미생물, 소행성 타고 ‘행성 간 이동’ 가능

이번 주 발표된 일련의 충격파 실험에 따르면, 생명체가 소행성을 타고 행성 사이를 이동할 수 있으며, 화성(또는 다른 행성)의 암석이 우주로 튕겨 나가는 격렬한 방출 과정에서도 생존할 수 있다는 가능성이 제기되었습니다. Johns Hopkins University 연구진은 방사선 내성 박테리아를 끼워 넣은 금속판에 발사체를 발사했으며, 충격 방출 시 발생하는 수준인 기가파스칼(GPa) 단위의 압력 이후에도 놀라울 정도로 많은 비율의 세포가 생존해 있음을 발견했습니다. 이 결과는 오랜 질문에 대한 셈법을 바꾸어 놓았습니다. 만약 미생물이 튕겨 나가는 모래알과 바위 속에 숨어 있다면, 행성 사이를 이동하고 도착했을 때도 여전히 살아 있을 수 있을까요?

생명체의 소행성 간 행성 이동: 충격파 실험 테스트

실험에서 달성된 충격 수준은 약 1.4에서 2.4 기가파스칼(GPa) 사이였습니다. 참고로, 가장 깊은 해구 바닥의 정수압은 이보다 한 자릿수 더 낮습니다. 충격 스펙트럼의 낮은 단계에서는 거의 모든 세포가 뚜렷한 세포막 손상 없이 생존했습니다. 더 높은 압력에서는 개체군의 약 60%가 생존력을 유지했으며, 일부 세포는 세포막 파열과 내부 손상을 보이기도 했습니다. 중요한 점은, 일부 실험에서 미생물보다 강철판의 구성과 실험 장치가 먼저 기계적으로 파손되었다는 것입니다. 이는 일시적인 충격에 대한 미생물의 강인함을 보여주는 이례적이면서도 시사하는 바가 큰 증거입니다.

실험실 충격 테스트가 실제 충돌의 모든 세부 사항을 재현할 수는 없습니다. 행성 표면에서 방출되는 과정에는 복잡한 파쇄(spallation), 가열 및 파편 전반에 걸친 다양한 압력이 수반됩니다. 그럼에도 불구하고, 이번 실험은 생존 가능성의 하한선을 위로 끌어올렸습니다. 방출 시의 짧고 격렬한 압력만으로도 암석 파편이 멸균될 것이라는 기존의 가정은 이제 유지하기 어려워졌습니다. 적절한 크기와 응력 이력을 가진 암석 파편에 보호된다면, 적지 않은 분율의 생명체가 단일 방출 사건에서 살아남을 수 있습니다.

생명체의 소행성 간 행성 이동: 우주에서의 경로와 보호

실험실 데이터가 중요한 이유는 수십 년 동안 이어진 행성 간 물질 교환이라는 더 큰 그림에 부합하기 때문입니다. 지구에서 발견된 화성 운석은 암석이 화성에서 발사되어 우주를 가로질러 온전한 상태로 우리 행성에 충돌할 수 있음을 보여줍니다. 이러한 실증적 사실은 리토판스페르미아(lithopanspermia, 암석 범종설) 가설의 근거가 됩니다. 즉, 생명체가 파편 속에 올라타 세계 사이를 이동할 수 있다는 것입니다. 이번 연구가 새로이 더한 점은 충격 그 자체가 극복할 수 없는 장벽은 아니라는 것을 유기체 수준에서 현실적으로 증명했다는 사실입니다.

우주를 통과하는 과정에는 진공, 극한의 추위와 대기 진입 시의 가열, 그리고 수천 년 또는 수백만 년에 걸친 이온화 방사선 등 다른 위험 요소들이 존재합니다. 미생물은 여러 가지 방법으로 이러한 스트레스에서 살아남습니다. 건조 내성 세포는 대사 손상을 줄이는 휴면 상태에 들어갑니다. D. radiodurans와 같은 극한 미생물은 분쇄된 게놈을 재조립할 수 있는 효율적인 DNA 복구 시스템을 갖추고 있습니다. 또한 암석 파편의 내부는 자외선과 우주 방사선으로부터 상당한 차폐막 역할을 합니다. 크기도 중요합니다. 밀리미터에서 미터 규모의 파편은 해로운 방사선과 열 펄스를 감쇠시킬 수 있으며, 파쇄 모델에 따르면 일부 파편은 적당한 가열과 속도로 방출되어 인근 천체로 비교적 빠르게 이동할 수 있습니다.

소행성이나 운석에서 생명체가 발견된 적이 있을까요? 살아있는 유기체라는 의미에서는 아닙니다. 회수된 소행성 시료에서 활성 미생물이 확인되었다는 보고는 없습니다. 그러나 운석과 시료 회수 임무를 통해 원시 유기 분자와 프리바이오틱 화학 성분이 검출되었으며, 이는 아미노산, 유기 탄소와 같은 생명의 기본 재료가 우주 수송 과정에서 살아남을 수 있음을 입증합니다. 이번의 충격 생존 결과가 생명체가 실제로 화성에서 지구로 이동했다는 것을 증명하는 것은 아니지만, 그 시나리오를 물리적으로 타당하게 만들며 행성 간 교환 모델 및 생명의 기원 가설에 통합될 가치가 있게 합니다.

행성 보호, 시료 귀환 및 탐사 정책

이 실험은 행성 보호에 대한 즉각적인 정책적 시사점을 갖습니다. 현재의 프로토콜은 순방향 오염(지구 유기체가 다른 세계를 오염시키는 것)과 역방향 오염(외계 생명체를 지구로 가져오는 것)의 위험을 줄이기 위해 개발되었습니다. 이러한 규칙으로 인해 화성 시료 귀환은 이미 우주 탐사에서 가장 엄격하게 통제되는 작업 중 하나가 되었습니다. Johns Hopkins University의 연구 결과는 자연적인 물질 이동(예를 들어, 화성에서 튕겨 나온 분출물이 포보스나 데이모스 같은 인접 목표물에 착륙하는 것)이 인간의 도움 없이도 생존 가능한 미생물을 운반할 수 있음을 암시합니다. 이는 거주 가능성이 있는 행성 주위를 도는 위성이나 소행성 탐사 임무의 중요성을 더욱 높입니다.

특히 포보스는 화성과 매우 가깝게 궤도를 돌고 있어, 많은 방출 시나리오에서 지구로 향하는 물질보다 낮은 최고 압력과 짧은 이동 시간으로 물질이 퇴적됩니다. Johns Hopkins University의 저자들은 정책 입안자들이 현재 규제가 덜한 목표물들에 대해 더 엄격한 취급이 필요한지 재검토해야 한다고 주장합니다. 탐사선 설계자들에게 주는 교훈은 두 가지입니다. 첫째, 착륙선과 회수 시료에 대한 멸균 및 격리 표준을 유지하고 업데이트하는 것이며, 둘째, 다단계 이동 시나리오(충격 + 진공 + 방사선 + 재진입 가열)에서 생존 가능성을 직접 테스트할 수 있는 실험을 계획하는 것입니다.

이번 결과가 범종설과 생명의 기원에 갖는 의미

만약 미생물(또는 그 포자)이 방출, 수송 및 퇴적 과정에서 살아남을 수 있다면, 지구와 화성의 생명이 공통 조상을 공유할 가능성은 더욱 높아집니다. 리토판스페르미아는 생명이 이곳에서 시작되었는지 저곳에서 시작되었는지 알려주지는 않지만, 신뢰할 수 있는 기원 이야기의 범위를 넓혀줍니다. 즉, 생명이 여러 곳에서 독립적으로 발생했거나, 혹은 한 곳에서 발생하여 퍼져 나갔다는 것입니다. 새로운 데이터는 내태양계에서 물질 이동이 모종의 역할을 했을 것이라는 가설에 힘을 실어줍니다.

그럼에도 불구하고 핵심적인 공백은 남아 있습니다. 지속적인 우주선 조사 하에서의 우주 공간 장기 생존, 다중 충돌로 인한 반복적인 충격 주기의 영향, 그리고 박테리아가 아닌 생명체(곰팡이, 다세포 포자)의 생존 가능성은 여전히 풀리지 않은 숙제입니다. Johns Hopkins 팀은 반복적인 충격과 다른 유기체들에 대한 테스트를 계획하고 있습니다. 또한 충격 이후 수개월에서 수년 동안 이어지는 진공 및 방사선의 결합 효과를 조사하는 독립적인 연구도 필요할 것입니다. 화성이나 그 위성에서 생물학적 분석 결과가 담긴 시료를 회수하기 전까지, 이 가설은 확정된 사실이라기보다는 정보에 근거한 강화된 가능성으로 남아 있을 것입니다.

실질적으로 이번 연구는 외계생물학(astrobiology)에 대한 우리의 접근 방식을 재정립합니다. 현실적인 물리 테스트에서 입증된 복원력을 반영하도록 실험실과 탐사 임무를 설계하고, 행성 보호 정책을 실험적 충격 과학과 더 긴밀하게 소통시켜야 합니다. 생명체가 소행성을 타고 행성 사이를 이동할 수 있다면, 태양계는 많은 모델이 가정했던 것보다 생물학적으로 더 연결되어 있는 셈입니다. 이는 고유한 기원을 찾는 과정을 복잡하게 만드는 동시에, 외계 생태계 오염을 피해야 한다는 윤리적 책무를 더욱 증폭시킵니다.

출처

• PNAS Nexus (충돌 유도 방출 생존에 관한 연구 논문)
• Johns Hopkins University (실험실 연구 및 보도 자료)