뭔가 일어날 것 같은 신기한 화산 번개, 정말 지구생명의 기원이었을 가능성

뭔가 일어날 것 같은 신기한 화산 번개, 정말 지구생명의 기원이었을 가능성

엄청난 에너지를 방출하는 화산의 분화는 때때로 번개도 만들어 냅니다.
그리고 이 번개에 의해 지구의 생명이 태어났을 가능성이 있다고 합니다.

지질학자, 지구과학자, 광물학자를 모은 연구 그룹이 여러 나라의 화산을 조사한 결과, 화산 번개에 의해 대기 중의 질소로 만들어진 대량의 질산염을 발견하였습니다.

우리 몸을 포함하여 모든 생물의 몸에는 질소가 필요합니다. 하지만 질소는 매우 안정적인 형태로 대기 중에 존재하고 있어서 생물의 재료인 아미노산이 되기 위해서는 대기 중의 질소가 고정되어 질소화합물의 형태가 되어야 합니다.

지금까지 생명의 기원으로 이어지는 질소의 고정은 세균에 의한 것이라고 생각해 왔지만, 화산 번개에 의한 대규모 질소의 고정이 생명의 기원으로 이어질 가능성이 있습니다. 또한 화산의 분화에는 이 연구 이외에도 생명의 기원으로 이어지는 요소가 있는 것 같습니다.

이 연구는 미국과학아카데미 발간지 제121권 7호에 2024년 2월 5일자로 게재되어 있습니다.

◆ 생명의 기원은 화산 번개로 고정된 질소일 수도 있다
프랑스 파리테일대학 아델라인 알로스케이 등 연구진은 다양한 화산에서 퇴적물을 조사해 곳곳에서 많은 질산염을 발견했습니다.
이들 성분을 분석한 결과 질산염에 포함된 질소는 화산에 원래 포함되어 있던 성분이 아니라 대기 중의 질소를 흡수한 것일 가능성이 높다고 합니다.

연구자들은 이 질산염이 화산에서 솟아오르는 수증기, 화산재, 화산암 등의 마찰전기에서 생기는 화산 번개에 의한 것이 아닐까 생각했습니다.
원래 번개에는 대기 중의 질소를 고정하고 순환시키는 역할이 있는 것으로 알려져 있습니다.

번개의 전기와 고온에 의해 공기 중의 질소 분자와 산소 분자가 분해되어 원자가 되고, 점점 온도가 내려가면서 질소원자와 산소원자가 결합함으로써 질소 산화물이 되는 것입니다.

그것들이 비에 녹아 땅속에서 스며들어 질산염이 됩니다.
화산 폭발로 생기는 화산 번개라도 대기는 전기를 띠며 고온이 되기 때문에 대량의 질소 고정이 일어날 것으로 추측할 수 있습니다.
그리고 이 대량의 질산염에서 생명이 태어났을 가능성이 있는 것입니다.

◆ 생명에 빠뜨릴 수 없는 질산염

질산염 (빨간색이 산소 원자, 파란색이 질소 원자)

질산염은 지구상의 생물의 대부분이 생명활동에 이용하고 있는 질소화합물입니다.
세포를 만드는 아미노산이나 단백질의 재료가 되는 것으로, 식물은 땅속의 질산염 등의 질소화합물과 탄수화물을 조합하여 아미노산을 만들게 됩니다.
질산염은 식물의 비료로도 줄 수 있을 정도로 식물의 성장을 촉진하는 성분이며 질산염을 대량으로 만들어내는 천둥도 식물의 성장을 촉진합니다.

천둥의 다른 이름인 '번개'인데, 이는 뇌우가 내린 후에는 벼 이삭의 결실이 좋아지는 것으로 알려져 있습니다.
무기물인 질산염이지만 생명을 만들고 키우는 데는 필수적인 성분입니다. 

다만 생명의 탄생에는 질산염뿐만 아니라 아미노산에서 단백질이 되는 과정도 중요합니다.
사실 아미노산이 단백질이 되는 과정도 질산염이 화산 번개에서 유래한 것과 마찬가지로 화산 활동이 관련되었을 가능성이 있다고 합니다.

◆ 화산 가스가 아미노산을 단백질로 바꾸었나?

산소 원자 하나가 황 원자로 대체되면 펩타이드 결합 형성

 

아미노산은 펩타이드 결합으로 단백질이 됩니다.
이 펩타이드 결합은 아미노산의 형태로는 일어나기 어렵고, 아미노산의 산소원자를 황 원자로 치환한 것과 산화철이 용액 안에서 섞이면 일어나기 쉬워진다는 것이 오사카대학의 연구에서 밝혀졌습니다.

화산가스는 황화수소가 포함된 것으로 보아 이 황화수소의 황 원자가 단백질의 탄생에 기여했을 가능성이 있습니다.
또한 화산재에도 산화철이 포함되어 있기 때문에 분화 시 펩타이드 결합이 일어나기 쉬운 조건이 갖추어져 있습니다.
화산 폭발로 인해 생긴 화산 번개로 질산염이 생기고, 그 질산염으로 생긴 아미노산이 화산 가스와 화산재의 영향으로 펩타이드 결합하여 단백질이 되었을 가능성이 있는 것입니다.

◆ 생명이 화산에서 생겨났을 가능성은 그 밖에도

생명 탄생의 과정에는 질산염에서 어떻게 아미노산이 생겨났는지, 즉 유기물이 어떻게 생겨났는지도 중요합니다.
유기물은 대기 중의 이산화탄소와 수소로부터 생겨난 것으로 보이는데, 이들이 유기물이 되려면 광물 등의 촉매가 필요합니다.

이러한 촉매도 화산재에 포함된 성분을 할 수 있다는 설도 있습니다.
알면 알수록 화산의 분화에는 생명이 태어나는 조건이 갖추어져 있습니다.

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생명의 기원 - 지구상에 폴리펩타이드가 출현한 루트의 해명으로도 이어지는 성과
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20190517_2

Geological evidence of extensive N-fixation by volcanic lightning during very large explosive eruptions
https://doi.org/10.1073/pnas.2309131121

Regioselective α-Peptide Bond Formation Through the Oxidation of Amino Thioacids
https://doi.org/10.1021/acs.biochem.8b01239

 

生命の起源－地球上にポリペプチドが出現したルートの解明にもつながる成果