우주에서 온 당류: 소행성 베누가 품은 생명의 레시피

"이것은 모든 것을 바꿉니다," 과학자들은 말합니다: 샘플에서 발견된 것

Bennu 파편에 대한 분석 결과 풍부한 화학적 성질이 드러났습니다. 연구팀은 단순 및 복잡한 유기 분자, 지구 단백질에 사용되는 20가지 아미노산 중 14가지, DNA와 RNA에 나타나는 5가지 핵염기 전체, 암모늄 함유 화합물, 그리고 과거에 소금물 유체가 암석 사이로 흘렀음을 시사하는 염분을 보고했습니다. 이번 발표에서는 그 목록에 리보스와 포도당이 추가되었으며, 액체 상태의 물이 존재했다가 이후 건조되었던 시기가 있었음을 가리키는 일련의 증발암 광물(나트륨이 풍부한 탄산염, 황산염, 염화물, 인산염)을 확인했습니다.

실질적인 측면에서 과학자들은 Bennu를 타임캡슐이라고 설명합니다. 이 암석은 45억 년 이전에 형성되었으며, 지구에 떨어지는 운석들과 달리 유기물과 광물 상태를 그대로 보존하고 있습니다. 지구로 떨어지는 운석들은 대기권 진입 과정과 낙하 후 종종 오염되거나 변질되기 때문입니다. OSIRIS‑REx의 통제된 샘플 귀환과 세심한 질소 기반 큐레이션 덕분에 연구자들은 그렇지 않았으면 소실되었을 부서지기 쉬운 염분과 휘발성 유기물을 검출할 수 있었습니다.

실험실 추적: 과학자들이 소행성 샘플을 테스트하는 방법

소행성 물질을 테스트하는 과정은 세심한 큐레이션과 일련의 상호 보완적인 장비들을 결합합니다. 샘플은 지구 오염이 차단된 클린룸 내부에서 개봉되며 질소 박스에 보관됩니다. 과학자들은 CT 스캐닝을 사용하여 내부 구조를 매핑하고, 전자 현미경으로 광물 질감을 분석하며, X선 회절을 통해 결정상을 식별하고, 질량 분석법(질량 분석기와 결합된 고해상도 가스 및 액체 크로마토그래피 포함)을 사용하여 유기 분자와 당류의 지문을 찾아내는 방식으로 개별 입자를 조사합니다.

동위원소 측정과 루테튬-하프늄(lutetium‑hafnium) 또는 관련 샘플에 사용되는 기타 동위원소 시계와 같은 방사성 시스템은 연구자들에게 변질 시기와 원소의 기원을 알려줍니다. 연구팀은 또한 검출된 분자가 지구의 오염물일 가능성을 테스트하기 위해 대조 실험을 수행합니다. 아미노산, 리보스 또는 포도당이 발견되면 그 동위원소 비율(탄소, 수소, 질소의 무거운 동위원소와 가벼운 동위원소의 비율)을 조사하여 외계 기원인지 평가합니다.

일부 광물은 용해도가 매우 높기 때문에, 이전 연구들은 이러한 취약한 염분이 샘플이 주변 습도에 전혀 노출되지 않았기 때문에 보일 수 있었던 것이라고 강조합니다. 이러한 보호적인 관리 연속성 덕분에 과학자들은 이제 Bennu의 모천체 내부에 있었던 고대의 국지적인 소금물 주머니를 가리키는 증발암 광물을 볼 수 있게 된 것입니다.

"이것은 모든 것을 바꿉니다," 과학자들은 말합니다: 생명의 기원에 대한 의미

단일 소행성에서 리보스, 포도당, 핵염기, 인산염 및 일련의 아미노산을 발견한 것은 지구가 어떻게 생명의 원료를 얻었는지에 대한 논의의 판도를 바꿉니다. 이는 소행성과 혜성이 생명 탄생 이전의 인벤토리, 즉 격렬한 폭격 시기에 젊고 매 맞던 지구에 도달하여 초기 행성 화학과 섞인 생화학적 도구 상자의 전달체 역할을 했다는 주장에 힘을 실어줍니다.

그렇긴 하지만, 전문가들은 화학에서 생물학으로 비약하는 것에 대해서는 주의를 당부합니다. Bennu 샘플에서 살아있는 유기체는 발견되지 않았으며, 재료가 존재한다는 것이 곧 요리가 완성되었다는 것을 의미하지는 않기 때문입니다. 여러 연구자는 Bennu를 케이크가 구워진 주방이라기보다는 구성 성분들로 가득 찬 식료품 저장실로 묘사합니다. 적절한 화합물은 존재할 수 있지만, 자가 유지 생명체를 생성하는 물리적 및 화학적 단계의 정밀한 서열은 여전히 추가적인 제약 조건의 대상입니다.

그러나 이번 발견은 초기 태양계에서 생명 탄생 이전 분자의 가용성과 다양성에 대한 과학자들의 생각을 재정립합니다. 원시 소행성 내부의 소금물 미세 환경이 염분, 인산염 및 유기물을 농축할 수 있었다면, 그곳은 지구가 거주 가능한 조건으로 안정되기 훨씬 전부터 복잡한 화학 반응을 위한 유망한 인큐베이터였을 것입니다.

다른 샘플 귀환과의 연관성

이러한 Bennu의 결과는 일본 하야부사 2호(Hayabusa2)가 가져온 소행성 Ryugu 샘플의 조사 결과와도 일맥상통합니다. Ryugu 샘플은 한때 액체 상태의 물이 암석 사이로 흘렀으며 후기 유체 이동을 필요로 하는 동위원소 흔적을 남겼다는 증거를 보여주었습니다. Bennu와 Ryugu를 종합해 볼 때, 수권-암석 화학과 유기 합성이 단일 천체에만 국한된 현상이 아니었음을 보여줍니다. 즉, 여러 원시 천체들이 젖은 상태에서의 변질과 복잡한 유기물을 보존하고 있었던 것입니다. 비록 각 천체는 표면에서 서로 다른 열적 역사와 노출 연대를 기록하고 있지만 말입니다.

판스페르미아(범종설)에 대한 시사점과 주장의 한계

생명체 또는 그 구성 요소가 세계 사이를 이동한다는 아이디어인 판스페르미아(panspermia)에 대한 질문은 단일 소행성이 이토록 광범위한 생명 탄생 이전 화합물을 운반할 때 더욱 화제가 됩니다. Bennu의 발견은 지구가 우주로부터 화학적으로 풍부한 화물을 전달받았을 가능성을 높여줍니다. 또한 다른 행성계에서도 생명체 출현에 대한 확률 추정치를 높이며, 다른 세계들도 유사한 전달을 받았을 가능성을 제기합니다.

하지만 분자라는 식료품 저장실이 있더라도, 생명체를 생성하는 자가 복제 화학으로의 도약은 결코 간단하지 않습니다. 실험실 실험에 따르면 생물학적 중합체를 생성하는 많은 반응에는 특정 에너지 입력, 촉매 및 환경이 필요합니다. Bennu의 화학 성분은 그러한 반응이 진행될 수 있었던 유망한 장소(염분이 많고 암모니아가 풍부한 미세 웅덩이)를 가리키지만, 그 소행성에서 실제로 생명체로까지 진행되었다는 것을 증명하지는 않습니다.

과학자들이 미래를 위해 샘플을 남겨두는 이유

현재까지 분석된 Bennu 물질은 전체의 일부에 불과합니다. 연구팀은 미래의 과학자들과 아직 존재하지 않는 분석 방법들을 위해 의도적으로 수집물의 일부를 보존하고 있습니다. 이러한 관리는 분석 기술이 급격히 발전한다는 인식의 반영입니다. 지금으로부터 10년 후에 사용 가능할 동위원소, 분자 및 이미징 기술은 현재의 장비로는 해결할 수 없는 질문에 답을 줄 수 있을 것입니다.

일반 독자들이 주목해야 할 점

핵심 내용은 매우 중요합니다. 외계 암석에 RNA의 당 골격을 포함하여 지구 생명체가 사용하는 많은 분자가 포함되어 있다는 사실입니다. 이는 소행성이 초기 지구에 필수적인 생명 탄생 이전의 화학 성분을 제공했다는 모델을 강화하며, 생명의 재료가 태양계에 널리 퍼져 있음을 시사합니다. 그러나 이것이 생명이 우주에서 기원했다거나 우리가 외계 유기체를 발견했다는 의미는 아닙니다. 오히려 Bennu의 샘플은 태양계 형성기 동안 가용했던 원료와 환경을 명확히 규정하며, 실험실 과학자들에게 화학이 어떻게 생물학으로 나아갈 수 있는지 테스트할 수 있는 오염되지 않은 새로운 물질을 제공합니다.

이 발견은 우리가 다음에 어디를 조사해야 할지에 즉각적인 영향을 미칩니다. 혜성 탐사 임무, 다양한 소행성으로부터의 추가 샘플 귀환, 그리고 Ryugu와 Bennu 물질에 대한 지속적인 분석은 모두 행성 화학 진화 모델을 더욱 정교하게 다듬어 줄 것입니다. 현재로서 이 소행성은 "소행성 샘플에서 어떤 생명 구성 성분이 발견되었는가?"라는 질문에 대해 보다 명확한 답을 제시했으며, 그 답은 풍부하고 예상외로 완전한 인벤토리였습니다.

출처

• Nature (소행성 Bennu 분석에 관한 연구 논문)
• NASA (OSIRIS‑REx 임무 및 샘플 큐레이션)
• Tohoku University (보도 자료 및 수석 연구원 성명)
• Smithsonian Institution (샘플 분석 및 큐레이션 논평)
• Natural History Museum, London (큐레이션 및 실험실 연구)