베누 샘플, 아미노산의 기원이 얼음과 방사능 환경임을 밝혀내다

NASA의 OSIRIS-REx 미션은 2023년 소행성 베누(Asteroid Bennu)에서 샘플을 회수하여 초기 태양계의 원시 화학 기록을 제공했으며, 이는 계속해서 획기적인 통찰력을 제시하고 있습니다. 2026년 2월 10일 발표된 펜실베이니아 주립대학교(Penn State University) 연구진의 새로운 연구에 따르면, 이 샘플에서 발견된 아미노산은 이전에 이론화되었던 따뜻한 액체 상태의 물 환경이 아닌 얼음이 가득한 방사성 환경에서 형성되었을 가능성이 높습니다. 이 발견은 생명 탄생 이전의 화학(prebiotic chemistry)에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꾸어 놓았으며, 생명체의 기초 구성 요소가 이온화 방사선을 통해 춥고 가혹한 우주 공간에서도 나타날 수 있음을 시사합니다.

왜 베누의 아미노산은 액체 상태의 물이 아닌 얼음 상태의 방사성 기원을 시사하는가?

소행성 베누에는 글리신과 같은 아미노산이 포함되어 있는데, 이들의 동위원소 특징(isotopic signatures)은 머치슨(Murchison)과 같은 운석에서 보이는 액체 상태의 물이 풍부한 환경보다는 태양계 외곽의 차가운 지역 내 방사선이 조사된 얼음 속에서 형성되었음을 나타냅니다. 전통적인 이론은 액체 상태의 물, 시안화수소, 암모니아가 필요한 스트레커 합성(Strecker synthesis)에 의존하지만, 베누 글리신의 동위원소 지문은 단수명 방사성 핵종에서 나오는 이온화 방사선이 얼어붙은 매질 내에서 화학 반응을 주도했음을 시사합니다. 이는 초기 태양계가 유기 합성을 위한 여러 개의 뚜렷한 화학적 경로를 보유하고 있었음을 나타냅니다.

공동 저자인 앨리슨 바친스키(Allison Baczynski)와 오펠리 매킨토시(Ophelie McIntosh)가 이끄는 연구팀은 펜실베이니아 주립대학교의 특수 장비를 활용하여 극소량의 유기 화합물에 대해 고정밀 동위원소 측정을 수행했습니다. 그들은 베누의 화학적 구성이 1969년 호주에 떨어진 머치슨 운석(Murchison meteorite)과 같이 잘 연구된 탄소질 운석과는 현저히 다르다는 것을 발견했습니다. 머치슨 운석이 액체 상태의 물이 존재하는 온화한 온도에서의 형성 증거를 보여주는 반면, 베누의 특징은 태양계 외곽 지역의 훨씬 더 차갑고 휘발성 성분이 풍부한 역사를 가리킵니다.

베누 샘플에서 글리신이 발견된 것이 외계 생명체의 증거인가?

아니요, 소행성 베누 샘플에서 글리신(glycine)이 발견된 것은 외계 생명체의 증거가 아닙니다. 이것은 생명의 구성 요소를 만드는 비생물학적 과정인 원시 생명 화학(prebiotic chemistry)의 증거입니다. 글리신은 가장 단순한 아미노산이며, 성간 먼지 입자의 표면이나 소행성 내부와 같은 우주 환경에서 비생물학적으로 형성되는 전구체 분자로 간주됩니다. 단백질의 필수 성분이기는 하지만, 글리신의 존재는 생물학적 유기체의 존재보다는 생명체를 향한 화학적 잠재력을 나타냅니다.

이번 연구에서 가장 흥미로운 측면 중 하나는 글루탐산(glutamic acid)의 분석이었습니다. 연구진은 이 아미노산의 두 가지 거울상 형태, 즉 거울상 이성질체(enantiomers) 사이에서 예상치 못한 동위원소 차이를 발견했습니다. 지구의 생물학적 시스템에서 생명체는 거의 독점적으로 "왼손잡이형" 아미노산만을 사용합니다. 베누 샘플에서 "왼손잡이형"과 "오른손잡이형"은 강하게 대조되는 질소 값을 보여주었는데, 이 불일치는 아직 설명되지 않았으며 현재 진행 중인 조사의 주요 초점입니다. 이러한 변칙성은 이 분자들이 복잡하고 비생물학적인 방사선 주도 과정을 통해 형성되었다는 아이디어를 더욱 뒷받침합니다.

베누의 발견이 지구 생명체의 기원에 어떤 의미를 갖는가?

소행성 베누에서의 발견은 생명체의 구성 요소가 이전에 믿었던 것보다 훨씬 더 다양한 외계 환경, 즉 얼음과 방사성 구역을 포함한 곳에서도 형성될 수 있음을 의미합니다. 이는 원시 생명 재료가 충돌을 통해 초기 지구로 전달되어 생물학적 진화를 촉발할 수 있는 유기 분자 "키트"를 제공했다는 이론을 뒷받침합니다. 또한 초기 태양계가 따뜻한 수성 환경과 얼어붙고 방사선이 내리쬐는 지역 모두에서 생명의 씨앗을 생성하는 다양한 실험실이었다는 점을 시사합니다.

이러한 다양한 형성 경로를 확인함으로써 과학자들은 "거주 가능 구역(habitable zone)" 개념을 재고하고 있습니다. 전통적으로 거주 가능성은 액체 상태의 물의 존재로 정의되지만, 펜실베이니아 주립대학교의 연구는 열이 없는 상태에서도 화학적 잠재력이 생성될 수 있음을 시사합니다. 이는 얼음 위성이나 먼 소행성들이 원래 생각했던 것보다 생명 기원의 역사에서 훨씬 더 중요한 역할을 할 수 있음을 의미합니다. 이러한 분자들의 회복력은 생명의 전구체들이 태양계 외곽에서 내부 지구형 행성으로의 격렬한 운송 과정에서도 살아남을 수 있을 만큼 견고하다는 것을 나타냅니다.

유기 합성에서 방사성 붕괴의 역할

이 연구는 초기 태양계에서 화학 합성에 필요한 에너지를 제공했던 단수명 방사성 핵종의 결정적인 역할을 강조합니다. 태양열이 없는 곳에서 소행성 모체의 방사성 동위원소 붕괴는 국지적인 동력원 역할을 했습니다. 이 이온화 방사선은 물, 일산화탄소, 암모니아의 냉동 혼합물인 성간 얼음과 상호 작용하여 글리신과 같은 복잡한 유기물의 형성을 촉발했습니다. 이 과정에 관한 주요 발견은 다음과 같습니다:

• 방사선 대 열: 이온화 방사선은 절대 영도에 가까운 온도에서도 화학 결합을 끊고 반응성이 강한 라디칼을 생성할 수 있습니다.
• 동위원소 질량: 연구팀은 원자 질량의 미세한 차이를 측정하여 얼음에서 형성된 분자와 물에서 형성된 분자를 구별해 냈습니다.
• 화학적 다양성: 이번 발견은 태양 성운의 각기 다른 지역이 서로 다른 화학적 "풍미"를 가진 유기물을 생성했음을 시사합니다.

우주 기상 맥락과 현대의 관측

흥미롭게도 2026년 2월 10일 이 연구의 발표는 베누 샘플에서 연구된 고에너지 환경과 유사한 중요한 우주 기상 현상과 일치했습니다. Kp 지수 5를 기록한 G1 등급(보통) 지자기 폭풍이 기록되어 고위도 지역 전체에 선명한 오로라가 발생했습니다. 태양 방사선과 행성 대기 사이의 이러한 현대적 상호 작용은 방사선 주도 화학이 우리 태양계에 어떻게 계속해서 영향을 미치고 있는지를 상기시켜 줍니다. 이 오로라를 볼 수 있었던 지역은 다음과 같습니다:

• 알래스카 페어뱅크스(Fairbanks): 위도 64.8도, 머리 위에서 최적의 관측 가능.
• 아이슬란드 레이캬비크(Reykjavik): 위도 64.1도, 높은 강도.
• 노르웨이 트롬쇠(Tromsø): 위도 69.6도, 북유럽에서 선명한 가시성.
• 스웨덴 스톡홀름 및 핀란드 헬싱키: 북쪽 지평선 근처에서 관측 가능.

외계 생물학의 향후 방향

앞으로 연구팀은 소행성 베누에서 발견된 얼음-방사성 특징이 초기 태양계의 공통적인 특징인지 확인하기 위해 동위원소 분석을 더 넓은 범위의 운석으로 확장할 계획입니다. 이러한 결과를 화성 위성 탐사(MMX)나 향후 얼음 위성 탐사선과 같은 다른 미션의 샘플과 비교함으로써, 과학자들은 우주 전역의 유기물 분포를 지도로 그리기를 희망하고 있습니다. 이 매핑은 생명체의 구성 요소가 어떻게 행성계 전체에 흩어져 있는지에 대한 모델을 정교하게 다듬어 줄 것입니다.

OSIRIS-REx 샘플의 분석은 우리 이웃 천체의 화학적 역사를 밝히기 시작한 것에 불과합니다. 태초의 타임캡슐로서 베누는 45억 년 전 존재했던 조건을 변형되지 않은 모습 그대로 보여줍니다. 아미노산이 얼어붙은 방사성 환경에서도 형성될 수 있다는 발견은 우주가 우리가 상상했던 것보다 생명의 전구체들에게 훨씬 더 비옥한 곳일 수 있음을 시사하며, 기원을 찾는 탐사를 "물을 따르는 것"에서 "화학을 따르는 것"으로 옮겨가게 합니다.