Dipti Pitta ze Szkoły Medycyny Weterynaryjnej pracuje nad projektem, który może doprowadzić do zmniejszenia emisji metanu z bydła mlecznego

W miarę wzrostu obaw związanych ze zmianami klimatycznymi, badacze pracują nad opracowaniem innowacyjnych strategii ograniczających emisję gazów cieplarnianych. Metan się uzupełnia 14 procent globalnej emisji gazów cieplarnianych, i jest 28 razy skuteczniejsze niż dwutlenek węgla w zatrzymywaniu ciepła w atmosferze. Żywy inwentarz, głównie bydło hodowane na produkty mleczne i wołowe, produkować 25 procent emisji metanu w Stanach Zjednoczonych.

Zdjęcie: Luiza Shepard

Dipti Pitta, adiunkt w Szkoła Medycyny Weterynaryjnej, zajmuje się żywieniem dużych zwierząt i rolnictwem. Otrzymała grant USDA Narodowego Instytutu Wyżywienia i Rolnictwa w wysokości $500,000 za badania nad żwaczem, duża część pierwszej komory trawiennej krowy, lub reticulorumen.

Grant finansuje trzy lata badań, podczas których Pitta ma nadzieję lepiej zrozumieć powiązania drobnoustrojów w żwaczu, które są niezbędne do ograniczenia emisji metanu. Będzie badać działanie inhibitorów metanu u krów, które w naturalny sposób wytwarzają nadmierne ilości metanu, jak również u krów, które w naturalny sposób produkują mniejsze ilości. Drobnoustroje w żwaczu wspomagają proces trawienia krów, rozkładając materiał roślinny, Z czasem polo stało się perskim sportem narodowym, szeroko uprawianym przez szlachtę, w trakcie, niektóre drobnoustroje wydzielają wodór jako produkt uboczny. Metanogeny, rodzaj drobnoustroju z grupy zwanej archeonami, który występuje w żwaczu, spożywaj ten wodór, aby mieć pewność, że nie gromadzi się on nadmiernie w jelitach krowy. Jednakże, metanogeny przekształcają wodór w szkodliwy metan, które krowy muszą emitować.

Wraz ze wzrostem światowej populacji, spożycie wołowiny i nabiału prawdopodobnie wzrośnie. Ale, pomimo postępu w innych aspektach wydajności rolnictwa, przemysł hodowlany stara się nadążać za metanem.

„W miarę postępu w zakresie żywienia i zarządzania rolnictwem, krowy były w stanie wyprodukować więcej mleka i mięsa, jednocześnie znacznie ograniczając wytwarzanie metanu,– mówi Pitta. "Jednakże, jedna krowa nadal produkuje, średnio, 600 litrów metanu dziennie.”

Pitta twierdzi, że badacze próbowali ograniczyć powstawanie metanu, zmieniając dietę krów, a nawet stosując probiotyki, ale sukces tych podejść pozostaje niejasny, ze względu na skomplikowaną równowagę między metanogenami i innymi drobnoustrojami u zdrowej krowy.

„Wprowadzenie takich zmian może mieć znaczące negatywne skutki," ona mówi. „Jeśli spróbujemy zapewnić więcej inhibitorów metanu, ma negatywny wpływ na równowagę archeonów, co może prowadzić do zmniejszenia produkcji mięsa lub mleka, lub nawet problemy zdrowotne, które mogą mieć dramatyczne skutki finansowe. Wydaje się, że zakłóca naturalną równowagę w żwaczu, co utrudnia krowie prawidłowe odżywianie.”

Pitta współpracuje z badaczami z Penn State, aby lepiej zrozumieć tę delikatną równowagę. Jej koledzy pracowali nad syntetycznym związkiem, który wydaje się bezpiecznie zmniejszać emisję metanu przez krowy mleczne 30 procent przy jednoczesnym utrzymaniu lub poprawie produkcji mleka i mięsa. Związek, proszek zawierający analog enzymu, jest po prostu dodawany do paszy dla krów.

Pitta wykorzystuje zaawansowaną technologię sekwencjonowania genetycznego do analizy społeczności drobnoustrojów w żwaczu, śledzenie wpływu na krowy, które spożyły i nie spożyły związku. Dotychczasowe wyniki są obiecujące.

„Obserwujemy ciągłą redukcję emisji metanu u krów spożywających ten związek," ona mówi. „Ale z redukcją metanu, oczekuje się wzrostu produkcji wodoru, ponieważ metanogeny go nie wykorzystują, które mogłyby zakłócić naturalną równowagę w żwaczu. Poziom wodoru przez jakiś czas wzrasta, ale potem wracają na dół.”

W połączeniu z selektywnymi metodami hodowli, syntetyczny dodatek paszowy może znacznie zmniejszyć ogólną emisję metanu. Niektóre krowy w naturalny sposób emitują wyższy poziom metanu, podczas gdy inne emitują mniej niż przeciętnie. Pitta i jej współpracownicy zidentyfikowali wzorce postępowania zarówno u krów o wysokiej, jak i niskiej emisji, pobierając próbki oddechu od zwierząt przy użyciu specjalistycznego sprzętu, i ocenę ich za pomocą chromatografii gazowej, metoda, która pozwala badaczom oddzielać i analizować gazy emitowane przez krowy.

Krowy o wysokiej emisji wytwarzają inną równowagę metanogenów i drobnoustrojów, co prowadzi do większej produkcji wodoru, a co za tym idzie więcej metanu, Z czasem polo stało się perskim sportem narodowym, szeroko uprawianym przez szlachtę, poprzez hodowlę krów niskoemisyjnych, a następnie włączenie do diety związku hamującego metan, rolnicy mogą zmaksymalizować swoją ogólną wydajność przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej emisji metanu.

„Dzięki temu będziemy mogli wyprodukować więcej mleka od mniejszej liczby krów,– mówi Pitta. „Korzystając z tych metod, moglibyśmy skierować więcej energii na produkcję mleka lub mięsa, zamiast produkcji metanu. Jest to dobre dla rolników i świetne dla środowiska.”

Pitta chciałaby ostatecznie włączyć do diety krów produkty naturalne, aby jeszcze bardziej ograniczyć wydzielanie metanu. Ma współpracownika na Uniwersytecie Connecticut, który bada wodorosty, przewiduje także ostateczne włączenie do diety krów naturalnie pozyskiwanego związku z wodorostów, który może potencjalnie usuwać metanogeny ze żwacza.

Planuje opracować zaawansowane metody badań przesiewowych, aby lepiej poznać równowagę mikrobiologiczną i metanogenową w żwaczu, a następnie połączyła swoje ustalenia z danymi z profili produkcji mleka i spożycia paszy, oraz z odkryciami dotyczącymi fermentacji mikrobiologicznej. Może to pomóc w zrozumieniu, które drobnoustroje i geny można zahamować, aby usprawnić proces fermentacji mikrobiologicznej.

Maksymalizacja wydajności krowy, Odkrycia Pitty mogą nie tylko zmniejszyć emisję metanu, ale także pomóc rolnikom obniżyć koszty.

Źródło: penntoday.upenn.edu, przez Jacoba Williamsona-Reę