초가산적 협력
Abstract
이 연구는 인간의 일회성(one-shot) 협력에 대한 진화론적 설명을 제공하려는 시도에서 출발합니다. 이 설명은 반복적인 상호작용과 집단 간 경쟁이라는 두 가지 메커니즘에 초점을 맞춥니다. 이 논문에서는 모델과 행동 실험을 통해 이 두 메커니즘이 협력을 신뢰성 있게 지지하지 않는다는 것을 보여줍니다.
반복적인 상호작용 아래에서 협력을 약화시키는 주된 요소는 ‘모호한 호혜성(Ambiguous reciprocity)’으로, 이는 상호 이타주의 모델에서 일반적으로 간과되는 전략입니다. 이 발견은 일반적으로 협력에 대한 진화론적 설명으로 간주되는 반복적인 상호작용에 도전하며, 과거의 반복적인 상호작용이 현재의 일회성 협력을 설명할 수 있다는 주장에도 도전합니다.
집단 간 경쟁도 협력을 신뢰성 있게 지지하지 않습니다. 이는 집단이 빠르게 매우 유사해져 집단 선택의 범위를 제한하기 때문입니다. 게다가, 집단 간 차이가 있더라도 여러 이유로 집단 경쟁이 집단 선택을 크게 촉진하지 못할 수 있습니다. 예를 들어, 협력적인 집단이 서로 경쟁할 가능성이 높습니다.
그러나 반복적인 상호작용과 집단 간 경쟁을 결합하면, 집단 경쟁이 모호한 호혜성의 부정적 영향을 제한함으로써 강력한 시너지를 발휘합니다. 진화한 전략은 종종 내부 집단 파트너와의 협력적 호혜성과 외부 집단 파트너와의 비협력적 호혜성으로 구성됩니다.
파푸아뉴기니에서 실시된 행동 실험 결과는 이 패턴과 정확히 일치합니다. 이 결과들은 집단 경쟁 없이 반복적인 상호작용의 진화 역사나 반복적인 상호작용 없이 집단 경쟁의 역사를 제안하지 않습니다. 대신, 이 두 메커니즘의 공동 영향 아래 진화한 사회적 동기를 제안합니다.
Figures
The two mechanisms in all combinations & Framework for simulation
– 일회성 협력에 대한 기존의 가설은 두 가지가 있습니다. 1) 반복적 상호작용 2) 그룹 내 경쟁
– ‘반복적 상호작용’ 가설에서의 핵심 논거는 결국 사람은 ‘일회성’ 협력을 하는 것이 아니다는 것. 이웃 사촌을 돕다 보면 나중에 내 자손이 도움을 받게 됨.
– ‘그룹 간 경쟁하는 가설’에서의 핵심 논거는 진화적 압력이 그룹에게도 가해졌다는것. 이기적인 사람들은 그룹 내에서 이득을 볼지라도 협력적인 사람들은 다른 그룹에 대해서 이득을 봄.
– 이 연구는 이 두 가설 중 어떠한 것이 일회성 협력에 대한 진화적 매커니즘을 설명하는지 대규모 모델링 연구와 파푸아뉴기니의 행동 실험을 통해 검증함.
– 두 가설 모두 단독으로는 일회성 협력을 충분히 설명하지 못하지만, 이 두 메커니즘을 결합할 때 강력한 상호작용 효과가 발생하여 일회성 협력의 진화를 충분히 설명함
Fig. 1. Response functions(상대 플레이어의 transfer에 따른 나의 반응 함수)의 예시
(A) 상호 호혜적인 response functions의 예시. 약한 상승은 협력을 천천히 증가시키고 강한 상승은 빠르게 증가시킴
(B) 비협조적인 response functions의 예시. 약한 비협조는 협력을 천천히 감소시키고 강한 비협조는 빠르게 감소시킴
(C) 모호한 호혜성에 대한 response function. 큰 도움을 받으면 작게 도와주고 작게 도와주면 크게 도와줌
(D) 비선형적 호혜성에 대한 response function.
가정
각 플레이어는 초기 자금을 가지고 있으며, 첫 번째 플레이어(선행자)는 자신의 자금 중 일부를 두 번째 플레이어(후행자)에게 이전할 수 있고, 이전된 금액은 두 배로 증가합니다. 선행자의 이전에 기반하여, 후행자도 자신의 자금 중 일부를 선행자에게 이전할 수 있으며, 이 이전 역시 두 배로 증가합니다. 일회성 상호작용은 단일 단계 게임으로 구성되며, 반복적인 상호작용은 각 상호작용마다 새로운 자금을 가진 여러 단계 게임으로 구성됩니다. 개인의 전략은 초기 이전과 응답 함수로 구성되며, 초기 이전은 첫 상호작용에서 선행자가 이전할 금액을 명시하고, 응답 함수는 파트너의 가장 최근 이전에 기반하여 이후 모든 이전을 명시합니다.
세 가지 시나리오
반복적인 상호작용 시나리오: 이 시나리오에서는 집단 간 경쟁이 없으며, 개인은 오직 자신의 집단 내 파트너와 사회 딜레마를 플레이하며, 게임은 일회성이거나 반복적일 수 있습니다.
집단 경쟁 시나리오: 개인은 자신의 집단 내 및 집단 외 파트너와 사회 딜레마를 플레이합니다. 모든 게임은 일회성이며, 집단 간 경쟁이 발생합니다.
공동 시나리오: 집단 경쟁 시나리오와 유사하지만, 집단 내 게임은 모두 반복적으로 진행됩니다.
플레이어의 전략 방식
2차원 전략 : 항상 더 협력 or 항상 더 비 협력적 or 완벽한 상호 호혜적 행동
3차원 전략 : 2차원 + 모호한 상호 호혜성(애매하게 비 협조적일 때는 협력적 행동, 애매하게 협력적일 때는 비 협조적인 행동)
4차원 전략 : 3차원+ 비협력적일 때는 비협조적을 증가, 협력적일 때는 협조적을 증가
The limits of repeated interactions
– 반복적 상호작용만으로는 협력 전략이 발전하고 유지되기 어렵습니다. 전략의 범위를 인위적으로 제한하지 않으면, 협력을 지지하는 상호 호혜적 전략이 지속적으로 유지되지는 않습니다.
– 2차원 전략 공간은 모호한 호혜성을 배제하지만, 3차원 공간은 그렇지 않습니다. 3차원 이상에서는, 일정 수준의 상호작용 후에도 모호한 전략에 취약해져 협력 전략이 쉽게 공격당할 수 있습니다.
– 모호한 전략이 공격당할 경우에는 지속되지 않고 감소하는 호혜성 전략으로 대체됩니다. 이는 반복적 상호작용이 협력 진화에 대한 확실한 설명을 제공하지 못함을 의미합니다.
Fig. 2. 반복적 상호작용 하에서 전략적 유연성이 협력적 호혜성을 방해합니다.
(A) life cycle이 decoupled 된 경우와 number of migrants가 낮은 경우
(B) life cycle이 coupled 된 경우와 number of migrants가 낮은 경우
(C) life cycle이 decoupled 된 경우와 number of migrants가 높은 경우
(D) life cycle이 coupled 된 경우와 number of migrants가 높은 경우
- 그래프는 n = 100 집단 내 상호작용 하에서 시뮬레이션된 진화의 최종 세대에서 개인별 평균 여분(surplus)을 보여줍니다. 오차 막대는 50개 독립적으로 시뮬레이션된 집단에 대한 부트스트래핑을 통해 계산된 95% 신뢰 구간을 나타내며, 매우 좁을 경우 생략됩니다. 전략은 2차원, 3차원 또는 4차원(Fig. 1)으로 정의됩니다. 초기 조건은 협력 진화에 상대적으로 유리한 조건(모두 완벽한 호혜성)이거나 불리한 조건(모두 이기적)입니다.
- Decoupled life cycle: 이 경우, 게임 플레이와 개별 선택이 분리되어 있습니다. 즉, 개체가 게임에서 어떻게 행동하든 그 행동이 직접적으로 그들의 생존이나 번식 성공에 영향을 주지 않습니다. 이러한 설정은 개인 수준에서의 상쇄 효과를 줄이며, 이로 인해 관련성(개체 간의 유전적 유사성)이 협력을 지원할 가능성이 더 높아질 수 있습니다.
- Coupled life cycle: 반면, 생명 주기가 결합된 경우에는 게임 플레이의 결과가 개별 선택에 직접적으로 연결됩니다. 즉, 게임에서의 행동이 개체의 생존 및 번식 성공에 바로 영향을 미칩니다. 이 설정은 게임의 결과가 개체의 진화적 적합도에 직접적인 영향을 미치므로, 협력 행동의 진화를 더 복잡하게 만들 수 있습니다.
- Number of migrants: 는 집단 간 유전자 흐름의 정도를 나타냅니다. 이민자 수가 적으면 집단 간 유전적 다양성이 감소하고 집단 내 유전적 동질성이 증가합니다. 이는 집단 내 협력적 행동의 진화를 촉진할 수 있습니다. 반면, 이민자 수가 많으면 집단 간 유전자 흐름이 증가하여 집단 내 유전적 다양성이 높아지고, 이는 집단 내 협력적 행동의 진화를 어렵게 만들 수 있습니다. 따라서 이민자 수는 집단 내 협력의 진화에 중요한 영향을 미치는 요소 중 하나입니다.
The limits of group competition & Super-additive cooperation
– 집단 간 경쟁은 생명 주기, 집단 간 자원 차이의 중요성, 그리고 이민률이 모두 결합될 때에만 집단 내 협력의 진화를 지지하며, 이러한 조건이 충족되지 않으면 집단 내 전략은 거의 혹은 전혀 협력을 생성하지 않습니다.
– 공동 시나리오에서, 반복적 상호작용이나 집단 간 경쟁 단독으로 협력을 지원하지 못하는 상황에서도 협력적인 집단 내 전략이 자주 유입되고 유지되며, 두 진화적 요인이 결합되면 종종 강력한 상호 작용을 일으켜 각 메커니즘의 협력 수준을 단순 합산한 것보다 훨씬 높은 초가산적 협력을 만들어냅니다.
Fig. 3. 초기 조건이 상대적으로 불리하고 집단간 혼합이 협력의 진화에 상대적으로 유리할 때 초가산 협력이 발생합니다.
RI : repeated interactions scenario이며 이때 생성된 Mean surplus는 오렌지색을 나타냄, GC(1) : group competition scenario이며 이때 생성된 Mean surplus는 보라색을 나타냄, GC(100) : joint scenario of R1 and GC(1)이며 이때 생성된 가산적인 surplus는 흰색을 나타냄
lambda는 그룹 간 차이, m_j는 이민율을 나타낸다.
Evolution of strategies under three scenario
공동 시나리오는 이 집단 내외 패턴을 일정한 규칙성을 가지고 생성하는 유일한 시나리오입니다.
Fig. 3. 세가지 시나리오에서의 세대에 따른 협력 변화 양상
(A,C,E) 세대에 따른 초기 이전의 분포 비교
(B,D,F) 세대에 따른 반응 함수의 분포 비교
Disscussion
반복적 상호작용만으로는 일회성 협력의 진화를 설명할 수 없습니다. 전략 공간에 불합리한 제한을 적용하지 않는 한, 반복적 상호작용은 항상 비협력적인 호혜 형태를 초래합니다. 죄수의 딜레마에서도 비슷한 결과가 나타나며, 이는 과거 상호작용에 기반한 현재 선택을 가능하게 하는 전략으로 전략 공간을 확장함으로써 입증됩니다. 이런 식으로 전략적 유연성을 증가시키는 것은 지속 가능한 협력을 약화시키며, 가장 유리한 조건에서조차 반복적 상호작용만으로는 협력률이 0.5를 넘는 경우가 드뭅니다.
집단 간 경쟁도 일회성 협력의 진화를 안정적으로 지지하지 못하며, 집단 경쟁의 한계는 예상보다 더 심각할 수 있습니다. 단순히 집단이 경쟁한다고 해서 집단 선택이 일어나는 것은 아니며, 협력적인 집단이 승리해야 합니다. 이에 대해 세 가지 이유를 고려했습니다. 첫째, 생명 사건의 타이밍이 집단의 생산성과 집단 경쟁에서의 승리 가능성 사이의 연결에 영향을 줄 수 있습니다. 둘째, 집단 수준에서의 상쇄 효과가 진화할 협력을 방해합니다. 셋째, 생산적인 집단이 비생산적인 집단과 경쟁할 때도 승리는 여전히 불확실합니다.
따라서 반복적 상호작용과 집단 간 경쟁 모두 협력의 진화를 독립적으로 지지하지 못합니다. 이는 반복적 상호작용이 집단 선택만큼 비판받아야 함을 의미합니다. 반복적 상호작용이 개인 선택을 통해 영향을 미치기는 하지만, 협력이 결과로 나타나지 않는다면 이는 중요하지 않습니다. 반복적 상호작용에 기반한 조상 심리로 일회성 협력을 설명하는 것은 이론적으로 타당하지 않습니다. 실제로 사람들은 명성에 신경 쓰는 호혜주의자일 수 있으며, 이는 익명의 일회성 설정에서도 사실일 수 있지만, 반복적 상호작용은 이러한 심리의 진화를 설명하지 못합니다. 실제로, 반복적 상호작용의 이론적 약점과 일치하게, 동물 사회에서 관습적 상호 이타주의의 경험적 예는 매우 드뭅니다.
두 메커니즘이 따로 적용될 때 나타나는 약점에도 불구하고, 각각은 다른 메커니즘의 약점을 보완할 수 있습니다. 반복적 상호작용은 기본적으로 취약한 협력 유인을 만들고, 집단 간 경쟁은 자체적으로 협력 유인을 지지하지 않는 상황에서 이 취약성을 제어합니다. 이런 상호작용은 연구에서 관찰된 일반적인 패턴, 즉 집단 내 파트너와의 협력 증가와 집단 외 파트너와의 협력 감소를 만듭니다. 구체적으로, 우리의 연구는 파푸아뉴기니에서 관찰된 특정한 미묘한 패턴을 예측합니다. 미래의 연구는 이러한 집단 내외 호혜성의 혼합이 사회 전반에 걸쳐 어떻게 적용되는지 조사할 수 있지만, 우리는 이미 사회적 딜레마에서 집단 내 편애가 널리 퍼져 있음을 알고 있습니다.
우리의 발견은 협력의 진화를 지원한다고 가정된 메커니즘이 거의 절대로 상호 배타적이지 않다는 중요한 점을 강조합니다. 현재 인간 협력의 진화에 대한 논쟁은 특별하거나 심지어 독특한 메커니즘이 인간 사회 진화를 형성했는지 여부에 집중되어 있으며, 우리의 문화에 대한 극도의 의존이 주된 후보로 여겨집니다. 이러한 논쟁이 어떻게 해결되든, 우리의 결과는 인간 협력을 담당하는 메커니즘의 조합이 특별하거나 심지어 독특할 수 있다는 가능성을 드러냅니다.