Đọc cuối tuần: Nước Mỹ có 9 triệu con bò sữa, nhưng tất cả chỉ là con cháu của 2 con bò đực

Có hơn 9 triệu con bò sữa đang được nuôi ở Hoa Kỳ, phần lớn chúng thuộc giống Holstein, loài bò sữa lớn với các khoang trắng-đen đặc trưng (đôi khi là khoang đỏ-trắng). Bạn có thể tưởng tượng, lượng sữa mà 9 triệu con bò sản xuất ra mỗi năm sẽ lớn đến chừng nào. 

Năm 2018, con số đó là 95,7 tỷ lít. Nhưng đó vẫn chưa phải điều đáng ngạc nhiên nhất về những con bò sữa ở Mỹ.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học đến từ Đại học Pennsylvania đã xem xét kỹ dòng giống của các con bò Holstein. Kết quả cho thấy hơn 99% trong số chúng có thể được truy nguyên từ 2 con bò đực từng sống ở thập niên 1960.

Điều đó có nghĩa là gì? Tất cả những con bò Holstein ở Mỹ hiện tại chỉ là hậu duệ của 2 con bò đực. Trong 9 triệu con bò ấy chỉ có đúng 2 nhiễm sắc thể Y.

"Chúng tôi đã tiến hành động tác khoanh vùng bể chứa gen [của loài bò sữa ở Mỹ]", Chad Dechow, giáo sư di truyền bò sữa đến từ Đại học Pennsylvania cho biết. Công việc cho thấy không chỉ những con bò đực, mà cả bò cái cũng có rất nhiều sự tương đồng về mặt di truyền.

Với mức độ cận huyết này, quần thể bò sữa ở Mỹ lẽ ra chỉ duy trì hiệu quả một dân số 50 con thay vì 9 triệu. Nếu Holstein là một loài động vật hoang dã, lẽ ra chúng đã phải tuyệt chủng. "[Nhưng thực tế thì sao] bây giờ chúng có một gia đình lai cùng dòng rất lớn", giáo sư Leslie B. Hansen, đến từ Đại học Minnesota nói.

Phần lớn sữa chúng ta uống, phô mai chúng ta ăn và những ly kem chúng ta nhấm nháp ngày nay đến từ những con bò sữa giống Holstein hiện đại. Năng suất cho sữa của loài bò này đã được con người để ý đến từ ít nhất 100 năm trước.

Nhưng chọn được giống bò năng suất nhất vẫn chưa hề khiến chúng ta hài lòng. Suốt 7 thập kỷ, con người đã liên tục nghĩ ra những phương pháp để thúc đẩy sản lượng sữa của Holstein.

Vào năm 1950, một con bò chỉ sản xuất được khoảng 2.332 lít sữa mỗi năm. Ngày nay, một con Holstein trung bình đã đạt năng suất gấp 4 lần, 10.120 lít. Năm 2017, một con bò có tên Selz-Pralle Aftershock 3918 đã đạt kỷ lục cho sữa, với 34.395 lít/năm tương đương 94 lít mỗi ngày.

"Những con bò này là đúng là vận động viên thực thụ", giáo sư Hansen nói.

Việc tạo ra những con bò siêu sữa, suy cho cùng, đem lại rất nhiều lợi ích. Người tiêu dùng sẽ được lợi khi sản lượng sữa lớn làm hạ giá thành. Người nông dân tiết kiệm được chi phí vì chỉ cần chăn nuôi ít bò hơn để sản xuất nhiều sữa hơn.

Thực tế, hệ tiêu hóa của bò sản sinh ra rất nhiều khí metan và các chất thải gây ô nhiễm. Việc nuôi ít bò hơn, nhưng năng suất hơn cũng sẽ được tính là bảo vệ môi trường. 

Những thành công này có được một phần nhờ vào việc chuyển đổi cách thức chăn nuôi và quản lý Holstein. Nhưng góp phần lớn nhất và quyết định, có lẽ là cách chúng ta nhân giống chúng.

Trong quá khứ, khi cần nhân giống một đàn bò mới, những người nông dân sẽ mượn bò đực từ một trang trại khác, chứ không lấy từ chính trang trại của mình. Mục đích là để đảm bảo sự đa dạng di truyền – "khuấy cái nồi lên", như cách gọi của giáo sư Hansen.

Đến thập niên 1940, họ bắt đầu sử dụng thụ tinh nhân tạo. Bằng cách này, một người nông dân có thể dùng một liều tinh dịch của một con bò đực duy nhất để thụ thai cho toàn bộ số bò cái có trong trang trại.

Chẳng mấy chốc, khoa học công nghệ lại cho phép tinh trùng đông lạnh được. Điều này có nghĩa là, một con bò đực có thể làm cha của những con bê, xuyên qua nhiều thập kỷ, thậm chí rất lâu sau khi nó chết.

Giữa thời điểm ngành công nghiệp bò sữa đang danh đua nhau bằng những kỷ lục, những người nuôi bò đực bán tinh có thể biết đâu là con bò đã đẻ ra những đứa con gái cho nhiều sữa nhất. Chúng sẽ trở thành những con bò đực tốt nhất, và sẽ được trọng dụng để sinh ra những cô con gái tiếp theo.

Vậy là, một con bò đực lúc này có thể được săn lùng ráo riết. Và nó sẽ sinh ra hàng ngàn con bê cái. Lịch sử đã ghi nhận một con bò đực sinh năm 1974, Carlin-M Ivanhoe Bell có tới hơn 80.000 con. 

Những con bò đực khác không đạt được tới kỷ lục như vậy, nhưng trung bình số con cái của chúng vẫn lên tới hàng ngàn. Đến thập niên 80, tỷ lệ cận huyết trong quần thể bò sữa rõ ràng đã tăng lên đáng kể.

Trong những ngày đầu của thụ tinh nhân tạo, những con bò đực sẽ phải chứng minh công trạng của chúng ngoài đời thực. 

Trước hết, một con bò cần sinh ra 100 con bê cái. Sau đó khi những con bê cái đó đẻ và bắt đầu sản xuất sữa, những người nông dân sẽ cẩn thận đo đạc và tính toán sản lượng của chúng. Mức sản lượng của đàn bò cái càng tốt, con bò đực sẽ càng được thị trường chấp nhận. 

Thử nghiệm trên thế hệ con cái này là một quá trình đánh giá hiệu quả, nhưng người nông dân cũng phải mất vài năm để xác định xem một con bò đực có tốt không. Cho đến năm 2009, một công nghệ mới xuất hiện: dữ liệu lớn và chọn lọc bộ gen. 

Ngày nay, tiềm năng của một con bò đực được xác định bằng máy tính. Một thuật toán phức tạp phân tích cấu trúc di truyền của bò đực sẽ cho phép ước tính sức khỏe của thế hệ con cháu, năng suất sinh sữa của chúng, cả lượng chất béo và protein trong sữa và nhiều đặc điểm, tính trạng khác.

Chỉ cần chạy qua thuật toán này, hàng bảng số liệu sẽ hiện ra sẽ cho phép xếp hạng những con bò đực. Con số được quan tâm nhất lúc này là "giá trị ròng một đời" – tính bằng số tiền trung bình mà một người nông dân có thể kiếm được khi nuôi một đàn bò mới phối giống từ con bò đực này so với con đực khác.

Rõ ràng, các công cụ 4.0 này đã cho phép người nông dân đánh giá những con bò hiệu quả hơn, dựa trên nhiều đặc điểm di truyền chính xác. Thế nhưng, quá trình lựa chọn có chủ ý đồng thời cũng càng làm tăng tỷ lệ cận huyết trong quần thể bò Holstein.

Bất kể ai có kiến thức sinh học phổ thông đều biết giao phối cận huyết không phải là thứ gì đó tốt đẹp. Sự tương đồng trong gen có thể làm tăng nguy cơ rối loạn di truyền, đồng thời làm giảm khả năng tiến hóa của quần thể khi phải đối mặt với môi trường sống thay đổi.

Những người nông dân thì không mấy quan tâm đến việc những con bò của họ có duy trì được giống nòi trong 100 hay 1.000 năm nữa hay không. Nhưng giáo sư Dechow và các đồng nghiệp của họ thì có.

Với bò Holstein hiện đại, tỷ lệ cận huyết của chúng đang ở mức 8%, nghĩa là một con bê sinh ra trung bình sẽ mang 8% các gen giống hệt bố mẹ. "Hệ số cận huyết đang tích lũy nhanh hơn bao giờ hết", giáo sư Dechow nói.

Nhưng 8% đã phải là một con số quá lớn hay chưa? Các chuyên gia về bò sữa vẫn phải tiếp tục tranh luận về câu hỏi này. Một số người lập luận rằng Holstein vẫn đang làm tốt công việc của chúng, sản xuất rất nhiều sữa và toàn bộ quần thể vẫn tương đối khỏe mạnh.

Tuy nhiên, giáo sư Hansen lưu ý rằng chỉ cần rời qua một thế hệ, khi bạn lấy giống một con bò đực để phối cho chính con gái của nó, hệ số cận huyết lúc này sẽ là 25%. Trong tình huống đó, 8% có vẻ như quá nhiều. 

Tỷ lệ sinh sản bị ảnh hưởng bởi cận huyết. Đúng vậy, khả năng sinh sản của bò Holstein đã giảm đáng kể. Tỷ lệ mang thai của chúng trong những năm 1960 là 35-40%, nhưng đến năm 2000 đã giảm xuống chỉ còn 24%.

Ngoài ra, khi nhân giống những con bò có họ hàng gần với nhau, nhiều khả năng bê con đẻ ra sẽ nhận được hai bản sao gen lặn không mong muốn. Chúng có nguy cơ mắc phải các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, những căn bệnh chưa thể hiện ra ở đời bố mẹ.

Trước nguy cơ đó, giáo sư Dechow đã phải đặt ra nhiều câu hỏi: Liệu quần thể bò sữa đã có những thay đổi gì trong những thập niên qua? Có đặc điểm và tính trạng nào của chúng đã bị biến mất? Tiên lượng cho loài bò sữa Holstein trong tương lai sẽ thế nào?

"Tưởng tượng bạn có một con bò mang 100 gen rất tốt và 10 gen rất xấu. Bạn loại bỏ con bò đó ra khỏi chương trình nhân giống bởi vì nó có 10 gen xấu", ông nói. "Nhưng bằng hành động đó bạn cũng đã để mất 100 gen tốt. Bạn có thể đã để mất nhiều tiềm năng di truyền tốt trong dài hạn".

Bản thân sinh ra và lớn lên trong một trang trại, giáo sư Dechow đã quan sát thấy những điều kỳ lạ xảy ra, trước cả khi ông biết đến bộ gen của những con bò.

Ngoại hình của những con bò Holstein bây giờ trông rất khác so với 50 năm về trước. Chúng đã được lai tạo để có bầu vú dài hơn và lớn hơn, nhưng không hề xệ hơn. Một bầu vú xệ có nghĩa là nó sẽ chạm tới đất và dễ bị nhiễm trùng. Đây có thể là một sự thay đổi tốt hơn.

Nhưng có những thay đổi khác gây ra vấn đề. Ví dụ, những con Holstein hiện đại ngày càng cao hơn và gầy hơn, gầy đến trơ xương. Người ta chủ ý lai tạo những con bò gầy, để tập trung năng lượng sinh sữa chứ không phải thịt hay mỡ, giáo sư Dechow nói.

Ngoài ra, ở đây cũng có một quan điểm thẩm mỹ. Một con bò Holstein lý tưởng - ít nhất là theo quan điểm của những người đánh giá chúng – cần phải trông "nữ tính và tinh tế". Nghĩa là nó nên gầy và mảnh khảnh. 

Vấn đề là, một con bò cao, gầy, không nhất thiết là con bò khỏe mạnh nhất. Chính những con bò lùn và béo hơn mới có khả năng mang thai lớn hơn.

Đầu những năm 50, trong toàn bộ quần thể bò sữa sẽ có khoảng 1.800 con đực. Con số ngày nay chắc chắn ít hơn rất nhiều, nhưng giáo sư Dechow cũng không biết nó là bao nhiêu. Vậy là ông đã cùng các đồng nghiệp, Wansheng Liu và Xiang-Peng Yue phân tích thông tin phả hệ của gần 63.000 con bò Holstein được sinh ra ở Bắc Mỹ từ những năm 1950.

"Chúng tôi có phần ngạc nhiên khi những dấu vết dòng dõi lần theo được cuối cùng dẫn về đúng 2 con bò đực", giáo sư Dechow nói. Hai con bò có tên là Round Oak Rag Apple Elevation và Pawnee Farm Arlinda Chief.

Về cơ bản, Elevation và Chief thể hiện được sự vượt trội so với mọi con bò khác trên thị trường. Ngay cả Select Sires, một công ty kinh doanh tinh dịch bò cũng phải ngạc nhiên trước những phát hiện này.

"Liệu có bất kỳ gen có giá trị nào mà chúng ta đã đánh mất trên hành trình [lai giống bò], thứ mà chúng ta có thể tìm lại để sử dụng hay không?", Charles Sattler, phó chủ tịch công ty nói.

Cách đây không lâu, có một nhiễm sắc thể Y khác vẫn còn tồn tại trong quần thể bò. Đó là từ một con bò đực có tên Penstate Ivanhoe Star, ra đời từ thập niên 1960. Nhưng sự suy giảm và biến mất của nó là minh chứng cho hậu quả của vấn đề cận huyết.

Vào những năm 1990, những người chăn nuôi bò sữa trên khắp thế giới bắt đầu phát hiện những con bê non mắc bệnh đốt sống nghiêm trọng. Chúng thậm chí không sống sót ra nổi bụng mẹ.

Cùng khoảng thời gian đó, nhiều con bê cũng chết non vì mắc bệnh bạch cầu. Hóa ra Star và đứa con trai sung mãn của nó, Carlin-M Ivanhoe Bell, mang những gen lặn có vấn đề. Những gen này đã ẩn nấp và chỉ biểu hiện sau vài thế hệ cận huyết.

Sau thời kỳ này, những người nông dân đã ngừng phối giống từ Star, và vấn đề đó đã được giải quyết.

Nhưng liệu có còn những vấn đề khác đang ẩn nấp đâu đó trong nhiễm sắc thể của những con bò Holstein hay không? Phối giống cận huyết đã khiến chúng ta mất đi điều gì? Những câu hỏi này làm khó giáo sư Dechow đến nỗi ông phải truy tìm lại một số gen cũ.

Điểm đến là kho lưu trữ của Chương trình Gây giống động vật quốc gia Hoa Kỳ tại Fort Collins, Colorado. Nó giống như một ngân hàng hạt giống, ngoại trừ đối tượng thu thập là mô buồng trứng, máu và tinh dịch từ động vật được thuần hóa. Kho lưu trữ này chứa khoảng 7.000 mẫu tinh dịch từ những con bò Holstein.

Lùng sục trong cơ sở này, nhóm của giáo sư Dechow đã tìm thấy hai mẫu tinh dịch không liên quan đến hai con bò Chief và Elevation. Vì vậy, họ đã lấy những mẫu tinh dịch đó, thụ tinh cho trứng từ những con cái tốt nhất ở hiện tại. Phôi sau đó được cấy vào những con bò cái ở Pennsylvania.

Ý tưởng của giáo sư Dechow là nhân giống ra một đàn bò "xuyên thời gian", sau đó so sánh các tính trạng như chiều cao, cân nặng, sản lượng sữa, sức khỏe tổng thể, khả năng sinh sản và sức khỏe của bầu vú... của hai đàn bò, một được hồi sinh từ quá khứ và một là đàn Holsteins hiện đại.

Và thế là năm 2017, 15 con bê đã ra đời, 7 trong số chúng là con đực. Những con già nhất trong số này đã khoảng hai tuổi, và hai con đã sinh ra những con bê mới. Các nhà khoa học đo lường mọi thông số trong sự phát triển của những con bò này, và tất nhiên phân tích cả DNA của chúng.

Ngay từ hình thái bên ngoài, giáo sư Dechow đã thấy đàn bò của mình có những sự khác biệt. Chúng lùn hơn và nặng hơn một chút so với hầu hết các con bò Holstein bây giờ. Những con bò vượt thời gian cũng nghịch ngợm và ít ngoan ngoãn hơn.

Công ty Select Sires cũng đã thu thập các mẫu tinh dịch từ những con bò đực và kiểm tra chúng thông qua các thuật toán phân tích. Kết quả độc lập tương tự như những gì nhóm của giáo sư Dechow phát hiện.

Họ cũng đã bán một số mẫu tinh dịch cho những người nông dân, nhưng doanh số cho đến nay vẫn chỉ ở mức tối thiểu. Ngành chăn nuôi bò sữa ở Mỹ đang gặp khó khăn về tài chính. Thật khó để thuyết phục người nông dân lấy DNA từ những con bò "lỗi thời" tầm thường này.

Nhưng dưới sự ảnh hưởng của phối giống cận huyết, 9 triệu con bò ở Mỹ một lúc nào đó rồi cũng sẽ đạt tới điểm giới hạn về năng suất, sức khỏe và khả năng sinh sản. Giáo sư Dechow hy vọng, khi đàn bò xuyên thời gian của ông trưởng thành, chúng sẽ bộc lộ ra được các đặc điểm có lợi mới.

Ông đang chờ đợi và tin rằng: Khai quật trở lại các DNA cũ từ những con bò đực đã chết sẽ là chìa khóa giúp giải quyết vấn đề cận huyết, làm giàu bể gen của Holstein và tiếp tục mở rộng các tiềm năng của giống bò này.

Tham khảo Scientificamerican