Хочете зменшити викиди? Почніть з кишечника корови

Діпті Пітта з Ветеринарної школи працює над проектом, який може призвести до зменшення викидів метану від молочної худоби.

Оскільки стурбованість зміною клімату зростає, дослідники працюють над розробкою інноваційних стратегій щодо обмеження викидів парникових газів.

Метан складає 14 відсотків викидів парникових газів у всьому світі і в 28 разів потужніший за вуглекислий газ при захопленні тепла в атмосфері. Тваринництво, переважно велика рогата худоба, вирощена для виробництва молочних та яловичих продуктів, виробляє 25 відсотків викидів метану в США.

Діпті Пітта, доцент кафедри ветеринарної медицини, вивчає харчування великих тварин та сільське господарство. Вона отримала грант Національного інституту продовольства та сільського господарства USDA у розмірі 500 000 доларів на дослідження досліджень рубця, більшої частини першої травної камери корови або ретикулорумену.

Грант фінансує три роки досліджень, протягом яких Пітта сподівається краще зрозуміти мікробні асоціації в рубці, які є важливими для пом'якшення впливу метану. Вона вивчить, як функціонують інгібітори метану у корів, які природним чином виробляють надмірну кількість метану, а також у корів, які природно виробляють менші кількості. Мікроби в рубці допомагають травленню корів шляхом розщеплення рослинного матеріалу, але в процесі цього деякі мікроби виділяють водень як побічний продукт. Метаногени, тип мікроба в групі, відомій як археї, які присутні в рубці, споживають цей водень, щоб переконатися, що він не надмірно накопичується в кишечнику корови. Однак метаногени перетворюють водень на шкідливий метан, який корови повинні виділяти.

У міру збільшення світового населення споживання яловичини та молочних продуктів, швидше за все, зросте. Але, незважаючи на досягнення в інших аспектах аграрної ефективності, тваринницька галузь намагається не відставати від метану.

"По мірі прогресу та управління сільським господарством корови змогли виробляти більше молока та більше м’яса, одночасно значно зменшуючи вироблений метан", - говорить Пітта. "Однак одна корова все-таки виробляє в середньому 600 літрів метану на день".

Пітта каже, що дослідники намагалися обмежити утворення метану, змінюючи раціон корів і навіть використовуючи пробіотики, але успіх цих підходів залишається незрозумілим через складний баланс між метаногенами та іншими мікробами у здорової корови.

"Коли такі зміни вносяться, можуть бути значні негативні наслідки", - каже вона. «Якщо ми спробуємо забезпечити більше інгібіторів метану, це негативно вплине на баланс архей, що може призвести до зменшення обсягів виробництва м’яса чи молока або навіть до проблем зі здоров’ям, які можуть мати значний фінансовий вплив. Здається, це порушує природний баланс у рубці, що ускладнює правильне харчування корови ».

Пітта співпрацює з дослідниками з штату Пенсільванія для подальшого розуміння цього делікатного балансу. Її колеги працювали з синтетичною сполукою, яка, здається, безпечно зменшує викиди метану у молочних корів на 30 відсотків, зберігаючи або покращуючи виробництво молока та м’яса. З'єднання, порошок, що містить аналог ферменту, просто додають у їжу корів.

Пітта використовує передові технології генетичного секвенування для аналізу мікробної спільноти в рубці, відстежуючи вплив на корів, які споживали та не споживали сполуку. Поки що результати є багатообіцяючими.

"Ми спостерігаємо постійне зменшення викидів метану у корів, які споживають сполуку", - каже вона. «Але зі зменшенням метану очікується збільшення виробництва водню, оскільки метаногени не використовують його, що може порушити природний баланс рубця. Рівень водню на деякий час збільшується, але потім він знижується ».

У поєднанні з селективними методами розведення, синтетична добавка до кормів може створити величезну загрозу загальним викидам метану. Деякі корови природним чином виділяють більше рівня метану, а інші - менше середнього рівня. Пітта та її колеги виявили закономірності як для корів, що випромінюють, так і для низьких, вибираючи зразки дихання у тварин за допомогою спеціалізованого обладнання та оцінюючи їх за допомогою газової хроматографії - методу, який дозволяє дослідникам відокремлювати та аналізувати гази, які виділяють корови.

Корови з високим рівнем викидів виробляють різний баланс метаногенів і мікробів, що призводить до збільшення вироблення водню і, отже, до збільшення кількості метану, але, розводячи корів з низьким рівнем викидів, а потім включаючи сполуку, що інгібує метан, у свій раціон, фермери можуть максимізувати свою загальну ефективність зберігаючи низькі викиди метану.

"Це дозволить нам виробляти більше молока від меншої кількості корів", - говорить Пітта. “Застосовуючи ці методи, ми могли б направити більше енергії на виробництво молока чи м’яса, замість виробництва метану. Це добре для фермерів та для навколишнього середовища ".

Пітта хотіла б з часом включити натуральні продукти до раціону корів, щоб ще більше знизити метан. У неї є співробітник з Університету штату Коннектикут, який вивчає морські водорості, і вона передбачає можливе включення природного похідного сполуки водоростей до раціону корів, який може вибити метаногени в рубці.

Вона планує розробити вдосконалені методи скринінгу, щоб краще зрозуміти мікробний та метаногенний баланс рубця, а потім поєднати свої висновки з даними про виробництво молока та профілі споживання кормів, а також з висновками про ферментацію мікробів. Це може призвести до розуміння того, які мікроби та гени можуть бути пригнічені, щоб поліпшити процес ферментації мікробів.

Максимізуючи ефективність корів, висновки Пітти можуть не тільки зменшити викиди метану, але і допомогти фермерам зменшити витрати.