В этой статье обсуждаются различные способы снижения выбросов метана в животноводстве с упором на два подхода: кормовые добавки и модификация микробов в рубце животных.
В условиях острой потребности в более устойчивой глобальной продовольственной структуре животноводство представляет собой сложную ситуацию. Они превращают несъедобные волокнистые растения в богатое питательными веществами мясо и молоко, что делает их жизненно важным пищевым ресурсом для человека. Для многих бедных сообществ по всему миру выращивание крупного рогатого скота, овец или коз является важным средством получения дохода.
Преимущества, которые мы получаем от этих методов, имеют значительную экологическую цену. Исследование 2013 года показало, что на долю домашнего скота приходится примерно 14,5% глобальных выбросов парниковых газов, что превышает общий объем выбросов всех автомобилей и грузовиков во всем мире. Более того, около 40% вклада животноводства в глобальное потепление приходится на метан – мощный парниковый газ, образующийся в процессе его пищеварения.
В настоящее время ведутся интенсивные исследования по поиску эффективных методов снижения выбросов метана от домашнего скота из-за насущной проблемы, которую это создает. Текущие стратегии, такие как усовершенствованные методы животноводства и новые кормовые добавки, предлагают некоторый прогресс, но их может оказаться недостаточно для осуществления существенных глобальных изменений. В ответ ученые изучают альтернативные решения, такие как разведение скота с низким содержанием метана и манипулирование микробами, ответственными за выработку метана в пищеварительной системе травоядных. Хотя необходимы дальнейшие исследования, прежде чем эти подходы принесут плоды, они имеют потенциал для широкого внедрения и в конечном итоге могут привести к значительному сокращению выбросов метана в животноводческом секторе.
Значительным преимуществом сосредоточения внимания на выбросах метана является то, что этот мощный парниковый газ имеет относительно короткий срок жизни в атмосфере. Для сравнения, выбросы углекислого газа сегодня будут сохраняться более столетия. Следовательно, решение проблемы выбросов метана сейчас может привести к заметному сокращению выбросов парниковых газов и способствовать более быстрому смягчению последствий изменения климата, чем если бы мы сосредоточились исключительно на сокращении выбросов CO2.
«Клаудия Арндт, специалист по молочному питанию из Международного научно-исследовательского института животноводства в Найроби, Кения, подчеркивает, что ограничение выбросов метана является нашим основным решением для контроля глобального потепления в течение следующих двух десятилетий», — так можно перефразировать это заявление.
Метановая дилемма
Основная ценность выпасаемых животных заключается в их симбиотических отношениях с микроорганизмами, что является основным препятствием на пути сокращения выбросов метана. Эти микробы обитают в рубце, самом большом отделе желудка животного, и помогают расщеплять сложные растительные материалы на более простые питательные вещества. В результате этого процесса в качестве побочного продукта образуется газообразный водород. Впоследствии метаногены – другой тип микробов – используют этот газообразный водород для производства метана.
Большая часть метана, часто называемого кишечным метаном, выбрасывается в воздух в результате отрыжки животными. Например, одна корова ежегодно выделяет около 220 фунтов метана. Вопреки распространенному мнению, метан редко выделяется в виде метеоризма. Навозные кучи на откормочных площадках и молочных коровниках составляют примерно четверть выбросов метана от домашнего скота в США. Однако аэрация отвалов или улавливание метана для производства биогаза может предотвратить эти выбросы. Метан из коровьего навоза в системах пастбищного выпаса генерирует минимальные количества.
Улавливание и ограничение производства кишечного метана является сложной задачей из-за постоянного движения пасущихся животных при выделении этого газа. Реальный подход к решению этой проблемы заключается в обеспечении здоровья и продуктивности скота с помощью различных методов, таких как вакцинация от болезней, профилактика паразитов и предложение достаточного количества питательной пищи. Хотя эти действия не уменьшают выработку метана животными, они приводят к снижению интенсивности выбросов – количества метана, выделяемого на фунт мяса или галлон молока. Это особенно важно в экономически неблагополучных регионах.
Арндт указывает на недостаток этого метода: снижение интенсивности выбросов метана не уменьшит общую концентрацию метана в атмосфере, если фермеры одновременно не уменьшат размеры стад, а вместо этого увеличат общий объем производства.
Как заядлый исследователь экологических исследований, я могу сказать вам, что текущих данных недостаточно, чтобы мы могли точно определить, насколько меры по повышению производительности могут снизить глобальную интенсивность выбросов в процентных пунктах. Тем не менее, результаты ряда исследований, в первую очередь посвященных молочной промышленности, указывают на многообещающее снижение примерно на 10–15 %, а, возможно, даже больше, основываясь на всестороннем обзоре, опубликованном в PNAS Arndt et al. ал. в 2022 году.
Повышение производительности имеет важное значение, но это только начало, по мнению Хайдена Монтгомери, директора сельскохозяйственной программы Global Mthan Hub, организации, которая спонсирует и контролирует исследования по сокращению выбросов метана. «Само по себе повышение производительности не приведет нас к нужному результату с точки зрения сокращений, но это определенно хорошая отправная точка».
Как страстный сторонник устойчивого сельского хозяйства, я всегда ищу эффективные решения по минимизации выбросов метана в животноводстве. Одним из многообещающих подходов, доступных сегодня, является использование синтетической кормовой добавки под названием 3-нитрооксипропанол (3-NOP). Эта добавка работает, поглощая часть водорода, вырабатываемого в рубце, не позволяя метаногенам использовать его и производить метан.
Будучи геймером, изучающим тонкости животноводства, я наткнулся на некоторые интригующие открытия Диего Моргави, зоотехника из Французского национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды. В своем обзоре за 2024 год, опубликованном в Ежегодном обзоре биологических наук о животных, он обсуждает различные потенциальные добавки для повышения эффективности кормления и снижения выбросов кишечного метана. Одним из таких претендентов являются красные водоросли. Эти морские организмы естественным образом производят соединение под названием бромоформ, которое подавляет последний этап производства метана, потенциально сокращая выбросы на целых 90 процентов. Однако есть одна загвоздка: бромоформ токсичен, и его долгосрочные последствия для микробиологии жвачных животных до сих пор неясны.
Несмотря на то, что эти добавки являются вариантом, они могут оказаться невозможными для многих фермеров из-за их дороговизны без какого-либо существенного повышения производительности взамен. Арндт задается вопросом: «Кто возьмет на себя эти расходы?» Кроме того, домашний скот должен потреблять их ежедневно, что создает проблему для большинства жвачных животных в мире, которые свободно пасутся на пастбищах. По словам Кристен Джонсон, зоотехника из Университета штата Вашингтон, «основная проблема заключается в том, что у нас нет средств для регулирования выбросов парниковых газов от пасущихся животных».
Выделение отрыжки с низким содержанием метана
Как страстный сторонник устойчивых методов ведения сельского хозяйства, я всегда ищу инновационные решения для сокращения выбросов парниковых газов от свободно передвигающегося скота. Один из интригующих подходов — селективное разведение животных, которые естественным образом выделяют меньше метана. Например, среди овец и крупного рогатого скота одинакового размера и рациона выбросы метана могут различаться до 30–40%. Это значительный диапазон для работы!
Как геймер и любопытный исследователь, я столкнулся с интригующей задачей: измерить выработку метана у свободно бродящего скота. Это непростая задача, но ученые из Университета штата Колорадо разработали инновационное решение. Они используют портативное устройство для улавливания отрыжки, которое можно установить на пастбищах.
Как заядлый геймер, увлекающийся наукой об окружающей среде, я всегда ищу инновационные решения, которые изменят наш мир к лучшему. В сфере сельского хозяйства исследователи в настоящее время изучают альтернативные методы точной оценки выбросов метана животными. Одна из интригующих возможностей — получение информации о долгосрочном производстве метана всего за одно измерение. Это похоже на решение сложной головоломки, состоящей всего из одного элемента, но при правильных расчетах и предположениях мы сможем сделать некоторые обоснованные предположения.
Монтгомери выражает оптимизм по поводу того, что животноводство, выделяющее метан, получит широкое распространение в развитых животноводческих странах в течение следующих десяти лет. Преимущество таких программ перед кормовыми добавками заключается в том, что достигнутое сокращение выбросов носит долговременный и наследуемый характер, избавляя фермеров и пастухов от постоянных инвестиций или расходов.
Модификация микробов
Изучение методов модификации микробиома рубца крупного рогатого скота может предложить альтернативные подходы к снижению выработки метана. Согласно исследованию 750 датских молочных коров, на количество выделяемого метана влияют как генетическая структура животного, так и специфическое сочетание микробов в его пищеварительной системе.
Один интригующий подход, предложенный исследователем микробиома животных Лелуо Гуаном из Университета Британской Колумбии, заключается в содействии росту видов микробов, которые используют водород рубца для выработки ацетата, пропионата и жирных кислот вместо метана. Эти молекулы могут служить источниками энергии для травоядных, что делает их более выгодными, чем метан. Исследовательская группа Лелуо Гуана в настоящее время изучает, сколько водорода уходит на производство метана и сколько на эти полезные молекулы у животных с высоким и низким уровнем выбросов метана. Выявляя различия между этими группами, они стремятся раскрыть методы изменения водородного баланса в пользу уменьшения выбросов метана.
Маттиас Хесс, микробиолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, объясняет, что главное — найти эффективный метод отделения водорода от места его производства. Он добивается этого в своей лаборатории, используя искусственные рубцы или герметичные камеры, и планирует дополнительно усовершенствовать процесс, используя технологию редактирования генов CRISPR для модификации микробов рубца, тем самым уменьшая выработку метана. Примерно через два-три года он ожидает получить многообещающие лабораторные результаты, а через пять-семь лет он намерен подготовить инженерную микробиоту для трансплантации в рубец животных. Знания, полученные в результате этого исследования, также могут быть полезны для сокращения выбросов метана в других средах, таких как отстойники сточных вод и навозные кучи.
Несмотря на потенциальные достижения Гуана, Хесса и других в разработке менее метаногенной микробной смеси, остается неясным, можно ли эффективно применять эту смесь на живых животных. Микробиомы жвачных животных, как известно, трудно изменить: ученые, которые пытаются уничтожить существующие микробы и ввести новые, часто обнаруживают, что микробиом быстро возвращается в свое предыдущее состояние.
Лечение новорожденных телят добавкой 3-НОП в течение первых 14 недель их жизни может привести к лучшим результатам. Моргави и его команда применили эту добавку к девяти телятам на этом критическом этапе, нарушив поставку водорода для метаногенов в экосистему рубца. Этот недостаток возникает, когда микробы первоначально колонизируют рубец.
Как ярый последователь микробных исследований в сельском хозяйстве, я был очень рад узнать о новаторском исследовании, опубликованном в 2021 году в журнале Scientific Reports. Исследователи обнаружили, что телята, получавшие лечение, имели отдельные микробные сообщества по сравнению с восемью необработанными контрольными телятами на протяжении 60-недельного эксперимента. Это интригующее открытие потенциально может означать, что у фермеров есть возможность влиять на биоту рубца в течение определенного периода на протяжении всей жизни коровы. Однако важно помнить, что это исследование нуждается в дальнейшей проверке другими исследователями в различных условиях, прежде чем мы сможем полностью осознать его последствия.
Уколы по снижению количества метана
Одним из альтернативных методов изменения микробной популяции в рубце в сторону снижения метаногенеза является использование вакцин из метаногенных бактерий для домашнего скота. Введение этих вакцин будет стимулировать иммунную систему животных к выработке антител, которые смогут захватывать и отключать метаногены, присутствующие в их рубце. Поскольку вакцинация широко распространена среди фермеров и требует только периодических ревакцинаций вместо ежедневных добавок, она может представлять собой более удобный подход по сравнению с постоянными кормовыми добавками.
Команда под руководством иммунологов из AgResearch, государственного научно-исследовательского института Новой Зеландии, уже почти два десятилетия самоотверженно работает над созданием вакцины для овец, которая может генерировать значительные количества антител против метаногенов в их слюне. Эти антитела способны нейтрализовать все метаногены, присутствующие в рубце овцы. Исследователи подтвердили это открытие с помощью экспериментов в пробирках, наблюдая снижение производства метана. Их цель состоит в том, чтобы в случае успеха эта вакцина потенциально могла снизить выбросы метана примерно на 30%. Однако им еще предстоит последовательно добиться такого снижения количества живых животных.
Как страстный сторонник действий по борьбе с изменением климата, я твердо верю, что сокращение выбросов метана, особенно от животноводства, может изменить правила игры в наших усилиях по смягчению последствий изменения климата. Учитывая отсутствие политического импульса для масштабного сокращения потребления говядины и молочных продуктов, этот подход кажется многообещающей альтернативой. Однако важно признать, что исследования, которые мы проводим сегодня, все еще находятся в зачаточном состоянии и потребуется время, чтобы превратиться в жизнеспособные технологии, которые могут быть реализованы в значительных масштабах.
Признаюсь, я не слишком оптимистичен по поводу достижения 30-процентного снижения выбросов метана от животноводства к 2030 году. превзойти эту цель.
«Первоначально опубликовано в журнале Knowable Magazine, журналистском проекте Annual Reviews. Рассмотрите возможность подписки на их информационный бюллетень».
Смотрите также
- С днем рождения, Энн Хэтэуэй: 6 неизвестных фактов об актрисе «Дьявол носит Prada», когда ей исполняется 42 года
- Джон Стамос выразил поддержку Дэйву Кулиеру после того, как последнему поставили диагноз «рак»: «Через все это»
- Домоседы выбирают эти дешевые вещи, которые делают ваш дом намного лучше
- Слухи – ТРЕЙЛЕР
- Trainspotting – стальная книга 4K UHD/BLU-RAY
- Бриджит Джонс без ума от мальчика – ТРЕЙЛЕР
- Этот неистовый носорог «Гладиатор II» и дрожжевые бабуины…
- 55 странных и дешевых вещей, о которых вы не знали, которые сделают ваш дом намного лучше
- «Разница в этом…»: «Дюна»: звезды «Пророчества» Оливия Уильямс и Эмили Уотсон о сходстве сериала HBO с «Игрой престолов»
- Любитель – ТРЕЙЛЕР
2024-06-15 20:19