Вчені виявили раніше невідому клітинну структуру в мікробах шлунково-кишкового тракту, яка, мабуть, є основним джерелом викидів метану у великої рогатої худоби та інших жуйних тварин. Це відкриття, опубліковане в журналі Science, вказує на конкретний біологічний механізм, який може запропонувати нові точкові стратегії для зниження вуглецевого сліду в сільськогосподарському секторі.
Прихований завод у рубці
У центрі уваги цього дослідження знаходиться “рубець” – перша камера шлунка у жуйних тварин, таких як корови, вівці та кози. Ця «ферментаційна ванна» є домівкою для складної екосистеми бактерій, що розщеплюють рослинну матерію. Серед цих мікробів є одноклітинні найпростіші, відомі як джгутиконосці (або інфузорії), вкриті волосоподібними виростами.
Хоча джгутиконосці становлять приблизно 25% популяції мікробів у рубці, їх історично було складно вивчати через складну генетику і схильність обмінюватися ДНК з іншими організмами. Щоб подолати цю труднощі, команда китайських дослідників виділила окремі клітини джгутиконосців зі 100 молочних корів, що дозволило розшифрувати ДНК 65 видів джгутиконосців, 45 з яких раніше ніколи не аналізувалися генетично.
Ця робота призвела до виявлення нової органели (спеціалізованого компартменту всередині клітини), названої водородосомою (hydrogenobody).
Як водородосоми живлять виробництво метану
Значимість водородосоми полягає в її функції: вона виробляє водень. У рубці цей водень не просто випаровується; він служить паливом для іншої групи мікробів, званих археї, які споживають водень для виробництва метану – потужного парникового газу.
Раніше вчені знали, що вироблення водню стимулює створення метану, але не могли точно визначити, де саме в клітині джгутиконосця генерується цей водень. Нове дослідження підтверджує, що джерелом є водородоми. Ці структури відрізняються від інших органел, що виробляють енергію, таких як водородосоми або мітохондрії, тим, що мають тільки одну мембрану, а не подвійну. Вони групуються біля основи цілій — пухнастих виростів, які дають цим мікробам їхню назву.
Дослідники виявили пряму кореляцію:
* Жгутиконосці з великою кількістю воднем виробляють більше водню.
* Більше водню призводить до підвищеної активності метаногенних архей.
* Отже, корови з вищою популяцією цих конкретних джгутиконосців виділяють більше метану.
Точковий вплив на мікроби, а не на всю популяцію
Це відкриття порушує важливі питання, як знизити викиди метану, не завдаючи шкоди продуктивності худоби. Попередні спроби повністю усунути джгутиконосців із рубця призвели до зниження викидів метану, але також спричинили значне падіння надоїв та виробництва м’яса. Це передбачає, що хоча деякі джгутиконосці шкідливі для кліматичних цілей, інші можуть відігравати корисну роль у травленні та здоров’ї тварин.
Нові дані дозволяють застосувати більш нюансований підхід. Дослідження показує, що джгутиконосці сімейства Vestibuliferida особливо «пухнасті» (мають багато цилій) і містять більше водню, що робить їх основними учасниками виробництва метану. У той же час, сімейство Entodiniomorphida має менше цілій і робить менший внесок у проблему.
«Знання фізіологічних відмінностей між видами найпростіших може допомогти у розробці методів лікування, щоб виснажити певні види зниження викидів метану без шкоди виробництва молока і м’яса», — пояснює Тодд Каллавей, мікробіолог з Університету Джорджии.
Подальший шлях
Хоча ідентифікація водню є проривом, практичне застосування все ще знаходиться далеко. Повне видалення джгутиконосців вимагає екстремальних заходів, таких як ізоляція худоби в герметичних хлівах та годування стерилізованим фуражем, що економічно та логістично неможливе для більшості ферм.
Натомість майбутні дослідження, ймовірно, будуть зосереджені на розробці втручань, які специфічно пригнічують зростання джгутиконосців, що виробляють багато метану, таких як Vestibuliferida, зберігаючи при цьому корисні види. Як зазначає Каллавей, це відкриття — «крок перший, ймовірно, 25», але воно надає необхідну біологічну карту, необхідну для навігації до стійкішого тваринництва.
На закінчення, відкриття водородосоми зміщує фокус із загального придушення кишкових мікробів на точковий вплив на конкретні клітинні механізми, відповідальні за надлишок метану, пропонуючи перспективний шлях до зеленішого сільського господарства.
