반세기 이상 선반 위에 놓여 있던 고전적 실험의 데이터를 현대적 기법으로 분석한 결과, 지구상에서 첫 생명이 탄생하던 순간의
비밀을 밝힐 단서가 나온 것으로 밝혀져 화제다. 1952년 시카고 대학의 스탠리 밀러는 과학사에 있어서 가장 유명한 실험 중
하나를 실시했다. 그는 지구의 초기 대기와 같은 조성의 기체(수증기, 수소, 메탄, 암모니아 포함)가 가득 찬 플라스크에 전기
스파크(번개)를 반복적으로 발생시켜 보았다. 이 같은 상태가 1주 동안 지속된 결과, 가스의 상당부분이 유기화합물(단백질을
생성하는 데 필요한 다양한 아미노산 포함)로 전환되었는데, 이는 지구상에 하등생물이 탄생한 과정을 시사하는 것으로 해석되었다. 그
후 몇 년 동안 밀러는 동일한 장비와 절차를 이용하여 다양한 조성의 기체에 대하여 실험을 반복했다. 그런데 몇 가지 이유 때문에
실험의 결과는 선반에 놓여진 채 분석되지 않았는데, 밀러가 사망한 후 유품을 정리하는 과정에서 이러한 사실이 세상에 알려지기
시작했다.
2008년 일단의 과학자들은 밀러의 미발표 실험결과를 분석하여 학게에 보고했는데, 그 과정에서 반세기 동안 방치되었던
잔유물에서 22개의 아미노산이 발견되었으며, 그중 10개는 1952년 실험 당시에 탐지되지 않았던 새로운 것으로 밝혀졌다(참고논문
2). 이제 과학자들은 두 번째 단계로 1958년에 행해진 밀러의 다른 실험을 분석하는 작업에 착수하였다. 당시 밀러는 메탄,
암모니아, 이산화탄소, 황화수소의 혼합물 속에서 전기 스파크를 일으켰는데, 이러한 기체 조성은 초기 화산에서 뿜어져 나왔던 기체와
유사하기 때문에, 1952년 실험에서 사용됐던 가스보다 화산가스에 보다 근접한 것으로 생각된다. 그 결과 생성된 건조 슬러지는
유리 바이알에 담긴 채 두꺼운 박스 안에 넣어져, 실온에서 50년 이상 방치되어 왔다. 워싱턴 D.C, 소재 카네기 과학연구소의
헨더슨 짐 클리브스 박사(유기화학)는 이 슬러지를 (1950년 당시보다 10억 배 이상 감도가 뛰어난) 현대적 장비와 기법을
이용하여 분석했다.
PNAS 3월 21호(온라인판)에 기고한 논문에서, 클리브스 박사는 "1958년 실험의 잔유물에서는 23개의 아미노산이
발견됐는데, 그중 6개가 황을 포함하고 있다."고 밝혔다(참고논문 1). "내가 잔유물에서 발견한 아미노산에는 L형과 R형이
동일한 비율로 포함되어 있는데, 이는 잔유물에 포함된 유기화합물이 - 바이알에 침투한 미생물이 아니라 - 실험에 의해 생성되었다는
것을 시사한다. 왜냐하면 살아 있는 세포는 L형 아미노산 한 가지만을 만들고 사용하기 때문이다."라고 그는 덧붙였다. "클리브스
박사의 새로운 분석 결과가 주목을 받는 이유는 그가 발견한 아미노산의 가짓수가 1952년에 발견된 것보다 많기 때문만은 아니다.
더욱 중요한 것은, 그가 새로 발견한 `황을 포함하는 두 개의 아미노산`(시스테인, 메티오닌)이 생물의 대사과정에서 매우 중요한
역할을 하기 때문이다. 시스테인과 메티오닌은 1952년의 실험에서는 발견되지 않았다."라고 조지아 공대의 니콜라스 허드
박사(생화학)는 논평했다. (허드 박사는 이번 실험에 참여하지 않았다.)
클리브스 박사는 `황을 포함하는 아미노산` 외에도 트레오닌, 류신, 이소류신을 발견했는데, 이 역시 밀러가 실시한 다른
방전실험에서 발견되지 않은 것들로, 생물의 특정 대사과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. "클리브스 박사의 실험에서
풍부한 유기화합물이 발견된 것은, 1958년 밀러가 사용한 기체에 황화수소가 포함되어 있었기 때문인 것으로 보인다. 현재 `지구의
원시 대기를 구성한 기체가 정확히 무엇이었는가?`에 대해 많은 논란이 있지만, 대부분의 과학자들은 화산 분출물이 대기에
황화수소를 공급했을 것이라는 점에 대해 이의를 제기하지 않고 있다."고 허드 박사는 말했다.
`생명의 기원` 문제는 뜨거운 논쟁거리 중의 하나이며, 지구의 원시 수프(primordial soup)에 포함되어 있던
先생물적 화학물질(prebiotic chemicals)이 어디에서 유래했는지는 아직도 미스터리로 남아 있다. 일부 과학자들은
생물이 심해의 열수구(hydrothermal vents)에서 유래했다고 주장해 왔는데, 이곳은 따뜻하고, 화학적으로 활성이 있고,
미네랄이 풍부한 수프가 해저에서 용솟음쳐 나오는 곳이다. 한편 최근의 분석들은 상당수의 선생물적 화학물질이 - 밀러의 실험
결과와 마찬가지로 - 불꽃이 난무하고 수증기로 가득 찬 화산 분출물 속에서 생성되었다는 것을 암시하고 있다. 그러나 클리브스
박사의 실험 결과는 이러한 화학물질들이 운석을 통해 지구에 전달됐을 가능성도 함께 제기하고 있다. "밀러가 1958년에 사용했던
기체의 조성은 흥미롭게도 (탄소가 풍부한) 운석에서 검출된 성분의 조성과 거의 일치한다."고 클리브스 박사는 말했다.
<참고논문>
1. Henderson J. Cleaves et al,"Primordial synthesis of amines and
amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment", PNAS
March 21, 2011, Published online before print March 21, 2011, doi:
10.1073/pnas.1019191108(무료로 다운로드 가능)
2. Cleaves et al, "The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment",
Science 17 October 2008: Vol. 322 no. 5900 p. 404, DOI:
10.1126/science.1161527
