요약:
새로운 연구에 따르면 외계 행성에서 복잡한 생명체가 진화할 수 있는지 여부는 행성이 존재한 기간뿐만 아니라 오랜 역사 동안 축적한 광합성 에너지의 양에도 달려 있다고 합니다. 연구팀은 액체 상태의 물이 있을 가능성이 있는 태양계 근처 외계행성 29개를 분석한 결과, 그 중 2개만이 현재 지구의 진화 단계를 넘어 발전했을 가능성이 있고, 나머지 3개는 중생대 및 지구상의 공룡 생활과 유사한 시기에 도달했을 가능성이 있다고 판단했다. 이를 토대로 연구자들은 고도로 발달한 외계 문명이 지구 근처에 나타날 가능성은 낮다고 보고 있지만, 그 존재도 배제하지는 않았다.
이 연구는 노던 애리조나 대학의 생태정보학 교수인 Chris Doughty가 주도했으며 국제 우주생물학 저널(International Journal of Astrobiology)에 게재되었습니다. 연구팀은 광합성을 지구 생명체의 진화를 측정하는 '시계'로 보고 있습니다. 광합성은 빛을 화학 에너지로 변환합니다. 식물의 성장이 활발할수록 동물에게 더 많은 에너지와 생태적 공간을 제공할 수 있습니다. 따라서 더 젊지만 더 따뜻하고 습한 행성은 더 오래되었지만 더 춥고 건조한 행성보다 더 많은 생명체를 진화시켰을 수 있습니다.
연구원들은 지구의 탄소 고정을 참고 자료로 사용했습니다. 효율적인 관다발식물이 출현하기 32억년 전, 지구의 광합성은 대략 2.4×10²⁵g의 누적 탄소를 고정시켰습니다. 관다발식물이 출현한 후, 인류가 진화하기 전에 7×10²⁵g의 탄소가 추가로 고정되었습니다. 관다발 식물은 물과 영양분을 운반하는 특수 조직을 가지고 있습니다. 연구팀은 이를 사용하여 지구의 역사적 광합성 수준을 다른 행성에서 가능한 수준과 비교했습니다.
적색 왜성은 은하수에서 가장 흔한 별이며, 그 주변의 행성은 생명체 탐색의 잠재적인 표적 중 하나로 간주됩니다. 그러나 많은 행성은 조석 잠금 상태에 있으며 항상 같은 쪽이 별을 향하고 다른 쪽은 별의 반대쪽을 향합니다. 연구 공동 저자이자 노던 애리조나 대학교 부교수인 Michael Govanlock은 만약 이 행성들에 광합성 생명체가 나타나면 그들의 광합성 기간은 지구보다 수십억 년 더 오래 지속될 수 있다고 지적했습니다. 그러나 이용 가능한 빛이 적고 광합성을 수행할 수 있는 행성의 표면적은 절반에 불과하기 때문에 연간 총 광합성량은 더 낮을 수 있습니다. 연구팀은 생명의 진화에서 어떤 유형의 행성이 더 발전했는지 정량적으로 판단하려고 노력하고 있습니다.
브리스톨 대학교 강사인 데니스 세르게예프(Denis Sergeyev)가 시뮬레이션한 외행성 기후 지도를 바탕으로 연구자들은 지구상의 식물 성장에 영향을 미치는 온도, 빛, 강수량 등의 변수를 결합하여 여러 행성이 역사상 생산했을 수 있는 식물 성장의 양을 추정하고 생명의 진화 단계를 추측했습니다. 지구에서 약 40광년 떨어져 있는 TRAPPIST-1e가 그러한 사례 중 하나입니다. 비록 지구보다 수십억 년 더 오래되었지만 모델에 따르면 지구 전체 탄소의 21%만 격리한 것으로 추정됩니다.
공동저자이자 노던애리조나대학교 동문인 카메론 흐라박(Cameron Hrabak)은 이 수준이 효율적인 관다발식물이 진화하기 전 지구에 고정된 탄소의 양보다 훨씬 낮다고 말하면서, 연구팀은 TRAPPIST-1e의 생명체가 여전히 미생물 단계에 있어 지구보다 뒤처져 있을 수 있다고 추측하고 있다. 그러나 행성 대기는 기후와 광합성 능력을 크게 변화시켜 진화 단계의 모델 추정에 영향을 줄 수 있습니다. James Webb 우주 망원경의 향후 관측은 예측을 수정하는 데 도움이 되는 대기 데이터를 제공할 수 있습니다. 현재의 계산에서는 생명체가 대략 지구에서와 마찬가지로 존재하고 발전한다고 가정합니다.
연구팀이 예측하는 행성에서는 지구의 탄소 고정 및 진화 단계를 넘어설 수 있으며, 강수량은 종종 식물 성장을 제한하는 주요 요인입니다. 지구상의 식물 성장은 빛, 온도 또는 강수량에 의해 제한될 수 있습니다. 예를 들어, 사막은 햇빛이 풍부하지만 물 부족으로 인해 빽빽한 초목을 지탱할 수 없습니다. 이러한 환경적 차이는 어떤 유기체가 번성할 수 있는지에도 영향을 미칩니다. 연구자들은 외계 행성에 지적 생명체가 나타난다면 그들의 생태 환경은 사막이나 온대 지역과 비슷할 수 있다고 추측합니다. 인간은 강우로 인해 식물 성장이 제한되는 사바나 삼림지대에서 진화했을 수도 있습니다. 도티는 이러한 외계 생명체가 존재하는 생태적 환경이 '아바타'라기보다는 '듄'에 더 가까울 수도 있다는 점을 대중문화 작품에 비유했다.
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