کاهش متان گاو با جلبک دریایی؛ راهکاری نو برای دامداری سبز

1

یک گاو شیری معمولی می‌تواند سالانه حدود ۲۰۰ پوند متان تنها از طریق آروغ وارد هوا کند. این مقدار، سهم قابل‌توجهی از انتشار یک گاز گرمایشی قدرتمند است که نقش مهمی در تغییرات اقلیمی دارد. اکنون پژوهشگران به یک راهکار زیستی امیدوارکننده رسیده‌اند که در دل خود بدن گاو پنهان شده است.

تیمی به رهبری «ماتیاس هِس»، میکروبیولوژیست دانشگاه کالیفرنیا دیویس، کشف کرده است که جلبک دریایی قرمز می‌تواند به شکل چشمگیری میزان متان تولیدشده توسط میکروب‌های روده گاو را کاهش دهد.

در یک مطالعه کنترل‌شده روی هشت گاو، حیواناتی که به‌مدت ۱۴ روز جلبک مصرف کرده بودند، حدود ۶۰ درصد متان کمتری تولید کردند. این کاهش بدون اثر منفی بر سلامت یا عملکرد تولیدی گاوها رخ داد.

چرا آروغ گاو برای اقلیم مهم است؟

دام‌های جهان تقریباً مسئول یک‌سوم از انتشار متان ناشی از فعالیت‌های انسانی هستند. متان به‌ویژه در چند دهه اول پس از رها شدن در هوا، زمین را سریع‌تر و قوی‌تر از دی‌اکسیدکربن گرم می‌کند.

در گاوها، بیشتر متان از «شکمبه» می‌آید؛ اتاق تخمیر اصلی در معده گاو که شرایطی گرم، کم‌اکسیژن و مناسب برای فعالیت میکروب‌ها دارد. این میکروب‌های تخصصی، هیدروژن و کربن را تبدیل به متان می‌کنند و آن را از طریق آروغ به بیرون می‌فرستند.

جلبک دریایی چگونه گوارش گاو را تغییر می‌دهد؟

جلبک دریایی قرمز از جنس Asparagopsis ترکیباتی تولید می‌کند که آنزیم‌های کلیدی میکروب‌های تولیدکننده متان را مسدود می‌کنند.

بررسی‌های پیشین نشان داده بود که این جلبک با تولید «برموفرم» و سایر مولکول‌ها، مسیرهای تولید متان را مختل می‌کند. آزمایش‌های اولیه تغذیه‌ای نیز نشان داده بودند که افزودن Asparagopsis می‌تواند میزان متان گاوهای شیری را تا دو سوم کاهش دهد بدون اینکه به تولید شیر آسیب بزند.

در یک آزمایش کنترل‌شده دیگر روی گاوهای شیرده، همین کاهش قابل‌توجه زیر شرایط اصطبل نیز ثبت شد.

آزمایش جدید چه نشان داد؟

هِس و همکارانش هشت گاو هولشتاین را با دو نوع جیره بررسی کردند؛ جیره معمولی و جیره معمولی همراه با مقدار کمی جلبک قرمز خشک.

گاوهایی که جلبک دریافت کردند، متان کمتر و هیدروژن بیشتری تولید کردند. نکته مهم‌تر اینکه این گاوها خوراک خود را بهتر به شیر تبدیل کردند. کارایی خوراک در آن‌ها حدود ۷۵ درصد افزایش یافت.

پیدایش یک میکروب تازه

برای فهمیدن دلیل این تغییر، پژوهشگران DNA و RNA میکروب‌های داخل شکمبه را توالی‌یابی کردند تا مشخص شود کدام ژن‌ها فعال‌تر یا کم‌فعال‌تر می‌شوند.

زمانی که جلبک مسیر میکروب‌های متان‌ساز را مسدود کرد، هیدروژن در شکمبه تجمع یافت. تجمع بیش از حد هیدروژن می‌تواند محیط شکمبه را اسیدی‌تر کند و مشکلات گوارشی ایجاد کند؛ مگر آنکه گروه دیگری از میکروب‌ها وارد عمل شوند.

میکروبی که جریان انرژی را تغییر می‌دهد

نتایج توالی‌یابی به یک باکتری ناشناخته از جنس Duodenibacillus اشاره داشت که به‌نظر می‌رسید علاقه زیادی به مصرف هیدروژن اضافه دارد.

این میکروب در گاوهای تغذیه‌شده با جلبک رشد چشمگیری داشت و ژن‌هایی را فعال کرد که به آن اجازه می‌داد از هیدروژن به‌عنوان منبع انرژی استفاده کند.

«این میکروب هیدروژن را مصرف می‌کند و آن را به سوکسینات تبدیل می‌کند؛ ترکیبی که بدن گاو در نهایت می‌تواند برای ساخت پروتئین از آن استفاده کند.» — هِس

اگر هیدروژن بیش از حد جمع شود، سلامت گاو به خطر می‌افتد. اما این میکروب تازه‌کشف‌شده به حفظ تعادل کمک می‌کند.

جنگ میکروب‌ها بر سر هیدروژن

میکروب‌های متان‌ساز در شکمبه برای ادامه حیات به هیدروژن وابسته هستند و به‌عنوان مصرف‌کننده اصلی هیدروژن عمل می‌کنند. اگر میکروب دیگری بتواند پیش از آن‌ها هیدروژن را جذب کند، تولید متان کاهش می‌یابد.

«هیدروژن یک منبع انرژی کلیدی برای میکروب‌های تولیدکننده متان است.» — اسپنسر دایمِند، مؤسسه نوآوری ژنومیک

دایمند اشاره می‌کند که میکروب‌های بومی دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند هیدروژن را مصرف کنند و به کارآمدتر شدن استفاده از انرژی کمک کنند.

جالب آنکه با وجود کاهش متان، سرعت هضم غذا کاهش پیدا نکرد. بلکه گاوهای تغذیه‌شده با جلبک، کارایی خوراک بالاتری نشان دادند؛ یعنی انرژی کمتری به شکل گاز از بدن خارج شد و بیشتر در قالب ترکیبات مفید باقی ماند.

گازهای گاو چه چیزی را نشان می‌دهند؟

در این آزمایش، افزایش شدید هیدروژن زمانی رخ داد که متان کاهش یافت. این یافته تأیید می‌کند که میکروب‌های متان‌ساز یکی از خروجی‌های اصلی هیدروژن در شکمبه هستند.

باکتری هیدروژن‌دوست تازه‌کشف‌شده به مهار این افزایش کمک کرد و بخشی از انرژی را به ترکیبات قابل‌استفاده برای بدن گاو هدایت کرد.

این تغییرات نشان می‌دهد که میکروبیوم شکمبه — مجموعه کامل میکروب‌های معده گاو — می‌تواند به یک حالت پایدار جدید با متان بسیار کمتر برسد. حالتی که هم برای هضم مناسب است و هم برای جوّ زمین.

مسیر تازه؛ میکروب‌ها به‌جای جلبک

اگرچه افزودن جلبک دریایی به خوراک گاو نتایج عالی دارد، اجرای آن در مقیاس بسیار گسترده دشوار و پرهزینه است. همچنین پرورش وسیع جلبک مسائل زیست‌محیطی و تأمین منابع خود را دارد.

اما نقشه ژنتیکی به‌دست‌آمده از شکمبه درمان‌شده با جلبک نشان می‌دهد که شاید راهی بهتر وجود داشته باشد. اگر دانشمندان بتوانند میکروب‌هایی مانند Duodenibacillus را جدا کنند و پرورش دهند، شاید بتوان روزی «پروبیوتیک‌های کاهش‌دهنده متان» ساخت که بدون نیاز به جلبک، همین اثر را ایجاد کنند.

این پژوهش همچنین اهداف بالقوه‌ای برای اصلاح ژنتیکی یا انتخاب دام‌هایی با میکروبیوم مناسب‌تر ارائه می‌دهد.

پرورش دام‌هایی با آلودگی کمتر

اگر گاوهایی شناسایی شوند که به شکل طبیعی میکروب‌های مصرف‌کننده هیدروژن بیشتری در شکمبه خود دارند، می‌توان آن‌ها را برای نسل‌های آینده پرورش داد تا از ابتدا متان کمتری تولید کنند.

با افزایش فشار جهانی برای کاهش متان کشاورزی، ابزارهایی که از داخل بدن حیوان عمل می‌کنند، اهمیت زیادی خواهند داشت. این مطالعه نشان می‌دهد که تغییر ترکیب میکروبی شکمبه می‌تواند گاو را به موجودی کم‌متان‌تر و کارآمدتر تبدیل کند.

این پژوهش در مجله Microbiome منتشر شده است.

اگر به آینده دامداری سبز و پژوهش‌های نوین اقلیمی علاقه داری، این مقاله را با دوستانت به اشتراک بگذار یا نظر خود را در بخش کامنت‌ها بنویس.