냉동정자, 우주에서 생존력 유지

우주 공간에서의 인간 생식 가능성 시사

갈수록 인구는 늘어나고 자원이 고갈되는 지구를 떠나 외계에 거주지를 건설하고자 하는 이들의 움직임이 빠르게 전개되고 있다.

이것은 ‘지구를 버리는 것이 아니라, 지구의 환경을 완화하고 인류가 우주로 진출한다’는 긍정적인 측면이 더 크다고 생각하는 이들이 많다.

지구 밖에서 인간이 거주할 수 있는 대상으로는 일단 가까운 달과 화성이 꼽힌다. 과학자들은 특히 화성에는 물과 생명체 흔적이 존재할 것이라는 심증을 굳히고 있다.

스페이스X를 창업한 일론 머스크는  5년 후인 2024년에 화성으로 관광객을 보낸다는 계획을 추진 중이며, 미국 정부는 2030대 초반 화성에 인간을 착륙시킨다는 계획을 발표한 바 있다.

그런데 단순한 외계 관광이 아닌 장기적인 거주를 위해서는 인간이 외계에서 안전하게 생식을 해 건강한 자손을 생산할 수 있느냐가 중요한 관건이다.

우주 식민지 건설에선 인간의 생식이 중요한 관건의 하나다. 난자와 접촉해 수정을 시도하는 정자의 모습.  Credit: Wikimedia

우주 식민지 건설에선 인간의 생식이 중요한 관건의 하나다. 난자와 접촉해 수정을 시도하는 정자의 모습. ⓒ Wikimedia

냉동 정자를 미세 중력에 노출

최근 스페인 과학자들은 인간의 정자가 우주 공간의 다른 중력 조건에서도 거의 완전한 생존능력을 유지한다는 사실을 발표했다.

이들은 유럽 인간 생식 및 발생 학회(ESHRE) 제35차 연례학술대회에서 냉동 정자를 미세 중력(microgravity)에 노출시켜 관찰한 특성과 지상 조건에서 관찰한 특성 사이에 차이가 없어, ‘남성 생식세포를 우주로 안전하게 운반할 수 있는 가능성이 열렸고, 지구 밖 외계에 인간 정자은행을 만들 수 있는 가능성도 고려할 수 있게 됐다’고 밝혔다.

이 연구는 스페인 바로셀로나 덱세우스 여성병원의 몬트세라트 보아다(Montserrat Boada) 박사팀이 바로셀로나 과학기술대 미세중력 공학자들과 함께 추진했다. 이 작업에서 바로셀로나-사바델 항공클럽이 미세중력 조건을 창출하기 위한 포물선 비행을 담당했다.

보아다 박사는 이번 연구의 배경과 관련해, 미세 중력이 심혈관과 근골격계 및 중추신경에 미치는 영향은 잘 알려져 있고 우주비행에서도 실험된 반면, 인간의 정자나 난자가 다른 중력 환경에서 어떤 영향을 받는지는 거의 알려지지 않았다고 설명했다.

보아다 박사는 “일부 연구는 다른 중력 환경에서 신선한 인간 정자의 생리 운동성이 현저하게 감소한다는 의견을 제시했다”고 말하고, “그러나 중력 차이가 냉동 정자에 미치는 가능한 영향에 대해서는 보고된 바가 없으며, 이번 연구에 따르면 정자를 냉동상태로 지구에서 우주로 운반할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

미래의 화성 탐사에 사용될 핵 열 전달 장비인 저궤도 ‘코페르니쿠스’ 개념도.  Credit: Wikimedia / NASA

미래의 화성 탐사에 사용될 핵 열 전달 장비인 저궤도 ‘코페르니쿠스’ 개념도. ⓒ Wikimedia / NASA

곡예 비행기로 저중력 상태 구현

이번 연구를 위한 실험은 저중력 상태를 단시간 동안 유지할 수 있는 소형 곡예비행 훈련기(CAP10)를 이용해 수행했다. 훈련기는 20가지의 포물선 기동을 하면서 그때마다 8초 간의 미세 중력 상태를 구현했다.

연구팀은 10명의 건강한 기증자로부터 얻은 정자 표본을 위와 같은 실험으로 우주에서 발견되는 다양한 미세 중력과 지상 중력에 노출시킨 뒤 분석에 착수했다.

정자 분석은 현재 생식력 시험을 위해 수행되는 정자의 농도와 운동성, 활기, 형태 및 DNA 단편화 등 모든 범위에서 이루어졌다.

분석 결과 우주의 미세 중력에 노출시킨 그룹과 대조군 사이의 어떤 매개변수에서도 아무런 차이가 없는 것으로 밝혀졌다.

보아다 박사는 실제로 DNA 단편화율과 활력에서 100% 일치하고, 정자 농도와 운동성에서는 90% 일치했다고 말했다. 그는 이 작은 차이점이 ‘다른 중력 상태에 노출된 것보다는 정자 샘플의 이질성과 관련이 있는 것 같다’고 덧붙였다.

보아다 박사는 이번 연구를 하나의 예비연구라고 보고, 앞으로 연구 결과의 타당성을 확인한 뒤 더 많은 정자 샘플을 더 오랫동안 미세 중력에 노출시키는 한편, 냉동이 아닌 신선한 정자에도 실험을 확대 적용해 볼 계획이다.

그는 우리가 알아두어야 할 것으로, “앞으로 여러 건의 장기 우주 임무가 주어지는 것에 대비해 우주에서의 장기 체류가 인체에 어떤 영향을 미치는지를 연구하는 것이 중요하다”며, “이제 지구 밖에서의 생식에 대해 생각하는 것은 비합리적이지 않다”고 지적했다.

국제우주정거장에서의 쥐 냉동정자 실험에 쓰인 장비. Credit: SSRE / JAXA

국제우주정거장에서의 쥐 냉동정자 실험에 쓰인 장비. ⓒ SSRE / JAXA

우주인 탄생위한 예비적 시도

보아다 박사가 이번 연구에서 냉동정자를 사용한 한 가지 이유는 우주방사선이 신선한 정자에 영향을 미치기 때문이다.

그는 “방사선은 인간 정자의 질과 생존 능력을 저해한다”고 설명하고, “이런 효과는 특수한 냉동 장비에 보존돼 냉동 탱크로 운반되는 냉동 정자보다 신선한 정자에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다”고 말했다.

이 때문에 첫 단계로 냉동 정자와 중력 상태의 관계를 조사했다. 실제 우주에서 이 실험을 수행하는 것이 가장 최선이지만, 이를 실행하기 위해서는 여러 가지 제한점이 있다.

일본 연구팀은 지난 2017년 냉동된 쥐의 정자를 국제우주정거장(ISS)에서 9개월 동안 노출시킨 뒤의 상태와, 이 정자를 지구에 가져와 체외수정 시킨 결과를 미국 국립과학원회보(PNAS, 5월 22일)에 발표한 바 있다.

이 연구에서 우주에 노출됐던 정자는 전반적으로 지상의 대조군과 크게 다르지 않았고, 약간의 DNA 손상만 있는 것으로 확인됐다. 이 정자를 체외수정 시킨 결과 대조군과 비슷한 출생률을 보였고, 후세대 쥐의 유전자도 정상적으로 발현된 것으로 조사됐다.

이번 스페인팀의 연구는 인간 정자의 우주 노출 실험에 대한 첫 단계로, 앞으로 여성 난자에 대한 실험이 이루어지면 본격적인 ‘우주인 탄생’ 프로젝트가 모색될 것으로 전망된다.

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