100만년 전 무작위 교배된 두 식물이 아라비카 커피 만들어
작금 감자가 아메리카 대륙에서 토마토랑 다른 작물이 우연히 교배해서 탄생했음을 중국 농학자들이 밝혀낸 일이 연일 화제가 되거니와,
조금 시간이 지나기는 했지마는 작년 4월에는 이와 흡사하게 아리비카Arabica coffee 원두커피 원료를 생산하는 아리비카 커피나무Arabica coffee plant는 빠르면 약 100만 년, 늦어도 약 60만 년 전에는 지금의 에티오피아 숲에서 다른 두 커피종이 우연히 교배된 후 진화한 결과라는 보고가 제출됐다.
교배는 새로운 종을 탄생케 하는 통로가 되거니와, 동식물이 따로 없다.
저 커피 나무 탄생에 얽힌 이야기를 정리해 보자.
전 세계 커피 공급량 약 60%는 현재 전 세계 열대 지역에서 재배되는 코페아 아라비카Coffea arabica 식물에서 나온다.
2024년 4월 15일 Nature Genetics 저널에 발표된 새로운 연구는 최초의 C. arabica 식물이 언제 어디에서 발생했을 가능성이 높은지 밝혔다.
연구진은 집단 유전체 모델링 방법genomic modeling methods을 사용하여 C. arabica가 다른 두 종 커피인 C. eugenioides와 C. canephora의 자연 교잡 natural hybridization을 통해 진화했다고 밝혔다.
이 교잡으로 다배체 유전체polyploid genome가 생성되었는데, 이는 각 자손이 부모로부터 각각 두 세트의 염색체를 보유하게 됨을 의미한다.
이는 C. arabica에게 생존 이점을 제공하여 번성하고 적응할 수 있도록 했을 가능성이 있다.
"두 세트의 염색체, 즉 두 세트의 완전한 유전자가 바로 유전되기 때문에 잡종 다배체 현상이 즉각적인 진화적 이점을 제공할 수 있다는 주장이 종종 제기된다"라고 뉴욕 주립대학교 버팔로 캠퍼스 생물학자이자 연구 공동 저자인 빅터 앨버트Victor Albert는 라이브 사이언스(Live Science)에 말했다.
"물론 다배체의 두 유전체 반쪽에서 중복 유전자가 소실되는 것은 항상 사실이지만, 유전자 수는 항상 증가하며, 따라서 새로운 환경에 적응하는 능력이 더 커질 수 있습니다."
연구진은 오차 범위가 있음을 인정한다. 이전에 잡종화 시기를 추정한 결과, 그 시기는 불과 1만 년 전으로 거슬러 올라간다.
"추정 돌연변이율mutation rate과 세대 시간generation time(씨앗에서 씨앗까지의 시간)을 입력해야 했다. 이러한 가정을 통해 달력 연도로 변환할 수 있다. 하지만 돌연변이율과 세대 시간에 대한 일반적인 불확실성을 고려하면 이러한 추정치는 오차 범위가 크다"고 Albert는 말했다.
그럼에도 그는 추정치가 상당히 정확하다고 생각한다. 연구진은 18세기 표본을 포함하여 다양한 지역에서 채취한 C. arabica 샘플 41개의 유전 정보를 사용했다.
언제 발달했는지는 알 수 없지만, 이 잡종 유전체 덕분에 이 식물은 전 세계에서 재배되면서 번성할 수 있었다.
원래 에티오피아에서 인간이 재배한 후 중동으로 교역되어 15세기 무렵에는 유명한 음료가 되었다고 전해진다.
한 전설에 따르면, 인도의 수피 무슬림 순례자Indian Sufi Muslim pilgrim가 예멘에서 커피 씨앗 일곱 개를 밀수하여 1670년경 인도 카르나타카Karnataka에 커피 농장을 세웠다고 한다.
네덜란드 상인들은 다른 지역에서도 이 식물을 재배하기 시작했다.
1699년 자바 섬에 C. arabica를 처음 심었고, 1706년에는 암스테르담 식물원으로 한 그루를 보냈다.
이 식물을 공유한 네덜란드와 프랑스인들도 18세기에 묘목을 식민지로 옮겼다.
원래 식물의 후손은 티피카Typica로 알려져 있으며, 레위니옹Reunion 섬(당시 부르봉Bourbon 섬)에서 발생한 돌연변이로 부르봉이라는 또 다른 품종이 탄생했다.
현재 대부분의 C. arabica 식물은 이 두 계통에서 유래했지만, 에티오피아에서 공급된 소수의 야생 생태형도 재배된다.
다배체 유전체 특성polyploid nature of its genome은 C. arabica에 몇 가지 이점을 제공했을 수 있지만, 특히 커피 녹병coffee leaf rust(Hemileia vastatrix)과 같은 질병에 취약하게 만들었다.
기후 변화로 인한 유전적 병목 현상Genetic bottlenecks(급격한 개체 수 감소)은 인간 재배 이전에 유전적 다양성을 감소시켰다.
가장 오래된 병목 현상은 35만 년 전, 또 다른 병목 현상은 5천 년 전에 발생했을 가능성이 있다.
현재 모든 식물이 단일 부모로부터 유래했다는 사실도 또 다른 병목 현상이다.
"아라비카의 유전적 변이가 진화하는 녹병균 개체군rust populations 과 만나 질병에 적응하기 위해 서로 경쟁하는 '군비 경쟁arms race'에서는 녹병균에 효과적으로 대처할 수 없다. 오히려 녹병균은 진화하는 새로운 내성에 적응하는 능력이 더 뛰어나다"고 Albert는 말했다.
1927년, C. arabica는 티모르 섬에서 부모 종 중 하나인 C. canephora와 자연 교배되었다.
이 사건으로 녹병에 더 강한 커피 품종이 탄생했지만, 원두 품질은 C. arabica나 Robusta(C. canephora의 다른 이름)에서 생산된 것보다 떨어지는 것으로 간주되었다.