광합성은 태양계 밖의 행성에서도 일어날까?

모두들 지구의 모습을 보았을 것이다. 우주에서 바라본 지구는 너무나도 아름다운 창백한 푸른 별의 모습이다. 우주에서 지구를 보면 푸른 바다가 펼쳐져 있고, 모든 대륙에 녹색의 식물이 우거져 있는 낙원의 모습으로 보인다. 혹시 이런 푸르고 녹색인 지구의 모습을 닮은 행성이라면 지구처럼 산소를 만들어내는 식물도 존재하지 않을까? 녹색의 모습이 식물이라고 생각하는 것은 선입견일까? 광합성은 빛 에너지를 흡수해 탄화수소의 형태인 화학에너지로 바꾸는 과정이다. 한 미국의 우주생물학자는 광합성은 산소분자를 만드는지의 여부로 두 종류로 나뉠 수 있다고 말했다. 

 

산소를 만드는 광합성은 약 24억 년 전 지구의 산소가 급격하게 증가하는 대 산화 사건에서 크게 기여했다. 대산화 사건 덕분에 지구상에 산소 호흡을 하는 생명체가 출현할 수 있었을 것이다. 지구에서 발생하는 산소 발생 광합성이 생명체가 복잡한 진화를 이어가는 데에 필수적인 역할을 했을 것이다. 왜냐하면 복잡하게 구성된 생물은 호기 호흡에서 나온 에너지가 필요하기 때문이다. 지구 대기 중 산소 농도가 상승한 것은 산소 발생 광합성이 없었다면 불가능했을 것이다. 

 

그런데 1996년에 스페인령 카나리아 제도에서 유럽우주 생물학 학회에서 한 연구의 내용이 발표되었다.  아카리오 클로리스 마리나란 해양성 남조류가 엽록소의 클로로필 a를 대신해 클로로필 d를 우선적으로 이용한다는 것이 발견되었다. 엽록소 클로로필 a는 파장이 400에서 700 나노미터 범위의 가시 스펙트럼의 빛을 흡수하는데, 적색 부분인 파장 700에서 750 나노미터의 빛은 흡수 효율이 저하된다. 클로로필 d는 흡수 파장 스펙트럼이 40 나노미터 정도 더 적색 쪽으로 넓혀서 거의 근적외광의 범위로까지 확장한다. 

 

이러한 발견은 산소 발생형 광합성에 대한 기존의 이해를 뒤집는 중요한 발견으로, 태양에 비해 가시 스펙트럼의 에너지가 낮고 적외 스펙트럼의 에너지가 높은 항성에서 광합성이 어떻게 적응할 수 있는지를 보여준다. 또한, 이는 산소 발생형 광합성이 근적외 영역의 어느 정도의 범위까지 이용할 수 있는지에 대해 새로운 관점을 제시한다.  

 

행성 대기의 산소에 의한 생명의 위양성과 위음성

지구 이외의 행성에서도 광합성이 일어나면, 이를 어떻게 알 수 있을까? 한 행성 생물학자에 따르면, 광합성은 지구의 역사에서 꽤나 빠른 시기에 발생한 것으로 알려져 있기 때문에, 광합성이 발생하는 것은 그다지 어렵지는 않을 것이라고 한다. 또한 생명이 진화하는데 빛으로부터 얻어지는 에너지를 최종적으로 이용할 것이라 생각하는 게 합리적인 생각이라고 전했다. 

 

광합성 없이 대규모 산화가 가능한 행성은 없을까?

행성 생물학자는 적색 왜성의 주변을 공전하는 대량의 물이 있는 행성은 가능할지도 모른다고 보았다. 이런 천체에서는 적색 왜성의 강력한 자외선 방사에 의해 수증기가 분해되고 대량의 산소 분자가 방출될 수 있기 때문이다. 이런 경우 산소는 생명의 위양성이 될 수 있다고 행성 생물학자는 말한다. 또한 생물이 생성한 산소가 풍부한 지구와 같은 행성을 찾는 경우에는 위양성이 위음성보다 쉽게 판단이 될 것이라고 말했다. 왜냐하면 산소 발생형 광합성에 의해 산소 분자가 생성되는 동안 행성의 고체 지역인 대지에서는 발생한 화산 가스나 다른 물질과의 반응에 의해 산소가 소비될 것이다. 또한 약 24억 년 전까지는 지구 내부에서 유래한 이러한 물질의 양이 생물학적으로 생성된 산소의 양을 압도하고 있었다고 설명했다. 따라서 지구 대기 중의 산소 축적은 고체 지구에서 생명의 진화만큼이나 중요했다고 전했다. 

 

위음성을 회피하는 방법은 무엇일까?

위음성을 회피하기 위해서는 산소 발생 광합성이 진화 중인 많은 행성이 있을 수 있지만, 생성된 모든 산소가 행성의 고체 영역에 의해 소비되면 결과적으로 산소가 대기에 축적되지 않는다는 것을 알 수 있다. 이러한 경우엔 산소를 대기에서 발견하는 것은 생명의 위음성으로 이어질 수 있다. 이는 우리가 생명에 대한 이해를 깊게 해야 함을 강조하고 있다.

우주 행성학자는 행성에서 생명을 탐색하는 데 있어서 이성적이고 현명한 판단을 내리기 위해서는 지구와 유사한 행성의 내부적 진화를 이해하려는 노력이 선행되어야 함을 말한다. 산소를 생명의 존재를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 이런 노력과 연구는 우주 탐사의 핵심 요소이고, 지구 이외의 생명체를 찾아내는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 

 

추가로 지구 역사상 중요한 사건인 대산화 이벤트에 대해 살펴보겠습니다. 이 사건은 산소 농도가 급증한 시가를 말하는데, 이는 지구 생명의 핵심 이정표가 되었습니다. 이 이벤트는 약 2.4억 년 전 후기 원생대 중기에 신뢰도 높은 증거로 확인되었습니다. 이 시기의 지구는 대기와 생물체 구성에 있어서 상당한 변화가 발생했습니다. 

대산화 이벤트는 지구의 화학적 구성에 큰 변화를 가져왔는데, 이는 생명체의 다양성에도 영향을 미쳤습니다. 이 변화는 생명체의 진화를 촉진시키며, 생명체가 다양한 환경에 적응하고 발전하는 데 필수적이었습니다. 

이 변화의 주요 원인 중 하나는 시안박테리아와 같은 미생물이 광합성을 통해 산소를 생성한 것으로 추정되며, 이 산소는 대기 중에 축적되어 대규모 산소 공급을 일으켰습니다. 이러한 미생물의 활동은 대산화 이벤트의 주요 원인으로 판단되며, 이는 다양한 화석 기록과 지질학적 증거를 통해 확인되었습니다. 

대산화 이벤트가 지구 생명체 진화에 큰 영향을 미쳤음을 우리는 이미 알고 있습니다. 과거의 지구 대기는 현재와 많이 다르며, 산소 농도의 증가는 생명체의 진화와 다양성에 큰 영향을 미쳤습니다. 산소의 존재는 호흡을 가능하게 하여 생명체의 에너지 효율을 증가시키는데 도움이 되었습니다. 이는 대산화 이벤트 이후 생명체의 다양한 변화를 촉진했습니다. 

지구의 대산화 이벤트는 아직도 중요한 연구 주제이며, 현재의 지구 환경과 생명체 진화를 이해하는데 중요하며, 이 사건을 통해 지구의 과거를 이해하고 다른 행성을 파악하는데 도움이 될 수 있습니다.