The hypothesis that a positive correlation exists between the complexity of a biological system, as described by its connectance, and its stability, as measured by its ability to recover from disturbance, derives from the investigations of the physiologists, Bernard and Cannon, and the ecologist Elton. Studies based on the *ergodic theory of dynamical systems and the theory of large deviations have furnished an analytic support for this hypothesis. Complexity in this context is described by the mathematical object evolutionary entropy, stability is characterized by the rate at which the system returns to its stable conditions (steady state or periodic attractor) after a random perturbation of its **robustness. This article reviews the analytical basis of the entropy — robustness theorem — and invokes studies of genetic regulatory networks to provide empirical support for the correlation between complexity and stability. Earlier investigations based on numerical studies of random matrix models and the notion of local stability have led to the claim that complex ecosystems tend to be more dynamically fragile. This article elucidates the basis for this claim which is largely inconsistent with the empirical observations of Bernard, Cannon and Elton. Our analysis thus resolves a long standing controversy regarding the relation between complex biological systems and _______________.

ergodic: 에르고딕(모든 상태를 방문하는) ** robustness: 견고성

(1) their capacity to recover from perturbations

(2) the inherent limitations of mathematical modeling

(3) the fundamental instability of highly connected networks

(4) their vulnerability to random external influences

(5) the evolutionary advantage of simplified structures

Answer

[정답 해설]

정답은 (1) 'their capacity to recover from perturbations(외부 교란으로부터 회복하는 능력)'입니다. 지문의 첫 문장에서 "생물학적 시스템의 복잡성(complexity)과 안정성(stability) 사이에 양의 상관관계가 있다"는 가설을 제시하며, 여기서 안정성은 "its ability to recover from disturbance(교란으로부터 회복하는 능력)"으로 정의됩니다. 지문의 마지막 부분에서는 이 논문이 복잡한 생물학적 시스템과 그것의 특성 사이의 관계에 대한 오랜 논쟁을 해결한다고 언급하는데, 이는 바로 앞서 정의된 '교란으로부터 회복하는 능력'을 가리킵니다. 또한 지문 중간에 "earlier investigations... have led to the claim that complex ecosystems tend to be more dynamically fragile(이전 연구들은 복잡한 생태계가 더 역동적으로 취약하다는 주장으로 이어졌다)"라고 언급하며, 이것이 "empirical observations of Bernard, Cannon and Elton(Bernard, Cannon, Elton의 경험적 관찰)"과 일치하지 않는다고 설명합니다. 이 논문은 이러한 불일치를 해결하며, 복잡성과 교란으로부터 회복하는 능력 사이의 관계에 대한 오랜 논쟁을 해소한다는 것이 핵심 내용입니다.

[오답 해설]

(2) 'the inherent limitations of mathematical modeling(수학적 모델링의 내재적 한계)'는 지문에서 언급되지 않습니다. 오히려 지문은 수학적 분석(엔트로피-견고성 이론)이 복잡성과 안정성 사이의 상관관계를 지지한다고 언급하며 수학적 접근의 유용성을 강조하고 있습니다.

(3) 'the fundamental instability of highly connected networks(고도로 연결된 네트워크의 근본적 불안정성)'는 지문의 주장과 정반대입니다. 지문은 복잡성(connectance로 설명되는)과 안정성 사이에 양의 상관관계가 있다고 주장하므로, 복잡한(고도로 연결된) 시스템이 근본적으로 불안정하다는 것은 지문의 핵심 주장과 모순됩니다.

(4) 'their vulnerability to random external influences(무작위 외부 영향에 대한 취약성)'도 지문의 주장과 반대됩니다. 지문은 복잡한 시스템이 더 안정적이라고 주장하며, 이는 외부 영향에 대해 덜 취약함을 의미합니다. 특히 "stability is characterized by the rate at which the system returns to its stable conditions... after a random perturbation(안정성은 무작위 교란 후 시스템이 안정 상태로 돌아가는 속도로 특징지어짐)"이라는 구절에서 복잡한 시스템이 외부 영향에 더 잘 대응한다는 것을 알 수 있습니다.

(5) 'the evolutionary advantage of simplified structures(단순화된 구조의 진화적 이점)'는 지문의 내용과 반대됩니다. 지문은 복잡성이 안정성과 양의 상관관계가 있다고 주장하므로, 단순화된 구조보다는 복잡한 구조가 진화적 이점을 가질 가능성이 높습니다. 또한 지문은 단순화된 구조의 이점에 대해 언급하지 않습니다.

[혼동 포인트 / 추가 설명]

이 문항에서 상위권 학생들이 혼동할 수 있는 부분은 지문에서 언급된 "earlier investigations... have led to the claim that complex ecosystems tend to be more dynamically fragile(이전 연구들은 복잡한 생태계가 더 역동적으로 취약하다는 주장으로 이어졌다)"라는 부분입니다. 이 주장은 지문의 저자가 지지하는 견해가 아니라, 이전 연구들의 주장으로 지문에서는 이 주장이 Bernard, Cannon, Elton의 경험적 관찰과 일치하지 않는다고 설명합니다. 따라서 (3)이나 (4)와 같은 보기가 매력적인 오답으로 작용할 수 있습니다. 하지만 지문의 전체적인 흐름과 특히 마지막 부분에서 언급된 "Our analysis thus resolves a long standing controversy(우리의 분석은 오랜 논쟁을 해결한다)"라는 구문을 통해, 저자는 복잡성과 안정성(교란으로부터 회복하는 능력) 사이의 양의 상관관계를 지지한다는 것을 파악해야 합니다.

[주요 어휘 및 구문]