Methanemissionen von Wiederkäuern mit Algen reduzieren

Ruminanttiere wie Kühe und Schafe sind super wichtig für die Landwirtschaft, tragen aber auch ordentlich zur Klimaveränderung bei, weil sie Methan (CH4) ausstossen. Methan ist ein starkes Treibhausgas, und man schätzt, dass etwa 30% der vom Menschen verursachten Methanemissionen von diesen Tieren kommen. Da die Nachfrage nach Produkten von Rindern weiter steigt, ist es mega wichtig, effektive Wege zu finden, um die Methanemissionen in diesem Sektor zu senken.

#Methanproduktion bei Wiederkäuern

Wiederkäuer produzieren Methan, weil sie pflanzliche Materialien in ihren Mägen fermentieren. Bei diesem Prozess sind verschiedene Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Protozoen am Start, die zusammenarbeiten, um Nahrung abzubauen. Der Pansen, die erste Mägenkammer dieser Tiere, spielt eine grosse Rolle für ihre Ernährung und Gesundheit. Er produziert Flüchtige Fettsäuren (VFAs), die einen Grossteil ihres Energiebedarfs decken.

Während der Fermentation entstehen Gase wie Wasserstoff und Kohlendioxid. Überschüssiger Wasserstoff wird grösstenteils von bestimmten Mikroben, den Methanogenen, in Methan umgewandelt. Auch wenn Methanogene weniger verbreitet sind als Bakterien, sind sie entscheidend für den Fermentationsprozess und beeinflussen das gesamte Gleichgewicht im Pansen.

#Strategien zur Reduzierung von Methanemissionen

Es wurden verschiedene Strategien ausprobiert, um die Methanemissionen bei Wiederkäuern zu senken. Dazu gehört der Einsatz von Additiven im Futter, Änderungen in der Ernährung und selektive Zucht. Während selektive Zucht über die Zeit einige Erfolge gezeigt hat, könnte das nicht schnell genug gehen, um akute Klimaprobleme zu lösen. Auf der anderen Seite können Futterzusätze sofortige Ergebnisse liefern, aber nicht alle sind gut für die allgemeine Tiergesundheit oder die Energieproduktion.

Ein vielversprechender Ansatz ist eine bestimmte Art von rotem Seetang namens Asparagopsis, die bekannt ist, Methanemissionen deutlich zu senken. Studien zeigen, dass dieser Seetang die Methanemissionen in Tests um bis zu 99% reduzieren kann, ohne die Produktion von wichtigen Energiebestandteilen in der Tierernährung zu schädigen.

#Auswirkungen von Asparagopsis auf Methanemissionen

Studien haben gezeigt, dass die Zugabe von Asparagopsis zur Ernährung von Wiederkäuern zu signifikanten Reduktionen der Methanemissionen führt. Zum Beispiel wurde bei Milchkühen und Rindern, die diesen Seetang gefressen haben, die Methanproduktion um 67% bzw. 98% gesenkt. Die positiven Effekte bleiben über längere Zeit bestehen, was auf einen nachhaltigen Einfluss auf die Futtereffizienz und Energieproduktion hindeutet, ohne die Methanproduktion zu steigern.

Das Hauptbestandteil, das diese anti-methanogenen Effekte antreibt, ist Bromoform, eine Verbindung, die in Asparagopsis vorkommt. Bromoform stört die Aktivität eines wichtigen Moleküls, das für die Methanbildung nötig ist. Allerdings ist noch nicht vollständig verstanden, in welchem Ausmass Asparagopsis das Pansenökosystem verändert, einschliesslich der Änderungen in der mikrobielle Gemeinschaft.

#Forschung zu Veränderungen im Pansenmikrobiom

Um die Wissenslücke über die Auswirkungen von Asparagopsis auf das Pansenmikrobiom zu schliessen, führten Forscher detaillierte Analysen der Mikrobengemeinschaften im Pansen von Milchkühen durch, die 14 Tage lang mit und ohne diesen Seetang gefüttert wurden. Die Ergebnisse zeigten eine auffällige Reduktion der Methanogenen und eine Umstrukturierung der mikrobielle Populationen. Es gab auch eine signifikante Verschiebung in der Aktivität der Gene, die mit der Methanproduktion zusammenhängen, was darauf hindeutet, dass Asparagopsis die Pansenumgebung so verändert, dass sie verschiedene mikrobielle Interaktionen begünstigt.

#Bewertung der mikrobiellen Diversität und Funktionalität

Die Forscher sammelten Proben von laktierenden Holsteinkühen, von denen einige mit Asparagopsis gefüttert wurden. Sie beobachteten Veränderungen in der Diversität und Aktivität verschiedener mikrobieller Arten im Pansen, was auf eine Verschiebung der mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur hindeutet. Die stärksten Veränderungen waren eine Erhöhung der Wasserstoffproduktion und eine Abnahme der Methanemissionen.

Die Analyse zeigte, dass eine grosse Anzahl mikrobieller Arten im Pansen vorhanden war, was die komplexe Natur der Pansenmikrobiologie verdeutlicht. Diese Arten können eine Vielzahl von Funktionen erfüllen, einschliesslich der Produktion essenzieller Fettsäuren. Die Verwendung von Asparagopsis schien das Potenzial zur Produktion dieser Fettsäuren zu steigern, während sie gleichzeitig das Gleichgewicht der mikrobiellen Gemeinschaft verschiebt.

#Die Rolle spezifischer mikrobieller Arten

Unter den vielen gefundenen Arten spielte ein bestimmtes Bakterium eine besonders wichtige Rolle bei der Regulierung der Wasserstoffwerte im Pansen. Dieses Bakterium hat das Potenzial, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, wodurch dieses Gas von methanogenen Wegen abgeleitet und in andere Stoffwechselprozesse umgelenkt wird. Das bestätigt die Idee, dass spezifische mikrobielle Arten eine entscheidende Rolle in der Veränderung der Dynamik der Methanogenese spielen können.

#Einfluss auf den Abbau von Kohlenhydraten

Die Anwesenheit von Asparagopsis war mit einer reduzierten Expression der Gene verbunden, die für den Abbau komplexer Kohlenhydrate im Pansen verantwortlich sind. Das deutet darauf hin, dass, während die Methanproduktion abnimmt, die allgemeine Fähigkeit zur Verdauung pflanzlicher Materialien sich ebenfalls aufgrund dieser Ernährungsänderung verändern könnte. Das Gleichgewicht verschiedener Enzymfamilien wird jetzt entscheidend für die Aufrechterhaltung einer effektiven Verdauung.

Die Forschung ergab, dass spezifische Familien von Enzymen, die als carbohydrate-active enzymes (CAZymes) bekannt sind, in Anwesenheit von Asparagopsis herunterreguliert wurden, was auf Veränderungen in der Verdauung und Verarbeitung des Futters hinweist.

#Veränderungen in der Produktion flüchtiger Fettsäuren

Trotz der Herunterregulierung des Kohlenhydratabbaus führte die Supplementierung mit Asparagopsis nicht zu einem Rückgang der Produktion flüchtiger Fettsäuren. Tatsächlich wurden einige Wege, die mit der Produktion dieser Fettsäuren zu tun haben, unter dem Einfluss von Asparagopsis sogar verbessert. Zum Beispiel zeigten bestimmte Wege, die mit der Propionatproduktion zusammenhängen, eine Abnahme der Genexpression, aber das könnte durch alternative Wege ausgeglichen werden, die die Energieeffizienz im Tier fördern.

#Fazit

Die Forschung zeigt, dass Asparagopsis tiefgreifende Auswirkungen auf das Pansenmikrobiom haben kann, sowohl auf die Methanproduktion als auch auf die allgemeine Futtereffizienz. Indem sie die mikrobielle Gemeinschaft moduliert, scheint dieser rote Seetang Wasserstoff von der Methanogenese abzuleiten und die Energieeffizienz zu steigern und schädliche Emissionen zu reduzieren.

Diese Erkenntnisse deuten auf Wege für nachhaltigere Praktiken in der Tierhaltung hin, während sie gleichzeitig zur Minderung des Klimawandels beitragen. Weitere Untersuchungen zu den komplexen Beziehungen innerhalb des Pansenmikrobioms werden entscheidend sein, um das Potenzial von diätetischen Interventionen wie Asparagopsis vollständig zu verstehen. Das Verstehen dieser Dynamiken könnte zu verbesserten Strategien führen, um die Produktivität von Nutzvieh zu steigern, ohne die Treibhausgasemissionen zu erhöhen.

#Zukünftige Richtungen

Angesichts der vielversprechenden Ergebnisse beim Einsatz von Asparagopsis sind weitere Studien nötig, um die langfristigen Auswirkungen dieses Seetangs auf verschiedene Tierrassen, unterschiedliche Produktionssysteme und in verschiedenen Umweltbedingungen zu bewerten. Die Erweiterung dieser Forschung wird ein klareres Bild davon geben, wie diätetische Zusätze strategisch eingesetzt werden können, um sowohl die Tiergesundheit als auch die Umweltverträglichkeit zu fördern.

Letztlich wird ein tieferes Verständnis des Pansenmikrobioms dazu beitragen, zukünftige Fütterungsstrategien zu entwickeln, die das Gleichgewicht zwischen Tierproduktivität und Methanemissionen optimieren. Dieses Wissen wird für die Tierhaltungsbranche wichtig sein, um sich an ein sich ständig veränderndes Klima anzupassen und die globale Nahrungsmittelnachfrage zu decken.