**서론**
소행성에서 가져온 샘플의 아미노산은 좌우잡힌 형태가 거의 반반이었습니다. 그러나 지구의 생명체는 거의 좌우잡힌 형태만 사용하고 있습니다. 이 격차를 메우는 열쇠가 2026년 노벨 화학상에 선정된 “비대칭 유기 합성에서 비선형 효과와 자가 촉매 작용의 발견”입니다.
수상자는 도쿄리과학대 명예교수인 kanamycin 켄스이와 프랑스의 앙리 B. 카간 씨입니다. 이 기사에서는 삽화와 그림, 그리고 반응의 메커니즘을 나타낸 비디오를 사용하여 “생명의 오른손”의 미스터리를 따라갑니다.
키라리티에 대하여: 거울 속에 비친 손은 서로 겹치지 않는다.
오른손과 왼손은 서로 거울에 비친 형과 같습니다. 하지만 어떤 방향으로 회전시켜도 완벽하게 겹쳐 놓을 수 없습니다. 분자에도 이와 같은 성질을 가진 것이 있으며, 이를 “키라리티(대칭성)”라고 부릅니다. 이 용어의 어원은 그리스어에서 “손”을 의미하는 cheir입니다.
예를 들어 아미노산인 알라닌에서는 중심 탄소에 4개의 서로 다른 기(아미노기, 카르복시기, 메틸기, 수소)가 연결되어 있습니다. 그 배열 방식에 따라 왼쪽 손 형태의 L체와 오른쪽 손 형태의 D체 두 종류가 나타날 수 있습니다. 이 두자는 조성과 결합도 모두 동일하지만, 다른 점은 입체적인 방향만 다릅니다.
지구의 생명은 “한 손만” 사용한다.
지구상의 생명체는 단백질을 만드는 아미노산에 거의 L체만을 사용하며, DNA나 RNA의 골격이 되는 당은 반대로 D체만을 사용합니다. 이렇게 한쪽의 손이 맞춰져 있는 상태를 “호모키랄리티”라고 합니다.
그러나 실험실에서 아미노산을 정상적으로 합성하면 L체와 D체가 등량의 ‘라세미체’가 만들어집니다. 이는 화학 법칙이 좌우를 구별하지 않기 때문입니다. 그렇다면 생명은 어디에서 어떻게 한쪽 손을 ‘선택’했을까요? 이것은 생명의 기원과 관련된 큰 미스터리 중 하나입니다.
유력한 가설 중 하나는 “우주에서 처음부터 왼손잡이 형태로 치우쳐진 물질이 닿았다는 것”이었습니다. 마셜슨 운석 등에서는 일부 아미노산에서 L체(L-체인)가 약간 더 많다는 보고가 있었지만, 운석은 지표면에서 오염을 받을 수 있기 때문에 확실한 결론을 내리지는 못했습니다.
소행성 샘플에서 “불균형 없음”이 확인됨
탐사선이 소행성에서 직접 가져온 표본은 지구의 오염을 거의 받지 않았습니다. 그 분석 결과는 모두 L체와 D체가 거의 1:1의 라세미체로 나타났습니다.
- 이카와(하야부사/에스형): 유기물은 극미량이며, 탄소에 풍부한 일부 입자에서 생물에 희귀한 아미노산이 라세미체로 발견되었다.
- 류우구(하야부사2/C형): 알라닌 등을 포함한 약 20종의 아미노산. L체: D체 ≈ 1:1
- 베누(OSIRIS-REx/B형): 33종의 아미노산(생명체가 사용하는 20종 중 14종 포함)과 DNA·RNA의 핵산 염기 5종을 모두 포함한다. 키랄 아미노산은 라세미체 형태이거나 거의 라세미체 형태이다.
베누(Venu)의 분석팀은 생명체에서 동일한 방향으로의 편향이 존재하는지 확인하는 것을 주요 목표로 삼았습니다. 결과는 예상과는 달리 편향이 발견되지 않았으며, 알라닌 등이 라세미체 상태였던 것은 지구 생물에 의한 오염이 없었다는 증거가 되었습니다. 즉, 생명의 구성 물질은 우주에서 풍부하게 유입되었을 가능성이 높으며, 처음부터 왼손체로 편향되어 있었다고 보기는 어렵습니다.
그러나 분석된 것은 시료의 극히 일부에 불과하며, 시료의 불균질성까지 포함하여 추가 분석이 진행되고 있습니다.
2026년 노벨 화학상: 미미한 편차를 증폭시키는 화학
거의 1:1 비율로 재료를 사용하여 한 손으로 세계를 만드는 데는 “미세한 편차를 증폭시키는 메커니즘”이 필요합니다. 그 메커니즘을 실제 화학 반응으로 보여준 것이 올해 수상자 2명입니다.
앙리 B. 카간: 비선형 효과
촉매의 미러체 순도와 생성물의 순도는 비례한다고 여겨져 왔으며, 1986년 카간 씨와 그 동료들은 이 비례가 깨지는 “비선형 효과”를 발견했습니다.
구성 방식은 다음과 같습니다. 촉매 분자가 두 개 묶어 작용할 때, 소수파의 손은 다수파의 손과 짝을 이루어 “잠들어” 버립니다. 그러면 남은 다수파만 작동하게 되어 생성물의 편차가 촉매의 편차보다 커지는 것입니다.
히로시 게이와 불균형 자기 촉매 반응 (히라유 반응)
1995년에 보고된 이 반응에서 생성물 자체가 자신과 같은 손의 분자를 만드는 촉매가 됩니다. 반응하는 물질은 피리미딘 계열의 알데히드와 디이소프로필아연입니다.
자기 복제에 카간 씨의 비선형 효과가 결합됨으로써, 아주 작은 편차가 반응이 매번마다 눈덩이처럼 커집니다. 수회 반복으로 거의 100% 한쪽 손에 모입니다.
야마구치 연구팀은 편광파나 수정과 같은 거울상성 결정들을 “촉매”로 활용하여 어느 한쪽이 승리할지 결정할 수 있음을 보여주었습니다. 촉매가 제공되지 않으면 우연한 변동성으로 인해 어느 한쪽이 승리합니다.
영상으로 보는 발열 반응
이 영상(약 47초)에서는 플라스크 안의 200개의 분자를 사용하여 편차가 증폭되는 현상을 보여줍니다. 원은 R체를, 사각형은 S체를 나타냅니다.
영상으로 보는 반응성
가장 주목할 만한 점은 각 사이클에서 반복되는 다음 4단계입니다.
- 소수형 S체와 다수형 R체가 짝을 이루어 회색빛 비활성 이량체를 형성한다 (비선형 효과).
- 남은 R체만 촉매로 빛나 알데히드를 유발한다.
- 알데히드가 촉매와 동일한 R체 알코올로 변환된다 (자기 촉매 반응).
- 생성물이 다음 사이클의 촉매가 됩니다.
출발점은 R체 101개에 대해 S체 99개였다. 외형은 거의 반반이었다. 그것은 4サイクル 후에는 거의 R체만 남게 된다.
본 영상의 증폭 수치는 작동 원리를 설명하기 위한 단순화된 모델에 따른 것이며, 실제 측정값은 아닙니다. 실제 반응 메커니즘, 예를 들어 활성 종이 이량체인지 사량체인지 하는 것은 여전히 연구가 진행 중입니다.
요약: 재료는 우주에서 나오고, 소매 손은 지구에서 나온 것이다.
소행성 샘플과 노벨상 연구를 거듭할수록, 다음 시나리오가 분명해질 것입니다.
- 아미노산과 뉴클레오사이드 등 생명체의 구성 물질은 소행성과 운석으로부터 풍부하게 유입되었으나, 좌우 간극은 거의 존재하지 않았다.
- 원편광, 키랄한 광물, 혹은 우연의 변동이 미미한 기울기를 낳았다.
- 결합 반응과 같은 화학적 증폭으로 인해 그 편차가 한쪽 손에만 의존하는 세계로 수렴했다.
물론, 이것이 실제로 초기 지구에서 일어났다는 사실은 아직 증명된 것은 아니지만, “재료는 우주에서, 반사는 (증폭에 의해) 지구에서”라는 설정은 실험과 관측 양쪽 모두에서 지지되고 있습니다.
생명의 기원은 우주와 화학 양 측면에서 조금씩 풀어나가고 있습니다. 베누스와 류구우 추가 분석을 통해, 또 새로운 발견이 있을 수도 있습니다.
참고 문헌
- 푸초, C., 카간, H. B. 등(1986) J. Am. Chem. Soc. 108권 2353면(비선형 효과 보고)
- 소아이, 케이, 시바타, 테츠오, 모리오카, 히로시, 조지, 케이 (1995) Nature 378, 767 (비대칭 자기 촉매 반응 및 비대칭 증폭)
- 나라도카, H. 외 (2012) 지화학 저널 (이타가와 입자의 유기물 분석)
- 나라도카, H. 외 (2023) 사이언스(류우구 표본의 용해성 유기물)
- 파커, E. T. 외 (2023). 지구화학 및 천문학회 (리외구 샘플의 아미노산 및 키랄리티)
- 글라빈, D. P. 외 (2025) Nature Astronomy (베누 샘플의 아미노산 및 핵산 염기)
- 노벨 재단 보도자료 (2026년 10월 7일)
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출처: note 원문
번역: Gemma 3(.44) 초벌 + 교정 27청크
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