Nadzieja w roślinach  kapustnych?

Problem wydzielania metanu do atmosfery przez zwierzęta hodowlane dotyczy całego świata i należy do tych, z którymi borykają się nie tylko klimatolodzy, ale także sami hodowcy. Debata na ten temat trwa od dawna i polaryzuje wiele środowisk. Wielu jej uczestników pokłada nadzieję w postępach nowoczesnej nauki, która może powstrzymać zmiany klimatyczne. Najnowsze odkrycia nowozelandzkich naukowców bardzo dobrze rokują i jeżeli ich przewidywania się potwierdzą, być może ograniczenie emisji metanu będzie o wiele prostsze. Diabeł, jak to się mówi, tkwi w szczegółach, a w tym wypadku są nimi nowe uprawy roślinne.

tekst: Mateusz Uciński na podstawie The Spinoff

W obszernym kampusie na obrzeżach Palmerston North w Nowej Zelandii trwają badania, które mogą ukształtować przyszłość rolnictwa kraju słynącego z mlecznej produkcji. Mieści się tam kompleks badawczy firmy AgResearch, której pracownicy stawiają czoło jednemu z najważniejszych problemów dotyczących tamtejszego rolnictwa, a mianowicie – czy nauka może pomóc w znacznym obniżeniu emisji metanu produkowanego przez krowy i owce.

Kwestia ta ma niebagatelne znaczenie, ponieważ stoją za nią konkretne kwoty. Sam nowozelandzki eksport produktów mlecznych jest obecnie wart około 19 mld dolarów rocznie, nie mówiąc już o sprzedaży wołowiny, jagnięciny i wełny. Pieniądze te ostatecznie wspierają dziesiątki miast w całym kraju, a także ogromną sieć działalności gospodarczej wokół nich. Niestety, profil emisji również jest ogromny i stale rośnie. Krowy i owce, które, jak wiemy, są przeżuwaczami, produkują do atmosfery bardzo dużo metanu. Biorąc pod uwagę, że na pastwiskach nowozelandzkich wypasanych jest obecnie ponad 6 mln krów i dziesiątki milionów owiec, stanowi to ogromny problem, ponieważ proces trawienia tych zwierząt przyczynia się do około jednej trzeciej emisji metanu brutto Nowej Zelandii, a do tego dochodzą jeszcze inne emisje związane z rolnictwem.

Zatem jak można temu zaradzić? Ograniczanie produkcji żywności absolutnie nie jest dobrym rozwiązaniem, zwłaszcza dla tych, którzy ekonomicznie polegają na rolnictwie, a poza tym w hierarchii ludzkich potrzeb tego typu produkcja jest niezmiernie ważna. Problem niewątpliwie istnieje, zwłaszcza że, zgodnie z ustawą o zerowej emisji dwutlenku węgla, planowane jest stopniowe zmniejszanie biologicznego metanu w stosunku do poziomu z 2017 r. I tak, ograniczenie o 10% miałoby nastąpić do 2030 r., a o kolejne 24–47% do 2050.

Zupełnie nowa dieta?
Zagadnieniem ograniczenia emisji metanu zajmuje się dr David Pacheco, kierujący zespołem żywienia zwierząt i fizjologii AgResearch. Obecnie jednym z jego głównych zadań jest dokładne ustalenie, czym powinni karmić swoje zwierzęta rolnicy, aby nie produkowały tak dużej ilości metanu. Szczególnie obiecującym obszarem jest stosowanie w żywieniu zwierząt roślin kapustnych. Do tej grupy upraw należą między innymi jarmuż i brukiew, ale to rzepak pastewny – liściasta roślina kapustna – zwrócił szczególną uwagę zespołu.
– Kiedy skarmiasz jedną jednostkę paszową życicy (czyli trawy zwykle obserwowanej na nowozelandzkich farmach) lub jedną jednostką paszową rzepaku pastewnego, to otrzymujesz około 25% mniej metanu od owiec i krów niż w przypadku tradycyjnego żywienia – podkreśla dr Pacheco.

Czy zatem problem emisji metanu został rozwiązany? Nie tak szybko – stopuje optymizm kierownik zespołu z AgResearch, podkreślając, że sposób, w jaki uprawy kapustne są stosowane w Nowej Zelandii, w praktyce oznacza duże zagęszczenie zwierząt, a co za tym idzie zwiększa się poziom podtlenku azotu. Duże zagęszczenie zwierząt zimą – kiedy skarmia się rzepak – gdy ziemia jest bardzo wilgotna, prowadzi do rozmiękczenia podłoża. W takich warunkach ilość podtlenku azotu uwalnianego z moczu wzrasta. Nie jest to najlepszy kompromis, gdyż podtlenek sam w sobie jest gazem cieplarnianym. Do tego dochodzą obawy związane z dobrostanem zwierząt, które przy dużym zagęszczeniu dosłownie taplają się w błocie.
Jak widać, zasadnicza część pracy AgResearch polega na całościowym zrozumieniu, co te kompromisy będą oznaczały dla całego systemu rolniczego. Uprawy roślin kapustnych wymagają bardziej intensywnej uprawy gleby, co prowadzi do większego uwalniania związków węgla. Koledzy dr. Pacheco przeprowadzili analizy, które uwzględniają wszystkie te elementy, i stwierdzili, że zastosowanie rzepaku pastewnego doprowadziłoby w praktyce do redukcji emisji metanu o 1–3%.

Każda nowa pasza zamykana jest w specjalnym szklanym pojemniku i umieszczana w inkubatorze, gdzie temperatura zbliżona jest do temperatury żołądka krowy. Urządzenie delikatnie kołysze ją, co symuluje proces trawienia

Zatem kluczem do rozwiązania problemu jest ustalenie, dlaczego rzepak pastewny ma tak duży wpływ na redukcję emisji metanu, a następnie zastosowanie tej wiedzy w celu zminimalizowania negatywnego wpływu powiązanych skutków tej zmiany.

– Metan jest tutaj jedną ze stron równania, ale badamy również aspekty związane z wykorzystaniem azotu przez zwierzęta jedzące różne pasze – zaznacza dr Pacheko. – Praca w tych dwóch obszarach naprawdę pomaga, ponieważ udaje mi się nie stracić orientacji między nimi, poza tym widzę, że kwestie te są ze sobą powiązane.

Jak to wygląda w praktyce
Eksperymenty mające na celu zbadanie tego zagadnienia przeprowadzane są w laboratorium, gdzie dokonuje się serii testów, dzięki którym możliwe będzie stworzenie potencjalnych narzędzi ograniczających produkcję metanu w żwaczu krowy. To w nim żyją drobnoustroje wytwarzające gaz cieplarniany. Laboratorium posiada sprzęt, który symuluje procesy zachodzące w żwaczu. Korzystając z tego procesu, zespół badawczy analizuje źródła pożywienia lub nowe związki spożywcze, aby określić, które z rozwiązań rokują pewne możliwości, a które mogą się okazać ślepymi zaułkami. Wykorzystywana przez naukowców do tego celu maszyna może przetestować 96 związków w ciągu pięciu godzin. Są one gromadzone w małych szklanych pojemnikach, a następnie umieszczane w inkubatorze, gdzie temperatura zbliżona jest do temperatury żołądka krowy. Urządzenie delikatnie kołysze je, co ma symulować proces trawienia.

Wyniki przeprowadzonego badania pozwalają odpowiedzieć naukowcom na pytanie „tak” lub „nie” w kontekście ograniczenia produkcji gazów cieplarnianych. W przypadku obiecujących symptomów, można je poddać długoterminowym testom, które trwają 48 godzin i uwzględniają dodatkowe dane wejściowe. W tym systemie naukowcy gromadzą również spostrzeżenia na temat trawienia – jeśli karma nie jest trawiona prawidłowo, nie stanowi dobrej alternatywy do skarmiania krów i owiec, nawet przy zmniejszonej zawartości metanu. Jeżeli jednak uczeni będą chcieli zbadać długotrwałe skutki działania obiecujących pokarmów lub związków, wtedy muszą przeprowadzić trwające trzy tygodnie testy, aby upewnić się, czy obserwowane wyniki będą zadowalające w dłuższej perspektywie i w jakim stopniu są miarodajne.

Dopiero, gdy wykonane badania potwierdzą przydatność tych związków i będzie można zagwarantować, że nie spowodują żadnych szkód ani powikłań, zostaną dopuszczone do testowania na zwierzętach. Ten proces odbywa się już w znacznie większym pomieszczeniu, po drugiej stronie kampusu. To właśnie w nim ustawiono długi rząd metalowych skrzynek zwanych komorami oddechowymi. Gdy którąś z obiecujących pasz naukowcy chcą przetestować, owce lub krowy są zaganiane do tych boksów i żywione nową karmą. Emisja wytwarzanych gazów jest ściśle monitorowana, dzięki czemu można uzyskać miarodajne informacje, jaki wpływ na poziom produkcji metanu ma skarmiana pasza.

Czy ten proces nie przeraża zwierząt? David Pacheco przyznaje, że może to powodować pewien dyskomfort, dlatego podejmowane są kroki w celu zminimalizowania negatywnych dla zwierząt skutków prowadzonych badań. Poza tym krowy cały czas widzą inne osobniki ze swojego stada, co także działa uspokajająco.
– Wiemy, że narażamy zwierzęta na pewne niedogodności, dlatego staramy się robić to z szacunkiem i empatią – zapewnia kierujący projektem.

Jak nie trudno się domyślić, wiele osób i organizacji z niecierpliwością oczekuje na wyniki badań prowadzonych przez AgResearch. Oprócz indywidualnych rolników bliski kontakt z naukowcami utrzymują także organizacje takie jak Fonterra, która ma własne biuro w kampusie Palmerston North.

AgResearch jest częściowo finansowany przez rząd, a częściowo przez organizacje branżowe, takie jak wspomniana wcześniej Fonterra i Beef + Lamb. Mimo że, jak sami komentują naukowcy, proces badań to wypadkowa dwóch kroków do przodu i jednego do tyłu, to dr Pacheco jest przekonany, że praca jego zespołu zapewni rolnikom nowe rozwiązania, które znajdą szerokie zastosowanie w całej branży. Jednocześnie zauważa, że nie będzie to jeden sposób, a raczej kombinacja kilku metod dających najlepsze wyniki.

– Tak naprawdę liczy się każdy drobiazg – zapewnia nowozelandzki uczony. – Często rozmawiam z rolnikami, a oni naprawdę dużo wiedzą i bardzo chcą zrobić coś pozytywnego dla środowiska.

Pozostaje zatem czekać na wyniki badań, bo jeśli naukowcy z AgResearch odkryją sposób na ograniczenie emisji metanu, to skorzysta na tym nie tylko Nowa Zelandia, ale cały hodowlany świat! 

Dr David Pacheco przy boksach, w których krowy i owce karmione są nowymi paszami w ramach przeprowadzanych badań emisji gazów cieplarnianych