생명 탄생의 비밀을 밝히는 3가지 가설
과학자들은 38억 년 전 원시 지구에 처음 생명체가 탄생했다고 말한다. 그런데 당시 지구는 지금과 전혀 다른 세상이었다. 산소가 없었고, 바다는 뜨거웠으며, 운석과 혜성이 끊임없이 충돌하는 곳이었다. 무기물만 있었던 이런 곳에서 어떻게 유기물이 생겼고 생명체가 탄생했을까? 과학자들은 그 답으로 3가지 가설을 내놓았다.
원시 대기에서 유기물 합성
1920년대 러시아의 생화학자 알렉산드르 오파린(Oparin, Aleksandr Ivanovich)은 원시 지구가 목성과 비슷한 상태의 대기를 가졌다고 생각하였다. 그래서 그는 목성의 대기 상태를 기초로 원시 지구의 대기가 메탄, 암모니아, 수소, 수증기로 이루어졌다고 추측하였다. 그는 이 성분들이 반응하여 유기물이 합성되었고, 이 유기물들이 바다에 축적되는 과정에서 코아세르베이트라는 유기물 복합체가 생겼으며, 이것으로부터 생명체가 탄생했다는 이론을 제시하였다.
1953년, 미국의 화학자 스탠리 밀러(Stanley Miller)는 스승인 해럴드 유리(Harold Urey)와 함께 오파린의 이론을 확인할 수 있는 실험을 하였다.
두 사람은 용기에 메탄, 암모니아, 소수 혼합기체를 넣고 이 용기에 끓는 물에서 올라오는 수증기를 집어넣어 바닷물이 순환하는 원시 지구의 대기와 비슷한 구조를 만들었다. 그리고 원시 지구에서 자주 일어났으리라 추측되는 번개를 대신하여 용기 안에 전기 방전을 일으켰다. 이 실험은 일주일 동안 계속되었는데, 일주일 후에 단백질의 구성 성분인 아미노산과 같은 유기물이 생성되었다.
이 실험은 오파린의 가설에 힘을 보태어 주었다. 하지만 이와 비슷한 다른 실험에서 실험자가 원시 지구의 대기를 어떻게 정하느냐에 따라 실험 결과가 달라졌다. 또한 원시 지구의 대기를 아무도 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라 조그만 실험 용기 안에서 모든 순환이 이루어졌기 때문에 이 실험 결과에 큰 의미를 두지 않는 과학자들도 있다.
유기물 외계 유입설
별과 별 사이의 우주 공간에 존재하는 분자인 성간 분자는 지금까지 발견된 것만 140여 종에 달하는데, 여기에는 혜성의 꼬리에서 발견된 글리신과 같은 간단한 아미노산이 포함된다.
이 아미노산이 어떻게 성간 분자에 포함되었을까? 성간 구름의 표면에서 화학반응이 일어나 글리신과 같은 간단한 아미노산이 생성될 가능성은 얼마든지 있다. 또한 지구에 떨어진 운석에서 아미노산과 같은 유기물들이 발견되었다. 심지어는 DNA의 기본 단위인 뉴클레오티드의 구성 성분이 발견된 사례도 있다.
이렇게 유기물이 성간 분자로 발견되고 생명의 기본단위들이 운석에 들어 있다면, 지구 생명의 씨앗도 외계에서 오지 않았을까 의심할 수 있다.
원시 지구는 수많은 운석들이 쏟아져 들어와 충돌했다고 한다. 이 시기를 재현한 최근 실험에 의하면, 원시 지구에 존재하던 물질에 운석 충돌을 대신해 강력한 레이저로 충격을 가하자 DNA 구성 성분이 만들어졌다고 한다.
이 실험 결과는 운석들이 충돌한 충격으로 발생한 에너지가 원시 지구 물질의 화학 반응을 촉발하여 DNA 구성 성분을 만들었고 여기에서 생명이 시작되었음을 시사한다.
열수분출공 생명 기원설
수심이 아주 깊은 해저에서는 바닷물이 지각 틈 사이로 스며들어갈 수 있는데, 스며들어간 바닷물은 뜨거운 마그마에 의해 460℃까지 데워진다. 그러면 주변 암석에 들어있던 일부 금속 성분들이 뜨거운 물에 녹아 들어간다.
뜨거운 바닷물은 지각의 갈라진 틈을 통해 다시 분출되는데, 수심 2000~3000m 깊이에서는 압력이 대기압의 200~300배이기 때문에 물이 수백 ℃라도 해도 수증기로 변하지 않는다. 뜨거운 물이 주변의 차가운 바닷물과 만나면 뜨거운 물에 녹아 있던 물질들이 식어 침전되면서 굴뚝을 만든다. 굴뚝은 시간이 흐르면서 점점 자라게 되는데, 이것을 열수분출공이라 한다.
해저를 직접 탐험할 수 없었던 과거에는 햇빛이 도달하지 못하는 깊은 해저에 사는 생물들이 매우 드물 것으로 생각했다.
그런데 기술이 발달하여 깊은 해저를 직접 탐험하면서 과학자들은 열수분출공 주변에 사는 많은 동물들을 발견하였다. 열수분출공에서 뿜어 나오는 뜨거운 바닷물에는 황화수소가 많이 들어있는데, 이 황화수소를 소화시켜 태양빛 없이도 유기물을 합성하는 화학합성 박테리아들이 있기 때문이다. 이 박테리아들이 다른 생물의 먹이가 되면서 열수분출공 주변에 생태계가 형성된다.
일부 과학자들은 해저의 열수분출공처럼 척박한 환경이 원시 지구의 환경과 비슷했을 것이라고 주장하면서 생명의 기원을 열수분출공에서 찾는다. 그들은 열수분출공이 생명 탄생에 적절한 물리-화학적 환경과 에너지를 제공했다고 생각한다.
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아래는 2023년 7월 17일 뉴스입니다~
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우주에서 떨어진 운석, 알고 보니 수만년 전 ‘가출’했던 지구 암석
모로코 사하라사막에서 발견된 운석 ‘NWA 13188’. The Meteorological Society 제공
지구에서 발견되는 운석은 대부분 화성과 목성 사이에 있는 소행성대의 소행성이 고향이다. 화성이나 달 같은 천체에서 나온 것도 있지만 극히 일부다. 미 항공우주국(나사)에 따르면 지금까지 발견된 운석은 5만여개에 이른다. 이 가운데 99.8%가 소행성에서 왔다.
이 운석들은 격렬한 천체간 충돌로 인해 우주로 날아간 파편이 우주를 떠돌다가 지구의 중력에 이끌려 지구로 떨어진 것들이다. 그렇다면 오래 전 지구와의 충돌로 인해 생긴 파편들도 우주를 떠돌다가 어느 순간 지구로 다시 돌아올 수도 있다. 현실에서 얼마든지 가능한 일이다.
프랑스 국립과학연구원(CNRS) 제롬 가타체카 박사 연구팀이 처음으로 그런 사례로 볼 수 있는 운석 분석 결과를 발표했다.
과학전문지 <뉴사이언티스트>에 따르면 연구진은 지난 11일 리옹에서 열린 ‘국제 지구과학 학술대회 ‘골드슈미트 컨퍼런스’에서 “모로코 사하라사막에서 발견된 검은색의 운석 ‘NWA 13188’이 2000~수만년 동안 우주를 떠돌았던 지구 운석으로 보인다”고 밝혔다.
무게 646g의 이 운석은 사하라사막의 베두인족이 발견한 뒤 2018년 한 모로코 운석 수집상에 팔면서 세상에 공개됐다. 따라서 정확한 발견 위치는 알려지지 않았다. 2020년 운석협회(The Meteoritical Society)는 이 암석을 운석으로 인증하면서, 기원을 알 수 없는 ‘B군’으로 분류했다.
운석의 최외각부를 이루는 얇은 ‘용융각’(fusion crust). 운석이 대기권에 진입할 때 마찰열에 녹았다가 식으면서 굳어진 부분이다. Jérôme Gattacceca 제공
우선 암석 속의 산소 동위원소가 지구 암석과 같았을 뿐 아니라 충돌하는 지각판 사이의 경계면에서 만들어진 지질학적 구조를 갖고 있었다. 지각판은 다른 행성에는 없는 지구의 고유한 특징이다.
연구진은 이어 ‘NWA 13188’이 태양계 외부에서 날아오는 고에너지 우주방사선에 얼마나 노출됐는지를 살펴봤다. 우주방사선에 무방비로 노출된 소행성에는 베릴륨10, 헬륨3, 네온21 같은 원소들이 풍부하다. 그러나 지구에서는 자기장이 이들을 차단해준다. ‘NWA 13188’에는 이 원소들의 농도가 다른 운석들보다 낮았지만, 지구에 있는 물체보다는 매우 높았다.
이는 이 운석이 일정 기간 동안 지구 자기장이 미치지 않는 우주 공간에 있었다는 걸 시사한다. 연구진은 그 기간이 수천년에서 최대 10만년에 이르며 소행성 충돌이나 대형 화산 폭발이 원인이었을 것으로 추정했다.
운석이 떨어진 자리에는 충돌의 흔적이 남는다. 그러나 ‘NWA 13188’의 충돌 자리는 찻지 못했다. 픽사베이
지구 운석도 운석이라 불러도 될까
그러나 브뤼셀자유대(VUB)의 필립 클레이즈 교수(지질학)는 <뉴사이언티스트>에 “특별한 가설을 주장하려면 이를 뒷받침할 만한 특별한 증거가 필요하다”며 연구진의 주장에 수긍하기가 어렵다고 말했다.
이 운석이 충돌한 자리에 있어야 할 폭 20km의 충돌분지가 아직 발견되지 않은 것도 이들의 주장에 불리하게 작용하고 있다. 클레이즈 교수는 “그렇게 젊은 충돌구가 있다면 여전히 뜨겁고 연기가 나는 용융물이 있을 것”이라며 “이것을 못찾는다는 건 거의 있을 수 없는 일”이라고 말했다.
가타체카팀은 현재 아르곤과 탄소 연대 측정법을 이용해 운석의 나이를 더 정확하게 파악하는 작업을 하고 있다. 운석의 나이를 알면 운석의 기원에 대해서도 좀 더 확실한 윤곽을 잡을 수 있을 것으로 기대하고 있다.
연구진의 추정대로 애초 고향이 지구이고, 상대적으로 짧은 기간 동안 우주를 떠돌다 온 것으로 확인되더라도 논란의 여지는 있다. 무엇보다 그런 종류의 암석도 운석의 범주에 넣을 수 있는지에 대해 의문이 제기될 수 있다.
오스트리아 레오벤대의 스테판 체르노노즈킨 교수(분석화학)는 화산 폭발이 일어날 때 그 힘에 의해 지구 대기권 상층부까지 도달하는 암석들을 예로 들며 “지구 운석도 운석이라고 정의하게 된다면 운석의 정의가 확장될 것”이라고 말했다.
아래는 2023년 7월 17일 뉴스입니다~
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화성서 유기분자 발견한 ‘퍼시비어런스’…동력비행에 산소생성까지
화성 탐사로버인 퍼시비어런스. 위키미디어 제공.
수난다 샤르마 캘리포니아공대 박사후연구원은 퍼시비어런스가 화성 예제로 분화구에서 다양한 종류의 유기분자 흔적을 발견했다는 연구결과를 국제학술지 ‘네이처’에 12일(현지시간) 발표했다.
과학자들은 그간 화성에서 발견되는 유기물이 생물에서 유래했을 가능성보다 물과 암석의 상호작용, 유성이나 먼지의 퇴적물로 생겼을 것이라는 연구결과를 수차례 내놨다. 이번 연구는 화성에 존재하는 유기물질에 대한 이해를 높이고 생물 존재 가능성과 탄소 공급원으로써의 유용성 등을 연구하는 데 도움이 될 예정이다.
연구팀은 퍼시비어런스의 팔에 달린 유기물질·광물스캔장비인 ‘셜록’이 관측한 내용을 살폈다. 예제로 분화구는 과거 생물이 거주했을 가능성이 높은 것으로 추정되는 곳이다. 셜록은 이 분화구 바닥에 있는 두 개 층인 ‘마즈’와 ‘세이타’를 탐사했다. 이번 연구에 활용된 10곳에서의 관측 데이터에서 모두 유기분자 흔적이 감지됐다. 분석결과는 화성에서의 물에 의한 퇴적물, 화산물질과의 합성 등 다양한 유기물질 발생 기원을 예측하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.
연구팀은 “화성 표면에서는 유기분자의 합성 및 보전 메커니즘이 지구와 다르게 작동할 가능성이 있으며, 물이 핵심적인 역할을 했을 것으로 보인다”고 밝혔다.
2021년 2월 19일 화성 표면에 안착한 퍼시비어런스는 생명체 존재 가능성이 높을 것으로 예측되는 예제로 분화구에서 다양한 미션을 성공적으로 수행하며 지금까지 화성에 도착한 어떤 로버보다도 진일보한 성과들을 내놓고 있다.
대표적인 게 지구가 아닌 행성에서의 최초 동력 비행과 화성에서의 산소 생산 가능성이다. 퍼시비어런스에 실려 화성에 도착한 소형 무인 비행체 ‘인제뉴이티’는 2021년 4월 19일 처음으로 화성 상공에서 비행하는 데 성공, 약 50차례 비행했다. 대기가 희박한 화성에서도 비행할 수 있도록 무게를 줄이고 프로펠러의 로터 회전수를 높여 비행에 성공했다.
인제뉴이티는 지난 4월 26일 52번째 비행에 나선 이후 통신이 끊겼지만 NASA는 인제뉴이티가 63일간의 통신 두절 끝에 다시 통신에 성공했다고 지난달 30일(현지시간) 밝혔다. 통신 두절과 관련된 점검이 완료되면 다시 비행 탐사 등에 나설 것으로 기대되고 있다.
퍼시비어런스는 화성에서의 산소 생산 가능성도 확인했다. 미국 매사추세츠공대 헤이스택 관측소 연구팀이 만든 산소생산장치 ‘목시’를 통해 화성에 있는 이산화탄소를 산소로 만드는 데 성공했다. 목시는 화성의 대기를 순수한 산소로 안정적이고 효율적으로 변환했다. 필터를 통해 대기 중 오염물질을 걸러내고, 고체 산화물 전해기(SOXE)에서 이산화탄소를 전기분해로 산소 이온과 일산화탄소로 분리했다. 산소 이온 두 개가 결합해 산소가 되면 생산량과 순도를 측정한 뒤 일산화탄소 가스와 함께 방출했다.
지난해 8월말 산소 생산 관련 연구결과를 발표한 연구팀은 “유인 화성 탐사를 하기 전까지 수백 그루의 나무가 만드는 산소량만큼 지속적으로 산소를 생산하는 산소 공장 운영 청사진을 그리게 됐다”고 밝혔다.