[사이테크+] 생명물질의 기원은…"운석·화산재 철촉매 반응으로 생성된 듯"

獨 연구팀 "초기 지구 모사실험서 CO₂→유기 분자 전구체 생성 확인"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 44억년 전 초기 지구에서 생명체 재료가 되는 탄화수소, 알데히드, 알코올 등 유기 분자들이 철이 풍부한 운석이나 화산재 입자들이 촉진하는 화학반응을 통해 생성된 것으로 보인다는 연구 결과가 나왔다.

원시 지구 대기 이산화탄소에서 유기 분자가 만들어지는 과정 철(Fe)이 들어 있는 운석·화산재 입자들이 촉매가 돼 고온고압의 초기 지구 대기에 있는 이산화탄소와 수소를 탄화수소, 알데히드, 알코올 등으로 바꾸는 화학반응(빨간색 사각형 내부)을 촉진한다. [Scientific Reports 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]

독일 뮌헨 루트비히막시밀리안대학 올리버 트랩 교수팀은 26일 과학저널 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports)에서 초기 지구 환경 모사 실험에서 철이 풍부한 운석·화산재 입자가 대기 중 이산화탄소와 수소를 생명체에 필요한 탄화수소 등 유기 분자 전구체로 바꾸는 화학반응을 촉진한다는 사실을 확인했다고 밝혔다.

이들은 초기 지구 전체에서 이런 메커니즘으로 연간 60만t의 유기 분자 전구체가 합성됐을 것으로 추정된다며 이 메커니즘이 당시 대기와 해양에서 일어난 다른 반응과 결합해 생명체 출현에 기여했을 것이라고 설명했다.

지구에서 생명체가 어떻게 처음 등장했는지에 대해서는 여러 가지 가설이 제시되고 있으나 명확한 메커니즘은 밝혀지지 않고 있다.

다만 이전 연구에서 탄화수소, 알데히드, 알코올 같은 유기 분자 전구체가 소행성과 혜성에 의해 지구로 전달됐거나 초기 지구 대기와 해양에서 번개, 화산활동, 소행성 충돌 등 에너지에 의한 화학반응으로 생성됐을 가능성이 제기돼왔다.

연구팀은 이 연구에서 화산섬에 퇴적된 운석이나 화산재 입자가 초기 지구의 대기 중에 있던 이산화탄소, 수소, 수증기 등을 유기 분자 전구체로 바꾸는 화학반응을 촉진했을 가능성을 실험했다.

운석·화산재 입자를 이용한 초기 지구 대기 모사실험 설명 그림 연구팀은 이산화탄소를 가열 가압 시스템에 넣고 9~45기압, 150~300℃의 초기 지구 환경을 시뮬레이션하고 철 운석, 돌 운석, 화산재 가루 등을 시스템에 넣으면서 화학반응을 관찰했다. [Scientific Reports 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]

먼저 이산화탄소를 가열 가압 시스템(오토클레이브)에 넣고 9~45기압의 압력을 가하고 150~300℃로 가열하는 등 초기 지구의 다양한 환경을 시뮬레이션했다. 이와 함께 수소나 물을 첨가하며 습하거나 건조한 기후 조건도 만들었다.

이어 철 운석, 돌 운석, 화산재 가루 등을 초기 지구에 존재했을 다양한 조합의 광물들과 함께 시스템에 추가해 화산섬에 철이 풍부한 운석·화산재 입자가 쌓이는 상황을 재현하며 화학반응을 관찰했다.

그 결과 철이 풍부한 운석·화산재 입자들이 촉매로 작용해 이산화탄소로부터 탄화수소, 메탄올, 에탄올, 포름알데히드, 아세트알데히드 같은 유기 분자 전구체가 생성되는 화학반응이 활발히 일어나는 것으로 확인됐다.

탄화수소 분자들은 300℃의 높은 온도에서 생성되고 알데히드와 알코올은 이보다 낮은 온도에서 만들어졌다. 연구팀은 초기 지구의 대기가 점차 냉각되면서 알코올과 알데히드 생성이 증가했을 것이라고 말했다.

연구팀은 이 같은 화학반응의 속도를 계산하고 초기 지구 환경 조건들을 적용한 결과 지구 전체에서 이런 메커니즘을 통해 연간 최대 60만t의 유기 분자 전구체가 생성됐을 것으로 추산된다고 밝혔다.

이어 초기 지구 대기는 산화반응을 일어나기 좋은 환경이었기 때문에 시간이 지나면서 산소가 함유된 유기화합물이 더 효율적으로 생성됐을 것이라며 초기 지구는 대기 가스를 복잡한 유기물로 전환하는 거대한 촉매 반응기였던 셈이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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