(Eastern California's Mono Lake has no outflow, allowing salts to build up over time. The high salts in this carbonate-rich lake can grow into pillars. Credit: Matthew Dillon/Flickr)
생명체가 없던 초기 지구에 어떻게 생명이 탄생했는지는 과학이 풀어야할 가장 큰 숙제 중 하나입니다. 당연히 이에 대해서 수많은 이론과 가설이 등장했지만, 아직 모든 과학자를 만족시킬 수 있는 명쾌한 이론은 없는 상태입니다. 과학자들은 초기 생명체가 무생물 환경에서 태어날 수 있는 여러 가지 조건과 과정을 놓고 씨름하고 있습니다.
이 분야를 연구하는 과학자들을 괴롭히는 문제 중 하나는 생명 현상에 꼭 필요힌 원소 중 하나인 인 (phosphorus)가 어디서 공급되었느냐는 것입니다. 인은 DNA/RNA를 위해서 반드시 필요한 원소이며 생명 에너지의 기본 물질인 ATP를 위해서도 꼭 필요합니다. 하지만 초기 지구에서 인이 풍부한 장소가 어디일지는 아무도 몰랐습니다.
워싱턴 대학의 조나단 토너 교수 (Jonathan Toner, a University of Washington research assistant professor of Earth and space sciences)가 이끄는 연구팀은 건조 지대에 있는 탄산염이 풍부한 호수 (carbonate-rich lakes)에 주목했습니다. 건조 지대에 있는 이 호수들은 물이 유입되고 나가는 곳은 없기 때문에 증발에 의해 점차 물질이 농축되어 보통은 마실 수 없는 미네랄이 풍부한 염호가 됩니다. 이 호수들은 보통 소다 혹은 알칼리성 호수 (soda lake or alkaline lake)로 불립니다. 이름처럼 높은 pH와 각종 미네랄이 풍부한 환경으로 미네랄이 결정을 이뤄 기둥을 만듭니다.
연구팀은 캘리포니아의 모노 호수, 케냐의 마가디 호수, 인도의 로나 호수(Mono Lake in California, Lake Magadi in Kenya and Lonar Lake in India)의 환경을 비교했습니다. 이 호수들에서 인은 매우 높은 농도로 농축되 바닷물에 5만배에 이르는 경우도 있습니다. 하지만 인은 더 풍부한 원소인 칼슘과 만나 인산칼슘이 됩니다. 이 형태로는 생물체가 직접 인을 활용하기 어렵습니다.
단 탄산염이 풍부한 환경에서는 이야기가 다릅니다. 탄산이 칼슘과 경쟁해 인을 용해시키기 때문입니다. 충분한 양의 인이 물에 녹으면 핵산과 ATP의 기본 물질이 쉽게 생성될 수 있습니다. 지구 초기에는 대기에 이산화탄소 농도가 매우 높았기 때문에 비슷한 호수가 있었다면 탄산염 농도는 매우 높았을 것입니다.
다만 실제 초기 생명체가 이런 알카라인 호수에서 생성되었는지는 확실하지 않습니다. 열수 분출공은 여전히 많은 과학자들이 주목하는 장소이며 그 외에도 여러 가지 가설들이 경쟁적으로 제시되고 있습니다. 아마도 이렇게 논쟁이 많은 분야가 과학자들이 도전하기 좋은 분야일 것입니다.
참고
Jonathan D. Toner el al., "A carbonate-rich lake solution to the phosphate problem of the origin of life," PNAS (2019). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1916109117
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