물방울 속의 '미세번개'가 지구 생명의 시작일 수도

생명은 바다에 떨어진 극적인 번개로 시작된 것이 아니라, 폭포에서 떨어지는 물방울이나 부서지는 파도에서 발생하는 여러 개의 작은 "미세 번개"로 시작되었을 수도 있습니다.

스탠포드 대학의 새로운 연구에 따르면, 지구의 초기 대기에 존재했을 것으로 생각되는 가스 혼합물에 물을 뿌리면 DNA와 RNA의 구성 요소 중 하나인 우라실을 포함하여 탄소-질소 결합을 가진 유기 분자가 형성될 수 있다고 합니다.

저널 Science Advances 에 발표된 이 연구는 지구상의 생명이 번개에서 시작되었다고 주장하는, 논란이 많은 밀러-유리 가설에 증거와 새로운 관점을 더했습니다. 이 이론은 물과 무기 가스 혼합물에 전기를 가하면 유기 화합물이 형성될 수 있다는 것을 보여준 1952년 실험에 기초합니다.

최근 연구에서 연구자들은 작은 전하를 생성하는 물 분무가 추가 전기 없이도 그 자체로 이 작업을 수행할 수 있다는 것을 발견했습니다.

"반대 전하를 띤 물 미세입자 사이의 미세 전기 방전은 밀러-유리 실험에서 이전에 관찰된 모든 유기 분자를 만들어내며, 이것이 생명의 구성 요소를 구성하는 분자의 생물 이전 합성을 위한 새로운 메커니즘이라고 제안합니다." 스탠포드 인문학 및 과학 대학의 자연 과학과 Marguerite Blake Wilbur 교수이자 화학 교수인 수석 저자 Richard Zare의 말입니다.

마이크로라이트닝의 힘과 잠재력

지구가 형성된 후 수십억 년 동안 지구에는 많은 화학물질이 있었지만, 탄소-질소 결합을 가진 유기 분자는 거의 없었던 것으로 생각됩니다. 탄소-질소 결합은 오늘날 생명체를 구성하는 단백질, 효소, 핵산, 엽록소 및 기타 화합물에 필수적입니다.

이러한 생물학적 구성 요소가 어떻게 생겨났는지는 오랫동안 과학자들을 당혹스럽게 했고, 밀러-유리 실험은 하나의 가능한 설명을 제공했습니다. 번개가 바다에 부딪히고 메탄, 암모니아, 수소와 같은 초기 행성 가스와 상호 작용하면 이러한 유기 분자가 생성될 수 있다는 것입니다. 이 이론에 대한 비판가들은 번개가 너무 드물고 바다가 너무 크고 분산되어 있어 이것이 현실적인 원인이 될 수 없다고 지적했습니다.

Zare는 박사후 연구원 Yifan Meng과 Yu Xia, 대학원생 Jinheng Xu와 함께 이 연구를 통해 또 다른 가능성을 제안합니다. 연구팀은 먼저 물방울이 분무나 튀김으로 나뉘었을 때 어떻게 다른 전하를 발달시키는지 조사했습니다. 그들은 더 큰 물방울이 종종 양전하를 띠고, 더 작은 물방울은 음전하를 띠는 것을 발견했습니다.

반대 전하를 띤 물방울이 서로 가까이 다가가면 그 사이에서 불꽃이 튀었습니다. Zare는 이 과정을 "마이크로번개"라고 부르는데, 이 과정은 구름 속에서 에너지가 축적되고 번개로 방전되는 방식과 관련이 있기 때문입니다. 연구원들은 고속 카메라를 사용하여 인간의 눈으로는 감지하기 어려운 빛의 번쩍임을 기록했습니다.

미세한 번개의 섬광은 보기 힘들지만, 여전히 많은 에너지를 가지고 있습니다. 연구자들은 질소, 메탄, 이산화탄소, 암모니아 가스가 포함된 가스 혼합물에 실온의 물을 분사하여 그 힘을 입증했습니다. 이 가스들은 모두 초기 지구에 존재했던 것으로 생각됩니다. 그 결과 시안화수소, 아미노산 글리신, 우라실을 포함한 탄소-질소 결합을 가진 유기 분자가 형성되었습니다.

연구자들은 이 발견이 반드시 번개가 친 것이 아니라 파도나 폭포가 부딪히면서 생긴 작은 불꽃이 이 행성에서 생명을 촉발시켰다는 것을 보여준다고 주장한다.

"초기 지구에서는 틈새나 바위에 물이 분사되는 곳이 곳곳에 있었고, 물이 축적되어 이런 화학 반응을 일으킬 수 있었습니다."라고 Zare는 말했습니다. "저는 이것이 사람들이 Miller-Urey 가설에 대해 가지고 있는 많은 문제를 극복한다고 생각합니다."

자레의 연구팀은 작은 물 조각이 지닌 잠재적인 힘을 조사하는 데 주력하고 있는데, 여기에는 수증기가 비료의 주요 성분인 암모니아를 생성하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지, 물방울이 어떻게 자연적으로 과산화수소를 생성하는지 등이 포함됩니다.

"우리는 보통 물을 아주 온화한 물질로 생각하지만, 물이 작은 물방울 형태로 나뉘면 반응성이 매우 커집니다."라고 그는 말했습니다.

감사의 말

자레는 스탠포드 바이오-X, 심혈관 연구소, 스탠포드 암 연구소, 우차이 신경과학 연구소의 회원이며, 스탠포드 우즈 환경 연구소의 제휴 ​​기관이기도 합니다.

본 연구는 공군 과학 연구실과 중국 국가자연과학기금위원회의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250314170431.htm