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판스페르미아설

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목차

1. 개요

판스페르미아설은 생명의 기원에 대한 가설로, 생명체가 지구에서 자연적으로 발생한 것이 아니라 우주 어딘가에서 기원하여 지구로 전파되었다는 주장을 담고 있다. 이 가설은 고대 그리스 철학자 아낙사고라스의 사상에서 그 기원을 찾을 수 있으며, 1908년 스반테 아레니우스에 의해 '판스페르미아'라는 명칭이 처음 사용되었다. 판스페르미아설은 행성 간 또는 별 시스템 간의 생명체 이동 가능성을 제시하며, 운송 수단, 방사 판스페르미아, 암석 판스페르미아, 의도적 판스페르미아, 유사 판스페르미아 등 다양한 형태로 분류된다. 최근 연구에서는 국제 우주 정거장에서의 실험과 소행성 류구에서 채취한 샘플 분석을 통해 판스페르미아설을 검증하려는 시도가 이루어지고 있다.

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판스페르미아설

2. 역사

판스페르미아설은 생명의 기원이 지구가 아닌 다른 천체에서 유래하여 운석이나 혜성 등을 통해 지구로 전달되었다는 가설이다. 이 아이디어는 고대 그리스까지 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있다.

기원전 5세기 그리스 철학자 아낙사고라스는 우주에 생명의 씨앗이 가득하며 지구 생명이 여기서 유래했다고 주장한 바 있다.[17][18] 그러나 이 아이디어는 아리스토텔레스의 자연 발생설 주장과 중세 유럽의 종교적 관념 등으로 인해 오랫동안 주류 학계에서 벗어나 있었다.

19세기에 찰스 다윈의 진화론과 루이 파스퇴르의 자연 발생설 부정을 계기로 과학계에서 생명의 기원에 대한 관심이 높아지면서 판스페르미아설이 다시 주목받기 시작했다.[14][22] 켈빈 경은 1871년 생명체가 운석을 통해 지구로 전달되었을 가능성을 제기하며 현대적 논의의 문을 열었다.[14][23]

'판스페르미아'(πανσπερμία|판스페르미아el)라는 용어는 "모든 종류의 씨앗이 섞여 있음"을 의미하는 고대 그리스어에서 유래했지만[72], 생명의 씨앗이 우주 전체에 존재하며 다른 행성에서 지구로 유입될 수 있다는 현대적 의미는 19세기 중반 이후 정립되었다.[72]

20세기 초, 스웨덴 과학자 스반테 아레니우스는 판스페르미아설을 체계화하고 대중화하는 데 기여했다.[73][14][19] 그는 생명의 씨앗(포자 등)이 항성의 빛 압력(복사압)으로 우주를 이동할 수 있다는 '광 판스페르미아' 가설을 제시했고,[19][74] 기존의 운석 전달 가설은 '암석 판스페르미아'로 구분되었다.[74] 아레니우스의 가설은 생명체가 우주의 극한 환경, 특히 우주 방사선과 저온을 견뎌야 한다는 과제를 안고 있었다.[25]

이후 프레드 호일과 찬드라 비크라마싱게는 혜성이 생명 전파에 중요한 역할을 했을 가능성을 제기했고,[14][20][26] 프랜시스 크릭과 레슬리 오겔은 외계 지적 생명체가 의도적으로 생명의 씨앗을 보냈다는 '의도적 판스페르미아' 가설을 제안하기도 했다.[73][76]

1970년대 이후 우주 탐사가 활발해지면서 판스페르미아설을 검증하려는 노력이 이어지고 있다. 화성 운석의 발견, 국제 우주 정거장(ISS)에서의 미생물 생존 실험,[77][78] 운석 내 유기 분자 발견[84][85] 등은 판스페르미아설의 가능성을 탐구하는 과학적 근거를 제공하고 있다.[28][16][15]

2. 1. 고대 및 중세

생명의 기원이 하늘에서 뿌려진 씨앗이라는 신앙으로서의 판스페르미아설은 고대 이집트 시대(기원전 27세기~기원전 22세기)까지 거슬러 올라간다. 초기 힌두교나 유대교, 기독교의 영지주의에서도 유사한 믿음을 찾아볼 수 있듯이 유사 이래 오래된 신앙 중 하나이다.[71]

판스페르미아설의 선구적인 아이디어는 기원전 5세기 그리스 철학자 아낙사고라스에게서 찾을 수 있다.[17] 그는 우주가 생명으로 가득 차 있으며, 지구의 생명은 이러한 외계의 "생명의 씨앗"이 떨어진 것에서 시작되었다고 주장했다.[18]

그러나 고대 그리스의 아리스토텔레스가 자연 발생설을 주장하면서 아낙사고라스의 생각은 잊혔다. 아리스토텔레스는 생명에 관한 다수의 관찰을 바탕으로, 생명은 기본적으로 부모로부터 태어나지만 흙탕물에서 뱀장어 새끼 등이 나오는 것을 보고 "일부는 흙탕물에서 태어나기도 한다"는 설을 제창했다. 당시 학술계에서 정점에 있던 아리스토텔레스의 설이 널리 받아들여진 결과, 판스페르미아설은 잊혔다.

중세 유럽의 사상계에서는 판스페르미아설이 《구약성서》의 첫 장인 창세기에 기록된 천지 창조 이야기와 모순된다는 이유로 받아들여지지 않았다.

2. 2. 19세기

19세기에 들어 판스페르미아설은 다시 주목받기 시작했다. 1859년 찰스 다윈이 생물학적 진화론을 확립하고, 1860년대 루이 파스퇴르가 실험을 통해 자연 발생설을 부정하면서 지구상 생명의 기원 문제가 과학계의 중요한 화두로 떠올랐다.[14][22] 다윈의 진화론은 생명이 어딘가에서 시작되었음을 암시했지만 그 기원을 명확히 설명하지는 않았고, 파스퇴르의 실험은 생명이 무생물로부터 저절로 생겨날 수 없다는 것을 보여주었다. 이는 생명이 지구가 형성된 이후 비생물학적 물질로부터 진화했어야 하지만, 자연 발생은 불가능하다는 모순적인 상황을 제시했다.

이러한 배경 속에서 켈빈 경(윌리엄 톰슨)은 1871년 영국 과학 진흥 협회 연설에서 판스페르미아설을 현대적인 맥락에서 제기한 주요 인물 중 하나이다. 그는 마치 씨앗이 바람에 의해 퍼져나가듯, 생명체를 품은 운석이 지구에 떨어져 생명이 시작되었을 수 있다는 아이디어를 제시했다.[14] 그는 생명은 오직 기존의 생명체로부터만 유래할 수 있으며, 이는 물질이 생성되거나 파괴되지 않는다는 질량 보존의 법칙과 유사한 근본적인 원리라고 주장했다.[23]

켈빈 경의 주장은 당시로서는 매우 대담한 것이었기에 상당한 비판에 직면했다. 특히 독일의 천체물리학자 요한 졸너는 운석에 실린 유기체가 대기권 진입 과정에서 발생하는 엄청난 마찰열을 견디고 살아남는 것은 불가능하다고 반박했다.[14][24] 그러나 켈빈 경의 동료였던 독일의 물리학자 헬름홀츠는 켈빈 경의 설을 옹호했다. 그는 운석의 중심부 온도는 급격히 상승하지 않으며, 설령 운석 표면이나 대기권 돌입 시 깨진 조각에 있던 미생물이라도 마찰로 인해 떨어져 나와 천천히 낙하하면 충격이 크지 않아 생존할 가능성이 있다고 주장했다.

한편, '판스페르미아(panspermia)'라는 용어 자체는 고대 그리스어에서 유래했지만, 현대적인 과학 가설로서의 의미는 19세기에 정립되기 시작했다. 1842년 프랑스의 한 사전(Ac. Compl.)에서는 이 용어를 "생명체의 씨앗(germs)이 우주 전체에 존재한다는 이론"으로 설명하며[72], 이는 오늘날 우리가 이해하는 판스페르미아설의 기본적인 개념과 유사하다.

2. 3. 20세기

1903년 스웨덴의 과학자 스반테 아레니우스는 판스페르미아 가설을 현대적으로 발전시켰다.[73] 그는 생명체가 우주 어딘가에 항상 존재해왔다고 믿었으며, 생물 기원설에는 실험적 근거가 부족하다고 보았다.[19] 1908년 아레니우스는 저서 Das Werden der Welten|세계의 생성de에서 생명의 씨앗(예: 박테리아 포자)이 운석에 붙지 않고도 항성에서 나오는 빛의 압력, 즉 복사압(광압)에 의해 우주 공간을 이동할 수 있다는 '광 판스페르미아'(Radiopanspermiede)[74] 가설을 제시했다.[19][74] 그는 태양 복사가 매우 작은 유기체를 밀어낼 수 있는 힘을 가질 수 있다고 보았고,[19] 카를 슈바르츠실트의 계산을 인용하며 태양 복사에 가장 영향을 받는 구체의 직경이 160nm 정도라고 언급했다.[74] 이는 당시 알려진 최소 미생물 크기(200nm~300nm)와 유사한 값이다.[74] 아레니우스는 또한 미생물이 우주의 극한 환경, 예를 들어 해왕성 대기의 추정 온도인 -220°C에서도 생존할 수 있다고 주장했다. 그는 실험을 통해 미생물이 액체 공기의 -200°C 온도에서 6개월 이상 생존함을 보였고, 낮은 온도에서는 생명 과정이 느려져 10°C에서 하루 만에 사멸하는 미생물도 -220°C에서는 300만 년 동안 생존할 수 있다고 계산했다.[74] 아레니우스의 광 판스페르미아설과 대비하여, 운석에 의해 생명의 씨앗이 옮겨진다는 기존의 가설은 '탄환 판스페르미아'(ballistic-panspermia영어) 또는 '암석 판스페르미아'(lithopanspermia영어)[74]라고 불린다. 이 가설들은 모두 생명체가 우주 공간의 혹독한 조건, 특히 우주 방사선과 극한의 온도를 견뎌야 한다는 과제를 안고 있었다.[25]

프레드 호일과 찬드라 비크라마싱게는 생명의 외계 기원설을 지지하며 두 가지 근거를 제시했다. 첫째, 생명 탄생에 필요한 조건이 지구보다 다른 곳에서 더 유리했을 수 있다는 점, 둘째, 지구 생명체가 지구 내 기원만으로는 설명하기 어려운 특성을 보인다는 점이다.[14][20] 호일은 성간 먼지의 스펙트럼 분석을 통해 우주에 상당량의 유기물이 존재하며, 이것이 더 복잡한 생명 분자의 구성 요소라고 주장했다.[26] 그는 이러한 화학적 진화가 초기 지구보다는 혜성에서 일어났을 가능성이 높다고 보았다.[14][73] 더 나아가 호일과 비크라마싱게는 생명의 진화 과정에서 나타나는 유전 정보의 급격한 증가와 다양성이 혜성을 통해 우주에서 유입된 바이러스 물질에 의해 촉발되었을 수 있다고 주장했다.[20] 호일은 1978년 강연에서 주요 전염병 발생 시기와 혜성의 지구 근접 통과 사이에 연관성이 있다며, 일부 전염병이 혜성에서 유입된 물질 때문일 수 있다고 제안했으나,[27] 이 주장은 생물학계로부터 많은 비판을 받았다.

1972년[47](다른 자료에서는 1981년[73]), 노벨상 수상자인 프랜시스 크릭과 Leslie Orgel|레슬리 오겔영어은 '의도적 판스페르미아'(Directed panspermia영어)[76]라는 더욱 과감한 가설을 제안했다. 이는 외계의 고등 지적 생명체가 의도적으로 지구에 생명의 씨앗을 보냈다는 주장이다.[47][73] 크릭과 오겔은 당시 다른 판스페르미아 가설들의 설득력이 약하다고 보고 이 대안을 제시했지만,[47] 오겔 자신은 이 주장을 매우 진지하게 받아들이지는 않았다고 알려져 있다.[48] 그들은 과학적 증거가 부족함을 인정하면서도, 몇 가지 간접적인 근거를 제시했다. 예를 들어, 현재 지구 생물에게 필수적인 미량 원소인 몰리브덴은 지구 지각에는 매우 드문 반면, 크롬이나 니켈은 풍부하지만 생명 활동에 핵심적인 역할을 하지 않는다. 이는 생명이 몰리브덴이 풍부한 다른 환경에서 기원했을 가능성을 시사한다고 보았다.[76] 또한, 지구상 모든 생물의 유전 암호가 놀라울 정도로 보편적이라는 사실은, 단 하나의 기원에서 유래하여 퍼져나갔다는 가설, 즉 외계에서 온 '씨앗'에서 모든 생명이 시작되었다는 주장을 뒷받침할 수 있다고 생각했다.[47][76] 이론적으로 이 가설은 약 40억 년 전 최초 미생물의 유전체에 외계 문명이 의도적으로 남긴 '서명' 메시지를 발견함으로써 증명될 수 있지만,[50] 오랜 시간 동안 돌연변이와 자연 선택에 의해 그러한 메시지가 보존될 수 있는 메커니즘은 알려져 있지 않다.[51] 유사한 맥락에서 토마스 골드는 지구 생명이 외계인이 버리고 간 '우주 쓰레기'에서 우연히 시작되었을 가능성을 제기하기도 했다.[49] 이러한 가설들은 종종 과학 소설처럼 여겨지기도 한다.[76]

2. 4. 현대의 연구

1970년대 이후 새로운 행성 탐사 시대가 열리면서, 데이터를 활용하여 판스페르미아설을 시험하고 검증 가능한 이론으로 발전시키려는 노력이 이루어지고 있다.[28][16][15]

지구 저궤도에서의 시뮬레이션 연구는 미생물과 같은 단순한 생물이 우주 공간으로의 방출, 대기권 진입, 그리고 행성 표면과의 충돌 과정에서도 생존할 수 있음을 시사한다.

2008년부터 2015년까지 국제 우주 정거장(ISS) 외부에서는 세 차례에 걸쳐 우주 생물 실험(EXPOSE)이 수행되었다. 이 실험에서는 다양한 종류의 생체 분자, 미생물, 그리고 이들의 포자를 약 1.5년 동안 우주의 강한 태양 복사와 진공 상태에 노출시켰다. 실험 결과, 일부 생물은 상당히 오랜 기간 동안 비활동 상태로 생존했으며,[77] 특히 모의 운석 물질에 의해 보호된 샘플들은 암석을 통해 생명체가 행성 간 이동할 수 있다는 암석 판스페르미아(lithopanspermia) 가설의 가능성을 뒷받침하는 실험적 증거를 제공했다.[78]

2015년 11월에는 서호주에서 약 41억 년 전에 형성된 암석에서 생물의 유해가 발견되었다는 연구 결과가 발표되었다. 이는 지구가 형성된 지 약 4억 년밖에 되지 않은 매우 이른 시기에 생명체가 존재했을 가능성을 보여준다.[79] 연구자들은 "만약 생명체가 지구상에서 비교적 빠르게 출현했다면, 우주 전체에서 생명체가 흔하게 존재할 가능성이 있다"고 언급하며 판스페르미아설의 가능성을 시사했다.[80]

2018년 4월, 러시아 연구팀은 ISS 외부 표면에서 채취한 샘플에서 육상 및 해양 세균의 DNA를 발견했다고 발표했다. 이 DNA는 바렌츠해와 카라해 연안 지역의 표층 미소층(surface microlayer)에서 관찰된 세균의 DNA와 유사했다. 연구팀은 이러한 발견이 "ISS에 부착된 세균뿐만 아니라, 지구의 야생 육상 및 해양 세균 역시 성층권과 전리층을 거쳐 우주 공간으로 이동했을 가능성, 혹은 이들 모두가 궁극적으로 우주에서 기원했을 가능성"을 시사한다고 결론지었다.[81]

같은 해 10월, 하버드 대학교의 천문학자들은 물질과 잠재적으로 휴면 상태의 포자가 은하 간의 광대한 거리를 넘어 교환될 수 있다는 분석 모델을 제시했다. 이들은 "은하 판스페르미아"라고 명명한 이 과정을 통해 생명체가 태양계의 규모를 훨씬 넘어서 전파될 수 있다고 주장했다.[82]

2017년 하와이의 팬스타스(Pan-STARRS) 망원경에 의해 발견된 오무아무아(Oumuamua)는 태양계 외부에서 온 최초의 성간 천체로 확인되었다.[66] 쌍곡 궤도를 그리며 태양계를 통과한 이 천체의 발견은 태양계와 외부 행성계 사이에 지속적인 물질적 연결이 존재함을 확인시켜 주었다.[83] 천문학자 아비 로브(Avi Loeb)는 오무아무아가 외계 문명의 인공물일 수 있으며, 어쩌면 의도적으로 생명의 씨앗을 퍼뜨리는 지향적 배종설(directed panspermia)의 증거일 수 있다는 추측을 제기하기도 했으나,[67] 다른 연구자들은 이 가능성을 낮게 평가했다.[68]

2019년 11월, 후루카와 요시히로(古川 善博) 등이 이끄는 연구팀은 운석 내부에서 리보스를 포함한 당 분자를 처음으로 검출했다고 보고했다. 이는 소행성에서 일어나는 화학적 과정이 생명에 필수적인 일부 기본 생체 재료를 생성할 수 있음을 시사한다. 이 발견은 지구 생명의 DNA 기반 기원 이전에 RNA 월드가 존재했을 것이라는 가설을 뒷받침하며, 더 나아가 판스페르미아 가설의 가능성도 지지하는 것으로 해석될 수 있다.[84][85]

3. 주요 가설

판스페르미아설은 생명체가 지구에서 자생적으로 발생한 것이 아니라, 우주 어딘가에서 기원하여 운석이나 혜성 등을 통해 지구로 운반되었다는 가설이다. 이 가설은 고대 그리스 철학자 아낙사고라스까지 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있으며,[17][71] 19세기 이후 과학계에서 본격적으로 논의되기 시작했다. 특히 스반테 아레니우스, 켈빈 경, 프레드 호일, 프랜시스 크릭 등 여러 과학자들이 다양한 형태의 판스페르미아설을 제안하고 발전시켜왔다.[14][19][20][47]

판스페르미아설은 생명체의 이동 범위와 운송 메커니즘에 따라 여러 세부 가설로 나뉜다. 일반적으로 동일한 항성계 내 행성 간 이동과 서로 다른 항성계 간 이동으로 구분할 수 있으며, 구체적인 운송 방식에 따라 다음과 같은 주요 가설들이 제시되었다.


  • '''방사 판스페르미아 (Radiopanspermia)''': 1903년 스반테 아레니우스가 제안한 가설로, 미생물과 같은 매우 작은 생명체가 별빛의 압력(복사압)에 의해 우주 공간을 이동하여 다른 행성계로 퍼져나갈 수 있다는 이론이다.[31][19][74]
  • '''암석 판스페르미아 (Lithopanspermia)''': 켈빈 경 등이 아이디어를 제시했으며, 생명체가 운석, 소행성, 혜성과 같은 암석 내부에 보호된 상태로 행성 간 또는 항성 간을 이동한다는 가설이다.[14][18][74] '탄환 판스페르미아'(ballistic-panspermia)라고도 불린다.[74]
  • '''의도적 판스페르미아 (Directed panspermia)''': 1972년 프랜시스 크릭과 레슬리 오겔이 제안한 가설로, 외계의 고등 지적 생명체가 의도적으로 생명의 씨앗을 지구를 포함한 다른 행성에 퍼뜨렸다는 이론이다.[47][73][76]
  • '''유사 판스페르미아 (Pseudo-panspermia)''': 생명체 자체가 아니라, 생명의 기본 구성 요소인 유기 화합물(아미노산, 핵염기 등)이 우주 공간에서 생성되어 운석 등을 통해 행성 표면으로 전달되었고, 이를 바탕으로 각 행성에서 생물 발생이 일어났다는 가설이다.[52][53]


이러한 가설들은 각각 생명체의 우주 생존 가능성, 이동 메커니즘의 타당성 등에 대한 과학적 논쟁과 검증 과정을 거치고 있다. 특히 우주 탐사 기술의 발달로 운석 분석, 우주 공간에서의 미생물 생존 실험 등이 가능해지면서 판스페르미아설에 대한 연구는 계속 진행 중이다.[33][78][84]

3. 1. 핵심 요건

판스페르미아설이 성립하기 위한 핵심적인 전제 조건은 다음과 같다.

# 생명체는 우주 어딘가에 항상 존재해 왔다.[18]

# 유기 분자는 우주에서 기원했으며, 지구를 포함한 여러 곳으로 퍼져나갔을 가능성이 있다.[14]

# 생명체는 이러한 유기 분자로부터 지구 외부의 환경에서 처음 생겨났다.[8]

# 지구 밖에서 기원한 생명체가 어떤 과정을 통해 지구로 운반되었다.[19]

현재 우주 공간에서 유기 분자가 생성되고 분포한다는 사실 자체는 널리 받아들여지고 있으며, 이를 유사 판스페르미아설이라고 부른다. 그러나 유기 물질에서 생명체가 우주에서 기원했다는 단계로 나아가는 것은 아직 가설 단계에 머물러 있으며, 현재 기술로는 검증하기 어렵다.

3. 2. 운송 수단

판스페르미아설은 생명체가 우주 공간을 통해 이동하여 다른 행성에 도달할 수 있다고 가정하며, 이러한 이동을 가능하게 하는 다양한 운송 수단이 제안되었다.

=== 자연적 운송 수단 ===

==== 운석 (리토판스페르미아) ====

리토판스페르미아는 생명체가 운석, 소행성, 혜성과 같은 암석 물질 내부에 실려 행성 간 또는 항성 간을 이동한다는 가설이다.[37] 1871년 켈빈 경은 씨앗이 바람에 날리듯 생명체가 운석을 통해 지구로 운반될 수 있다고 처음 제안했다.[14] 초기에는 운석이 대기권을 통과할 때 발생하는 마찰열 때문에 생명체가 생존하기 어려울 것이라는 비판이 있었으나,[14][24] 이후 운석 내부가 우주선으로부터 생명체를 보호할 수 있다는 주장이 제기되었다. 1980년대에 화성에서 유래한 운석이 지구에서 발견되면서, 천체 충돌을 통해 암석이 행성 간 이동이 가능하다는 사실이 밝혀지며 리토판스페르미아설은 더욱 주목받게 되었다.

운석 내부는 방사성 핵종의 붕괴열로 인해 얼음이 녹아 액체 상태의 물과 에너지가 공급되는 등, 국소적으로 생명체에 유리한 환경이 만들어질 수 있다는 가능성이 제기되었다.[15] 실제로 일부 운석에서는 과거 물에 의한 변질 흔적이 발견되기도 했다.[15] 소행성대에서의 충돌 등으로 인해 이러한 암석 조각이 우주 공간으로 방출되어 다른 행성에 도달할 수 있다.

리토판스페르미아가 성공하려면 미생물이 다음과 같은 극한의 과정을 거치며 생존해야 한다.[38]

단계주요 환경 조건생존 가능성 및 연구
행성 탈출극심한 충격 압력 (약 5~55 GPa), 가속도 (3 Mm/s2), 온도 상승 (1,000 ~ 1,000,000)[39]일부 극한 환경 미생물은 이러한 조건을 견딜 수 있는 것으로 나타남.[39]
우주 공간 이동진공, 극심한 온도 변화, 자외선 및 우주선 노출국제 우주 정거장(ISS) 외부 실험(EXPOSE) 등[77]에서 일부 세균 포자 등이 암석 보호 하에 생존 가능함 확인.[78] 생물막 형성이 보호 역할 가능.[41]
행성 대기권 진입고열, 마찰로 인한 암석 표면 절제(ablation)[42]암석 표면 생존 어려움 (특히 광합성 생물).[43][44] 암석 내부는 보호받아 생존 가능성 있음.[45]



리토판스페르미아는 태양계 내 행성 간 이동뿐 아니라, 항성 간 이동의 가능성도 제기된다. 트라피스트-1과 같이 행성 간 거리가 가까운 시스템에서는 지구-화성 간 이동보다 확률이 더 높을 수 있다는 연구 결과도 있다.[16] 더 나아가 은하 전체에 걸쳐 생명체가 퍼져나갈 수 있다는 "은하 판스페르미아" 가설[82]이나, 오무아무아와 같은 성간 천체의 발견[83]은 성간 물질 교환의 가능성을 시사한다. 최근 운석에서 RNA의 구성 요소인 리보스가 발견된 것은[84][85], 생명의 기본 재료가 우주에서 생성되어 운석을 통해 지구로 전달되었을 가능성을 뒷받침한다.

==== 세균 포자 및 식물 씨앗 ====

세균의 포자나 식물의 씨앗 역시 잠재적인 생명체 운반체로 여겨진다. 스반테 아레니우스는 작은 세균 포자가 항성의 복사압으로 인해 우주 공간을 이동할 수 있다고 보았다.[19] 세균 포자는 극한 환경에 대한 저항력이 강하며, 일부는 생물막을 형성하여 자외선 등으로부터 스스로를 보호하기도 한다.[41]

일부 식물의 씨앗 역시 극한의 추위와 진공 상태에 강한 내성을 보이며, 단파 자외선에도 저항하는 것으로 나타났다.[8] 이 씨앗들은 우주에서 직접 생성되기보다는 다른 행성에서 기원했을 것으로 추정된다. 설령 우주여행 중 씨앗이 손상되더라도 그 조각이 적합한 환경에 도달하면 새로운 생명체를 퍼뜨릴 수 있다는 가능성도 제기되었다.[8]

하지만 포자나 씨앗이 매우 긴 시간 동안 우주 공간에서 생존하고, 행성 대기권 진입 시의 고열을 견딜 수 있는지에 대해서는 여전히 논쟁이 있다.[25]

==== 혜성 ====

프레드 호일과 찬드라 비크라마싱게는 생명의 기원에 필요한 유기물이 혜성에서 생성되었거나, 혜성이 우주로부터 바이러스와 같은 유전 물질을 지구로 운반하여 생명 진화에 영향을 미쳤을 수 있다고 주장했다.[14][20][26] 호일은 과거 주요 전염병 발생 시기와 혜성의 지구 근접 통과 사이에 연관성이 있다고 주장하기도 했으나,[27] 이는 과학계, 특히 생물학자들로부터 비판을 받았다.

=== 인공적 운송 수단 ===

==== 우주 탐사선 ====

우주 탐사선은 의도치 않게 행성 간 미생물 교차 오염을 일으킬 수 있는 운송 수단이 될 수 있다. 우주 기관들은 행성 보호 지침에 따라 탐사선 제작 및 발사 과정에서 오염을 최소화하려 노력하지만,[29][30] ''Tersicoccus phoenicis''와 같이 클린룸 환경에서도 살아남는 미생물이 발견되기도 했다.[5][6] 이는 인간 활동에 의해 지구의 미생물이 다른 천체로 옮겨가거나, 혹은 외계 미생물(존재한다면)이 지구로 유입될 가능성을 시사한다.

3. 3. 방사 판스페르미아 (Radiopanspermia)

1903년 스반테 아레니우스가 처음 제안한 가설로, 별의 복사압(광압)에 의해 미생물과 같은 작은 생명체가 우주 공간을 통해 전파될 수 있다는 이론이다.[31][73] 아레니우스는 빛이 물질에 힘을 가하는 원리인 복사압을 이용하면 아주 작은 입자들이 별빛에 의해 행성계를 벗어나 다른 항성계까지 고속으로 이동할 수 있다고 보았다.[19] 그는 1908년에 출판한 저서 『세계의 생성』(Das Werden der Weltende)에서 이 가설을 "'''광 판스페르미아'''(Radiopanspermiede)"라고 명명했다.[74]

아레니우스는 입자의 크기가 1.5um 이하일 때 복사압의 추진 효과가 크다고 주장했다.[19] 이후 카를 슈바르츠실트는 계산을 통해 태양 복사에 가장 큰 영향을 받는 구체의 이상적인 직경이 약 160nm라고 추정했다.[74] 이는 당시 알려진 가장 작은 미생물의 크기(약 200nm~300nm, 현재는 약 200nm 미만으로 추정)와 비교적 가까운 값이다.[74] 그러나 이 메커니즘은 입자가 커질수록 효과가 급격히 감소하기 때문에, 내생포자와 같이 매우 작은 입자에만 적용될 수 있다는 한계가 있다.[19]

아레니우스의 '광 판스페르미아' 가설은 운석 등에 미생물이 붙어서 이동한다는 기존의 "'''탄환 판스페르미아'''(ballistic-panspermia)" 또는 "'''암석 판스페르미아'''(lithopanspermia)" 가설과는 구별된다.[74]

광 판스페르미아설이 성립하려면 미생물이 우주의 극한 환경, 특히 초저온 상태를 견뎌야 한다. 아레니우스는 미생물이 액체 공기 온도인 -200°C에서도 6개월 이상 생존할 수 있음을 실험을 통해 입증했다.[74] 그는 온도가 낮을수록 생명 활동이 느려진다는 점에 착안해, 실온 10도에서 하루 만에 죽는 미생물이 해왕성의 예상 온도인 -220°C에서는 300만 년 동안 생존할 수 있다고 계산했다.[74]

하지만 이 가설은 제안 초기부터 미생물 포자가 실제로 우주 공간의 혹독한 조건(초저온, 진공, 우주 방사선 등)을 견디며 행성 간 이동을 할 수 있을지에 대한 의문과 비판에 직면했다.[25] 특히 우주 방사선은 미생물에게 치명적인 영향을 줄 수 있다는 점이 주요 반론으로 제기되었다.

3. 4. 암석 판스페르미아 (Lithopanspermia)

암석 판스페르미아(Lithopanspermia)는 혜성이나 소행성과 같은 천체를 통해 암석 내부에 실린 미생물이 한 행성에서 다른 행성으로, 혹은 항성계 사이를 이동하여 생명을 전파한다는 가설이다.[18][74] 이는 스반테 아레니우스가 제안한, 미생물 자체가 광압에 의해 우주 공간을 이동한다는 '광 판스페르미아'(Radiopanspermie|라디오판스페르미de)와는 구분되는 개념으로[74], '탄환 판스페르미아'(ballistic-panspermia)라고도 불린다.[74]

암석 판스페르미아 가설은 켈빈 경이 1871년 운석을 통해 생명체가 지구로 운반될 수 있다는 아이디어를 제안하면서 구체화되기 시작했다.[14] 하지만 당시에는 운석이 대기권을 통과할 때 발생하는 마찰열 때문에 유기체가 생존하기 어려울 것이라는 비판에 직면했다.[14][24] 이후 1980년대에 화성에서 유래한 운석이 지구에서 발견되고[46], 미생물이 극한 환경에서도 생존할 수 있다는 사실이 알려지면서 암석 판스페르미아설은 다시 주목받기 시작했다. 과학 저널 네이처와 사이언스 등에 미생물이 대기권 진입 시의 고열과 충격을 견딜 수 있다는 연구 결과가 발표되면서[45], 이 가설에 대한 과학적 검토가 본격화되었다.

암석 판스페르미아가 실제로 일어나기 위해서는 다음과 같은 세 가지 단계를 거쳐야 하며, 각 단계에서 미생물이 생존할 수 있는지에 대한 실험적 연구가 진행되고 있다.[38]

  • '''행성 배출''': 미생물이 살고 있는 암석이 소행성 충돌 등의 강력한 충격으로 모행성에서 우주 공간으로 튕겨 나가야 한다. 이 과정에서 암석은 극심한 충격 압력과 가속도, 온도 상승을 겪게 된다. 화성 운석 연구에 따르면, 배출 시 충격 압력은 약 5~55 GPa, 가속도는 3 Mm/s2, 저크는 6 Gm/s3에 달하며, 온도는 약 1 K에서 1000 K까지 상승할 수 있다.[39] 이러한 극한 조건에서도 일부 미생물은 생존할 수 있는 것으로 나타났다.[39]
  • '''우주 공간 이동 중 생존''': 행성에서 배출된 암석 속 미생물은 우주 공간의 혹독한 환경, 즉 초고진공, 극저온, 강력한 우주 방사선(자외선, X선 등)에 노출된 상태로 다른 행성까지 이동해야 한다.[32] 이오시프 시클로프스키와 칼 세이건 등은 우주 방사선이 미생물에게 치명적일 수 있다고 지적했다.[32] 실제로 저항성이 강한 미생물 포자라도 은하 우주 방사선으로부터 효과적으로 보호받으려면 최소 직경 1m의 암석이 필요한 것으로 추정된다.[35] 보호되지 않은 DNA나 RNA는 자외선과 우주 방사선에 의해 쉽게 파괴되며[34], 우주의 초고진공 자체도 DNA 손상을 유발할 수 있다.[36] 하지만 국제 우주 정거장(ISS) 외부에서 수행된 ERA, BIOPAN, EXOSTACK, EXPOSE 등의 실험 결과, ''바실루스 서브틸리스''와 같은 일부 미생물 포자는 점토나 운석 가루 등으로 태양 자외선으로부터 보호받을 경우, 우주 공간에서 최대 6년까지 생존할 수 있음이 확인되었다.[33][78] 또한, 미생물이 생물막을 형성하여 자외선에 대한 방어력을 높이는 생존 전략도 관찰되었다.[41]
  • '''행성 대기 진입''': 목적지 행성에 도달한 암석은 해당 행성의 대기권을 통과해야 한다. 이 과정에서 발생하는 마찰열로 인해 암석 표면이 녹거나 타는 대기 절제(ablation) 현상이 일어나며, 미생물은 이 열과 충격을 견뎌내야 한다.[42] 사운딩 로켓을 이용한 실험에서 ''B. subtilis'' 포자를 화강암에 접종하여 약 120km 상공까지 발사 후 초고속으로 대기권에 재진입시킨 결과, 암석 측면에 있던 포자는 생존했지만, 온도가 145°C까지 올라간 전면부의 포자는 사멸했다.[43] 광합성을 하는 시아노박테리아와 같이 암석 표면 가까이에 있어야 하는 유기체는 대기 절제로 인해 생존하기 어려울 수 있으며, STONE 실험에서도 시아노박테리아는 대기 진입 과정에서 생존하지 못했다.[44] 그러나 암석 깊숙한 곳에 있는 비광합성 유기체는 행성 배출 및 대기 진입 과정을 모두 견뎌낼 가능성이 있다.[45]


암석 판스페르미아는 행성 간 이동뿐만 아니라 항성계 간 이동의 가능성도 제기된다. 트라피스트-1 행성계 연구에서는 행성 간 암석 판스페르미아의 확률을 수학적으로 모델링했는데, 이 시스템에서는 지구-화성 간 시나리오보다 확률이 수십 배 더 높을 수 있다는 결과가 나왔다.[16] 이는 판스페르미아가 생명의 기원 자체를 설명하기보다는, 생물 발생을 촉진하는 요인일 수 있음을 시사한다. 만약 인접한 두 개 이상의 행성에서 생체 지표가 동시에 발견된다면, 이는 판스페르미아가 생명 확산에 중요한 역할을 했을 가능성을 뒷받침할 수 있지만, 아직 그러한 증거는 발견되지 않았다.[16]

더 나아가, 은하수 내에서 항성계 간 암석이나 얼음 천체가 교환될 수 있다는 수학적 분석도 있다.[28] 하버드 대학교 연구진은 "은하 판스페르미아"라는 개념을 통해 물질과 휴면 상태의 포자가 은하 간의 광대한 거리를 이동할 수 있다는 모델을 제시했다.[82] 쌍곡 궤도를 그리며 태양계를 통과한 오무아무아와 같은 성간 천체의 발견은 태양계와 외부 항성계 간의 물질 교환이 실제로 일어나고 있음을 보여주는 증거로 여겨진다.[83] 그러나 이러한 성간 이동이 실제로 생명체를 운반했는지, 그리고 그 생명체가 수백만 년 이상의 긴 여정을 견딜 수 있는지에 대한 증거는 아직 없다.[28]

암석 판스페르미아 가설을 뒷받침하는 간접적인 증거로는 운석에서 생명체의 구성 요소가 발견된 사례가 있다. 2019년, 후루카와 요시히로 연구팀은 운석 내부에서 RNA의 구성 요소인 리보스를 포함한 당 분자를 처음으로 검출했다고 보고했다.[84][85] 이는 소행성과 같은 천체에서 생명에 중요한 생체 재료가 화학적으로 생성될 수 있음을 시사하며, 지구 생명의 기원이 RNA 월드 가설과 관련될 수 있고, 판스페르미아를 통해 이러한 물질이 지구로 전달되었을 가능성을 제기한다.[84][85]

일본에서는 판스페르미아설을 검증하기 위한 민들레 계획이 진행 중이다. 도쿄약과대학의 야마기시 아키히코 교수가 이끄는 연구팀은 2015년부터 국제 우주 정거장(ISS) 키보 실험동 외부에 에어로겔을 설치하여 우주 먼지를 포집하고 있다. 이를 통해 우주 공간을 떠도는 미세 입자에 생명의 재료가 되는 유기 화합물이 포함되어 있는지, 그리고 미생물이 행성 간 이동을 견딜 수 있는지를 실험적으로 검증하고 있다.[87] 또한, 2018년 러시아 연구팀은 ISS 외부에서 지구의 바렌츠해와 카라해 연안에서 발견되는 것과 유사한 육상 및 해양 세균의 DNA를 발견했다고 보고하며, 이들 세균이 성층권에서 전리층으로 이동했거나, 혹은 우주에서 기원했을 가능성을 제기했다.[81]

하지만 암석 판스페르미아설은 여전히 해결해야 할 과제가 많다. 행성 배출, 우주 공간 이동, 대기 진입이라는 복잡한 과정을 모두 통과하여 미생물이 생존해야 한다는 점, 그리고 이러한 극한 조건에서 미생물이 얼마나 오랫동안 생존할 수 있는지에 대한 명확한 증거가 부족하다는 점[25] 등이 주요 반론으로 제기된다. 그럼에도 불구하고, 태양계 형성 초기에는 소행성 충돌이 빈번했으며 현재도 소행성대에서 충돌이 일어나고 있다는 점[46], 그리고 다양한 실험을 통해 미생물의 놀라운 생존력이 확인되고 있다는 점에서 암석 판스페르미아는 생명의 기원과 우주 생명체 존재 가능성을 탐구하는 중요한 가설 중 하나로 계속 연구되고 있다.

3. 5. 의도적 판스페르미아 (Directed panspermia)

노벨상 수상자인 프랜시스 크릭과 레슬리 오겔은 1972년에 의도적 판스페르미아(Directed panspermia) 가설을 처음 제안했다. 이는 생명체가 다른 행성의 고등 지적 존재에 의해 의도적으로 지구에 보내졌다는 내용이다.[47][73] 당시 방사성 판스페르미아나 암석 판스페르미아를 통해 생명체가 지구로 전달될 가능성이 낮다고 여겨졌기에, 크릭과 오겔은 이를 대안으로 제시했다. 다만 오겔은 이 주장을 매우 진지하게 여기지는 않았다고 알려져 있다.[48]

크릭과 오겔은 이 가설을 뒷받침할 직접적인 과학적 증거는 부족함을 인정하면서도 몇 가지 논거를 제시했다. 대표적으로 지구상 생물의 유전 암호가 놀라울 정도로 보편적이라는 점을 근거로 들었는데, 이는 모든 생물이 애초에 단 하나의 '씨앗'으로부터 유래했을 가능성을 시사한다고 보았다.[47][76] 또한, 지구 생물에게 몰리브덴은 필수 미량 원소이지만 지각에는 드문 반면, 상대적으로 풍부한 크롬이나 니켈은 생물학적으로 중요한 역할을 하지 않는다는 점을 지적했다. 이는 생명의 기원이 몰리브덴이 풍부한 다른 외계 환경일 수 있다는 가능성을 제기한다.[76] 크릭과 오겔은 '우주 가역성의 원리'를 통해, 만약 미래 인류가 기술적으로 다른 불모 행성에 생명을 퍼뜨리는 것이 가능하다면, 과거의 어떤 외계 지적 문명이 지구에 대해 동일한 행동을 했을 가능성도 배제할 수 없다고 주장했다.[47]

물리학자 토마스 골드 역시 외계 생명체가 오래전에 지구에 버린 '우주 쓰레기' 더미에서 우연히 생명이 시작되었을 수 있다는 유사한 아이디어를 제안하기도 했다.[49]

이론적으로 의도적 판스페르미아는 약 40억 년 전 최초 미생물의 유전체나 유전 암호 속에 외계 창조자가 의도적으로 삽입했을 수 있는 독특한 '서명(signature)' 메시지를 발견함으로써 입증될 수 있다.[50] 그러나 수십억 년에 걸친 돌연변이와 자연 선택 과정 속에서 그러한 메시지가 온전히 보존되었을 가능성은 매우 낮으며, 이를 막을 수 있는 알려진 생물학적 메커니즘은 없다.[51]

1970년대에는 생물 기원설과 판스페르미아설 모두 생명의 기원을 설명하는 유력한 가설로 간주되었으며, 크릭과 오겔 역시 어느 한쪽을 명확히 지지할 실험적 증거가 부족하다고 보았다.[18][47] 현재 과학계에서는 생물 기원설을 뒷받침하는 증거가 상대적으로 더 많이 축적된 반면, 의도적 판스페르미아를 포함한 판스페르미아 가설 전반에 대한 직접적인 증거는 여전히 부족하다.

3. 6. 유사 판스페르미아 (Pseudo-panspermia)

유사 판스페르미아는 생명체에 필요한 기본적인 유기 화합물들이 우주에서 만들어져 행성 표면으로 퍼져나갔다는 가설이다. 이 가설은 상당한 근거를 가지고 있으며, 이렇게 퍼진 유기 화합물을 바탕으로 지구나 다른 행성에서 생물 기원 과정을 통해 생명체가 나타났다고 설명한다.[52][53]

유사 판스페르미아를 뒷받침하는 증거는 다음과 같다.

  • 운석이나 다른 외계 천체에서 당, 아미노산, 핵염기와 같은 유기 화합물이 발견되었다.[54][55][56][57][58]
  • 우주와 유사한 환경 조건의 실험실에서 비슷한 유기 화합물이 만들어지는 것이 확인되었다.[59][60][61][62]
  • 생명 탄생 이전 단계의 물질로 여겨지는 폴리에스터 시스템에 대한 연구도 진행되었다.[63][64]

4. 한국의 관련 연구

현재 제공된 원본 소스(`source`)에는 판스페르미아설과 관련된 한국의 연구 내용이 포함되어 있지 않다. 따라서 해당 섹션에 내용을 채울 수 없다.

4. 1. 민들레 계획 (Tanpopo Mission)

판스페르미아설을 검증하기 위해, 일본 공동 연구팀(대표는 도쿄약과대학의 야마기시 아키히코)에 의해 민들레 계획이 진행되고 있다. 이 계획은 2015년 5월부터 시작되었으며, 국제 우주 정거장(ISS)의 키보 실험동 바깥에 설치된 에어로겔이라는 초저밀도 실리카겔을 사용한다. 이를 통해 우주 공간을 떠도는 미세한 운석이나 입자(고속으로 비행하는 것 포함)를 포집한다. 이 실험의 목적은 포집된 물질에 생명의 재료가 되는 유기 화합물이 포함되어 있는지, 그리고 미생물이 행성 간 이동 과정에서 생존할 수 있는지를 검증하는 것이다.[87]

4. 2. 하야부사2 프로젝트 (Hayabusa2)

우주항공연구개발기구(JAXA)의 하야부사2 탐사선은 소행성 류구에서 샘플을 채취하여 지구로 가져왔다. 2022년, 여러 연구 기관에서 이 샘플을 분석한 결과, 생명의 기본 재료가 되는 수십 종류의 아미노산이 포함되어 있다는 사실이 밝혀졌다.[88][89] 아미노산은 단백질을 구성하는 중요한 유기 화합물이다.

과거에도 지구에 떨어진 운석에서 아미노산이 발견된 사례는 있었지만, 운석이 지구 대기를 통과하는 과정에서 지구의 물질에 오염되었을 가능성을 배제할 수 없었다. 따라서 운석에서 발견된 아미노산이 전적으로 우주에서 유래했다고 단정하기에는 어려움이 있었다.

하지만 하야부사2가 류구에서 가져온 샘플은 대기권에 돌입한 순간부터 분석에 이르기까지 지구 대기 등에 의한 오염을 막기 위해 매우 엄격하게 관리되었다. 이렇게 오염 가능성을 철저히 차단한 샘플에서 다량의 아미노산이 발견됨으로써, 우주 공간에 아미노산이 존재한다는 확실한 증거를 확보하게 되었다.[89] 이는 생명의 기원이 우주에서 비롯되었을 수 있다는 판스페르미아설의 가능성을 뒷받침하는 중요한 과학적 발견으로 여겨진다.

5. 논란 및 기타 가설

판스페르미아설은 직접적인 증거를 찾기 어렵다는 점에서 여러 논란을 동반해왔다. 과거에는 오르궤유 운석에서 발견된 생명체 흔적이 판스페르미아설의 증거처럼 여겨졌으나, 이후 인위적인 조작으로 밝혀진 사례가 있다.[8][65]

최근에는 2017년 관측된 성간 천체 오무아무아가 주목받았다. 이 천체의 특이한 형태와 궤도로 인해 일부에서는 외계 문명의 인공물이거나 지향적 판스페르미아설의 증거일 수 있다는 주장이 제기되었지만,[66][67] 과학계 주류에서는 이러한 해석에 대해 신중한 입장을 보이며 여전히 논쟁적인 대상으로 남아있다.[68]

5. 1. 오르궤유 운석 (Orgueil meteorite)

1864년 5월 14일, 프랑스 오르궤유 지역에 20개의 운석 조각이 떨어졌다. 이 오르궤유 운석 조각 중 하나(발견 후 밀봉된 유리병에 보관됨)에서 1965년에 씨앗 캡슐이 발견되었다. 당시 운석 외부의 원래 유리층은 손상되지 않은 상태여서 큰 관심을 모았다.

하지만 조사 결과, 이 씨앗은 사초과 식물이나 갈대 종류의 것으로 밝혀졌으며, 누군가 의도적으로 운석 조각에 붙이고 석탄 가루로 위장한 것이었다.[8] 심지어 외부의 "융합층"이라고 생각되었던 부분은 실제로는 접착제였다. 이 조작 사건의 배후는 정확히 밝혀지지 않았지만, 판스페르미아설을 지지하기보다는 자연 발생에 대한 19세기 논쟁에 영향을 주려는 의도였을 것으로 추정된다. 즉, 무기물에서 생물학적 물질로의 변환을 보여주려 했을 가능성이 있다.[65]

5. 2. 오무아무아 (Oumuamua)

2017년, 하와이의 팬스타스(Pan-STARRS) 망원경은 최대 400m 길이의 붉은색 물체를 감지했다. 궤도 분석 결과, 이 물체가 태양계 외부에서 기원한 성간 천체라는 증거가 제시되었다.[66] 이를 바탕으로 아비 로브(Avi Loeb)는 이 물체가 외계 문명의 인공물이며, 어쩌면 지향적 배종설의 증거일 수 있다고 추측했다.[67] 하지만 다른 연구자들은 이 주장에 대해 가능성이 낮다고 평가했다.[68]

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