Mezőgazdasági termelés

Napjainkban az állattenyésztést gyakran okolják az éghajlatváltozással összefüggésben és számos más globális probléma fő okozójaként nevesítik az ágazatot. De vajon a kutatók és a gazdálkodók hogyan használják a takarmányozást, a genetikát és a mikrobiom által biztosított megoldásokat a metánkibocsátás csökkentésére? – erre a kérdésre kaphatunk választ a „World Without Cows” kampány keretében megjelentetett cikkből.

A szarvasmarhák, a metánkibocsátás és az éghajlatváltozás közötti kapcsolat egyre összetettebbé válik. Napjainkban a gazdáktól egyrészt azt várják el, hogy élelemmel lássák el a napról napra egyre növekvő, lassan a 10 milliárd főt megközelítő népességet, másrészt azonban felelősségük az is, hogy csökkentsék a szarvasmarha ágazat környezeti hatását, amely az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület szerint az üvegházhatású gázok kibocsátásának 5%-áért felelős világszinten.

A szarvasmarhák metánkibocsátásának mérséklése olyan kihívás, amelynek megoldásán tudósok, kutatók és maguk a termelők egyaránt dolgoznak. A biogáz-előállító rendszerek és a fenntartható gazdálkodási gyakorlatok – például a rotációs legeltetés – alkalmazásának területein már jelenleg is előrelépésekről lehet beszámolni. A kibocsátáscsökkentés felgyorsítása érdekében a tudósok a metánt most annak forrásánál, azaz az állatok bendőjében veszik célba.

Vizsgáljuk meg tehát, hogy a tudósok hogyan próbálják a szarvasmarhák emésztését, mikrobiomját és genetikáját módosítani annak érdekében, hogy a metán keletkezését visszaszorítsák még azelőtt, hogy az egyáltalán felszabadulna.

Fotó: Tackling enteric methane at its source - inside the cow

Minden a gyomorban kezdődik

A szarvasmarhák és más kérődző állatok, mint például a juhok és kecskék, az emésztőrendszerükben élő mikrobákra támaszkodnak, hogy lebontsák és fermentálják az általuk elfogyasztott rostos növényi anyagokat. A szarvasmarhák esetében ez a folyamat, amelyet enterális fermentációnak neveznek, a bendőben zajlik, mely az állat gyomrának legnagyobb rekesze. Ez a speciális emésztési folyamat teszi lehetővé, hogy a szarvasmarhák olyan táplálékokat (például fűféléket, növényi részeket) alakítsanak át emberi fogyasztásra alkalmas táplálékká – például tápláló hússá és tejjé – amelyeket az emberek nem tudnak megemészteni.

Akárcsak az emberi emésztőrendszer, a szarvasmarhák bélrendszere is egy sokféle mikrobából álló közösségnek „ad otthont”, amelyek létfontosságúak az emésztés és az állatok általános egészsége szempontjából. Az emberekkel ellentétben azonban a szarvasmarhák mikrobiomjának további feladata az is, hogy a kemény növényi rostokat fermentációval lebontsa, ez a folyamat pedig természetes „melléktermékként” metánt termel. Az emésztési folyamat során keletkező metánnak a nagy része böfögéssel szabadul fel, így a bendőben zajló mikrobiális aktivitás kulcsfontosságú tényező a szarvasmarhák környezeti hatása tekintetében. Mivel a mikrobák központi szerepet játszanak a metántermelésben a tudósok jelenleg arra fókuszálnak, hogy olyan módszereket találjanak azok módosítására, amelyek nem befolyásolják hátrányosan a szarvasmarhák egészségét vagy termelékenységét.

Takarmányozás és takarmány-kiegészítők

A szarvasmarhák takarmányozásának megváltoztatása segíthet csökkenteni a metánkibocsátást, azáltal, hogy a gázok képződésének egy részét megakadályozzák. Mivel a metán a növényi rostok – amelyek a szarvasmarhák takarmányának jelentős részét képezik – emésztése során keletkezik, a gabona-alapú takarmányozásra való áttérés csökkentheti a kibocsátást.

Tanulmányok kimutatták, hogy a magas gabonatartalmú takarmányokkal etetett húsmarhák kevesebb metánt termelnek az elfogyasztott takarmány egységére vetítve, mint a legelőn tartott állatok, mivel a fermentáció folyamata eltérő a két esetben. Noha a gabonával etetett szarvasmarhák összességében többet esznek, energia-dúsabb étrendjük miatt a metánkibocsátásuk a növekedésükhöz és súlygyarapodásukhoz viszonyítva alacsonyabb.

A tudósok olyan takarmány-adalékanyagokat is vizsgálnak, amelyek módosítják az emésztést a kibocsátás csökkentése érdekében. Bár a takarmány-kiegészítőket hagyományosan a bélrendszer egészségének támogatására és az emésztés javítására használták, manapság már a metánképződésért felelős enzim gátlása célból is fejlesztik őket. Ezeknek a megoldásoknak a hatékonysága a takarmányozástól, a felhasznált takarmány-adalékanyag mennyiségétől és egyéb gazdálkodási gyakorlatoktól függően változik.

A kibocsátás csökkentése érdekében alkalmazott takarmány-adalékanyagot hatásmechanizmusa az alábbiak valamelyikén alapul:

- A metánt termelő mikrobák aktivitásának közvetlen gátlása: Bizonyos növényi alapú takarmány-adalékanyagok, például az illóolajok és a tengeri moszat kivonatok gátolhatják a metanogének, azaz a metántermelésért felelős mikroorganizmusok aktivitását.

- A bendőmikrobák modulálása: Bizonyos takarmány-adalékanyagok elősegíthetik a hidrogént metántermelés nélkül felhasználó mikroorganizmusok növekedését, vagy csökkenthetik a metánképződéshez hozzájáruló mikroorganizmusok számát.

- A propionát-termelés fokozása: Egyes takarmány-kiegészítők úgy módosítják a fermentációs folyamatot, hogy az a propionát képződésének kedvezzen. Ez a folyamat hidrogént használ fel, amely egyébként a metánképződéshez járulna hozzá. Ez nemcsak csökkenti a metánkibocsátást, hanem további energiaforrást is biztosít az állat számára.

- Alternatív hidrogén-előállítási útvonalak létrehozása: Egyes takarmány-kiegészítők „hidrogénelnyelőkként” működnek, vagyis elterelik a hidrogént a metánképződés irányából. A hidrogén így például a propionát-képződés, a szulfát- vagy a nitrát-redukció folyamataiba irányítható, vagy akár gáz formájában is távozhat anélkül, hogy hozzájárulna a metántermeléshez.

- A hidrogén- és a metánprekurzorok mennyiségének csökkentése: Egyes takarmány-adalékanyagok – köztük a zsírtartalmú kiegészítők – képesek úgy módosítani a fermentációs folyamatot, hogy kevesebb hidrogén és formiát – mely a metán fő prekurzora – képződjön.

- A metánképző enzimek blokkolása: Az algákból származó halogének és egyes szintetikus vegyületek, mint például a 3-nitrooxipropanol (3-NOP), ideiglenesen gátolják azokat a kulcsfontosságú enzimeket, amelyek szükségesek a metántermeléshez.

Szelekciós tenyésztés és génszerkesztés

A szelekciós tenyésztés segíti a gazdákat abban, hogy egészségesebb, termelékenyebb állományokat tartsanak fenn, azáltal, hogy a kedvezőbb genetikai tulajdonságokat örökítő egyedeket szelektálják és tartják tovább. Kutatások kimutatták, hogy ugyanabban a gazdaságban, azonos takarmányozás mellett tartott állatok eltérő mennyiségű metánt termelhetnek, ami azt mutatja, hogy a genetika szerepet játszik ebben.

Az alacsonyabb metánkibocsátású szarvasmarhák genetikai szelekciója az egyes egyedek általi kibocsátás egyedileg történtő mérésével és az alacsonyabb kibocsátáshoz kapcsolódó genetikai markerek azonosításával kezdődik. Az ilyen genetikai markerekkel rendelkező teheneket célirányosan tenyésztik tovább, olykor in vitro termékenyítés alkalmazásával.

A szelekciós tenyésztés egyik jelentős mérföldköve Hilda, egy skót tejhasznú borjú születése volt, amely in vitro termékenyítést követően jött világra, és amelyet kifejezetten alacsonyabb metánkibocsátásra tenyésztettek ki. Hilda a skóciai Dumfries közelében található Crichton Royal Farmon született és ő volt az első borjú, amelyet szelekciós tenyésztéssel a metánhatékonyság javítása érdekében tenyésztettek ki.

Fotó: Tackling enteric methane at its source – inside the cow

Bár Hilda fontos előrelépést jelent a szelekciós tenyésztés terén, a tudósok más genetikai megoldásokat is vizsgálnak – például a génszerkesztést – annak érdekében, hogy csökkentsék a szarvasmarhák metánkibocsátását.

A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a mikrobiom a borjú életének első néhány hetében fejlődik ki és az meghatározza, hogy milyen hatékonyan emészti meg az állat a táplálékot, valamint, hogy mennyi metánt bocsát ki élete során. Ezt felismerve a Kaliforniai, a Berkeley és a San Francisco Egyetem tudósai együttműködésben alkalmazták a CRISPR genom-szerkesztő technológiát annak érdekében, hogy módosítsák a szarvasmarhák emésztőrendszerében található mikrobiális közösségeket. E partnerség révén a tudósok azt remélik, hogy olyan célzott beavatkozásokat sikerül kidolgozniuk, amelyek tartósan és mérhető módon változtatják meg a mikrobiális aktivitást. A kutatók jelenleg egy olyan szájon át történő kezelés hatékonyságát vizsgálják, amelynek során a borjak mikrobiomját az állatok életének korai szakaszában módosítják az emésztőrendszerben, hogy csökkentsék az egyedek által kibocsátott metán mennyiségét.

Bár még viszonylag új kutatási területnek számít ez a téma, az enterális metánkibocsátás csökkentésére irányuló genetikai stratégiák kutatása ígéretesnek mutatkozik, ugyanakkor ki kell hangsúlyozni, hogy ez egy igen összetett feladat. Mivel a szelekciós tenyésztés a már meglévő technológiákra, például a mesterséges és az in vitro termékenyítésre épül, a széleskörű alkalmazhatóság és a mérhetőség elérhető közelségbe kerülhet. A gén- és genomszerkesztés ezzel szemben még a fejlesztés korai szakaszában jár. Végső soron ezen módszereknek a széles körű elterjedése a tudomány fejlődésétől, a további kutatási eredményektől, a hatósági jóváhagyásoktól és a társadalmi elfogadottságtól függ majd.

Vakcinák

A tudósok jelenleg egy olyan vakcinán dolgoznak, amely csökkentheti a szarvasmarhák által kibocsátott metán mennyiségét. Ez a vakcina fokozná az antitestek termelését a szarvasmarhák nyálában. Mivel az állatok folyamatosan rágnak és nyelnek, naponta több liter nyálat termelnek. Ebben a nyálban az ellenanyagok eljutnának abba a gyomorrekeszbe, ahol a metán képződik és ott gátolnák a metánt termelő mikrobák működését.

Bár ez az elképzelés rendkívül ígéretes, a metánképződést gátló vakcina még fejlesztés alatt áll és várhatóan csak 2030 után válik elérhetővé, mivel a forgalomba hozatal előbb klinikai vizsgálatokon, gazdaságokban végzett teszteléseken és hatósági jóváhagyásokon kell átesnie. Nincs garancia arra sem, hogy minden típusú szarvasmarha esetében működni fog ez a fejlesztés. Ha azonban sikeres lenne a folyamat az hatalmas lépést jelenthetne a klímaváltozás mérséklésében.

Együttműködés az éghajlatváltozás elleni küzdelemben

A szarvasmarhák metánkibocsátásának csökkentése olyan kihívás, amellyel a gazdák nem tudnak egyedül megküzdeni. A tudósok, a döntéshozók, az agrárszakemberek és a fogyasztók egyaránt fontos szerepet játszanak ebben a küzdelemben. Ahhoz, hogy egy olyan sürgető kihívást, mint a klímaváltozás kezelni tudjunk minden rendelkezésre álló eszközre szükségünk lesz és ezen felül még arra is, hogy képesek legyünk a megszokott kereteken kívül gondolkodni.

A „World Without Cows” kampányról, valamint annak keretében megjelentetett, „Világ szarvasmarhák nélkül” című dokumentumfilm forgatási helyszíneiről, a forgatás során megszólaltatott állattenyésztőkről, gazdálkodókról, tudósokról és környezetvédelmi szakértőkről, valamint az általuk képviselt álláspontokról és a szarvasmarha ágazathoz kapcsolódó legfőbb megállapításokról további információkat a WORLD WITHOUT COWS weboldalon, itt érhetnek el.

Forrás: World Without Cows kampány

Tackling enteric methane at its source - inside the cow

NAK/Borovka Zsuzsa