7 просмотров

Как животноводство способствует глобальному потеплению

Вакцинация коров, чтобы бактерии в их кишечнике производили меньше метана, может помочь сократить выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве (Фото: AgResearch)

Джефф Уоттс, 7 августа 2019 г.

Значительная часть глобальных выбросов парниковых газов приходится на вонючие телесные функции домашнего скота. Может ли работа с микробами в их кишках помочь спасти планету от изменения климата?

Коровы, мирно пасущиеся в окрестностях новозеландского научно-исследовательского института сельского хозяйства AgResearch, очень похожи на любых других. Они медленно бредут по пастбищам, склонив головы, рвут в рот траву и издают тихое, тихое мычание.

Но некоторые из этих животных не похожи на крупный рогатый скот, которого можно найти на других фермах. Вдали от глаз, внутри трудолюбивых желудков этих коров проходит эксперимент, который потенциально может изменить планету.

Им ввели вакцину против определенных кишечных микробов, ответственных за выработку метана, когда животные переваривают пищу. Метан является одним из самых вопиющих парниковых газов, его способность удерживать тепло примерно в 25 раз выше, чем у углекислого газа.

Вам также может понравиться:

Целью AgResearch является разработка этой вакцины, наряду с другими методами борьбы с метаном, чтобы мы могли продолжать есть мясные и молочные продукты, одновременно уменьшая воздействие животноводства на окружающую среду. Говядина без вины, можно сказать; и сыр с чистой совестью.

Крупный рогатый скот и другой домашний скот ответственен за седьмую часть антропогенных выбросов парниковых газов, в то время как на транспорт приходится примерно пятая часть (Фото: Getty Images)

Крупный рогатый скот и другой домашний скот ответственен за седьмую часть антропогенных выбросов парниковых газов, в то время как на транспорт приходится примерно пятая часть (Фото: Getty Images)

Статья в тему:  Сколько научных организаций согласны с глобальным потеплением

Оценки разнятся, но считается, что на домашний скот приходится до 14% всех выбросов парниковых газов в результате деятельности человека. Наряду с углекислым газом в сельском хозяйстве в больших количествах образуются два других газа: закись азота в результате добавления удобрений и отходов в почву и метан. Последний в значительной степени выделяется жвачными животными, главным образом овцами и крупным рогатым скотом, и на его долю приходится более трети общих выбросов от сельского хозяйства. Среднее жвачное животное производит 250-500 литров метана в день. Во всем мире домашний скот ежегодно выбрасывает в атмосферу метановый эквивалент 3,1 гигатонны углекислого газа (и небольшое количество из-за пукания).

Но ученые из AgResearch надеются, что удастся уменьшить вклад животноводства в глобальное потепление.

Метан, вырабатываемый жвачными животными, образуется примерно в 3% огромного количества микробов, обитающих в рубце.

Их подход основан на работе Шинейд Лихи, микробиолога из AgResearch, которая в настоящее время прикомандирована к Новозеландскому сельскохозяйственному исследовательскому центру парниковых газов. Метан, вырабатываемый жвачными животными, поступает из примерно 3% огромного количества микробов, обитающих в рубце, первом отделе кишечника.Виновные организмы принадлежат к древней группе, называемой археями, и они способны жить в среде, где нет кислорода.

В процессе, известном как кишечная ферментация, эти микробы разлагают и ферментируют растительные материалы, поедаемые животными, с образованием метана в качестве побочного продукта. Чтобы сбросить давление, которое может накапливаться при производстве этого газа, животные отрыгивают его.

Статья в тему:  Что такое искусственный интеллект в вычислительной технике

Однако, чтобы отсеять бактерии, ответственные за это, Лихи и ее коллегам пришлось найти способ воспроизвести бескислородные условия рубца в своей лаборатории. Затем, используя технологию ДНК, они смогли секвенировать геномы некоторых ключевых видов.

Большая часть метана, вырабатываемого в рубце коровы, высвобождается при отрыжке, но около 5% выделяется с другой стороны (Фото: Getty Images)

Большая часть метана, вырабатываемого в рубце коровы, высвобождается при отрыжке, но около 5% выделяется с другой стороны (Фото: Getty Images)

«Понимание того, чем эти микробы отличаются от других типов, которые также важны для пищеварения жвачных животных, имеет важное значение», — говорит Лихи. «Благодаря нашему исследованию мы смогли просмотреть различные типы генных последовательностей [в микробах] и выбрать цели [общие] для всех разновидностей метаногена. Затем они стали главными целями для разработки вакцины».

Эта работа позволила команде AgResearch систематически разрабатывать вакцины, нацеленные на несколько видов микробов одновременно.

Животноводство ежегодно выбрасывает в атмосферу метановый эквивалент 3,1 гигатонны углекислого газа.

«В подмножестве архей, на которые мы пытались нацелиться, входит около 12 или 15 видов», — говорит Питер Янссен, главный исследователь программы снижения выбросов метана в AgResearch, который идентифицировал различные микробы, продуцирующие метан, в рубце овец и коров. . Вводимая путем инъекции вакцина предназначена для стимуляции выработки у животных антител против архей в их слюне, которая затем попадает в рубец, когда животные глотают.

Пока что только небольшое количество коров и овец получили вакцину в ходе испытаний, проводимых группой AgResearch. Но команда обнаружила хороший уровень антител в слюне, а также в рубце, а также антитела были извлечены из фекалий, по данным Пасторального консорциума по исследованию парниковых газов, основного спонсора исследования с 2006 года. что вакцинированные животные на самом деле вырабатывают антитела, теперь они пытаются продемонстрировать, что это действительно подавляет образование метана.

Статья в тему:  Как глобальное потепление может повлиять на Англию

Чтобы проверить это, животные должны провести время в дыхательной камере — большой прозрачной коробке, закрытой за исключением потока свежего воздуха. Несвежий воздух, выходящий из бокса, берется на анализ содержания метана.

Точно измерить, сколько метана производит корова, может быть непросто, если не поместить коров в специальные камеры для измерения выделяемых ими газов (Фото: Getty Images)

Точно измерить, сколько метана производит корова, может быть непросто, если не поместить коров в специальные камеры для измерения выделяемых ими газов (Фото: Getty Images)

Исследователи также пытаются проводить измерения за пределами лаборатории, чтобы лучше воспроизвести то, что происходит в полевых условиях. Один из подходов заключается в использовании модифицированной кормушки, в которую животное должно просовывать голову, чтобы поесть. «Пока их носы находятся в кормушке, устройство внутри может проверить их дыхание», — говорит Янссен. Еще более хитрым является устройство, которое можно пристегнуть к спине животного. «У него есть небольшая пластиковая трубка, которая заканчивается чуть выше носа животного. Когда животное выдыхает, устройство всасывает образец его дыхания».

Окончательных доказательств того, что вакцинация снижает количество метана, выделяемого коровами, до сих пор нет.

Ни один из методов не сравнится по точности с дыхательной камерой, но оба дают хорошее представление о том, что происходит с большим количеством животных. Но убедительных доказательств того, что вакцинация снижает количество выделяемого коровами метана, до сих пор нет.

Янссен и его коллеги знают из предыдущей работы с лекарствами, что подавление метаногенов дает обещанное снижение.Но Янссен и Лихи не первые, кто пытается создать вакцину против метаногенов — термин, обозначающий любой микроб, производящий метан. Некоторые австралийские ученые пытались это сделать в 1990-х годах, но безуспешно. Команда AgResearch уверена, что их подход, основанный на генетике, даст лучшие результаты.

Статья в тему:  Что Бог говорит о Вселенной

Но вакцинация — не единственная идея для очистки дыхания коров. Животные различаются по выбросу метана, и, по крайней мере, некоторые из этих вариаций объясняются генетическими различиями. Эйлин Уолл, руководитель отдела исследований в Шотландском сельском колледже, объясняет, что это открывает возможности для селекции животных, которые производят меньше метана. Она считает, что это нужно делать не изолированно, а как часть более широкой программы разведения, направленной на выведение более здоровых и эффективных овец и коров — оба эти качества также снижают выбросы парниковых газов на единицу мяса и молока.

Тщательный отбор и разведение овец, которые естественным образом производят меньше метана, может привести к получению стад, более безопасных для окружающей среды (Фото: Getty Images)

Тщательный отбор и разведение овец, которые естественным образом производят меньше метана, может привести к получению стад, более безопасных для окружающей среды (Фото: Getty Images)

«За последние 20 лет мы уже сократили воздействие производства молока и мяса на окружающую среду в Великобритании на 20%, — говорит она. Разведение с низким содержанием метана будет просто дополнением к существующим программам. Она и ее коллеги экспериментируют с методами достижения именно этого.

Чем больше клетчатки ест корова, тем больше метана она производит, но добавление в ее рацион бобовых и различных масел может быть полезным.

Не все настолько уверены в себе. Разведение животных таким способом может занять много времени и средств, предупреждает Лайам Синклер, изучающий метаболизм в рубце в Университете Харпера Адамса в Шропшире, Великобритания.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на Саудовскую Аравию

Другой альтернативой является кормление животных на диете, менее нравящейся археям. Это может быть частично эффективным, говорит Фил Гарнсворти, который специализируется на питании молочных коров в Ноттингемском университете, если это позволяет животным продолжать производить молоко и мясо.

«Вероятно, вы можете уменьшить количество метана примерно на 20-25%, изменив диету», — говорит он. Одно исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Дэвисе, показало, что можно сократить глобальные выбросы метана от коров на 15%, изменив их рацион. Но Гарнсворти считает, что возможно большее. По его словам, в Великобритании фермеры в основном используют силос на травяной основе.

Изменение рациона питания коров, овец и другого домашнего скота может уменьшить количество метана, вырабатываемого микробами в их рубце, разрушающими растительные материалы (Фото: Getty Images)

Изменение рациона питания коров, овец и другого домашнего скота может уменьшить количество метана, вырабатываемого микробами в их рубце, разрушающими растительные материалы (Фото: Getty Images)

Чем больше клетчатки ест корова, тем больше метана она производит, но добавление бобовых и различных масел, таких как льняное и соевое, в их рацион может быть полезным, добавляет Синклер.

«Более качественное кормление делает животных более продуктивными, а более продуктивные животные производят меньше метана», — говорит он.

Один немного более дурацкий подход, который будет предложен, состоит в том, чтобы оснастить коров рюкзаками для сбора отрыжки.

Один из предложенных подходов — несколько более дурацкий — снабдить коров рюкзаками для сбора отрыжки, а студенты Королевского колледжа искусств в Лондоне разработали устройство, которое можно прикрепить к кольцу в носу коровы и превращать выдыхаемый метан в менее сильнодействующий метан. но более стойкий углекислый газ.

Статья в тему:  Что потопит глобальное потепление

Однако более реалистичной альтернативой являются кормовые добавки, такие как ионофоры, которые уже используются в некоторых частях мира для ускорения набора веса у животных, а также могут использоваться для ингибирования метан-продуцирующих архей. Но и они не без проблем.

Ионофоры, которые классифицируются как антибиотики, запрещены для использования у животных в Европейском Союзе из-за опасений, что чрезмерное использование этих агентов в сельском хозяйстве помогло повысить устойчивость бактерий к лекарствам. Запрет вызывает споры, поскольку ионофоры не используются в медицине и действуют иначе, чем терапевтические антибиотики.

Добавление добавок в корма для животных — еще один способ уменьшить выбросы метана от домашнего скота и навоза, который они производят (Фото: Getty Images)

Добавление добавок в корма для животных — еще один способ уменьшить выбросы метана от домашнего скота и навоза, который они производят (Фото: Getty Images)

Существуют и другие предлагаемые добавки, которые также могут помочь ингибировать метан в животноводстве. Одним из последних, который вызвал интерес, является 3-нитрооксипропанол (3-NOP), который работает за счет снижения эффективности химического пути, по которому археи превращают углерод в метан. Компания, производящая добавку, надеется на 30-процентное сокращение.

Другой вариант — давать коровам пробиотики или полезные бактерии, чтобы помочь их пищеварению. Элизабет Латам, бывший научный сотрудник Техасского университета A&M и соучредитель Bezoar Laboratories, разрабатывает пробиотик для борьбы с метаном крупного рогатого скота и утверждает, что он может сократить выбросы на 50%.

Но химические ингибиторы и пробиотики, подобные этому, нужно будет ежедневно добавлять в корма, и их будет трудно доставлять животным, питающимся в основном травой. Скорее всего это будет дорогой вариант. Вакцину потенциально нужно будет вводить только один раз или, возможно, потребуется только ежегодная ревакцинация.

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на северный полюс

Независимо от используемого подхода, вмешательство в структуру микробной жизни в кишечнике изменит его экологию — возможно, с непредвиденными последствиями. Микробиом кишечника тесно связан со здоровьем, и его изменение может увеличить риск заболевания. У людей даже существует некоторая связь между кишечными бактериями и настроением, хотя неясно, приведет ли сокращение метан-продуцирующих бактерий к депрессии у коров и овец и как это повлияет на их мясо и молоко.

Янссен считает, что это маловероятно. «Мы не получаем никаких сигналов о том, что мы собираемся подавлять способность животных превращать траву в мясо или молоко», — говорит он.

Но пока дальнейшие испытания не докажут, что взламывание кишок скота может сократить их выбросы, не нанося вреда животным или продуктам, ради которых они выращиваются, миру придется ждать, затаив дыхание.

Если вам понравилась эта история, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.comпод названием «Основной список». Подборка историй из BBC Future, Culture, Capital и Travel, доставляемая на ваш почтовый ящик каждую пятницу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x