[오리진] 32억년 전 지구에 비료 폭탄 떨어졌다

美연구진, 소행성 충돌지서 생물 번성 흔적 발견
생명체 비료인 인·철 성분 대량 공급

6600만년 전 지구에 소행성이 충동하는 모습의 상상도. 소행성 충돌은 지구 생명체 75%를 괴멸시킨 대멸종을 불렀다./David A. Hardy, www.astroart.org

6600만년 전 지구에 떨어진 칙술루브(Chicxulub) 소행성은 지구상 동물과 식물의 75%를 멸종시킬 정도로 치명적인 위력을 발휘했다. 앞서 초기 지구와 충돌한 ‘S2′ 소행성은 칙술루브 소행성보다도 200배 더 컸다. S2 충돌이 한동안 지구를 불모지로 만들었다고 추정했지만, 오히려 지구 생명체를 더욱 번성시킨 자양분을 제공한 것으로 확인됐다.

나자 드래번 미국 하버드대 지구행성과학과 교수 연구진은 22일(현지 시각) 국제 학술지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 “32억년전 지구에 떨어진 S2 소행성이 당시 지배권을 쥐고 있던 박테리아와 고균이라는 다른 단세포 유기체에 ‘비료 폭탄’ 역할을 하며 생명 진화에 유익한 역할을 했다”고 발표했다.

지름이 10㎞로 추정되는 칙술루브 소행성은 지구와 충돌하면서 멕시코 유카탄 반도에 지름 180㎞, 깊이 20㎞의 거대한 충돌구를 남겼다. 그보다 앞서 초기 지구에 충돌한 큰 S2소행성은 지름이 37~58㎞로 에베레스트산의 4개 크기에 이르는 것으로 추정된다.

과학자들은 초기 지구에 지름 10㎞ 이상의 소행성이 최소 16회 이상 떨어졌을 것으로 보고 있다. 하지만 이런 거대한 충돌이 이어졌지만 지구에서 생명체들이 계속 번성한 것은 한동안 미스터리로 남아 있었다. 하버드대와 스탠퍼드대 공동 연구진은 이 문제를 풀 실마리를 찾았다.

연구진은 남아프리카공화국 북동부에서 암석 시료를 채취했다. 이 지역은 S2소행성을 포함해 모두 8차례 충돌 흔적이 남아 있어 지질학계의 보고(寶庫)로 불린다. 연구진은 S2소행성 충돌 흔적이 남아 있는 퇴적층에서 시료를 수백㎏ 이상 채취해 실험실에서 분석했다.

S2소행성이 충돌하기 전 초기 지구는 대부분 바다이고 튀어나온 섬만 몇 개 있던 물의 세계였다. 생명체가 살고 있었지만 오늘날처럼 다세포 생물이 아닌 박테리아 같은 단세포 생물이었고, 그나마 영양소가 부족해서 오늘날만큼 많지도 않았다.

미 하버드대와 스탠퍼드대 연구자로 구성된 연구진은 남아프리카 공화국 바버튼 그린스톤 벨트 지역에서 S2 소행성 충돌로 영향을 받은 퇴적층을 채취해 분석했다. /나자 드래번

연구진이 퇴적층을 분석한 결과에 따르면 소행성이 떨어지면서 당시 해안에 발생한 거대한 쓰나미(지진해일)가 해저를 휩쓸었다. 소행성이 충돌하면서 발생한 막대한 열로 바다의 수면이 끓어올랐고 대기도 가열됐다고 추정된다. 두꺼운 먼지 구름이 모든 것을 뒤덮어 광합성 활동이 차단되면서 얕은 수면에 살던 미생물은 큰 피해를 입었다.

하지만 박테리아는 생각보다 강했다. 충돌 후 박테리아 생태계는 빠르게 회복됐다. 탄소동위원소 분석 결과 충돌 이후 인과 철을 먹고 사는 박테리아의 개체수가 급증했다. 지구에 충돌한 소행성이 증발하면서 생명체의 영양분으로 쓰이는 인이 대량 방출됐고, 쓰나미가 바다 속을 휘저으면서 광합성을 하는 엽록소에 필요한 철 성분을 해저에서 표면으로 끌어올렸다는 것이다.

소행성 충돌이 일종의 비료 폭탄 역할을 했다는 말이다. 드래번 교수는 ”소행성이나 운석 충돌은 지구의 생명에 재앙이었다고 평가됐지만 이번 연구로 생명에 혜택을 주고, 특히 초기에는 지구에 생명이 번성하는 데 기여한 것으로 밝혀졌다”고 했다.

이전에도 소행성 충돌이 지구의 특정 생명체에 긍정적으로 기여했다는 연구가 있었다. 미국 스미스소니언 자연사박물관 연구진은 지난 4일 사이언스에 6600만년 전 대멸종을 가져온 칙술루브 소행성 충돌이 개미와 곰팡이 사이에 주목할 만한 공생 관계를 만들어냈다고 발표했다.

소행성 충돌로 대기가 먼지로 뒤덮여 태양이 가려지면서 많은 식물들이 멸종했다. 식물의 잔해를 분해하는 곰팡이들이 급격히 번성했다. 연구진은 “소행성 충돌은 개미가 인간보다 먼저 곰팡이에 먹이를 주고 키우는 농사를 짓는 계기가 됐다”고 설명했다.

참고 자료

Proceedings of the National Academy of Sciences(2024). DOI: http://doi.org/10.1073/pnas.2408721121

Science(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/science.adn7179

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