두 마리의 수소에서 900만 마리의 젖소가 탄생하다

지난달 보령에 있는 한 낙농 목장에 방문했을 때였다. 씨앗에 관심이 많은 나는 여기의 소들이 모두 홀스타인종이며 또 다른 종은 없는지, 그리고 만약 있다면 홀스타인종과 우유의 맛이나 영양이 다른지 궁금해서 담당자에게 질문을 했다.

담당자는 당연히 한국의 모든 젖소는 아마 홀스타인종일 것이라 하고, 품종별 우유의 맛이나 영양의 차이는 모르겠다고 답했다. 그러면서 나에게 혹시 낙농 관계자냐고 반문했다.

당황한 나는 그런 건 아니고 그냥 궁금해서 질문을 한다며, 그러면 모두 인공수정을 하는 건지 또 물었다. 담당자는 당연히 인공수정을 하며, 근친교배의 문제를 피하기 위해 몇몇 수소의 정액을 사용한다고 답해 주었다.

더 깊이 질문하고 싶었으나 다른 목장 체험자들도 있고 하여 문답은 여기에서 멈추었다.

그런데 오늘 재미난 이야기를 보았다. 미국의 사례인데, 한 연구자가 미국에서 사육하는 홀스타인 젖소의 혈통을 추적한 이야기이다. 그랬더니 현재 미국에서 사육하는 900만 마리에 달하는 젖소들의 부계가 단 2마리의 수소에서 흘러나왔다는 결과가 밝혀졌다고 한다. 9,000,000마리의 젖소들이 단 두 마리의 아비에게서부터 유래된 것이다.

생산성을 위해 다양성을 버리고 유전적 획일성을 추구한 극명한 사례라고 해도 좋겠다. 아직까진 파국적인 결말이 나지 않았지만, 언제 어떻게 아마겟돈 같은 사태가 발생할지 모를 일이다. 그리고 이런 상황이라면 그런 일이 일어나도 하나 이상하지 않을 것 같다.

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미국 홀스타인 젖소의 엄청나게 많은 개체군에 단 두 가지 Y염색체가 존재한다. 연구진은 어떤 형질이 상실되었는지 알고자 한다. 

출처: Cole Burston Getty Images

미국에는 900만 마리 이상의 젖소가 있고, 그 대다수는 독특한 검정과 흰색 무늬(때로는 빨강과 흰색)가 있는 커다란 소인 홀스타인이다. 그들이 생산하는 우유의 양은 놀랍다. 그들의 혈통도 마찬가지이다. 몇 년 전 펜실베니아 주립대학의 연구진이 수컷의 혈통을 면밀히 조사했을 때, 그들 가운데 99% 이상이 1960년대에 태어난 두 마리의 수소 가운데 하나로 거슬러 올라간다는 사실을 발견했다. 그것은 미국의 모든 수컷 홀스타인에게 단 두 가지 Y염색체만 있다는 걸 뜻한다. 

"우리가 수행한 건 실제로 유전자 풀을 좁히는 일이다"라고 연구진 가운데 한 사람인 채드 드쵸Chad Dechow 씨는 말한다.

암컷이라고 더 나은 건 아니다. 사실 드쵸 -젖소 유전학 부교수- 씨와 다른 사람들은 그들의 유전적 유사성이 너무 크고, 효과적인 개체군의 크기가 50 미만이라고 이야기한다. 홀스타인이 야생 동물이라면 그들은 멸종위기종의 범주에 넣을 수 있을 것이다. 홀스타인 전문가이자 미네소타 대학의 교수 레슬리 한센Leslie B. Hansen 씨는 "그건 하나의 커다란 근친교배 가족이다"라고 말한다. 

초등학생이라도 유전적 동질성이 장기간에 걸쳐 좋지 않다는 건 알고 있을 정도이다. 변화하는 환경에 직면하여 개체군이 진화할 수 있는 능력을 감소시키는 한편, 유전적 장애가 발생할 위험을 증가시킨다. 오늘의 대금을 지불하고자 고군분투하는 낙농민들은 그들의 가축이 지닌 진화의 전망에 초점을 맞출 필요는 없지만, 드쵸 씨와 그동료들은 어떤 형질이 상실되었는지 더 자세히 살펴보고 싶어 할 만큼 우려했다.

이에 답하고자, 연구진은 특성들 -키, 무게, 우유 생산, 전반적 건강, 번식률 및 유방의 건강, 기타 형질 등- 의 주인을 평가하고자 오래전 사망한 수소의 보존 중인 정액에서 부분적으로 기른 소규모의 새로운 소들을 번식시키기 시작하고, 그들을 우리가 창조한 현대의 홀스타인과 비교했다. 그들은 언젠가는 다시 필요해질 유전적 다양성을 축산업의 토대로 주입할 수 있을 것이며, 냉혹한 근친교배로 상실된 형질을 다시 일깨울 수 있길 희망했다. 

드쵸 씨는 "만약 우리가 품종의 장기적인 유전적 다양성을 제한한다면, 시간이 지남에 따라 이루어질 수 있는 유전적 변화를 제한하게 된다"고 이야기했다.

즉, 우리가 있는 곳에 꼼짝없이 갇혀 있을 수 있다. 우유 생산은 더는 개선되지 않을 것이다. 번식률은 나아지지 않을 것이다. 그리고 새로운 질병이 발생하면 많은 소들이 동일한 유전자를 가지고 있기 때문에 엄청난 수의 소들이 질병에 걸릴 수 있다. 

오늘날 홀스타인은 우리가 마시는 우유 및 치즈와 아이스크림의 대부분을 책임지고 있다. 지난 세기 동안, 이들 가축은 그들의 막대한 생산성으로 애지중지되어 왔다. 지난 70년 동안 인간은 생산량을 더욱 늘리기 위해 다양한방식을 도입했다. 예를 들어, 1950년 한 마리의 젖소가 1년에 약 2400kg의 우유를 생산했다. 오늘날 평균적인 홀스타인은 10,430kg 이상을 생산하고 있다. 2017년 상을 받은 Selz-Pralle Aftershock 3918이란 이름의 소는 35,457kg의 우유를 생산하여, 매일 90kg 이상을 생산한 셈이다. 

Selz-Pralle Aftershock 3918의 모습. 출처: https://www.progressivedairy.com/topics/a-i-breeding/selz-pralle-dairy-does-things-right

"이 소는 진짜 운동선수이다"라고 한센 씨는 말한다.

이는 먹을거리 가격을 낮게 유지시킴으로써 소비자에게 혜택이 돌아가게 한다. 더 적은 수의 젖소가 같은 양의 우유를 생산하면 생산비를 절감할 수 있기에 농민에게도 혜택이 돌아간다. 소의 소화기는 상당한 양의 메탄가스와 분뇨를 생산하기 때문에 환경에도 혜택이 돌아간다. (비록 다수확의 홀수타인이 더 많은 에너지를 소비하고 마리당 더 많은 분뇨를 생선하더라도, 연구진은 효율성 증대로 인해 전반적인 환경영향이 뚜렷하게 감소한다고 추산한다.)

이 성공담의 일부는 홀스타인을 사육하고 관리하는 방식을 변화시키는 일과 관련이 있다. 하지만 가장 큰 변화는소를 육종하는 방식이다. 오래전, 농민들은 다른 농장의 수소를 데려와 암소와 교미를 시켜 임신을 시켰다. 한센 씨는 "유전적 다양성을 보장하는 방식, 또는 냄비를 휘젓는 방식"이라 이야기한다. 1940년대 농민들은 인공수정을 이용하기 시작했다. 이 방식으로 한 번에 한 마리의 수소 정액을 이용해 많은 수의 암소를 임신시킬 수 있었다. 곧이어 기술을 이용해 정액을 동결시켰다. 즉, 수소가 죽은 지 오래 지나도 수십 년 동안 송아지를 낳을 수 있게 되었다는 뜻이다. 한편, 낙농민은 매우 상세한 기록을 유지하고 있어서, 정액을 파는 씨소는 어느 소가 최고의후손을 생산하는지 알 수 있었고, 최고의 후손은 가장 많은 우유를 생산한 딸을 의미했다.  

이 시점에, 매우 인기 있는 수소는 수천 마리의 딸의 아비가 되었다. 1974년에 태어난 수소 Carlin-M Ivanhoe Bell은 8만 마리 이상의 후손을 가졌다. 대부분의 수소는 그 후손이 여전히 수천 마리에 이르지만 훨씬 적다. 1980년대에 명백한 근친교배가 뚜렷하게 증가하고 있었다. 

인공수정의 초기에는 수소가 실생활에서 자신의 장점을 증명해야 했다. 다시 말하여, 100마리 딸의 아비가 되고그 딸들이 임신하여 우유를 생산하기 시작해 그 결과를 측정했다. 생산성이 좋을수록 그 수소는 더 상품성이 좋았다. 이러한 "후손 시험"은 귀중한 과정이었지만, 수소가 좋은지 판단하는 데 몇 년이나 걸렸다.

2009년, 새로운 기술이 등장했다. 빅데이터와 게놈 선택이 그것이다. 오늘날, 수소의 상품성은 컴퓨터로 결정된다. 복잡한 알고리즘이 수소의 유전적 구성을 분석하여 그 후손의 건강, 우유 생산량, 우유의 지방과 단백질 및 기타 형질을 고려하고 다른 수소들과 비교된 수치를 제시한다. 주요 수치는 생애의 순평점lifetime net merit이라 부른다. 그것은 농민이 다른 수소보다 이 수소를 선택하여 후손의 생애 동안 얻을 수 있을 것으로 예상되는 평균 금액을 나타낸다. 

이 덕에 농민들은 여러 주요 형질에 걸쳐 가축을 더 효율적으로 평가할 수 있었지만, 더 높은 근친교배율로 이어졌다. 홀스타인의 "근친교배 계수"는 현재 약 8%로, 평균적으로 송아지는 어미와 아비로부터 그 유전자의 8% 정도를 동일한 복제물로 얻는다는 걸 뜻한다. 이 수치는 1960년대와 비교해 매년 0.3 또는 0.4 정도 계속 증가한 것이다. 

드쵸 씨는 "근친교배는 현재 그 어느 때보다 빠르게 진행되고 있다"고 이야기한다. 

하지만 8%가 너무 많은가? 낙농 전문가들은 계속 이에 대해 토론하고 있다. 일부 전문가는 홀스타인이 자신의 일을 수행하며 많은 양의 우유를 생산하고 있고, 그것이 비교적 건강한 무리라는 증거라 주장한다.그러나 한센 씨는 만약 수소를 그 딸과 교배시키면 근친교배 계수는 25%라고 지적한다. 그렇게 보면 8은 커 보인다. 그와 다른 사람들은 근친교배가 현재 별 문제처럼 보이지 않을 수 있지만 그 결과가 중요할 수 있다고 말한다. 

번식률은 근친교배에 의해 영향을 받으며, 이미 홀스타인의 번식률은 크게 떨어졌다. 1960년대에 임신률은 35-40%였지만, 2000년에는 24%로 떨어졌다. 또한 가까운 근친이 교배되면 소는 심각한 건강 문제가 숨어 있는 원하지 않는 잠성 유전자 두 개의 복제물을 얻을 확률이 더 높아진다. 

"무언가 변화가 필요하다"고 한센 씨는 말한다.

드쵸 씨의 관심사는 증가율이며, 이는 그 품종의 미래를 뜻한다. "정말 좋은 유전자 100개와 끔찍한 유전자 10개를 가진 소가 있다고 상상해 보시죠. 당신은 그 소가 10개의 끔찍한 유전자를 가지고 있기 때문에 번식 프로그램에서 제외시킬 겁니다. 그리고 당신은 그 소의 좋은 유전자 100개도 상실할 겁니다. 장기적으로 유전적 잠재성을 상실하는 것이죠"라고 이야기한다.

드쵸 씨는 낙농 목장에서 자라서, 암소의 게놈에 대한 정보를 알기 오래전부터 발생하고 있던 일들을 볼 수 있었다.

홀스타인은 50년 전과 매우 달라 보인다. 먼저, 홀스타인들은 깊은 유방보다는 더 길고 넓은 유방을 갖도록 육종되었다. 깊은 유방은 땅에 닿을 수 있어 감염이나 기타 문제에 쉽게 노출될 수 있기에 더 나은 변화이다. 하지만 다른 변화는 문제가 될 수 있다. 예를 들어, 현대의 홀스타인은 골질이란 관점에서 키가 크고 날씬하게 육종되었다. 그 날씬함은 "홀스타인이 우유 쪽으로 에너지를 소비하도록 유도된 것"이기에 우유 생산의 부산물이라고 드쵸 씨는 이야기한다. 

하지만 그건 미적인 선택의 대상이기도 하다.  이상적인 홀스타인 암소 -적어도 이런 것들을 감정하는 사람의 관점에서- 는 "여성적이고 고상하다." 그건 날씬하고 앙상한 걸 뜻한다. 그 문제는 키가 크고 날씬한 암소가 반드시가장 건강한 암소는 아니며, 키가 작고 살집 있는 소가 임신률이 더 높다는 점이다. 

몇 년 전, 드쵸 씨와 다른 사람들은 근친교배와 다양성의 상실이 얼마나 중요한지 궁금해지기 시작했다. 1950년대 초반에는 개체군 가운데 약 1800마리의 수소가 있었다. 그들은 현재는 훨씬 적다는 걸 알고 있었지만, 얼마나 적은지는 몰랐다. 드쵸 씨와 그 동료인 리우완셩Liu Wansheng과 위엔샹펑Yue Xiang-Peng 씨는 북아메리카에서 1950년대 이후 태어난 거의 63,000마리의 홀수타인 수소에 대한 부계의 혈통 정보를 분석했다.

"혈통을 추적하고 두 마리 수소로 밝혀져 우리는 좀 놀랐다"고 그는 말한다. 그 둘은 Round Oak Rag Apple Elevation과 Pawnee Farm Arlinda Chief란 이름의 수수였다. 각각은 오늘날 살아 있는 약 절반의 수소와 관련되어 있다. 본질적으로 엘레베이션과 치프는 시장에 나와 있는 다른 모든 수소보다 뛰어났다. 수소의 정액을 판매하는 사업에 종사하는 회사인 Select Sires조차 그 연구결과에 놀랐다. 회사의 부사장 찰스 새틀러Charles Sattler 씨는 그 소식을 현실 확인 정도이지 경보의 원인으로 보지는 않는다. "아마 가장 큰 관심사는 오늘날 우리가 이용할 수도 있는 정말로 가치 있는 유전자가 있을까 하는 점"이라며 그는 궁금해한다. 

그리 오래전이 아닌 1960년대에 태어난  Penstate Ivanhoe Star라는 또 다른 Y염색체가 나타났다. 그의 쇠퇴는 모든 근친교배가 지닌 한 가지 문제점을 보여준다. 1990년대에 세계의 낙농민들은 심각한 척추 문제를 가져 자궁 밖에서 생존하지 못하는 송아지가 태어나는 문제를 알기 시작했다. 같은 시기에 송아지들이 소의 백혈구 부착결핍이라 부르는 상태로 사산되었다. 스타와 그의 아들 Carlin-M Ivanhoe Bell이 몇 세대의 근친교배가 이루어질때까지 드러나지 않는 문제가 되는 잠성 유전자를 가지고 있었다는 게 밝혀졌다. 

이러한 발견 이후, 농민들은 스타의 자손들에게서 소를 번식시키는 걸 멈추었고, 문제는 해결되었다. 하지만 남아 있는 홀스타인의 염색체 안에 또 다른 문제가 숨어 있을 수 있는가? 이러한 모든 근친교배로 상실된 건 무엇인가? 이러한 질문들이 그 오래된 유전자의 일부를 찾기 시작한 드쵸 씨에게 문제가 되었다. 

그것이 콜로라도주 포트콜린스의 국립 동물 생식질 프로그램의 기록보관소를 파고 들게 만들었다. 그곳은 종자은행처럼 가축화된 동물의 난소 조직, 혈액, 정액을 수집해, 홀스타인 수소의 약 7000가지 칵테일 빨대 크기의 정액 표본을 보유하고 있다. 

드쵸의 연구진은 치프 또는 엘레베이션과 관련이 없는 두 가지를 발견해, 그 표본을 채취해 최고의 암컷에게서 난자를 얻고 배아를 만들어 Penn State 암소에게 이식했다. 그 발상은 50년 전 Y 유전자를 현대의 우유 생산 가운데 가장 훌륭한 사례의 암컷에서 얻은 DNA와 결합시키려는 것이었다. 2017년 동안 이들은 15마리의 송아지를 낳았고, 그 가운데 7마리는 수컷이었다. 이들 가운데 가장 나이 많은 건 약 2살이고, 현재 둘은 송아지를 낳았다. 

  

이 소들의 발달 과정에서 모든 변수가 측정되고, 그들의 DNA는 분석되어 일반적 개체군과 비교된다. Y 염색체에 관한 건 많이 알려져 있지 않기에, 새롭게 도입된 이러한 변이를 이용해 더 많은 걸 알아낼 수 있는 기회이다.정액 표본도 수소에게서 채취해 콜로라도에 있는 생식질 은행으로 보냈다. 드쵸 씨는 이미 이들 소의 모습에서 차이점을 발견할 수 있다. 그들은 대개의 홀스타인보다 조금 키가 작고 더 무겁다. 또한 평균보다 덜 유순하다. 

Select Sires사는 수소에게서 정액 표본을 모아서 채점 프로그램을 통해 결과를 도출했다. 그들은 그 무리의 중간으로 판명되었다. 낙농민에게 판매할 이들 표본을 일부 제공해 왔지만, 지금까지는 판매량이 매우 미미했다. 낙농민들은 이미 재정적으로 어려움을 겪고 있으며, 평균적인 수소의 DNA를 취하여 얻는 혜택이 있다고 확신시키기란 쉽지 않다. 

드쵸 씨는 일단 소가 성숙하면 이번 연구에서 더 많은 걸 얻을 수 있다고 여전히 기대한다. 

"나의 그림의 떡 같은 꿈은 이러한 오래된 유전자가 아직도 제공할 만한 무언가를 보여줄 수 있다는 것이다."라고 드쵸 씨는 말한다.

원문 https://undark.org/article/cows-holstein-diversity/