기본 콘텐츠로 건너뛰기

태양계 이야기 303 - 화성 유기물 활동을 확인한 큐리오시티 로버



 큐리오시티는 화성의 게일 크레이터 안에서 수년간 탐사 활동을 벌이고 있습니다. 최근 이 결과를 분석한 논문이 사이언스에 실렸는데 여기서 과학자들은 화성의 유기물 화학 반응에 대한 중요한 단서를 얻었다고 합니다. 특히 중요한 것은 메탄 입니다. 



(화성에서의 메탄의 순환에 대한 일러스트  This image illustrates possible ways methane might be added to Mars' atmosphere (sources) and removed from the atmosphere (sinks). NASA's Curiosity Mars rover has detected fluctuations in methane concentration in the atmosphere, implying both types of activity occur on modern Mars.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. of Michigan) 


 과학자들은 이미 화성 대기에 메탄 가스가 소량 존재한다는 사실을 알고 있었습니다. 이번에 새롭게 발견된 것은 이 메탄 가스의 농도가 비록 희박하지만 일정하지 않다는 것입니다. 큐리오시티 로버는 움직이는 실험실이라고 부를 만큼 많은 관측 장비를 가지고 있습니다. 이 중에서 Sample Analysis at Mars (SAM) 은 20 개월간의 탐사기간 동안 갑자기 화성 대기 중 메탄 가스 농도가 급격히 증가하는 것을 확인했습니다. 2013년말에서 2014년 초, 화성 대기 중의 메탄 가스 농도는 갑자기 10 배 정도 증가한 7 ppb(parts per billion)이상으로 증가했습니다.



(갑작스럽게 증가한 화성 대기 중 메탄 가스 농도.  This graphic shows tenfold spiking in the abundance of methane in the Martian atmosphere surrounding NASA's Curiosity Mars rover, as detected by a series of measurements made with the Tunable Laser Spectrometer instrument in the rover's Sample Analysis at Mars laboratory suite.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech) 


 메탄은 지구에서는 상온에서 기체 상태에서 존재하는 가장 간단한 형태의 유기 물질입니다. 천연 가스의 주성분이자 수증기와 이산화탄소 다음으로 중요한 온실 가스이기도 합니다. 메탄은 지구에서 메탄 가스를 생서하는 세균들에 의해서도 생성될 수 있지만 생명체의 존재 없이 무생물적으로도 합성이 가능합니다. 따라서 사실 메탄 자체는 생명 활동의 증거라곤 할 수 없습니다. 그러나 어쩌면 연관성이 있을 가능성도 배제할 수 없습니다.  


 아무튼 화성 대기에서 이 메탄의 농도가 갑자기 증가했다는 것은 상당히 놀라운 일입니다. 화성에는 아직까지 메탄을 배출하는 세균의 존재가 확인된 바 없고 대부분 환경이 매우 조용하고 변화가 없기 때문입니다. 이에 대한 해답은 큐리오시티 로버가 암석에서 얻은 유기물 표본에서 찾을 수 있습니다. 화성의 암석에는 몇 가지 유기물질들이 포함되어 있는데, 화성 자체에서 생성된 유기물일 수도 있지만 운석이나 혜성에서 나온 것일 수도 있습니다. 

 이와 같은 유기물은 화성 대기에서 메탄을 생성하는 한 경로로 생가됩니다. 그리고 메탄은 화성 대기에서 태양 에너지의 힘으로 포름알데하이드와 메탄올 같은 다른 유기물로 변해 대기중에서 사라집니다. 이와 같은 화성 메탄 순환은 맨 위에 그림에 표시되어 있습니다. 큐리오시티가 찾아낸 것은 화성이 유기물 순환에서 죽은 행성이 아니라 아직도 활동을 하는 행성이라는 사실입니다. 



(큐리오시티가 화성의 암석에서 찾아낸 유기물질 클로로벤젠. 특히 컴버랜드라는 암석에서 다량 발견됨. This graphic offers comparisons between the amount of an organic chemical named chlorobenzene detected in the "Cumberland" rock sample and amounts of it in samples from three other Martian surface targets analyzed by NASA's Curiosity Mars rover.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech) 



(화성에 지각에서 발생하는 유기물 순환 과정. 화성 암석과 토양에 있는 다양한 유기물이 표면에서 분해되어 메탄 같은 더 단순한 유기물로 변하는 것으로 생각된다. This illustration portrays some of the reasons why finding organic chemicals on Mars is challenging. Whatever organic chemicals may be produced on Mars or delivered to Mars face several possible modes of being transformed or destroyed.
Image Credit: NASA/JPL-Caltech )  



(Need To Know: Sample Analysis at Mars Findings)


 큐리오시티가 얻은 또 다른 정보는 동위원소 분석을 통한 화성의 물의 역사입니다. 물은 산소 원자 하나와 수소 원자 두개로 구성되어 있는데, 수소 원자의 가장 흔한 동위 원소는 양성자와 중성자가 하나씩 존재하는 중수소 입니다. 이 중수소+산소로 구성된 중수(Heavy water)는 보통 물 분자보다 무겁기 때문에 쉽게 증발하지 못합니다. 따라서 물이 증발할 수록 중수/중수소의 비중이 높아지게 됩니다. 


 큐리오시티가 컴버랜드라는 장소에서 채취한 암석 샘플속의 물에는 이와 같은 중수소의 양이 상당히 많았습니다. 지구와의 비교를 통해서 과학자들은 이 암석속의 중수소의 양이 본래 화성에 있었던 물에 비해 3 배 정도 높다고 여기고 있습니다. 이는 이 암석이 만들어지던 고대 화성에서 이미 물이 상당 부분 사라졌다는 의미입니다. 


 과학자들은 화성 표면의 물이 수십억년전 대부분 사라졌다는 사실을 알고 있습니다. 일부는 화성 지표 안쪽으로 얼어 있을 것이고 일부는 화성 대기에서 수증기의 형태로 있다가 우주로 날아갔을 것입니다. 화성에는 태양풍을 막을 수 있는 강력한 자기장이 없기 때문입니다. 


 이번 연구는 화성 표면과 지각에 아직도 유기물이 존재하며 이들이 계속해서 활동을 하고 있다는 것을 입증했습니다. 그런데 과연 이것이 생명 활동과 연관이 있을까요? 즉 화성 지각 깊숙한 곳 어디엔가 미생물이 존재하고 이들이 유기물 순환에 관여하는 것은 아닐까요? 이 질문에 대한 답은 지금 내리기는 어렵습니다. 아마도 미래에 과거 혹은 현재 화성에 생명이 존재했는지에 대한 결정적인 단서가 발견되기를 기대해야 겠죠. 


 참고 






댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...