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육종의 종류와 효율

육종 : 전통의 GMO
- 원래 농산물 야생종 vs 개량종
- 원래 축산물 vs 개량종
- 우유의 생산성 변화

수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer)
- 바이러스에 의한 유전자 전달
- 후생유전학 : 메틸화
- 유전자 침묵, 유전자 가위

인간의 의도적 유전자 변이의 역사의 길이는 길다

- 지금 우리가 먹는 농산물이 대부분 200년 전에는 없던 것들이다

모든 생명은 어렵게 확보한 귀중한 유전자를 온전히 지키기 위해 최선을 다하지만, 완벽한 보존이란 불가능하고 시간에 따라 점점 손상받기 마련이다. 그래서 성(Sex)이라는 수단으로 유전자를 교환하여 더 온전해지거나 더 변형된 개체를 얻는다. 결국 모든 생명의 DNA는 미세하게나마 꾸준히 변형되고, 이런 유전자 변형에 방향성을 부여하는 것이 환경이다. 다른 자연환경의 변화와 먹이 환경, 경쟁 포식자 환경은 계속 변화하였고, 그 환경(자연)에 가장 적합한 객체가 살아남도록 압력을 가하는 자연선택이 이루어졌다
그런데 1만년에 전부터 일부 작물이나 가축은 조금 특이한 방향으로 유전자의 변형 이루어졌다. 인간의 선택에 의한 변화였다. 인간이 농사와 축산을 시작하자 자연선택 대신에 자신이 가장 마음에 드는 것을 씨앗이나  씨받이로 선택하여 번식하는 인공선택이 진화의 방향을 결정한 것이다. 자연선택 대신에 인간의 마음에 가장 마음에 드는 것을 골라 계속 종자로 사용함으로써, 인간의 목적에 맞는 탁월한 품종을 만들어낸 것이다. 농사의 역사가 1만년이라면 최소한 매년 10개중에 1개 씨를 고르는 식으로 1%만 개선했다고 하더라고 10000%의 개선이 이루어진 것이다. 그래서 사실 농산물은 자연과 완전히 달라진 생명체로 변신한 것이다. 단지 인위적인 선택에 의한 개선을 분리육종이라고 한다. 자연의 유전자변이 중에서 가장 유리한 쪽만 계속 선택하여 완전히 달리진 품종을 획득한 것이다.
지금 지구에서 가장 많이 자라는 식물은 옥수수이다. GM 옥수수를 인위적 조작된 위험한 작물이라고 하는데 GMO를 개발하기 훨씬 이전부터 옥수수는 이미 완전히 인위적인 작물이었다. 원래는 맨 위에 한 줄 몇 개의 열매가 맺혔다가 익으면 톡톡 사방에 튀어 번식하는 종이었다. 그러다 익어도 씨앗이 튀어나가지 않는 돌변변이 종을 개량하고 개량하여 이제는 인간의 손을 거치지 않으면 번식조차 하지 못하는 식물이 되었다.
2번째로 많이 생산하는 쌀과 밀도 야생종과는 생산성은 물론 외형마저 완전히 다른 새로운 식물이 되었다. 대부분의 과일도 마찬가지다. 지금 지구상에서 가장 많이 재배되는 과일이 바나나인대 원래 바나나는 너무 작고 씨가 많아서 뿌리를 캐먹던 식물이다. 그런데 지금은 크기는 커지고 씨는 없어진 식물이다. 인간이 접목으로 만들어낸 공산품인 셈이다. 다른 대부분의 과일도 야생 그대로라면 지금의 입맛으로는 도저히 먹기 힘든 것들이다. 맛도 그렇고 크기도 작고 딱딱한 것들이다. 그것들을 개량하고 개량한 후 지금은 접목이라는 형태로 다른 나무의 몸통을 댕강 잘라내고 다른 몸통을 붙여 뿌리와 몸통이 전혀 다른 나무인 Franken wood의 산물인 셈이다. 우리에게 딸기만큼 친숙한 것도 없다. 다른 모든 식용 베리 생산량을 합친 것의 두 배나 생산한다. 하지만 경작한 지 250년 밖에 지나지 않은 것이고 인간이 교잡하여 만든 작물이다.
채소도 마찬가지이다. 야생 양배추(브라시아 올레라케아)는 매우 쓰고, 섬유질은 매우 질겨서 좋아하기 힘든 작물인데, 인간이 개량을 거듭하여 콜라비, 케일, 브로컬리, 브뤼셀 스프라웃, 양배추, 컬리플라워를 만들어 냈다. 겉보기에는 전혀 다른 식물처럼 보이는데 이들 모두가 한 형제이며, 인간이 만들어낸 것이란 것이 정말 놀랍지 않은가?  


- 인공선택에 추가하여 인공교잡이 실시되었다

단지 좋은 씨를 선발하는 것 말고, 좋은 씨가 만들어지도록 좀 더 적극적으로 유전자를 교환시키는 방법이 근세에 개발되었다. 그것을 교배육종 또는 교잡육종이라고 한다. 작물 육종 역사상 가장 획기적인 사건이 이 인위적인 교배를 통한 품종개량일 것이다. 멘델의 유전법칙 이래 유전의 특성을 이해한 덕분에 자연에서는 얻기 힘든 특성을 인위적인 교배를 통해 얻어냈다. 우리나라에서는 통일벼를 통한 녹색혁명이 이런 교잡육종을 통한 것이다. 식물 뿐 아니라 동물에서도 이런 인공교배가 많이 시도되었다. 지금의 애완견은 대부분 200년 이내에 인위적 교배와 선택에 의해 만들어진 것이다. 다윈이 진화론을 생각하게 된 배경에는 “2년 안에 당신이 원하는 어떠한 비둘기라도 만들어 줄 수 있다”고 말할 정도로 성행했던 육종의 붐이 있었는지 모른다. 신대륙을 탐험하여 신품종을 찾아도 영웅이었고, 무차별 교잡을 통해 신품종을 만들어도 영웅이 되었다.
지금의 GMO은 사소한 점 돌연변이고 그때의 변이는 외형자체마저 완전히 달라지는 거의 인공 생물의 창조기술이었다. 애완견도 그 대표적 사례이다. 인간의 기괴한 육종에 의해 창조된 인공품종이다. 그래서 혈통 증명서가 존재하는 것이다. 200년 전에 서구에서 일어난 원예와 동물에서의 육종의 시도는 사실 잔혹한 측면도 많았다. 그래서 프랑켄슈타인이라는 상상력도 가능했던 것이다.
사실 최근에 육종은 외모는 무시하고 극한의 생산성의 증대방안이었다. 국제 옥수수 및 밀 육종 센터(IMWIC)가 멕시코의 식량 자급을 돕기 위해 1943년부터 생산성을 높인 밀을 육종하기 시작했고, 1980년대까지 수천 가지의 새로운 밀이 탄생했다. 멕시코는 이모작이 가능한 기후 덕분에 교잡에 필요한 시간을 절반으로 줄일 수 있어 효율적인 연구가 진행되어 여기에서 개발한 새로운 밀들이 전 세계적으로 보급되었다. 특히 유전학자 노먼 볼로그(Norman Borlaug)는 생산성이 특출하게 높으면서도 길이가 짧고 단단해 이삭이 커도 쓰러지지 않고 버틸 수 있는 ‘왜소종 밀’을 개발하는 데 성공했다. 이 성공으로 그는 1970년 노벨평화상까지 수상했다. 이 왜소종 밀은 세계적으로 재배되는 밀의 99% 이상을 차지하고, 1961년부터 1999년까지 중국의 밀 수확량이 여덟 배 증가시켰다. 이런 품종 개선 등이 북미 농장의 평균 수확량은 1세기 전보다 열 배 이상 늘어난 원동력이 되었다. 1만 년 전부터 재배한 밀은 아주 천천히 변해왔다. 그런 모든 변화를 능가하는 변화가 최근 50년 만에 일어났다.
다른 작물도 그렇게 생산성을 높인 것이고, 닭도 그렇고 소도 그렇고 우유와 계란도 그런 동물의 산물이다. 달걀도 생산량을 3배로 늘린 품종에서 나온 것이다. 보통 사료를  10kg이상 먹어야 고기 1kg이 되는데, 닭은 얼마나 개선에 개선을 했으면 불과 3kg사료로 1kg의 체중이 된다. 인간이 평생 체중의 1000배의 음식을 먹는 것에 비하면 가히 상상을 초월하는 개량인 것이다. 그렇게 극단적으로 단일 품종으로 개량된 것이라 닭은 야생 조류는 끄떡없는 조류인플루엔자에 몰살당하는 것이다. 젖소의 우유 생산량은 가히 기계 수준이다. 하루에 최대 58kg, 200ml 우유팩 290개 분량이라니 최초 낙농을 시작한 조상이 보면 요즘 젖소는 신이 나중에 따로 창조한 생물이라 할 것이다.
인간의 GM 기술은 이런 육종의 성과에 비하면 말만 시끄럽지, 결과는 초라하기 그지없다. 야생 옥수수에서 현재의 옥수수로 육종한 기적에 비하면 아직은 유치한 수준이다. 우리가 소비하는 모든 작물은 이미 인간이 오랜 세월 동안 품종을 개량해서 자연과 완전히 동떨어지게 개량된 식물이다. 이들은 인간의 도움 없이는 자연에서 살아갈 수 없게 된 것 들이다. 이것은 GM이 아닌 모두 다 안전하다고 여기는 육종의 기술이다.

- 정말 무차별적인 알 수 없는 유전자 변이를 일으킨 육종도 있다

교배육종으로 인위적인 유전자 조합을 하고, 이들 통해 다양한 신품종의 개발한 인류는 좀 더 지독한 개선을 꿈꾸었다. 1942년 뮬러가 초파리에 X-선을 쪼이면 유전자에 인위적인 돌연이가 일어난다는 것을 알고, 방사선이나 화학약품을 이용하여 무차별 돌연변이를 시행하였다. 하지만 성과는 없었다. 무차별 돌연변이는 1: 200 정도로 해로운 결과가 나오고. 인간이 원하는 결과가 나오려면 그런 우연이 수십개가 동시에 발생하여야 가능한 것이라 전혀 가망성이 없는 일이다. 하지만 당시에는 그런 확률을 모르고 그저 우연히 획기적인 생명제가 등장할 수도 있다는 기대를 한 것이다. 그런 생각은 단지 수많은 괴물이 등장하는 SF 영화가 탄생하는 모티브를 제공했을 뿐이다. 그리고 사람들은 그러한 영상이 주었던 불안감을 언제든지 실제로 발생할 수 있는 일로 착각하고 있는 것이다.
그런데 GM이 아니라 자외선, 화학변이제를 통해 정말 알 수 없는 돌연변이를 시킨 작물을 우리가 먹는 음식의 일부를 담당한다고 한다. 사실 이런 돌연변이는 별로 탁월한 성능이 없지만 그것과 다른 품종을 교잡시키면 뛰어난 성능의 품목을 얻을 수 있기도 한다고 한다. 사실 우리는 이미 이렇게 난폭한 유전자 조작을 하는 식물에 이미 노출되어 있다. 단지 그것이 아직 큰 사건을 저지르지 않았을 뿐이다. 그런데 이런 식물의 산물에는 관심조차 없으면서 가장 온순한 유전자 변이인 GMO에 대해서만 관심을 가지는 것은 별로 합리적이지 못한 것이다.
우연한 돌연변이에 의한 성능개선은 가능성이 없고, 육종에 의한 거의 최종적인 종자개량은 잡종강세육종이다. 서로 다른 종을 교배한 잡종F1이 각각의 양친보다 생활력이나 생육량 등에서 훨씬 우수한 특성을 가진 품종을 개발하는 것이다. 이것의 단점은 말과 당나귀를 교배시키면 노새가 나오지만 노새는 번식이 안 되는 것처럼 한번 만들어진 씨앗이 계속 그 특성이 유지되지 않고 금방 퇴화된다는 것이다. 그래서 계속 종자용 양친을 따로 따로 키우다 교잡시켜 지속적으로 씨앗을 만들어야 한다는 것이다. 계속 씨앗을 다시 만들어야 하는 것이 종자회사의 탄생의 가장 큰 배경이다.
사실 잡종강세만큼 지독한 유전자 변형도 별로 없다. 하지만 그 성과에는 한계는 엄연한 한계가 있다. 예를 들어 반딧불이 현광을 내는 것은 그런 물질을 만드는 유전자가 있다는 뜻인데, 배추에 그런 발광물질을 만드는 종은 없다. 그렇다고 반딧불과 배추를 교잡시킬 수는 없어서 형광을 내는 배추를 들 수는 없는 것이다. 그런데 반딧불에서 그런 기능을 하는 유전자를 배추에 옮겨 넣으면 불가능한 일도 아니다. 실제 반딧불이의 발광유전자는 루시퍼라제를 누에 등 다른 곤충에 이식하여 빛을 내게 하고 식물에 이식하여 불을 내게 하는 것도 이미 성공했다. 이것을 GM기술이라고 하는데, 유전자의 변형은 가장 적지만, 교배로는 도저히 얻을 수 없는 연관관계가 먼 생물에서도 유전자를 가져온다는 것이. 온갖 GMO 안전성 논란의 핵심인 것이다.