stringtranslate.com

Энтеральная ферментация

Эксперимент в Австралии по улавливанию выдыхаемого овцами метана

Энтеральная ферментация — это пищеварительный процесс, в ходе которого углеводы расщепляются микроорганизмами на простые молекулы для всасывания в кровоток животного. Из-за зависимости сельского хозяйства человека во многих частях мира от животных, которые переваривают пищу путем энтеральной ферментации, это второй по величине антропогенный фактор увеличения выбросов метана сразу после использования ископаемого топлива.

Жвачные животные

Жвачные животные — это те, у которых есть рубец . Рубец — это многокамерный желудок, встречающийся почти исключительно у некоторых парнокопытных млекопитающих, таких как крупный рогатый скот , овцы и олени , что позволяет им есть жесткие растения и зерна, обогащенные целлюлозой , которые моногастрические (т. е. «однокамерные») животные, такие как люди , собаки и кошки , не могут переварить. Хотя верблюды считаются жвачными животными, они не являются настоящими жвачными. [1]

Энтеральная ферментация происходит, когда метан (CH 4 ) вырабатывается в рубце в результате микробной ферментации. В рубце присутствует более 200 видов микроорганизмов, хотя только около 10% из них играют важную роль в пищеварении. Большая часть побочного продукта CH 4 отрыгивается животным. Однако небольшой процент CH 4 также вырабатывается в толстом кишечнике и выделяется в виде метеоризма .

Выбросы метана вносят важный вклад в глобальные выбросы парниковых газов . МГЭИК сообщает, что метан более чем в двадцать раз эффективнее CO2 в удержании тепла в атмосфере, хотя следует отметить, что он производится в значительно меньших количествах. Метан также представляет собой значительную потерю энергии для животного, варьирующуюся от 2 до 12% от общего потребления энергии. [2] Таким образом, снижение выработки кишечного CH4 жвачными животными без изменения животноводческой продукции желательно как в качестве стратегии сокращения глобальных выбросов парниковых газов, так и в качестве средства повышения эффективности преобразования корма. [3] В Австралии жвачные животные обеспечивают более половины своего вклада в парниковый газ за счет метана. [4]

Однако в Австралии есть жвачные виды кенгуру , которые способны производить на 80% меньше метана, чем коровы. Это связано с тем, что в кишечной микробиоте Macropodids, рубце и других частях их пищеварительной системы доминируют бактерии семейства Succinivibrionaceae . Эти бактерии способны производить сукцинат как конечный продукт распада лигноцеллюлозы, производя небольшое количество метана в качестве конечного продукта. Его особый метаболический путь позволяет ему использовать другие акцепторы протонов, избегая образования метана. [5]

Экспериментальное управление

Энтеральная ферментация была вторым по величине антропогенным источником выбросов метана в Соединенных Штатах с 2000 по 2009 год. [6] В 2007 году выбросы метана в результате энтеральной ферментации составили 2,3% от чистых парниковых газов, произведенных в Соединенных Штатах, при 139 тераграммах эквивалентов диоксида углерода (Тг CO 2 ) из общего чистого выброса в 6087,5 Тг CO 2 . [7] По этой причине ученые полагают, что с помощью микробной инженерии, использования микробиома для модификации естественных или антропогенных процессов, мы могли бы изменить состав микробиоты рубца сильных производителей метана, подражая микробиоте Macropodidae.

Недавние исследования утверждают, что эта техника возможна. В одном из этих исследований ученые анализируют изменения микробиоты человека под воздействием различных пищевых изменений. [8] В другом исследовании ученые вводят микробиоту человека в гнотобиотических мышей , чтобы сравнить различные изменения для разработки новых способов манипулирования свойствами микробиоты с целью профилактики или лечения различных заболеваний. [9]

Другой подход к управлению выбросами метана в результате энтеральной ферментации заключается в использовании пищевых добавок и добавок в кормах для крупного рогатого скота. [10] Например, Asparagopsis taxiformis (также известный как красные морские водоросли) — это вид водорослей, который при скармливании крупному рогатому скоту показал существенное снижение выбросов метана. [11] [12] Второй пример, который показал значительное снижение выбросов метана у крупного рогатого скота, заключается в использовании соединения 3-нитроксипропанола (3-НОП), которое ингибирует конечный этап синтеза метана микроорганизмами в рубце. [13] Некоторые из этих методов уже были одобрены для использования фермерами, [14] в то время как другие продолжают оцениваться на предмет безопасности, эффективности и других проблем. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Фаулер, Мюррей Э. (2008). «Верблюдовые — не жвачные». Зоопарк и медицина диких животных . С. 375–385. doi :10.1016/B978-141604047-7.50049-X. ISBN 978-1-4160-4047-7. PMC  7152308 . S2CID  88757236.
  2. ^ Джонсон, KA; Джонсон, DE (1 августа 1995 г.). «Выбросы метана от крупного рогатого скота». Журнал Animal Science . 73 (8): 2483–2492. doi :10.2527/1995.7382483x. PMID  8567486.
  3. ^ Мартин, К.; Моргави, Д.П.; Дорео, М. (2010). «Снижение выбросов метана у жвачных животных: от микробов до масштабов фермы». Animal . 4 (3): 351–365. Bibcode :2010Anim....4..351M. doi : 10.1017/S1751731109990620 . PMID  22443940.
  4. ^ Австралийское управление по парниковым газам, «Национальный кадастр парниковых газов», Канберра, столичный округ, март 2007 г.
  5. ^ Поуп, П. Б.; Смит, В.; Денман, С. Э.; Триндж, С. Г.; Барри, К.; Хугенхольц, П.; МакСуини, К. С.; МакХарди, А. К.; Моррисон, М. (29 июля 2011 г.). «Изоляция Succinivibrionaceae, причастная к низким выбросам метана у валлаби Тамара». Science . 333 (6042): 646–648. Bibcode :2011Sci...333..646P. CiteSeerX 10.1.1.904.7749 . doi :10.1126/science.1205760. JSTOR  27978358. PMID  21719642. S2CID  206534060. 
  6. ^ Краткое изложение - Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов в США: 1990-2009 гг. - Агентство по охране окружающей среды США, апрель 2011 г.; доступно по адресу: http://www.epa.gov/climatechange/emissions/downloads11/US-GHG-Inventory-2011-Executive-Summary.pdf Архивировано 16 августа 2011 г. на Wayback Machine
  7. ^ Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов в США: 1990-2007 гг. — Агентство по охране окружающей среды США, апрель 2009 г.; доступно по адресу: http://www.epa.gov/climatechange/emissions/downloads09/ExecutiveSummary.pdf Архивировано 3 ноября 2009 г. на Wayback Machine
  8. ^ Wu, Gary D.; et al. (2011). «Связь долгосрочных диетических схем с кишечными микробными энтеротипами». Science . 334 (6052): 105–108. Bibcode :2011Sci...334..105W. doi :10.1126/science.1208344. PMC 3368382 . PMID  21885731. 
  9. ^ Фейт, Джеремайя Дж. (2011). «Прогнозирование реакции микробиоты кишечника человека на диету у гнотобиотических мышей». Science . 334 (6038): 101–104. Bibcode :2011Sci...333..101F. doi :10.1126/science.1206025. PMC 3303606 . PMID  21596954. 
  10. ^ Хак, Мд Наджмул (2018-06-18). «Диетическая манипуляция: устойчивый способ смягчения выбросов метана жвачными животными». Журнал «Наука о животных и технологии» . 60 (1): 15. doi : 10.1186/s40781-018-0175-7 . ISSN  2055-0391. PMC 6004689. PMID 29946475  . 
  11. ^ Кинли, Роберт Д.; де Нис, Рокки; Вуко, Мэтью Дж.; Мачадо, Лоренна; Томкинс, Найджел В. (2016). «Красные макроводоросли Asparagopsis taxiformis являются мощным природным антиметаногеном, который снижает выработку метана во время ферментации in vitro с рубцовой жидкостью». Animal Production Science . 56 (3): 282–289. doi :10.1071/AN15576.
  12. ^ "В первом реальном эксперименте красные водоросли сокращают выбросы метана у коров более чем наполовину". Science Friday . 2021-11-05 . Получено 2021-11-15 .
  13. ^ Ю, Гуанхуэй; Бошемин, Карен А.; Донг, Жуйлан (13.12.2021). «Обзор 3-нитрооксипропанола для снижения энтерального метана у жвачных животных». Животные . 11 (12): 3540. doi : 10.3390/ani11123540 . ISSN  2076-2615. PMC 8697901. PMID 34944313  . 
  14. ^ "Кормовая добавка 3-NOP, снижающая выбросы метана, одобрена Европейской комиссией". Irish Co-Operative Organization Society . 28 февраля 2022 г. Получено 29 ноября 2022 г.
  15. ^ Макфадден, Джозеф (2022-02-01). «Пока воздержитесь от кормления коров водорослями для снижения уровня метана». The Hill . Получено 25.11.2022 .