[유제품] 고대 단백질로 추적한 아프리카 초기 우유 섭취 흔적

막스 플랑크 협회Max Planck Society 제공

탄자니아 국경 근처 케냐 엔테세카라Entesekara에서 풀을 뜯는 소들. 사진 제공: A. 얀젠

 
(2021년 1월 27일) 고대 우유 섭취를 추적하는 것은 쉽지 않다.

수십 년 동안 고고학자들은 다양한 간접적인 방법을 통해 당시 관습을 재구성하려고 했다.

고대 암각화에서 젖을 짜는 장면을 찾아내고, 동물 뼈를 분석하는 한편 낙농업을 위해 동물을 도살한 흔적을 추정했다.

최근에는 고대 도기에서 유제품 지방 흔적을 검출하는 과학적 방법까지 시도했다.

하지만 이러한 방법 중 어느 것도 특정 개인이 우유를 섭취했는지 여부를 알려줄 수는 없다. 

이제 고고학자들은 고대 낙농업 연구에 단백질체학proteomics 을 점점 더 많이 활용한다.

고대 유물에서 보존된 미량 단백질을 추출함으로써 연구자들은 우유에 특이적인 단백질, 심지어 특정 종의 젖에 특이적인 단백질까지 검출할 수 있다. 

이러한 단백질은 어디에 보존되어 있을까? 중요한 저장소 중 하나는 치석dental calculus, 즉 시간이 지남에 따라 석회화하고 굳어진 치아 플라크dental plaque다.

칫솔이 없던 시절, 많은 고대인은 치아에 붙은 플라크를 제거할 수 없어 치석이 많이 쌓였다.

이는 조상들에게 충치와 통증을 유발했을 수 있지만, 플라크가 음식 단백질을 가두어 수천 년 동안 보존했다는 점에서 고대 식단에 대한 귀중한 정보를 제공하기도 했다. 

최근 독일 예나에 있는 막스 플랑크 인류사 연구소와 케냐 나이로비에 있는 케냐 국립박물관(NMK) 연구진이 주도한 국제 연구팀이 지금까지 분석하기 어려웠던 고대 치석들을 분석했다.
 

케냐와 수단의 표본 추출된 고고학 유적지 위치와 아프리카 현대 인구에서 발견되는 주요 락타아제 지속성 대립유전자의 분포 간 관계.

네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 이번 연구는 단백질 보존에 불리한 환경으로 간주된 아프리카에서 발굴된 인골의 치석을 대상으로 진행되었다. 

연구팀은 수단과 케냐에서 발굴된 13곳 고대 유골에서 나온 성인 41명 치석을 분석한 결과, 놀랍게도 8명에게서 우유 단백질을 발견했다. 

주저자인 매들린 블리스데일Madeleine Bleasdale은 "일부 단백질은 보존 상태가 매우 좋아 어떤 동물 젖인지까지 확인할 수 있었다. 또한 일부 유제품 단백질은 수천 년 전 것으로, 아프리카 대륙에서 우유를 마시는 역사가 길었음을 시사한다"고 말했다. 

이번 연구에서 보고된 가장 오래된 우유 단백질은 약 6,000년 전으로 추정되는 수단의 카드루카Kadruka 21 공동묘지에서 발견되었다.

인접한 카드루카 1 공동묘지(약 4,000년 전)에서 발굴된 다른 개인 치석에서는 종 특이적 단백질이 확인되었고, 그 유제품 출처가 염소젖이었음을 밝혀냈다. 

블리스데일은 "이는 아프리카에서 염소젖을 섭취했다는 가장 오래된 직접적인 증거다"며, "염소와 양은 건조한 환경에 살았던 초기 목축 공동체에게 중요한 우유 공급원이었을 가능성이 높다"고 덧붙였다. 

연구팀은 또한 케냐 남부 초기 유목민 유적인 루케냐 힐Lukenya Hill에서 발굴된 유골에서 우유 단백질을 발견했다.

이 유적은 약 3,600년에서 3,200년 전으로 추정된다. 
 

고대 치석은 막스 플랑크 연구소 산하 보건과학연구소(MPI-SHH) 특수 클린룸 시설에서 분석을 위해 준비되었다. (사진 제공: M. 블리스데일)

공동 저자인 스티븐 골드스타인Steven Goldstein은 "동물의 젖 섭취가 아프리카 유목민들의 성공과 장기적인 생존에 중요한 역할을 했을 가능성이 있다"고 말했다. 

전 세계적으로 고대 낙농업에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라, 아프리카는 우유 섭취 기원을 연구하기에 매우 흥미로운 지역으로 남아 있다.

아프리카에서 나타나는 독특한 락타아제 지속성 진화와, 대륙 전역 많은 공동체에서 여전히 동물성 우유 섭취가 중요하다는 사실은 유전자와 문화가 어떻게 함께 진화했는지 이해하는 데 중요한 요소다. 

일반적으로 락타아제lactase는 우유를 완전히 소화하는 데 필수적인 효소로, 유년기 이후에는 사라지기 때문에 성인이 우유를 마실 때 불편함을 느끼게 된다.

그러나 일부 사람은 락타아제 생산이 성인이 되어서도 지속되는데, 이를 락타아제 지속성이라고 한다. 

유럽인에게서는 락타아제 지속성lactase persistence과 관련된 주요 돌연변이가 하나 있지만, 아프리카 여러 인구 집단에서는 최대 네 가지 돌연변이가 발견된다.

이러한 현상은 어떻게 발생했을까?

이 질문은 수십 년 동안 연구자들을 매료했다.

낙농업과 인간 생물학이 어떻게 함께 진화했는지는 수십 년간 연구에도 여전히 많은 부분이 미스터리로 남았다. 
 

연구 책임 저자인 매들린 블리스데일이 막스 플랑크 연구소-인간과학회(MPI-SHH)에서 연구를 위해 뼈 샘플을 준비하고 있다. 사진 제공: S. Brown

연구진은 고대인들이 우유를 마셨다는 사실과 일부 고대 아프리카인들 유전자 데이터를 결합해 아프리카 대륙의 초기 우유 섭취자들이 유당분해효소 지속성lactase persistence이 있었는지 여부를 확인할 수 있었다.

그 결과는 아니었다.

사람들은 유제품을 섭취했지만, 성인이 되어서도 우유를 마실 수 있도록 하는 유전적 적응이 없었던 것이다. 

이는 우유 섭취가 오히려 아프리카 인구에서 유당분해효소 지속성이 나타나고 확산되는 데 유리한 환경을 조성했음을 시사한다.

수석 저자이자 막스 플랑크 연구소 소장인 니콜 보뱅Nicole Boivin은 "이는 수천 년에 걸쳐 인간 문화가 어떻게 인간의 생물학을 재구성해 왔는지 보여주는 놀라운 사례다"고 말한다. 

그렇다면 아프리카 사람들은 어떻게 소화에 필요한 효소 없이 우유를 마셨을까? 그 해답은 발효에 있을지도 모른다.

요구르트와 같은 유제품은 신선한 우유보다 유당 함량이 낮기 때문에, 초기 목축민들은 우유를 소화하기 쉬운 유제품으로 가공했을 가능성이 있다. 

이번 연구의 성공에 결정적인 역할을 한 것은 막스 플랑크 연구소 과학자들이 수단 국립 고대유물박물관(NCAM)과 케냐 국립박물관(NMK)의 오랜 협력자들을 비롯한 아프리카 동료들과 맺은 긴밀한 협력 관계였다.

공동 저자인 케냐 국립박물관의 에마뉘엘 은디에마Emmanuel Ndiema는 "아프리카 낙농업 역사에서 중요한 위치를 엿볼 수 있게 되어 매우 기쁘다"고 말하며, "이러한 새로운 방법들이 발명되기 수십 년 전에 발굴된 풍부한 고고학적 자료의 잠재력을 활용할 수 있었던 것도 놀라운 경험이었다. 이는 아프리카를 포함한 전 세계 박물관 소장품의 지속적인 가치와 중요성을 보여준다"고 덧붙였다. 

Publication details
Madeleine Bleasdale et al. Ancient proteins provide evidence of dairy consumption in eastern Africa, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-020-20682-3 

Journal information: Nature Communications 
Provided by Max Planck Society