미국 펜실베이니아주립대와 NASA 고다드우주비행센터 등이 참여한 연구는 9월 24일 학술지 ‘커뮤니케이션스 어스 앤드 인바이런먼트’에 공개됐다. 연구진은 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 탐사선이 2023년 지구로 가져온 베누 시료와 머치슨 운석에서 β-알라닌을 분석했다. 머치슨 운석은 1969년 호주 빅토리아주에 낙하해 회수된 탄소질 운석이다. 대학이 11월 10일 공개한 연구 소개와 11일 Phys.org 후속 게재는 같은 연구를 다뤘으며, 논문 공개일과 보도자료 날짜는 서로 다르다.
β-알라닌은 단백질을 구성하는 20종 아미노산에는 포함되지 않지만, 사람 몸에서도 만들어지고 우주 시료와 운석에서 발견되는 아미노산 유사 유기물이다. 아미노산은 생명체의 단백질을 이루는 재료이지만, 우주에서 발견됐다는 사실만으로 생명체가 존재했거나 생명 자체가 확인됐다고 볼 수는 없다. 이번 분석의 초점은 생명 흔적이 아니라, 생명 이전 화학에서 중요한 유기 분자가 어떤 조건과 경로로 형성됐는지 추적하는 데 있다.
연구의 핵심은 분자 전체의 평균값만 재는 데서 나아가 β-알라닌 한 분자 안에서 탄소 동위원소가 어떤 위치에 분포하는지를 살핀 것이다. 동위원소는 원자번호는 같지만 중성자 수가 달라 질량이 다른 원자다. 화학 반응과 주변 환경은 동위원소의 비율에 흔적을 남길 수 있다. 연구진은 극소량 시료의 평균 동위원소를 측정하는 분석법과, 분자 내 위치별 탄소 값을 살피는 변형 질량분석법을 함께 사용했다. 분자 전체를 하나의 평균값으로만 비교하면 서로 다른 위치의 값이 상쇄돼 이런 차이가 가려질 수 있다. 이번 접근은 같은 분자라도 탄소가 어디에 놓였는지를 비교해 평균 분석에서 놓칠 수 있는 형성 정보를 보완한다.
측정 결과 베누 β-알라닌의 카복실기 탄소(분자 끝의 탄소) δ¹³C 값은 363±29퍼밀, 나머지 두 탄소의 평균은 −163±13퍼밀이었다. 두 값의 차이는 526±32퍼밀이다. 머치슨 시료에서는 각각 111±22퍼밀과 −44±10퍼밀로, 차이는 155±24퍼밀이었다. 질소 동위원소 δ¹⁵N 값도 베누는 170±4퍼밀, 머치슨은 63±4퍼밀로 달랐다. 오차 범위를 포함해 비교해도 두 시료의 위치별 탄소·질소 조성은 뚜렷하게 달랐다.
두 시료에서 분자 안 동위원소가 분포하는 큰 틀은 비슷해 관련된 합성 경로를 거쳤을 가능성이 제기됐다. 그러나 위치별 탄소와 질소 값은 달라, 그 화학이 서로 다른 출발 물질이나 환경에서 진행됐을 수 있다는 해석이 뒤따랐다. 연구진은 이를 원시 행성계 원반 안에서 유기물 합성이 공간적으로 달랐을 가능성을 보여주는 결과로 제시했다. 이는 특정 위치를 지도처럼 찾아냈다는 뜻이 아니다. 동위원소 자료는 가능한 반응과 물질 저장고를 좁히는 단서이며, 정확한 형성 경로를 하나로 확정하지는 못한다.
이번 분석에서는 분자 안의 두 탄소 위치를 각각 독립적으로 분리해 측정하지 못했다. 연구진은 두 위치를 평균해 보고했고, 논문은 기존에 제안된 β-알라닌 형성 경로만으로 관측된 동위원소 차이를 설명하기 어렵다고 밝혔다. 따라서 결과는 오래된 우주 화학의 흔적을 읽는 방법을 넓히는 동시에, 현재의 화학 모형으로 설명되지 않는 부분도 드러낸다.
후속 연구 과제는 물과의 접촉 같은 소행성 내부 변화가 분자 안 동위원소 배열을 얼마나 바꾸는지 확인하는 것이다. 베누와 운석 시료가 겪은 물의 작용을 함께 살피면, 태양계 초기의 합성 과정에서 남은 신호와 이후 모천체에서 바뀐 신호를 구별하는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 이처럼 분자 내부의 위치별 동위원소 분석을 다른 우주 유기물에도 적용해, 우주에서 생명 이전 물질이 만들어진 환경의 다양성을 더 구체적으로 좁혀갈 계획이다.

















































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