 설명하는 데 도움이 되는 네 가지 질문을 제시했으며, 이는 더 광범위한 범위로 일반화되었다.

4.1. 틴베르헌의 네 가지 질문

행동생태학자 니코 틴버겐은 아리스토텔레스의 4가지 원인을 기반으로 생물학자가 행동을 설명하는 데 도움이 되도록 질문할 수 있는 네 가지 질문을 제시했으며, 이는 더 광범위한 범위로 일반화되었다. 틴베르헌의 네 가지 질문은 다음과 같다.

# 기작: 동물이 그렇게 행동하도록 하는 기작은 무엇인가?
# 개체발생: 동물의 배아 발생(그리고 동물이 학습하는 경우, 어린 시절)에서 행동을 유발하는 구조를 만든 발달 기작은 무엇인가?
# 기능/적응: 행동의 진화적 기능은 무엇인가?
# 진화: 행동의 계통발생은 무엇인가? 즉, 동물의 진화 역사에서 언제 처음 나타났는가?

이 질문들은 상호 의존적이므로, 예를 들어 적응적 기능은 배아 발생에 의해 제한된다.

5. 생물학 철학

기능은 목적론적 의미에서 목적, 즉 목표 달성을 위한 의식적인 정신적 의도와는 같지 않다. 생물학 철학에서 진화는 미래를 위한 '목표'가 없는 맹목적인 과정이다. 예를 들어, 나무는 어떤 목적을 위해 꽃을 피우는 것이 아니라, 그렇게 진화했기 때문에 꽃을 피울 뿐이다. '나무가 꽃을 수분 매개자를 유인하기 위해' 꽃을 피운다고 하는 것은 '~을 위해'가 목적을 의미한다면 잘못된 것이다. 기능은 어떤 것이 무엇을 하는지 설명할 뿐, 그것의 '목적'이 무엇인지는 설명하지 않는다. 그러나 목적론적 언어는 생물학자들이 기능에 대해 설명하는 간결한 방법으로 자주 사용되지만, 그 적용 가능성은 논쟁의 여지가 있다.

현대 생물학 철학에서는 생물학적 세계의 기능에 대해 인과적 역할 이론, 선택된 효과, 목표 기여라는 세 가지 주요 설명이 있다.

5.1. 인과적 역할

생물학적 기능에 대한 인과적 역할 이론은 로버트 커민스(Robert Cummins)의 1975년 논문에서 그 기원을 찾을 수 있다. 커민스는 시스템 구성 요소의 기능적 역할을, 그 구성 요소가 더 큰 포함 시스템에 미치는 인과적 효과로 정의한다. 예를 들어, 심장은 순환계에서 혈액을 펌프질하는 실제적인 인과적 역할을 한다. 따라서 심장의 기능은 혈액을 펌프질하는 것이다. 이 설명은 기능에 대한 개념이 너무 느슨하다는 이유로 반박을 받아왔다. 예를 들어, 심장은 소리를 발생시키는 인과적 효과도 가지고 있지만, 우리는 소리 발생을 심장의 기능으로 간주하지 않을 것이다.

5.2. 선택된 효과

생물학적 기능의 선택 효과 이론은 생물학적 형질의 기능이 해당 형질이 자연 선택을 위해 선택된 기능이라는 루스 밀리칸(Ruth Millikan)의 주장을 따른다. 예를 들어, 심장의 기능은 혈액을 펌프질하는 것이다. 이는 심장이 진화를 통해 그러한 작용을 하도록 선택되었기 때문이다. 즉, 혈액을 펌프질하는 것이 심장이 진화한 "이유"이다. 이러한 설명은 기능에 대한 지나치게 제한적인 개념이라는 비판을 받아왔다. 생물학적 형질이 선택되지 않았더라도 기능을 가질 수 있으므로, 어떤 행동이 형질의 선택에 기여했는지 항상 명확하지 않다. 유익한 돌연변이는 처음에 선택되지 않지만 기능을 가질 수 있다.

5.3. 목표 기여

기능은 목적론적 의미에서의 목적, 즉 목표 달성을 위한 의식적인 정신적 의도와는 같지 않다. 생물학 철학에서 진화는 미래를 위한 '목표'가 없는 맹목적인 과정이다. 예를 들어 나무는 어떤 목적을 위해 꽃을 피우는 것이 아니라, 그렇게 진화했기 때문에 꽃을 피울 뿐이다. '나무가 꽃을 수분 매개자를 유인하기 위해' 꽃을 피운다고 하는 것은 '~을 위해'가 목적을 의미한다면 잘못된 것이다. 기능은 어떤 것이 무엇을 하는지 설명할 뿐, 그것의 '목적'이 무엇인지는 설명하지 않는다. 그러나 목적론적 언어는 생물학자들이 기능에 대해 설명하는 간결한 방법으로 자주 사용되지만, 그 적용 가능성은 논쟁의 여지가 있다.

현대 생물학 철학에서는 생물학적 세계의 기능에 대해 인과적 역할 이론, 선택된 효과, 목표 기여라는 세 가지 주요 설명이 있다.

목표 기여 이론은 인과적 역할과 선택된 효과 이론 사이의 중간 지점을 찾으려고 한다. Boorse는 생물학적 특성의 기능을 그 특성이 생존과 번식에 통계적으로 전형적으로 기여하는 인과적 역할로 정의한다. 예를 들어, 얼룩말의 줄무늬는 때때로 포식자를 혼란시키는 역할을 한다고 알려져 있다. 얼룩말 줄무늬의 이러한 역할은 얼룩말의 생존과 번식에 기여하며, 이것이 포식자를 혼란시키는 것이 얼룩말 줄무늬의 기능이라고 말해지는 이유이다. 이 설명에 따르면, 특정 특성의 인과적 역할이 그 기능인지 여부는 그 인과적 역할이 그 유기체의 생존과 번식에 기여하는지에 달려 있다.