우주에 정말 다른 생명체가 있을까? 유명한 "페르미 역설"은 통계를 사용하여 별과 행성으로 가득 찬 우주에서 생명체가 매우 흔해야 한다고 제안하지만 아직 결정적인 증거를 찾지 못했습니다. 이제 캘리포니아 대학교 리버사이드(University of California, Riverside) 과학 연구팀은 분자 사이의 '숨겨진 질서'를 통해 이 고대 문제에 대한 새로운 돌파구를 제공하려는 새로운 통계 방법을 제안했습니다.

연구자들은 생명의 존재가 특정 분자 자체뿐만 아니라 이들 분자 사이의 특별한 조직이나 "숨겨진 질서"에 달려 있다는 사실을 발견했습니다. 그들은 이 조직 원리가 통계적으로 식별될 수 있으며, 이를 통해 유기 화학 샘플에 있는 분자의 분포 패턴에만 기초하여 외계 생명체의 징후를 "탐지"할 수 있다고 주장합니다. 이번 연구의 공동 저자이자 행성 과학 조교수인 파비안 클레너(Fabian Klenner)는 인터뷰에서 “우리 연구는 생명체가 무생물 시스템과는 다른 특징적인 패턴을 가진 분자의 혼합물을 생성한다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다. "우리의 통계적 방법을 통해 이러한 패턴을 명확하게 감지할 수 있습니다."

이 접근 방식의 가장 큰 장점은 향후 작업뿐만 아니라 기존 데이터 세트를 소급하여 분석하는 데에도 적용할 수 있다는 것입니다. 즉, 인간은 이미 방대한 양의 역사적 관측 데이터에서 외계 생명체의 단서를 '조우'했지만, 이를 식별하기 위한 적절한 도구를 아직 사용하지 못했을 수 있습니다.

오랫동안 과학자들은 외계 생명체의 존재 가능성을 판단하기 위해 주로 "생체특징" 분자를 찾아왔습니다. 예를 들어, 화성에서 NASA의 "Perseverance" 및 "Curiosity" 탐사선은 암석 및 대기 샘플에서 유기 화합물 및 기타 미생물 생명체의 잠재적 징후를 분석하고 있습니다. "Nature Astronomy"에 발표된 새로운 연구는 "분자 순서"의 중요성을 강조하고 "어떤 분자가 존재하는지"에서 "이 분자가 생명체에 의해 어떻게 구성되는지"로 초점을 이동합니다.

구체적으로 연구팀은 생명체가 분자의 혼합물을 생산할 경우 그 안에 들어 있는 아미노산이 일반적으로 더 다양하고 양적으로 더 고르게 분포된다는 사실을 발견했습니다. 생명체에서 생성된 지방산이 덜 균일하게 분포되어 있고 더 다양하기 때문에 지방산의 경우에는 그 반대입니다. 과학자들은 소위 "분자 다양성 특징" 자체가 검출 가능한 생체 특징의 역할을 할 수 있으며 더 이상 개별적인 "생명의 특징 분자"의 존재 여부에 국한되지 않는다고 믿습니다.

연구팀은 생명을 지탱하는 조직적 원리를 알아내기 위해 서로 다른 시스템에서 분자 혼합물의 다양성을 분석했는데, 첫째는 얼마나 많은 서로 다른 분자가 존재하는지, 둘째는 이들 분자의 분포가 균형을 이루는지 여부에 초점을 맞췄습니다. 그들은 생물학적 시스템(즉, 생명)과 무생물 시스템이 분자를 구성하는 방식이 체계적으로 다르다는 사실을 발견했습니다. 생물은 생명의 기본 원리 중 일부를 구현하는 패턴을 생성하는 반면, 무생물 과정은 이 "질서"를 복제하는 데 어려움을 겪습니다.

이 방법은 기술 수준에서 새로운 대규모 장비에 의존하지 않는다는 점은 주목할 가치가 있습니다. Klenner는 임무 자체가 동일한 유형의 관련 유기 분자의 "상대적 풍부함"에 대한 정보를 측정할 수 있는 한 그들의 방법을 직접적으로 적용할 수 있다고 말했습니다. 이는 이미 계획 중이거나 곧 구현될 많은 심우주 임무가 이 방법에 대한 잠재적인 "시험장"이 될 수 있음을 의미합니다.

이 가운데 목성의 달 유로파를 탐사하기 위해 계획된 NASA의 '유로파 클리퍼' 임무는 큰 잠재력을 지닌 것으로 평가된다. 탐사선은 2031년부터 여러 차례 근접 비행을 수행해 광대한 지하 바다를 갖고 있을 수 있는 얼음 위성의 환경 조건을 탐지하고 생명체가 존재할 가능성이 있는지 평가하는 데 중점을 둘 것으로 예상된다. 선박용 장비인 "표면 먼지 분석기"(SUDA)는 유기 분자의 풍부함을 측정할 수 있습니다. 충분히 풍부한 유기분자군과 이들의 상대적 풍부도 정보를 포착한다면, 연구팀이 제안한 통계적 방법은 이러한 분자 패턴이 생물학적 과정에 더 가까운지, 비생물학적 과정에 더 가까운지를 판단하는 데 활용될 것으로 기대된다.

그럼에도 불구하고 연구진은 이 방법만으로는 '외계 생명체의 발견을 알릴 수 없다'고 강조했다. "우리의 접근 방식은 광범위한 생체특징 프레임워크의 일부와 비슷합니다." 클레너는 “외계 생명체를 탐사할 때 어떤 단 하나의 신호도 절대적인 증거로 간주될 수 없다”고 지적했다. 그러나 이 방법은 과학자들의 "생명 형태" 개념의 범위를 크게 넓히고 전통적인 생명 화학 패러다임에 맞지 않고 무시될 수 있는 생명체를 발견하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.

이러한 잠재적인 돌파구는 방법 자체의 주요 특징에서 비롯됩니다. 즉, 생화학 교과서에 나열된 "전형적인 분자"가 아닌 분자의 조직에 초점을 맞추고 있습니다. Klenner가 말했듯이 "우리 연구는 분자 자체의 조직에 중점을 두었습니다. 원칙적으로 이 방법은 비생물학적 과정과 다르게 분자를 조직하는 한 익숙하지 않은 생명체에 잠재적으로 민감할 수 있습니다."

또한 이 방법은 전적으로 통계적 계산에 기초하므로 다양한 보관 데이터에 대규모로 적용할 수 있습니다. Klenner는 이 방법이 본질적으로 계산적이며 특별한 새로운 장비가 필요하지 않기 때문에 기존 데이터 세트에 분자 풍부도에 대한 충분한 정보가 포함되어 있으면 이 "다양성 분석" 아이디어를 사용하여 데이터를 재검토할 수 있다고 지적합니다. 이는 잠재적인 생명 신호에 대한 "검색 표면"이 크게 확장될 뿐만 아니라 새로운 데이터를 획득하면 기존 데이터를 종합적으로 분석할 때 "예상치 못한 놀라움"이 발생할 수 있음을 의미합니다.

제임스 웹 우주 망원경, 외계 지능 탐색(SETI), 곧 출시될 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 등 여러 데이터 채널의 공동 작업으로 캘리포니아 대학 리버사이드 팀의 새로운 방법은 '중요한 발견의 확률'을 더욱 높이는 중요한 퍼즐 조각 중 하나로 간주됩니다. 아마도 인류는 “우리는 혼자가 아니다”라는 사실을 마침내 증명하는 순간에 한 걸음 더 다가섰을 것입니다.