NASA 외계 생명체 발견 소통을 위한 플레이북 제안

당신이 외계인을 발견한 최초의 과학자라고 상상해 보세요. 전파망원경이나 유로파의 얼음 지각 아래 바다를 헤엄쳐 다니는 생명체가 포착한 분명한 메시지일 수도 있고, 아니면 혹독한 화성의 호수에서 꿈틀거리는 미생물의 흔적일 수도 있고, 운석의 미세한 화석일 수도 있습니다.

하지만 그런 중대한 발견에 대해 어떻게 전 세계에 말할 수 있습니까? 그리고 만일 여러분이 틀리면 어떻게 됩니까?

나사의 과학자들은 최근 네이처에 외계 생명체를 세계에 보고할 수 있는 틀을 마련해야 한다는 논평 기사를 실었습니다.

"우리 세대는 현실적으로 지구 너머에 있는 생명체의 증거를 발견할 수 있는 세대가 될 수 있습니다," 라고 NASA의 수석 과학자 제임스 그린과 동료들이 썼습니다. "이러한 특권적인 잠재력에는 책임이 뒤따릅니다.

외계 생명체는 토양에서 작은 미생물로 발견될 수도 있고 다이슨 스피어와 같은 진보된 기술 문명의 징후일 수도 있습니다.

우주과학 분야에서 생명 탐지 목적이 점차 부각되면서 다양하고 복잡하고 선정성이 높은 주제에서 어떻게 정보를 전달할 것인지에 대한 공동체 대화의 장을 여는 것이 필수적입니다

연구팀은 외계 생명체를 발견하는 것은 종종 "임무가 생명체에 대한 확실한 증거를 반환하거나 목표에 미달하는 것"이라는 "전부 아니면 전무(all-or-nothing proposition으로 생각된다고 설명합니다.

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하지만 작은 녹색 남성들이 지구에 접근하는 확정적인 형태로는 증거가 나오지 않을 가능성이 높습니다. 사실, 이 증거는 우리에게 미묘하거나 심지어 완전히 생소할 수도 있고, 아니면 과학자들이 일련의 후속 관찰을 하는 과정에서 비로소 자신의 모습을 드러낼 수도 있을 것입니다.

그린과 동료들은 이것이 외계인이 세상에 발표되는 단 한 순간도 보여지지 않도록 우리가 그러한 발견의 틀을 다시 짜야 한다고 주장합니다. 대신에, 그것은 과학 자체의 과정을 반영하는 진보적인 노력으로 보여져야 합니다.

그들은 "대신 우리가 생명에 대한 탐구를 진보적인 노력으로 재구성한다면, 우리는 맥락적이거나 시사적이지만 확정적이지 않은 관찰의 가치를 전달하고 잘못된 시작과 막다른 길이 건강한 과학적 과정의 예상되는 부분임을 강조한다"고 말합니다.

이것은 과학자들과 기술자들 그리고 언론들이 서로 대화를 통해 첫째는 삶의 객관적인 증거 기준에 대해, 둘째는 삶의 증거를 전달하는 최선의 방법에 대해 합의하는 것을 포함하게 될 것입니다. 그들의 말에 따르면, 이것은 생명의 발견이 이루어지기 전에 지금 이루어져야 한다고 합니다, 그 여파로 앞다퉈 생명의 발견을 종합하기 보다는 말입니다.

이 팀은 생명체에 대한 최초의 흥미로운 잠재력 감지부터 최종 확인까지 7단계를 포함하는 '생명체 감지의 확신'(CoLD) 척도를 제안함으로써 대화를 시작합니다.

Green과 동료들은 "이 척도의 가장 낮은 수준[1과 2]은 화학, 물리적 구조 또는 생물학적 기원과 일치하는 활동과 같은 잠재적인 생물학적 특징의 초기 식별에 중점을 둡니다."라고 설명합니다.

3단계와 4단계는 생체 서명 주위의 환경이 실제로 거주할 수 있는지, 생물학적 설명이 가장 좋고 유일한 설명인지, 또는 다른 오염원이 있는지를 알아내는 데 중점을 둡니다.

더 높은 수준의 척도는 독립적인 증거 라인에 의한 초기 결과의 확증과 공동체에 의해 특히 초기 결과에 대응하여 개발된 대안 가설의 기각을 포함합니다.

NASA의 퍼서비어런스 탐사 로봇이 화성에서 암석 샘플을 채취하는 것에 대한 한 예술가의 인상입니다.

중요한 것은 과학자부터 언론, 대중에 이르기까지 관련된 모든 사람들이 어떤 단계에서든 개별적인 결과가 도출될 수 있다는 것을 알고 있다는 것입니다.

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특히 현재 임무의 잠재적인 발견을 고려할 때 마지막 단계가 가장 어려울 것입니다. 예를 들어 나사의 퍼시비어런스 로버는 현재 화성의 제로 분화구 주변에서 고대 생명체의 흔적을 찾고 있습니다. 로버는 레벨 5까지 생명체를 감지할 수 있도록 모든 종류의 장비를 갖추고 있지만 레벨 6에 도달하려면 지구로 돌아온 샘플을 분석해야 합니다. 레벨 7에 도달하려면 화성의 다른 장소에 대한 후속 조사가 필요할 수도 있습니다.

그러나 저자들은 CoLD와 같은 척도는 대화를 열기 위한 개념의 증거일 뿐이라고 강조합니다.

전문가들은 외계인이 존재할 가능성이 높다고 생각하기 때문에 이것은 점점 더 중요한 대화입니다.

그들은 "대화의 결과가 무엇이든 간에 중요한 것은 그것이 일어난다는 것"이라며 "그렇게 함으로써 우리는 우리의 작업의 결과와 그에 따른 경이로움을 더 효과적으로 전달할 수 있을 뿐"이라고 말합니다.

새로운 종류의 외계 행성은 ET를 하이퍼드라이브로 탐색할 수 있습니다

 

천문학자들은 외계 생명체에 대한 연구에서 한 단계 발전할 수 있는 새로운 종류의 외계 행성을 발견했습니다.

Astrophysical Journal의 새로운 연구에 따르면 천문학자들은 외계 생명체를 찾기 위한 후보가 될 수 있다고 믿는 새로운 종류의 외계 행성을 발견했습니다.

전통적으로, 외계 생명체에 대한 탐구는 지구에 집중되어 왔습니다: 비슷한 크기와 조건을 가진 다른 "지구"를 찾는 것입니다. 그러나 논문의 저자들에 의해 "Hycean" 외계 행성이라고 불리는, 문제의 행성들은 수소가 풍부한 대기를 가진 뜨거운 바다로 덮인 행성들이고, 그것들은 모두 지구와 같은 행성들보다 더 많고 더 큽니다.

영국 캠브리지 대학의 연구원들은 지구보다 더 덥긴 하지만, 이 행성들은 이론적으로 지구의 더 극단적인 수중 환경에서 발견되는 것과 비슷한 미생물의 생명체를 수용할 수 있는 큰 바다를 수용할 수 있다고 믿고 있습니다.

연구팀은 다양한 유형의 하이션 세계의 대기를 모델링함으로써 이 행성들이 지구와 같은 행성보다 훨씬 더 넓은 거주 가능 영역("골디락스 영역", 생명체에게 알맞은 온도인 행성 별 주위의 궤도)을 허용한다는 사실을 확인했습니다.

캠브리지 천문학 연구소의 수석 저자인 니쿠 마두수단은 "혜양 행성은 우리가 다른 곳에서 생명체를 찾는 데 완전히 새로운 길을 열어줍니다."라고 말합니다.

"우리가 확실히 알고 있는 것들에만 집중하는 것이 아니라 무엇이 될 수 있는지 계속 탐구해야 한다는 것을 정말로 상기시켜주는 것입니다."라고 이번 연구에 참여하지 않은 서던 퀸스랜드 대학의 천문학자 존티 호너는 말합니다.

호너는 "우주생물학에서 우리가 가진 문제 중 하나는 지구상의 생명체가 아무리 다양하더라도 그것은 단지 한 종류의 생명체일 뿐이라는 것입니다. 그것은 지구 생명체를 찾기 위해 찾아야 하는 장소가 반드시 지구와 같은 장소일 것이라고 생각하는 것은 매우 강한 편향성을 가지고 있습니다."라고 말합니다.

미니 해왕성과 슈퍼어스

과학자들에게 이미 알려진 수천 개의 외계 행성(태양계 밖의 행성)이 있습니다. 이들 대부분은 지구와 해왕성 사이의 중간 크기이므로 아마도 창조적이지 않게 미니 해왕성 또는 슈퍼 지구라고 불립니다.

이 미니 넵튠들의 대부분은 지구 크기의 약 1.6배이고, 수소가 풍부한 대기 덕분에 너무 뜨겁고 평생 동안 압박을 받을 수 있다고 생각되었습니다.

하지만 Madhusudhan과 그의 팀이 미니 넵튠 K2-18b에 대한 최근의 연구를 수행했을 때, 그들은 아마도 놀랍게도 특정한 조건 하에서 그 행성이 이론적으로 지구에서 발견되는 생명체와 비슷한 생명체를 지탱할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 발견에 고무되어, 그 팀은 미니 넵튠이 실현 가능하게 생명체를 수용할 수 있는 다양한 조건들을 조사하기 시작했고, 그들이 하이션 행성 이론을 발전시키도록 이끌었습니다.

이 하이시안 행성들은 지구보다 최대 2.6배 더 클 수 있고, 대기 온도가 섭씨 200도만큼 높을 수 있습니다. 그러나 그들의 바다는 지구의 것들과 더 가까운 조건들을 가지고 있고, 생명체를 찾기 시작할 장소가 될 수 있습니다.

혜성 외계 행성은 십여 개일 것입니다

천문학자들은 하이시안 월드가 매우 흔할 가능성이 높다고 믿고 있습니다. ET 애호가들이 찾는 지구와 같은 행성들보다 더 그렇습니다. 이것은 하이시안 월드가 실제로 그곳에 있다면 훨씬 더 많은 행성들을 분석할 수 있는 가능성을 열어주고, 잠재적으로 외계 생명체의 발견을 앞당길 수 있다는 것을 의미합니다.

그러나 하이양 외계 행성을 확인하는 것은 단순히 크기를 정하는 것 이상의 것을 요구합니다: 천문학자들은 부모 항성의 거주 가능 영역을 결정하고, 행성의 대기와 구조를 드러내는 분자적인 특징들을 찾아야 합니다.

그런 다음, 그들은 생명체의 흔적, 산소, 오존, 메탄, 아산화질소를 포함한 생체 신호들을 찾을 것입니다. 이들은 모두 지구에 존재하며 생명체의 부산물일 수 있습니다. 염화메틸과 황화디메틸을 포함한 다른 생체 신호들도 고려될 것인데, 이 둘은 지구상에서는 덜 풍부하지만 수소가 풍부한 행성에서는 유망한 신호가 될 수 있습니다.

Madhusudhan은 "본질적으로 우리가 이러한 다양한 분자적 특징을 찾고 있을 때, 우리는 시작하기에 합리적인 장소인 지구와 유사한 행성에 집중해 왔습니다."라고 말합니다. "하지만 우리는 Hycean 행성이 여러 개의 흔적 생체 특징을 찾을 수 있는 더 좋은 기회를 제공한다고 생각합니다."

연구팀은 이미 미래의 연구를 위한 유력한 후보가 될 수 있는 잠재적인 하이시안 세계의 표본을 찾아냈습니다. 이 행성들은 모두 천문학적 기준으로 볼 때 실질적으로 우리 뒷마당에 있는 35광년에서 150광년 사이의 적색 왜성 주위를 돌고 있습니다. 올해 발사될 예정인 제임스 웹 우주 망원경은 가장 유망한 후보인 K2-18b를 관측하게 될 것입니다.

Madhusudhan은 "생체 서명 감지는 우주에 있는 생명체에 대한 우리의 이해를 변화시킬 것입니다"라고 말합니다. "자연이 종종 상상할 수 없는 방식으로 우리를 놀라게 하기 때문에, 우리는 생명체를 찾기를 기대하는 곳과 그 생명체가 어떤 형태를 취할 수 있는지에 대해 개방적일 필요가 있습니다."

놓치셨을 수도 있습니다…

 

이 예술가의 인상은 나사의 카시니 우주선이 토성의 위성 엔셀라두스의 표면에서 분출하는 것으로 추정되는 물의 기둥 사이를 비행하는 것을 묘사합니다. 크레딧: 나사

엔셀라두스의 메탄은 외계 생명체를 암시할지도 모릅니다

토성의 위성 엔셀라두스의 얼음으로 뒤덮인 지각 아래의 거대한 바다에서 불가사의한 과정이 메탄을 내뿜고 있는데, 네이처 천문학의 새로운 연구에 따르면, 이것은 지하 세계에 생명체가 가득 차 있다는 징후일 수 있다고 합니다.

2005년, 카시니 우주선은 이 얼어붙은 세계의 표면에서 물이 풍부한 기둥이 솟아오르는 것을 발견했는데, 이것은 얼음 밑 물의 바다에 대한 증거입니다. 그 이후로 100개 이상의 간헐천이 발견되었고, 이 수소, 이산화탄소 그리고 메탄을 포함한 물과 섞인 다른 물질들을 내뿜고 있습니다.

"우리는 알고 싶었습니다: 지구가 이 수소를 '먹어서' 메탄을 생성하는 미생물과 같은 것이 카시니가 발견한 놀랄 만큼 많은 양의 메탄을 설명할 수 있을까요?"라고 아리조나 대학의 레지스 페리에르는 말합니다.

하지만 실제로 바다 바닥에서 미생물을 찾는 것은 매우 어려울 것이며, 수십 년 동안 발사될 것으로 예상되지 않았던 임무들을 수반하게 될 것입니다.

대신 페리에르와 동료들은 지구화학과 미생물 생태학을 통합한 수학적 모델을 구축했는데, 이 모델은 카시니의 데이터가 지구의 이러한 환경에서 메탄 생성과 유사한 열수현상에서의 미생물 활동에 의해 설명될 수 있다고 제안했습니다.

"분명히, 우리는 생명체가 엔셀라두스의 바다에 존재한다는 결론을 내린 것이 아닙니다."라고 페리에르는 말합니다. "오히려, 우리는 엔셀라두스의 열수 분출구가 미생물처럼 지구에 서식할 수 있는 가능성이 얼마나 되는지 알고 싶었습니다."

정답은? 매우 가능성이 높습니다. 하지만 대안 또한 흥미롭습니다. 엔셀라두스에는 우리가 여기 지구에서 볼 수 있는 무생물 처리 과정이 있을지도 모릅니다.

레오나르도 다 빈치의 DNA

인간 진화 저널의 새로운 연구가 르네상스 시대의 위대한 예술가 레오나르도 다빈치의 가계도를 21세대에 걸쳐, 즉 690년 동안 추적했습니다.

10년에 걸친 조사에서 나온 결과는 1331년부터 오늘날까지 이어지는 가문의 지속적인 남성 계통을 기록하고 있습니다. 또한 유명한 예술가의 살아있는 14명의 남자 후손들도 모두 확인할 수 있습니다. 다빈치에게는 자식이 없었지만 22명의 이복 형제들이 있었습니다.

연구원들은 다빈치의 조상들의 DNA를 포함한 이 가계도가 프랑스 예배당에 안치된 뼈들이 이 남성의 것인지를 결정하는 데 도움을 줄 수 있으며, 언젠가 그의 예술적 재능에 대한 잠재적인 유전적 기반을 조사할 수도 있다고 믿고 있습니다.

화석 상어 비늘이 인간의 영향을 드러냅니다

 

날카롭고 돌기가 있는 비늘은 빠르게 헤엄치는 상어의 저항력을 감소시키는 반면, 두껍고 둥근 비늘은 마모를 방지합니다. 위에 있는 세 갈래 비늘은 방어 기능을 할 수 있습니다. 틀니의 거짓 전자 현미경 이미지(척도로 표시되지 않음); 왼쪽 위에서 시계 방향으로: 레몬 상어, 호랑이 상어, 망치머리 상어, 간호 상어, 황소 상어, 가리비 망치머리 상어.

 

"이러한 결과는 인간이 개발하기 전에 산호초 위에 있는 '건강한' 상어 공동체가 어떤 모습일지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다."라고 캘리포니아 산타 바바라 대학의 박사과정 학생이자 이 논문의 주저자인 에린 딜런이 PNAS에 발표했습니다.

연골로 만들어진 골격을 가지고 있는 상어들은 이빨과 비늘을 제외하고는 쉽게 화석화되지 않습니다. 딜런과 팀은 파나마 카리브해 연안의 보카스 델 토로에 있는 한 화석 암초의 퇴적물에서 발견된 미세한 화석화된 비늘의 풍부함과 다양성을 비교했습니다. 이것은 그들이 선사시대의 개체 수를 재구성할 수 있도록 해주었습니다.

딜런은 "우리는 작은 상어 비늘이 잘 보존될 수 있으며 긴 생태학적 기간 동안 상어 기준선을 재구성할 수 있을 만큼 충분히 풍부하게 발견될 수 있다는 것을 보여주었습니다,"라고 말합니다. "우리는 연구 지역에서 주요한 인간의 영향이 있기 전인 홀로세 중기와 현재 사이에 총 상어 개체 수가 약 71% 감소한 것을 발견했습니다."

마약 주입해?

실험 생물학 저널의 새로운 연구는 민물 필로폰 오염이 갈색 송어를 마약 중독자로 바꿀 수도 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 우리가 가재의 물이 항우울제로 오염되었을 때 이상하게 행동한다는 것을 알게 된 지 불과 몇 주 후에 이루어졌고, 현재의 물 치료는 우리가 섭취하는 약물의 흔적을 처리할 수 있는 장비가 갖추어져 있지 않다는 사실을 강조했습니다.

체코 생명과학 대학 프라하(Czech University of Life Sciences Prague)가 이끄는 연구원들은 갈색 송어(Salmottruta)의 행동을 연구했습니다. 그들은 처음에 두 달 동안 탱크에서 필로폰 수치가 낮은 물에 격리시킨 다음, 그 물고기를 신선한 탱크로 옮겼지만 그들에게 메트로 된 물로 돌아갈 수 있는 기회를 제공했습니다.

처음에 약물에 노출된 물고기들은 민물에 계속 있었던 대조군보다 돌아올 가능성이 높았고, 그 후 최대 열흘 동안 그들의 뇌에서 약물의 증거가 발견되었습니다.

이 연구의 공동저자인 파벨 호크 ý(Pavel Hork Delson)은 중독으로 인해 물고기들이 건강하지 않은 방류 장소 근처에 모여들게 될 수 있다는 우려를 표명합니다. "야생 물고기에서 약물 중독의 도출은 도시 환경에 살고 있는 종들에게 예상치 못한 압박의 또 다른 예를 나타낼 수 있습니다."라고 그는 결론을 내립니다.

날개를 이용한 의사소통의 최초의 증거

 

 

주요 정맥 사이의 확장된 영역을 보여주는 티아티탄 아자리의 사진, 곤충이 크레피테이션과 의사소통을 위한 불빛의 섬광을 만들기 위해 사용. 크레딧: 토마스 슈브넬.

 

과학자들은 석탄기 후기에 화석화된 곤충 날개를 발견했고, 곤충들이 의사소통을 하기 위해 날개를 사용한다는 가장 최초의 증거입니다.

Communications Biology에 출판된 그 연구는 Titanoptera 목의 거대한 메뚜기 같은 곤충에 속하는 화석화된 날개에 대해 설명합니다. Theiatan Azari라고 불리는 그 새로운 종은 빛을 반사하거나 의사소통을 위한 소리를 만들기 위해 날개를 사용했다고 암시하는 특별한 날개 모양과 구조를 보여줍니다.

저자들은 논문에서 "중생대 이래로 곤충들에게 음향적 커뮤니케이션은 잘 알려져 있지만, 이러한 행동에 대한 이전의 증거는 드물다"고 쓰고 있습니다.

이 발견은 이러한 행동의 출현을 3억 1천만 년 전의 석탄기 후기로 되돌려 놓았습니다. 이는 이전의 증거보다 5천만 년이나 더 오래된 것입니다.

"이러한 통신 시스템이 성적 파트너를 유인하거나 포식자를 탈출시키기 위해 사용되었는지 여부는 입증되어야 합니다."라고 저자들은 결론짓습니다.

우주에서 미생물을 이용한 채굴

우주비행사 루카 파르미타노가 국제우주정거장의 원심분리기에 생체광학 원자로를 설치합니다. 크레딧: 유럽우주국

우주에서의 첫 번째 채굴 실험은 미생물이 무중력 상태의 암석에서 원소를 효율적으로 추출할 수 있다는 것을 밝혀냈습니다.

국제 우주 정거장에서 우주 비행사들에 의해 행해진 이 실험은 태양계의 인간의 탐사와 정착의 가능성을 열어줍니다.

"지구에서 미생물은 암석이 토양으로 풍화되는 것과 생물권의 원소들이 순환하는 것과 같은 자연적인 과정에서 중요한 역할을 합니다."라고 연구원들은 네이처 커뮤니케이션즈 저널의 한 논문에서 설명합니다. 

"미생물은 다양한 산업 및 제조 공정, 예를 들어 바이오마이닝(biomining)이라는 공정에도 사용됩니다."

바이오마이닝 박테리아는 암석에서 구리와 금과 같은 귀중한 원소의 추출을 촉진할 수 있습니다. 여기 지구에서는 란탄, 스칸듐 및 이트륨과 같은 희토류 원소(RE)를 채굴하는 데 일상적으로 사용됩니다. 

강자성 및 발광과 같은 REE의 유용한 물리적 특성은 전화기 및 컴퓨터 화면의 중요한 구성 요소이며 촉매, 금속 합금 및 자석 제조에 유용합니다.

하지만 REE는 채굴 비용이 비쌀 뿐만 아니라 빠르게 고갈되고 있습니다. 만약 인류가 태양계를 더 탐사하고 다른 달과 행성에 정착지를 건설하고자 한다면, 우리는 이러한 요소들을 현장에서 채굴할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

현무암에서 자라는 희토류 원소를 바이오마이닝하는 것으로 나타난 박테리아인 스핑고모나스 데시카빌리스. 미생물은 녹색을 띠기 위해 염색됩니다. 크레디트 로사 산토마르티노

이 새로운 연구는 미생물이 다양한 중력 조건에서 REE를 추출할 수 있는지를 조사하는 것을 목표로 했습니다. 

영국 에딘버러 대학의 찰스 코켈(Charles Cockell)이 이끄는 연구원들은 국제우주정거장으로 보낼 수 있는 소형화된 바이오마이닝 원자로를 개발하는 데 10년을 보냈습니다. 이 성냥갑 크기의 채굴 장치에는 달과 화성의 흔한 암석인 현무암의 작은 조각들이 실려 있었고 2019년에 발사되기 전까지 다른 박테리아 용액에 잠겨 있었습니다.

3주에 걸쳐, 우주 비행사들은 극미중력에서 모의 화성 중력에 이르기까지 다양한 중력 조건에서 세 종의 박테리아의 생체 채굴 가능성을 평가했습니다. 

그 결과는 박테리아 Spingomonas desiccabilis가 세 단계의 중력 아래에서 모두 현무암으로부터 REE를 침출한 반면, 실험된 다른 두 종의 박테리아는 저중력에서 효율이 떨어지거나 REE를 전혀 추출할 수 없다는 것을 보여주었습니다.

S. desiccabilis의 성공은 우주에서 살아남기 위해 필수적인 물질을 얻는 데 도움이 될 수 있습니다.

"우리의 실험은 태양계 전체에서 생물학적으로 강화된 원소 채굴의 과학적, 기술적 실현 가능성을 뒷받침해 줍니다."라고 에딘버러 대학의 수석 저자 찰스 코켈은 말합니다. 

"이러한 요소들을 우주에서 채굴하여 지구로 가져오는 것은 경제적으로 실행 가능하지 않지만, 우주 바이오마이닝은 잠재적으로 우주에서 자생적인 인간의 존재를 지원할 수 있습니다. 

"예를 들어, 우리의 결과는 희토류 원소가 풍부한 암석이 있는 달의 오세아누스 프로셀라룸 지역에 로봇과 인간이 사용하는 광산을 건설하는 것이 지구를 넘어 인류의 과학적, 경제적 발전의 한 가지 유익한 방향이 될 수 있음을 시사합니다."

연구원들은 박테리아가 언젠가 음식을 재배하기 위해 바위를 흙으로 분해하거나 공기와 물을 생산하는 생명 유지 시스템에 사용할 광물을 추출하는 데 사용될 수도 있다는 것에 주목했습니다.

이 연구는 과학자들이 중력이 표면에 있는 미생물 군집의 성장과 대사 과정에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하는 데 도움을 주는 여기 지구 아래에서도 유용할 수 있습니다.

베이지안 통계 및 ET에 대한 사냥

신용:데이비드 벽/티 이미지

현재 급속히 완성에 가까워지고 있는 차세대 거대 망원경의 목표 중 하나는 행성들이 생명체의 흔적을 보이는 별들을 찾기 위해 근처의 하늘을 샅샅이 뒤지는 것입니다.

만약 그들이 단 하나의 그러한 세계라도 발견한다면, 아마도 이 은하계가 생명체를 가진 세계들로 가득 차 있다는 것을 의미한다고 로마 대학교 토르 베르가타의 아메데오 발비와 스위스 연방 공과대학교의 클라우디오 그리말디는 말합니다.

사실, 두 명의 우주생물학자는 미국국립과학원 회보에 이러한 발견은 생명체를 가진 세계가 펄서(은하에서만 20만 개 정도로 수가 있다고 믿어짐)보다 더 흔할 수 있다는 것을 나타낼 것입니다.

하지만 만약 아무것도 발견되지 않는다면, 우리가 혼자라고 생각할 이유는 없다고 그들은 말합니다. 이는 곧 출시될 망원경들 중 가장 훌륭한 망원경들도 그 생체신호를 감지할 수 있을 만큼 충분히 가까이 감지 가능한 생체신호를 가진 세상은 존재하지 않는다는 것을 의미합니다.

이 망원경들에는 나사의 제임스 웹 우주 망원경(2021년 발사 예정), ESA의 대기 원격 감지 외계 행성 대탐사 우주 망원경(ARIEL, 2028년 발사 예정), 그리고 지상에 있는 유럽 초대형 망원경(ELT, 현재 칠레의 산 정상에 건설 중이며 2025년에 완공될 것으로 예상됨)이 포함되어 있습니다.

사냥 준비 완료 나사의 새로운 제임스 웹 우주 망원경의 기본 거울. 크레딧: 나사

하지만 이들은 모두 강력한 도구이기는 하지만, 꽤 적은 수의 인근 세계에서 생명의 흔적을 찾아내지는 못할 것이라고 발비는 말합니다.

정확히 몇 대인지는 아직 확실하지 않습니다. 그러나 그는 "향후 20년간 최고의 망원경을 사용하더라도 생명체의 증거를 찾기에 충분한 세부 정보를 가진 수십 개 이상의 근처 외계 행성을 연구할 수 없을 것이라고 말하는 것은 안전합니다."라고 말합니다

그의 말에 따르면, 그러한 생체신호를 감지하는 것이 무엇을 의미하는지 알아내기 위해, 그와 그리말디는 "베이지안 통계학"이라는 방법을 사용하여, 그러한 감지가 하나 혹은 그 이상의 감지가 우주에서 얼마나 일반적인 생명체가 존재하는지에 대한 우리의 이해에 어떤 영향을 미칠지 알아냈다고 합니다.

"직관적으로, 우리는 만약 우리가 다른 별 주위를 도는 행성에서 생명체의 증거를 발견한다면, 우주에서 생명체는 흔할 것이라고 예상합니다. 우리의 연구는 이것을 엄격한 통계적 용어로 하려고 노력합니다."

"현재 우리는 오직 하나의 거주 행성인 지구만을 알고 있습니다. 그래서, 우리는 기본적으로 우주의 생명체의 풍부함에 대해 아무것도 모릅니다. 다른 곳에서 생명체를 단 한 번의 감지만으로도 상황이 극적으로 바뀔 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다

그러나 아무것도 찾지 못한다고 해서 우리의 지식이 그렇게 강력하게 바뀌지는 않을 것입니다.

그는 "우리가 연구할 수 있는 표본은 전체 은하에 비해 매우 작다"며 "따라서 무언가를 발견하면 큰 영향을 미치게 된다"고 말했습니다. 만약 발견하지 못한다면 충분한 크기의 표본을 발견하지 못했을 가능성이 여전히 있습니다."

그는 이 그림을 약간 혼란스럽게 만드는 것은 팬스퍼미아(panspermia)의 아이디어라고 덧붙였습니다. 팬스퍼미아는 생명체가 하나의 행성계에서 거주 가능한 세계에서 떨어져 나간 암석에서 생존할 수 있고, 근처의 행성계에서 땅으로 떨어질 수 있을 만큼 오래 살 수 있으며, 이를 통해 다른 곳에서 유래한 생명체와 함께 씨앗을 뿌릴 수 있다고 가정합니다.

만약 그렇다면, 우리 은하의 생명체 분포는 뭉클할 수도 있는데, 이는 가까운 외계 행성에서 생체 서명이 발견되었다는 것은 단순히 우리 은하와 지구 생명체가 같은 뭉치의 일부라는 것을 의미할 수도 있다는 것을 의미합니다.

다시 말해서, Balbi는 "생명체가 퍼졌다는 이유만으로, 우리는 다른 은하보다 더 '인구가 많은' 은하계의 한 지역에 있는 우리 자신을 발견할지도 모릅니다"라고 말합니다

또한, 이 망원경들이 찾을 생명의 신호는 그들이 발견한다면, 우리가 ET를 발견했다는 것을 의미하는 것이 아닙니다. 그들은 우리가 발견한 모든 것이 박테리아 점액이라는 것을 의미할 수도 마찬가지로 말할 수 있습니다.

하지만 발비는 만약 어떤 종류의 생명체라도, 심지어 미세한 생명체가 은하계에서 흔하다는 것이 입증된다면, ET는 밖 어딘가에 있고, 인사하기 위해 기다리고 있다는 것을 증명합니다.

고체 암석에서 발견되는 박테리아

특수 에폭시를 이용한 분석을 위해 준비된 얇은 화산암 조각 Credit: Caitlin Devor, Tokoyo 대학, CC by 4.0.해저 122미터 아래에서 나온 핵심 샘플 고체 암석입니다. 이미지 B는 이미지 A보다 1000배 더 큰 배율입니다. 각각에서 왼쪽은 정상광, 오른쪽은 형광광을 사용하여 찍었습니다. 크레딧: 스즈키 외. 2020, CC by 4

일본 연구원들은 해저 깊은 곳에서 채취한 화산 바위 내부의 작은 틈에서 살고 있는 단세포 생물체를 발견했다고 밝혔습니다.

그들은 10년 동안 시행착오를 겪었음에도 불구하고 운이 좋고 놀랐다는 것을 인정합니다.

그리고 성공은 그들에게 약간의 선견지명을 남겼으며, 이것이 화성의 생명체에 대한 새로운 탐색에 영감을 줄 수 있다는 것을 암시합니다.

"저는 이제 화성에서 생명체를 발견할 수 있다는 것에 대해 거의 과도한 기대를 하고 있습니다." 라고 커뮤니케이션 생물학 저널의 첫 번째 논문 저자인 도쿄 대학의 스즈키 요헤이가 말합니다.

"만약 그렇지 않다면, 생명체는 화성이 가지고 있지 않은 다른 과정, 예를 들어 판구조론에 의존하는 것임에 틀림없습니다." 

그리고 그것은 단순한 꿈이 아닙니다. 스즈키 씨는 자신의 팀이 NASA의 존슨 우주 센터와 공동으로 화성 표면에서 탐사로봇으로 채취한 암석을 조사하는 계획을 세우기 시작했다고 말합니다.

"아무도 예상하지 못했던 해저의 단단한 바위에서 생명체가 발견된 것은 우주에서의 생명체 찾기를 위한 게임을 바꾸고 있는지도 모릅니다."라고 그는 말합니다.

지금까지의 이야기는 이렇습니다.

해저 화산은 종종 1 밀리미터보다 작은 균열을 가진 암석이 되도록 식어버린 붉은 뜨거운 용암을 내뿜었습니다. 스즈키 씨는 수백만 년에 걸쳐 이것들이 점토 광물과 증식하는 박테리아로 채워져 있다고 말합니다.

그 틈에서 확인된 미생물들은 호기성 박테리아인데, 이것은 인간의 세포가 산소와 유기 영양소에 의존하여 에너지를 만드는 것과 비슷한 과정을 사용한다는 것을 의미합니다.

연구원들은 자신들이 발견한 공동체의 밀도가 사람의 내장과 같은 세제곱 센티미터 당 약 100억 개의 박테리아 세포일 것으로 추정하고 있습니다. 해저의 진흙 침전물의 평균 밀도는 세제곱 센티미터 당 약 100개의 세포일 것으로 추정되고 있습니다.

"이 틈들은 생명체들에게 매우 친근한 장소입니다"라고 스즈키는 말합니다. "점토 광물은 지구의 마법 물질과 같습니다. 만약 여러분이 점토 광물을 발견할 수 있다면, 여러분은 거의 항상 그 안에서 살고 있는 미생물들을 발견할 수 있을 것입니다

스즈키는 2010년 말에 진행 중인 통합 해양 시추 프로그램(IODP)의 일환으로 암석 샘플을 수집하는 것을 도왔습니다. 

연구선 한 척이 타히티와 뉴질랜드를 오가는 동안 세 차례 멈췄고, 해저 125미터 아래까지 폭 6.2센티미터의 핵심 샘플이 채취되었습니다. 단단한 바위에 부딪히기 전에 75미터의 진흙 퇴적물이 있었습니다.

장소에 따라 표본은 1천350만 년, 3천350만 년, 1억400만 년으로 추정됐습니다.

중요한 것은 수집 장소가 열수구나 해저 수로 근처가 아니라는 점입니다. 그래서 연구원들은 박테리아가 조류에 의해 강제로 유입되기 보다는 독립적으로 그 틈에 도달했다고 확신합니다. 

스즈키와 그의 팀은 수년간 그의 표본에서 박테리아를 찾기 위해 전통적인 칩과 분쇄 방법을 사용했지만 성공하지 못했습니다. 그리고 나서 그는 병리학자들이 질병을 진단하기 위해 신체 조직의 매우 얇은 조각을 준비하는 방법에 영감을 받았다고 말하는 접근법을 시도했습니다.

그는 얇은 층을 잘라낼 때 바위들이 무너지지 않도록 자연적인 모양을 지탱하기 위해 특별한 에폭시로 바위들을 코팅했습니다. 그리고 나서 이것들은 DNA를 얼룩지게 하는 염료로 씻어내고 현미경 아래에 놓았습니다.

그 박테리아는 검은 바위로 둘러싸인 오렌지 빛을 내는 터널 안에 단단히 채워진 빛나는 녹색의 구체로 나타났습니다. 그 오렌지 빛은 박테리아가 살기에 매력적인 장소를 제공하는 "마법의 물질"인 점토 광물 퇴적물에서 나옵니다.

전체 게놈 DNA 분석은 그 틈에서 살았던 박테리아의 다른 종들을 확인했습니다. 다른 장소에서 온 샘플들은 동일하지는 않지만 비슷한 박테리아 종들을 가지고 있었습니다. 

다른 위치에 있는 암석들은 서로 다른 나이이고, 이것은 어떤 광물들이 축적될 시간이 있었는지 그리고 따라서 어떤 박테리아가 그 틈에서 가장 흔한지에 영향을 미칠 수 있습니다.

스즈키와 그의 동료들은 점토 광물로 채워진 균열이 박테리아가 연료로 사용하는 영양분을 농축시킨다고 추측합니다. 

그들은 이것이 왜 바위 틈에 있는 박테리아의 밀도가 바닷물이 영양분을 희석시키는 진흙 퇴적물에서 자유롭게 살고 있는 박테리아의 밀도보다 8배나 더 큰지 설명할 수 있다고 말합니다.