희귀한 지구 가설

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1. 개요
2. 은하 생명체 거주 가능 영역
3. 적합한 항성계
4. 행성의 조건
5. 캄브리아기 대폭발과 진화
6. 인류의 진화와 지능
7. 페르미 역설
8. 비판
참조

1. 개요

희귀한 지구 가설은 우주의 대부분 영역이 복잡한 생명체가 존재하기에 부적합하며, 생명체가 존재할 수 있는 환경은 매우 희귀하다는 주장이다. 이 가설은 은하 생명체 거주 가능 영역, 적합한 항성계, 행성의 조건, 캄브리아기 대폭발과 진화, 인류의 진화와 지능, 페르미 역설 등을 근거로 제시된다. 하지만 외계 행성 발견 증가, 생명체의 다양한 환경 적응, 지적 설계와의 연관성 등의 비판을 받는다.

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희귀한 지구 가설
개요
이름	희귀한 지구 가설
유형	과학적 가설
분야	생물학, 천문학
제안자	피터 워드, 도널드 E. 브라운리
제안 연도	2000년
관련 서적	희귀한 지구: 우주에서 복잡한 생명체가 흔하지 않은 이유
주요 내용
핵심 주장	복잡한 다세포 생명체의 진화에는 다양한 우연적 요소들이 필요하며, 이러한 요소들이 동시에 만족되는 행성은 극히 드물다.
필요한 조건	적절한 크기의 은하 유형과 위치 항성계의 특이한 특징 행성의 크기 및 궤도 자전축 경사 지질학적 안정성 대기 조성 해양의 존재 "진화적 펌프" 메커니즘 (예: 대규모 빙하기와 같은 사건) 드문 멸종 사건
논쟁 및 비판
비판	관측 선택 편향: 지구상의 생명체를 기준으로 외계 생명체의 가능성을 평가하는 것은 오류를 발생시킬 수 있다. 생명체 발생의 다양성 무시: 탄소 기반 생명체 외에 다른 형태의 생명체가 존재할 가능성을 간과한다. 외계 행성 연구 부족: 아직 외계 행성에 대한 충분한 데이터가 없어 가설의 검증이 어렵다.
관련 개념
페르미 역설	만약 외계 문명이 흔하다면, 왜 우리는 그들을 발견하지 못했는가?
행성 거주 가능성	생명체가 존재할 가능성이 있는 행성의 조건
생명의 기원	지구상 생명체의 자연 발생 과정
희귀한 지구: 왜 우주는 복잡한 생명체로 가득 차 있지 않은가?	희귀한 지구 가설을 설명하는 책

2. 은하 생명체 거주 가능 영역

희귀한 지구 가설에서는 우리가 알고 있는 우주 대부분의 영역, 우리 은하 내 대부분 지역을 포함하여, 복잡한 생명체가 태어나기에 적합하지 않은 곳이라고 가정한다. 와드와 브라우니는 이러한 장소를 ‘죽음의 지대’라고 언급했다. 복잡한 생명체가 탄생할 수 있는 장소는 은하 생명체 거주가능 영역(Galactic Habitable Zone, GHZ)이다. 이 영역은 은하핵으로부터의 거리에 따라 주로 특징지어진다. 은하핵으로부터의 거리가 증가함에 따라 다음과 같은 경향이 나타난다.

# 항성의 중원소 함량(금속성)이 감소한다. 중원소는 수소 및 헬륨보다 무거운 모든 원소를 통틀어 부르는 천문학 용어로, 암석 행성이 형성되려면 중원소가 필수적이다.

# 은하핵에 있는 초거대 블랙홀 및 근처의 중성자별과 퀘이사에서 방출되는 엑스선과 감마선의 강도가 줄어든다. 이러한 고에너지 방사선은 복잡한 생명체에게 치명적이다. 따라서 희귀한 지구 가설에서는 우주 탄생 초기나, 현재 항성의 밀도가 높고 초신성 폭발이 빈번한 지역은 복잡한 생명체가 탄생하기 어렵다고 본다.^[148]^[4]

# 은하 외곽 지대는 중심부에 비해 항성들의 밀도가 낮다. 따라서 가까운 항성들의 중력 섭동으로 인해 행성 및 미행성체들의 궤도가 불안정해질 가능성이 줄어든다. 즉, 은하핵에서 멀리 떨어질수록 대멸종을 일으킬 수 있는 거대 운석 충돌과 같은 파멸적인 사건을 겪을 확률이 낮아진다.

첫 번째 요인(중원소 함량 부족)은 은하계의 가장 바깥 영역을 생명체 거주에 부적합하게 만들고, 두 번째와 세 번째 요인(높은 방사선, 잦은 충돌 위험)은 은하 중심부, 구상 성단, 나선 은하의 나선팔 지대를 부적합하게 만든다. 나선팔은 물리적인 구조물은 아니지만, 항성들이 활발하게 생성되는 지역으로 파도처럼 은하를 천천히 통과한다. 결과적으로, 생명체가 등장할 확률은 은하 중심부에서 바깥쪽으로 나가면서 점차 높아졌다가 최외곽 지대로 가면서 다시 낮아지므로, 은하 생명체 거주가능 영역은 마치 도넛 모양처럼 생명체가 살기 어려운 중심부와 외곽 지대 사이에 놓이게 된다.

행성계가 은하 생명체 거주가능 영역 내에 위치하더라도, 복잡한 생명체가 진화할 충분한 시간을 확보하는 것이 중요하다. 따라서 어머니 항성이 은하 내를 공전하면서 은하핵이나 나선팔과 같이 방사선 강도가 높은 위험 지역을 피해야 생명체가 오랫동안 생존하고 진화할 가능성이 높아진다. 만약 항성의 은하 내 공전궤도가 이심률이 큰 타원형이라면, 항성은 공전 과정에서 나선팔을 통과할 위험이 커진다. 반면, 공전궤도가 원에 가깝고 공전 속도가 나선팔의 회전 속도와 비슷하다면, 항성은 나선팔 영역을 효과적으로 피하거나 매우 점진적으로 접근할 수 있다. 이러한 이유로 희귀한 지구 가설 지지자들은 생명체를 품는 항성은 은하 중심에 대해 거의 원에 가까운 궤도를 가져야 한다고 주장한다. 나선팔의 파동 속도와 항성 공전 속도가 일치하는, 소위 '공동 회전' 영역은 은하핵을 기준으로 매우 좁은 범위에 한정된다.

라인위버(Charles H. Lineweaver) 연구진^[149]은 은하 생명체 거주가능 영역의 폭이 약 7,000 ~ 9,000 파섹이며, 이 영역에 있는 별들은 우리 은하 전체 별의 약 10%에 불과하다고 계산했다.^[150] 이는 보수적으로 추산해도 약 200억 ~ 400억 개의 항성에 해당한다. 곤잘레스(Guillermo Gonzalez) 연구진^[151]^[6]은 이 수치를 다시 절반으로 줄여, 은하 거주가능영역 내 항성 수가 은하 전체의 5% 정도라고 추산했다.

우리 은하는 상대적으로 생명체 존재에 유리한 조건을 가진 것으로 평가받기도 한다. 관측된 은하의 약 77%가 나선 은하이고,^[7] 그중 3분의 2가 막대 나선 은하이며, 절반 이상이 우리 은하처럼 여러 개의 팔을 가지고 있다.^[8] 희귀한 지구 가설에 따르면, 우리 은하는 이러한 유형 중에서도 드물게 조용하고 희미한 편(약 7%)에 속한다.^[9] 또한, 우리 은하는 지난 100억 년 동안 다른 은하와의 충돌이 상대적으로 적어 초신성 폭발이나 다른 교란 요인이 적었으며,^[10] 중심 블랙홀의 활동도 과도하지 않은 수준으로 유지되고 있는 것으로 보인다.

태양의 우리 은하 중심 공전 궤도는 실제로 거의 완벽한 원에 가까우며, 공전 주기는 약 2억 2600만 년으로 은하의 회전 주기와 거의 일치한다. 이는 희귀한 지구 가설에서 제시하는 생명체 존재에 유리한 조건과 부합하는 측면이 있다. 그러나 천문학자 카렌 마스터스(Karen Masters)는 태양의 궤도가 약 1억 년마다 주요 나선팔을 통과한다고 계산했으며,^[11] 일부 연구자들은 과거 지구의 대량 멸종 사건이 이러한 나선팔 통과 시기와 연관될 수 있다고 주장하기도 한다.^[12] 이는 희귀한 지구 가설에서 태양이 탄생 이후 나선팔을 거의 통과하지 않았을 것이라는 가정과는 상반되는 결과이다.^[152]

3. 적합한 항성계

희귀한 지구 가설에 따르면, 복잡한 생명체가 존재하기 위해서는 행성계의 어머니 항성이 특정 조건을 만족해야 한다.

'''어머니 항성의 조건'''

외계생물학자들은 생명체가 있는 행성 환경이 조성되려면 어머니 항성이 적당한 크기여야 한다는 데 동의한다.^[147] 질량이 큰 별들은 자외선을 매우 많이 방출하여 지하 미생물 외에는 생명체가 살기 어렵게 만든다. 또한, 이들은 수백만 년 정도의 짧은 수명을 가지며 초신성 폭발로 생을 마감한다. 초신성 잔해는 중성자별이나 블랙홀로 변하며 높은 에너지의 엑스선과 감마선을 방출한다. 따라서 크고 뜨거운 별 주위의 행성들은 복잡한 생명체가 탄생하는 데 필요한 시간을 확보하기 어렵다. 이러한 이유로 분광형 F6에서 O형까지의 거대하고 강력한 별들은 복잡한 생명체를 품기 어렵다고 본다.^[153] 시리우스나 베가와 같이 뜨거운 별들의 생명체 거주가능 영역은 넓지만, 다음과 같은 이유로 생명체 탄생에 불리하다. 첫째, 암석 행성은 주로 항성 가까이에서 형성되므로 뜨거운 별 주변의 암석 행성은 생물권보다 안쪽에 위치할 가능성이 높다. 둘째, 뜨거운 별은 자외선을 다량 방출하여 행성 대기를 이온화시킨다. 셋째, 수명이 짧아(1억 년 이내 적색 거성화) 고등 생명체로 진화할 시간이 부족하다.

반대로, 어머니 항성은 너무 작고 어두워서도 안 된다. 적색 왜성처럼 차갑고 작은 별들의 생물권은 매우 좁고 항성에 가깝게 형성된다. 이 경우 행성은 항성의 조석력에 의해 조석 고정 상태가 되어 한쪽 면은 극도로 뜨겁고 다른 쪽 면은 극도로 차가워질 수 있다.^[157] 또한, 항성 플레어의 영향을 강하게 받아 행성 대기가 이온화되어 복잡한 생명체 탄생에 불리할 수 있다(오릴리아와 블루 문 참조). 희귀한 지구 가설 지지자들은 이러한 이유로 적색 왜성계에서는 생명체 탄생 가능성이 낮다고 주장한다. 이는 K 및 M 분광형의 어두운 별들이 우주 전체 별의 약 90% (다른 추정치로는 82%^[20])를 차지하기 때문에 중요한 의미를 갖는다.

희귀한 지구 가설에 따르면, 생명체가 살기에 적합한 어머니 항성의 분광형 범위는 F7에서 K1 사이이다. 이 범위의 별들은 흔하지 않으며, 태양과 같은 G형 항성(차가운 F형과 뜨거운 K형 사이)은 우리 은하 별들 중 약 9%^[20] (다른 추정치로는 5%)에 불과하다.

항성의 진화 단계도 중요하다. 적색 거성이나 백색 왜성처럼 진화 끝 단계에 이른 별들은 생명체를 품기 어렵다. 적색 거성은 주계열성 시절보다 훨씬 커져 생물권 내 행성을 삼키거나 태워버릴 수 있다(이론적으로 더 먼 행성에서 생명체 환경이 조성될 가능성은 있다). 구상 성단이나 타원 은하에는 적색 거성이 흔하다.

구상 성단은 낮은 중원소 함량과 높은 항성 밀도로 인해 생명체를 품기에 적합하지 않은 환경으로 여겨진다.

항성의 안정성 역시 중요한 요소이다. 항성이 일생 동안 방출하는 에너지의 변화량이 매우 작아야 한다. 세페이드 변광성처럼 밝기가 변덕스러운 별 주위에서는 생명체가 탄생하기 어렵다. 에너지 방출량이 급격히 감소하면 행성의 물이 얼어붙고, 급격히 증가하면 바다가 증발하여 온실 효과를 일으켜 생명체가 살 수 없게 될 수 있다. 태양은 광도 변동이 0.1%로 매우 안정적인 편이며, 아직 태양과 정확히 일치하는 태양 쌍둥이 별은 발견되지 않았지만 유사한 별들은 존재한다. 쌍성계 역시 행성 궤도를 불안정하게 만들 수 있어 불리하다. 모든 항성계의 50% 이상이 쌍성계일 것으로 추정된다.^[14]^[15]^[16]^[17]

복잡한 생명체의 탄생에는 수소, 헬륨, 리튬보다 무거운 원소들, 즉 중원소(천문학에서는 금속성이라고도 함)가 풍부해야 한다. 중원소는 초신성 폭발을 통해 생성되고 우주로 퍼져나가며, 암석 행성을 만드는 데 필수적이다. 항성 스펙트럼 상 흡수선을 통해 중원소 존재를 확인할 수 있으며, 연구 결과 많은 별들, 특히 우주 초기에 생성된 별, 구상 성단의 별, 대부분 은하(거대 나선 은하 제외)의 별, 모든 은하 외곽 지역의 별들은 중원소 함량이 낮다. 따라서 중원소가 풍부하여 생명체를 품을 가능성이 있는 항성들은 주로 거대 나선 은하의 변두리, 즉 높은 에너지 복사선에서도 비교적 안전한 지역에 존재할 가능성이 높다.^[158]^[21] 중원소가 부족한 성운에서는 암석 행성을 만들 물질이 부족하여 주로 가스 행성만 형성될 수 있다.

'''행성계의 조건'''

희귀한 지구 가설은 복잡한 생명체가 존재하기 위해서는 행성계가 특정 구조를 가져야 한다고 주장한다. 즉, 항성 가까운 곳에는 암석 행성이, 먼 곳에는 가스 행성들이 배치된 태양계와 유사한 구조가 필요하다는 것이다.^[22] 가스 행성은 단단한 표면이 없어 복잡한 생명체가 살기 어렵다고 여겨지지만, 그 위성에서는 가능할 수 있다.

태양과 태양계 행성. 희귀한 지구 가설은 목성과 같은 거대 가스 행성이 없다면 지구에 복잡한 생명체가 나타나기 어려웠을 것이라고 주장한다.

목성과 같은 가스 행성은 소행성 충돌로부터 내행성을 보호하는 역할을 하는 것으로 여겨졌으나, 최근 연구는 그 영향이 더 복잡함을 시사한다.

거대한 가스 행성, 특히 목성과 같은 존재는 '천체 진공 청소기' 역할을 하여 행성 형성 후 남은 미행성이나 소행성들을 카이퍼 대나 오르트 구름으로 날려 보내거나 흡수하여 내행성을 파멸적인 충돌로부터 보호하는 역할을 한다고 여겨져 왔다. 백악기-팔레오기 대멸종을 일으킨 소행성보다 두 배 큰 충돌만으로도 모든 복잡한 생명체가 멸종했을 수 있다. 그러나 최근 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 가스 행성이 내행성을 보호하는 동시에 충돌 빈도를 높이는 역할도 할 수 있음을 시사한다.^[159] 예를 들어 목성은 지구를 보호하기도 했지만, 동시에 소행성 충돌을 유발하기도 했다. 목성의 질량이 토성 수준이었다면 지구는 더 잦은 소행성 폭격에 시달렸을 것이다.^[159]

가스 행성은 생명체가 자라는 행성(또는 위성)에서 적절한 거리를 유지해야 한다. 너무 가까우면 그 중력으로 인해 생명체가 있는 행성의 궤도가 불안정해져 생명체 거주가능 영역을 벗어날 수 있다.

행성계의 궤도 안정성은 매우 중요하다. 특히 궤도 이심률이 큰 거대 가스 행성이 있는 시스템은 행성 궤도의 혼란을 야기할 수 있다.^[160]^[23] 따라서 최근 많이 발견되는 뜨거운 목성(Hot Jupiter)처럼 항성 가까이 공전하는 거대 가스 행성이 있는 시스템은 생명체 존재에 불리하다. 이들 뜨거운 목성은 원래 더 먼 곳에서 형성되어 안쪽으로 이동하면서 생물권 내 암석 행성들의 궤도를 파괴했을 가능성이 높다.^[161]^[24] 설상가상으로 뜨거운 목성은 F형 및 G형 별 주위에서 더 흔하게 발견된다.^[25]

복잡한 생명체가 있는 행성계에는 적어도 하나 이상의 거대 가스 행성이 필요하지만, 너무 많으면 오히려 행성들의 궤도를 불안정하게 만들어 암석 내행성이 항성에 흡수되거나 성간 공간으로 튕겨 나갈 수 있다.

외계 행성 관측 결과, 태양계와 같은 행성 배열은 드문 것으로 나타나고 있다. 많은 행성계에는 슈퍼지구가 항성 가까이 존재하며, 목성이나 토성과 비슷한 거대 행성을 가진 경우는 별의 10%에 불과하고, 그중에서도 안정적인 원형 궤도를 가진 경우는 더욱 드물다. 콘스탄틴 바티긴 등은 태양계 형성 초기에 목성과 토성의 이동이 현재의 태양계 구조를 만들었으며, 이러한 과정에 필요한 우연적 사건들이 지구와 같은 행성 및 생명체가 우주에서 드물 수 있음을 시사한다고 주장한다.

4. 행성의 조건

태양계 행성들의 크기 비교. 희귀한 지구 가설은 목성, 토성(위쪽 행), 천왕성, 해왕성(위쪽 중간 행)과 같은 거대 기체 행성이나 화성, 수성(아래 행)과 같은 작은 행성에서는 복잡한 생명체가 존재할 수 없다고 주장한다.

희귀한 지구 가설에서는 복잡한 생명체가 존재하기 위한 행성의 조건들을 제시한다.
행성의 크기행성의 크기는 생명체 존재 가능성에 중요한 영향을 미친다. 너무 작으면 중력이 약해 대기를 충분히 붙잡아 둘 수 없고, 이는 불안정한 표면 온도와 바다의 부재로 이어질 수 있다. 또한, 작은 행성은 핵이 빨리 식어 지각 활동이 일찍 멈추거나 아예 없을 수 있다.^[162] 반대로 행성이 너무 크면 금성처럼 지나치게 두꺼운 대기를 가져 표면 온도가 극도로 높아질 수 있다. 금성은 지구와 크기가 비슷하지만, 두꺼운 대기로 인해 표면 온도가 462°C에 달한다. 초기 지구도 비슷한 대기를 가졌을 수 있으나, 달 형성 과정에서 상당 부분 잃었을 것으로 추정된다.^[27] 희귀한 지구 가설은 기본적으로 생명체가 지구와 같은 지구형 행성의 표면을 필요로 한다고 본다.^[26] 그러나 일부 천문학자들은 우주에 지구 크기의 암석 행성이 흔할 수 있다는 관측 결과를 제시하기도 한다.^[163]
거대 위성의 존재

달의 조석 상호작용으로 생긴 조수 웅덩이는 복잡한 생명체의 진화를 촉진했을 것으로 여겨진다.

지구의 달은 태양계 내 다른 암석 행성들의 위성과 비교할 때 매우 크고 독특하다. 모행성 대비 질량 비율이 높아 일부는 지구-달 시스템을 이중 행성계로 보기도 한다.^[164] 거대충돌 가설에 따르면 달은 원시 지구와 테이아라는 거대 천체의 충돌로 형성되었으며, 이 충돌은 지구의 자전축 기울기와 초기 자전 속도에 영향을 주었다.^[165]^[33] 적절한 자전축 기울기는 안정적인 계절 변화를 가져오고, 빠른 자전 속도는 일교차를 줄여 광합성에 유리한 환경을 만든다.^[34] 거대 위성은 또한 자이로스코프처럼 행성의 자전축 기울기를 안정시켜 극심한 기후 변화를 막는 역할을 한다.^[35]

달의 조석력은 조수 웅덩이를 형성하여 초기 생명체 발생에 기여했을 수 있으며^[167]^[36], 행성 지각에 영향을 주어 판 운동을 촉진했을 가능성도 제기된다. 거대 충돌이 거대 위성을 만드는 유일한 방법이라면 이는 매우 드문 조건일 수 있으나, 충돌체가 행성의 라그랑주 점에서 형성될 수 있다는 연구^[169]^[130]는 이러한 사건이 아주 비현실적인 것만은 아닐 수 있음을 시사한다.
판 구조론과 자기장

지구의 생명체를 태양 복사로부터 보호하는 지구의 자기장 구조에 대한 예술적 묘사. 1) 충격파. 2) 자기권 외피. 3) 자계면. 4) 자기권. 5) 북쪽 꼬리 로브. 6) 남쪽 꼬리 로브. 7) 플라즈마권.

판 구조론과 강력한 지구 자기장은 희귀한 지구 가설에서 강조하는 중요한 조건이다. 판 구조론은 행성 내부의 열(주로 방사성 붕괴에서 발생)과 적절한 화학적 조성(예: 물의 존재와 섭입대 형성^[170]^[33])을 필요로 한다. 이는 생지화학적 순환을 유지하고^[30], 대륙 이동을 통해 다양한 생태계를 만들어 생물 다양성을 높이며 멸종 위험을 줄이는 데 기여한다.^[31] 강력한 자기장은 우주선과 태양풍으로부터 행성 표면의 생명체를 보호하는 필수적인 역할을 한다. 일부 이론은 달의 존재가 지구 자기장 유지에 기여했을 가능성을 제시하기도 한다.
대기 조건

생명 유지를 위해서는 적절한 조성과 두께의 대기가 필수적이다. 대기는 행성의 크기와 밀접하게 연관되어 있다. 지구의 현재 대기는 초기 대기가 테이아와의 거대 충돌로 상당 부분 얇아진 후, 여러 과정을 거쳐 형성되었다. 예를 들어, 후기 대폭격은 테이아 충돌 이후 손실된 물을 지구에 다시 공급했을 수 있다.^[37] 생명체에 필요한 질소와 이산화 탄소의 적절한 비율 유지^[40], 번개를 통한 질소 고정^[41], 화산 활동을 통한 이산화 탄소 공급, 오존층 발달을 통한 자외선 차단^[38]^[39], 안정적인 물 순환^[44] 등이 생명 유지에 중요한 대기 조건으로 여겨진다. 또한, 적절한 대기는 일교차를 줄이는 데 기여한다.^[45]^[46]

5. 캄브리아기 대폭발과 진화

희귀한 지구 가설에서는 복잡한 생명체가 탄생하기 위한 여러 조건 중 하나로 캄브리아기 동물 문의 폭발적인 출현과 같은 사건이 일어나야 한다고 본다. 이 사건은 아직도 명확히 설명되지 않은 수수께끼로 남아있다.^[146]^[147]

캄브리아기 대폭발 기간 동안 대륙 이동의 빈도가 비정상적으로 높았다는 증거가 있다. 실제로 대륙들은 극지방에서 적도까지 또는 그 반대 방향으로 약 1500만 년이라는 짧은 기간 동안 이동했다. 커시빙크 연구진은^[171] 자전축에 대한 대륙 지각 질량의 불균형으로 인해 지구 자전축 각도가 90도나 변했을 수 있다는 논란적인 설명을 제시했다. 이로 인해 매우 짧은 시간 동안 급격한 기후 변화와 해양 순환 변화가 발생했다는 것이다. 연구진은 이 사건을 '관성 교환 사건'(inertial interchange event^eng)이라고 명명했다. 이 시나리오는 아직 과학계에서 널리 받아들여지지는 않았지만, 만약 실제로 이런 사건이 일어났다면 이는 재현되기 매우 어려운 희귀한 사건일 것이다. 만약 이러한 사건이 인간과 같이 고도로 복잡한 생명체가 등장하는 데 필수적인 과정이었다면, 이는 우주에 복잡한 생명체가 왜 흔치 않은지에 대한 또 다른 설명을 제공할 수 있다.^[172]

생명 진화의 연대기. 캄브리아기 대폭발은 상대적으로 최근에 일어난 사건이다.

희귀한 지구 가설은 생물학적 복잡성의 진화가 여러 우연한 상황이 동시에 발생해야만 가능하다고 주장한다. 캄브리아기 대폭발을 통해 다양한 동물 문이 출현했지만, 복잡한 생명체로의 진화는 그 자체로 매우 어려운 과정으로 여겨진다. 예를 들어, 단순한 세포(원핵생물)는 지구 형성 초기에 나타났지만, 훨씬 복잡한 세포(진핵생물)로 진화하기까지는 지구 생명체 역사의 거의 절반에 해당하는 시간이 걸렸다. 생화학자 닉 레인(Nick Lane)은 모든 진핵생물이 공통 조상을 공유하므로 이 중요한 진화적 도약이 단 한 번만 일어났을 수 있다고 주장한다. 그의 설명에 따르면, 약 20억 년 전 한 단순한 세포가 다른 세포 내부에 공생하게 되면서 미토콘드리아로 진화했고, 이는 세포가 사용할 수 있는 에너지를 폭발적으로 증가시켜 복잡한 진핵생물의 진화를 가능하게 했다. 만약 이러한 세포 내 공생 사건이 극히 드물게 일어나는 일이라면, 대부분의 행성에서는 생명체가 단순한 박테리아 수준에 머물러 있을 가능성이 높다. (다른 견해로는 미토콘드리아의 진화가 환경적 요인, 특히 대기 중 산소 농도 증가와 관련있다고 보기도 한다.^[47])

유성 생식의 "2배 비용"을 보여주는 도표. (a) 유성 생식 개체군은 세대마다 크기가 유지되지만, (b) 무성 생식 개체군은 2배로 증가한다.

또한, 유성 생식의 진화와 지속성 역시 생물학의 큰 미스터리 중 하나이다. 많은 유기체에서 무성 생식에 비해 개체군 증가 속도가 절반으로 줄어드는 50%의 비용(적합성 불리함)이 있음에도 불구하고 유성 생식이 왜 널리 퍼져있는지는 명확하지 않다.^[48] 교배형이나 암수 성별의 구분(부등배우자생식), 대부분의 유성 생식 생물이 왜 두 개의 성(이진 교배 시스템)만을 가지는지 등도 완전히 설명되지 않았다.^[49]^[50]^[51] 찰스 다윈이 처음 제안했듯이, 성선택은 종 분화를 촉진하는 중요한 동력일 수 있으며, 이것이 없었다면 복잡한 생명체의 다양한 진화가 어려웠을 수도 있다.

캄브리아기 이후 복잡한 생명체가 진화하는 과정 역시 순탄하지만은 않았다. 진화생물학자들 사이에서는 캄브리아기 초기의 단순한 척삭동물(예: 피카이아)로부터 호모 사피엔스와 같은 지적 생명체로 이어지는 진화 경로가 실현될 확률이 매우 낮다는 공감대가 있다.^[175] 인간의 큰 뇌는 높은 신진 대사량을 요구하고, 임신 기간이 길며, 전체 수명 중 미성숙 단계가 약 25%를 차지하는 등 생존에 불리한 약점들을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 인간은 다음과 같은 독특한 특징들을 진화시켰다.

새를 제외하고 유일하게 두 발로 걷는 척추동물로서, 자유로워진 손을 사용하여 환경을 효과적으로 조작할 수 있다.
다른 어떤 포유류보다 정교한 발성 기관을 가지고 있어 복잡한 언어 사용이 가능하며, 이를 통해 협력, 지식 공유, 문화 창조가 가능해졌다.
추상적 사고 능력은 수학, 과학, 기술의 발전을 이끌었다.

지구상의 생명체는 비교적 초기에 출현했지만, 다세포 생물에서 지적 생명체로 진화하는 데는 약 8억 년이라는 긴 시간이 걸렸다.^[52] 지구 역사를 통틀어 보면, 인류 문명의 존재 기간(약 12,000년)이나 라디오 통신 가능 기간(약 100년)은 극히 짧다. 이 기간 동안 지구는 비교적 안정적인 환경을 유지했지만, 과거에는 지적 생명체는 물론이고 일반적인 생명체에게도 치명적인 대규모 멸종 사건들이 있었다. 예를 들어, 약 2억 5120만 년 전의 페름기-트라이아스기 대멸종은 당시 존재하던 종의 약 95%를 멸종시켰고, 약 6600만 년 전의 백악기-고생대 멸종 사건(칙술루브 운석 충돌)은 당시 육상을 지배하던 공룡을 포함한 많은 종들을 멸종시켰다. 이러한 대멸종 사건은 생명 진화의 경로를 급격하게 바꾸었으며, 특히 백악기-고생대 멸종 사건이 없었다면 포유류의 번성 및 인간의 출현은 불가능했을 수도 있다. 희귀한 지구 가설은 이러한 대멸종 사건들을 완전히 피할 확률(

f_{me}

) 역시 복잡한 생명체가 지속적으로 존재하기 위한 중요한 변수 중 하나로 간주한다.

6. 인류의 진화와 지능

희귀한 지구 가설은 드레이크 방정식과는 달리 복잡한 생명체가 기술력을 발전시킬 수 있을 정도의 지성체로 진화할 확률을 직접적으로 고려하지는 않는다.^[175] 진화생물학자 배로우와 티플러는 진화생물학자들 사이에서 캄브리아기 초기 척색동물(예: 피카이아)로부터 호모 사피엔스까지 진화 경로가 이어질 확률이 매우 낮다는 공감대가 있다고 지적한다.^[175] 예를 들어, 인간의 큰 뇌는 적응적 약점을 지니고 있으며, 과도한 신진 대사량, 긴 임신 기간, 전체 수명 중 미성숙 단계로 보내는 시간이 25퍼센트에 이른다는 점 등을 근거로 들 수 있다.

또한 인간에게는 다음과 같은 독특한 특징들이 있다.

인간은 새를 제외하고 유일하게 두 발로 걷는 척추동물이다. 이를 통해 눈과 손을 특수하게 이용하여 주변 환경을 자신의 생존에 알맞게 변형시킬 수 있다.
인간의 발성 기관은 다른 어떤 포유류보다도 정교하며 따라서 말을 할 수 있다. 언어를 사용함으로써 인간은 같은 종끼리 협력할 수 있고, 지식을 나눌 수 있으며 문화를 창조할 수 있었다.
추상적 개념을 정립할 줄 아는 인간의 능력으로 말미암아 수학이 탄생했고 과학과 기술도 등장하게 되었다. 얼마 되지 않는 기간 동안 인류는 기술과 과학 문명을 급속도로 발전시켰다.

인간과 인간 지능의 진화는 6,600만 년 전 백악기-고생대 멸종 사건으로 지배적인 육상 척추동물로서 공룡을 제거하지 않았다면 발생하지 않았을 가능성이 매우 높은, 추가적인 특정 사건과 상황을 필요로 했을 수 있다.

지구와 유사한 물리적 특성을 가진 행성이 드물든 드물지 않든, 일부 학자들은 생명체 자체가 드물고, 특정한 상황이 없다면 단순한 박테리아보다 더 복잡한 존재로 진화하기 어렵다고 주장한다. 생화학자 닉 레인은 단순한 세포(원핵생물)가 지구 형성 직후에 나타났지만, 복잡한 세포(진핵생물)로 진화하기까지 지구 생명체 역사의 거의 절반에 해당하는 시간이 흘렀고, 이들은 모두 공통 조상을 공유하므로 이 사건은 단 한 번만 일어났을 수 있다고 주장한다. 일부 견해에 따르면, 원핵생물은 진핵생물 크기로 커질 경우 신진대사를 유지하는 데 필요한 에너지가 수만 배나 부족해지기 때문에, 복잡한 진핵생물로 진화할 수 있는 세포 구조를 갖추기 어렵다. 약 20억 년 전, 한 단순한 세포가 다른 세포에 통합되어 증식했고, 이것이 미토콘드리아로 진화하면서 복잡한 진핵 생물의 진화를 가능하게 하는 에너지 공급의 혁신을 가져왔다. 만약 이러한 통합 사건이 40억 년 동안 단 한 번만 일어났거나 극히 드문 사건이라면, 대부분의 행성에서 생명체는 단순한 상태로 남아있을 가능성이 높다. 대안적인 견해는 미토콘드리아의 진화가 환경적으로 유발되었으며, 미토콘드리아를 포함하는 유기체가 대기 중 산소의 첫 흔적이 나타난 직후에 나타났다는 것이다.^[47]

유성 생식의 진화와 지속성은 생물학의 또 다른 미스터리이다. 유성 생식의 목적은 불분명하며, 많은 유기체에서 무성 생식과 관련하여 50%의 비용(적합성 불리함)을 갖는다.^[48] 교배형 (호환성에 따른 배우자의 유형)은 부등배우자생식 (배우자 이형성)의 결과로 나타났을 수도 있고, 또는 수컷과 암컷 성별이 부등배우자생식 이전에 진화했을 수도 있다.^[49]^[50] 또한 대부분의 유성 생식 유기체가 왜 이진 교배 시스템을 사용하는지,^[51] 그리고 일부 유기체가 왜 배우자 이형성을 갖는지도 알려져 있지 않다. 찰스 다윈은 성 선택이 종 분화를 유발한다고 처음으로 제안했다. 성 선택이 없다면, 복잡한 생명체는 아마도 진화하지 못했을 것이다.

지구상의 생명체는 비교적 지구 초기에 발생한 것으로 여겨지지만, 다세포 생물에서 지적 생명체로의 진화에는 약 8억 년이 걸렸다.^[52] 지구상의 문명은 약 12,000년 동안 존재해 왔으며, 우주로 도달하는 무선 통신은 100년 남짓 존재해 왔다. 태양계의 나이(약 45.7억 년)에 비하면 이는 극히 짧은 시간이며, 이 기간 동안 극심한 기후 변화, 초대형 화산 폭발, 대형 운석 충돌 등이 없었다. 이러한 사건들은 지적 생명체뿐만 아니라 일반 생명체에게도 심각한 해를 끼칠 수 있다. 예를 들어, 서유럽 크기만한 지역에서 광범위하고 지속적인 화산 폭발로 인해 발생한 페름기-트라이아스기 대멸종은 약 2억 5120만 년 전에 알려진 종의 95%를 멸종시켰다. 약 6550만 년 전, 멕시코 유카탄 반도의 백악기-고생대 경계에서 발생한 칙술루브 충돌구 충돌은 당시 가장 진보된 종들의 대량 멸종을 초래했다.

7. 페르미 역설

어떤 종류의 외계 생명체라도 지구를 방문했다는 신뢰할 수 있거나 재현 가능한 증거는 없다.^[1]^[2] 지능을 가진 외계 생명체의 전송이나 증거는 지구를 제외한 우주 어느 곳에서도 탐지되거나 관찰된 적이 없다. 이는 우주가 매우 많은 수의 행성으로 가득 차 있으며, 그중 일부는 생명체가 살기에 적합한 조건을 갖추고 있을 가능성이 있다는 사실과 모순된다. 생명체는 일반적으로 이용 가능한 모든 틈새를 채울 때까지 확장된다.^[3] 이러한 모순되는 사실은 페르미 역설의 근간을 이루며, 희귀한 지구 가설은 이 역설에 대한 해결책 중 하나로 제시된다.

희귀한 지구 가설은 복잡한 생명체가 탄생하고 지속되기 위한 조건이 매우 까다롭다고 주장하며, 이는 외계 문명의 부재를 설명할 수 있다. 이 가설의 관점에서 페르미 역설을 설명하기 위해, 피터 와드와 도널드 브라우니는 드레이크 방정식을 수정하여 '희귀한 지구 방정식'을 제시했다. 이 방정식은 우리 은하 내에서 복잡한 생명체를 지닌 지구와 유사한 행성의 수( $N$ )를 추정한다.^[53]

희귀한 지구 가설에 따르면 피카이아(그림)와 같은 단순한 형태에서 척삭동물의 극심한 다양성을 보인 캄브리아기 대폭발은 일어날 가능성이 적은 사건이었다.

:

N=N^* \cdot n_e \cdot f_g \cdot f_p \cdot f_{pm} \cdot f_i \cdot f_c \cdot f_l \cdot f_m \cdot f_j \cdot f_{me}

^[54]

각 항의 의미는 다음과 같다.

''N*'' : 우리 은하에 있는 별의 총 개수. 정확한 값은 불확실하나 최소 1,000억 개에서 최대 5,000억 개로 추정된다.
$n_e$ : 항성계 내 생물권에 존재하는 행성의 평균 개수. 액체 상태의 물이 안정적으로 존재해야 하므로, 이 구역은 매우 좁을 것으로 예상되며, $n_e$ 의 상한값은 1로 간주된다.
$f_g$ : 은하 생명체 거주가능 영역 내에 존재하는 항성의 비율 (와드, 브라우니, 곤잘레스는 0.1로 추정^[6]).
$f_p$ : 행성을 거느린 항성의 비율.
$f_{pm}$ : 행성 중 암석 행성의 비율.
$f_i$ : 생명체 거주가능 영역 내 행성에서 미생물 수준의 생명체가 발생할 비율. 와드와 브라우니는 이 값이 비교적 클 것으로 예상했다.
$f_c$ : 미생물에서 복잡한 생명체로 진화할 비율. 지구 생명 역사 대부분(약 80%) 동안 단순한 박테리아 수준에 머물렀기 때문에, 이 값은 매우 작을 것으로 추정된다.
$f_l$ : 행성의 전체 수명 중 복잡한 생명체가 존재할 수 있는 기간의 비율. 항성의 진화(예: 적색 거성 단계)나 대규모 멸종 사건으로 인해 이 기간은 제한적이다.
$f_m$ : 거대한 위성을 가진 행성의 비율. 거대충돌설이 맞다면 이 값은 매우 작을 것이다.
$f_j$ : 행성계 내에 목성형 거대 가스 행성이 존재할 비율. 이는 상대적으로 클 수 있다.
$f_{me}$ : 치명적인 대량 멸종 사건을 겪지 않고 생명체가 지속될 비율. 와드와 브라우니는 지구가 캄브리아기 대폭발 이후 경험한 비교적 적은 멸종 사건 횟수가 이례적일 수 있다고 본다.

와드와 브라우니는 이 방정식의 여러 계수 값들이 매우 낮을 가능성이 크다고 주장한다. 특히

f_g

부터

f_{me}

까지 9개 항의 곱이 10⁻¹⁰ 이하, 심지어 10⁻¹² 수준일 수 있다고 보았다. 이 경우, 우리 은하 내 복잡한 생명체를 지닌 행성의 수(

N

)는 1 미만, 즉 지구가 유일할 수도 있다는 결론에 이르게 된다. 이는 페르미 역설에 대한 설명이 될 수 있다.

희귀한 지구 방정식은 드레이크 방정식과 달리, 복잡한 생명체가 기술을 사용하는 지적 생명체로 진화할 확률은 고려하지 않는다. 그러나 진화생물학자들 사이에서는 캄브리아기의 원시 척삭동물(예: 피카이아)로부터 호모 사피엔스로 이어지는 진화 경로가 매우 희박한 확률의 결과라는 공감대가 있다.^[175] 인간의 큰 뇌가 가지는 신진대사 부담, 긴 임신 기간, 긴 유년기 등은 생존에 불리한 측면도 있다. 또한, 새를 제외하고 거의 유일한 이족 보행 척추동물이라는 점, 정교한 성대를 이용한 언어 능력, 추상화 능력과 이를 통한 수학, 과학, 기술의 발전 등은 인간 지성의 출현이 결코 필연적인 과정이 아니었음을 시사한다. 이러한 지적 생명체 진화의 어려움까지 고려하면, 외계 지적 문명의 부재는 더욱 설명될 수 있다.

SETI 프로젝트가 수십 년간 별다른 성과를 거두지 못한 점, 초기 외계 행성 연구에서 핫 주피터나 이심률 행성처럼 생명체에 적대적인 환경의 행성계가 주로 발견된 점 등은 한때 희귀한 지구 가설을 뒷받침하는 정황으로 여겨졌다. 또한, 지구사 연구를 통해 밝혀진 대량 멸종 사건들(예: 거대 운석 충돌, 눈덩이 지구)은 생명 진화가 순탄치 않았으며, 지구가 겪은 환경 변화가 생명체의 완전한 절멸로 이어지지 않은 것이 행운일 수 있음을 보여준다. 달의 기원에 대한 거대충돌설 역시 지구-달 시스템의 형성이 매우 드문 사건이었을 가능성을 제기하며, 이는 조석이나 자전축 안정성 등 생명에 유리한 조건이 다른 행성에서는 갖춰지기 어려울 수 있음을 암시한다.

그러나 희귀한 지구 가설에 대한 반론도 존재한다. 초기 외계 행성 발견 결과는 관측 기술의 한계로 인한 관측 편향일 수 있으며, 기술 발전에 따라 태양계와 유사한 행성계들이 점차 발견되고 있다. 또한, 이 가설은 지구가 특별하지 않다는 평범 원리나 우주 원리에 반하는 것으로 보일 수 있다. 다만, 인간 원리의 관점에서는 지적 생명체를 탄생시킨 지구를 특별하게 보는 것이 정당화될 수도 있다.

8. 비판

희귀한 지구 가설은 여러 측면에서 비판을 받고 있다.

2012년 하반기까지 800개 이상의 외계 행성이 발견되었으며, 그 수는 계속 증가하고 있다. 카네기 인스티튜트의 앨런 보스 박사는 우리 은하 안에만 약 1000억 개의 외계 행성이 존재할 것으로 추정하며, 이 중 다수는 간단한 생명체를 가질 수 있고 수천 개의 문명이 존재할 가능성도 있다고 보았다.^[178] 보스 박사는 평균적으로 태양과 비슷한 항성 하나당 지구와 유사한 행성이 하나 정도 존재할 것으로 추정한다. 에든버러 대학의 연구 역시 지구 외 지적 문명의 수를 수천 개로 추정하며 이러한 견해를 뒷받침한다.^[179] 케플러 우주 망원경의 데이터를 분석한 2013년 연구에서는 황색 왜성(G형) 및 오렌지색 왜성(K형) 항성의 약 5분의 1이 생물권 내에 지구 크기(지구 반지름의 1~2배) 또는 슈퍼 지구 크기의 행성을 가질 것으로 예측했는데, 이는 은하수 전체에 약 88억 개의 잠재적 거주 가능 행성이 존재함을 시사한다.^[74]^[75]^[76]^[77]

희귀한 지구 가설의 핵심 주장 중 하나는 미생물은 우주에 흔할 수 있지만 복잡한 생명체는 그렇지 않다는 진화생물학적 관점인데, 이는 주로 시몬 콘웨이 모리스(Simon Conway Morris)의 주장에 기반한다. 이 가설은 복잡한 생명체가 지구와 비슷한 행성 표면이나 적합한 위성에서만 진화할 수 있어 매우 드물다고 본다. 그러나 생물학자 잭 코헨(Jack Cohen) 등은 이러한 주장이 지나치게 제한적이고 상상력이 부족하며, 일종의 순환 논증이라고 비판한다. 즉, 지구와 비슷한 행성이 드물지라도 다른 환경에서 복잡한 비탄소 기반 생명체가 나타날 가능성을 배제할 수 없다는 것이다.^[180] 데이비드 달링(David Darling)은 희귀한 지구 가설이 가설이나 예측이라기보다는 단순히 지구에서 생명이 어떻게 탄생했는지에 대한 설명일 뿐이며, 워드와 브라우니가 자신들의 주장에 유리한 요소만 선택적으로 사용했다고 평가했다.^[65]^[181] 달링은 "중요한 것은 지구에 뭔가 특별한 것이 있느냐 없느냐가 아니라, 우주의 모든 행성마다 고유한 특수성이 있을 것이라는 점이다. 중요한 것은 지구의 환경이 복잡한 생명을 키워내기에 특별할 뿐만 아니라 필수적인가 하는 것인데, 지금까지 우리는 그렇다는 증거를 보지 못했다"고 지적했다.^[66] 일부 비판론자들은 희귀한 지구 가설과 비과학적인 지적 설계 사상 사이에 연관성이 있다고 주장하기도 한다.^[67]

희귀한 지구 가설은 생명체가 발생 가능한 항성의 조건을 F7–K1 분광형으로 제한하지만, 일부 외계생물학자들은 이 범위를 벗어난 별, 특히 적색 왜성(후기 K형 및 M형)에서도 적절한 환경 하에 생명이 기원할 수 있다고 주장한다. 적색 왜성은 전체 수소 연소 별의 약 82%를 차지하므로, 이 가능성은 희귀한 지구 가설에 대한 중요한 반론이 된다.^[20]

현재 기술로는 희귀한 지구 가설의 여러 핵심 기준(표면 물, 판 구조론, 거대 위성, 생물학적 지표)을 직접 검증하기 어렵다. 지구 크기의 행성을 탐지하고 분류하는 것은 여전히 도전적인 과제이지만, 과학자들은 이제 태양과 유사한 별 주위에 암석 행성이 흔하게 존재한다고 보고 있다.^[69] 질량, 반지름, 온도를 기반으로 한 지구 유사성 지수(ESI)는 행성의 유사성을 측정하는 수단을 제공하지만, 희귀한 지구 가설의 모든 기준을 충족하지는 못한다.^[70]^[71]

제임스 캐스팅(James Kasting)은 티티우스-보데 법칙을 근거로 생물권 내에 행성이 존재할 확률이 50%에 달하는데도 희귀한 지구 가설이 생물권을 너무 좁게 정의한다고 비판했다.^[73] 또한, 목성형 행성이 소행성 충돌로부터 내행성을 보호하는 '보호자' 역할을 한다는 주장도 도전을 받고 있다. 캐스팅은 목성 보호자가 복잡한 생명체 발생에 미치는 영향에 의문을 제기했으며,^[78] 컴퓨터 모델링 연구(니스 모형, 니스 2 모형)에서도 결정적인 결론을 내리지 못했다.^[79] 오히려 호너(Horner)와 존스(Jones)의 2008년 연구는 목성이 지구에서 막은 충돌보다 더 많은 충돌을 유발했을 수도 있다는 결과를 제시했다.^[80] 1770년 지구에 가장 가깝게 접근했던 렉셀 혜성의 사례는 목성의 중력 영향으로 인해 발생한 것으로 알려져 있다.^[81]

워드와 브라우니는 복잡한 생명체 진화를 위해 판 구조론이 필수적이며, 이는 지구 외에서는 드물 것이라고 예측했다.^[83] 그러나 지구에서 판 구조론이 언제 시작되었는지에 대한 과학적 합의는 없으며, 약 30억 년 전에 시작된 것으로 추정되지만^[84] 그 이전에도 이미 광합성과 산소 발생이 시작되었다. 또한 판 구조론이 간헐적인 현상일 수 있으며, 생명체가 판 구조론이 없는 "정체된 덮개(stagnant lid)" 기간 동안 진화했을 가능성도 제기된다.^[85] 최근 관측 증거들은 다른 천체에서도 유사한 지질 활동이 존재하거나 존재했음을 시사한다. 워드와 브라우니가 지질학적으로 비활성 상태라고 묘사했던 명왕성은^[21] 실제로는 유기 분자^[86]와 텐징 몬테스, 힐러리 몬테스 같은 높은 산맥^[87]을 가진 지질학적으로 활발한 표면을 가지고 있음이 밝혀졌다.^[88] 화성에서는 화성 이분법을 설명하기 위해 판 구조론이 제안되었고, 2012년에는 활발한 판 구조론의 증거가 제시되기도 했다.^[89] 유로파는 오랫동안 판 구조론 가능성이 제기되어 왔으며,^[90] 2014년 NASA는 활발한 섭입의 증거를 발표했다.^[91] 목성의 가장 큰 위성인 가니메데^[92]^[93]와 명왕성의 가장 큰 위성인 카론^[94]에서도 과거 판 구조론의 증거가 발견되었다. 2017년 이후 금성에 대한 연구들은 금성의 암석권 역시 판 구조론과 유사한 활성 과정을 겪고 있음을 시사하며, 지구 크기의 천체에서 지구 역학이 드문 현상이 아닐 수 있음을 보여준다.^[95]^[96] 발렌시아^[97]와 코완^[98]의 연구는 판 구조론이 지구보다 큰 슈퍼지구에서는 오히려 불가피할 수 있다고 제안한다.^[99]

Spinoloricus속의 동물들은 지구상의 모든 동물 생명체가 산소를 필요로 한다는 패러다임을 거스르는 것으로 생각된다.

동물 생명에 필수적인 분자 산소가 희귀하며, 대산소화 사건이 판 구조론에 의해서만 유발되고 유지될 수 있다는 가설도 도전을 받고 있다. 워드와 브라우니는 "산소화, 따라서 동물의 출현이 침식이 일어날 대륙이 없는 세계에서 일어날 수 있었을까"라고 질문했지만,^[100] 외계 자유 산소는 수성,^[101] 금성,^[102] 화성,^[103] 목성의 갈릴레이 위성,^[104] 토성의 위성 엔켈라두스,^[105] 디오네,^[106]^[107] 레아,^[108] 심지어 혜성^[109]에서도 감지되었다. 이는 광합성 외의 다른 과정(예: 광분해, 이산화 티타늄 광촉매)으로도 산소가 풍부한 환경이 만들어질 수 있음을 시사한다.^[110]^[111] 또한, 워드와 브라우니가 "산소가 동물 생명에 필요한 필수 요소라는 반박할 수 없는 증거가 있다"고 주장한 이후, 산소 없이 대사하는 혐기성 다세포 생물이 발견되었다. 예를 들어, 2010년 지중해의 무산소 환경인 라탈란테 분지에서 발견된 ''Spinoloricus cinziae''는 미토콘드리아 대신 수소화소체를 이용하는 것으로 보인다.^[112]^[113] 미토콘드리아가 없는 진핵생물 속 ''Monocercomonoides''^[114]와 미토콘드리아 유전자가 완전히 없는 기생충 ''Henneguya zschokkei''^[115]의 발견은 산소 의존성에 대한 기존 관념에 도전한다. 일부 연구는 지구의 다세포 생물이 대산소화 사건 이전에 이미 존재했다고 주장하며,^[118]^[119] 산소가 없는 환경에서 복잡한 생명체를 위한 대체 막(아조토솜)의 가능성도 제기되었다.^[116]^[117] NASA의 과학자들은 판 이동이 오히려 산소화 증가를 늦춰 복잡한 생명체 발달을 방해했을 수 있다고 주장하며,^[120] 다른 연구에서는 생명체(지의류)의 활동이 판 이동을 유발했을 가능성을 제시하기도 했다.^[121] 캐스팅은 산소화가 캄브리아기 폭발을 일으켰다면, 산소를 생성하는 광합성을 하는 모든 행성은 복잡한 생명체를 가져야 한다고 지적하며 산소화와 복잡 생명체 간의 직접적인 인과관계에 의문을 제기한다.^[122]

지구 자기장의 중요성 역시 논쟁의 대상이다. 자기권의 존재는 지구보다 큰 행성에서는 비교적 흔한 현상으로 보이며,^[124] 달, 가니메데, 수성, 화성 등 작은 지구형 천체에서도 과거 또는 현재의 자기 활동 증거가 발견되고 있다.^[125] 모델링 연구는 케플러-186f와 같은 지구 크기 행성도 자기권을 가질 수 있다고 예측하며,^[126] 태양계 밖에서 강력한 자기장이 관측되기도 했다.^[127]^[128] 캐스팅은 자기장이 없거나 약한 기간(자기 극 역전 시)에도 대기가 우주선으로부터 충분한 보호를 제공할 수 있다고 주장하며, 가장 오래된 자화 화석의 연대를 근거로 진핵생물 진화에서 자기장의 필수적인 역할에 의문을 제기한다.^[78]^[129]

지구의 큰 달의 필요성과 희귀성에도 의문이 제기된다. 에드워드 벨브루노와 J. 리처드 고트의 연구는 달을 형성했을 것으로 추정되는 거대 충돌체가 행성의 라그랑주 점(L4 또는 L5)에서 형성될 수 있으며, 이는 다른 행성계에서도 유사한 과정이 일어날 수 있음을 시사한다.^[130] 달이 지구의 자전축 기울기와 자전을 안정시키는 것이 복잡한 생명체에 필수적인지에 대해서도 캐스팅은 의문을 제기하며, 달이 없는 지구라도 여전히 생명체가 살기에 적합한 기후를 가질 수 있다고 주장한다.^[78] 달은 지구의 자전 속도를 점차 늦춰왔는데(조석 감속), 너무 큰 위성은 오히려 행성의 자전 속도를 지나치게 늦춰 극심한 일교차를 유발할 수 있다.^[131] 달의 존재가 판 구조론에 필수적이라는 주장^[132]^[133] 역시 입증되지 않았으며, 화성 등에서 과거 판 이동의 증거가 발견되면서 반박되고 있다.^[135] 캐스팅은 판 이동을 시작하는 데 큰 달이 필요하지 않다고 본다.^[78]

희귀한 지구 가설은 복잡한 생명체가 발생하기 위해 특정한 환경 조건을 요구하지만, 비판론자들은 생명체가 훨씬 다양한 환경에서 발생하고 존재할 수 있다고 주장한다. 지구상의 다양한 극한 환경에 생명체가 서식하며, 원시 생명체 자체가 초고온 환경에서 탄생했다는 가설은 "생명에 적합한 환경은 제한적"이라는 전제에 대한 반증이 될 수 있다. 물론 희귀한 지구 가설이 다루는 환경 중에는 지구의 극한 환경을 넘어서는 가혹한 조건(예: 물 없는 환경)도 있지만, 대체 생화학의 가능성을 고려하면 지구형 생명체만을 기준으로 삼는 것은 지나치게 제한적이라는 비판이 있다. 이는 과거 칼 세이건이 "지구 쇼비니즘"이라고 비판했던 관점과 유사하다. 디르크 슐츠-마쿠치(Dirk Schulze-Makuch)와 같은 학자들은 외계 생명체를 위한 대체 생화학을 제안하기도 했다.^[136] 또한, 해저 메탄 하이드레이트에 서식하는 동물(''Hesiocaeca methanicola''), 진공 상태에서도 생존하는 물곰,^[137] 지각 깊은 곳의 고압, 고온, 저산소 환경에 사는 ''Halicephalobus mephisto''^[138] 등 극한 환경에 적응한 동물들의 존재는 복잡한 생명체가 "외계"와 같은 환경에서도 발생하거나 적응하여 번성할 수 있음을 시사한다. 질 타터(Jill Tarter)는 이러한 생물들이 극한 환경에서 발생한 것이 아니라 적응했을 뿐이라는 반론에 대해, 우리가 알지 못하는 생명 발생 조건을 미리 가정할 수는 없다고 반박한다.^[139] 유로파나 엔셀라두스의 조석 가열된 지하 바다와 같이, 지구 생명 발생 초기의 환경과 유사한 지하 환경에서 복잡한 생명체가 독립적으로 발생했을 가능성도 제기된다.^[140]^[141] 지구의 심해 열수구 생태계(블랙 스모커)에 서식하는 ''Riftia pachyptila''와 같은 생물들은 지표면 생물권과 완전히 독립적으로 복잡한 생태계를 이루고 있다.^[142]

희귀한 지구 가설에서 제시하는 여러 조건들이 실제로 생명, 특히 복잡한 생명체의 발생에 필수적인지, 그리고 그 조건들이 정말로 우주적으로 희귀한지에 대한 증거는 아직 부족하다. 예를 들어, 적색 왜성의 플레어가 생명 탄생을 반드시 방해하는지는 확실하지 않다. 달을 만들어낸 거대 충돌 역시 과거에는 매우 드문 현상으로 여겨졌지만, 태양계 탐사가 진행되면서 상대적으로 덜 희귀한 현상일 수 있다는 이해가 확산되었다. 생물권의 폭 역시 지구 환경의 항상성 메커니즘(예: 가이아 가설에서 제안하는)에 따라 더 넓어질 수 있다는 주장도 있다. 다만, 지질학적 연구는 지구 환경이 실제로는 매우 다양한 변화를 겪어왔으며 항상성이 절대적이지 않음을 보여주기도 한다.

또한, 희귀함의 기준 자체도 문제 삼을 수 있다. 만약 우리 은하 내 항성계의 0.001%에만 생명이 존재한다고 해도, 그 수는 여전히 매우 많을 수 있다. 현재 태양계 내에서도 화성, 유로파, 엔셀라두스 등의 지하 환경에 생명 존재 가능성이 제기되고 있다.

마지막으로, 희귀한 지구 가설은 지구가 우주에서 특별하지 않다는 코페르니쿠스 원리 또는 우주 원리에 반하는 것처럼 보일 수 있다. 그러나 인류 원리나 관측 편향의 관점에서 보면, 지적 생명체를 탄생시킨 지구는 관찰자인 우리에게 특별할 수밖에 없다는 정당성도 부여될 수 있다.

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