존 버든 샌더슨 홀데인

1.1. 어린 시절과 교육

홀데인은 1892년 잉글랜드 옥스퍼드에서 태어났다. 그의 아버지는 스코틀랜드 출신의 저명한 생리학자, 과학자, 철학자이자 영국 자유당원이던 존 스콧 홀데인이었고, 어머니는 영국 보수당원이자 스코틀랜드 혈통을 가진 루이사 캐슬린 트로터였다. 그의 유일한 형제자매인 누나 나오미 미치슨은 저명한 스코틀랜드 작가가 되었다. 그의 삼촌은 리처드 홀데인 자작이었고, 이모는 작가 엘리자베스 홀데인이었다. 홀데인 가문은 홀데인 씨족의 귀족적이고 세속적인 가문이었으며, 그는 자신의 Y 염색체가 로버트 더 브루스까지 거슬러 올라간다고 주장하기도 했다.

홀데인은 옥스퍼드 북부의 11 크릭 로드에서 자랐다. 그는 세 살 때 글을 읽기 시작했고, 네 살 때 이마에 상처를 입자 자신을 치료하던 의사에게 피를 보며 "이것은 산소헤모글로빈인가요, 아니면 일산화탄소헤모글로글빈인가요?"라고 물었다고 한다. 그는 성공회 기독교인으로 양육되었다. 여덟 살부터는 아버지와 함께 집 실험실에서 일하며 훗날 그를 유명하게 만들 자기 실험을 처음 경험했다. 그와 그의 아버지는 독가스의 영향을 연구하는 등 스스로 "인간 기니피그"가 되었다. 1899년, 그의 가족은 옥스퍼드 외곽에 자체 실험실을 갖춘 빅토리아 시대 후기 주택인 "체르웰"로 이사했다. 1901년, 여덟 살이던 그는 아버지를 따라 옥스퍼드 대학교 주니어 과학 클럽에 가서 최근 재발견된 멘델 유전학에 대한 강연을 들었다. 그는 볼리올 칼리지 동물학 강사 아서 더킨필드 다시어의 강연이 "흥미롭지만 어려웠다"고 회고했지만, 이 경험은 그에게 영구적인 영향을 미쳐 유전학이 그의 가장 중요한 과학적 기여를 한 분야가 되었다.

그의 정식 교육은 1897년 옥스퍼드 예비 학교(현 드래곤 스쿨)에서 시작되었고, 1904년 이튼 칼리지에 장학금을 받고 입학했다. 1905년 이튼에 입학한 그는 오만하다는 이유로 선배들로부터 심한 학대를 겪었지만, 줄리언 헉슬리와 친구가 되었다. 당국의 무관심은 그에게 영국 교육 시스템에 대한 지속적인 증오를 남겼다. 그러나 이러한 고난에도 불구하고 그는 학교의 반장이 되었다.

그는 1906년 아버지의 연구에 자원 피험자로 참여하며 처음으로 과학 연구에 참여했다. 그의 아버지 존은 인간에게서 감압병 (고압 환경에서 벗어날 때의 압력 완화)의 영향을 연구한 최초의 인물이었다. 그는 깊은 바다 다이버들에게도 영향을 미칠 수 있는 "잠수병"이라 불리는 생리적 상태를 조사했다. 1906년 7월, 스코틀랜드 서부 해안 로세이 근처의 HMS 스팽커 (1889) 함정에서 어린 홀데인은 실험용 잠수복을 입고 대서양에 뛰어들었다. 이 연구는 1908년 위생학 저널에 101페이지 분량의 논문으로 발표되었는데, 홀데인은 "잭 홀데인(13세)"으로 묘사되었으며, 그에게는 "잠수복을 입고 잠수한 첫 경험"이었다. 이 연구는 홀데인 감압 모델이라는 과학 이론의 기초가 되었다.

그는 옥스퍼드 대학교 뉴 칼리지에서 수학과 고전학을 공부했으며, 1912년 수학 모더레이션에서 최우수 학위를 받았다. 그는 유전학에 몰두하여 1912년 여름 척추동물의 유전자 연관성에 대한 논문을 발표했다. 그의 첫 기술 논문이자 30페이지 분량의 헤모글로빈 기능에 관한 논문은 같은 해 아버지와 공동 저자로 출판되었다. 이 연구에 대한 그의 수학적 처리는 1913년 12월 생리학회 회보에 발표되었다.

홀데인은 자신의 교육이 특정 과목에 국한되는 것을 원치 않았으며, 고전학을 전공하여 1914년 최우수 학위로 졸업했다. 그는 생리학을 공부할 의지가 충분했지만, 훗날 제1차 세계 대전을 언급하며 "다른 사건들로 인해 다소 가려졌다"고 설명했다. 그의 유일한 정식 생물학 교육은 불완전한 척추동물 해부학 과정이었다.

1.2. 제1차 세계 대전 참전

제1차 세계 대전 참전을 위해 홀데인은 영국 육군에 자원 입대했으며, 1914년 8월 15일 블랙 워치 (왕립 하이랜드 연대) 제3대대 임시 소위로 임관했다. 그는 참호 박격포 장교로 임명되어 적 참호에 수류탄을 투척하는 임무를 지휘했으며, 이 경험을 "즐거웠다"고 묘사했다. 1932년 그의 글에서 그는 "사람들을 죽이는 기회를 즐겼고, 이를 원시인의 존경할 만한 유물로 여겼다"고 기술했다. 그는 1915년 2월 18일 임시 중위로, 10월 18일 임시 대위로 진급했다.

프랑스에서 복무 중 포격으로 부상을 입고 스코틀랜드로 송환되어 블랙 워치 신병들의 수류탄 교관으로 복무했다. 1916년에는 메소포타미아 (현 이라크) 전선에 참전하여 적의 폭탄에 심하게 부상을 입었다. 그는 전선에서 해방되어 인도로 보내졌고, 전쟁이 끝날 때까지 그곳에 머물렀다. 그는 1919년 영국으로 돌아와 1920년 4월 1일 대위 계급을 유지한 채 전역했다. 전투에서의 그의 맹렬하고 공격적인 모습 때문에 그의 지휘관은 그를 "내 군대에서 가장 용감하고 더러운 장교"라고 묘사했다. 그의 연대 다른 고위 장교는 그를 '미쳤다'고 '정신 나갔다'고 불렀다.

그는 전선에 있으면서도 과학 논문을 작성했으며, 참호 속에서 시를 쓰기도 했다. 아버지의 요청으로 잠시 귀국했을 때는 함께 독일군의 독가스를 연구했다. 전선에서는 오토바이를 타고 독일군이 보는 앞에서 참호를 뛰어넘어 적이 총을 쏘기 전에 엄폐물에 숨거나, 한밤중에 철조망을 기어 적진에 침투하여 영국군을 욕하는 독일군에게 수류탄을 던지는 등 극도로 무모한 행동을 보였다. 이 시기에 그는 사회주의에 눈을 뜨게 되었고, 이후 공산주의에 매료되었다. 중동 전선에서도 부상을 입어 인도의 병원으로 이송되었고, 그곳에서 우르두어를 배우고 인도 문화를 연구하며 시간을 보냈다. 퇴원 후에는 인도 육군에 복무하며 아일랜드에서 종전을 맞이했다.

1.3. 학술 경력

1919년부터 1922년까지 홀데인은 옥스퍼드 대학교 뉴 칼리지의 펠로로 재직하며, 해당 분야의 정식 교육이 부족했음에도 불구하고 생리학과 유전학을 가르치고 연구했다. 옥스퍼드에서의 첫 해 동안 그의 호흡 생리학 및 유전학 관련 논문 6편이 출판되었다. 이후 그는 케임브리지 대학교로 옮겨 1923년 새로 신설된 생화학 강사직을 수락하여 1932년까지 가르쳤다. 케임브리지에서 9년 동안 그는 효소와 유전학, 특히 유전학의 수학적 측면에 대해 연구했다. 1932년 캘리포니아 대학교의 방문 교수로 재직하는 동안 그는 왕립학회 펠로로 선출되었다.

홀데인은 1927년부터 1937년까지 서리주 머턴 파크에 위치한 존 인스 원예 연구소(이후 존 인스 센터로 명칭 변경)에서 파트타임으로 근무했다. 1926년 앨프리드 대니얼 홀이 소장이 되었을 때, 그의 초기 과제 중 하나는 자신의 후계자가 될 "유전학 연구에서 높은 자질을 가진 인물"을 부소장으로 임명하는 것이었다. 줄리언 헉슬리의 추천으로 이사회는 1927년 3월 홀데인을 임명했다. 그는 유전학 연구 책임자로 활동했다. 1930년부터 1932년까지 왕립 연구소의 풀러 생리학 교수를 역임했으며, 1933년에는 유니버시티 칼리지 런던의 유전학 교수가 되어 그의 학술 경력 대부분을 그곳에서 보냈다. 홀은 1939년까지 은퇴하지 않았으므로 홀데인은 실제로 그의 후임이 되지 못했지만, 1936년 존 인스 연구소를 사임하고 유니버시티 칼리지 런던의 초대 생체 측정학 웰던 교수가 되었다. 홀데인은 존 인스 연구소가 "영국에서 유전학 연구의 가장 활발한 장소"가 되는 데 기여한 것으로 평가받는다. 제2차 세계 대전 중 폭격을 피하기 위해 1941년부터 1944년까지 그의 연구팀을 하트퍼드셔의 로담스테드 실험장으로 옮겼다. 1910년 윌리엄 베이트슨과 함께 유전학 저널을 창간한 레지날드 푸닛은 1933년 그에게 편집장직을 제안했고, 그는 사망할 때까지 이 직책을 유지했다.

1.4. 인도에서의 삶

1956년, 홀데인은 유니버시티 칼리지 런던을 떠나 인도 콜카타 (당시 캘커타)의 인도 통계 연구소(Indian Statistical Institute, ISI^영어)에 합류하여 생체 통계학 부서에서 일했다. 홀데인은 인도로 이주한 여러 이유를 밝혔다. 공식적으로는 수에즈 위기 때문에 영국을 떠났다고 진술하며, "결론적으로, 나는 최근 영국 정부의 행동이 국제법 위반이라고 생각하기 때문에 인도로 간다"고 썼다. 그는 따뜻한 기후가 자신에게 좋을 것이며, 인도가 자신의 사회주의적 꿈을 공유한다고 믿었다. 1958년 합리주의자 연감에 실린 "인도로 가는 길"이라는 글에서 그는 "우선 나는 미국 음식보다 인도 음식을 선호한다. 아마도 인도로 가는 주된 이유는 내가 관심 있는 종류의 과학 연구 기회가 영국보다 인도에서 더 좋고, 내 가르침이 여기만큼이나 그곳에서도 유용할 것이라고 생각하기 때문이다"라고 밝혔다. 그의 아내 헬렌이 공공장소 소란과 벌금 납부 거부로 대학에서 해고되자 홀데인은 사직했다. 그는 "60년 동안 양말을 신었으면 충분하다"며 더 이상 양말을 신지 않겠다고 선언했고, 항상 인도 복장을 착용했다.

홀데인은 저렴한 연구에 큰 관심을 보였다. "인도로 가는 길"에서 그는 "물론 내 작업에 전자 현미경, 사이클로트론 등이 필요하다면 인도에서는 얻을 수 없을 것이다. 그러나 찰스 다윈과 윌리엄 베이트슨이 연구에 사용했던 종류의 시설, 즉 정원, 정원사, 비둘기 사육장, 비둘기는 영국보다 인도에서 더 쉽게 구할 수 있다"고 설명했다. 그는 줄리언 헉슬리에게 말라바르 깝작도요에 대한 자신의 관찰을 편지로 보냈다. 그는 동부 아프리카 콩을 식물 유전학 연구의 모델로 사용할 것을 옹호했다. 그는 란타나 카마라의 수분에 관심을 가졌다. 그는 인도 대학들이 생물학을 전공하는 학생들에게 수학을 포기하도록 강요하는 것을 한탄했다. 그는 꽃의 대칭 연구에 관심을 가졌다. 1961년 1월, 그는 캐나다 나비학자 게리 보팅과 친구가 되었고, 그를 초대하여 자신의 안테라에아 누에나방 교배 실험 결과를 공유했다. 그와 그의 아내 헬렌 스퍼웨이, 그리고 학생 크리슈나 드로나마라주는 콜카타의 오베로이 그랜드 호텔에 있었는데, 보팅과 함께 온 수잔 브라운이 홀데인 부부에게 자신들이 이전에 예정된 행사가 있어 홀데인 부부가 주최하는 만찬 초대를 수락할 수 없다고 정중히 거절했다. 두 학생이 호텔을 떠난 후, 홀데인은 자신이 "미국의 모욕"이라고 생각하는 것에 항의하기 위해 대대적으로 보도된 단식 투쟁을 벌였다. 인도 통계 연구소 소장 P. C. 마할라노비스가 단식 투쟁과 예산에 없는 만찬에 대해 홀데인을 추궁하자, 홀데인은 1961년 2월 사임하고 오리사 주 (현 오디샤 주)의 주도인 부바네스와르에 새로 설립된 생체 통계학 부서로 옮겼다.

홀데인은 인도 시민권을 취득했으며, 힌두교에 관심을 가지고 채식주의자가 되었다. 1961년, 홀데인은 인도를 "자유 세계에 가장 가까운 곳"이라고 묘사했다. 예지 네이만은 "인도에는 상당수의 악당들과 엄청나게 많은 가난하고 생각 없는, 역겹도록 비굴한 사람들이 있는데, 이들은 매력적이지 않다"고 반박했다. 홀데인은 이에 대해 다음과 같이 반박했다.
"아마도 인도에서는 다른 곳보다 악당이 되는 것이 더 자유로울 것이다. 제이 굴드 같은 사람들이 있던 시절의 미국에서도 그랬는데, 그때는 (내 생각에) 오늘날보다 미국에 더 많은 내부 자유가 있었다. 다른 사람들의 '역겨운 비굴함'에는 한계가 있다. 콜카타 사람들은 토머스 제퍼슨을 기쁘게 했을 방식으로 폭동을 일으키고, 전차를 뒤엎고, 경찰 규정을 따르지 않는다. 나는 그들의 활동이 그리 효율적이라고 생각하지 않지만, 그것은 쟁점이 아니다."
1962년 6월 25일 그로프 콘클린이 그를 "세계 시민"이라고 인쇄물에 묘사하자, 홀데인은 다음과 같이 응답했다.
"의심할 여지 없이 나는 어떤 의미에서 세계 시민이다. 그러나 나는 토머스 제퍼슨과 마찬가지로 시민의 주요 의무 중 하나는 자기 국가 정부에 골칫거리가 되는 것이라고 믿는다. 세계 국가가 없으므로 나는 그렇게 할 수 없다. 반면에 나는 인도 정부에 골칫거리가 될 수 있고, 실제로 그러하다. 인도 정부는 비판을 상당히 허용하는 장점이 있지만, 반응은 다소 느리다. 나는 또한 인도 시민이라는 것을 자랑스럽게 생각한다. 인도는 유럽은 물론 미국, 소련, 중국보다 훨씬 더 다양하며, 따라서 가능한 세계 조직을 위한 더 나은 모델이다. 물론 해체될 수도 있지만, 그것은 훌륭한 실험이다. 그러므로 나는 인도 시민으로 불리고 싶다."

1.5. 개인적인 삶

홀데인은 두 번 결혼했는데, 첫 번째는 샬럿 홀데인(Charlotte Franken^영어)과, 두 번째는 헬렌 스퍼웨이(Helen Spurway^영어)와 결혼했다. 1924년, 홀데인은 데일리 익스프레스의 기자이자 잭 버지스와 결혼한 샬럿 프랑켄을 만났다. 홀데인의 저서 다이달로스, 혹은 과학과 미래(Daedalus, or Science and the Future^영어) 출판 후, 그녀는 홀데인을 인터뷰했고 둘은 관계를 시작했다. 홀데인과 결혼하기 위해 프랑켄은 이혼 소송을 제기했고, 홀데인이 공동 피고로 연루되면서 논란이 일었다. 더욱이 사호트라 사르카르가 보고한 바와 같이, "그녀가 이혼을 얻기 위해 홀데인은 그녀와 공개적으로 간통을 저질렀다." 홀데인의 행동은 "심각한 부도덕"으로 묘사되었고, 이로 인해 그는 1925년 케임브리지의 성 비리(6인 징계 위원회)에 의해 대학에서 공식적으로 해고되었다. 그러나 G. K. 체스터턴, 버트런드 러셀, W. L. 조지 등 케임브리지 교수들은 대학이 교수의 사생활만을 근거로 그러한 판단을 내려서는 안 된다고 주장하며 홀데인을 옹호했다. 결국 해고는 1926년 철회되었다. 홀데인과 샬럿 프랑켄은 1926년에 결혼했다. 1942년 별거 후 1945년 이혼했으며, 그 해 말 그는 그의 전 박사 과정 학생이었던 헬렌 스퍼웨이와 재혼했다. 그는 또한 엔젤 레코드의 설립자인 돌레 소리아와도 관계를 가졌다.

홀데인은 한때 자신에 대해 "나는 11개 언어를 읽을 수 있고 세 개 언어로 공개 연설을 할 수 있지만, 음악적 재능은 없다. 나는 꽤 유능한 대중 연설가이다"라고 자랑했다. 그는 자녀가 없었지만, 그와 그의 아버지는 누나 나오미의 자녀들에게 중요한 영향을 미쳤으며, 그중 데니스 미치슨, 머독 미치슨, 아브리온 미치슨은 각각 런던 대학교, 에든버러 대학교, 유니버시티 칼리지 런던의 생물학 교수가 되었다.

아버지에게서 영감을 받아 홀데인은 데이터를 얻기 위해 종종 자기 실험을 했고 스스로를 위험에 노출시키기도 했다. 혈액의 산성화 효과를 시험하기 위해 그는 묽은 염산을 마셨고, 7% 이산화 탄소가 포함된 밀폐된 방에 자신을 가두고는 그것이 '꽤 심한 두통을 유발한다'는 것을 발견했다. 고농도 산소 포화도를 연구하기 위한 한 실험은 경련을 일으켜 척추가 부러지는 고통을 겪게 했다. 그의 감압실 실험에서는 그와 그의 자원자들은 고막 천공을 겪었다. 그러나 홀데인은 생명이란 무엇인가(What is Life^영어)에서 "고막은 대개 치유된다. 그리고 구멍이 남아 있더라도, 다소 귀가 먹먹하긴 하지만, 해당 귀에서 담배 연기를 내뿜을 수 있는데, 이는 사회적 기술이다"라고 진술했다.

홀데인은 학술 경력 초반부터 동료들 사이에서 인기가 없었다. 케임브리지에서는 특히 저녁 식사 자리에서 그의 거리낌 없는 행동으로 대부분의 고위 교수들을 짜증 나게 했다. 그의 지지자였던 에드거 에이드리언 (1932년 노벨 생리학·의학상 수상자)은 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지가 그에게 펠로 임명을 제안하도록 거의 설득했지만, 홀데인이 자신의 실험실에서 가져온 3.8 L ^{(1 US gal)}짜리 소변 병을 들고 식탁에 도착하는 사건으로 인해 무산되었다.

1.6. 말년과 사망

1963년 가을, 홀데인은 일련의 과학 회의를 위해 미국을 방문했다. 위스콘신 대학교 매디슨에서 시웰 라이트는 그의 연설 전에 홀데인의 많은 업적을 언급하며 그를 소개했고, 이에 홀데인은 겸손하게 "홀데인"에 대한 모든 언급을 "라이트"로 바꾸면 소개가 더 정확했을 것이라고 말했다. 플로리다에서는 1920년대에 자신과는 독립적으로 생명의 기원 이론을 발전시킨 러시아 생화학자 알렉산드르 오파린을 처음이자 유일하게 만났다. 그곳에 있는 동안 그는 복통을 느끼기 시작했다.

홀데인은 진단을 위해 런던으로 갔다. 그는 직장암 진단을 받았고, 1964년 2월 수술을 받았다. 그 무렵 필립 댈리는 BBC에서 저명한 현존 과학자들에 대한 다큐멘터리를 제작하고 있었는데, 여기에는 시웰 라이트와 노벨상 2회 수상자인 라이너스 폴링도 포함되어 있었다. 댈리 팀은 다큐멘터리 프로필을 위해 병원에 있는 홀데인에게 접근했지만, 홀데인은 촬영된 인터뷰 대신 자서전적인 부고를 주었다. 그 부고의 첫 구절은 다음과 같다.
"나는 자랑으로 시작하려 한다. 나는 한 조각의 권력도 없지만, 오늘날 가장 영향력 있는 사람 중 한 명이라고 믿는다. 설명하겠다. 1932년에 나는 인간 유전자의 돌연변이율을 추정한 최초의 사람이었다."
그는 또한 병원에 있는 동안 자신의 불치병을 조롱하는 유머러스한 시를 썼다. 이 시는 홀데인이 살아온 일관된 불경함을 높이 평가한 그의 친구들이 읽었다. 이 시는 1964년 2월 21일자 뉴 스테이츠먼에 처음 실렸다.

암은 우스운 것:
호메로스의 목소리를 가졌더라면
직장암에 대해 노래했을 텐데,
이것은 트로이가 약탈당했을 때 죽은 이들보다
훨씬 더 많은 사람들을 죽인다네...
이 시는 다음과 같이 끝난다.
...암이 종종 사람을 죽인다는 것을 알지만,
자동차와 수면제도 마찬가지라네;
그리고 그것은 사람을 땀 흘리게 할 만큼 아프게 할 수 있지만,
나쁜 치아와 갚지 못한 빚도 마찬가지라네.
나는 확신하건대, 약간의 웃음은
치료를 종종 가속화시킨다네;
그러니 우리 환자들이 외과 의사들이 우리를 건강하게 만들도록
우리의 역할을 다하자네.
그는 자신의 시신이 카키나다의 랑가라야 의과대학에서 의학 연구 및 교육에 사용되기를 유언했다.
내 몸은 살아 있는 동안에도, 죽은 후에도, 내가 계속 존재하든 않든, 더 이상 쓸모가 없을 것이므로, 다른 사람들이 사용하기를 바란다. 가능하다면 시신 냉장은 내 재산의 최우선 비용으로 지불되어야 한다.

런던에서의 수술은 성공적이라고 선언되었다. 그러나 6월 인도에 돌아온 후 증상이 재발했고, 8월에 인도 의사들은 그의 상태가 말기임을 확인했다. 9월 7일 존 메이너드 스미스에게 보낸 편지에서 그는 "곧 죽을 것이라는 전망에 크게 동요하지 않는다. 그러나 (수술을 집도한 영국 의사에게) 매우 화가 난다"고 썼다.

그는 1964년 12월 1일 부바네스와르에서 사망했다. 그날 BBC는 그의 자서전적인 부고를 "J.B.S. 홀데인 교수, 부고"라는 제목으로 방송했다. 그의 유언에 따라 시신은 카키나다로 옮겨졌고, 비사 라마찬드라 라오가 부검 및 시신 일부 보존을 수행했다. 그의 골격과 장기는 랑가라야 의과대학 병리학과에 위치한 홀데인 박물관에 일반에 전시되어 있다.

2.1. 집단유전학과 진화 이론

홀데인은 로널드 피셔와 시웰 라이트와 함께 집단유전학의 수학적 이론을 발전시킨 세 명의 주요 인물 중 한 명이다. 이로써 그는 20세기 초 현대 진화 종합설에서 중요한 역할을 했다. 그는 멘델 유전의 수학적 결과로 자연 선택을 설명함으로써 진화의 중심 메커니즘으로 자연 선택을 재정립했다. 그는 1924년부터 1934년 사이에 생물학 리뷰, 케임브리지 철학회 수학 회보, 유전학 (저널)과 같은 저널에 발표된 10편의 논문 시리즈인 자연 선택과 인공 선택의 수학적 이론을 저술했다. 이 시리즈에서 그는 유전자 빈도 변화의 방향과 속도에 대한 표현식을 도출하고, 자연 선택과 돌연변이, 이주의 상호작용을 분석했다. 그는 1931년 웨일스 대학교에서 이 시리즈를 바탕으로 일련의 강의를 했고, 이 내용은 1932년 그의 저서 진화의 원인(The Causes of Evolution^영어)에 요약되었다.

1924년 그의 첫 논문은 후추나방 진화에서 자연 선택의 속도를 다루었다. 그는 환경 조건이 우성(이 경우 검은색 또는 멜라닌형) 또는 열성(회색 또는 야생형) 나방의 증가 또는 감소에 유리하게 작용할 수 있다고 예측했다. 1848년 현상이 발견된 맨체스터와 같은 그을음이 많은 환경에서 그는 "우성형의 번식력이 열성형보다 50% 더 커야 한다"고 예측했다. 그의 추정에 따르면, 1848년에 1%의 우성형이 있었고 1898년에는 약 99%가 되었다고 가정할 때, "변화(우성형이 나타나는 것)에는 48세대가 필요하다... 단 13세대 만에 우성형이 다수가 될 것이다." 이러한 수학적 예측은 자연에서의 자연 선택에 대해 불가능하다고 여겨졌지만, 이후 1953년부터 1958년까지 옥스퍼드 동물학자 버나드 케틀웰이 수행한 정교한 실험(케틀웰의 실험)을 통해 입증되었다. 홀데인의 예측은 2001년부터 2007년까지 케임브리지 유전학자 마이클 마제러스의 실험을 통해 더욱 입증되었다.

2.2. 유전학과 인간 생물학

홀데인은 유전자 연관성 연구에서 선구적인 역할을 했다. 1904년 아서 더킨필드 다시어는 일본 왈츠 쥐와 알비노 쥐 사이의 멘델 유전을 시험하려는 실험에 대한 논문을 발표했다. 홀데인은 이 논문을 접했을 때, 다시어가 실험에서 유전자 연관성의 가능성을 간과했다는 것을 알아차렸다. 케임브리지 대학교 생물학 교수 레지날드 푸닛에게 조언을 구한 후, 그는 독립적인 실험 후에야 논문을 쓸 준비가 되었다. 그의 누나 나오미 미치슨과 한 살 위 친구인 알렉산더 달젤 스프런트와 함께 그는 1908년 기니피그와 생쥐를 사용하여 실험을 시작했다. 1912년에는 보고서가 준비되었다. 이 논문은 생쥐의 중복(Reduplication in mice^영어)이라는 제목으로 1915년 12월에야 유전학 저널에 발표되었다. 이 논문은 포유류에서 유전자 연관성을 처음으로 입증한 것이며, 특정 유전적 특성이 함께 유전되는 경향이 있음을 보여주었다 (이는 나중에 염색체 상의 근접성 때문인 것으로 밝혀졌다). (1912년에서 1914년 사이에 초파리(Drosophila melanogaster^영어), 누에나방(Bombyx mori^영어), 식물에서 유전자 연관성이 보고되었다.)

이 논문은 홀데인이 제1차 세계 대전에 복무하는 동안 작성되었기 때문에 제임스 F. 크로우는 이를 "전선 참호에서 작성된 가장 중요한 과학 논문"이라고 불렀다. 홀데인은 자신이 "블랙 워치 전방 진지에서 과학 논문을 완성한 유일한 장교"라고 회상했다. 홀데인처럼 스프런트도 제1차 세계 대전 초기에 베드퍼드셔 연대 제4대대에 입대했으며, 1915년 3월 17일 뇌브샤펠 전투에서 전사했다. 이 소식을 접한 홀데인은 논문을 출판하기 위해 제출했으며, 논문에서 그는 "전쟁으로 인해 조기 출판이 필요했는데, 불행히도 우리 중 한 명(A. D. S.)이 이미 프랑스에서 전사했기 때문이다"라고 언급했다. 그는 또한 1921년 닭에서, 그리고 1937년 줄리아 벨과 함께 인간에서 연관성을 처음으로 입증했다.

그의 통계적 인간 유전학에 대한 기여는 다음과 같다. 인간 연관 지도 추정을 위한 최대 우도법을 최초로 사용한 것; 인간 돌연변이율 추정을 위한 선구적인 방법; 인간의 돌연변이율에 대한 최초의 추정치 (X-연관 혈우병 유전자의 경우 세대당 유전자당 2 × 10^-5 돌연변이); 그리고 "자연 선택의 비용"이라는 개념을 처음 제시한 것이다. 그는 1932년 그의 저서 진화의 원인에서 인간 돌연변이율을 처음으로 추정했다. 존 인스 원예 연구소에서 그는 배수체에 대한 복잡한 연관 이론을 개발했고, 식물 색소의 생화학적 및 유전적 연구를 통해 유전자-효소 관계의 개념을 확장했다.

유럽 각 왕실의 가계도를 조사하여 혈우병이 돌연변이에 의해 발생하는 질병임을 밝혀냈다. 그의 논문에는 "빅토리아 여왕은 1818년 그녀의 아버지 켄트 공 에드워드 어거스터스의 고환 좌우 중 한쪽 세포 핵에서 일어난 돌연변이에서 유래한 혈우병 유전자의 보인자인 것으로 보인다"고 기록되어 있다.

2.3. 생화학 및 생리학

홀데인은 아버지의 발자취를 따라, 첫 번째 출판물은 생리학 저널에 실린 헤모글로빈에 의한 기체 교환 메커니즘에 관한 것이었으며, 이후 혈액의 pH 완충 작용에 대한 화학적 특성을 연구했다. 그는 신장 기능의 여러 측면과 배설 메커니즘을 조사했다.

1925년, 조지 에드워드 브릭스와 함께 홀데인은 1903년 빅토르 앙리가 제시한 효소 반응 속도론 법칙, 즉 1913년 미카엘리스-멘텐 속도론으로 더 잘 알려진 것에 대한 새로운 해석을 도출했다. 레오노르 미카엘리스와 모드 멘텐은 효소(촉매)와 기질(반응물)이 복합체와 빠르게 평형을 이루고, 이 복합체가 분해되어 생성물과 자유 효소를 생성한다고 가정했다. 이와 대조적으로, 거의 동시에 도널드 반 슬라이크와 G. E. 컬렌은 결합 단계를 비가역 반응으로 다루었다. 브릭스-홀데인 방정식은 이전 두 방정식과 동일한 대수적 형태를 가졌지만, 그들의 유도는 중간 복합체(또는 복합체들)의 농도가 변하지 않는다는 준-정상 상태 근사에 기반을 둔다. 결과적으로 "미카엘리스 상수"(Michaelis Constant, K_m^영어)의 미시적 의미는 다르다. 일반적으로 이를 미카엘리스-멘텐 속도론이라고 부르지만, 현재 대부분의 모델은 브릭스-홀데인 유도를 사용한다.

2.4. 생명의 기원

1929년, 홀데인은 합리주의자 연감에 실린 8페이지 분량의 "생명의 기원"(The Origin of Life^영어)이라는 논문에서 자연발생설의 현대적 개념을 도입했다. 그는 원시 해양을 무기 화합물의 혼합물을 포함하는 "광대한 화학 실험실", 즉 유기 화합물이 형성될 수 있는 "뜨겁고 묽은 수프"로 묘사했다. 태양 에너지 아래 무산소 대기에는 이산화탄소, 암모니아, 수증기가 포함되어 다양한 유기 화합물, 즉 "살아 있거나 반쯤 살아 있는 것들"을 생성했다. 최초의 분자들은 서로 반응하여 더 복잡한 화합물을 생성했고, 궁극적으로 세포 구성 요소가 되었다. 어느 시점에서 일종의 "기름진 막"이 생성되어 자기 복제하는 핵산을 에워싸면서 최초의 세포가 되었다. 존 데스몬드 버널은 이 가설을 생체 형성(biopoiesis^영어) 또는 생체 발생(biopoesis^영어)이라고 명명했는데, 이는 살아있는 물질이 자기 복제하지만 생명 없는 분자들로부터 자발적으로 진화하는 과정이다. 홀데인은 또한 바이러스가 원시 수프와 최초의 세포 사이의 중간 존재라고 가설을 세웠다. 그는 생명 이전의 생명체가 "최초의 세포에서 기본적인 단위들의 적절한 집합체가 모이기 전까지 수백만 년 동안 바이러스 단계에 있었을 것"이라고 주장했다. 이 아이디어는 일반적으로 "터무니없는 추측"으로 일축되었다.

알렉산드르 오파린은 1924년 러시아어로 유사한 아이디어를 제안했다 (영어로 1936년 출판). 이 가설은 1953년 고전적인 밀러-유리 실험을 통해 일부 경험적 지지를 얻었다. 그 이후로 원시 수프 이론 (오파린-홀데인 가설)은 자연발생설 연구의 기초가 되었다. 오파린의 이론은 1936년 영어판이 나온 후에야 널리 알려졌지만, 홀데인은 오파린의 독창성을 인정하며 "나는 오파린 교수가 나보다 우선권을 가진다는 데 의심의 여지가 거의 없다"고 말했다.

2.5. 주요 과학 개념

홀데인은 여러 중요한 과학 개념을 제안하거나 용어를 만들었다.

• 홀데인 원리(Haldane's principle^영어): 그의 에세이 적절한 크기란 무엇인가(On Being the Right Size^영어)에서 그는 동물의 크기가 종종 필요한 신체 장비를 결정한다고 설명한다. "곤충은 너무 작아서 산소를 운반하는 혈류가 필요 없다. 그들의 세포에 필요한 소량의 산소는 몸을 통한 공기의 단순한 확산으로 흡수될 수 있다. 그러나 더 큰 동물은 모든 세포에 도달하기 위해 복잡한 산소 펌핑 및 분배 시스템을 가져야 한다."
• 홀데인 체(Haldane's sieve^영어): 1927년 홀데인은 선택이 주로 이형접합자에 작용하기 때문에 새로 발생한 우성 돌연변이가 열성 돌연변이보다 훨씬 더 쉽게 고정될 가능성이 높다고 지적했다. 이 메커니즘은 현재 '홀데인 체'라고 불린다. 이는 대규모 타가 교배 집단에서 새로운 돌연변이로부터의 적응이 주로 비열성 유익 돌연변이의 고정을 통해 진행될 것이라는 기대를 낳는다.
• 홀데인 규칙(Haldane's rule^영어): 1922년 그는 "계통이 다른 동물의 잡종 1세대에서 한쪽 성별에만 나타나지 않거나, 수가 적거나, 불임과 같은 이상이 발견될 경우, 해당 성별이 이형접합성 (인간으로 치면 XY 성염색체를 가진 남성)이다"라는 것을 발견했으며, 이는 홀데인 규칙으로 불린다.
• 홀데인-뮐러 원리(Haldane-Muller principle^영어): 1937년, 그는 헤르만 J. 뮐러와 함께 유전적으로 평형 상태에 있는 집단에서 돌연변이로 인한 집단 적응도 감소율이 개체당 총 돌연변이율과 같고, 개별 유전자의 유해성에는 의존하지 않는다는 것을 보였다.
• 복제(clone^영어) 및 체외 수정(in vitro fertilisation^영어): 홀데인은 인간 복제의 유전적 기초와 궁극적인 우수 개체의 인공 번식을 처음으로 생각한 인물이다. 이를 위해 그는 20세기 초부터 농업에서 사용되던 "클론"(clon^영어, 그리스어 κλών_klōn^{고대 그리스어 (1453년 이전)}에서 유래한 '가지'를 뜻함)이라는 용어를 수정하여 "클론"과 "클로닝"이라는 용어를 도입했다. 그는 1963년 시바 재단 심포지엄: 인간과 그의 미래(Ciba Foundation Symposium on Man and his Future^영어)에서 "향후 만 년 동안 인간 종의 생물학적 가능성"이라는 연설에서 이 용어를 소개했다. 그는 또한 체외 발생(ectogenesis^영어) 개념을 제시했다.
• 수소 경제(hydrogen economy^영어): 1923년 케임브리지에서 "과학과 미래"라는 제목의 강연에서 홀데인은 영국에서 석탄을 이용한 전력 생산이 고갈될 것을 예견하고, 수소를 생산하는 풍차 네트워크를 제안했다. 이는 수소 기반 재생 에너지 경제에 대한 최초의 제안이다.
• 다윈(Darwin^영어): 진화의 단위로 '다윈'이라는 용어를 만들었다.

2.6. 말라리아와 겸상 적혈구 빈혈

홀데인은 인간의 유전 질환과 감염 사이의 진화적 연관성을 최초로 인식한 인물이다. 그는 다양한 상황과 질병에서 인간 돌연변이율을 추정하면서, 지중해 빈혈과 같은 적혈구에서 발현되는 돌연변이가 말라리아와 같은 치명적인 감염이 풍토병인 열대 지역에서만 널리 퍼져 있다는 점에 주목했다. 그는 또한 이러한 특성들(겸상 적혈구 특성의 이형접합성 유전)이 자연 선택에 유리하며, 개인을 말라리아 감염으로부터 보호한다고 관찰했다. 그는 1948년 스톡홀름에서 열린 제8차 국제 유전학회에서 "인간 유전자의 돌연변이율"이라는 주제로 자신의 가설을 발표했다. 그는 말라리아 풍토병 지역에 사는 인간의 유전 질환이 말라리아 감염에 상대적으로 면역력을 부여하는 조건(표현형)을 제공한다고 제안했다. 그는 1949년 발표된 기술 논문에서 이 개념을 공식화했으며, "빈혈 이형접합자의 혈구는 정상보다 작고, 저삼투압 용액에 더 강하다. 최소한 그들이 말라리아를 유발하는 포자충의 공격에 더 강할 가능성이 있다"는 예언적인 진술을 했다. 이는 "홀데인의 말라리아 가설" 또는 간단히 "말라리아 가설"로 알려지게 되었다. 이 가설은 1954년 앤서니 C. 앨리슨에 의해 겸상 적혈구 빈혈 사례에서 최종적으로 확인되었다.

3.1. 사회주의와 마르크스주의

홀데인은 제1차 세계 대전 중에 사회주의자가 되었고, 스페인 내전 중에는 스페인 제2공화국을 지지했으며, 1937년에는 영국 공산당의 공개적인 지지자가 되었다. 그는 실용적인 변증법적 유물론적 마르크스주의자였으며, 데일리 워커 (영국)에 많은 글을 기고했다. 그의 저서 적절한 크기란 무엇인가에서 그는 "특정 산업의 국유화는 가장 큰 국가에서 명백한 가능성이지만, 코끼리가 공중제비를 하거나 하마가 울타리를 뛰어넘는 것을 상상하기 어렵듯이 완전히 사회화된 영국 제국이나 미국을 상상하기 어렵다"고 썼다.

1938년, 홀데인은 열정적으로 "나는 마르크스주의가 진실이라고 생각한다"고 선언했다. 그는 1942년 공산당에 가입했다. 그는 리센코주의의 부상과 소련에서 유전학자들의 박해에 대해 반다윈주의적이며 변증법적 유물론과 양립할 수 없는 유전학에 대한 정치적 탄압이라고 공개적으로 발언하도록 압력을 받았다. 그는 자신의 논쟁의 초점을 영국으로 옮겨 과학 연구가 재정적 후원에 의존하는 것을 비판했다. 1941년, 그는 그의 친구이자 동료 유전학자인 니콜라이 바빌로프에 대한 소련의 재판에 대해 다음과 같이 썼다.
소련 유전학자들 사이의 논쟁은 주로 바빌로프가 대표하는 학술 과학자(주로 사실 수집에 관심 있는)와 리센코가 대표하는 결과 지향적인 사람 사이의 논쟁이었다. 이 논쟁은 독설 없이 우호적인 분위기에서 진행되었다. 리센코는 (1939년 10월 토론에서) 다음과 같이 말했다. '중요한 것은 논쟁하는 것이 아니다. 과학적으로 정교하게 개발된 계획에 따라 우호적으로 일하자. 구체적인 문제를 다루고, 소련 인민농업위원회로부터 과제를 받아 과학적으로 수행하자. 소련 유전학 전체는 이 두 가지 대조적인 관점의 성공적인 종합 시도이다.'
제2차 세계 대전 말기까지 홀데인은 소련 정권에 대한 명확한 비판자가 되었다. 그는 1950년 공산당 후보로 의회에 출마하는 것을 고려한 직후 당을 탈퇴했다. 그는 계속해서 이오시프 스탈린을 존경했으며, 1962년 그를 "매우 훌륭한 일을 한 위대한 인물"이라고 묘사했다. 홀데인은 피터 라이트 (MI5 장교)와 채프먼 핀처를 포함한 작가들에 의해 '인텔리겐치아'라는 암호명으로 소련 총정찰국 스파이였다는 비난을 받기도 했다.

3.2. 과학과 사회에 대한 견해

홀데인은 과학 연구의 후원 방식, 사회 문제 해결에서의 과학의 역할, 인도 사회에 대한 그의 관점 등 과학과 사회 전반에 대한 그의 생각을 다루었다.

그는 인간 복제의 유전적 기초와 궁극적인 우수 개체의 인공 번식을 처음으로 생각한 인물이다. 이를 위해 그는 "클론"과 "클로닝"이라는 용어를 도입했다. 그의 에세이 다이달로스, 혹은 과학과 미래 (1924)는 체외 수정의 개념을 제시했는데, 그는 이를 체외 발생(ectogenesis^영어)이라고 불렀다. 그는 체외 발생을 더 나은 개인(우생학)을 만들기 위한 도구로 구상했다. 홀데인의 작업은 올더스 헉슬리의 멋진 신세계 (1932)에 영향을 미쳤으며, 제럴드 허드에게도 존경받았다. 과학에 대한 다양한 에세이들은 1927년 가능한 세계들(Possible Worlds^영어)이라는 제목의 책으로 묶여 출판되었다. 그의 책 방공 대책 (A.R.P.)(A.R.P. (Air Raid Precautions)^영어) (1938)은 인체에 대한 스트레스의 생리적 연구와 스페인 내전 중 공습 경험을 결합하여 영국이 제2차 세계 대전 동안 겪을 공습의 예상 효과에 대한 과학적 설명을 제공했다.

그는 C. S. 루이스에 의해 과학주의로 비난받았다. 홀데인은 루이스와 그의 랜섬 3부작을 "과학에 대한 완전한 오해와 인류에 대한 폄하"로 비판했다. 홀데인은 어린이들을 위한 책 내 친구 리키 씨(My Friend Mr. Leakey^영어) (1937)를 썼는데, 여기에는 "마술사와의 식사", "마술사의 하루", "리키 씨의 파티", "쥐들", "황금 이빨을 가진 뱀", "내 마법의 칼라 스터드"와 같은 이야기들이 포함되어 있다. 이후 판본에는 퀜틴 블레이크의 삽화가 실렸다. 홀데인은 또한 루이스의 신 존재 증명에 대한 비판적인 에세이인 "더 많은 반-루이사이트"(More Anti-Lewisite^영어)를 썼는데, 이는 루이사이트 독가스와 그 해독제를 언급한 것이다.

홀데인은 사망 직전 인도에서 출판된 간략한 자서전(An Autobiography in Brief^영어)에서 T. A. 데이비스, 드로나마라주 크리슈나 라오, 수레시 자야카르, S. K. 로이 등 네 명의 가까운 동료들이 저명한 과학자가 될 가능성을 보였다고 언급했다.

4.1. 과학적 유산과 영향력

홀데인의 연구는 후대 과학 발전에 지대한 영향을 미쳤다. 특히 집단유전학과 진화생물학 분야에서 그의 기여는 독보적이다. 그는 찰스 다윈의 자연 선택설과 그레고어 멘델의 유전 법칙을 수학적으로 통합하여 현대 진화 종합설의 기초를 다졌다. 그의 연구는 돌연변이, 유전자 빈도, 자연 선택의 역학을 이해하는 데 필수적인 틀을 제공했다.

그의 효소 반응 속도론에 대한 기여는 생화학 분야의 발전에 핵심적인 역할을 했으며, 생명의 기원에 대한 원시 수프 가설은 생명 기원 연구의 현대적 토대가 되었다. 또한 말라리아와 겸상 적혈구 빈혈 사이의 유전적 연관성을 밝혀낸 것은 인간 유전학과 의학 유전학 분야에 새로운 지평을 열었다.

4.2. 수상 및 영예

홀데인은 1932년 왕립학회 펠로로 선출되었다. 프랑스 정부는 1937년 그에게 레지옹 도뇌르 훈장을 수여했다. 1952년에는 왕립학회로부터 다윈 메달을 수상했다. 1956년에는 영국 인류학 연구소의 헉슬리 기념 메달을 받았다. 그는 또한 1961년 린체이 국립 아카데미로부터 펠트리넬리상을 수상했다. 이 외에도 명예 이학박사 학위, 옥스퍼드 대학교 뉴 칼리지의 명예 펠로십, 미국 국립 과학원의 킴버 상을 받았다. 1958년에는 런던 린네 학회의 권위 있는 다윈-월리스 메달을 수상했다.

홀데인이 1927년부터 1937년까지 근무했던 존 인스 센터의 홀데인 강연은 그의 이름을 따서 명명되었다. 영국 유전학회의 JBS 홀데인 강연도 그의 이름을 기려 명명되었다.

4.3. 비판과 논란

홀데인은 소련 스파이 혐의, 정치적 신념과 관련된 논란, 그리고 그의 과학적 주장이나 사회적 발언에 대한 비판적 시각과 논쟁에 휘말렸다.

피터 라이트 (MI5 장교)와 채프먼 핀처를 비롯한 작가들은 홀데인이 '인텔리겐치아'라는 암호명으로 소련 총정찰국의 스파이였다고 주장했다. 이러한 주장은 그의 공산주의 활동과 소련과의 관계 때문에 제기되었지만, 명확한 증거로 입증되지는 않았다.

그의 사생활, 특히 첫 번째 결혼과 관련된 스캔들은 학계에서 논란을 불러일으켰다. 케임브리지 대학교에서 간통 혐의로 해고당했다가 복직된 사건은 당시 사회의 도덕적 기준과 학자의 사생활에 대한 논쟁을 촉발시켰다.

또한, 그는 트로피프 리센코의 유사 과학적 주장을 처음에는 옹호하다가 나중에 비판하는 등 소련의 리센코주의에 대한 그의 입장이 변화한 것도 논란의 대상이 되었다. 그는 이오시프 스탈린을 "매우 훌륭한 일을 한 위대한 인물"이라고 묘사하는 등, 소련 체제에 대한 비판적 시각을 가지면서도 특정 인물에 대한 긍정적인 평가를 유지하여 복잡한 정치적 입장을 보였다.

4.4. 문화적 영향 및 대중화

홀데인은 과학 용어 창안, 문학 작품에 미친 영향, 대중 과학 저술 활동 등 과학 대중화에 크게 기여했다.
그의 소설 앤틱 헤이(Antic Hay^영어) (1923)에서 올더스 헉슬리는 홀데인을 "실험에 너무 몰두하여 친구들이 아내와 잠자리를 같이하는 것을 눈치채지 못하는 생물학자"로 묘사하며 그를 풍자했다.