생명체 구성은 반드시 유기화합물 구조로만 구성되야 하나요?

Question

지구상 생명체들은

일단 모두 탄소를 포함함 유기화합물로만 이뤄져 있는 것으로 압니다

탄소가 가진 네개의 결합 성질과

다양한 구조형성 능력 덕에

복잡한 유기분자를 기본 물질로 사용해서 생명체를 이뤄며

이런 유기화합물들은 생명현상 유지에 필수적이면서

에너지대사, 유전정보 저장 등의 필수적인 기능을 담당하는데요.

하지만

저명항 우주 과학자 분들 의견에서 보면

지구와는 전혀 다른 환경이지만

물은 아니지만 액체가 있고 기상현상이 있으며

산소계는 아니지만 대기가 있고

자기장에 따라 우주방사선을 막아줄 여러 장치가 있다면

지구와는 다른 구성의 생명체가 있을 수 있다는 말을 들은 적이 있습니다.

그렇다면 생명체 구성은

탄소계 유기화합물 외에도

이론적으로 존재할 수 있는

과학적 기반이 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 생명체는 기본적으로 탄소(C)를 중심으로 한 유기화합물로 이루어져 있습니다.

지구 생명체가 모두 탄소 기반인 이유는 우선 탄소는 다양한 공유결합이 가능하며, 직선·고리·분지 구조 등 수많은 형태를 만들 수 있습니다. 또한 결합은 비교적 안정적이면서도 생명 반응에 필요한 정도의 화학적 재활성이 있으며, 우주에서 탄소는 수소, 헬륨, 산소 다음으로 흔한 원소 중 하나입니다. 즉, 복잡한 정보 저장 분자(DNA, 단백질 등)와 에너지 대사 분자를 동시에 만들 수 있는 최적의 원소라 탄소 기반 생명이 지구에서 선택된 것으로 보여집니다.

이렇게 생각해보면 규소 역시 탄소처럼 4가 원소인데요, 하지만 Si–Si 결합은 불안정하고 쉽게 끊어지며 Si–O 결합은 지나치게 안정적이어서 반응성이 떨어지고, 고분자 구조는 딱딱하고 비유연적이라 생명체 분자처럼 복잡한 기능을 수행하기 어렵기 때문에 생명체는 탄소 기반의 유기화합물로 구성되어있는 것입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 안상우 전문가입니다.

생명체의 구조는 탄소를 기준으로 이루어지는 것이 기본입니다. 하지만 다른 원소를 이용해서도 생물체에 비슷한 구조를 만들 수 있습니다.

특정행행성 조건이나 중력 등의 차이 등으로 인해서 다른 물질로도 생물과 같은 구조를 만들 가능성이 있습니다. 하지만 지구의 생물과는 외적으로 내적으로도 차이가 많이 날것으로 생각됩니다.

Answer 3

네, 말씀하신 것처럼 지구상의 생명체는 모두 탄소 기반 유기화합물로 이루어져 있지만, 탄소계 외의 생명체 구성에 대한 이론적 과학 기반이 있고, 이 분야를 대체 생화학(Alternative Biochemistry)이라 합니다.

가장 유력한 후보는 규소(Silicon)입니다. 규소는 주기율표에서 탄소와 같은 14족으로, 탄소처럼 4개의 공유 결합을 형성할 수 있어 이론적으로 복잡한 분자 구조의 골격을 이룰 수 있습니다.

다만 지구와 같은 환경에서 규소 결합은 탄소보다 불안정하고, 복잡한 장쇄 분자 형성이 어렵다는 한계가 있습니다. 그러나 규소 화합물은 고온에 강하기 때문에, 금성이나 목성의 위성처럼 극한 환경에서는 규소 기반 생명체가 유리할 수 있습니다.

또한, 물이 아닌 다른 용매를 사용하는 생명체도 있을 수 있는데, 예를 들어 매우 추운 환경에서는 액체 메탄이나 암모니아가 생명 현상을 유지하는 용매 역할을 할 수 있습니다.

이러한 가설들은 우주의 다양한 환경을 고려할 때, 생명의 기본 물질이 탄소에 국한되지 않을 수 있다는 과학적 기반이 되는 것이죠.

Answer 4

탄소 기반의 유기 화합물 외에 다른 원소로 구성된 생명체가 존재할 수 있다는 이론적 가능성은 있습니다. 과학자들은 탄소와 유사하게 4개의 원자가 전자를 가져 다양한 결합을 형성할 수 있는 규소를 대체 원소로 고려해왔습니다. 규소 기반 생명체는 규소와 산소의 결합을 기반으로 복잡한 분자를 형성할 수 있을 것이라는 가설이 존재하며, 이는 SF 작품의 소재로도 활용됩니다. 하지만 규소는 탄소보다 결합력이 약하고, 고온에서 기체 상태가 되는 규소 화합물은 복잡한 구조를 만들기 어려워 생명체에 필요한 다양한 기능을 수행하기에는 적합하지 않다는 한계가 있습니다. 이러한 이유로 아직까지 규소 기반의 생명체는 가설 단계에 머물러 있습니다.