미국 펜실베이니아 주립대학교의 최신 연구에 따르면 소행성 '베누'의 미량 먼지 샘플이 우주에서 생명의 기본 구성 요소가 어떻게 형성되었는지에 대한 과학계의 전통적인 이해를 바꾸고 있음을 보여줍니다. 연구팀은 약 46억년 된 소행성암에 다양한 아미노산이 존재함을 확인했다. 이 샘플은 2023년 NASA의 "OSIRIS-REx" 탐사선에 의해 성공적으로 수집되어 지구로 가져와 생명의 기본 원자재가 실제로 외계 생명체에 널리 존재한다는 것을 확인했습니다. 그러나 이러한 분자가 우주에서 탄생하는 화학적 경로는 이전에도 공개적인 질문이었습니다.


PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 새로운 결과는 "Bennu" 샘플의 일부 아미노산이 과학계가 오랫동안 가정해 온 방식으로 형성되지 않았음을 지적합니다. 연구에 따르면 그들은 따뜻한 액체 물이 있는 환경보다는 극도로 춥고 복사열이 있는 얼음 환경에서 태어났을 가능성이 높습니다. 이 결론은 생명의 "구성 요소"인 아미노산의 형성 조건이 이전에 상상했던 것보다 훨씬 더 느슨하고 다양하다는 것을 의미합니다. 우주에는 여전히 생명체를 위한 원자재를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것처럼 보이는 더 가혹한 구석이 있을 수 있습니다.

논문의 공동 제1저자이자 펜실베이니아 주립대학 지구과학과 조교수인 Allison Baczynski는 이번 발견은 "소행성에서 아미노산이 어떻게 생성되는지에 대한 우리의 전통적인 견해를 뒤집는 것"이라고 말했습니다. 이는 아미노산이 따뜻하고 물이 많은 환경의 형성에만 국한되지 않고 다양한 경로와 조건에서 탄생할 수 있음을 보여줍니다.

연구팀은 '베누' 먼지의 화학적 조성의 비밀을 밝히기 위해 귀중한 시료 '1 티스푼' 정도만을 사용하고 특수 장비를 이용해 동위원소 조성을 세밀하게 분석했다. 이 장비는 원소의 원자 질량의 미세한 차이를 측정하여 화학 반응의 역사를 추적할 수 있는 "지문"을 제공합니다. 분석은 가장 단순한 아미노산인 글리신에 초점을 맞췄습니다. 글리신은 단 2개의 탄소 원자로 구성된 분자로, 생물 이전 생명체의 화학적 특성을 추적하는 데 중요한 지표로 간주됩니다.

아미노산은 서로 연결되어 단백질을 형성할 수 있으며, 단백질은 세포 구조를 구축하는 것부터 화학 반응을 촉매하는 것까지 거의 모든 생물학적 기능에 관여합니다. 글리신은 단순한 구조와 다양한 생산 경로를 가지고 있기 때문에 혜성이나 소행성에서 발견된다면 생명체를 위한 최초의 화학 원료 중 일부가 행성이 형성되기 오래 전에 성간 공간에서 합성되어 운석과 먼지를 통해 젊은 지구 표면으로 운반되었을 수 있다는 생각을 종종 강화할 것입니다.

과거 주류 모델에서 과학자들은 일반적으로 아미노산이 소위 "스트레커 합성"을 통해 주로 생산된다고 믿었습니다. 청산, 암모니아, 알데히드 또는 케톤은 액체 물 환경에서 반응하여 아미노산 분자를 형성합니다. 그러나 베누 샘플의 동위원소 서명은 완전히 다른 경로를 가리킨다. 연구자들은 이러한 글리신의 동위원소 비율이 고전적인 수상 화학 경로와 일치하지 않으며 저온 얼음층과 강한 방사선 하에서 복잡한 반응의 결과와 더 일치한다는 것을 발견했습니다. 이는 이 글리신이 초기 태양계 외부 태양계의 얼음 지역에서 유래했을 수 있음을 시사합니다.

Bachinski는 Penn State University가 극도로 낮은 함량의 유기 물질에서 동위원소를 측정할 수 있도록 분석 장비를 특별히 수정했다고 지적했습니다. 이러한 기술적 혁신이 없었다면 이 발견은 전혀 달성되지 않았을 수도 있습니다. 연구에 참여한 팀원으로는 지구과학 교수 크리스토퍼 하우스(Christopher House), "Ivan Pugh University 교수" Katherine Freeman, 박사후 연구원 Ophélie McIntosh, 지구과학 박사과정 학생 Mila Matney 등이 있습니다.

Bennu의 아미노산의 고유성을 더 이해하기 위해 연구자들은 이를 유명한 Melbourne County 운석인 Murchison 운석의 아미노산과 비교했습니다. 머치슨 운석은 1969년 호주에 떨어졌으며 탄소질 운석의 유기 분자를 연구하기 위한 "표준" 샘플이었습니다. 비교 결과 둘 사이에는 뚜렷한 차이가 있음이 나타났습니다. 머치슨 운석의 아미노산 동위원소 특성은 이들이 액체 물과 상대적으로 온화한 온도가 있는 환경에서 형성되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여줍니다. 이러한 조건은 운석 모체에 존재할 수 있으며 초기 지구의 환경과 유사합니다.

매킨토시(McIntosh)는 아미노산이 지구 생명체의 기원에 중심적인 역할을 했다는 데 과학이 일반적으로 동의하기 때문에 아미노산이 중요하다고 지적합니다. 이 연구에서는 "베누" 샘플에 있는 아미노산의 동위원소 패턴이 머치슨 운석의 패턴과 완전히 다르다는 사실을 발견했습니다. 이는 이들 운석의 모체가 화학적 환경이 크게 다른 태양계 지역에서 태어났을 가능성이 있음을 나타냅니다. 이는 초기 태양계 내부에 다양한 화학적 "생태적 틈새"가 존재하여 생명을 위한 원자재 생성을 위한 다양한 단계를 제공했다는 생각을 더욱 강화합니다.

이 연구는 또한 새로운 퍼즐을 제시합니다. 아미노산 분자는 일반적으로 인간의 왼손과 오른손과 유사하게 서로 거울상인 두 가지 "키랄" 형태로 존재합니다. 두 개의 거울상 분자는 동위원소적으로 유사한 특성을 나타낼 것으로 생각되었습니다. 그러나 이번 분석에서는 '베누' 시료에서 글루타민산이라고 불리는 아미노산의 왼쪽과 오른쪽 키랄 형태의 질소 동위원소 조성에 상당한 차이가 있었다. 화학적으로 거의 동일하고 공간 구성에서만 거울상인 분자가 왜 그렇게 다른 동위원소 "특징"을 남기는 걸까요? 현재 이 질문에 대한 답변이 없습니다.

과학자들은 이러한 차이 뒤에 있는 이유를 이해하면 태양계 전반에 걸쳐 생명체 구성 요소의 생성과 진화를 이해할 수 있는 새로운 창이 열릴 수 있다고 믿습니다. Bachinsky는 현재 "답변보다 더 많은 질문"이 있음을 인정했으며 팀은 아미노산이 Murchison 및 "Bennu"의 아미노산과 유사한 차이를 보이는지 또는 더 다양한 형성 경로와 환경을 보여줄지 여부를 테스트하기 위해 다양한 출처에서 더 많은 운석 샘플을 계속 분석할 계획입니다.

이 연구는 NASA의 New Frontiers 프로그램(OSIRIS-REx 임무에 자금을 지원함)을 포함한 여러 프로그램의 자금을 지원받았으며 NASA의 Goddard 우주 비행 센터 및 CRESST II 파트너십 프로그램의 관련 과학 연구 협력 프로젝트의 자금을 지원 받았습니다. 공동 작업자에는 NASA의 고다드 태양계 탐사 부서의 과학자, 로완 대학, 미국 자연사 박물관, 애리조나 대학의 달 및 행성 연구소의 연구원, OSIRIS-REx 수석 연구원 Dante S. Lauretta도 포함됩니다.

전반적으로, "베누" 먼지 샘플이 밝혀낸 것은 상상보다 더 "관용적인" 우주입니다. 별에서 멀리 떨어진 추위와 방사선으로 가득 찬 공간 깊은 곳에서 생명의 구성 요소도 조용히 형성될 수 있습니다. 이러한 이해는 외계 생명체의 가능성에 대한 인류의 상상력을 확장할 뿐만 아니라, “우리는 어디서 왔는가?”라는 근본적인 질문에 새로운 시각을 더해줍니다.