지구생명의 기원이 되는 물질을 발견

지구에서 최초의 생명출현에 대한 의문은 아직 밝혀지지 않았고 생명의 기원에 관한 이론은 123개나 나왔으며 분자의 움직임을 시뮬레이션하는 알고리즘으로 규명이 시도되는 등 다양한 접근법이 이루어지고 있습니다. 미국에 있는 라트가즈 대학의 연구팀이 2023년 3월에 발표한 내용에서는 지구상 최초의 생명에 있어서 동력이 되는 '대사'의 기원이 있는 물질을 특정해 그것이 지구상에서의 생명을 유발했을 수 있음을 나타냈습니다.

Design of a minimal di-nickel hydrogenase peptide
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1990

Scientists identify substance that may have sparked life on Earth
https://phys.org/news/2023-03-scientists-substance-life-earth.html

Scientists identify substance that may have sparked life on Earth

생명의 기원에 관한 이론으로 '생명의 기원은 번개로 태어났다'는 실험이나 '진흙 속에서 태어났다', '솟아나는 열수로부터 태어났다' 등 태어난 장소와 현상에 대한 가설도 있습니다. 한편 생명에 필수적인 단백질이나 DNA를 기원으로 하는 사고방식도 주요한 가설이 되고 있는데 'DNA와 단백질의 양쪽 모두의 합성에 관련되어 있는 RNA가 생명 탄생의 계기'라는 RNA 월드 가설과 '더 단순한 분자에서 시작되었다'는 단백질이나 생명을 촉진하는 대사 시스템에 주목한 '대사 우선 모델'이라는 가설도 있습니다. 라트가스 대학의 연구는 이 '대사 우선 모델'에 가깝고 대사의 기원이 되는 단순한 물질을 발견했다고 연구팀은 발표했습니다.

과학 저널의 Science Advances에 게재된 논문에서는 무산소 상태인 원초의 지구에서 생명이 살기 위한 대사 프로세스에는 수소가 필요하고 수소가스를 활성화하는 효과가 있는 효소인 hydrogenase가 생명의 조상이라는 연구도 있습니다. 그러나 현존하는 hydrogenase는 수백 개의 아미노산과 복수의 보조인자로 이루어진 복잡한 구성이기 때문에 연구팀은 더욱 작고 단순한 성분의 물질이 있다고 가정하고 '니켈백'이라고 명명한 후 13개의 아미노산으로 이루어진 니켈 결합 펩티드를 설계하여 실험을 했습니다. 그 결과 "생명의 대사에 관여하는 현대의 효소는 매우 복잡하지만 초기 지구에서는 단순한 펩티드 전구체이며 거기에서 진화했을 가능성이 높다"고 나타났습니다. 아래의 이미지는 니켈백의 모델을 다른 천연효소와 비교한 것으로 왼쪽이 hydrogenase, 중앙이 니켈백, 오른쪽이 대형이고 복잡한 단백질의 카르복실산 합성효소(ACS)입니다.

연구자들은 니켈을 초기 해양에 풍부하게 존재하는 금속이라고 추정하고 있으며 니켈이 펩티드와 결합함으로써 니켈원자가 촉매가 되어 수소가스를 생성함으로써 대사를 촉진하기 위한 중요한 에너지원인 수소를 초기 지구에서도 풍부하게 발생시킬 수 있었다고 보았습니다.

라트가스 대학의 첨단생명공학 및 의학센터 연구원인 비카스 난다 씨는 이 연구에 대해 “과학자 중 일부는 35~38억 년 전 사이에 터닝포인트가 있었다고 생각합니다. 이 시점에서 생명 전 분자에 대한 프리바이오틱스 과학에서 생물학적 시스템으로의 변화가 시작되었습니다. 이 변화는 고대의 대사반응에서 중요한 역할을 하는 작은 펩티드 전구체에 의해 일어난 것으로 생각됩니다”라고 설명했습니다.

이 연구는 라트가스 대학이 이끄는 팀과 NASA의 우주생물학 프로그램이 협력하여 실행되고 있으며 NASA의 과학자는 우주에 있는 새로운 생명체의 징후를 나타내는 '바이오 시그니처'를 찾고 있습니다. 2020년 11월에는 NASA의 과학자팀이 토성의 위성 '타이탄'에 '생명을 형성할 수 있는 탄소화합물'을 바이오 시그니처로 발견했습니다. 난다 씨에 따르면 니켈백과 같은 펩티드도 생명이 탄생하는 행성을 검출하기 위한 바이오시그니처가 될 수 있기 때문이라고 합니다.

Detection of Cyclopropenylidene on Titan with ALMA - IOPscience
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/abb679

‘Weird’ Molecule Discovered in Titan’s Atmosphere | NASA
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-scientists-discover-a-weird-molecule-in-titan-s-atmosphere/

‘Weird’ Molecule Discovered in Titan’s Atmosphere

또 난다 씨는 “생명의 기원에 대해서는 많은 이론이 있지만 이러한 아이디어를 실제 실험실에서 테스트한 예는 거의 없습니다. 이 연구는 단순한 단백질의 대사효소가 존재할 수 있다는 것뿐만 아니라 그들이 매우 안정적이고 매우 활동적임을 보여주며 생명의 출발점으로서 그럴듯한 설명이 되고 있다”고 연구의 가치를 평가했습니다. 또한 니켈백을 비롯한 금속 펩티드가 산화환원 반응 등의 많은 반응에서 촉매가 될 가능성을 조사함으로써 주요 고대의 대사반응 네트워크에 대해 펩티드의 기원을 여러 개 규명할 것으로 기대됩니다.