你知道牛羊打嗝太多温室气体吗?科学家需要疫苗来治愈它们

作者/乐邦

生产/网易科技“不知道”栏目组

全球大部分温室气体排放来自牲畜排放的甲烷。用疫苗治疗肠道微生物能帮助拯救地球免受气候变化的影响吗?

在新西兰农业科学研究所附近,安静吃草的奶牛看起来和其他奶牛一样。然而,有些奶牛确实不同于你在其他农场看到的,它们的胃正在进行一项可能改变地球的实验。

科学家给他们注射了疫苗来对抗肠道微生物。这些微生物在动物消化食物时产生甲烷,甲烷是温室气体之一,其吸热能力是二氧化碳的25倍。

AgResearch的目标是开发这种疫苗和其他抗甲烷方法,这样我们可以继续吃牛肉和乳制品,同时减少畜牧业对环境的影响。

牛和其他牲畜占人造温室气体排放的七分之一,交通运输占其中的五分之一。

根据一项数据,牲畜占人类活动温室气体排放总量的14%。除了二氧化碳,农业生产还大量产生另外两种气体:一氧化二氮和甲烷。甲烷主要由反刍动物通过打嗝排放,占农业总排放量的三分之一以上。反刍动物每天平均生产250-500升甲烷。全球范围内,牲畜每年通过打嗝和放屁向大气中排放相当于31亿吨二氧化碳的甲烷。

然而,科学家们希望减少畜牧业对全球变暖的影响。

他们尝试的方法是基于AgResearch微生物学家Sid Leahy的研究工作。反刍动物产生的甲烷来自瘤胃中大量微生物的大约3%。这些微生物属于一个叫做古细菌的古老群体,它可以生活在没有氧气的环境中。

通过称为肠道发酵的过程,这些微生物分解和发酵动物食用的植物材料,从而产生甲烷。为了释放这种气体产生过程中积累的压力,动物会打嗝。

然而,为了去除有问题的细菌,莱希和她的同事必须在实验室里尝试复制瘤胃中的厌氧环境。利用脱氧核糖核酸技术,他们可以对一些关键微生物物种的基因组进行测序。

一头母牛伸出舌头。牛瘤胃中产生的甲烷主要是通过打嗝释放的,但是大约5%的甲烷也是通过放屁释放的。

"了解这些微生物的特性是关键."莱希说,“通过我们的研究,我们可以看到不同类型的基因序列,并确定所有种类产甲烷菌共有的目标。这些后来成为疫苗开发的主要目标。”

这项工作使AgResearch团队能够同时系统地设计针对几种微生物的疫苗。

AgResearch甲烷减排项目的首席研究员彼得·詹森说:“我们正试图瞄准大约12到15种古细菌。”詹森在绵羊和牛的瘤胃中发现了多种产甲烷微生物。疫苗注射的目的是刺激动物唾液中抗古细菌抗体的分泌,当动物吞咽时,这些抗体将被带入瘤胃。

到目前为止,在AgResearch团队的测试中,只有少数牛和羊接种了疫苗。然而,该小组在唾液和瘤胃中检测到良好的抗体水平,在粪便中也发现了抗体。在证明接种疫苗的动物确实能产生抗体后,他们现在试图证明这确实能抑制甲烷的形成。

为了测试这一点,动物必须在呼吸室呆一段时间——一个大的透明室,除了新鲜空气空的循环之外是密封的。研究人员将对离开呼吸室的陈旧空气体中的甲烷含量进行采样。

呼吸室里的牛。除非奶牛被放在一个特殊的房间里测量它们排放的气体,否则很难准确测量奶牛产生的甲烷量。

研究人员还试图在实验室外进行测量,以便更好地复制牲畜的实际生活环境。一种方法是使用改进的饲料槽,动物必须把头伸进去吃东西。詹森说,“当它们的鼻子在饲料槽里时,里面的一个小装置可以对它们的呼吸进行采样。”更巧妙的是一种可以绑在动物背部的装置。“它有一个小塑料管,就在动物的鼻子上方。当动物呼气时,该装置从它的呼吸中抽取样本。”

这两种技术都不能准确地与呼吸室相比较,但是这两种技术都有助于了解大量动物的情况。然而,没有确凿的证据证明疫苗接种可以减少奶牛排放的甲烷量。

在之前的研究中,詹森和他的同事们确实明白使用抑制产甲烷菌的药物可以减少甲烷的产生。但是詹森和莱希并不是第一个尝试制造甲烷菌疫苗的人。20世纪90年代,一些澳大利亚科学家尝试过,但失败了。AgResearch团队相信他们的方法在遗传学的指导下会产生更好的结果。

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