지구에서 생명을 위한 화학적 자원들이 생겨나다
『신을 보여주는 21세기 과학』(도서출판 知와 사랑)의 저자 레오킴Leo Kim은 단순화합물이 우주에서 복합분자를 산출할 수 있다면 생명이 어떻게 시작되었는지에 대한 단서도 제공할 수 있을까? 우리가 올려다보는 어둡고 끝없는 하늘이 모든 것을 시작한 거대한 세균배양 접시petri dish가 될 수 있을까? 하고 의문을 제기합니다.
과학자들이 실험실에서 분자 생산방법을 공동 발명했는데, 단순한 무기염을 촉매로 사용하여 메탄올을 복합유기화합물들로 변환시키는 것이었습니다. 이 작업과 수많은 다른 연구자들의 실험은 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄올 같은 단순화합물들이 우주에서 더 큰 분자를 산출하는 반응을 할 수 있다는 증거를 제시하는 것이었습니다.
과학자들은 운석에서 정교한 탄화수소들을 많이 발견했습니다. 이것들은 생명에 필요한 더욱 복잡한 분자를 위한 기초 성분을 제공하는 일종의 화합물이며, 아미노산 같은 이런 많은 화합물들은 십중팔구 충돌로 인해 생겨났을 것입니다. 과학자들은 혜성 같은 우주 물질에서 단서를 찾기 시작했습니다.
이런 연구를 통해 우주에서 날아온 복합분자의 종류들이 밝혀질 것입니다. 2005년 초에 우주탐사기가 샘플을 지구로 가져왔습니다. 최근 과학자들은 지구에 떨어진 암석의 유기성 부스러기에서 단서가 될 만한 자료를 면밀히 살피고 있습니다.
작은 물질이지만 중요한 단서가 되는 이른바 미소운석micrometeorite(혹은 우주의 먼지cosmic dust)은 지구상의 초기 물질의 원천이었습니다. 태양계가 형성될 때 이런 작은(5m 미만 크기) 운석들이 우주에 널리 퍼져 있었습니다.
미소운석은 자체의 열 차단제를 지녔고 지구 대기권으로 진입하면서 그 일부가 점차 소멸됩니다. 그것들은 점차 속도를 줄이며 먼지 크기의 입자로 대기로부터 떠내려갑니다. 차단제로 보호된 이런 미소운석에는 아미노산과 많은 복합유기화합물이 들어있습니다.
지구의 처음 수백만 년 동안 미소운석들이 매년 500톤에 이르는 유기화합물을 지구로 날랐습니다. 미소운석을 채취하는 사람들은 그린란드에서 남극대륙까지 여행하며 지구 대기권 밖의 이 독특한 물질을 연구하고 있습니다.
놀랍게도 미소운석에는 금속원소가 들어있으며 촉매작용을 하는 성질이 있습니다. 이것들의 독특한 물리적 구조가 초기 지구에 많은 화학반응들을 촉진시킬 수 있었습니다. 새로운 화학적 반응들이 일어나자 지구에서 생명을 위한 화학적 자원들이 생겨났습니다.
미소운석 입자에는 작은 구멍들이 있어 분자 스펀지처럼 작용합니다. 이런 스펀지들이 한때 지구에 있던 복합유기분자들을 흡수할 수 있었습니다. 프랑스 오르세 출신으로 미소운석 전문가인 천체물리학자 미셸 모레트Michel Maurette는 이런 입자들이 생명을 위한 주요 성분을 나르고, 유기화합물을 흡수하며, 반응을 촉진시켜 살아 있는 생물들의 복잡한 원조물질precursor들을 산출하는 역할을 담당했다고 주장합니다.
젊은 지구에는 분명 생명이 어떻게든 존재했습니다. 레오킴은 초기의 이 원시적 생명 형태가 아직도 존재할까? 지금 어딘가에 그것들이 잠복해 있고 보다 새로운 생명 형태로 진화도 할 수 있을까? 그것들이 아직도 지구상에 존재한다면 우리가 이런 생명의 초기 형태를 발견할 수 있을까? 하고 의문을 제기합니다.
초기 지구의 대기권에는 산소가 없었습니다. 최초의 미생물들은 오래 전에 죽었거나, 돌연변이를 일으켰거나, 땅속이나 깊은 바닷속 같은 산소가 없는 드문 지역들로 갔을 것입니다. 실제로 지하 깊은 곳의 박테리아 생물량이 지구 표면의 박테리아 생물량과 같은 것으로 추정됩니다. 레오킴은 그 잔재들이 아직도 존재한다면 생명의 시작에 관한 훌륭한 정보를 얻을 수 있을 것이라고 말합니다.
레오킴은 연구자들은 우선 이런 잔재를 찾아야 한다면서, 지구의 깊숙한 곳과 같이 수십억 년 동안 산소가 차단된 환경으로 연구를 확장해나가야 하다고 말합니다. 그는 과학자들이 산소에 노출되지 않은 샘플들을 수집할 필요가 있다면서, 그것들을 성장하게 하는 화학물질과 환경이 무엇인지 알아야 한다고 말합니다. 그렇지만 아직까지 아무도 특이한 RNA를 가진 생물이나 최초의 생명을 암시하는 특이한 화학물질을 발견하지 못한 실정입니다.
과학자들은 생명이 화학물질에서 비롯되었을 것이라고 추정하면서 또한 우주에서 왔을 가능성에 대해서도 생각합니다. 과학자들이 아직 특이하거나 단순한 단백질, RNA 혹은 DNA의 형태를 가진 생물을 발견하지 못했으므로 우리는 최초의 생명이 죽었거나, 숨었거나, 혹은 오늘날 생물들에서 발견되는 복합분자를 이미 갖고 있었던 것으로 결론지을 수 있습니다. 최초의 생명체가 오늘날의 복합분자를 가지고 있었다면, 그것들이 우주에서 왔다고 유추할 수 있습니다. 우주생물학exobiology(혹은 외계생물학)은 살아있는 생물들에 관한 증거를 우주에서 찾는 최근의 과학입니다.
생명이 지구에서 비롯되었는지 우주에서 씨가 뿌려진 것인지 하는 것은 중요할 문제입니다. 우리 태양의 나이는 약 45억 년입니다. 관측 가능한 우주가 약 140억 년 되었으므로 우리의 태양이 존재하기 전에 다른 태양계들이 생명을 잘 발달시켰을 수도 있습니다.
우주의 물질에 대한 탐구가 지구에서 생명이 어떻게 출발했는지를 밝혀줄 것입니다. 우리 태양계 안에 있는 행성들과 140개 이상의 위성 가운데 행성으로는 유일하게 화성과, 두 개의 위성 티탄과 유로파에만 지구상에 생명이 어떻게 시작되었는지에 의문을 가진 과학자들이 관심을 갖는 특성이 있습니다. 토성의 위성 가운데 가장 큰 티탄Titan11은 우리의 태양계에서 유일하게 우리의 초기 행성에서 발견되는 것과 같은 상당량의 가스 대기권을 가지고 있는 또 하나의 상당한 크기의 물질입니다. 지구와 마찬가지로 티탄의 대기권에 있는 가장 일반적인 성분은 질소입니다. 유로파Europa는 목성의 2호 위성이며 목성의 네 번째로 큰 위성으로 얼음이나 물이 매우 적고 주로 암석으로 이루어져 있습니다.
티탄, 유로파, 그리고 그 외의 지구 대기권 밖의 물질들에서 발견된 유기화합물들은 초기 지구의 유기화합물들에 대한 보다 나은 자료를 제공할 것입니다. 그런 자료가 지구에서 생명이 어떻게 형성되었는지에 관한 단서를 이끌어낼 수 있습니다.