知否|牛羊打嗝放屁排出太多温室气体 科学家要用疫苗治治

2019-08-11 12:07:23 来源: 知否 举报
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(原标题:The vaccine that could save the climate)

作者 | 乐邦

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)


全球温室气体排放的很大一部分来自牲畜排放的甲烷。利用疫苗处理它们肠道中的微生物能帮助拯救地球气候变化吗?

在新西兰农业科学研究所AgResearch附近,静静吃草的牛看起来和其他的牛没什么两样。但是,其中一些牛和你在其他农场看到的确实不一样,它们的胃里正在进行一项可能改变地球的实验。

科学家给它们注射了一种疫苗,以对抗某些肠道微生物。这些微生物在动物消化食物时产生甲烷,而甲烷是温室气体之一,其吸热能力大约是二氧化碳的25倍。

AgResearch的目标是,开发这种疫苗以及其他抗甲烷的方法,让我们能够继续食用牛肉和乳制品的同时,减轻畜牧业对环境的影响。

牛和其他牲畜的温室气体排放量占人为温室气体排放量的七分之一,交通运输约占五分之一。

一项数据显示,牲畜占来自人类活动的温室气体排放总量的14%。除了二氧化碳,农业生产还会大量产生另外两种气体:一氧化二氮(来自向土壤施加的化肥和废料)和甲烷。甲烷主要由反刍动物(主要是绵羊和牛)通过打嗝排出,占农业排放总量的三分之一以上。反刍动物平均每天产生250-500升甲烷。在全球范围内,牲畜每年通过打嗝以及放屁(占少量)向大气中排放相当于31亿吨二氧化碳的甲烷。

但是,AgResearch的科学家们希望能够减轻畜牧业对全球变暖的影响。

他们尝试的方法是基于AgResearch微生物学家西尼德·莱希的研究工作。反刍动物所产生的甲烷来自生活在瘤胃的大量微生物中的3%左右。这些微生物属于一个叫做古细菌的古老类群,它们能够生活在没有氧气的环境中。

通过一个被称为肠内发酵的过程,这些微生物分解和发酵动物食用的植物材料,由此产生甲烷。为了释放产生这种气体时所积聚的压力,动物会通过打嗝将其排出。

然而,为了清除问题细菌,莱希和她的同事们必须要设法在他们的实验室里复制瘤胃的无氧环境。利用DNA技术,他们能够对一些关键微生物物种的基因组进行测序。

一头牛伸出舌头。在牛的瘤胃中产生的甲烷主要是通过打嗝释放的,但也有大约5%的甲烷是通过放屁排出。

“了解这些微生物的特性是关键所在。” 莱希说道,“通过我们的研究,我们能够看到(微生物中)不同类型的基因序列,并鉴别出所有种类的产甲烷菌共有的靶标。然后,这些成为了疫苗研发的首要靶标。”

这项工作让AgResearch的团队能够系统地设计同时针对几种微生物的疫苗。

AgResearch甲烷减排项目首席研究员彼得·詹森表示:“我们试图瞄准的古细菌大约有12到15种。”詹森在绵羊和牛的瘤胃中鉴定出多种可产生甲烷的微生物。注射疫苗的目的是刺激动物唾液中抗古细菌抗体的分泌,当动物吞咽时,这些抗体会被带入瘤胃。

到目前为止,只有一小部分牛和羊在AgResearch团队的试验中接种了疫苗。但是,研究小组在唾液和瘤胃中都检测到了良好的抗体水平,而且从粪便中也发现了抗体。在证明接种疫苗的动物确实能产生抗体以后,他们现在正试图证明这确实能抑制甲烷的形成。

为了测试这一点,动物们必须要在呼吸室里呆上一段时间——一个大的透明密室,除了新鲜空气的流通以外,它是密封的。研究人员会对离开呼吸室的不新鲜空气的甲烷含量取样。

在呼吸室里的牛。如果不把牛放在专门的房间里测量它们排放的气体,精确测量一头牛产生的甲烷量可能会很困难。

研究人员还试图在实验室之外进行测量,以便更好地复制牲畜的实际生活环境。一种方法是使用经过改良的饲料槽,动物必须把头伸进去吃东西。詹森说道,“当它们的鼻子在饲料槽里的时候,里面的一个小装置可以对它们的呼吸取样。”更巧妙的是一个可以绑在动物背上的装置。“它有一个小塑料管,正好在动物的鼻子上方。当动物呼气时,这个装置就会从它的呼吸中吸取样本。”

这两种技术在精确性上都无法与呼吸室相比,但它们都能很好地帮助了解大量动物的情况。但是,目前还没有确凿的证据可证明接种疫苗能够减少奶牛排出的甲烷量。

在以前的研究中,詹森和他的同事们的确了解到,使用抑制产甲烷菌的药物可减少甲烷产量。但是詹森和莱希并不是第一个尝试制造针对产甲烷菌(指代任何制造甲烷的微生物)的疫苗的人。上世纪90年代,一些澳大利亚科学家曾尝试过,但没有成功。AgResearch团队相信,他们的方法在遗传学的指导下将会产生更好的结果。

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乔俊婧 本文来源:知否 责任编辑:乔俊婧_NBJ11279
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