형태적 공명(morphic resonance)
영국의 생화학자 루버트 셀드레이크(Rubert Sheldrake)가 내놓은 '형태장(形態場 Morphic Field)' 이론.
형태를 기억하는 에너지장, 즉 형태장이 생물체를 둘러싸고 성장과 발달에 지속적인 영향을 미친다는 주장은 생명장 이론과 비슷하지만, 형태장은 생명체의 형상뿐만 아니라 생태와 행동양식에도 영향을 미친다고 주장했다.
즉 어떤 종의 한 개체가 습득한 행동양식이 형태장을 통해 같은 종에 속하는 다른 개체에게도 전파된다는 것이었다. 한국에 있는 쥐 한 마리에게 새로운 재주를 한 가지 가르치면 한국에 있는 다른 쥐들도 전부 그 재주를 알게 되고, 심지어 뉴욕의 쥐들도 쉽게 같은 재주를 익힐 수 있다는 것이다. 이것을 그는 '형태공명(形態共鳴)'이라고 불렀다.
형태공명의 가장 극적인 실례는 아마도 저 유명한 '100번째 원숭이' 이야기일 것이다. 일본의 생물학자들이 여러 외딴 섬에 살고 있는 원숭이들을 30년간 꾸준히 관찰하고 있었다. 그 중 큐슈 동부해안에서 조금 떨어진 곳에 있는 한 섬에는 마칵 원숭이가 집단으로 서식하고 있었는데, 학자들은 원숭이들을 관찰범위 안으로 끌어들이기 위해 해안가에 먹이를 떨어뜨려 놓았다. 그 먹이 가운데는 진흙이 묻은 생고구마가 있었다.
처음에 원숭이들은 이걸 어떻게 먹어야 할지 몰라 머뭇댔다. 그런데 원숭이 무리 중에는 지능이 특별히 높은 암놈 원숭이가 한 마리 있었다. 머리 좋은 이 원숭이가 고구마를 물에 씻어 먹는 꾀를 냈고 이를 친구들에게 전파했다. 5년이 흐르자 섬에 사는 모든 원숭이가 고구마를 물에 씻어 먹기에 이르렀다. 그런데 어느 날 머리 좋은 암놈 원숭이가 고구마를 민물이 아닌 바닷물에 씻어 먹기 시작했다. 바닷물에 씻는 게 더 위생적이고 맛도 짭짤해진다는 걸 알았기 때문이었으리라. 이번에도 역시 차츰 더 많은 원숭이들이 그걸 따라하기 시작했다. 그런데 바닷물에 고구마를 씻어먹는 원숭이가 100마리쯤에 이르렀을 때 놀라운 일이 벌어졌다. 마치 핵반응이 일어나듯 섬 전체의 원숭이가 하루만에 모두 이 방법을 알게 된 것이다. 더 놀라운 건 그 섬의 원숭이들과 접촉이 없는 다른 섬의 원숭이들에게까지 그런 습관이 번져나간 것이다. '100번째 원숭이'를 기점으로 고구마를 씻어 먹는 행위가 거대한 '형태공명'을 일으킨 셈이다.
이 밖에도 홍수가 치면 개미가 위로 올라간다든지, 화산이 폭발할 조짐을 보이면 벌들이 요동을 친다든지, 난파를 앞둔 배에서는 쥐들이 내린다든지 하는 동물들의 초감각세계도 파동에 의한 신호체계로 해석할 수 있다. 어미 호랑이가 '어흥'하고 새끼를 부르면 그 새끼는 천만 마리 중에 섞여 있어도 어미의 목소리를 알아듣고, 수백 킬로미터 떨어진 곳에다 수많은 여왕벌을 섞어 놓아도 벌떼는 조금의 혼돈도 없이 자기 여왕벌을 찾아간다. 에너지장의 미세한 변화를 공진을 통해 읽어내는 것이나. 그러나 아무리 가까이 있어도 파동의 주파수가 다르면 공명은 일어나지 않는다.
http://www.hanmedi.com/korea/body01/secret04.asp
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생명체의 모양새나 성장 및 행태는 시간의 흐름 상 앞서 존재했던 유사한 개체, 즉 과거에 살았던 같은 종種에 속하는 모든 생물체의 행태와 형태로부터 영향을 받는다는 것이다. 시간과 공간의 제약을 넘어 공명현상을 일으키면서, 후대의 자손들에게 영향을 준다는 것.
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모든 형태의 공명에 존재하는 일반적인 특성은 그것이 선택성을 지닌다는 점이다. 아무리 복잡한 진동들의 혼합 속에서도 각 시스템들은 특정한 진동에만 반응을 보인다. 형태적 공명은 3차원적 유사성에 그 기반을 두며 생명체가 과거의 생명체들에 유사할수록 그 영향의 정도는 공명에 의해 증폭된다. 하지만 형태적 공명은 이미 알려진 기존의 소리의 공명이나 자기장의 공명 등과는 달리 한 시스템에서 다른 시스템으로의 에너지의 전환이 일어나지 않고 정보의 전달만이 이루어진다. 그럼에도 불구하고 형태적 공명은 다른 공명의 형태에서 나타나는 활동의 율동적인 패턴을 유사하게 지니고 있다.
모든 생명체는 기본적으로 어떤 활동의 구조들이며 그 어느 조직화의 단계에서든 그들은 진동을 하든가 주기적인 움직임을 가진다. 원자와 미립자의 단계에서, 단백질 구조, 세포들 더 나아가 동식물들 모두 그러한 움직임을 어떠한 형태로든 가지고 있다. 형태적 공명은 유사성을 바탕으로 규칙적이고 율동적인 움직임의 구조들에서 발생되고 이들 공명을 바탕으로 과거 형태의 패턴들이 이어지는 유사한 시스템의 장에 영향을 준다. 일반적으로 어느 생명체에 작용하는 가장 강력하고 특정한 형태적 공명은 스스로의 과거 상태일 것이다. 이는 다른 어떤 유사한 생명체들보다도 강한 유사성을 보유하기 때문이다. 이러한 자기 공명은 개별적 특색의 형태를 유지하고 안정시키는 역할을 맡으며 한편으로는 동일한 생명체 내에서 대칭구조를 만드는 데 바탕이 된다.
공명 그 자체는 활동하는 진동구조들 사이의 관계를 암시하며 이는 즉각적으로 정의될 수 없다. 이들 구조들의 '현재'라는 개념은 진동이 시간을 요하는 것임을 감안해서 지속(duration)을 포함해야 한다. 또한 진동의 주파수는 유사한 여러 개의 진동이 발생하지 않는 한 특성을 드러내지 않는다. 그러므로 '현재'는 적어도 몇 주기의 진동을 포함해야만 할 것이다. 마찬가지로 진동의 무대로서의 장은 시간 속에서 지속되어야 한다. 이는 현재의 과거와의 연결이 장의 속성에 내재되어 있는 것임을 암시한다. 그러므로 진동을 하는 장이 그 스스로의 과거와 연속되기 위해서는 그 연결이 자연히 본질적으로 시간적(temporal)이어야 하며 일종의 자기 공명에 의지해야 한다. 입자의 위치와 타성이 그러하듯이 현재의 지속 역시 불확정적이며 과거로 사라져간다. 이렇듯 사라져 가는 과거의 패턴과 활동들은 형태의 공명에 의해서 현재에 되살아나며 이는 시간 속에서 지속되는 장을 형성한다. 전자에서 인간에 이르기까지 모든 역동적 자기구조 시스템이나 생명체들은 스스로의 과거 상태에 의해 자신들을 끊임없이 재창조해 나가는 과정을 거친다.
여기서 과거의 유사한 생명체들에 활동의 패턴에 의한 형태적 공명은 생명체 자신의 과거로부터 이어진 형태적 공명과 동일한 과정의 다른 면이라고 볼 수 있다. 이들 모두 시공간을 가로질러서 형태적 인과 관계를 형성한다. 다만 자기 공명의 경우에는 강한 특정성을 바탕으로 생명체 자신의 독특한 특성들을 유지해 나가는 반면에 유사 형태를 통한 공명은 장의 일반적인 개연성의 구조를 안정시켜 나간다. 이는 생명체로 하여금 고유의 특성을 간직한 채 개연성의 장을 유지시켜 나가게 하는 원동력이 된다. http://www.archforum.com/main/korea/academy/DIKim/text/morpho.HTM
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공명효과, 메소메리효과, 유도효과, 전자성효과
■ 공명효과
공명 효과(Resonance effect) : 분자의 홑전자쌍(고립전자쌍)과 인접한 π결합전자쌍간의 상호작용(π결합→고립전자쌍으로, 고립전자쌍→π결합으로 상호작용). 분자의 극성을 유발한다. p오비탈에 있는 파이(π)전자의 재배치이다. 즉, 전자의 비편재화가 특징. 영구적인 효과이다. 분자는 고립전자쌍과 파이결합의 수에 따라 다양한 공명형태를 가질 수 있다. 그러나 분자의 실제 구조는 가능한 모든 공명 구조의 비편재화 즉, 하이브리드(혼성구조)이다. 따라서 하이브리드 구조가 다른 공명구조보다 에너지가 낮은 안정한 구조이다. 양의 공명과 음의 공명이 있다. 홑전자와 파이전자와의 재배치로써 불포화나 공액구조 화합물에서 발생한다. 전자를 제공하는 +R 양의 공명효과와 전자를 받는 -R 음의 공명효과가 있다.
양의 공명효과 : -OH, -SH, -OR, -SR, -NH2
음의 공명효과 : -NO2, C=O, -COOH, -C≡N
공명(resonance)과 공명효과(resonance effect)의 공통점은 공명이 공명효과를 포괄하는 더 큰 개념이고 차이점은 위의 벤젠의 공명의 경우는 고립전자쌍이 없고 오직 π시스템들간의 상호작용으로 공명하고 있다. 어떤 경우에는 π결합→π결합간의 상호작용도 공명효과의 범주에 넣는 경우가 있는데, 이렇게되면 공명과 공명효과는 결국 같은 것이다. 그렇지않더라도 대부분의 공명은 π결합과 고립전자쌍간의 상호작용이므로 공명현상이다.
위의 경우 오존의 공명과 푸란의 공명은 공명효과에 의한 것이다. 오존은 산소의 고립전자쌍과 π결합간의 공명효과이고, 푸란은 산소의 고립전자쌍과 탄소의 π결합간의 공명효과이다.
■ 메소메리효과
메소메리 효과(Mesomeric effect) : 분자의 서로 다른 치환기나 작용기간의 상호작용. 치환체간의 전자를 주고 받는 과정. 분자의 극성을 유발하지는 않는다. p오비탈에 파이(π)전자의 재배치이다. 즉, 공명으로 인한 치환체간의 전자의 기부(방출,주다)와 회수(철수,받다)이다. 영구적인 효과이다. 양의 메소메리(+M)와 음의 메소메리(-M)가 있다. 전자의 방출은 +M(양) 그룹이며, 전자의 회수는 -M(음) 그룹이다.
+M 효과 크기 순서 :
–O− > –NH2 > –NHR > –OR > –NHCOR > –OCOR > –Ph > –F > –Cl > –Br > –I
-M 효과 크기 순서 :
–NO2 > –CN > –S(=O)2−OH > –CHO > –C=O > –COOCOR > –COOR > –COOH > –CONH2 > –COO−
공명효과와 메소메리효과의 공통점은 둘다 공명이 일어나는 현상이며 파이(π)전자의 비편재화라는 것이고, 차이점은 공명효과는 홑전자(고립전자)쌍과 결합전자쌍간의 상호작용이고, 메소메리효과는 치환기 또는 작용기의 존재와 이들간의 전기음성도 차이로 인해 발생한다.
■ 유도효과
유도 효과(Inductive effect) : 공명효과와 메소메리효과가 공통적으로 비편재화된 공명에 의한 효과라면, 유도효과는 전기음성도에 의한 전자밀도 분포에 차이가 나타나는 효과이다. 시그마(δ)전자의 재배치로써 포화구조 화합물에서 발생한다. 유도효과로 인해 부분전하(partial charge)가 나타난다. 전기음성이 큰 원자일수록 δ–의 부분전하를 띠고, 전기음성이 작은 원자일수록 δ+의 부분전하를 띤다. 영구적인 효과이다. 부분전하로 인해 화합물은 영구 쌍극자 등의 극성(polarity)을 띤다. 전자 방출인 양의 유도효과(+I)와 전자 회수인 음의 유도효과(-I)가 있다. 유도효과는 분자의 산도와 염기도를 결정하는데, 분자에 +I 가 부착된 그룹은 분자의 전자 밀도를 증가시키고 전자를 기증할 수 있어서 염기성이 되고, 분자에 -I가 부착된 그룹은 분자의 전자 밀도를 감소시켜서 전자를 공급받을 수 있어서 산성이 된다.
+I 효과 크기 순서 :
–C(CH3)3 > –CH(CH3)2 > -CH2CH3 > -CH3 > -H (-H = 0)
-I 효과 크기 순서 :
–NH3+ > –NO2 > -CN > -SO3H > –CHO > –CO > –COOH > –COCl > –CONH2 > -F > -Cl > -Br > -I > -OH > -OR > –NH2 > -C6H5 > -H (-H = 0)
카르복실산(R-COOH)의 경우, pKa는 CH3COOH = 4.74, BrH2COOH = 2.9, FCH2COOH = 2.65로써 pKa가 낮을수록 강산이다. 이것은 전기음성도가 큰 분자나 원자가 주변의 전자를 끌어당겨 상대적으로 H의 전자밀도를 감소시킨다. 이러한 유도효과로 인하여 R-COOH의 H는 전자밀도가 감소될수록 이온화가 더 쉬워져(수소이온을 내놓으므로) 더 강산이 된다.
■ 전자성효과
전자성 효과(Electromeric effect, 일렉트로메리 효과) : 공격 시약(attacking reagent)의 영향을 받은 원자중에서 하나에게 공유된 파이 전자쌍이 완전히 전달되어서, 유기화합물의 분자에 순간적으로 쌍극자가 형성되는 현상이다. 파이(π)전자에 재배치로 일어난다. 일시적인 현상이다. 전자친화적인 시약이 필요하다. δ+나 δ–의 부분전하가 아닌 +1나 -1과 같은 정수전하가 유도된다. 전자쌍이 전달되는 방향에 따라 전자를 주면 +E 효과, 전자를 받으면 -E 효과로 구분한다. 시약이 제거되면 분극화는 다시 본래상태로 되돌아온다. 전자성효과는 이성질체를 의미하는 것이 아니며 메소메리효과와 유사하여 이제 잘 사용하지 않는 단어이다.
이러한 효과들은 명확한 조건은 아니고 상황에 따라 달라질 수 있다. -OH나 –NH2의 경우 이들은 유도효과에서 전자를 회수하는 -I 효과를 나타낸다. 하지만 공명효과에서는 홑전자쌍의 비편재화를 위해 전자를 제공하는 +R 효과를 나타낸다.
메소메리효과와 일렉트로메리효과는 때로는 구분하지 않고 사용하기도 하는데, 파이(π)전자의 재배치로인한 비편재화라는 공통점이 있다. 하지만 구분하자면 메소메리효과는 정적인 상태에서도 가지고 있는 영구적인 효과라면 일렉트로메리효과는 시약의 영향을 받아 나타나는 일시적인 효과이다.
■ 그외 초공액계
<시그마결합과 p오비탈의 파이전자와의 비편재 공명화>
초공액계(hyperconjugation) :유기화학에서 주로 시그마(δ)결합 즉, 일반적으로 C-H 또는 C-C와 같은 결합에서 전자와 인접한 비어있거나 부분적으로 채워진 p오비탈 또는 π오비탈의 상호 작용으로 인해 발생하는 안정화 상호 작용으로써 일반적인 공액(conjugatation)과 마찬가지로 불포화유기화합물에 영구적인 전자의 비편재화를 나타낸다. 하지만 공액은 시그마결합을 가로지르는 p오비탈간의 파이전자들의 결합이며 파이전자의 비편재화라면, 초공액은 시그마결합과 p오비탈 파이결합의 직접적인 상호작용으로써 π결합을 갖는 원자 또는 공유되지 않은 p오비탈을 갖는 원자에 직접 부착된 알킬기의 C-H 결합에 σ 전자의 비편재화를 포함한다. 메틸기를 포함하는 알킬기는 시그마(σ)결합밖에 없는데도 공액하므로 초공액은 일반적인 공액과 구별된다. 이는 시그마(σ)의 단일결합에 알킬기의 일부 전자가 불포화 다중결합된 파이(π)전자와도 공액을 이루기 때문이다. 프로펜(propene)의 초공액에서 탄소와 일부 수소양이온간의 결합이 끊기기도 하는데, 이로인해 초공액계를 비결합 혹은 무결합 공명(no-bond resonance)이라고 부르기도 한다.
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새로운 생명과학과 형태공명
Rupert Sheldrake, A New Science of Life, Park Street Press,1995
1.1 성공의 배경
1.2 형태형성의 문제
1.3 행동
1.4 진화
1.5 생명의 기원
1.6 물리적 설명의 한계
1.7 심리학
1.8 초심리학
1.9 결론
2. 형태형성에 대한 세 가지 이론
3.1 형태의 문제
3.2 형태와 에너지
3.3 화학적 구조의 예측
3.4 형성적 인과작용
4.1 형태형성의 배아
4.2 화학적 형태발생
4.3 "확률구조"로서의 형태형성장
4.4 생물의 형태형성에 있어서 확률적 과정
4.5 생물 시스템에서 형태형성의 배아
5.1 형태의 불변성과 반복
5.2 초시간의 인과적 연결의 일반적 가능성
5.3 형태공명
5.4 과거의 영향
5.5 감소된 형태공명의 의미
5.6 한 가능한 경험적 테스트
6.1 연속적 형태형성
6.2 형태형성장의 극성
6.3 형태형성장의 크기
6.4 형태형성기 동안 형태공명에 의한 특이성의 증가
6.5 형태의 유지와 안정
6.6 물리적 이원론에 관한 주석
6.7 형성적 인과작용론의 요약
7. 형태의 유전
8. 생물의 형태의 진화
9. 운동과 운동장
10. 본능과 학습
11. 유전과 행동의 진화
12. 4개의 가능한 결론