과학자들이 생명의 기원 이전인 약 40억 년 전 지구상에 최초 유기분자를 만들어내는 과정을 밝혀냈다.
미국 자연사박물관이 주도하고 NASA가 후원한 이번 연구는 해양의 뜨거운 열수분출구(hydrothermal vents)에서 유지분자가 자연 발생했을 법한 이 과정은 우주의 외계 행성에서 생명체를 찾는 연구에 도움을 줄 것으로 기대된다.
연구 결과(논문명: CO2 reduction driven by a pH gradient)는 미국국립과학원회보 PNAS에 15일(현지시각) 실렸다.
미세유체 반응기 개략도 [출처: PNAS]
탄소 고정은 생명체에 의해 무기 탄소(inorganic carbon)가 유기 화합물로 전환되는 과정을 말한다. 이를테면 식물 광합성 등에 의한 대기 중 탄소가 유기물질로 전환되는 과정이다.
그러나 대부분 이러한 경로가 작동하기 위해 세포로부터 에너지를 요구하거나 비교적 늦게 진화한 것으로 생각됐다. 그렇다면 생명의 기원전에 최초 유기분자가 어떻게 생겨났을까?
이 질문을 해결하기 위해 과학자들은 미세유체 반응기, 즉 유체의 행동을 연구할 수 있는 아주 작은 독립형 실험실을 기반으로 한 새로운 설정을 고안했다. 이 경우 가스 또한 미세한 규모로 고안됐다.
이전 버전 반응기는 수소가스와 이산화탄소 거품을 액체에 섞으려고 시도했다. 하지만, 매우 휘발성이 강한 수소가스가 반응하기 전에 빠져나갔기 때문에 감소가 일어나지 않았다.
이번 신형 반응기는 반응 전에 액체 내 기체를 거품화하는 대신 액체가 기체에 의해 스스로 움직임으로 유체가 빠져나갈 기회가 거의 없다는 것이다.
연구팀은 수소와 이산화탄소를 결합해 포름산(HCOOH, 개미산)이라는 유기분자를 만들어낼 수 있었다.
이 합성 과정은 ‘Wood-Ljungdahl acetyl-CoA 경로’라고 불리며, 전체 에너지 공급이 필요하지 않은 것으로 유일하게 알려진 이산화탄소 고정 경로와 유사하다. 특히 이 과정은 고대 해양의 뜨거운 열수분출구에서 일어났을 수 있는 반응과 같다.
이번 연구 결과는 지구 밖 행성에서 생명체를 찾는 연구에 실마리를 마련했다. 태양계에서 열수분출구 존재 가능성이 가장 많은 곳은 각각 토성과 목성 위성인 엔켈라두스와 유로파다. 또한 우주 또 다른 외계 행성 물속 바위에도 존재할 수 있다.
김민중 기자 science@