생명 유지 시스템을 혁신하는 생물학적 해답
우주 탐사는 단순한 기술적 도전이 아닙니다. 수개월 또는 수년 간의 임무에서 생존하려면, 인간의 생리적 요구를 안정적으로 충족시킬 수 있는 **자급자족형 생명 유지 시스템(Life Support System)**이 필수입니다.
이제 과학자들은 그 해결책을 **미생물(microorganisms)**에서 찾고 있습니다. 지구에서는 흔히 볼 수 있는 이 미세한 생명체들이, 극한의 우주 환경에서도 살아남으며 산소 생성, 이산화탄소 제거, 폐기물 처리, 식량 생산 보조 등 다양한 역할을 할 수 있기 때문입니다.
왜 미생물인가?
미생물은 매우 적응력이 뛰어나며, 최소한의 자원으로 복잡한 대사 활동을 수행할 수 있습니다.
우주 생명 유지 시스템에서 이들이 기대되는 주요 기능은 다음과 같습니다:
- 🌿 광합성 세균/조류 → 산소 생산 및 이산화탄소 제거
- 🧫 질소 고정 세균 → 폐기물 속 질소를 활용해 식물 성장에 필요한 비료로 전환
- ♻️ 혐기성 분해균 → 우주인의 배설물, 음식물 쓰레기 등의 유기 폐기물 처리
- 🧪 합성생물학 미생물 → 특정 유전자 삽입을 통해 의약품, 플라스틱, 연료 등 합성 가능
즉, 미생물 기반 시스템은 단순한 폐쇄형 순환 구조를 넘어서, ‘살아 있는 공장’이자 정화 장치로 작동할 수 있습니다.
대표적 실험 사례와 활용 계획
🔬 NASA의 MELiSSA 프로젝트 (Micro-Ecological Life Support System Alternative)
- 유럽우주국(ESA)이 주도하고 NASA가 협력하는 폐쇄 생태계 실험 프로젝트
- 광합성 세균(Spirulina), 암모니아 분해균, 고등 식물 등으로 이루어진 다단계 생물학적 정화 시스템을 지향
- 실험 결과: 대사 폐기물의 90% 이상을 정화하고, 산소 재생 가능
🔬 ISS 실험: BioNutrients 프로젝트
- 유산균과 대장균을 우주에서 배양해 비타민 B, K, 항생물질 생성 여부를 실험
- 장기 탐사 임무 중, 미생물을 통해 직접 영양제를 생산할 수 있는 가능성 확인
🪐 화성·달 기지 대비 실험
- 방사선에 강한 Deinococcus radiodurans 균주를 이용해 우주 방사선 조건에서의 생존성 테스트
- 폐기물로부터 메탄을 생성하는 아르케아(Methanogen) 활용도 검토 중
- 사막·극지 등 유사 환경에서 미생물 기반 거주지 재생 시스템 시험 진행 중
도전 과제
물론 우주 환경은 미생물에게도 극한입니다.
이들의 안정성과 제어 가능성 확보는 아직도 해결해야 할 과제입니다.
- ☢️ 우주 방사선: 일부 내성 미생물이 존재하지만, 전체 시스템 보호는 여전히 중요
- 🌡️ 극한 온도/무중력: 세포막 안정성 저하, 대사 속도 변화 등의 문제가 발생 가능
- 🧬 돌연변이: 미세 중력 환경에서 미생물 DNA의 돌연변이 가능성이 있어 예측 불가능한 대사 변화 유의
- 🧼 오염 제어: 병원성 균의 우발적 증식 방지 필요 → 멸균, 격리, 모니터링 시스템 필수
2025년 현재 동향
2025년 기준, 미국, 유럽, 중국 등 여러 우주국은 미생물 활용 기술을 우주 기지 건설 및 장기 유인 탐사 미션에 포함시키고 있습니다.
- NASA Artemis 프로그램은 달 기지 내 Bioreactor 설비 도입을 검토 중
- ESA는 벨기에 루벤대와 협력하여 ‘폐기물 기반 미생물 순환 정화 시스템’ 시제품 테스트
- 중국 CNSA는 2024년 톈궁 우주정거장에서 유산균 계통 생명 유지 파일럿 시스템 시험 완료
- 국내 KAIST 및 한국항공우주연구원도 우주박테리아 소재 발효 기반 산소·영양 생성 연구에 착수
마무리
가장 작은 생명체가 이끄는 미래 탐사
우주는 생명에 적대적인 공간이지만, 아이러니하게도 생명을 기반으로 한 시스템이 가장 효율적일 수 있습니다. 미생물은 단순한 보조자 그 이상입니다.
우주선 안의 정화 시스템, 자원 재활용, 그리고 궁극적으로는 외계 환경에서의 생존 자체를 가능하게 하는 핵심 생명체가 될 것입니다.
앞으로 미생물 기반 우주 생명 유지 시스템이 진화하면, 인류는 화성, 유로파, 그 너머의 세계에서도 스스로 생존할 수 있는 진정한 ‘우주 생명체’로 발돋움할 수 있을 것입니다.