화학적 패턴으로 외계 생명체를 찾아내는 방법
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2026-05-19 15:48:09
5분 읽기
- 생명체는 아미노산이나 지방산과 같은 특정 분자들의 특징적인 분포 패턴을 남긴다.
- 생물체는 세포막 기능에 필요한 특정 길이의 분자 사슬만 생성
- 비생물계는 특정 사슬 길이에 대한 이러한 선호도를 보이지 않는다
- 우주생물학자들, 분자 패턴만을 기반으로 생물체 샘플과 비생물체 샘플을 구분할 수 있어
-
화성, 목성의 위성 유로파, 또는 거주 가능한 지구형 외계 행성 등 우주 어딘가에 생명체가 존재하는지, 혹은 존재했었는지는 아직 불분명하다. 하지만 지구만이 생명체가 발생한 유일한 행성은 아닐 가능성이 매우 높다. 외계 생명체의 존재를 증명하기 위해서는 생물학적 과정으로만 생성될 수 있는 화학 물질과 같은 명확한 생명 신호가 필요하다.
생명체가 만든 것일까 아닐까?
바로 여기에 문제가 있다. 아미노산, DNA 염기, 특정 지방산 등 많은 분자가 생명의 구성 요소로 여겨지지만, "이러한 화합물들이 전적으로 생물학적 기원만 있는 것은 아니다. 혜성과 운석, 생명 발생 이전 환경을 모방한 환경, 그리고 비생물학적 합성이 가능한 지구 환경에서도 이러한 화합물들이 발견되었다"고 이스라엘 바이츠만 과학 연구소의 기드온 요페(Gideon Yoffe)와 그의 동료들은 설명했다.
NASA의 화성 탐사선은 화성에서 지화학적 및 생물학적 기원을 모두 가질 수 있는 여러 유기 분자를 탐지했다. 더욱이, 현재의 우주 탐사선이나 망원경의 장비로는 외계 분자의 입체 이성질체나 동위원소 조성 등을 파악하기에 불충분한 경우가 많다. 이러한 정보는 외계 분자의 기원을 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다. 따라서 다른 천체에서 잠재적인 생명 구성 요소를 발견했다고 해서 외계 생명체의 존재를 증명하는 것은 아직 충분하지 않다.
NASA의 화성 탐사선은 화성에서 지화학적 및 생물학적 기원을 모두 가질 수 있는 여러 유기 분자를 이미 탐지했다. "이런 점에서 천체생물학은 법의학과 비슷하다. 불완전한 흔적과 매우 제한적인 데이터를 바탕으로 과정을 추론하려고 노력한다"고 요페는 말했다.
빈도가 중요하다
따라서 요페와 그의 연구팀은 현재의 측정 장비로도 식별할 수 있는 생명 신호를 찾았다. 생명체의 잠재적 구성 요소의 빈도와 분포를 더 자세히 조사했을 때, 그들은 찾던 것을 발견했다. 이를 위해 천체생물학자들은 생물 다양성을 평가하는 데 사용되는 생태학의 통계적 방법을 활용했다. 이 방법은 한편으로는 종의 풍부도, 즉 생태계에 존재하는 종의 수를 고려하고, 다른 한편으로는 각 종의 빈도 분포를 결정한다.
다른 천체에 있는 화학 분자도 비슷한 방식으로 평가할 수 있다. 생물 기원이라면 빈도 분포에서도 그 사실이 드러난다. "생명은 특정 분자를 만들어낼 뿐만 아니라, 이러한 통계적 방법을 통해 관찰할 수 있는 조직적인 패턴도 만들어낸다"고 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 공동 저자인 파비안 클렌너는 설명했다.
생물 기원 아미노산과 지방산을 식별하는 방법
예를 들어, 아미노산이 지구화학적으로 생성될 때는 합성에 필요한 에너지가 적기 때문에 단순하고 짧은 사슬 화합물이 주로 만들어진다. "하지만 생합성은 이러한 계층 구조를 뛰어넘을 수 있다"며, "효소의 조절을 통해 생물체는 대사에 필요한 정확한 양만큼 복잡한 분자까지 만들어낼 수 있다"고 연구진은 설명했다. 따라서 샘플에 포함된 아미노산이 생물체에서 유래했다면, 더 길고 복잡한 분자의 비율이 더 높아야 한다.
"지방산에도 유사한 원리가 적용된다. 생물체는 예를 들어 세포막 기능에 필요한 특정 길이의 분자 사슬만 생성한다"고 우주생물학자들은 덧붙였다. 반면, 비생물계는 특정 사슬 길이에 대한 이러한 선호도를 보이지 않는다. 이러한 발견을 바탕으로 요페와 그의 연구팀은 다양성과 빈도를 기준으로 이 두 가지 유형의 분자 샘플을 생물 기원 또는 비생물 기원으로 분류할 수 있는 지표를 개발했다.
연구팀은 미생물, 화석, 토양, 운석, 소행성 및 실험실 샘플에서 얻은 약 100개의 분석 데이터 세트의 아미노산 및 지방산 조성을 기반으로 기존 데이터를 사용하여 이러한 패턴을 식별할 수 있는지를 테스트했다.
“정말 놀라운 결과”
실제로, 우주생물학자들은 분자 패턴만을 기반으로 생물체 샘플과 비생물체 샘플을 구분할 수 있었다. 연구팀은 “두 개의 뚜렷하게 구별되는 그룹이 나타났다”고 보고했다. 아미노산의 경우, 생물체 샘플은 분자 크기가 훨씬 더 균일하게 분포되어 있었다. 지방산의 경우는 정반대였다. 요페와 그의 동료들은 “생물체 샘플은 더 파편화되어 있고, 사슬 길이도 제한적이었다”고 설명했다.
이러한 분자 분포 패턴의 차이가 이렇게 명확하게 식별될 수 있다는 사실에 연구팀은 놀라움을 금치 못했다. 클렌너는 “정말 놀라운 결과였다”며, “이 방법은 생물체와 비생물체의 차이를 밝혀낼 뿐만 아니라 샘플이 얼마나 심하게 손상되었는지까지 보여주었다”고 말했다. 화석화된 공룡 알껍질처럼 매우 오래된 생물체 샘플조차도 오염되고 퇴적물과 섞여 있었음에도 불구하고, 아미노산과 지방산의 전형적인 분포 패턴을 여전히 식별할 수 있었다.
생명체 탐색을 위한 새로운 도구
우주생물학자들에 따르면, 그들의 방법은 외계 생명체의 흔적을 찾는 데 매우 유용한 도구를 제공한다. 클레너는 "이것은 천체에 생명체가 존재했는지 알아내는 또 다른 방법이다"고 말한다. 그러나 연구진은 분자 생체 신호만으로는 외계 생명체의 존재를 증명하기에 충분하지 않다고 강조했다. 클레너는 "하지만 여러 기술이 모두 같은 방향을 가리킬 때, 그것은 강력한 증거가 된다"고 덧붙였다.
또 다른 장점은 아미노산과 지방산의 분포 패턴 분석에 특수 분석 장비가 필요하지 않다는 것이다. 우주 탐사선이나 NASA의 화성 탐사 로버에 탑재된 질량 분석기와 같은 장비로도 필요한 분석을 수행할 수 있다.
출처:
Gideon Yoffe (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) et al., Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-026-02864-z
- 생명체는 아미노산이나 지방산과 같은 특정 분자들의 특징적인 분포 패턴을 남긴다.
- 생물체는 세포막 기능에 필요한 특정 길이의 분자 사슬만 생성
- 비생물계는 특정 사슬 길이에 대한 이러한 선호도를 보이지 않는다
- 우주생물학자들, 분자 패턴만을 기반으로 생물체 샘플과 비생물체 샘플을 구분할 수 있어
-
화학적 패턴으로 외계 생명체를 찾아내는 방법
생명 신호로서의 패턴:
외계 행성에 생명체가 존재했는지, 혹은 지금도 존재하는지를 알려주는 단서는 무엇일까? 우주생물학자들이 이 질문에 대한 새로운 해답을 찾았다. 연구 결과에 따르면, 생명체는 아미노산이나 지방산과 같은 특정 분자들의 특징적인 분포 패턴을 남긴다. 이러한 분자들의 조합과 풍부도는 개별 분자보다 생물학적 과정이 진행되었는지를 더 확실하게 보여준다고 연구팀은 "네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)"에 발표했다.
 |
| ▲ 외계 생명체를 탐지하는 데 사용할 수 있는 화학적 특징은 무엇일까? © NASA |
화성, 목성의 위성 유로파, 또는 거주 가능한 지구형 외계 행성 등 우주 어딘가에 생명체가 존재하는지, 혹은 존재했었는지는 아직 불분명하다. 하지만 지구만이 생명체가 발생한 유일한 행성은 아닐 가능성이 매우 높다. 외계 생명체의 존재를 증명하기 위해서는 생물학적 과정으로만 생성될 수 있는 화학 물질과 같은 명확한 생명 신호가 필요하다.
생명체가 만든 것일까 아닐까?
바로 여기에 문제가 있다. 아미노산, DNA 염기, 특정 지방산 등 많은 분자가 생명의 구성 요소로 여겨지지만, "이러한 화합물들이 전적으로 생물학적 기원만 있는 것은 아니다. 혜성과 운석, 생명 발생 이전 환경을 모방한 환경, 그리고 비생물학적 합성이 가능한 지구 환경에서도 이러한 화합물들이 발견되었다"고 이스라엘 바이츠만 과학 연구소의 기드온 요페(Gideon Yoffe)와 그의 동료들은 설명했다.
NASA의 화성 탐사선은 화성에서 지화학적 및 생물학적 기원을 모두 가질 수 있는 여러 유기 분자를 탐지했다. 더욱이, 현재의 우주 탐사선이나 망원경의 장비로는 외계 분자의 입체 이성질체나 동위원소 조성 등을 파악하기에 불충분한 경우가 많다. 이러한 정보는 외계 분자의 기원을 밝히는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다. 따라서 다른 천체에서 잠재적인 생명 구성 요소를 발견했다고 해서 외계 생명체의 존재를 증명하는 것은 아직 충분하지 않다.
 |
| ▲ 최근 화성 탐사선 퍼서비어런스가 화성에서 생명체의 흔적으로 추정되는 물질들을 발견했다. 하지만 이러한 분자들은 이론적으로 지구화학적 과정을 통해 생성되었을 가능성도 있다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS |
NASA의 화성 탐사선은 화성에서 지화학적 및 생물학적 기원을 모두 가질 수 있는 여러 유기 분자를 이미 탐지했다. "이런 점에서 천체생물학은 법의학과 비슷하다. 불완전한 흔적과 매우 제한적인 데이터를 바탕으로 과정을 추론하려고 노력한다"고 요페는 말했다.
빈도가 중요하다
따라서 요페와 그의 연구팀은 현재의 측정 장비로도 식별할 수 있는 생명 신호를 찾았다. 생명체의 잠재적 구성 요소의 빈도와 분포를 더 자세히 조사했을 때, 그들은 찾던 것을 발견했다. 이를 위해 천체생물학자들은 생물 다양성을 평가하는 데 사용되는 생태학의 통계적 방법을 활용했다. 이 방법은 한편으로는 종의 풍부도, 즉 생태계에 존재하는 종의 수를 고려하고, 다른 한편으로는 각 종의 빈도 분포를 결정한다.
다른 천체에 있는 화학 분자도 비슷한 방식으로 평가할 수 있다. 생물 기원이라면 빈도 분포에서도 그 사실이 드러난다. "생명은 특정 분자를 만들어낼 뿐만 아니라, 이러한 통계적 방법을 통해 관찰할 수 있는 조직적인 패턴도 만들어낸다"고 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 공동 저자인 파비안 클렌너는 설명했다.
생물 기원 아미노산과 지방산을 식별하는 방법
예를 들어, 아미노산이 지구화학적으로 생성될 때는 합성에 필요한 에너지가 적기 때문에 단순하고 짧은 사슬 화합물이 주로 만들어진다. "하지만 생합성은 이러한 계층 구조를 뛰어넘을 수 있다"며, "효소의 조절을 통해 생물체는 대사에 필요한 정확한 양만큼 복잡한 분자까지 만들어낼 수 있다"고 연구진은 설명했다. 따라서 샘플에 포함된 아미노산이 생물체에서 유래했다면, 더 길고 복잡한 분자의 비율이 더 높아야 한다.
"지방산에도 유사한 원리가 적용된다. 생물체는 예를 들어 세포막 기능에 필요한 특정 길이의 분자 사슬만 생성한다"고 우주생물학자들은 덧붙였다. 반면, 비생물계는 특정 사슬 길이에 대한 이러한 선호도를 보이지 않는다. 이러한 발견을 바탕으로 요페와 그의 연구팀은 다양성과 빈도를 기준으로 이 두 가지 유형의 분자 샘플을 생물 기원 또는 비생물 기원으로 분류할 수 있는 지표를 개발했다.
연구팀은 미생물, 화석, 토양, 운석, 소행성 및 실험실 샘플에서 얻은 약 100개의 분석 데이터 세트의 아미노산 및 지방산 조성을 기반으로 기존 데이터를 사용하여 이러한 패턴을 식별할 수 있는지를 테스트했다.
 |
| ▲ 목성의 위성 유로파의 얼음 지각 아래에 있는 바다는 단순한 외계 생명체가 존재할 가능성이 높은 장소로 여겨진다. © NASA / Jet Propulsion Lab-Caltech / SETI Institute |
“정말 놀라운 결과”
실제로, 우주생물학자들은 분자 패턴만을 기반으로 생물체 샘플과 비생물체 샘플을 구분할 수 있었다. 연구팀은 “두 개의 뚜렷하게 구별되는 그룹이 나타났다”고 보고했다. 아미노산의 경우, 생물체 샘플은 분자 크기가 훨씬 더 균일하게 분포되어 있었다. 지방산의 경우는 정반대였다. 요페와 그의 동료들은 “생물체 샘플은 더 파편화되어 있고, 사슬 길이도 제한적이었다”고 설명했다.
이러한 분자 분포 패턴의 차이가 이렇게 명확하게 식별될 수 있다는 사실에 연구팀은 놀라움을 금치 못했다. 클렌너는 “정말 놀라운 결과였다”며, “이 방법은 생물체와 비생물체의 차이를 밝혀낼 뿐만 아니라 샘플이 얼마나 심하게 손상되었는지까지 보여주었다”고 말했다. 화석화된 공룡 알껍질처럼 매우 오래된 생물체 샘플조차도 오염되고 퇴적물과 섞여 있었음에도 불구하고, 아미노산과 지방산의 전형적인 분포 패턴을 여전히 식별할 수 있었다.
생명체 탐색을 위한 새로운 도구
우주생물학자들에 따르면, 그들의 방법은 외계 생명체의 흔적을 찾는 데 매우 유용한 도구를 제공한다. 클레너는 "이것은 천체에 생명체가 존재했는지 알아내는 또 다른 방법이다"고 말한다. 그러나 연구진은 분자 생체 신호만으로는 외계 생명체의 존재를 증명하기에 충분하지 않다고 강조했다. 클레너는 "하지만 여러 기술이 모두 같은 방향을 가리킬 때, 그것은 강력한 증거가 된다"고 덧붙였다.
또 다른 장점은 아미노산과 지방산의 분포 패턴 분석에 특수 분석 장비가 필요하지 않다는 것이다. 우주 탐사선이나 NASA의 화성 탐사 로버에 탑재된 질량 분석기와 같은 장비로도 필요한 분석을 수행할 수 있다.
출처:
Gideon Yoffe (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel) et al., Nature Astronomy, 2026; doi: 10.1038/s41550-026-02864-z
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
