원시 지구에서 펼쳐진 "생명의 탄생 시나리오"는 어떻게 새로 쓰여질 것인가
"지구 최초의 생명은 RNA 월드에서 태어났다"
압도적인 인기를 자랑하는 이 시나리오에는 곤란한 문제가 있습니다. 생명이 존재하지 않는 원시 지구에서 RNA의 재료가 정확하게 연결되어 "완성품"이 될 확률은 극히 낮습니다. 그렇다면 생명은 왜 생겼을까요?
이 난제를 "신의 소행"으로 돌리지 않고 합리적으로 생각하기 위해 저자가 제안하는 것이 "생명 기원"의 세컨드 오피니언입니다. 그 스릴 넘치는 해석을 알기 쉽게 정리한 것이, 아스트로바이올로지의 일인자로 알려진 고바야시 노리마사 씨의 『생명과 비생명의 사이』입니다. 이 책의 발행을 기념하여 그 읽을 거리를 여러 회에 걸쳐 소개합니다.
지구 외 생명의 탐색이 이루어져 왔지만, 왜 이렇게 다른 천체에서 생명의 흔적을 찾으려고 할까요? 생명 탐색의 원점으로 돌아가 그 의미를 생각해봅니다.
*본 기사는, 『생명과 비생명의 사이 지구에서 "기적"은 일어났는가』(블루백스)를 재구성·재편집한 것입니다.
지구의 화학 진화에 대한 힌트가 될 타이탄의 대기 구성 지구에서의 생명 탄생의 흔적은 현재 지구상에는 전혀 남아 있지 않습니다. 따라서 화학 진화 과정을 논의하기 위해서는 실험실 내에서 모의 실험을 하거나 계산 시뮬레이션을 하는 방법이 주류가 되고 있지만, 천체라는 큰 스케일, 긴 시간 동안 실제로 어떤 일이 일어나는지 알기에는 부족한 점이 많습니다. 그래서 다른 천체에 주목하게 되는 것입니다.
자연계에서 어떤 화학 진화가 일어날 수 있는지를 생각하는 단서로서 가장 유력시되는 천체는 타이탄입니다.
대기 중의 질소와 메탄으로부터 다양한 에너지를 통해 어디서 어떤 유기물이 생성되는지를 카시니 계획으로 조사한 결과, 고도 950km 이상의 고층 대기에서 파장이 짧은 자외선에 의해 고분자량의 복잡한 유기물(칼 세이건이 말한 "톨린")이 생성되고 있다는 것을 알게 되었습니다.
또한, 조금 더 낮은 고도(수백km)에서도 토성의 자기권의 전자에 의한 플라즈마 방전으로 톨린이 생성되고 있으며, 이것이 타이탄 상공에서 관측된 "연무"의 재료로 여겨지고 있습니다.
그리고 보다 대기 농도가 짙은 대류권(고도 50km ~ 지표)에서는 주요 에너지는 우주선이 됩니다. 우주선을 모사한 고에너지 양자를 질소·메탄에 맞춘 모의 실험에서도 "연무"가 생성되며, 이 "연무"의 성분도 톨린임을 알게 되었습니다.
즉, 타이탄에서는 초고층 대기, 고층 대기, 저층 대기 각각에서 에너지는 다르지만, 고분자량의 복잡한 유기물이 생성 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 지구에서의 화학 진화를 생각하는 데 큰 힌트가 됩니다.
다른 예로는 엔셀라두스에서 분출된 유기물이나, 미래의 유로파 탐사에서 조사될 유기물 등이 화학 진화의 중요한 증거가 될 가능성이 있습니다.
그러나, 만약 이들 천체의 지하 바다에서 생물이 존재하는 것이 확인된다면, 생물이 유기물의 기원일 가능성을 생각하지 않을 수 없습니다. 화성 지하의 유기물의 경우도 마찬가지입니다. 그런 경우, 생물 기원인지 비생물 기원인지를 생각할 필요가 있을 것입니다.
만약 지구 외 생명이 발견된다면… 화성이나 유로파 등에서 생명이 발견되면, 다른 각도에서 생명의 기원에 대한 힌트를 얻을 수 있습니다. 비교적 쉽게 알 수 있는 것은, 지구 밖에서 발견된 생물이 단백질과 같은 것을 사용하고 있는지 여부입니다.
아미노산은 천체나 성간에서 생성되기 쉬운 분자이므로, 지구 외 생명체도 이것을 사용할 가능성이 높다고 생각되지만, 만약 아미노산을 사용하지 않는다면 지금까지의 생명에 대한 상식을 크게 바꿀 필요가 생깁니다. 또한, 아미노산을 사용하는 경우에도 그 종류에 따라 여러 가능성이 보일 것입니다.
만약 화성 생명이 사용하는 아미노산의 종류가 지구의 것과 같고, 게다가 좌회전형*이었다면, 지구 생명과 화성 생명이 같은 루트를 가지고 있거나, 지구 생명이 화성으로부터 유입된 것일 가능성이 높아집니다. 아미노산의 종류가 지구 생명이 사용하는 것과 다른 경우, 지구 생명과 독립적으로 탄생한 생명으로 여겨질 것입니다.
지구와 다른 우회전형 아미노산을 주로 사용하고 있다면, 아미노산에 우회전형과 좌회전형이 있는 비대칭성(비대칭성)의 기원에 대해서도 영향을 미칩니다. 아미노산이 라세미체(우회전형·좌회전형이 같은 양)라면, 그것은 생명 기원이 아니라 화학 반응으로 생성된 것일 것입니다.
더 흥미로운 것은, 지구 외 생명이 핵산을 사용하고 있는지 여부입니다. 핵산이라고 해도, 구성하는 당이나 염기의 종류가 지구 생명과 다를 수 있습니다. 또한, 당이 지구 생명과 달리 좌회전형을 사용할 수도 있습니다.
그렇다 하더라도, 지구 생명과는 다른 루트를 가진 생명이 역시 핵산과 유사한 물질을 사용하고 있다면, 그런 물질을 사용하는 생명이 우주에서 보편적일 가능성이 높아집니다.
그러나, 전혀 다른 자기 복제 분자를 사용하고 있다면, 우리의 생명에 대한 생각을 크게 바꿀 수밖에 없을 것입니다.
"제2의 생명" 발견이 주는 영향 만약 유로파나 엔셀라두스에서 생명이 발견된다면, 생명의 탄생에는 육지가 필요하다고 생각하는, 생명의 육상 온천 기원설 지지자들에게는 큰 타격이 될 것이며, 해양 기원설 지지자들이 힘을 얻게 될 것입니다.
반대로, 화성에서 생명이 발견된다면, 원시 화성의 바다가 그리 깊지 않고 해저 열수계가 없었다면, 육상 온천 기원설 지지자들에게 유리한 자료로 여겨질 것입니다.
그러나 원시 화성의 바다 깊이에 대해 여러 설이 있는 데다, 화성에는 지표에서 27km나 높이 솟아 있는 올림푸스 산과 같은 산이 있는 것을 고려하면, 해저 열수계가 있을 가능성은 부정할 수 없으므로, 어느 쪽에 유리하다고 단정할 수는 없습니다.
어쨌든, 태양계에서 "제2의 생명"이 발견되면, 우리의 생명관이나 생명 기원에 대한 생각을 크게 바꾸는 것은 틀림없습니다.
생명과 비생명의 사이 지구에서 "기적"은 일어났는가
생명은 어디에서 시작되었는가? 비생명과 무엇이 다른가?
생명 과학의 궁극적인 테마에, 아스트로바이올로지의 선구자가 다가간다!