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기획·칼럼

생명은 어디에서 왔을까?

[만화로 푸는 과학 궁금증] 생명 탄생의 비밀을 밝히는 3가지 가설

과학자들은 38억 년 전 원시 지구에 처음 생명체가 탄생했다고 말한다. 그런데 당시 지구는 지금과 전혀 다른 세상이었다. 산소가 없었고, 바다는 뜨거웠으며, 운석과 혜성이 끊임없이 충돌하는 곳이었다. 무기물만 있었던 이런 곳에서 어떻게 유기물이 생겼고 생명체가 탄생했을까? 과학자들은 그 답으로 3가지 가설을 내놓았다.

원시 대기에서 유기물 합성

1920년대 러시아의 생화학자 알렉산드르 오파린(Oparin, Aleksandr Ivanovich)은 원시 지구가 목성과 비슷한 상태의 대기를 가졌다고 생각하였다. 그래서 그는 목성의 대기 상태를 기초로 원시 지구의 대기가 메탄, 암모니아, 수소, 수증기로 이루어졌다고 추측하였다. 그는 이 성분들이 반응하여 유기물이 합성되었고, 이 유기물들이 바다에 축적되는 과정에서 코아세르베이트라는 유기물 복합체가 생겼으며, 이것으로부터 생명체가 탄생했다는 이론을 제시하였다.

1953년, 미국의 화학자 스탠리 밀러(Stanley Miller)는 스승인 해럴드 유리(Harold Urey)와 함께 오파린의 이론을 확인할 수 있는 실험을 하였다.

두 사람은 용기에 메탄, 암모니아, 소수 혼합기체를 넣고 이 용기에 끓는 물에서 올라오는 수증기를 집어넣어 바닷물이 순환하는 원시 지구의 대기와 비슷한 구조를 만들었다. 그리고 원시 지구에서 자주 일어났으리라 추측되는 번개를 대신하여 용기 안에 전기 방전을 일으켰다. 이 실험은 일주일 동안 계속되었는데, 일주일 후에 단백질의 구성 성분인 아미노산과 같은 유기물이 생성되었다.

이 실험은 오파린의 가설에 힘을 보태어 주었다. 하지만 이와 비슷한 다른 실험에서 실험자가 원시 지구의 대기를 어떻게 정하느냐에 따라 실험 결과가 달라졌다. 또한 원시 지구의 대기를 아무도 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라 조그만 실험 용기 안에서 모든 순환이 이루어졌기 때문에 이 실험 결과에 큰 의미를 두지 않는 과학자들도 있다.

유리-밀러의 실험ⓒ 윤상석

유리-밀러의 실험ⓒ 윤상석

유기물 외계 유입설

별과 별 사이의 우주 공간에 존재하는 분자인 성간 분자는 지금까지 발견된 것만 140여 종에 달하는데, 여기에는 혜성의 꼬리에서 발견된 글리신과 같은 간단한 아미노산이 포함된다.

이 아미노산이 어떻게 성간 분자에 포함되었을까? 성간 구름의 표면에서 화학반응이 일어나 글리신과 같은 간단한 아미노산이 생성될 가능성은 얼마든지 있다. 또한 지구에 떨어진 운석에서 아미노산과 같은 유기물들이 발견되었다. 심지어는 DNA의 기본 단위인 뉴클레오티드의 구성 성분이 발견된 사례도 있다.

이렇게 유기물이 성간 분자로 발견되고 생명의 기본단위들이 운석에 들어 있다면, 지구 생명의 씨앗도 외계에서 오지 않았을까 의심할 수 있다.

유기물이 있는 수많이 운석이 원시 지구에 충돌하여 생명의 씨앗이 되었을 가능성이 있다. ⓒ윤상석

유기물이 있는 수많이 운석이 원시 지구에 충돌하여 생명의 씨앗이 되었을 가능성이 있다. ⓒ윤상석

원시 지구는 수많은 운석들이 쏟아져 들어와 충돌했다고 한다. 이 시기를 재현한 최근 실험에 의하면, 원시 지구에 존재하던 물질에 운석 충돌을 대신해 강력한 레이저로 충격을 가하자 DNA 구성 성분이 만들어졌다고 한다.

이 실험 결과는 운석들이 충돌한 충격으로 발생한 에너지가 원시 지구 물질의 화학 반응을 촉발하여 DNA 구성 성분을 만들었고 여기에서 생명이 시작되었음을 시사한다.

열수분출공 생명 기원설

수심이 아주 깊은 해저에서는 바닷물이 지각 틈 사이로 스며들어갈 수 있는데, 스며들어간 바닷물은 뜨거운 마그마에 의해 460℃까지 데워진다. 그러면 주변 암석에 들어있던 일부 금속 성분들이 뜨거운 물에 녹아 들어간다.

뜨거운 바닷물은 지각의 갈라진 틈을 통해 다시 분출되는데, 수심 2000~3000m 깊이에서는 압력이 대기압의 200~300배이기 때문에 물이 수백 ℃라도 해도 수증기로 변하지 않는다. 뜨거운 물이 주변의 차가운 바닷물과 만나면 뜨거운 물에 녹아 있던 물질들이 식어 침전되면서 굴뚝을 만든다. 굴뚝은 시간이 흐르면서 점점 자라게 되는데, 이것을 열수분출공이라 한다.

해저를 직접 탐험할 수 없었던 과거에는 햇빛이 도달하지 못하는 깊은 해저에 사는 생물들이 매우 드물 것으로 생각했다.

그런데 기술이 발달하여 깊은 해저를 직접 탐험하면서 과학자들은 열수분출공 주변에 사는 많은 동물들을 발견하였다. 열수분출공에서 뿜어 나오는 뜨거운 바닷물에는 황화수소가 많이 들어있는데, 이 황화수소를 소화시켜 태양빛 없이도 유기물을 합성하는 화학합성 박테리아들이 있기 때문이다. 이 박테리아들이 다른 생물의 먹이가 되면서 열수분출공 주변에 생태계가 형성된다.

일부 과학자들은 해저의 열수분출공처럼 척박한 환경이 원시 지구의 환경과 비슷했을 것이라고 주장하면서 생명의 기원을 열수분출공에서 찾는다. 그들은 열수분출공이 생명 탄생에 적절한 물리-화학적 환경과 에너지를 제공했다고 생각한다.

해저 열수분출공 주변의 열악한 환경 속에도 생태계가 조성되어 있다.ⓒ윤상석

해저 열수분출공 주변의 열악한 환경 속에도 생태계가 조성되어 있다.ⓒ윤상석

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