타이탄은 태양계에서 가장 독특한 천체 중에 하나임이 분명합니다. 현재까지 태양계에서 지구 이외에 액체 상태의 물이 있고 강과 호수가 있는 장소이기 때문이죠. 그러나 그 액체의 대부분은 메탄이나 메탄보다 좀 더 복잡한 탄화수소들입니다. 우리가 아는 생명체는 모두 물에 기반하고 있기 때문에 우리의 관점에서 생각하면 타이탄의 차가운 탄화수소 호수는 생명체가 살 수 없는 공간입니다.
하지만 우리의 관점에서 바라보는 세상이 항상 옳은 것은 아닙니다. 어쩌면 타이탄의 호수에는 우리가 전혀 상상하지 못한 생명체가 있을 지도 모르는 일이죠. 기본적으로 탄소와 수소는 복잡한 유기 분자를 만들기에 적합한 재료들이며, 여기에 타이탄에는 질소 같은 다른 원소들도 풍부하게 존재합니다. 어쩌면 이를 기반으로 한 복잡한 유기체가 발생할 수도 있는 환경이죠.
코넬 대학의 연구팀은 과연 이런 환경에서 물대신 메탄을 기반으로 한 생명체가 가능할지 연구했습니다. 코넬 대학 화학 공학과의 제임스 스티븐슨(James Stevenson, a graduate student in chemical engineering), 화학 분자 역학 전문가 팔렛트 클랜시(Paulette Clancy), 코넬 대학의 전파물리학 및 우주 연구 책임자인 조나단 루닌(Jonathan Lunine, director for Cornell's Center for Radiophysics and Space Research) 등은 물이 아닌 메탄의 기반으로 한 생명체가 가능할지를 화학적 모델링으로 규명했습니다.
루닌은 타이탄 탐사 미션이었던 카니시 - 호이겐스 미션을 담당했던 과학자로 타이탄의 메탄-에탄 호수에서 생명체가 발생할 수 있는지에 대해서 관심을 가지고 있었습니다. 그리고 이 연구에서 화학자들의 도움을 받아 가능한 모델을 연구하게 되었습니다. 이들이 중점을 둔 것은 바로 세포막이었습니다.
지구의 생명체를 구성하는 가장 기본적인 구성 요소는 바로 인지질(phospholipid)로 된 세포막과 DNA 같은 유전 정보입니다. 세포막은 인지질과 단백질을 통해서 다양한 물질의 통로가 되며, 주변의 무생물 환경과 생물환경을 나누는 결정적인 차이를 만듭니다. 그래서 모든 것을 다 버린 바이러스도 껍데기와 유전 정보는 버릴 수가 없는 것이죠.
연구팀은 탄소, 질소, 수소를 기반으로 (타이탄의 호수에는 거의 존재하지 않는 산소를 제외한) 한 가상의 세포막을 연구했습니다. 이들은 여기에 아조토좀 (Azotosome)이라는 명칭을 붙였는데, 이는 nitrogen body 라는 의미입니다. 이 구조물은 세포 자체보다는 세모막 모델로 연구되는 리포좀(liposome)의 유사체라고 할 수 있습니다.
(9nm 사이즈의 아조토좀의 모형. A representation of a 9-nanometer azotosome, about the size of a virus, with a piece of the membrane cut away to show the hollow interior. Credit: James Stevenson)
연구팀에 의하면 이 아조토좀은 실제 리포좀과 매우 유사하게 상당히 안정적인 구조였다고 합니다. 특히 아크릴로니트릴 아조토좀(acrylonitrile azotosome)은 마치 인지질처럼 안전성과 더불어 유연성과 강도를 지녀 주목을 받았습니다. 연구팀은 이를 바탕으로 실제 메탄 환경에서 이 작은 아조토좀들이 어떻게 움직일 수 있는지를 연구할 계획이라고 합니다.
마지막으로 한가지 더 흥미로운 것은 연구팀이 작고한 SF 작가 아이작 아시모프의 1962년작인 '우리가 아는 것이 아닌(Not as We Know It)'에서 영감을 받았다는 것입니다. 이 에세이에서 아시모프는 물을 기반으로 하지 않은 생명체에 대해서 언급하고 있습니다.
만약 액체 상태의 물을 필요로 하지 않거나 극저온의 세계에서 살아가는 또 다른 형태의 생명체가 있다면 우주는 우리가 상상하는 것 이상으로 다양한 생명체가 번성하는 장소일 것입니다. 과연 그럴지 아닌지는 아직 답하기 곤란하지만, 언제나 그러했듯이 자연의 창의성은 인간의 상상력을 뛰어넘을지 모릅니다.
참고
Science Advances 27 Feb 2015: Vol. 1 no. 1 e1400067 advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400067
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