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극한 내성 사막 이끼가 화성 녹색화의 열쇠가 될 수 있을까?

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화성 녹색화

화성을 생물이 살 수 있는 푸른 행성으로 바꾸는 테라포밍은 오래된 과학적·공상과학적 구상이다. 그러나 현재 화성은 대기가 매우 희박하고 표면에 안정적인 액체 물이 거의 없으며 방사선 환경도 가혹하다. 평균 기온은 약 −65 °C다.

테라포밍에는 아직 실현되지 않은 대규모 기술이 필요할 수 있다. 한 연구 구상은 인공 금속 나노막대를 이용해 화성의 온난화를 유도하는 것이다.또 다른 과제는 지각에 존재할 가능성이 있는 물을 확보하는 것이다. 지진파 분석은 지하 약 11.5~20 km의 다공성 암석에 액체 물이 있을 가능성을 제시했지만, 바다를 직접 발견한 것은 아니다.

그러한 구상으로 기온과 압력, 수분 조건을 개선하더라도 실제 생태계를 조성할 수 있을지는 불확실하다. 지구의 사막 생물을 연구하면 극한 환경에서의 생존 가능성을 이해하는 데 도움이 될 수 있다.

토양 구축

지의류와 남세균 같은 생물은 암석이나 사막, 고산지대의 가혹한 환경에서도 살아갈 수 있다.

다만 성장 속도가 느린 경우가 많아 충분한 생물량과 토양을 형성하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있다.

복잡한 생태계에는 유기물과 미생물, 적절한 물리·화학적 구조를 갖춘 토양이 중요하다. 토양을 단순한 광물 혼합물로만 볼 수는 없지만, 인공 기질이나 관리된 재배 환경을 만드는 일이 불가능하다는 뜻은 아니다.

광범위한 토양 형성에는 상당한 생물량 축적과 물질 순환이 필요하다.

일부 이끼는 건조와 온도 스트레스에 강하고 광합성으로 생물량을 만들기 때문에 연구 대상으로 주목받는다.

생물학적 토양 피막(BSC)은 건조 지역에서 흔한 지표층이다. 지의류, 이끼, 남세균 등과 이들의 분비물이 토양 입자와 함께 구조를 이룬다. 화성에서도 같은 피막이 실제로 형성될지는 아직 입증되지 않았다.

일부 사막에서는 이 피막이 지표의 최대 약 70 %를 덮으며 수분 보유와 모래의 안정성에 기여한다.

전 지구 육상 생태계의 생물학적 질소 고정에서 약 4분의 1을 차지한다는 추정도 있으며, 때로 지구의 ‘살아 있는 피부’로 불린다.

경이로운 이끼

중국과학원 신장생태지리연구소의 사막·오아시스 생태학 국가중점실험실과 국가우주과학센터 연구진은 화성 유사 조건에서 사막 이끼의 내성을 시험했다.

연구 결과는 「극한 내성 사막 이끼 Syntrichia caninervis: 외계 환경 개척 식물로서의 가능성」이라는 논문으로 발표됐다.

Syntrichia caninervis는 건조한 환경에 적응한 이끼다. 남극, 티베트고원, 북아프리카와 북아메리카 사막 등 여러 지역에 분포한다.

이 이끼는 수분을 98 % 이상 잃은 뒤에도 다시 수분을 공급하면 회복할 수 있었다.

−196 °C에 보관한 뒤에도 적절한 조건에서 재생한 개체가 있었다. 이는 그 온도에서 자라거나 실제 화성의 모든 조건을 견딘다는 뜻은 아니다.

수분 스트레스에 대한 저항성

이 이끼는 거의 모든 수분을 잃으면 짙은 녹색이나 검은색으로 변하면서도 생존할 수 있다.

건조한 식물에 물을 다시 공급하면 녹색이 돌아오고 광합성 기능의 회복이 수초 안에 시작되며, 측정된 광합성 지표는 약 2분에 걸쳐 회복됐다. 수초 만에 모든 기능이 완전히 회복됐다는 의미는 아니다.

자연환경에서는 눈 아래에서도 광합성을 하며 봄철 동결·해동기에 연간 탄소 고정량의 최대 약 49 %를 확보한다는 관찰이 있다.

이러한 적응은 추운 환경 연구에 유용하지만 화성에서의 능동적 성장을 입증하지는 않는다.

추위에 대한 생존

화성에서는 저온이 장기간 지속될 수 있고, 건조와 저압 등 다른 스트레스도 함께 작용한다.

연구진은 −80 °C에서 최대 5년 보관한 개체를 시험했다. 다시 적절한 조건으로 옮긴 뒤 30일 동안 관찰했을 때 생존율은 90 %를 넘었다.

−196 °C의 액체질소에서 최대 30일 보관한 개체도 이후 재생했다. 보관 중 생장한 것이 아니라 해동과 수분 공급 뒤 회복한 결과다.

따라서 이 결과만으로 실제 화성의 어떤 겨울에도 생존할 수 있다고 단정할 수는 없다.

방사선 저항성

고산과 사막에 적응한 특성은 방사선 내성 연구의 배경이 된다. 그러나 화성의 복합 방사선 환경은 지구의 고산 환경과 다르다.

연구진은 여러 선량의 감마선을 조사하고 이후의 재생을 측정했다.

최대 500 Gy에서는 일부 재생 지표가 대조군보다 높게 나타났다. Gy는 흡수선량 단위다.

선량이 높아지면 재생이 감소했다. 약 5,000 Gy 부근에서 반수 치사 수준이 추정됐으며, 8,000 Gy에서는 새 가지 재생이 관찰되지 않았다. 16,000 Gy에서도 재생이 나타나지 않았다.

사람은 훨씬 낮은 전신 선량에서도 치명적 피해를 입을 수 있다. 다만 종과 조사 조건, 측정 지표가 다른 실험을 단순히 같은 생존 척도로 비교해서는 안 된다.

화성 유사 조건 테스트

연구진은 중국과학원의 행성대기모사시설(PASF)에서 저압, 이산화탄소 중심 대기, 저온과 자외선 등 여러 화성 유사 조건을 함께 적용했다.

이는 특정 조건을 재현한 실험으로, 화성의 장기적인 환경이나 모든 방사선 요소를 그대로 재현한 것은 아니다.

미리 건조한 개체는 화성 유사 조건에 최대 7일 노출된 뒤 지구의 회복 조건으로 돌아왔을 때 30일 관찰 기간에 모두 재생했다. 화성 조건 안에서 완전히 회복했다는 뜻은 아니다.

수분을 머금은 개체는 같은 시설에서 하루 노출된 뒤에도 생존했지만, 건조한 개체보다 회복이 느리고 새 가지가 적었다. 이 결과를 수분이 있는 상태의 7일 생존으로 확대해서는 안 된다.

실험은 단기 노출 후 회복 가능성을 보여준다. 실제 화성 표면에서 지속적으로 성장하고 번식하는 생태계를 입증한 것은 아니다.

자연 및 인공 진화

다양한 적응 메커니즘

연구진은 이 이끼의 극한 내성을 설명할 수 있는 적응 기작도 논의했다. 주요 특징은 다음과 같다.

  • 스트레스 상태에서 대사를 낮추고 중요한 대사물질을 보존하는 능력.
  • 세포 구조를 보호하고 안정화하는 데 도움이 되는 자당과 맥아당의 축적.
    • 스트레스가 완화됐을 때 빠른 회복에 필요한 에너지를 제공하는 당류.
  • 카탈레이스, 글루타티온 S-전이효소, 과산화효소 등과 관련된 활성산소 제거 능력.
  • 스트레스 반응 카탈레이스 유전자와 광보호 초기광유도단백질 관련 유전자의 중복.
  • 수분을 보존하는 겹친 잎과 강한 빛을 반사하고 수분 이용을 돕는 잎 끝의 흰 털.
    • 수분이 줄면 잎이 말리고 수축하며 잎의 각도가 작아지는 형태 변화.

화성을 위한 생명 최적화

자연 진화

Syntrichia caninervis의 내성은 외계 환경 연구에 유용하다. 다만 약간의 도움만으로 화성 전체에 적응할 수 있다는 결론은 아직 없다.

보호된 미세환경이나 인공 시설에서 성장이 가능할지 먼저 시험할 수 있다. 적도 저지대라고 해도 실제 화성의 저압과 건조 문제는 남는다.

장기간 선택과 돌연변이로 내성이 달라질 가능성은 있지만, 그것이 행성 전체의 정착으로 이어진다는 보장은 없다.

유도 진화

유도 진화는 생물학적 기능을 개선하는 데 사용된다. 효소 유도 진화의 발전은 2018년 노벨 화학상으로 인정받았다. 비슷한 접근을 남세균, 지의류와 이끼의 내성 연구에 적용할 수 있지만 성과는 실험으로 확인해야 한다.

예를 들어 화성보다 조금 완화된 조건에서 생장을 허용하고, 이후 스트레스를 점진적으로 높여 더 강한 내성을 지닌 집단을 선발할 수 있다.

이를 반복하면 특정 조건에 대한 내성이 개선될 수 있다. 반복 횟수만으로 새로운 종이나 실제 화성에서 자라는 생물이 만들어진다고 단정할 수는 없다.

목표에 도달하지 못해도 부분적으로 개선된 생물은 보호된 재배환경 연구에 도움이 될 수 있다.

유전공학

유전공학으로 알려진 저온·건조·방사선 반응 경로를 조절하는 방법도 연구할 수 있다.

기존 유전자의 발현을 바꾸거나 다른 종의 유전자를 도입하는 접근이 가능하지만, 카탈레이스나 과산화효소를 늘리는 것만으로 복합 내성이 보장되지는 않는다.

저압, 수분 부족, 저온, 방사선 가운데 어떤 요인이 생장을 제한하는지와 이들의 상호작용을 확인해야 한다.

화성 투자

테라포밍 사업이나 화성 부동산은 아직 검증된 투자시장이 아니다. 일부 기업은 향후 탐사에 필요한 발사체와 우주 시스템을 개발하고 있다.

그중 한 요소는 장비를 궤도와 심우주로 보내는 비용을 줄일 수 있는 재사용 발사체다. 2024년 당시 비상장기업이었던 SpaceX (SPCX )가 이 분야를 선도하는 기업 중 하나이며 다른 업체들도 서로 다른 시장에서 개발을 진행한다.

또 다른 구상은 자립적인 우주 경제와 화성 경제를 구축하는 것이다. 하지만 이것이 테라포밍 비용을 실제로 감당할 수 있을지는 불확실하다.

여러 중개업체를 통해 항공우주 기업에 투자할 수 있다. securities.io에서는 다음 국가의 중개업체를 비교한다: 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 여러 다른 국가.

개별 기업 대신 산업 ETF를 검토할 수도 있다. 예를 들면 ARK Space Exploration & Innovation ETF (ARKX), iShares U.S. Aerospace & Defense ETF (ITA) 또는 SPDR S&P Aerospace & Defense ETF 등이 있다. 이들은 여러 종목에 분산하지만 항공우주 산업과 시장의 위험을 없애지는 않는다.

관련 기업은 「주요 항공우주·방위산업 주식 10선」에서도 살펴볼 수 있다.

우주 기업 투자

1.  Virgin Galactic

SPCE 가격 차트

버진 갤럭틱은 리처드 브랜슨이 설립한 우주관광 기업이다.

과거 판매 가격은 25만~45만 달러 수준이었고 예약 대기자가 있었다. 초기 고객들은 다음과 같이 경험을 평가했다.

한 고객은 예상했던 것보다 훨씬 특별한 경험이어서 말로 설명하기 어렵다고 회상했다.

또 다른 고객은 평생 가장 인상적인 하루였으며 기대를 뛰어넘었다고 말했다.

앞서 논의했듯 관광은 미래 화성 경제의 한 요소가 될 수 있다

. 하지만 현재 화성 관광은 실현된 산업이 아니다. 관심을 끌 만한 지형에는 다음이 있다.

  • 길이 약 4,000 km, 폭 최대 약 200 km, 깊이 최대 약 7 km의 거대한 협곡계인 매리너리스 계곡.
  • 높이 약 21.9 km로 알려진 올림푸스산과 광대한 화산 지형.

출처: Wikipedia

버진 갤럭틱 (SPCE )의 2024년 사업은 준궤도 관광이다. 궤도 비행이나 달·화성 관광을 제공하는 기업으로 혼동해서는 안 된다.

개발 중인 델타 우주선은 기존 4명보다 많은 6명의 승객과 높은 운항 빈도를 목표로 했다.

승객 수와 목표 운항 빈도를 결합하면 우주선당 수송 능력이 약 12배가 될 수 있다는 회사 구상이었다. 이는 실제 매출 12배나 6개월 투자금 회수를 보장하지 않는다. 2024년의 회사 계획은 2026년 상업 운항 개시를 목표로 했다.

시장에서는 브랜슨이 버진 갤럭틱에 추가 자금을 투입하지 않겠다는 입장을 우려했다. 인력 감축과 2024년 비행 중단도 자금 소진과 델타 개발 일정에 대한 관심을 높였다.

향후 자금 여력은 개발비, 일정과 자금 조달에 달려 있다. 델타의 성공적 운항이나 2026년 현금흐름 흑자를 확정된 결과로 볼 수는 없다.

버진 갤럭틱은 버진 오빗과 별개 기업이다. 버진 오빗은 소형 위성 발사 서비스를 제공하다 2023년 4월 파산을 신청했고, 로켓랩이 롱비치의 생산시설과 장비 등 자산을 인수했다 (RKLB ) .

버진 오빗의 파산과 브랜슨의 추가 투자 거부는 투자심리에 영향을 미칠 수 있지만, 별개 기업의 재무상태와 위험은 각각 평가해야 한다.

고객 만족과 예약 수요는 긍정적인 요소지만 자금 조달 없이 사업을 유지할 수 있음을 증명하지 않는다. 델타의 개발, 생산, 운항 승인과 실제 단위 경제성이 중요하다.

주가 하락만으로 저평가나 매수 기회가 성립하지는 않는다. 추가 희석, 개발 실패와 자금 소진 위험을 함께 검토해야 한다.

2. Ginkgo Bioworks

DNA 가격 차트

징코 바이오웍스는 의학, 산업과 소재 분야를 위한 생물 설계 서비스를 제공한다. 팬데믹 기간에는 생물보안 사업도 확대됐다.

유전공학과 유도 진화는 이러한 개발에 활용될 수 있다. 다만 징코가 미래 화성 개척의 주요 계약업체가 된다는 전망은 추측이며, 확정된 사업이 아니다.

징코 바이오웍스 (DNA )는 다음과 같은 분야에서 연구와 협력을 진행해 왔다.

수익 구조에는 개발 서비스 대가와 계약에 따라 향후 발생할 수 있는 마일스톤, 지분 또는 로열티 등이 포함된다. 모든 프로그램이 상용 제품이나 로열티로 이어지는 것은 아니다.

공개된 협력 사례에는 다음이 있다.

징코는 Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM 등 농업 관련 기업과도 협력해 왔다. 각 협력의 범위와 상업화 성과는 다르다.

유전자 서열, 생물 설계, 선발과 생물보안 분야의 경험은 여러 산업에 활용될 수 있다. 그러나 모든 효소·항체 사업에 필수적인 공급업체라고 단정할 수는 없다.

합성생물학 산업의 성장은 기회가 될 수 있지만, 회사의 성과는 계약 이행, 비용, 경쟁과 고객 프로그램의 성공에 달려 있다.

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Jonathan은 유전 분석 및 임상 시험을 수행한 전직 생화학 연구원입니다. 그는 현재 주식 분석가이자 금융 작가이며, 혁신, 시장 주기 및 지정학에 초점을 맞춘 출판물 'The Eurasian Century'을 운영하고 있습니다.