형광 동굴은 지구 외 환경에서 생명이 지속되는 방식을 설명할 수 있다

지구 표면 아래 깊은 곳에는 암석과 광물 형성물이 비밀스러운 광채로 숨겨져 있습니다. 검은색 빛 아래에서 화석화된 화학 물질은 분홍색, 파란색, 녹색의 밝은 색조로 빛납니다. 과학자들은 이러한 형광 특성을 사용하여 동굴이 어떻게 형성되었는지, 극한 환경에서 생명이 어떻게 유지되는지 이해하고 있으며, 목성의 얼음 위성 유로파와 같이 먼 곳에서 생명이 어떻게 지속될 수 있는지 밝혀낼 수 있습니다.

연구자들은 미국화학회(ACS) 봄 학술대회에서 연구 결과를 발표할 예정입니다.

사우스다코타의 윈드 동굴의 화학은 유로파와 같은 곳과 비슷할 가능성이 높고, 접근하기 더 쉽습니다. 이것이 노던 아이오와 대학교의 교수인 천체생물학자 조슈아 세브리가 수백 피트 지하에서 이 어둡고 차가운 환경에서 미네랄과 생명체를 조사하게 된 이유입니다.

"이 프로젝트의 전체적인 목적은 생명체가 어떻게 유지될 수 있는지 알려주는 지하에서 일어나는 화학 작용을 더 잘 이해하는 것입니다."라고 그는 설명합니다.

세브리와 그의 학생들이 미국 전역의 Wind Cave와 다른 동굴의 새로운 지역으로 모험을 시작하면서, 그들은 발견한 암석층, 통로, 개울, 유기체를 지도에 표시했습니다. 탐험하면서 그들은 암석의 미네랄을 살펴보기 위해 블랙라이트(UV 조명)도 가져왔습니다.

검은 빛 아래에서 동굴의 특정 구역은 주변 바위의 일부가 다른 색조로 빛나면서 이 세상과 다른 무언가로 변하는 듯했습니다. 수백만 년 전 지구에 쌓인 불순물 덕분에 -- 거의 화학 화석 -- 색조는 유기 또는 무기 화합물의 다른 농도와 유형과 일치했습니다. 이 빛나는 돌은 종종 물이 ​​한때 표면에서 미네랄을 아래로 운반했던 곳을 나타냅니다.

"벽은 완전히 텅 비어 있었고 흥미로운 게 하나도 없었어요." 세브리가 말했다. "그런데 검은색 조명을 켜자, 그저 평범한 갈색 벽이었던 것이 10,000년이나 20,000년 전에 물웅덩이가 있던 곳을 알려주는 밝은 형광 미네랄 층으로 바뀌었어요."

일반적으로 동굴 지형의 화학적 구성을 이해하기 위해 암석 샘플을 제거하여 연구실로 다시 가져갑니다. 하지만 세브리와 그의 팀은 탐험 중에 휴대용 분광기를 사용하여 다양한 표면의 형광 스펙트럼(화학적 구성의 지문과 같음)을 수집합니다. 이런 식으로 그들은 정보를 가지고 갈 수 있지만 동굴은 그대로 두고 갈 수 있습니다.

대학의 학부생인 Anna Van Der Weide는 Sebree와 함께 이러한 탐험 중 일부를 수행했습니다. 그녀는 현장 작업 중에 수집한 정보를 사용하여 형광 지문의 공개 액세스 가능한 인벤토리를 구축하여 전통적인 동굴 지도에 추가 정보 계층을 제공하고 동굴의 역사와 형성에 대한 보다 완전한 그림을 그리는 데 도움을 주고 있습니다.

추가 학부생이 연구에 기여했습니다. Jacqueline Heggen은 이 동굴을 천체생물학적 극한환경생물을 위한 시뮬레이션 환경으로 더 탐험하고 있습니다. Jordan Holloway는 미래의 지구 밖 임무에서 측정을 더 쉽게 만들고 심지어 가능하게 만들기 위해 자율 분광기를 개발하고 있습니다. Celia Langemo는 극한 환경 탐험가의 안전을 위해 생체 인식을 연구하고 있습니다. 이 세 학생은 또한 ACS Spring 2025에서 연구 결과를 발표합니다.

동굴에서 과학을 하는 것은 어려움이 없는 것은 아닙니다. 예를 들어, 미네소타의 미스터리 동굴의 화씨 48도(섭씨 9도) 온도에서 팀은 분광계 배터리를 손난로에 묻어 배터리가 죽지 않도록 해야 했습니다. 다른 때는 관심 있는 지역에 도달하기 위해 과학자들이 폭이 1피트(30cm)도 안 되는 공간을 수백 피트나 통과해야 했고, 그 과정에서 신발(또는 바지)을 잃어버리기도 했습니다. 아니면 무릎까지 차오르는 얼어붙은 동굴 물에 서서 측정을 해야 했고, 실수로 기구가 헤엄치지 않기를 바랐습니다.

하지만 이러한 장애물에도 불구하고 동굴은 이미 풍부한 정보를 드러냈습니다. Wind Cave에서 연구팀은 망간이 풍부한 물이 동굴을 파내고 그 안에 줄무늬 얼룩말 방해석을 생성했으며, 이는 검은색 빛 아래에서 분홍색으로 빛났다는 것을 발견했습니다.

방해석은 망간이 풍부한 물에서 공급되어 지하에서 자랐습니다. Sebree는 방해석이 동굴을 구성하는 석회암보다 약하기 때문에 이러한 바위가 깨졌을 때 방해석이 동굴을 확장하는 데에도 작용했다고 믿습니다. 그는 "이전에 살펴본 것과는 매우 다른 동굴 형성 메커니즘입니다."라고 말합니다.

그리고 독특한 연구 조건은 반 더 바이데에게 기억에 남는 경험을 제공했습니다. "과학을 현장에서 어떻게 적용할 수 있는지 보고, 그 환경에서 어떻게 기능하는지 배우는 것은 정말 멋졌습니다." 그녀는 결론지었습니다.

앞으로 세브리는 형광 기술을 기존의 파괴적 기술과 비교하여 그 정확성을 더욱 확인하고자 합니다. 그는 또한 형광을 내는 동굴 물을 조사하여 지구 표면의 생명이 지하 깊은 곳의 생명에 어떤 영향을 미쳤는지 이해하고, 천체생물학적 뿌리와 다시 연결하여, 우리 태양계의 먼 곳에서도 미네랄이 풍부한 물이 어떻게 생명을 유지할 수 있는지 이해하고자 합니다.

이 연구는 NASA와 아이오와 우주 보조금 컨소시엄의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250325120148.htm