Кишечная ферментация
Кишечная ферментация — это пищеварительный процесс, при котором углеводы расщепляются микроорганизмами на простые молекулы для всасывания в кровоток животного. Из-за того, что сельское хозяйство во многих частях мира зависит от животных, которые переваривают пищу путем кишечной ферментации, это второй по величине антропогенный фактор увеличения выбросов метана непосредственно после использования ископаемого топлива.
Жвачные животные
[ редактировать ]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 питаться целлюлозы жесткими растениями и зернами с повышенным содержанием , которые есть у животных с однокамерным желудком (т. е. с «однокамерным желудком»), таких как люди , собаки и кошки не могут переваривать пищу. Хотя верблюды считаются жвачными животными, они не являются настоящими жвачными животными. [1]
Кишечная ферментация происходит, когда метан (СН 4 в рубце в результате микробной ферментации образуется ). В рубце присутствует более 200 видов микроорганизмов, однако лишь около 10% из них играют важную роль в пищеварении. Большую часть CH 4 побочных продуктов отрыгивает животное . Однако небольшой процент CH 4 также вырабатывается в толстой кишке и выделяется в виде метеоризма .
Выбросы метана являются важным вкладом в глобальные выбросы парниковых газов . МГЭИК сообщает, что метан более чем в двадцать раз эффективнее CO 2 удерживает тепло в атмосфере, хотя следует отметить, что он производится в значительно меньших количествах. Метан также представляет собой значительную потерю энергии для животного, составляющую от 2 до 12% общего потребления энергии. [2] Таким образом, снижение производства кишечного CH 4 жвачными животными без изменения продуктивности животноводства желательно как в качестве стратегии сокращения глобальных выбросов парниковых газов, так и в качестве средства повышения эффективности переработки корма. [3] В Австралии на жвачных животных приходится более половины выбросов метана в парниковый эффект. [4]
Однако в Австралии есть жвачные виды кенгуру , которые способны производить на 80% меньше метана, чем коровы. Это связано с тем, что в микробиоте кишечника Macropodids, рубца и других частей их пищеварительной системы преобладают бактерии семейства Succinivibrionaceae . Эти бактерии способны производить сукцинат в качестве конечного продукта разложения 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
[ редактировать ]Кишечная ферментация была вторым по величине антропогенным источником выбросов метана в США с 2000 по 2009 год. [6] В 2007 году выбросы метана в результате кишечной ферментации составили 2,3% чистых выбросов парниковых газов, произведенных в Соединенных Штатах (139 тераграммов эквивалента углекислого газа (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 микробиомы для модификации природных или антропогенных процессов, мы могли бы изменить состав микробиоты рубца сильных производителей метана, имитируя микробиоту Macropodidae.
Недавние исследования утверждают, что эту технику можно выполнить. В одном из этих исследований ученые анализируют изменения микробиоты человека при различных пищевых изменениях. [8] В другом исследовании исследователи вводят человеческую микробиоту гнотобиотическим мышам , чтобы сравнить различные изменения для разработки новых способов манипулирования свойствами микробиоты с целью предотвращения или лечения различных заболеваний. [9]
Другой подход к управлению выбросами метана в результате кишечной ферментации предполагает использование диетических добавок и добавок в кормах для крупного рогатого скота. [10] Например, Asparagopsis Taxiformis (также известная как красные водоросли) — это вид водорослей, который, как было доказано, при скармливании крупному рогатому скоту существенно снижает выбросы метана. [11] [12] Второй пример, который, как было показано, значительно снижает выбросы метана от крупного рогатого скота, включает использование соединения 3-нитроксипропанола (3-NOP), которое ингибирует финальную стадию синтеза метана микроорганизмами в рубце. [13] Некоторые из этих методов уже одобрены для использования фермерами. [14] в то время как другие продолжают оцениваться на предмет безопасности, эффективности и других проблем. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фаулер, Мюррей Э. (2008). «Верблюдовые не жвачные». Зоомедицина и медицина диких животных . стр. 375–385. дои : 10.1016/B978-141604047-7.50049-X . ISBN 978-1-4160-4047-7 . ПМК 7152308 . S2CID 88757236 .
- ^ Джонсон, Калифорния; Джонсон, Делавэр (1 августа 1995 г.). «Выбросы метана от крупного рогатого скота». Журнал зоотехники . 73 (8): 2483–2492. дои : 10.2527/1995.7382483x . ПМИД 8567486 .
- ^ Мартин, К.; Моргави, ДП; Доро, М. (2010). «Снижение содержания метана в жвачных животных: от микробов до масштабов фермы» . Животное . 4 (3): 351–365. дои : 10.1017/S1751731109990620 . ПМИД 22443940 .
- ^ Австралийское управление по охране парниковых газов, «Национальный кадастр парниковых газов», Канберра, АКТ, март 2007 г.
- ^ Поуп, ПБ; Смит, В.; Денман, SE; Тринге, СГ; Барри, К.; Гугенгольц, П.; МакСвини, CS; Макхарди, AC; Моррисон, М. (29 июля 2011 г.). «Выделение Succinivibrionaceae, причастных к низким выбросам метана от таммарских валлаби». Наука . 333 (6042): 646–648. Бибкод : 2011Sci...333..646P . CiteSeerX 10.1.1.904.7749 . дои : 10.1126/science.1205760 . JSTOR 27978358 . ПМИД 21719642 . S2CID 206534060 .
- ^ Резюме - 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. в Wayback Machine.
- ^ 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. в Wayback Machine.
- ^ Ву, Гэри Д.; и др. (2011). «Связь долгосрочного режима питания с энтеротипами кишечных микробов» . Наука . 334 (6052): 105–108. Бибкод : 2011Sci...334..105W . дои : 10.1126/science.1208344 . ПМЦ 3368382 . ПМИД 21885731 .
- ^ Вера, Иеремия Дж. (2011). «Прогнозирование реакции микробиоты кишечника человека на диету у гнотобиотических мышей» . Наука . 334 (6038): 101–104. Бибкод : 2011Sci...333..101F . дои : 10.1126/science.1206025 . ПМК 3303606 . ПМИД 21596954 .
- ^ Хак, штат Мэриленд Наджмул (18 июня 2018 г.). «Диетические манипуляции: устойчивый способ снижения выбросов метана жвачными животными» . Журнал зоотехники и технологий . 60 (1): 15. дои : 10.1186/s40781-018-0175-7 . ISSN 2055-0391 . ПМК 6004689 . ПМИД 29946475 .
- ^ 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 жидкостью рубца». Наука о животноводстве . 56 (3): 282–289. дои : 10.1071/AN15576 .
- ^ «В ходе первого реального эксперимента красные морские водоросли сокращают количество метана в организме коров более чем наполовину» . Научная пятница . 05.11.2021 . Проверено 15 ноября 2021 г.
- ^ Ю, Гуанхуэй; Бошемин, Карен А.; Донг, Жуйлан (13 декабря 2021 г.). «Обзор 3-нитрооксипропанола для снижения содержания метана в кишечнике у жвачных животных» . Животные . 11 (12): 3540. дои : 10.3390/ani11123540 . ISSN 2076-2615 . ПМЦ 8697901 . ПМИД 34944313 .
- ^ «Кормовая добавка 3-NOP, снижающая содержание метана, одобренная Европейской комиссией» . Ирландское общество кооперативных организаций . Проверено 29 ноября 2022 г.
- ^ Макфадден, Джозеф (01 февраля 2022 г.). «Пока воздержитесь от кормления коров морскими водорослями, чтобы уменьшить выброс метана» . Холм . Проверено 25 ноября 2022 г.