케임브리지 대학의 연구자들은 흑연화(graphitization)라는 과정을 확인했는데, 이 과정을 통해 초기 지구에서 단백질, 인지질, 뉴클레오티드와 같은 생명체를 형성하는 데 필수적인 분자를 생성할 수 있다고 이론화했습니다. Life 저널에 발표된 연구에서 강조된 이 과정은 천체의 영향과 철 및 물과의 상호 작용으로 인한 고온이 화학적 환경을 합리화하여 생명에 필요한 구성 요소의 형성에 유리하게 만들 수 있음을 시사합니다.
케임브리지 대학의 연구자들은 생명체의 진화에 필수적인 분자가 흑연화라는 과정에서 발생했을 수 있다고 제안합니다. 이것이 실험실 실험을 통해 확인된다면 생명체가 탄생할 가능성이 있는 조건을 시뮬레이션할 수 있을 것입니다.
생명에 필요한 화학물질은 어떻게 그곳에 도착했을까?
겉보기에 우연처럼 보이는 생명의 조건이 자연에서 어떻게 발생했는지에 대해서는 오랫동안 논의가 이루어져 왔으며 많은 가설이 막다른 골목에 이르렀습니다. 그러나 이제 케임브리지 대학의 연구자들은 이러한 조건이 어떻게 발생하는지 모델링하여 생명에 필요한 구성 요소를 대량으로 생산합니다.
생명은 단백질, 인지질, 뉴클레오티드라고 불리는 분자에 의해 지배됩니다. 이전 연구에서는 니트릴과 같은 유익한 질소 함유 분자가 시아노아세틸렌(HC3N) 및 시안화 수소(HCN) – 및 이소니트릴 – 이소시아나이드(HNC) 및 메틸 이소시아나이드(CH3NC) – 생명의 필수 요소를 만드는데 사용될 수 있습니다. 지금까지는 이 모든 것을 동일한 환경에서 대량으로 만들 수 있는 확실한 방법이 없습니다.
최근에 발표된 연구에서는 삶연구팀은 이제 흑연으로 알려진 과정을 통해 이러한 유익한 분자를 이론적으로 대량으로 합성할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 모델이 실험적으로 검증될 수 있다면, 그 과정은 생명을 향한 여정의 초기 지구 단계였음을 시사할 것입니다.
이 프로세스가 다른 프로세스보다 발생할 가능성이 더 높은 이유는 무엇입니까?
이전 모델의 가장 큰 문제는 니트릴과 함께 수많은 다른 제품이 생성된다는 것입니다. 이는 생명의 형성을 방해하는 혼란스러운 시스템을 만듭니다.
이번 연구의 공동저자이자 캐번디시 연구소 실험천체물리학 조교수인 폴 림머(Paul Rimmer) 박사는 “인생의 큰 부분은 단순함입니다.”라고 말했습니다. “시스템이에요.” 우리는 화학에서 일어날 수 있는 일을 제어함으로써 복잡성을 일부 제거하는 방법을 알아냈습니다.
우리는 혼란스러운 환경에서 생명이 탄생할 것이라고 기대하지 않습니다. 따라서 놀라운 점은 흑연 자체가 어떻게 환경을 정화하는지입니다. 공정에서 대부분 불활성 부산물과 함께 이러한 니트릴과 이소니트릴만 생산되기 때문입니다.
깨끗하고 수확량이 많은 프리바이오틱 원료의 생산을 위해 여기에서 제안하는 시나리오의 도식적 표현입니다. 이벤트는 왼쪽 상단부터 시계 방향으로 이동합니다. 첫째, 지구 대기는 중립적입니다. 이는 충돌기의 금속 코어를 산화시켜 엄청난 양의 수소를 생성함으로써 거대한 4.3G 충격 후에 감소됩니다.2 메탄과 암모니아가 다량 함유된 대기. 이 대기는 (1년 이내에) 빠르게 냉각되고, 광화학은 복잡하고 질소가 풍부한 유기 물질을 퇴적시키는 톨린이 풍부한 안개를 생성합니다. 이러한 유기물질은 마그마와의 상호작용에 의해 점차적으로 매몰되어 끌어당겨집니다. 하늘은 H로 맑아진다2 우주에서 길을 잃었다가 다시 중립이 됩니다. 마지막으로, 용융된 가스는 흑연과 반응하고 마찰되어 다량의 깨끗한 HCN 및 HC를 생성합니다.삼N, 이소니트릴. 크레딧: Oliver Shortle
“처음에는 이것이 모든 것을 망칠 것이라고 생각했지만 실제로는 모든 것을 훨씬 더 좋게 만듭니다.”라고 Rimmer는 말했습니다.
이는 흑연이 과학자들이 추구하는 단순성과 생명에 필요한 깨끗한 환경을 제공할 수 있음을 의미합니다.
이 과정은 어떻게 진행되나요?
하데스 시대는 지구 역사상 가장 초기의 시기로, 지구가 현대 지구와 매우 달랐습니다. 당연히 행성 크기의 파편과의 충돌이 발생했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 연구에 따르면 약 43억년 전 초기 지구가 대략 달 크기의 물체와 충돌했을 때 그 안에 있던 철이 지구의 물과 상호 작용했다고 가정합니다.
공동저자인 올리버 쇼틀(Oliver Shortle) 천문연구소 자연철학과 케임브리지 지구과학부 교수는 “달만한 크기의 무언가가 지구에 일찍 충돌해 다량의 철과 기타 금속을 퇴적시켰을 것”이라고 말했다. '
철과 물의 반응 생성물은 응축되어 지구 표면에 타르를 형성합니다. 그런 다음 타르는 1500°C가 넘는 온도에서 마그마와 반응하고 타르의 탄소는 현대 연필에 사용되는 매우 안정적인 형태의 탄소인 흑연으로 변합니다!
철이 물과 반응하면 안개가 형성되어 지구의 지각과 응축되어 혼합됩니다. “가열되면 뒤에 남는 것은 유익한 질소 함유 화합물입니다”라고 Shortell은 말했습니다.
이 생각을 뒷받침하는 어떤 증거가 있습니까?
이 이론을 뒷받침하는 증거는 부분적으로 코마타이트 암석의 존재에서 나옵니다. 코마타이트는 매우 뜨거운 마그마가 냉각될 때(>1500°C) 형성되는 일종의 화성암입니다.
코마타이트는 원래 남아프리카에서 발견되었습니다. Shortell은 “이 암석의 연대는 약 35억년 전으로 거슬러 올라갑니다.”라고 말했습니다. “더 중요한 것은 이 암석이 섭씨 1,700도 정도의 극한 온도에서만 형성된다는 점입니다!” 이는 마그마가 이미 타르를 가열하여 유용한 니트릴을 형성할 만큼 충분히 뜨거웠음을 의미합니다.
연결이 확인됨에 따라 저자는 질소 함유 화합물이 이 방법을 통해 합성될 것이라고 제안했습니다. 코마타이트를 보면 초기 지구의 마그마 온도가 때때로 섭씨 1,500도를 넘었다는 것을 알 수 있습니다.
그럼 어쩌지?
이제 실험은 실험실에서 이러한 조건을 재현하고 시스템에 필연적으로 존재하는 물이 질소 화합물을 먹어서 분해하는지 여부를 연구해야 합니다.
라이머는 “이 분자들이 지구에서 생명을 시작했는지는 확실하지 않지만 생명의 구성 요소가 물 속에서 살아남은 분자로 만들어졌음에 틀림없다는 것은 알고 있다”고 말했다. “향후 실험에서 니트릴이 분해된다는 사실이 밝혀지면 우리는 다른 방법을 찾아야 할 것입니다.”
참조: Paul P. Rimmer 및 Oliver Shortle의 “니트릴 및 이소니트릴의 표면 열수 공급원”, 2024년 4월 10일, 삶.
도이: 10.3390/life14040498
이 연구는 행성 과학 및 우주 생명체를 위한 케임브리지 연구 보조금의 지원을 받았습니다.
