Naukowcy zidentyfikowali nieznaną wcześniej strukturę komórkową drobnoustrojów żołądkowo-jelitowych, która wydaje się być głównym źródłem emisji metanu u bydła i innych przeżuwaczy. Odkrycie to, opublikowane w czasopiśmie Science, wskazuje na specyficzny mechanizm biologiczny, który może zaoferować nowe ukierunkowane strategie zmniejszania śladu węglowego sektora rolnego.
Roślina ukryta w żwaczu
Celem tego badania jest żwacz, pierwsza komora żołądka u przeżuwaczy, takich jak krowy, owce i kozy. Ta „kąpiel fermentacyjna” jest domem dla złożonego ekosystemu drobnoustrojów rozkładających materię roślinną. Wśród tych drobnoustrojów znajdują się jednokomórkowe pierwotniaki zwane wiciowcami (lub orzęskami), pokryte włoskowatymi wypustkami.
Chociaż wiciowce stanowią około 25% populacji drobnoustrojów w żwaczu, w przeszłości były trudne do badania ze względu na ich złożoną genetykę i tendencję do wymiany DNA z innymi organizmami. Aby przezwyciężyć tę trudność, zespół chińskich badaczy wyizolował pojedyncze komórki wici od 100 krów mlecznych, co umożliwiło im sekwencjonowanie DNA 65 gatunków wiciowców, z których 45 nigdy wcześniej nie było analizowanych genetycznie.
Prace te doprowadziły do odkrycia nowej organelli (wyspecjalizowanego przedziału w komórce) zwanego ciałem wodorowym.
Jak wodorosomy napędzają produkcję metanu
Znaczenie wodoru polega na jego funkcji: wytwarza wodór. W żwaczu ten wodór nie tylko ucieka; zasila inną grupę drobnoustrojów zwanych archeonami, które zużywają wodór do produkcji metanu, silnego gazu cieplarnianego.
Wcześniej naukowcy wiedzieli, że produkcja wodoru stymuluje powstawanie metanu, ale nie mogli dokładnie określić, gdzie w komórce wiciowców ten wodór jest wytwarzany. Nowe badania potwierdzają, że źródłem są wodorosomy. Struktury te różnią się od innych organelli wytwarzających energię, takich jak wodorosomy czy mitochondria, tym, że mają tylko jedną błonę, a nie podwójną. Gromadzą się u nasady rzęsek – futrzanych wypustek, od których wzięła się nazwa tych drobnoustrojów.
Naukowcy odkryli bezpośrednią korelację:
* Wiciowce z większą liczbą hydrosomów wytwarzają więcej wodoru.
* Więcej wodoru prowadzi do zwiększonej aktywności archeonów metanogennych.
* W rezultacie krowy z większą populacją tych konkretnych wiciowców produkują więcej metanu.
Punktowy wpływ na drobnoustroje, a nie na całą populację
Odkrycie to rodzi ważne pytania o to, jak zmniejszyć emisję metanu bez szkody dla produktywności zwierząt gospodarskich. Dotychczasowe próby całkowitego wyeliminowania wiciowców ze żwacza skutkowały ograniczeniem emisji metanu, ale spowodowały także znaczny spadek wydajności mlecznej i produkcji mięsa. Sugeruje to, że chociaż niektóre wiciowce są szkodliwe dla celów klimatycznych, inne mogą odgrywać korzystną rolę w trawieniu i zdrowiu zwierząt.
Nowe dane pozwalają na bardziej zróżnicowane podejście. Badanie pokazuje, że wiciowce z rodziny Vestibuliferida są szczególnie „futrzane” (mają wiele rzęsek) i zawierają więcej wodorosomów, co czyni je głównymi uczestnikami produkcji metanu. Jednocześnie rodzina Entodiniomorphida ma mniej rzęsek i w mniejszym stopniu przyczynia się do problemu.
„Znajomość różnic fizjologicznych między gatunkami pierwotniaków może pomóc w opracowaniu metod leczenia wyczerpywania określonych gatunków w celu zmniejszenia emisji metanu bez uszczerbku dla produkcji mleka i mięsa” – wyjaśnia Todd Callaway, mikrobiolog z Uniwersytetu Georgia.
Droga naprzód
Chociaż identyfikacja hydrosomu jest przełomem, do praktycznego zastosowania jest jeszcze daleko. Całkowite usunięcie wiciowców wymaga ekstremalnych środków, takich jak izolowanie zwierząt gospodarskich w zamkniętych oborach i karmienie sterylną paszą, co w przypadku większości gospodarstw nie jest wykonalne ekonomicznie lub logistycznie.
Zamiast tego przyszłe badania prawdopodobnie skupią się na opracowaniu interwencji, które specyficznie hamują wzrost wiciowców wytwarzających metan, takich jak Vestibuliferida, przy jednoczesnej ochronie pożytecznych gatunków. Jak zauważa Callaway, odkrycie to jest „krokiem pierwszym z być może 25”, ale zapewnia niezbędną mapę biologiczną niezbędną do przejścia w kierunku bardziej zrównoważonej produkcji zwierzęcej.
Podsumowując, odkrycie wodoru przesuwa punkt ciężkości z ogólnej supresji drobnoustrojów jelitowych na ukierunkowane ukierunkowanie na określone mechanizmy komórkowe odpowiedzialne za nadmiar metanu, oferując obiecującą drogę do bardziej ekologicznego rolnictwa.
