뇌도 신경계도 없는 단세포 생물이 미로의 최단경로를 스스로 찾아내고, 심지어 세계적인 대도시의 철도망만큼 효율적인 네트워크를 만들어낼 수 있다면 믿을 수 있을까? **점균류(황색망사점균, Physarum polycephalum)**가 바로 그 주인공이다. 점균류가 과학적으로 주목받게 된 과정과 다른 생물과 구별되는 독특한 생리적 특성, 인류의 공학과 도시설계에 남긴 발자취, 그리고 앞으로의 응용 가능성을 살펴본다.
1. 발견의 역사 — 도쿄 철도망을 재현해 낸 단세포 생물
점균류는 오랫동안 곰팡이로 오인되어 왔지만, 실제로는 아메바에 가까운 원생생물로 분류되는 독특한 생물군이다. 곰팡이와 동물의 경계를 흐리는 이 애매한 정체성은 오랫동안 생물분류학의 흥미로운 과제였다.
점균류가 세계적으로 주목받게 된 결정적 계기는 미로 찾기 실험이었다. 일본의 한 연구진이 황색망사점균을 연구해, 이 생물이 먹이를 찾아 미로 속 최단경로를 스스로 찾아낸다는 사실을 실험으로 입증했다. 여기서 더 나아가 이 연구진은 점균류의 행동을 도쿄의 철도망 모델링에 적용했다. 도쿄 주요 지역에 해당하는 위치에 먹이를 배치하자, 점균류가 형성한 네트워크가 실제 도쿄 철도망의 효율적인 구조와 놀랍도록 유사했다는 사실이 밝혀지며 큰 화제를 모았다. 뇌도 신경계도 없는 단세포 생물이 인간 공학자들이 수십 년에 걸쳐 설계한 교통망에 필적하는 효율성을 보여준 것이다.
2. 생리적 특성 — 신경계 없이 길을 찾는 지능
점균류를 다른 생물과 구별 짓는 가장 근본적인 특징은 뇌도 신경계도 없는 상태에서 문제 해결 능력을 보인다는 점이다. 갈림길을 만나면 인간처럼 하나의 경로를 선택해 망설이는 대신, 망설임 없이 여러 경로로 동시에 갈라져 나가 모든 방향을 동시에 탐색한다. 이후 먹이를 발견한 경로는 강화되어 두꺼워지고, 소득이 없는 경로는 스스로 정리되며 가늘어지는데, 이 과정은 자연선택과 유사한 자기 조직화 원리로 설명된다.
이런 특성을 잘 보여준 실험이 카디프대학교의 미생물 생태학 교수 린 보디의 '나무 블록' 실험이다. 목재를 분해하는 곰팡이를 작은 나무 블록에서 자라게 한 뒤 새로운 블록과 접촉시키자, 네트워크 전체가 새 블록과 연결된 경로만 남기고 나머지 방향의 생장을 멈추며 스스로 완전히 새롭게 리모델링되었다. 점균류와 균사체 네트워크에 공통된 이런 행동은 하나의 개체인가, 복수의 개체인가라는 질문 자체를 모호하게 만든다. 네트워크 전체의 관점에서 보면 상호연결된 하나의 존재이지만, 각각의 생장 첨단만 놓고 보면 복수의 개체로도 볼 수 있어, 결국 '양쪽 모두'라는 결론에 이를 수밖에 없는 독특한 생물학적 정체성을 지닌다.
3. 인류 삶에 대한 기여 또는 변화 — 뇌 없는 지능이 설계에 스며들다
① 신경계 없는 지능이라는 새로운 개념 제시 뇌 없이도 복잡한 최적화 문제를 풀 수 있다는 점균류의 사례는, 지능을 반드시 신경계와 연결 지어야 한다는 통념에 의문을 던지며 컴퓨터과학과 인지과학에 새로운 화두를 던졌다.
② 도시 교통망 설계에의 실질적 응용 점균류의 행동을 도쿄 철도망 모델링에 적용했던 연구진은 이후에도 점균류의 네트워크 형성 행동을 도심 교통 네트워크 설계에 실제로 반영하고 있다.
③ 재난 대응 시스템 개발 웨스트잉글랜드대학교의 비정규전산연구소 연구진은 건물에서 화재가 발생했을 때 가장 효율적인 대피 경로를 계산하기 위해 점균류를 활용했다. 실제 도로나 통로를 막아 통행량 변화를 실험할 수는 없지만, 점균류 네트워크의 일부를 잘라내며 그 반응을 관찰함으로써 이런 시뮬레이션이 가능해졌다.
④ 수학적 최적화와 로봇공학으로의 응용 곰팡이와 점균류가 미로를 헤쳐 나갈 때 사용하는 전략은 수학적 경로 탐색 문제의 해법이나 로봇 프로그램 설계에도 응용되고 있다. 미로 찾기라는 문제는 문어에서 꿀벌, 인간에 이르기까지 다양한 생명체의 문제 해결 능력을 측정하는 척도로도 널리 쓰인다.
4. 미래 전망 — 살아있는 유기체로 계산하다
점균류에 대한 연구는 생물학의 경계를 넘어 공학과 컴퓨터과학의 접점으로 계속 확장되고 있다.
- 점균류 기반 생체컴퓨팅 연구: 실리콘 기반 컴퓨터를 넘어, 살아있는 유기체의 자기 조직화 원리를 계산 모델로 활용하려는 생체컴퓨팅 연구가 고도화될 것으로 전망된다.
- 인프라 설계 최적화 도구로의 확대: 교통망뿐 아니라 통신망이나 물류 네트워크 설계에 점균류의 자기 조직화 원리를 적용한 알고리즘 개발이 이어질 가능성이 있는 것으로 평가된다.
- 재난·비상대응 시뮬레이션의 고도화: 최적 경로 탐색 능력을 활용해 대피 시스템이나 응급 대응 네트워크를 설계하는 연구가 확대될 것이라는 해석도 있다.
- 분산형 지능 연구를 통한 인지과학의 재정의: 뇌 없는 지능이라는 개념을 발판 삼아, 지능을 신경계 중심이 아니라 분산형 시스템 전반으로 확장해 이해하려는 기초 연구가 계속될 것으로 보인다.
한때 곰팡이로 오인받던 이 단세포 생물이 도쿄의 철도망을 재현해 내고, 이제는 화재 대피로 설계에까지 참고 자료가 되고 있다는 사실은, 지능이라는 것이 반드시 뇌를 필요로 하지 않을 수도 있다는 점균류의 여정이 우리에게 던지는 근본적인 질문을 잘 보여준다.