‘생명의 비밀’ 풀 단서 우주에서 찾다

등록 :2016-06-15 07:41

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미 연구팀 우주 광학이성질체 첫 발견…아미노산 ‘원산지’ 밝혀질까?
미국 연구진이 우리 은하 중심 부근의 궁수자리 B2 지역 성간 물질에서 광학이성질체인 산화 프로필렌을 처음 발견해 생명의 비밀을 풀 단서에 한발 더 다가섰다. <사이언스> 제공
미국 연구진이 우리 은하 중심 부근의 궁수자리 B2 지역 성간 물질에서 광학이성질체인 산화 프로필렌을 처음 발견해 생명의 비밀을 풀 단서에 한발 더 다가섰다. <사이언스> 제공
지구상의 생명체는 세포로 이뤄져 있고 세포는 단백질로 구성돼 있으며 단백질은 20개의 아미노산이 조합해 만들어진다. 이들 아미노산은 광학이성질체이다. 광학이성질체란 우리 왼손과 오른손처럼 모양은 비슷하지만 거울에 비췄을 때만 모양이 똑같아지는 물질을 말한다. 서로 겹칠 수 없는 이런 거울상의 관계를 ‘키랄’(Chiral)이라 한다. 키랄은 그리스어로 ‘손’이라는 뜻이다. 키랄성 물질은 편광을 비췄을 때 왼쪽으로 도는 엘(L·levorotatory)-형과 오른쪽으로 도는 디(D·dextrotoratory)-형 등 두가지가 있다. 또는 오른쪽을 뜻하는 라틴어(Rectus)의 첫 글자를 따 아르(R)-형과 왼쪽을 의미하는 라틴어(Sinister)의 첫 글자를 따 에스(S)-형으로 구분하기도 한다. 아미노산은 모두 엘-형인 반면 게놈(유전체)의 기반인 디엔에이(DNA)를 구성하는 당은 모두 디-형이다. 생명과학자들이 아미노산의 키랄성에 주목하는 이유는 생명의 기원을 밝히는 단서가 될 수 있을까 해서다.

미국 연구진이 우주 공간에 키랄성 물질이 있음을 처음 확인해 과학저널 <사이언스> 17일치(현지시각)에 논문을 싣는다고 저널 발행단체인 미국과학진흥협회(AAAS)가 14일 발표했다. 미국 국립전파천문대(NRAO)와 캘리포니아공대, 하버드대 공동연구팀은 우리 은하 중심 부근에 있는 궁수자리 B2 지역의 성간 물질에서 산화 프로필렌(CH₃CHCH₂O)의 키랄성 분자들을 발견했다고 밝혔다. 질량이 우리 태양계의 300만배에 이르는 궁수자리 B2 지역에서는 이미 유기물 분자들이 발견돼 행성 형성 이전에 생명체 구성물질이 존재했을 수도 있다는 가능성이 제기돼왔다. 연구팀이 이번에 발견한 산화 프로필렌은 생명체와는 상관 없는 물질이지만 우주에서 광학이성질체가 발견되기는 처음이고, 이런 사실은 그동안 생명의 기원으로 제기돼온 운석 운반설, 운모설 등을 검증하는 연구의 단초가 될 수 있다는 점에서 주목된다. 연구팀은 그린뱅크망원경으로 ‘생물 발생 이전 우주분자 탐사’(PRIMOS) 프로젝트를 가동해 산화 프로필렌의 스펙트럼이 키랄분자의 특성을 나타낸다는 사실을 알아냈다.

생명의 기원에 대해서는 많은 학자들이 다양한 이론을 제시해왔다. 영국 물리학자 켈빈 경(윌리엄 톰슨)은 지구에 떨어진 운석을 통해 우주의 생명체가 지구에 도달했다는 주장을 펼쳤고, 진화론 주창자인 찰스 다윈은 생명은 암모니아, 인산염, 빛, 전기, 열 등이 있는 따뜻한 작은 연못에서 화학적으로 단백질이 만들어지고 복잡한 변화를 거쳐 시작됐다는 화학 발생설을 내놓았다. 루이 파스퇴르가 부정했던 생명체의 자연발생이 지구의 역사에서 딱 한번 일어났다는 알렉산드르 이바노비치 오파린의 이론이 현재로선 가장 설득력 있게 받아들여지고 있다.

샌터바바라 캘리포니아주립대의 헬렌 핸스머는 2010년 운모 가설을 발표했다. 운모의 책갈피 같은 얇은 층 사이에서 분자들이 발달해 세포를 이뤘다는 주장이다. 미국 콜롬비아대의 화학교수 로널드 브레슬로(전 미국화학학회장)는 한발 더 나아가 생명의 우주 기원을 구체적으로 설명하는 가설을 내놓았다. 브레슬로는 1960년대 말 오스트레일리아 서부 머치슨 지역에 떨어진 운석에서 발견된 아미노산에 주목했다. 우주에서 날아온 이들 아미노산은 지구 생명체에서 발견되는 것들과 달리 엘-형과 디-형이 모두 존재하는 ‘라세미 혼합물’이었다.

많은 광학이성질체들은 라세미 혼합물이다. 하지만 각각의 광학이성질체는 다른 기능을 나타낸다. 아스파탐의 한 이성질체는 설탕의 160배나 되는 단맛을 나타내지만 다른 이성질체의 맛은 쓰다. 전신마취제로 쓰이는 케타민의 다른 이성질체는 마약으로 쓰이고, 수면제로 쓰였던 탈리도마이드의 다른 이성질체는 사지가 없거나 짧은 기형아 출산의 원인이 됐다. 아직 시판되는 많은 약은 라세미 혼합물로 이뤄져 있다. 99.9%의 순수한 약이 아니라 49.9%의 순도를 지닌 약인 셈이다.

하지만 오스트레일리아에서 발견된 우주 아미노산은 엘-형과 디-형의 양이 똑같은 것은 아니고 엘-형이 조금 더 많았다. 브레슬로는 자신의 가설을 더 끌고 나갔다. 우주 아미노산 혼합물의 불균형은 중성자별이 빠른 속도로 자전하면서 방출하는 자외선이나 엑스선이 자전 방향과 수직으로 방사되면 시계방향 편광이나 시계 반대방향 편광이 되어 방출된다. 한쪽으로 편광된 빛을 라세미 혼합물에 쬐어주면 한 가지 형태가 더 많이 파괴된다. 이렇게 해서 엘-형이 조금 더 많은 아미노산 라세미 혼합물이 생겨났고 이것이 지구에 도달했다. 그런데 순수 엘-형 아미노산은 혼합물보다 물에 잘 녹는다. 용해도 차이로 점점 더 많은 순수 엘-형 아미노산만 물에 녹아들다가 생명이 탄생할 즈음에는 엘-형 아미노산만이 물에 녹아 있었을 가능성이 있다는 것이 브레슬로의 주장이다. 그는 지구와는 달리 반대편의 편광에 의해 엘-형이 더 많이 파괴된 아미노산이 떨어진 어느 행성에는 지구에서보다 더 진화한 디-형 아미노산 유래의 공룡이 살고 있을지도 모른다는 추론을 내놓았다.

이근영 선임기자 kylee@hani.co.kr