Albireo's Hack the Dot

2004년 04월 24일

아리조나 주립대학의 과학자들은 운석, 특히 철 운석들이 지구 상에서 생명체가 탄생, 진화하는데 결정적인 역할을 했을 것이라는 가설을 내 놓았습니다. 그들은 운석이 지구 상에 충분한 양의 인 (燐, phosphorus) 을 공급했을 것이며, 이에 의해 생명체의 형성 및 그 복제를 가능케 하는 여러 중요한 생화학적 화합물들이 만들어질 수 있었을 것이라고 하였습니다.

인은 생명체에 필수 불가결한 원소로서, DNA 나 RNA 사슬의 골격을 형성하고, ATP 의 근간으로서 생물의 대사 과정에 있어 기초 에너지를 제공하는 원료 역할을 합니다. 뿐만 아니라 세포를 주변의 환경과 구별짓는 구조, 즉 세포막을 이루는 인지질 (phospholipid) 의 주요 성분이기도 합니다. 역할을 떠나 그 조성 (造成) 만으로 볼 때도 인은 생명체를 이루는 원소 중 탄소, 수소, 산소, 질소에 이어 다섯번째로 중요한 원소입니다.

하지만 지구 상의 초기 생명체들이 어디로부터 인을 얻었을지 수수께끼로 남아 있었습니다. 인은 보편적인 자연 상태에서는 수소나 산소, 탄소, 질소와는 달리 대단히 희귀한 원소이기 때문입니다. 아리조나 주립 대학의 Matthew A. Pasek 에 따르면 인 원자는 우주에서 수소 원자 280만 개 당 하나 꼴, 바다에서는 수소 원자 4,900만 개 당 하나 꼴에 불과하지만, 세균에는 수소 원자 203 개 당 하나 꼴로 매우 풍부하게 농축되어 있다고 전합니다. 마찬가지로 탄소나 질소 원자는 인 원자 하나에 비할 때 우주 내에서 각각 680, 230 개 존재하며, 바다에선 974, 633 개, 반면 세균에는 각각 116, 15 개 존재하는 것으로 조사되었습니다.

이처럼 인은 생명체를 제외한 환경에선 매우 드문 원소이기 때문에, 인의 성격을 이해하는 것은 지구 상 생명체 기원의 비밀을 푸는 중요한 열쇠일 것으로 부각되었습니다. 지구 상에서 그나마 인을 많이 함유한 광물의 형태는 인회석 (燐灰石, apatite) 으로, 이를 물과 혼합하면 매우 극소량의 인산 (phosphate) 이 방출됩니다. 과학자들은 인회석을 고온으로 가열해 보기도 하고, 다른 여러 고에너지 물질들과 반응시켜 보기도 하였으나, 지구 상의 생명체들이 인회석으로부터 충분한 양의 인을 얻었으리라는 가설을 증명하는데는 실패해 왔습니다.

Pasek 은 이렇게 희귀한 인이 원시 태양계 환경에서 다른 금속과 인접하여 부분적으로 농축되어 있었을 것이라는 Dante Lauretta 의 주장으로부터 힌트를 얻어, 아마도 철 운석이 지구상으로 떨어지면서 그 속 농축되어 있던 인이 지구로 공급되었을 가설을 제기하였습니다. 일반적으로 자연계에서 인이 농축되기 위해서는 철과 같은 금속 촉매가 필요하며, 따라서 운석이 낙하하여 액체로 붕괴되는 과정에서 인을 함유한 중요한 유기 물질이 합성되어졌을 가능성이 있다는 것이었습니다. 이에 각종 운석들의 조성을 조사하던 Pasek 은 철과 니켈, 인을 함유한 슈라이버사이트 (schreibersite) 란 광물에 주목하였습니다.

금속 화합물인 슈라이버사이트는 지구 상에서는 대단히 희귀하고 대신 철을 함유한 운석에서 주로 발견되어 집니다. 2004년 4월, Pasek 과 Lauretta 등은 실온에서 슈라이버사이트를 탈이온화된 신선한 물과 섞은 이후 핵자기공명법 (NMR) 으로 결과물을 분석하였습니다. 그 액체 혼합물 속에는 여러가지 다양한 인화합물들이 합성되어 있었고, 그 가운데에는 인 원자 두 개에 산소 원자 일곱 개가 붙은 P2-O7, 즉 생화학적으로 필수 불가결한 ATP 에 들어있는 것과 상당히 유사한 인 화합물이 포함되어 있었습니다. 이전에도 P2-O7 을 만들어 냈던 연구가 있었으나 고온 환경 등 대단히 극한 상황에서 합성한 결과였고, 이번처럼 실온에서 단순히 물과 섞는 것 만으로 쉽게 생성된다는 사실이 증명된 것은 처음입니다.

즉 철 운석은 다른 운석에 비해 슈라이버사이트를 10 배에서 100 배 더 많이 함유하고 있으며, 이것이 지구의 바다나 강에 떨어지는 것만으로도 생명체에 중요한 인 화합물이 어렵잖게 생성되어진다는 것입니다. 결국 ATP 나 광합성 작용, 그리고 탄소를 함유한 소위 ‘유기 물질’ 들을 서로 잇는데 있어 결정적인 역할을 하는 P2-O7 화합물은 철 운석에서 비롯되었을 것이며, 이것이 지구 생명체를 잉태하는 촉발제가 되었을 것이라는 설명입니다.

흥미로운 사실은 이러한 철 운석이 원시 태양계에서 행성의 탄생 및 분화 과정에서 만들어졌을 것이라는 점입니다. 원시 태양계에 떠돌던 행성소 (行星素, planetesimal) 들은 행성을 만드는 벽돌과도 같은 것으로, 금속질의 핵 주변을 규산염으로 된 맨틀이 둘러싸고 있는 구조로 되어 있었는데, 오늘날 발견되는 철 운석들은 행성소와 유사한 구조로 역시 금속질의 핵에 아콘드라이트 (achondrite) 맨틀로 덮혀 있습니다. 요컨대 행성의 진화에 중추적인 역할을 했던 물질들이 역시 생명체의 탄생에도 결정적인 기여를 했다는 것이며, 따라서 생명은 태양계 뿐만 아니라 우주 구석구석에 산재해 있는 수많은 외계 행성계 어디에서도 충분히 싹틀 수 있다는 보편적 논리로 유추할 수 있습니다.

다만 이러한 과정이 가능하기 위해서는 행성소가 최소한 500 km 이상으로 충분히 클 수 있는 소행성 대 (astroid belt) 가 있어야 하며, 이렇게 만들어진 행성소가 파괴되어 산산조각 날 수 있는 매커니즘, 그리고 그 조각들이 태양계 내측으로 운반되어 들어올 수 있는 방법 또한 마련되어져야 했을 것입니다. 아마도 우리 태양계에서는 목성이 행성소들을 태양계 내측으로 끌어 모으는 역할을 했을 것입니다.

오늘날 우리의 존재가 가능하기까지, 저 멀리 목성으로부터도 도움을 얻었다는 것입니다.