다세포 생물의 몸체의 발달과정의 기본원리는 한 수학자가 우연한 발견으로 알아내기 전까지

당시까지는 영원히 풀리지 않을 것만 같았던 미스터리 중 하나였다.

수학자인 ‘린덴마이어’는 자신이 고안한 생성문법으로 당시의 컴퓨터에 의해서 출력한 결과가

여러 식물의 형태와 아주 유사하다는 것을 발견하고 놀라움을 금치 못했다.

린덴마이어가 고안한 생성문법은 ‘L-계(L-system)’이라고 불리며,

세포자동자와 마찬가지로 매우 간단한 규칙들로 구성된 자동자(automata)의 일종이다.

이 규칙은 시작 기호에서 출발하여 각 기호를 덮어쓰면서 긴 문자열을 만들며 단계가 진행한다.

규칙 : “F -> F[+F]F[-F]F”의 경우

‘F’문자를 “F[+F]F[-F]F” 문자열로 덮어 쓰라는 의미이다. 다음에서 그 예를 보이고 있다.

<예>

규칙     : F -> F[+F]F[-F]F

시작 기호: F

1 단계   : F[+F]F[-F]F

2 단계   : F[+F]F[-F]F[+F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F

3 단계  : F[+F]F[-F]F [+F[+F]F[-F]F] F[+F]F[-F]F[-F[+F]F [-F]F]F[+F]F[-F]F [+F[+F]F[-F]F[+F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F]F[+F] F[-F]F[+F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F] F[+F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[+F [+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F[-F[+F]F[-F]F]F[+F]F[-F]F

4 단계   :  F……

이렇게 여러 단계를 거치면 아주 긴 문자열이 만들어 진다.

이렇게 만들어진 문자열은 해석과정을 거쳐 2차원 혹은 3차원 공간상에 그림으로 그려진다.

다음 그림의 1단계에서 생성된 문자열 ”F[+F]F[-F]F”를 해석한 모습을 보이고 있다.

그림 1단계 : 생성된 문자열 ”F[+F]F[-F]F”를 해석한 결과. F :전진, + :오른쪽으로, - : 왼쪽으로, [ ] : 가지치기

이 모습은 아주 단순화된 나무의 모습과 비슷하다.

이 생성규칙의 결과의 단계를 계속 진행시키면 점점 더 실제 식물과 유사한 형태로 발달해가는 과정을 확인할 수 있다.

다음 그림에서는 5단계를 진행시킨 결과를 보여주고 있다]. 앙상한 가지에 새싹이 돋아나기 직전의 식물의 모습과 유사하다.

5단계까지만 와도 실제 식물과 유사한 형태를 이름을 확인할 수 있다.

이렇게 정해진 규칙을 반복 적용하여 공간상에 도형화하여 그려낸 것을 ‘프랙탈(Fractal)’이라 부른다.

프랙탈은 공간상에서 기하학적으로 적용되는 자동자(automata)이다.(생명게임을 찾아보시길;)

세포자동자(생명게임)가 다양하고 복잡한 움직임에 대한 동적인 세계를 다루는 반면에,

프랙탈은 주로 복잡한 형태의 고정된 외형과 같은 정적인 세계에 적용된다.

이들은 이렇게 서로 적용되는 대상만 다를 뿐 그 원리자체는 동일하다.

그럼 이제 L-계에 의해서 만들어지는 다양한 모양들을 살펴보자.

규칙을 조금씩 바꿔가면 아주 다른 모습의 식물들이 나타남을 관찰할 수 있다. 다음 그림들에서 그 예를 보이고 있다.

각 단계별로 진행되는 그 모습은 식물이 자라면서 서서히 발달해가는 그 과정과 거의 동일하다.

식물의 외형이 복잡한데 비하면 이를 생성하기 위한 규칙은 믿어지지 않을 정도로 간단하고 단순하다.

L-계에서 사용된 규칙들은 완전히 결정론적으로 만들어진 결과들이다.

식물들은 같은 종이라 하더라도 비슷하면서 약간씩 다른 형태의 성장을 하게 되는데,

이는 환경에 따라서 성장의 조건이 조금씩 달라지기 때문이다.

이렇게 성장과정에서 적용되는 요소들을 도입하여 확률적으로 약간씩 다르게

규칙이 적용되도록 만들면 비슷해 보이면서도 약간씩 다른 모습의 식물들이 만들어짐을 관찰할 수 있다. 

다음 그림에서 이렇게 적용하여 컴퓨터로 만들어낸 식물들의 모습을 볼 수 있다.

http://brainew.com         '생명기계'中

일단 여기까지;;;

관심있으신분은 http://brainew.com/writings/alife/LifeMachine/LifeMachine.htm#_Toc45460162

생명기계 전문입니다.

저는 아무것도 모르는 상태에서 이 글을 읽고 머리에 약간 쇼크를 받았는데...다른분들은 어떨지 모르겠네요.

그리고 이 글의 첫부분...

들어가며

생명은 일종의 정교한 기계장치이다. 이는 인간과 생명은 기계와는 다른, 영혼과 같은 어떤 힘이 깃든 것이라 생각해 왔기 때문에 좀처럼 받아들여지기 어려운 사실이기도 하다. 심지어 과학계 내에서 조차 인간의 사고활동과 살아있는 생명체들이 갖는 생명력이 지금까지 밝혀내지 못한 어떤 미지의 힘에 의한 것이라고 믿어져 오고 있다. 하지만 이제 신비주의적인 사고에서 벗어나 생명이 무엇인가에 대한 확실한 이해를 얻을 수 있는 시대가 왔다.

생명에 대한 오해를 바로 잡고 제대로 된 가치관을 심어줄 수 있는 출발로 세포자동자(cellular automata)에 대한 정확한 이해와 그 의미를 얻는 것은 대단히 현명한 일이다. 이 분야는 생명에 대한 본질적인 이해를 얻기 위한 문제들에 정곡을 찔러줄 핵심적인 위치에 있다. 전문적인 지식이 없는 많은 사람들이 이해할 수 있도록, 최대한 간결하게, 명확하게, 쉽게 읽히도록 쓰여진 것이고, 세포자동자에 대한 최소한의 설명을 하는 것으로 이 글이 시작될 것이다.

이 글은 왜 논리와 정보의 관점에서 생명이라는 현상을 이해해야만 하는지에 대한 정확한 이해를 주기 위한 것이다. 그리하여 생명이란 톱니바퀴가 맞물려 작동하는 시계장치와 같은 일종의 기계라는 것을 이해하도록 하는 것이 이 글의 목적이다.