Коровы и метан
С коровами связана серьезная проблема, которую никак невозможно разрешить добрым словом. Это метан — парниковый газ, выделяемый жвачными животными. По своей парниковой способности он в 28 раз превосходит газ углекислый. В среднем одна корова выделяет 20 грамм метана на килограмм сухого вещества в корме. То есть, если пересчитать на эквивалентный парниковый эффект, — 560 граммов углекислого газа. За день корова, съедая 12–14 кг корма (в пересчете на сухое вещество), выделяет под 7 кг такого, эквивалентного, углекислого газа, или 2,5 тонны в год. То есть имеющиеся на Земле полтора миллиарда коров ежегодно поставляют в атмосферу количество метана, эквивалентное 3–4 Гт углекислого газа, или 10% от всей антропогенной эмиссии, связанной со сжиганием ископаемого топлива.
Это колоссальное количество метана вызывает все более ожесточенные нападки на животноводство со стороны борцов с глобальным потеплением. Некоторые экстремисты даже предлагают вовсе отказаться сначала от говядины, а потом, видимо, от коровьего молока вместе с творогом, сыром, маслом, сметаной, йогуртом и так положить конец разведению крупного рогатого скота. Во всяком случае, кампанию против поедания красного мяса трудно не заметить. Животноводы же, пребывая в глухой обороне, пытаются как-то найти способ уменьшить выбросы скотского метана. Путей два — селекция и изменение рациона, но оба пока не привели к успеху.
С первым ситуация понятна: процесс выведения новых пород весьма длителен, а парниковая беда заняла прочное место в общественном сознании недавно и весьма неожиданно для большинства людей. Селекционеры всегда работали над увеличением производительности, и задачу снижения выбросов метана; по сути — совершенствования системы пищеварения коровы, перед ними никто не ставил. А кто может поставить? В рыночной экономике — только сам рынок при помощи регулятора. Им в данном случае служит плата за выбросы парниковых газов.
Экономические модели дают следующий результат. Если корма дешевые, и платы за выбросы нет, то метаногенность коров будет не снижаться, а расти на несколько процентов в каждом поколении. То есть каждая следующая корова станет есть все больше корма (что повышает ее продуктивность) и, соответственно, выделять все больше метана. Эту тенденцию может остановить лишь очень высокая плата за выбросы — более 80 долларов за тонну углекислого эквивалента. Когда корма станут дороги, то селекционерам придется выводить экономную корову. Плата же за выбросы резко ускорит их работу. Так, если тонна углекислого газа будет обходиться фермеру в 40 долларов, то сокращение коровьего метана пойдет со скоростью 2,6% в каждом поколении. Расплачиваться придется снижением веса животных. Впрочем, пока это чисто теоретические упражнения. Подготовительные работы генетики ведут, выясняя, какие коровы выдают меньше всего метана, но до практического использования, видимо, дело еще далеко. А вот эксперименты с кормами ставят весьма широко.
Метан образуется в верхнем отделе коровьего желудка — рубце. Там живут микроорганизмы, которые разлагают траву и выделяют при этом, в частности, водород и углекислый газ. Среди них поселились паразиты — метаногенные бактерии; они пользуются чужими трудами и соединяют эти два газа в один. Казалось бы, прямой путь — изменить состав микрофлоры рубца, заселив его микроорганизмами, которые не дадут понапрасну расходовать водород на синтез метана. И такие работы ведутся с самыми разными культурами.
Например, одни исследователи попытались включить в рацион нитрат кальция-аммония и добавили дрожжи, предполагая, что последние поспособствуют превращению нитрат-иона в аммиак, и тогда удастся избежать появления метана, но не потерять энергию корма. Задумка не сработала — метана действительно становилось меньше, но уменьшалось и количество молока. Прямая подсадка в рубец бактерий, синтезирующих пропионовую кислоту — на этот синтез идет много водорода, — привела к неожиданному результату: производство метана в коровьем желудке выросло. Видимо, полного понимания взаимосвязей между населяющими его микроорганизмами у биологов не сложилось.
Схожий эффект проявляется и с добавками к кормам. Как правило, это компоненты, богатые маслами, — ягоды можжевельника, водоросли, семена льна и подобные им побочные продукты сельского хозяйства. Результаты оказались примерно такими. Добавка двух с половиной килограмм семян хлопчатника в день привели на 12-й неделе опытов к снижению метана на 23%, зато надой сократился на 10%, жирность молока упала на 11%, а содержание белка в нем — на 14%. Если в корм прибавить 5 кг виноградных отжимков (косточек с кожурой), то выбросы метана сократятся на 20%, а надой упадет на 12%. С водорослями вообще вышел конфуз: несмотря на то что они насыщены докозагексаеновой кислотой, такая добавка не уменьшила выбросы метана, но и не сократила надой, молоко же оказалось обогащено этой, а также линолевой кислотами пропорционально объему водорослевой добавки; иными словами, качество молока выросло, а вот с метаном не справились.
В общем, пока на животноводческом фронте борьбы с глобальным потеплением особых успехов нет, зато есть настоятельная потребность в победе, что открывает широкие просторы для творчески мыслящих исследователей и биотехнологов.
Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2019) на с. 13.