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큐리오시티 로버, 20개 이상의 복합 유기 화합물 탐지

화성: 고대 유기 분자 발견
큐리오시티 로버, 20개 이상의 복합 유기 화합물 탐지

생명의 구성 요소 흔적일까?
화성 탐사 로버 큐리오시티가 화성에서 20개 이상의 복합 유기 분자를 발견했다. 여기에는 생체 분자의 분해 산물로 추정되는 물질과 지금까지 발견된 것 중 가장 큰 질소 함유 이중 고리 분자가 포함됐다. 이는 초기 생명체의 구성 요소 또는 생명체의 흔적이 수십억 년이 지난 화성에서도 발견될 수 있음을 보여준다. 그러나 이러한 분자들이 생물학적 기원인지 지구화학적 기원인지는 아직 불분명하다. 

▲ NASA의 큐리오시티 로버가 화성 물질 샘플에서 20가지가 넘는 복합 유기 분자를 발견했다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS

화성에 생명체가 존재했을까? 그리고 그 화학적 흔적이 오늘날에도 발견될 수 있을까? 이를 알아내기 위해 NASA는 "움직이는 화학 실험실"인 큐리오시티(Curiosity)와 퍼서비어런스(Persevererance) 두 대의 화성 탐사 로버를 화성에 보냈다. 두 로버는 이미 클로로벤젠, 나프탈렌, 티오펜, 디메틸황산염을 비롯한 다양한 유기 분자를 탐지했다. 탄소 원자가 최대 12개에 달하는 탄화수소 사슬도 발견됐다. 화성 탐사선 퍼서비어런스는 과거 강바닥이었던 곳에서 생명체의 흔적일 가능성이 있는 화학적 흔적을 발견했다. 철을 함유한 광물과 유기 분자의 조합은 화성 미생물에 의해 생성되었을 가능성이 있다.

게일 크레이터에서의 열화학 분해 실험

이제 게일 크레이터에 있는 큐리오시티 탐사선에서 또 다른 발견이 있었다. 큐리오시티는 처음으로 SAM(Sample Analysis ay Mars 화성 시료 분석) 장비를 사용해 여러 암석 시료를 분석했다. 이 장비는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)라는 용매를 사용해 화성 물질의 복잡한 분자를 더 작은 기체 화합물로 분해한다. 그런 다음 이 화합물들을 가스 크로마토그래피-질량 분석기(GC-MS)로 분석하여 구성 성분을 확인한다.

화성 탐사선은 용매를 두 번만 휴대할 수 있기 때문에 NASA는 SAM 실험에 사용할 시료를 신중하게 선택해야 한다. 2020년, 게일 크레이터의 글렌 토리돈 지역이 선택되었다. 이곳은 고대 화성 호수의 퇴적물로 형성된 점토질 사암 지대다. 플로리다 대학교의 에이미 윌리엄스(Amy Williiams) 교수와 동료 연구진은 "결과적으로 얻어진 분자들은 다른 행성에서 현장 열화학 분해 실험을 통해 얻은 최초의 산물"이라고 보고했다.

▲ 이곳에서 큐리오시티 로버는 SAM이 분석한 샘플 세 개를 채취했다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS

다양한 고리형 화합물

이제 결과가 나왔다. SAM 실험에 따르면, 샘플에서 20가지가 넘는 유기 분자가 검출되었다. 여기에는 트리메틸벤젠, 메틸벤젠, 나프탈렌과 같은 고리형 탄화수소와 다양한 고리 구조를 가진 다른 고리형 분자들이 포함된다. 연구진은 "가스 크로마토그래피에서 16개의 피크를 명확하게 식별할 수 없었다"고 밝혔다. 그러나 분자량과 원소 조성을 기반으로, 이들은 하나 또는 두 개의 고리를 가진 추가적인 탄화수소 화합물이라고 결론지었다.

새롭게 검출된 일부 분자들은 큐리오시티 로버가 조사한 샘플에 원래 훨씬 더 복잡한 유기 화합물이 포함되어 있었음을 시사한다. 윌리엄스 연구팀은 "메틸화된 벤젠과 나프탈렌 화합물은 TMAH 열화학 분해에 의해 더 큰 거대 분자 구조가 파괴되었음을 나타낸다"고 밝혔다.

"생물학적으로 중요한 분자의 구성 요소"

분석 곡선에서 "피크 22"로 나타나는 한 분자는 특히 흥미롭다. 연구진에 따르면, 이는 인돌 계열의 헤테로고리 아민일 가능성이 있다. 이러한 방향족 탄화수소는 질소 원자가 결합된 두 개의 고리로 구성된다. SAM 분석에서 나타나는 다른 여러 피크 또한 이러한 질소 함유 헤테로고리에서 유래했을 수 있다.

▲ 큐리오시티 로버가 가스 크로마토그래피를 이용해 화성에서 검출한 유기 분자의 예시. © Williams et al./ Nature Communications, CC-by 4.0

윌리엄스 연구팀은 "질소 헤테로고리는 핵산과 같은 생물학적으로 중요한 분자의 기본 구성 요소이기 때문에 이는 매우 흥미로운 가능성"이라고 설명했다. 또한 화성에서 새롭게 발견된 것은 황을 함유한 이중 고리 분자인 벤조티오펜(Benzothiophen)다. "이번 발견은 화성에서 발견된 가장 큰 순수 방향족 분자"라고 밝혔다.

하지만 더욱 중요한 것은, "벤조티오펜은 운석에서 발견되는 탄소 함유 고분자 물질의 구성 성분으로 알려져 있다"는 점이다. 따라서 벤조티오펜은 운석을 통해 초기 화성에 도달했을 가능성이 있다. 지구와 마찬가지로, 화성도 이러한 충돌을 통해 우주에서 생명체의 구성 요소를 받았을 수 있다. 이는 화성 또한 한때 생명체가 존재하기에 필수적인 조건을 갖추고 있었다는 가설을 뒷받침한다.

▲ 인돌(왼쪽)과 벤조티오펜의 기본 화학 구조. 둘 다 방향족 헤테로고리 화합물이다. 배경에는 시료 영역이 보인다. © NASA/JPL-Caltech/MSSS; 화학식: 공개 자료

화성 생명체의 흔적일까?

윌리엄스 연구팀에 따르면, 이러한 발견은 두 가지를 시사한다.
첫째, 화성에는 더욱 복잡한 유기 화합물이 존재하며, 이러한 화합물은 더 큰 고분자 물질에서 유래했을 가능성이 있다는 것이다. 둘째, 만약 화성에 생명체가 존재했다면, 과거 생명체의 유기 흔적이 오늘날에도 화성에서 발견될 수 있다는 것을 보여준다.

윌리엄스 연구원은 "우리는 지질학적 변형 과정과 혹독한 방사선에도 불구하고 35억 년 동안 화성에서 살아남은 유기 물질을 보고 있을지도 모른다"며 "이는 유기물 잔해의 형태로 과거 생명체의 흔적을 찾는 것이 가능할 수도 있음을 보여준다.“

그러나 연구진은 이번에 검출된 분자들이 생물학적 기원인지 지구화학적 기원인지는 SAM 분석만으로는 판단할 수 없다고 설명했다. 이는 향후 화성 탐사 임무에서 지구로 가져올 퍼서비어런스 로버의 샘플을 통해서만 밝혀질 수 있을 것이다.

참고: Nature Communications, 2026; doi: 10.1038/s41467-026-70656-0
출처: 플로리다 대학교, Nature Communications

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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