Es gibt mehr als 9 Millionen Milchkühe in den Vereinigten Staaten, und die überwiegende Mehrheit von ihnen sind Holsteins, große Rinder mit charakteristischen schwarz-weißen (manchmal auch rot-weißen) Abzeichen. Die Menge an Milch, die sie produzieren, ist erstaunlich. Das gilt auch für ihre Abstammung. Als Forscher der Pennsylvania State University vor einigen Jahren die männlichen Linien genauer untersuchten, entdeckten sie, dass mehr als 99 Prozent von ihnen auf einen von zwei Bullen zurückgeführt werden können, die beide in den 1960er Jahren geboren wurden. Das bedeutet, dass es unter allen männlichen Holsteins im Land nur zwei Y-Chromosomen gibt.
„Was wir getan haben, ist, den genetischen Pool wirklich einzugrenzen“, sagt Chad Dechow, einer der Forscher.
Den Weibchen erging es nicht viel besser. Tatsächlich sagen Dechow – ein außerordentlicher Professor für Milchviehgenetik – und andere, dass es so viel genetische Ähnlichkeit zwischen ihnen gibt, dass die effektive Populationsgröße weniger als 50 beträgt. Wären Holsteins wilde Tiere, würde das sie in die Kategorie der kritisch gefährdeten Arten einordnen. „Es ist so ziemlich eine große Inzuchtfamilie“, sagt Leslie B. Hansen, Holstein-Experte und Professor an der Universität von Minnesota.
Jeder Grundschüler weiß, dass genetische Homogenität auf lange Sicht nicht gut ist. Sie erhöht das Risiko von Erbkrankheiten und verringert gleichzeitig die Fähigkeit einer Population, sich angesichts einer sich verändernden Umwelt weiterzuentwickeln. Milchbauern, die heute um das Bezahlen von Rechnungen kämpfen, konzentrieren sich nicht unbedingt auf die evolutionären Aussichten ihrer Tiere, aber Dechow und seine Kollegen waren besorgt genug, dass sie genauer untersuchen wollten, welche Eigenschaften verloren gegangen sind.
Um Antworten zu finden, haben die Forscher damit begonnen, eine kleine Gruppe neuer Kühe zu züchten, die zum Teil aus dem konservierten Sperma längst verstorbener Bullen gezüchtet wurden, um eine Vielzahl von Merkmalen zu messen – unter anderem Größe, Gewicht, Milchproduktion, allgemeine Gesundheit, Fruchtbarkeit und Eutergesundheit – und diese mit den modernen Holsteins zu vergleichen, die wir geschaffen haben. Die Hoffnung ist, dass sie eines Tages in der Lage sein könnten, diesem Eckpfeiler der Viehwirtschaft die dringend benötigte genetische Vielfalt zurückzugeben und möglicherweise Eigenschaften wiederzuerwecken, die durch unerbittliche Inzucht verloren gegangen sind.
„Wenn wir die langfristige genetische Vielfalt der Rasse einschränken“, sagt Dechow, „schränken wir ein, wie viele genetische Veränderungen im Laufe der Zeit vorgenommen werden können.“
Mit anderen Worten, wir könnten einen Punkt erreichen, an dem wir feststecken, wo wir jetzt sind. Es wird keine weitere Verbesserung der Milchproduktion geben. Die Fruchtbarkeit wird sich nicht verbessern. Und wenn eine neue Krankheit auftaucht, könnten große Teile der Kuhpopulation anfällig sein, da so viele von ihnen die gleichen Gene haben.
Heute sind Kühe für den größten Teil der Milch, die wir trinken, und für einen Großteil unseres Käses und unserer Eiscreme verantwortlich. Mindestens seit dem letzten Jahrhundert wurden diese Tiere für ihre voluminöse Leistung geschätzt. In den letzten 70 Jahren hat der Mensch eine Vielzahl von Methoden eingeführt, um die Produktion noch weiter zu steigern. Im Jahr 1950 produzierte eine einzelne Milchkuh zum Beispiel etwa 5.300 Pfund Milch pro Jahr. Heute produziert die durchschnittliche Holstein-Kuh mehr als 23.000. Im Jahr 2017 produzierte eine preisgekrönte Kuh namens Selz-Pralle Aftershock 3918 78.170 Pfund Milch – mehr als 200 Pfund jeden einzelnen Tag.
„Diese Kühe sind echte Athleten“, sagt Hansen.
Davon profitieren die Verbraucher, weil die Lebensmittelpreise niedrig bleiben. Es nützt den Landwirten, weil sie Kosten sparen, wenn weniger Kühe die gleiche Menge an Milch produzieren. Es kommt auch der Umwelt zugute, weil das Verdauungssystem einer Kuh erhebliche Mengen an Methan und Abfall produziert. (Obwohl hochproduzierende Holsteins mehr Energie verbrauchen und mehr Abfall pro Kuh erzeugen, schätzen Forscher, dass die Effizienzgewinne zu einer deutlich geringeren Umweltbelastung insgesamt führen)
Ein Teil dieser Erfolgsgeschichte hat mit der Änderung der Art und Weise zu tun, wie Holsteins aufgezogen und gehalten werden. Aber die größte Veränderung ist die Art und Weise, wie Kühe gezüchtet werden. Vor langer Zeit brachten die Farmer Bullen von anderen Farmen mit, um ihre Kühe trächtig zu machen – ein Weg, um die genetische Vielfalt zu sichern, oder „den Topf umzurühren“, wie Hansen sagt. In den 1940er Jahren begannen sie, die künstliche Besamung einzusetzen. Auf diese Weise konnte eine einzige Dosis Bullensperma verwendet werden, um eine ganze Reihe von Färsen zu befruchten. Schon bald erlaubte die Technologie das Einfrieren des Spermas, was bedeutete, dass ein Bulle jahrzehntelang Kälber zeugen konnte, sogar noch lange nachdem er tot war. In der Zwischenzeit führte die Milchwirtschaft sehr detaillierte Aufzeichnungen, so dass die Stierzüchter, die das Sperma verkauften, sagen konnten, welcher Bulle die besten Nachkommen zeugte – und mit den besten Nachkommen meinten sie die Töchter, die die meiste Milch produzierten.
Zu diesem Zeitpunkt zeugte ein sehr gefragter Bulle Tausende von Töchtern. Carlin-M Ivanhoe Bell, ein 1974 geborener Bulle, hatte mehr als 80.000 Nachkommen. Die meisten Bullen haben weniger, obwohl ihre Nachkommenschaft immer noch in die Tausende geht. In den 80er Jahren wurde deutlich, dass die Inzucht deutlich zunahm.
In den Anfängen der künstlichen Besamung mussten sich die Bullen im richtigen Leben bewähren. Das heißt, sie zeugten 100 Töchter, und als diese Töchter dann kalbten und Milch produzierten, wurde ihre Leistung gemessen. Je besser die Leistung, desto marktfähiger der Bulle. Diese „Nachkommenprüfung“ war ein wertvoller Prozess, aber es dauerte mehrere Jahre, um festzustellen, ob ein Bulle gut war.
Im Jahr 2009 kam eine neue Technologie hinzu: Big Data und genomische Selektion. Heute wird die Marktfähigkeit eines Bullen von einem Computer bestimmt. Ein komplexer Algorithmus analysiert die genetische Ausstattung des Bullen und berücksichtigt dabei die Gesundheit seiner Nachkommen, ihre Milchproduktion, den Fett- und Eiweißgehalt der Milch und andere Merkmale, um Zahlen zu ermitteln, die ihn mit anderen Bullen vergleichen. Die Schlüsselzahl wird Lebenszeit-Nettoverdienst genannt. Sie stellt den durchschnittlichen Geldbetrag dar, den ein Landwirt im Laufe des Lebens des Nachkommens erwarten kann, wenn er diesen Bullen einem anderen vorzieht.
Während dies den Landwirten eine effizientere Bewertung der Tiere in vielen wichtigen Merkmalen ermöglichte, führte der Prozess auch zu noch höheren Raten von Inzucht. Der „Inzuchtkoeffizient“ für Holsteins liegt derzeit bei etwa 8 Prozent, was bedeutet, dass ein durchschnittliches Kalb identische Kopien von 8 Prozent seiner Gene von seiner Mutter und seinem Vater erhält. Diese Zahl ist im Vergleich zu einem Ausgangswert von 1960 – und sie steigt weiterhin jedes Jahr um 0,3 oder 0,4 an.
„Inzucht akkumuliert sich schneller als je zuvor“, sagt Dechow.
Aber sind 8 Prozent zu viel? Darüber streiten sich die Milchexperten noch. Einige argumentieren, dass Holsteins ihren Job machen, viel Milch produzieren und dass sie eine relativ gesunde Herde sind. Hansen merkt jedoch an, dass, wenn man einen Bullen mit seiner Tochter verpaart, der Inzuchtkoeffizient 25 Prozent beträgt; in diesem Licht scheinen 8 Prozent viel zu sein. Er und andere sagen, dass Inzucht zwar jetzt noch kein Problem zu sein scheint, die Konsequenzen aber erheblich sein könnten.
Die Fruchtbarkeitsrate wird durch Inzucht beeinflusst, und die Fruchtbarkeit der Holsteintiere ist bereits deutlich gesunken. In den 1960er Jahren lag die Trächtigkeitsrate bei 35 bis 40 Prozent, aber bis zum Jahr 2000 war sie auf 24 Prozent gesunken. Außerdem ist es wahrscheinlicher, dass Kühe zwei Kopien von unerwünschten rezessiven Genen erhalten, wenn nahe Verwandte gekreuzt werden, was zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen kann.
„Es muss sich etwas ändern“, sagt Hansen.
Für Dechow ist die Sorge die Steigerungsrate und was das für die Zukunft der Rasse bedeutet. „Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Kuh mit 100 wirklich guten Genen und 10 wirklich schrecklichen Genen. Wenn Sie diese Kuh aus Ihrem Zuchtprogramm eliminieren, weil sie 10 schreckliche Gene hat“, sagt er, „dann haben Sie auch ihre 100 guten Gene verloren. Sie verlieren langfristiges genetisches Potential.“
Dechow wuchs auf einem Milchviehbetrieb auf, so dass er schon lange bevor er das Genom der Kuh in- und auswendig kannte, etwas von dem sehen konnte, was passierte.
Holsteins sehen ganz anders aus als noch vor 50 Jahren. Zum einen wurden sie gezüchtet, um längere und breitere Euter zu haben, anstatt tiefe Euter. Ein tiefes Euter kann den Boden berühren, was es viel anfälliger für Infektionen oder andere Probleme macht, also ist das eine Veränderung zum Besseren. Aber andere Änderungen könnten problematisch sein. Zum Beispiel werden moderne Holsteins so gezüchtet, dass sie groß und dünn sind, bis hin zur Knochenlosigkeit. Diese Dünnheit ist ein Nebenprodukt der Milchproduktion, denn „sie lenken die Energie, die sie verbrauchen, auf die Milch“, sagt Dechow.
Aber es ist auch so etwas wie eine ästhetische Entscheidung. Die ideale Holstein-Kuh – zumindest in den Augen der Menschen, die diese Dinge beurteilen – ist „feminin und raffiniert.“ Das bedeutet dünn und kantig. Das Problem ist, dass eine große, dünne Kuh nicht unbedingt die gesündeste Kuh ist und kürzere und rundere Rinder eher schwanger werden.
Vor ein paar Jahren begannen Dechow und andere sich zu fragen, wie bedeutend die Inzucht und der Verlust der Vielfalt war. In den frühen 50er Jahren waren etwa 1.800 Bullen in der Population vertreten. Sie wussten, dass es heute weniger waren, aber sie hatten keine Ahnung, wie wenige. Dechow und seine Kollegen Wansheng Liu und Xiang-Peng Yue analysierten die väterlichen Stammbauminformationen von fast 63.000 Holstein-Bullen, die seit den 1950er Jahren in Nordamerika geboren wurden.
„Wir waren ein wenig überrascht, als wir die Abstammungslinien zurückverfolgten und es auf zwei Bullen zurückging“, sagt er. Sie heißen Round Oak Rag Apple Elevation und Pawnee Farm Arlinda Chief. Jeder von ihnen ist mit etwa der Hälfte der heute lebenden Bullen verwandt. Im Wesentlichen haben Elevation und Chief jeden anderen Bullen auf dem Markt überflügelt. Sogar Select Sires, eine Firma, die sich mit dem Verkauf von Bullensperma beschäftigt, war von den Ergebnissen überrascht. Charles Sattler, ein Vizepräsident der Firma, sieht die Neuigkeiten als eine Art Realitätscheck, aber nicht als Grund zur Sorge. „Wahrscheinlich ist die größte Sorge, ob es wirklich wertvolle Gene gibt, die wir auf dem Weg verloren haben und die wir heute nutzen könnten“, fragt er sich.
Vor nicht allzu langer Zeit war noch ein weiteres Y-Chromosom vertreten, das von Penstate Ivanhoe Star, geboren in den 1960er Jahren. Sein Niedergang demonstriert ein Problem mit all der Inzucht. In den 1990er Jahren begannen Milchbauern auf der ganzen Welt zu bemerken, dass Kälber mit so schweren Wirbelproblemen geboren wurden, dass sie außerhalb des Mutterleibs nicht überlebten. Etwa zur gleichen Zeit wurden Kälber mit einer Krankheit namens Bovine Leukozytenadhäsionsmangel tot geboren. Es stellte sich heraus, dass Star und sein produktiver Sohn, Carlin-M Ivanhoe Bell, problematische rezessive Gene hatten, die erst nach einigen Generationen der Inzucht ans Licht kamen.
Nach dieser Entdeckung hörten die Landwirte auf, Kühe mit den Nachkommen von Star zu züchten, und das Problem war gelöst. Aber könnten noch andere Probleme in den Chromosomen der verbliebenen Holsteins lauern? Was war mit all dieser Inzucht verloren gegangen? Diese Fragen beunruhigten Dechow so sehr, dass er begann, nach einigen dieser alten Gene zu suchen.
Dazu musste er in den Archiven des National Animal Germplasm Program in Fort Collins, Colorado, wühlen. Es ist wie eine Samenbank, nur dass es Eierstockgewebe, Blut und Sperma von domestizierten Tieren sammelt und etwa 7.000 cocktailstrohgroße Spermaproben von Holstein-Bullen enthält.
Dechows Team fand zwei, die nicht mit Chief oder Elevation verwandt waren, also nahmen sie diese Proben, erhielten Eizellen von erstklassigen Weibchen und erzeugten Embryonen, die sie in Leihmutterfärsen der Penn State einpflanzten. Die Idee war, die ein halbes Jahrhundert alte Y-Genetik mit der DNA von Färsen zu kombinieren, die zu den besten Beispielen der modernen Milchproduktion gehören. Im Laufe des Jahres 2017 brachten die Tiere 15 Kälber zur Welt, sieben davon männlich. Die ältesten dieser Tiere sind etwa zwei Jahre alt und zwei haben inzwischen selbst Kälber.
Jeder Parameter in der Entwicklung dieser Rinder wird gemessen, und ihre DNA wird analysiert und mit der allgemeinen Population verglichen. Es stellt sich heraus, dass nicht viel über das Y-Chromosom bekannt ist, daher ist dies eine Gelegenheit, diese neu eingeführte Variation zu nutzen, um sie besser zu verstehen. Von den Bullen wurden auch Spermaproben genommen und an die Keimplasma-Bank in Colorado geschickt. Dechow kann bereits auf dem Boden einen Unterschied im Aussehen dieser Rinder erkennen. Sie sind ein bisschen kürzer als die meisten Holsteins und auch schwerer. Sie sind auch etwas weniger fügsam als der Durchschnitt.
Select Sires hat Samenproben von den Bullen genommen und sie durch sein Bewertungsprogramm laufen lassen, mit mäßigen Ergebnissen; sie kamen in der Mitte der Gruppe heraus. Sie haben einige dieser Proben den Milchbauern zum Kauf angeboten, aber die Verkäufe waren bisher minimal. Milchbauern haben heute bereits mit finanziellen Problemen zu kämpfen, und es ist nicht einfach, sie davon zu überzeugen, dass es einen Nutzen hat, DNA von durchschnittlichen Bullen zu erhalten.
Dechow hofft immer noch, dass es mehr zu gewinnen gibt, wenn die Rinder erst einmal ausgewachsen sind.
„Mein Wunschtraum“, sagt Dechow, „ist, dass wir zeigen können, dass diese alte Genetik immer noch etwas zu bieten hat.“
Maureen O’Hagan ist eine in Portland, Oregon, ansässige Autorin, die für die Washington Post und die Seattle Times tätig war, wo sie zahlreiche nationale Journalistenpreise gewann. Sie ist auch die Autorin von „The Woman in the Strongbox“, einem wahren Krimi.