Rolnictwo wytwarza dużą część emisji gazów cieplarnianych, a metan wytwarzany przez bydło jest tego największym sprawcą. Sprytne wykorzystanie danych i genetyki może pomóc w stworzeniu nowej generacji zielonych krów.
Jeśli chodzi o zmiany klimatyczne, dużo słyszymy o dwutlenku węgla, czyli CO2, ale niewiele o CH4 – metanie.
Biorąc jednak pod uwagę szacunki, że metan pochodzący od zwierząt gospodarskich odpowiada za 14,5% wszystkich światowych emisji gazów cieplarnianych, kwestia ta szybko zyskuje coraz większe znaczenie – zwłaszcza po opublikowaniu w sierpniu 2021 r. raportu Międzyrządowego Zespołu ONZ ds. Zmian Klimatu.
W raporcie wskazano, że metan był odpowiedzialny za około 30 procent globalnego ocieplenia od ery przedindustrialnej oraz że w ostatnich latach wzrost stężenia metanu w atmosferze przyspieszył, w dużej mierze napędzany emisjami z sektorów paliw kopalnych i rolnictwa, zdominowanego przez ten ostatni żywy inwentarz.
Emisje metanu z rolnictwa stopniowo rosną od 1990 r. w związku ze wzrostem całkowitej liczby zwierząt gospodarskich na świecie. Co więc można zrobić?
Świętym Graalem badań w tej dziedzinie jest połączenie korzyści środowiskowych i ekonomicznych – przy jednoczesnej redukcji emisji metanu i poprawie efektywności żywienia bydła.
Taki jest cel Alirezy Ehsani, stypendystki Marie Curie, której prace badawcze są wspierane przez fundusz Unii Europejskiej „Horyzont 2020”, inicjatywę Data-Driven Innovation w Edynburgu oraz globalne stowarzyszenie hodowców bydła Geno z siedzibą w Norwegii.
Mniej paszy, mniej metanu, więcej mleka
Ehsani wierzy, że możliwe będzie wykorzystanie szeroko zakrojonych danych i genetyki do hodowania bydła wytwarzającego mniej metanu i efektywniej wykorzystującego paszę, jedząc mniej, emitując mniej i produkując więcej mleka.
Jego współpraca z Geno, dużym stowarzyszeniem hodowców bydła rasy norweskiej czerwonej, oznacza, że badania obejmą pół miliona zwierząt, co zapewni im zarówno skalę, jak i wiarygodność branżową.
Ograniczenia związane z Covid-19 ograniczyły Ehsani możliwość podróżowania do Norwegii, ale organizuje on cotygodniowe spotkania z Geno, aby dzielić się pomysłami i ustaleniami, wyzwaniami i nowymi informacjami.
Jednym z wyzwań jest to, że metan jest stosunkowo nowym przedmiotem badań hodowców bydła.
„Emisja metanu nie była zbyt wysoka w stosunku do celów hodowlanych, ale kiedy badania wykazały, że 14 procent globalnego ocieplenia i produkcji gazów cieplarnianych pochodzi od zwierząt gospodarskich, staje się to coraz ważniejsze” – mówi Ehsani.
„Jeśli zwierzęta jedzą mniej i produkują więcej, oznacza to efektywność paszy. Ten aspekt jest bardzo ważny, ponieważ żywienie bydła stanowi około 50 procent całkowitych kosztów utrzymania stada. Widzimy związek między wydajnością paszy a produkcją mniejszej ilości metanu. Ponieważ bydło spożywa mniej pożywienia, mniej przeżuwa, co oznacza mniejszą emisję metanu”.
Ponad 90 procent metanu wytwarzanego przez krowy jest wytwarzane przez drobnoustroje żyjące w żwaczu – największej komorze żołądka u bydła – która wychodzi głównie z pyska. Niektóre drobnoustroje wytwarzają mniej metanu niż inne, a różnice występują także wśród samych zwierząt, co sprawia, że jest to owocny obszar badań.
Norweskie bydło czerwone
Innowacje napędzane bydłem
Trzyletni projekt badawczy Ehsaniego, który rozpoczął się w kwietniu 2020 r., dzieli się na trzy szerokie obszary: gromadzenie i ocena danych z Geno; modelowanie i symulacja z wykorzystaniem szerokiego zakresu zmiennych w celu ustalenia, jaka kombinacja pozwala uzyskać najbardziej wydajne bydło pod względem zmniejszonej emisji metanu i większej wydajności paszy; oraz wdrożyć proponowany system danych w programie hodowlanym, aby hodować przyszłe pokolenia bydła bardziej zasobooszczędnego.
Ten obszar badań się rozwija, ale Ehsani, który pracuje w uniwersyteckim Instytucie Roslin, twierdzi, że jego współpraca z Geno wyróżnia się skalą.
„Istnieje wiele badań uwzględniających informacje pochodzące od 500 lub 1000 sztuk bydła, ale nie jest to wystarczająco duża liczba, aby znacząco zmienić rzeczywisty świat hodowli bydła mlecznego” – mówi. „Posiadanie partnera takiego jak Geno pozwala mi symulować bardzo dużą liczbę rzeczywistej populacji rasy norweskiej czerwonej, wykorzystując wiek krów, liczbę w każdym stadzie i ich wydajność w całym cyklu hodowlanym. W mojej symulacji będzie co roku około 500 000 zwierząt, a symulacje prowadzę od wielu lat”.
Dane odgrywają kluczową rolę w projekcie, zwłaszcza w uzyskiwaniu szczegółowych i dokładnych pomiarów spożycia paszy.
„Pasza stanowi ponad 50 procent całkowitych kosztów hodowli bydła mlecznego, ale pomiar spożycia paszy u bydła jest bardzo trudny i kosztowny” – mówi Ehsani. „Jeśli chcemy wybrać najlepsze zwierzęta, musimy jeden po drugim zmierzyć, ile paszy jest spożywane i ile mleka wytwarza się z tej paszy”.
Ehsani twierdzi, że technologia pomaga, wspierając gromadzenie dokładniejszych i trafniejszych danych.
Sucha pasza dla zwierząt
„Automatyczne karmidła mogą mierzyć spożycie paszy przez zwierzę – technologia nam w tym pomaga i zmniejsza koszty pomiarów. A teraz mamy dostęp do genomów tych zwierząt, możemy połączyć to ze spożyciem paszy, aby selekcja najlepszych zwierząt była dokładniejsza. Co więcej, możemy następnie zastosować powiązania między spożyciem paszy a informacjami o genomie u wszystkich zwierząt posiadających informacje o genomie, bez pomiaru u nich spożycia paszy.
„We wszystkich aspektach mój projekt wykorzystuje innowacje oparte na danych, od gromadzenia danych przez roboty po modelowanie statystyczne oraz analizę i symulację danych na komputerze”.
Żadnego byka
Ehsani twierdzi, że istniał sceptycyzm, że takie badania mogą zapewnić zarówno zmniejszenie emisji metanu, jak i poprawę wydajności paszy. Wierzy jednak, że skala procesu w rzeczywistej populacji Geno może przekonać wątpiących.
„Bardzo ważną rzeczą, aby zdobyć zaufanie zarówno do modelowania statystycznego, jak i hodowli zwierząt, jest liczba posiadanych obserwacji. Jeśli zbierzesz ogromną liczbę obserwacji, tak jak w tym badaniu, wyniki będą przydatne”.
Ehsani twierdzi, że postęp w genetyce w ogromnym stopniu pomógł w tego rodzaju badaniach.
„Możemy teraz genotypować zwierzęta, więc w oparciu o genom możemy wybrać najlepszego osobnika – pod względem efektywności wykorzystania paszy i redukcji metanu – a następnie połączyć je w pary, aby uzyskać dobre potomstwo” – mówi.
„Ważną rzeczą w genetyce jest to, że jest trwała i kumulacyjna. Jeśli robisz coś z genetyką, robisz to na zawsze. Jeśli robisz coś z karmą, musisz to robić codziennie.
„Ponieważ moja praca będzie zastosowana w prawdziwym programie hodowlanym, musimy zachować ostrożność w każdym jego szczególe. Robimy to w najlepszy sposób, ponieważ stosując to w prawdziwym programie hodowlanym, możemy popełnić błędy – a tego musimy unikać.”
Ehsani twierdzi, że badania mogą również pomóc pokazać decydentom wartość pracy nad genetyką zwierząt, aby pomóc w walce z globalnym ociepleniem. Dodaje, że badania nie tylko przyniosą korzyści hodowli bydła, ale także pozwolą na wykorzystanie wyników badań na innych zwierzętach.
„Można go z łatwością zastosować u każdego rodzaju zwierzęcia, ponieważ symulujemy populację w świecie rzeczywistym i stosujemy ogromną liczbę różnych scenariuszy. Można więc wprowadzić niewielkie zmiany i zastosować je do innych gatunków”.
Håvard Melbo Tajet, dyrektor ds. technologii i innowacji w Geno, mówi: „Geno już rejestruje metan u bydła mlecznego rasy norweskiej czerwonej i jest w trakcie tworzenia zapisów dokładnego spożycia paszy. Jesteśmy bardzo zainteresowani związkiem między wydajnością paszy a śladem klimatycznym i mamy nadzieję na dalszy rozwój populacji rasy norweskiej czerwonej w celu poprawy zrównoważonego rozwoju, łącząc niższe koszty paszy z niższą emisją metanu”.
„Sprzęt do rejestrowania paszy jest drogi, a współpraca z Uniwersytetem w Edynburgu pozwala nam zoptymalizować zwrot z inwestycji przy użyciu zaawansowanych technik symulacyjnych. Techniki te oferują możliwość optymalizacji wszystkich rodzajów działań hodowlanych w celu osiągnięcia najwyższego możliwego zysku genetycznego.
„Jesteśmy bardzo zadowoleni ze współpracy z zespołem badawczym na Uniwersytecie w Edynburgu i bliskich relacji między Alirezą Ehsanim a jednym z młodych talentów Geno. Ten wspólny projekt w znacznym stopniu przyczynia się do realizacji strategii Geno, w której zrównoważony rozwój i rentowność łączą się w celu dalszego rozwoju rasy norweskiej czerwonej”.
Autor: David Lee, autor badań
Źródło zdjęcia: krowa z bliska – JazzLove/Getty; Norweskie czerwone – Alireza Ehsani; pasza dla bydła – Korneeva_Kristina/Getty; tył krowy — Digital Vision/Getty
Informacje o finansowaniu
Projekt ten otrzymał finansowanie z programu badań naukowych i innowacji Unii Europejskiej „Horyzont 2020” w ramach umowy o grant „Maria Skłodowska-Curie” nr 801215.
Uniwersytet w Edynburgu jest organizacją charytatywną zarejestrowaną w Szkocji pod numerem rejestracyjnym SC005336, numerem rejestracyjnym VAT GB 592 9507 00 i jest uznawany przez władze brytyjskie za „uznaną organizację”, która posiada uprawnienia do nadawania stopni naukowych .
