Dipti Pitta จากคณะสัตวแพทยศาสตร์กำลังทำงานในโครงการที่อาจนำไปสู่การลดการปล่อยก๊าซมีเทนจากโคนม

เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมีเพิ่มมากขึ้น, นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อพัฒนากลยุทธ์เชิงนวัตกรรมเพื่อจำกัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก. มีเทนประกอบขึ้น 14 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก, และคือ 28 มีศักยภาพมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึงเท่าตัวในการกักเก็บความร้อนในชั้นบรรยากาศ. ปศุสัตว์, วัวส่วนใหญ่เลี้ยงเพื่อผลิตภัณฑ์นมและเนื้อวัว, ผลิต 25 เปอร์เซ็นต์การปล่อยก๊าซมีเทนในสหรัฐอเมริกา.

รูปถ่าย: ลูอิซา เชพเพิร์ด

ดิปติ ปิตตะ, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ คณะสัตวแพทยศาสตร์, ศึกษาโภชนาการสัตว์ใหญ่และการเกษตร. เธอได้รับทุนสนับสนุนจากสถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติของ USDA $500,000 สำหรับการวิจัยของเธอเกี่ยวกับกระเพาะรูเมน, ส่วนใหญ่ของห้องย่อยแรกของวัว, หรือเรติคิวโลรูเมน.

เงินช่วยเหลือนี้ให้ทุนสนับสนุนการวิจัยเป็นเวลา 3 ปี ซึ่ง Pitta หวังว่าจะเข้าใจความสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในกระเพาะรูเมนได้ดีขึ้น ซึ่งจำเป็นต่อการบรรเทาก๊าซมีเทน. เธอจะศึกษาว่าสารยับยั้งมีเทนทำงานอย่างไรในวัวที่ผลิตมีเทนในปริมาณที่มากเกินไปตามธรรมชาติ, เช่นเดียวกับในวัวที่ผลิตปริมาณน้อยกว่าตามธรรมชาติ. จุลินทรีย์ในกระเพาะรูเมนช่วยในกระบวนการย่อยอาหารของวัวโดยการทำลายวัสดุจากพืช, แต่, ในกระบวนการ, จุลินทรีย์บางชนิดปล่อยไฮโดรเจนเป็นผลพลอยได้. เมทาโนเจน, จุลินทรีย์ชนิดหนึ่งในกลุ่มที่เรียกว่าอาร์เคียที่มีอยู่ในกระเพาะรูเมน, กินไฮโดรเจนนี้เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่สะสมในลำไส้ของวัวมากเกินไป. อย่างไรก็ตาม, เมทาโนเจนเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นมีเทนที่เป็นอันตราย, ซึ่งวัวจะต้องปล่อยออกมา.

เมื่อประชากรโลกเพิ่มมากขึ้น, การบริโภคเนื้อวัวและผลิตภัณฑ์นมมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น. แต่, แม้จะมีความก้าวหน้าในด้านอื่น ๆ ของประสิทธิภาพทางการเกษตร, อุตสาหกรรมปศุสัตว์กำลังดิ้นรนเพื่อตามทันมีเทน.

“ในขณะที่โภชนาการการเกษตรและการจัดการมีความก้าวหน้า, วัวสามารถผลิตนมและเนื้อสัตว์ได้มากขึ้นในขณะที่ลดการผลิตมีเทนได้อย่างมาก,"ปิตตะกล่าว. "อย่างไรก็ตาม, วัวตัวหนึ่งยังคงออกลูกอยู่, โดยเฉลี่ย, 600 มีเทนเป็นลิตรต่อวัน”

Pitta กล่าวว่านักวิจัยได้พยายามจำกัดการก่อตัวของมีเทนโดยการเปลี่ยนอาหารของวัว หรือแม้แต่การใช้โปรไบโอติก, แต่ความสำเร็จของแนวทางเหล่านี้ยังไม่ชัดเจน, เนื่องจากความสมดุลที่ซับซ้อนระหว่างมีทาโนเจนและจุลินทรีย์อื่นๆ ในวัวที่มีสุขภาพดี.

“อาจมีผลกระทบด้านลบที่สำคัญเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเช่นนี้,“เชื้อราไมคอร์ไรซากำลังขับเคลื่อนโลก” เดินผ่านป่ากับ. “ถ้าเราพยายามจัดหาสารยับยั้งมีเทนให้มากขึ้น, มันมีผลเสียต่อความสมดุลของอาร์เคีย, ซึ่งอาจส่งผลให้การผลิตเนื้อสัตว์หรือนมลดลง, หรือแม้แต่ปัญหาด้านสุขภาพซึ่งอาจส่งผลกระทบทางการเงินอย่างมาก. ดูเหมือนว่าจะรบกวนความสมดุลตามธรรมชาติในกระเพาะรูเมน, ซึ่งทำให้วัวกินอาหารได้ยาก”

Pitta กำลังร่วมมือกับนักวิจัยจาก Penn State เพื่อทำความเข้าใจความสมดุลที่ละเอียดอ่อนนี้เพิ่มเติม. เพื่อนร่วมงานของเธอได้ทำงานร่วมกับสารประกอบสังเคราะห์ที่ดูเหมือนว่าจะลดการปล่อยก๊าซมีเทนของโคนมได้อย่างปลอดภัย 30 เปอร์เซ็นต์ในขณะที่รักษาหรือปรับปรุงการผลิตนมและเนื้อสัตว์. สารประกอบ, ผงที่มีเอนไซม์อะนาล็อก, เป็นเพียงการเติมลงในอาหารของวัว.

Pitta ใช้เทคโนโลยีการจัดลำดับทางพันธุกรรมขั้นสูงเพื่อวิเคราะห์ชุมชนจุลินทรีย์ในกระเพาะรูเมน, ติดตามผลกระทบต่อวัวที่มีและไม่ได้บริโภคสารดังกล่าว. ผลลัพธ์จนถึงตอนนี้มีแนวโน้มดี.

“เราเห็นการปล่อยก๊าซมีเทนในวัวที่บริโภคสารประกอบดังกล่าวลดลงอย่างต่อเนื่อง,“เชื้อราไมคอร์ไรซากำลังขับเคลื่อนโลก” เดินผ่านป่ากับ. “แต่ด้วยปริมาณมีเทนที่ลดลง, คาดว่าจะเห็นการผลิตไฮโดรเจนเพิ่มขึ้นเนื่องจากเมทาโนเจนไม่ได้ใช้, ซึ่งอาจรบกวนสมดุลทางธรรมชาติในกระเพาะรูเมนได้. ระดับไฮโดรเจนจะเพิ่มขึ้นชั่วขณะหนึ่ง, แต่แล้วพวกเขาก็กลับลงมา”

ควบคู่ไปกับวิธีการคัดเลือกพันธุ์, อาหารเสริมสังเคราะห์มีศักยภาพที่จะส่งผลกระทบต่อการปล่อยก๊าซมีเทนโดยรวม. วัวบางตัวปล่อยก๊าซมีเทนในปริมาณที่สูงกว่าตามธรรมชาติ, ในขณะที่บางประเภทปล่อยก๊าซน้อยกว่าค่าเฉลี่ย. Pitta และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ระบุรูปแบบของวัวทั้งที่มีการปล่อยสูงและปล่อยก๊าซต่ำโดยเก็บตัวอย่างลมหายใจจากสัตว์โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ, และประเมินโดยใช้แก๊สโครมาโทกราฟี, วิธีการที่ช่วยให้นักวิจัยสามารถแยกและวิเคราะห์ก๊าซที่วัวปล่อยออกมาได้.

วัวที่ปล่อยก๊าซเรือนกระจกสูงจะสร้างสมดุลของเมทาโนเจนและจุลินทรีย์ที่แตกต่างกัน ซึ่งนำไปสู่การผลิตไฮโดรเจนมากขึ้น, และมีเทนมากขึ้น, แต่, โดยการผสมพันธุ์โคที่ปล่อยก๊าซต่ำแล้วผสมสารยับยั้งมีเทนเข้าไปในอาหารของพวกมัน, เกษตรกรสามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมให้สูงสุดในขณะที่รักษาการปล่อยก๊าซมีเทนให้ต่ำ.

“สิ่งนี้จะทำให้เราสามารถผลิตนมได้มากขึ้นจากวัวน้อยลง,"ปิตตะกล่าว. “โดยใช้วิธีการเหล่านี้, เราสามารถนำพลังงานไปใช้กับการผลิตนมหรือเนื้อสัตว์ได้มากขึ้น, แทนการผลิตมีเทน. นี่เป็นสิ่งที่ดีสำหรับเกษตรกรและดีต่อสิ่งแวดล้อม”

Pitta ต้องการรวมผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติไว้ในอาหารของวัวในที่สุดเพื่อลดมีเทนมากยิ่งขึ้น. เธอมีผู้ร่วมงานที่มหาวิทยาลัยคอนเนตทิคัตซึ่งศึกษาสาหร่ายทะเล, และเธอคาดการณ์ว่าในที่สุดจะมีการรวมสารประกอบสาหร่ายที่ได้จากธรรมชาติเข้าไปในอาหารของวัวซึ่งมีศักยภาพในการขจัดสารมีทาโนเจนในกระเพาะรูเมน.

เธอวางแผนที่จะพัฒนาวิธีการคัดกรองขั้นสูงเพื่อให้เข้าใจสมดุลของจุลินทรีย์และเมทาโนเจนในกระเพาะรูเมนได้ดีขึ้น, จากนั้นจึงรวมสิ่งที่ค้นพบของเธอเข้ากับข้อมูลจากโปรไฟล์การผลิตนมและการบริโภคอาหารสัตว์, และด้วยการค้นพบเรื่องการหมักจุลินทรีย์. สิ่งนี้อาจนำไปสู่ความเข้าใจว่าจุลินทรีย์และยีนใดที่สามารถยับยั้งได้เพื่อปรับปรุงกระบวนการหมักของจุลินทรีย์.

โดยเพิ่มประสิทธิภาพของวัวให้สูงสุด, การค้นพบของ Pitta อาจไม่เพียงแต่ลดการปล่อยก๊าซมีเทนเท่านั้น แต่ยังช่วยเกษตรกรลดต้นทุนอีกด้วย.

แหล่งที่มา: penntoday.upenn.edu, โดย เจค็อบ วิลเลียมสัน-เรีย