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[BRIC View 리뷰논문요약]

화성 표면 아래에서 엿보는 생명의 기원

김장근

요약문

2020년은 화성 탐사의 해로 기억될 것이다. 2020년 7월 아랍에미레이트(United Arab Emir�ates)의 아말, 중국의 텐원 1호, 미국의 퍼시비어런스(Perseverance) 등 총 3대의 화성 탐사선이 발사되었다. 특히, 퍼시비어런스는 생명체 또는 이와 관련된 흔적을 찾는 구체화된 임무수행을 위해 발사되었다. 이 요약문에서는 화성 생명 탐사의 근거, 전망 및 전략을 다룬다. 구체적으로 화성에서 생명체 또는 그 흔적을 찾는 탐사를 결정하게 된 근거와 가능성을 설명하며, 화성 탐사를 통한 원시생물발생(Abiogenesis) 연구 전략을 소개한다.

Key Words: 우주생물학, 화성 탐사, 원시생물발생(abiogenesis)

※ 본 자료는 The Martian subsurface as a potential window into the origin of life. Nat. Geosci. 11, 21–26 (2018).의 논문을한글로 번역, 요약한 자료입니다.

[목  차]

1. 서론 

1.1. 생명의 기원 탐구를 위한 지구 내 증거의 한계

2. 본문 

2.1. 초기 지구 이해의 로제타스톤, 화성 

2.2. 화성 표면 생명체의 적은 존재 가능성 

2.3. 원시생물발생 연구를 위한 탐사 전략

3. 결론

 1. 서론

38억 년 전 지구 생명의 탄생 이후의 과정을 되짚어 보기 위한 지질학적 기록은 지구에는 거의남아있지 않다. 원시생명발생에 대한 당시의 증거를 얻을 수 없기에, 이에 대한 연구는 현대의실험실에서의 실험 결과와 이론에 의존하게 되는 한계가 있다. 현재, 초기 지구를 이해할 수 있는 최적의증거는 원시 상태의 지질 기록이 잘 보존되어 있는 화성에 남아있다. 초기 지구를 이해할 수 있는 최적의증거는 지구의 퇴적 기록이지만, 약 25억 년 전경에 산소 기반 광합성의 폭발적 확산과 함께 지표 환경이변화되어 초기 지구의 증거가 거의 남아 있지 않다. 산소성 광합성의 폭발적 증가로 인한 환경 변화를겪은 지구와 달리 화성은 초기 환경의 증거가 잘 보존되어 있다. 그 이유는 화성의 경우 10억 년 이상고에너지의 태양 및 우주 복사의 폭격과 함께 표면이 황량하게 얼어붙은 상태였기에 화성 표면에서는산소 기반 광합성 생물이 발생할 수 없었고, 산소성 광합성에 따른 산소 발생으로 인한 환경 변화가 존재하지 않았기 때문이다. 이 요약문에서는 원시생명발생의 환경을 잘 보존하고 있다고 여겨지는 화성을통하여 생명의 기원을 탐구하는 가능성과 그 전략을 소개한다.

1.1. 생명의 기원 탐구를 위한 지구 내 증거의 한계

태양계 생성 초기에 원시 행성들은 주위 물질을 흡착하며 성장했다. 행성 성장 초기 단계에는휘발성 물질 및 유기물질이 외부의 충돌로 전달되며 이와 같은 외부 물질로부터 원시생물 발생이 시작점이 되었을 것으로 추정된다. 연구자들은 행성 성장 초기 단계에 이와 같은 거대한 충돌이빈번했다는 점에 의견이 일치한다. 초기의 이 충돌들로 인한 대변동은 지표 생명의 탄생, 진화, 및 유지에 큰 걸림돌이었을 것이다. 이로 인해 지구와 달이 형성되고 8억 년이 지나서야 외부 충돌의 빈도가줄어들어 미생물들이 발생하기 시작했다.

현재까지 지구의 초기 생명체는 그래핀 탄소에 포획된 형태로 고대 해저를 구성하는 변성암에서발견되거나, 그보다 젊은 암석 내부에 원뿔 모양의 스트로마톨라이트(Stromatolite) 유사 구조에서 발견되어 왔다. 그보다 빠른 시기의 초기 생명체에 대한 증거로는 Jack Hills 지역의 지르콘(Zircon)에 갇혀있는 그래핀 형태가 있는데, 증거 채택 여부에 논쟁이 있으나 인정된다면 최초 생명의 증거를 명왕누대(Hadean eon, 46억 년 전부터 40억 년 전 시기)까지 앞당길 수 있을 것이다. 생명의 기원을이해하기 위한 핵심 시기인 시생대(Archaean eon, 40억 년 전부터 25억 년 전 시기)와 명왕누대의 흔적은 현재 지각 부피의 0.001 % 밖에 남아 있지 않고, 남아 있는 것 마저도 오랜 기간을 거치며 열화학적으로변성되었다.

원시생명발생을 이해하기 위해서는 유기물질로부터 생명의 기본 단위(DNA, 아미노산, 당 등)가형성되는 방법과 과정을 이해해야 하나, 초기 지구의 지질학적 기록이 대부분 보존되어 있지 않아 연구에어려움이 있다. 이와 같은 한계로 인하여 초기 지구 환경에서 생명의 기본 단위가 합성되는 과정을탐구하는 유기 화학 연구는 실험실 환경에서의 데이터를 기반으로 하고 있다. 실험실 수준에서 연구를하고 있지만, 결정적인 근거를 제시하기 위하여 생명의 기원에 이르는 화학 과정을 입증하는 경험적,실질적 증거가 필요하다. 이러한 초기생명발생에 대한 근본적인 질문에 답하기 위하여 ‘생명 발생의요람(Cradle of life)’을 갖춘 원시 화학 환경이 보존된 외계 행성을 탐사해야 한다. 이러한 생명의 기원에대한 질문을 해결하기 위한 궁금증을 동력으로 국제 우주 탐사가 추진되고 있다.

원시생명발생의 비밀을 풀기 위한 후보 행성으로 초기 지표 환경이 보존된 화성과 표면하대양(Subsurface ocean)을 지닌 유로파(Europa, 목성의 위성)와 엔셀라두스(Enceladus, 토성이위성)가 주목 받고 있다. 유로파와 엔셀라두스는 표면하 대양에서 화학합성영양생물(Chemotroph) 탄생의 가능성이 높다고 여겨지고 있다. 한편, 화성은 얕은 액체 웅덩이에서 다공성 규산염광물(Silicate mineral)과 황화 금속(Metal sulfide)의 상호작용이 일어나는 지열시스템에서 지상생명체가 발생하였을 가능성이 높다고 여겨지고 있다.

여러 후보 행성 중 화성은 고대의 상태가 보존된 지각에 접근 가능하며, 지구의 생명 발생시기에 지구와 유사한 환경을 가졌다는 명확한 증거가 있는 유일한 행성이다. 이에 화성은 지구의원시생명발생의 비밀을 풀어나갈 중요한 근거를 가지고 있는 것으로 생각되어 주요 탐사 행성으로여겨지는 것이다 (그림 1).

그림 1. 행성 지각의 연대 비교.실선은 보존된 지각중 가장 오래된 경우를 나타내고, 점선은 불명확한 경우를 나타낸다. 화성의 지각은 지구의 원시생명발생을 확인하기 위한 최적의 조건을 가지고 있다.

(*HED: Howardite-eucrite-diogenite, *Ga: 109 년 전).

...................(계속)

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