Krowy podczas procesu trawienia wytwarzają znaczne ilości metanu, silnego gazu cieplarnianego. Każde zwierzę uwalnia około 90 kilogramów rocznie, co sprawia, że zwierzęta gospodarskie w znacznym stopniu przyczyniają się do globalnego ocieplenia. Przez dziesięciolecia ograniczenie emisji metanu z bydła bez uszczerbku dla produktywności pozostawało głównym wyzwaniem dla naukowców i rolników. Ostatnie badania sugerują przełom: dodanie czerwonych alg do żywności radykalnie zmniejsza produkcję metanu. Jednakże podstawowe mechanizmy mikrobiologiczne nie zostały dobrze zbadane.
Wspólne badanie przeprowadzone przez naukowców z UC Davis, UC Berkeley i Innovation Genome Institute (IGI) rzuca światło na w jaki sposób czerwone algi zmieniają mikroflorę jelitową, identyfikując kluczowe drobnoustroje przyczyniające się do redukcji metanu. Wiedza ta przybliża badaczy do opracowania mikroorganizmów jelitowych w celu uzyskania długoterminowych, zrównoważonych rozwiązań, odchodząc od polegania na suplementach z alg.
Algi przekształcają jelita krowy
Poprzednie badania wykazały, że krasnorosty (rodzaj Asparagopsis ) blokują kluczowy enzym w drobnoustrojach wytwarzających metan. Nowe badania pokazują, że glony powodują specyficzną aktywację i dezaktywację genów tych drobnoustrojów, co wskazuje na ich kluczową rolę w redukcji metanu. Kiedy te geny są włączane i wyłączane, poziom wodoru w jelitach krowy na krótko wzrasta.
Co ważne, zespół zidentyfikował bakterię żwacza Duodenibacillus, która może zużywać nadmiar wodoru. Jest to ważne, ponieważ wysoki poziom wodoru może powodować kwasicę w żwaczu, szkodząc zwierzęciu. Duodenibacillus przekształca wodór w bursztynian, związek, który krowa może wykorzystać do produkcji białka.
„To ważne, ponieważ zbyt dużo wodoru może prowadzić do kwasicy w żwaczu, co może zaszkodzić zwierzęciu” – powiedział Matthias Hess, kierownik projektu i mikrobiolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. „Zamiast tego organizm wykorzystuje wodór i przekształca go w bursztynian, związek, który zwierzę może ostatecznie wykorzystać do wytworzenia białka”.
Rozwój drobnoustrojów redukujących emisję metanu
Odkrycia te otwierają drzwi do rozwoju społeczności drobnoustrojów, które są lepsze od producentów metanu. Rozumiejąc, jak działa Duodenibacillus, naukowcy mogą potencjalnie manipulować mikroflorą żwacza w celu poprawy wydajności.
„Wodór jest kluczowym źródłem energii w żwaczu, zwłaszcza dla drobnoustrojów wytwarzających metan” – powiedział Spencer Diamond, główny badacz w IGI. „To badanie pomaga nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób inne drobnoustroje naturalnie występujące w żwaczu mogą odbierać wodór metanogenom i kierować go do bakterii, które mogą zwiększyć wydajność zwierząt”.
Wyniki eksperymentów
Naukowcy przeanalizowali płyn w żwaczu ośmiu krów: czterech na zwykłej diecie i czterech karmionych glonami przez 14 dni. Krowy karmione algami zmniejszyły emisję metanu o 60%, zwiększyły produkcję wodoru o 367% i zwiększyły efektywność wykorzystania paszy nawet o 74%.
Zespół zrekonstruował także genom Duodenibacillus, bakterii, która nie była wcześniej izolowana w laboratorium. Ten kompletny kod genetyczny zapewnia wgląd w jego rolę w zużyciu wodoru, dynamikę konkurencji z innymi drobnoustrojami i jego szerszą funkcję w żwaczu. Trwają prace nad wyizolowaniem Duodenibacillus do dalszych badań.
Badanie to pokazuje, że manipulowanie mikroflorą jelitową jest realną drogą do ograniczenia emisji metanu przez bydło. Projektując społeczności drobnoustrojów, które efektywnie zużywają wodór, naukowcy mogą stworzyć bardziej zrównoważone i przyjazne dla środowiska systemy hodowli zwierząt.
