지구 생명 기원 물질은 바로 이것?

지구 최초 생명이 어떻게 나타났는지에 대한 의문은 아직 밝혀지지 않은 영원한 테마 중 하나로 생명 기원에 관련한 이론은 123개나 있고 분자 움직임을 시뮬레이션하는 알고리즘으로 해명을 시도하는 등 다양한 접근이 이뤄지고 있다. 미국 럿거스대학 연구팀이 3월 발표한 내용에선 지구상 최초 생명에 있어 동력이 되는 대사 기원이 있는 물질이라고 특정해 이게 지구상 생명을 유발했을 수 있다는 걸 나타내고 있다.

연구팀은 대사 우선 모델에 가까운 대사 기원이 되는 단순한 물질을 발견했다고 발표했다. 학술지 사이언스 어드밴스드(Science Advances)에 게재한 논문에 따르면 무산소 상태인 원시 지구에서 생명이 살기 위한 대사 프로세스에는 수소가 필요하고 수소 가스를 활성화하는 효과가 있는 효소인 히드로게나아제(hydrogenase)가 생명의 조상이라는 연구도 있다. 하지만 현존하는 히드로게나아제는 수백 개 아미노산과 복수 보조 인자로 이뤄진 복잡한 구성이기 때문에 연구팀은 작고 단순한 성분 물질이 있다고 가정하고 니켈백이라고 명명, 13개 아미노산으로 이뤄진 니켈 결합 펩티드를 설계해 실험을 실시했다.

그 결과 생명 대사에 관여하는 현대 효소는 상당히 복잡하지만 초기 지구에선 단순한 펩티드 전구체이며 여기에서 진화했을 가능성이 높다고 나타났다. 연구팀은 니켈을 초기 해양에 풍부하는 존재하는 금속으로 생각하고 있으며 니켈이 펩티드와 결합해 니켈 원자가 촉매가 되어 수소 가스를 생성해 대사를 촉진하기 위한 중요한 에너지원인 수소를 초기 지구에서도 풍부하게 발생시킬 수 있었다고 생각하고 있다.

연구팀은 이 연구에 대해 과학자는 35억 년부터 38억 년 어딘가 터닝 포인트가 있었다고 생각한다면서 이 시점 생명 전 분자에 대한 프리바이오틱스 과학에서 생물학적 시스템으로의 변화가 시작됐으며 이 변화는 고대 대사 반응에서 중요한 역할을 하는 작은 펩티드 전구체에 의해 일어난 것으로 생각된다고 밝혔다.

이 연구는 럿거스대학이 이끄는 연구팀과 미항공우주국 나사(NASA) 우주 생물학 프로그램이 협력해 진행 중이며 나사 측은 우주에 있는 새로운 생명체 징후를 나타내는 바이오 시그니처를 찾고 있다. 2020년 11월에는 나사 연구팀이 토성 위성인 타이탄에 생명을 형성할 수 있는 탄소 화합물을 바이오 시그니처로 발견했다고 발표했다. 니켈백과 같은 펩티드로 생명이 탄생하는 행성을 검출하기 위한 바이오 시그니처가 될 수 있기 때문이다.

또 생명 기원에 대해선 많은 이론이 있지만 이런 아이디어를 실제 실험실에서 테스트한 예는 거의 없다면서 이 연구는 단순한 단백질 대사 효소가 존재할 수 있다는 것 뿐 아니라 이들이 상당히 안정적이고 활동적이라는 걸 보여줘 생명 출발점으로 그럴듯한 설명이 되고 있다며 연구 의의를 주장하고 있다. 또 니켈백을 비롯한 금속 펩티드가 산화 환원 반응 등 많은 반응에서 촉매가 될 가능성을 조사해 주요 고대 대사 반응 네트워크에 대해 펩티드 기원을 여러 가지 해명할 수 있을 것으로 기대된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.