Dipti Pitta ved School of Veterinary Medicine er i gang med et prosjekt som kan føre til reduksjoner i metanutslipp fra melkekyr

Når bekymringen for klimaendringene øker, forskere jobber med å utvikle innovative strategier for å begrense klimagassutslipp. Metan utgjør 14 prosent av klimagassutslippene globalt, og er 28 ganger sterkere enn karbondioksid til å fange varme i atmosfæren. Husdyr, for det meste storfe oppdrettet for meieri- og storfekjøttprodukter, produsere 25 prosent av metanutslippene i USA.

Foto: Louisa Shepard

Dipti Pitta, en adjunkt ved Skolen for veterinærmedisin, studerer store dyreernæring og landbruk. Hun har mottatt et stipend fra USDA National Institute of Food and Agriculture $500,000 for hennes forskning på vomma, den store delen av kuas første fordøyelseskammer, eller retikulorumen.

Stipendet finansierer tre års forskning der Pitta håper å bedre forstå mikrobielle assosiasjoner i vomma som er avgjørende for metanbekjempelse. Hun skal studere hvordan metanhemmere fungerer i kyr som naturlig produserer store mengder metan, samt hos kyr som naturlig produserer lavere mengder. Mikrober i vomma hjelper til med kuenes fordøyelsesprosess ved å bryte ned plantemateriale, men, i prosessen, noen mikrober frigjør hydrogen som et biprodukt. Metanogener, en type mikrober i gruppen kjent som archaea som finnes i vomma, konsumere dette hydrogenet for å sikre at det ikke bygges opp for mye i kuas tarm. derimot, metanogener gjør hydrogen til skadelig metan, som kyrne skal slippe ut.

Etter hvert som den globale befolkningen øker, forbruket av storfekjøtt og meieriprodukter vil sannsynligvis øke. Men, til tross for fremskritt i andre aspekter av landbrukseffektivitet, husdyrnæringen sliter med å holde tritt med metan.

"Som landbruket har ernæring og ledelse utviklet seg, kuer har vært i stand til å produsere mer melk og mer kjøtt samtidig som de har redusert metanet som produseres kraftig,sier Pitta. "Derimot, en enkelt ku produserer fortsatt, gjennomsnittlig, 600 liter metan om dagen."

Pitta sier at forskere har forsøkt å begrense metandannelsen ved å endre kuenes diett og til og med bruke probiotika, men suksessen til disse tilnærmingene er fortsatt uklar, på grunn av den kompliserte balansen mellom metanogener og andre mikrober i en sunn ku.

«Det kan være betydelige negative effekter når endringer som disse gjøres," hun sier. "Hvis vi prøver å gi flere metanhemmere, det har en negativ effekt på balansen til arkea, som kan føre til en nedgang i kjøtt- eller melkeproduksjonen, eller til og med helseproblemer som kan ha dramatiske økonomiske konsekvenser. Det ser ut til å forstyrre den naturlige balansen i vomma, som gjør det vanskelig for kua å spise ordentlig.»

Pitta samarbeider med forskere ved Penn State for å forstå denne delikate balansen ytterligere. Kollegene hennes har jobbet med en syntetisk forbindelse som ser ut til å trygt redusere melkekyrs metanutslipp med 30 prosent samtidig som melke- og kjøttproduksjonen opprettholdes eller forbedres. Forbindelsen, et pulver som inneholder enzymanaloger, er ganske enkelt tilsatt kuenes mat.

Pitta bruker avansert genetisk sekvenseringsteknologi for å analysere det mikrobielle samfunnet i vomma, spore virkningen på kyr som har og ikke har konsumert blandingen. Resultatene så langt er lovende.

"Vi ser en kontinuerlig reduksjon av metanutslipp hos kyr som forbruker forbindelsen," hun sier. "Men med en reduksjon i metan, det forventes å se en økning i hydrogenproduksjonen fordi metanogenene ikke utnytter den, som kan forstyrre den naturlige balansen i vomma. Hydrogennivået øker en stund, men så kommer de ned igjen."

Sammen med selektive avlsmetoder, det syntetiske fôrtilskuddet har potensial til å sette et stort innhugg i de totale metanutslippene. Noen kyr slipper naturlig ut høyere nivåer av metan, mens andre slipper ut mindre enn gjennomsnittet. Pitta og kollegene hennes har identifisert mønstre for både høyemitterende og lavemitterende kyr ved å samle pusteprøver fra dyrene ved hjelp av spesialutstyr, og vurdere dem ved hjelp av gasskromatografi, en metode som lar forskerne separere og analysere gasser som kuer slipper ut.

Høyemitterende kyr produserer en annen balanse av metanogener og mikrober som fører til mer hydrogenproduksjon, og dermed mer metan, men, ved å avle opp kuer med lavt utslipp og deretter inkorporere den metanhemmende forbindelsen i kostholdet deres, Bønder kan maksimere sin totale effektivitet samtidig som de holder metanutslippene lave.

– Dette vil tillate oss å produsere mer melk fra færre kyr,sier Pitta. «Ved å bruke disse metodene, vi kunne lede mer energi til melk eller kjøttproduksjon, i stedet for metanproduksjon. Dette er bra for bøndene og bra for miljøet.»

Pitta ønsker etter hvert å inkorporere naturlige produkter i kuenes dietter for å redusere metan ytterligere. Hun har en samarbeidspartner ved University of Connecticut som studerer tang, og hun forutser en eventuell inkludering av en naturlig avledet tangforbindelse i kuenes dietter som har potensial til å slå ut metanogener i vomma.

Hun planlegger å utvikle avanserte screeningmetoder for å bedre forstå vommens mikrobielle og metanogenbalanse, og deretter kombinere funnene hennes med data fra melkeproduksjon og fôrforbruksprofiler, og med funn om mikrobiell gjæring. Dette kan føre til en forståelse av hvilke mikrober og gener som kan hemmes for å forbedre den mikrobielle fermenteringsprosessen.

Ved å maksimere kuas effektivitet, Pittas funn kan ikke bare redusere metanutslippene, men hjelpe bøndene også å redusere kostnadene.

Kilde: penntoday.upenn.edu, av Jacob Williamson-Rea