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40억 년 전, 외계인이 태양계를 지나쳤다면 "생명체가 살 만한 곳"으로 지목한 행성은 지구가 아니라 화성이었을지도 모릅니다. 처음 이 이야기를 접했을 때 저는 솔직히 말도 안 된다고 생각했는데, 데이터를 하나씩 따라가다 보니 반박할 근거가 없었습니다. 화성 운석과 지구 미생물학이 교차하는 지점에서 생명의 기원을 다시 읽어봤습니다.
화성에 자기장이 있었다는 증거
화성이 죽은 행성이라는 건 누구나 알고 있습니다. 그런데 "언제부터 죽었냐"는 질문은 전혀 다른 이야기입니다. 제가 이 주제에 처음 빠져든 것도 바로 이 질문 때문이었습니다.
화성 궤도를 돌고 있는 탐사 위성들이 고대 암석을 분석한 결과, 자성 광물들이 일정한 방향으로 줄지어 배열된 흔적이 확인됐습니다. 이것을 잔류자기(Remanent Magnetism)라고 하는데, 쉽게 말해 암석이 굳을 당시 그 주변에 자기장이 존재했다는 일종의 '화석 증거'입니다. 지구에서도 해저 확장 지역의 암석에서 똑같은 방식으로 과거 지자기를 읽어냅니다.
자기장이 있었다는 것은 단순히 나침반이 작동했다는 뜻이 아닙니다. 행성 내부에서 액체 금속이 대류하는 다이나모(Dynamo) 효과가 있어야 자기장이 형성됩니다. 내부가 뜨겁게 살아 있었다는 뜻이고, 화산 활동이 활발했다는 의미이기도 합니다. 화산 가스에서 가장 많은 비중을 차지하는 성분은 수증기입니다. 결국 자기장의 흔적 하나가 "그때 화성에는 물이 있었다"는 결론으로 자연스럽게 이어집니다.
실제로 화성 지형에는 물이 흘러간 계곡의 흔적이 남아 있고, 광물 분석에서는 물에 의해 풍화된 점토 광물도 확인됩니다. 제가 직접 관련 논문 몇 편을 찾아봤는데, 지구의 퇴적암과 구별하기 어려울 정도로 유사한 층상 구조가 화성에도 존재한다는 내용이 반복해서 등장했습니다. 그때는 화성이 지구보다 생명 가능성이 높았을 수도 있습니다.
- 잔류자기: 암석이 굳을 때 주변 자기장 방향을 기록한 흔적
- 다이나모 효과: 내부 액체 금속 대류로 자기장이 생성되는 현상
- 자기장 소멸 → 태양풍 직접 노출 → 대기 박리 → 물 증발 순으로 화성이 죽어갔을 가능성
바이오마커로 생명의 흔적을 읽는 방법
공룡 화석은 박물관에서 봐도 압도적입니다. 하지만 지구 최초 생명의 증거는 현미경 아래 탄화된 실 몇 가닥이 전부입니다. 저는 솔직히 이 부분이 처음에는 실망스러웠습니다. "이게 증거라고?"라는 생각이 들었거든요. 그런데 알고 보니 모양보다 훨씬 정밀한 방법이 따로 있었습니다.
그것이 바로 바이오마커(Biomarker)입니다. 특정 생물만 만들어내는 화학 물질을 추적해서 생명의 존재를 간접적으로 증명하는 방식입니다. DNA가 가장 확실한 바이오마커이지만 최대 100만 년 정도밖에 보존되지 않아 수십억 년 전 역사에는 쓸 수 없습니다. 대신 지질(Lipid), 즉 지방 계열 분자는 화학적으로 매우 안정적이어서 훨씬 오래 남습니다. 콜레스테롤 같은 분자의 변형된 형태가 수억 년 된 퇴적층에서 발견되기도 합니다.
동위원소(Isotope) 분석도 중요한 도구입니다. 동위원소란 같은 원소지만 중성자 수가 달라 질량이 약간 다른 원자를 말하는데, 생명체는 화학 반응 과정에서 가벼운 동위원소를 선호하는 경향이 있어서 퇴적층 안의 탄소 동위원소 비율만 봐도 당시 생명 활동이 있었는지 추정할 수 있습니다. 이 방법은 화성 운석 분석에도 그대로 적용됩니다.
제 경험상 이건 좀 다릅니다. 처음 바이오마커 개념을 접했을 때는 "화학 물질 몇 개로 생명을 증명한다고?"라며 반신반의했는데, 동위원소 비율까지 더해지면 가능한 해석이 생각보다 많이 좁혀집니다. NASA의 화성 탐사 로버 퍼시비어런스(Perseverance)가 열심히 암석 샘플을 모으고 있는 것도 결국 이 바이오마커를 지구로 가져와 정밀 분석하기 위해서입니다(출처: NASA Mars 2020 Mission).
대산소사건이 지구를 바꾼 방식
산소가 처음부터 지구에 있었다고 생각하는 분들이 많습니다. 저도 그랬습니다. 그런데 지구 역사 45억 년 가운데 약 25억 년 전까지 대기 중 산소 농도는 거의 0에 가까웠습니다. 지금 우리가 숨 쉬는 공기의 21%를 차지하는 산소는 철저히 생명체가 만들어낸 결과물입니다.
이 전환점을 대산소사건(Great Oxidation Event, GOE)이라고 부릅니다. 약 24~25억 년 전, 시아노박테리아(Cyanobacteria)가 광합성을 통해 산소를 대량 방출하기 시작하면서 대기 조성이 근본적으로 바뀐 사건입니다. 시아노박테리아란 엽록소를 가진 원핵생물로, 지구 최초로 물을 분해해 산소를 만들어낸 미생물입니다.
단, 산소를 만들기만 한다고 농도가 올라가지는 않습니다. 생산된 산소는 호흡으로 바로 소비될 수 있기 때문입니다. 결정적인 역할을 한 것은 지질학적 과정이었습니다. 세포가 죽어 가라앉고 퇴적물에 깊이 매몰되면 유기물이 산소와 더 이상 반응하지 못하는 상태, 즉 탄소 격리(Carbon Sequestration)가 일어납니다. 생물학적 생산과 지질학적 격리가 맞물린 결과로 산소 농도가 비로소 올라갈 수 있었습니다(출처: Nature Geoscience, GOE 관련 연구).
이 사건은 기존 혐기성 미생물들에게는 재앙이었습니다. 산소에 저항하는 효소를 갖지 못한 생물들은 산소가 없는 환경, 즉 갯벌 깊은 곳이나 동물의 내장 속으로 밀려났습니다. 우리 내장에 메탄을 만드는 미생물이 지금도 살고 있는 이유입니다. 이 부분은 제가 특히 인상 깊게 받아들인 내용입니다. 인간의 소화 기관이 40억 년 전 지구의 대기 조건을 간직한 작은 피난처라는 사실이 생각할수록 기묘합니다.
자주 묻는 질문
Q. 화성에 정말 생명체가 있었을 가능성이 있나요?
A. 현재까지 "확정적 증거"는 없습니다. 다만 물의 흔적, 유기 분자, 자기장의 잔류자기 등 정황 증거가 꾸준히 누적되고 있습니다. 과학계에서는 생명이 없었다고 단정하기도 어렵다는 분위기가 점차 강해지고 있는 상황입니다.
Q. 바이오마커가 화성 탐사에서 실제로 쓰이나요?
A. 네, 퍼시비어런스 로버가 수집 중인 암석 샘플의 핵심 분석 대상이 바이오마커입니다. 로버 현지에서의 분석에는 한계가 있어, 샘플을 지구로 가져와 정밀 분석하는 Mars Sample Return 미션이 추진되고 있습니다. 다만 예산 문제로 일정이 계속 조정되고 있는 상태입니다.
Q. 대산소사건 이전에 살던 미생물은 다 죽었나요?
A. 전멸하지는 않았습니다. 산소가 없는 환경, 예를 들어 갯벌 깊은 층이나 동물 내장 등으로 밀려나 지금도 살아가고 있습니다. 공룡처럼 완전히 사라진 대멸종과는 성격이 다릅니다.
Q. 화성이 지구처럼 살아있는 행성이 되지 못한 가장 큰 이유가 뭔가요?
A. 크기가 가장 큰 요인으로 꼽힙니다. 화성은 지구보다 작아서 내부 에너지를 빠르게 잃었고, 그 결과 자기장과 판 구조 운동이 멈췄습니다. 자기장이 사라지자 태양풍이 대기를 벗겨냈고, 물은 결국 지하 점토 광물에 갇히거나 우주로 날아갔습니다.
결론
이 주제를 처음부터 끝까지 따라가면서 제가 느낀 건 하나였습니다. 생명이 살 수 있는 조건을 얻는 것보다 그 조건을 오래 유지하는 것이 훨씬 어렵다는 점입니다. 화성은 조건을 가졌다가 잃었고, 지구는 지금도 그 조건을 아슬아슬하게 붙들고 있습니다.
자기장, 바이오마커, 대산소사건이라는 세 개의 키워드는 결국 같은 질문으로 연결됩니다. "생명은 어디서 왔고, 지금도 우주 어딘가에 있는가?" 아직 답은 없지만, 질문이 점점 정교해지고 있다는 것만으로도 충분히 흥미롭습니다. 관심이 생겼다면 퍼시비어런스 미션의 샘플 귀환 소식을 주기적으로 확인해보시길 권합니다. 아마 그날이 이 긴 질문에 가장 가까운 답이 나오는 순간이 될 것입니다.