지구생명체 근원인 물-산소 기원은 외계?

美과학자 우주 기원설 잇달아 발표
필수영양소 ‘인’도 태양계밖에서 와

태양이 존재하기 전에 있던 물(①)은 태양이 생성되는 과정에서 일부 파괴되지 않고 남아(②, ③) 지구를 포함한 오늘날의 태양계 전역에 퍼져 있다(④)는 사실이 밝혀졌다. 사진 출처 미국과학재단

인간의 몸무게에서 65%를 차지하는 물, 인체를 구성하는 원소의 66%를 차지하는 산소, 그리고 뼈와 유전자(DNA)를 만드는 필수 성분인 인(P). 최근 이들이 태양이 생성되기도 전에 처음 만들어졌다거나 태양계 바깥의 외계에서 기원했다는 연구가 속속 발표되면서 지구 생명체의 외계 기원설이 힘을 얻고 있다.

○ 태양보다 물 먼저 생겨

물은 생명의 근원으로 불린다. 생명체가 살아가기 위해서는 반드시 물이 필요하기 때문이다. 태양도 지구 생명체의 생존에 필수적이다. 그렇다면 태양과 물 중 어떤 것이 더 먼저 생겨났을까.

일즈도어 클리브스 미국 미시간대 교수팀은 태양이 생겨나기 전부터 태양계에 물이 존재했다며 ‘물 우선설’에 쐐기를 박는 연구 결과를 지난주 과학 학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

이전까지는 태양이 만들어지는 과정에서 나오는 강력한 방사선 때문에 물이 그 상태를 유지하지 못하고 산소와 수소로 쪼개졌다가 이후 다시 재합성됐다는 추측이 지배적이었다.

연구진은 지구는 물론이고 태양계에 존재하는 물의 나이를 알아내기 위해 수성과 천왕성, 달 등에 존재하는 물 속 중수소의 비율에 주목했다. 중수소는 수소의 동위원소로 극저온의 우주공간에서 생성된 물에 특히 많이 들어 있다.

연구진이 태양계 곳곳에서 관측한 물 속 중수소의 비율을 이용해 컴퓨터로 시뮬레이션한 결과 오늘날 태양계에 존재하는 물이 태양이 만들어지던 뜨거운 환경에서 재합성된 물이라고 하기에는 중수소 비율이 지나치게 높은 것으로 나타났다. 즉, 태양이 만들어지기 이전에 존재했던 물이 태양 생성 과정에서 사라지지 않고 지금까지 그대로 남아 있다는 뜻이다.

클리브스 교수는 “생명의 근원인 물이 태양이 존재하기 전에 이미 태양계에 존재하고 있었을 것”이라며 “다른 태양계에도 물이 풍부하게 존재할 수 있음을 의미한다”고 말했다.

○ 산소와 인의 고향도 우주

산소가 우주에서 처음 만들어졌을 것이라는 주장도 최근 제기됐다. 오늘날 지구 대기에는 산소가 18% 정도로 풍부하지만 우주에는 산소가 거의 없다. 산소(O₂) 분자 형태로 있는 것보다 탄소와 결합해 이산화탄소(CO₂)로 존재하는 게 더 안정적이기 때문이다. 이 때문에 지금까지 학계에서는 원시 지구에 서식하던 식물이 광합성을 하면서 산소가 나타나게 된 것으로 추정했다.

윌리엄 잭슨 미국 데이비스 캘리포니아대(UC데이비스) 교수팀은 이산화탄소에 고에너지 자외선을 쪼이면 탄소와 산소로 분리된다며 광합성을 통하지 않고도 우주에서 직접 산소가 만들어질 수 있다는 ‘산소 우주 기원설’을 ‘사이언스’ 2일자에 발표했다.

잭슨 교수는 “우주에서 생성된 산소의 양은 많지 않았을 것으로 예측되지만 지구의 원시 대기를 만드는 데 중요한 역할을 했을 것”이라고 말했다.

한편 우리 몸의 뼈와 DNA를 만드는 데 필수 영양소인 인은 태양계 밖에서 온 것이라는 사실이 확인됐다. 생명체에는 필수 원소이지만 우주 전체에서는 매우 희귀한 원소인 인은 태양 정도 크기의 항성에서는 아예 만들어지지 않는다.

구본철 서울대 물리천문학부 교수팀은 지구로부터 1만1000광년 떨어진 카시오페이아A 초신성의 잔해에서 대량의 인을 발견했다. 관측된 인의 양은 우리 은하에서 일반적으로 발견할 수 있는 양의 100배에 달했다. 구 교수는 “인간을 포함해 지구 생명체 속에 있는 인은 모두 태양이 아닌 외부 거대 항성이 폭발하며 만든 잔해”라고 설명했다.

이우상 동아사이언스 기자 idol@donga.com