실험실에서의 창조

운석의 철분이 생명의 기원에 어떻게 기여했을 수 있었는지

한 가지는 확실합니다. 지구상의 생명체는 지구의 역사 초기에 나타났습니다. 최초의 유기 분자가 어디서, 어떻게 형성되었는지에 대한 질문에 대한 구체적인 답은 거의 없습니다. 한 가지 대중적인 이론은 생명체의 번식지가 바다 깊은 곳의 열수 분출구였다고 가정합니다. 연구자들은 지구 생명의 기원에 대한 새로운 그럴듯한 시나리오인 운석을 제안하고 있습니다. 여기에 들어 있는 철은 생명체의 첫 번째 구성 요소를 형성하는 데 결정적인 역할을 했을 수도 있습니다.

Campo del Cielo 철운석의 작은 조각. 운석을 부분적으로 녹여 여기에 보이는 매끄러운 표면을 생성한 동일한 강렬한 열은 또한 철을 증발시키고 제거하여 작은 나노미터 크기의 입자를 생성했을 것입니다. 이 입자들은 초기 지구에서 생명의 구성 요소를 생산하는 촉매제 역할을 했을 수 있습니다.

© O. 트랩

막스 플랑크 천문학 연구소와 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학의 연구원들은 운석과 화산재를 이용한 실험을 통해 초기 지구의 조건에서 유기 분자가 형성될 수 있었던 새로운 방식을 보여주었습니다. 여기서 중요한 역할은 촉매 역할을 하는 운석과 화산재의 철 입자가 담당합니다. 촉매는 특정 화학 반응을 가속화하지만 그 과정에서 소모되지 않는 물질입니다. 그런 점에서 그것들은 예를 들어 자전거 한 대가 아니라 여러 대를 만드는 데 사용되는 도구와 유사합니다.

이 경우 이러한 철 입자가 탄화수소, 아세트알데히드 또는 포름알데히드를 포함하여 이산화탄소가 풍부한 원시 대기에서 최초의 유기 분자의 형성에 기여했을 가능성이 있습니다. 이러한 물질은 차례로 지방산, 핵염기(그 자체가 DNA의 구성 요소), 당 및 아미노산의 구성 요소입니다. 이 유기 분자는 더 복잡한 유기체의 구성 요소입니다. 그들의 형성은 지구에 생명을 가져온 일련의 사건 중 첫 번째 초기 단계였습니다. 최초의 진핵세포가 형성되는 데는 약 20억년이 걸렸습니다.

연구의 주요 영감은 무엇보다도 산업 화학에서 나왔습니다. 일산화탄소와 수소는 금속 촉매의 도움으로 탄화수소로 전환될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 과정을 Fischer-Tropsch 과정이라고 합니다. 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학교 교수이자 막스 플랑크 천문학 연구소의 막스 플랑크 연구원인 올리버 트랩(Oliver Trapp)은 이 과정이 이산화탄소가 풍부한 대기를 가진 초기 지구에서도 일어날 수 없었을지 궁금해했습니다. 철, 니켈, 일부 코발트 및 소량의 이리듐으로 구성된 Campo-del-Cielo 철 운석의 화학적 조성을 보고 나는 이것이 완벽한 Fischer-Tropsch 촉매라는 것을 즉시 깨달았습니다."라고 Trapp은 설명합니다. 논리적인 다음 단계는 Fischer-Tropsch의 우주 버전을 테스트하는 실험이었습니다.

막스 플랑크 천문학 연구소의 직원인 드미트리 세메노프(Dmitry Semenov)는 화산재를 활용했습니다. "올리버가 자신의 아이디어에 대해 나에게 말했을 때, 나의 첫 번째 생각은 화산재 입자의 촉매 특성도 연구해야 한다는 것이었습니다. 결국, 초기 지구는 지질학적으로 활동적이었음에 틀림없다." 대기와 지구 최초의 육지에는 미세한 화산재 입자가 많이 있었어야 했습니다.

Trapp의 박사 과정 학생인 Sophia Peters는 박사 과정의 일환으로 필요한 실험을 수행했습니다. 운석과 광물에 대한 접근과 그러한 물질 분석에 대한 전문 지식을 얻기 위해 그녀는 뮌헨 Mineralogische Staatssammlung의 운석 전문가인 광물학자인 Rupert Hochleitner에게 연락했습니다. 실험을 위해 그들은 철 운석의 철 입자, 철을 함유한 돌질 운석 또는 에트나 산의 화산재를 사용했습니다. 철 입자는 초기 지구에 존재했다고 추정되는 다양한 광물과 혼합되었습니다. 촉매는 일반적으로 적합한 기질에 작은 입자로 축적되기 때문에 이러한 미네랄은 지지 구조 역할을 했습니다.