Газы кенгуру: сумчатые с низким уровнем метана
Кенгуру стали научными знаменитостями, когда исследователи обнаружили, что при их пищеварении выделяется гораздо меньше метана, чем у коров и овец. История о том, почему это так, — увлекательный рассказ о кишечных микробах, климатологии и нескольких развенчанных мифах.
Метановая загадка австралийской глубинки
Как и крупный рогатый скот и овцы, кенгуру являются переднекишечными ферментаторами: они полагаются на большую камеру, полную микробов, чтобы расщеплять жёсткие волокнистые растения, прежде чем пищеварение продолжится. У жвачных эта ферментация порождает огромные объёмы метана — мощного парникового газа, который миллиарды голов скота по всему миру выпускают с отрыжкой и газами. На протяжении десятилетий учёные замечали у кенгуру нечто любопытное: несмотря на схожий травяной рацион, они, казалось, выделяли поразительно мало метана. Это наблюдение превратило скромное сумчатое в неожиданную икону климатических исследований. Если кенгуру способны эффективно ферментировать растения, не производя столько метана, понимание химии их пищеварения могло бы подсказать пути снижения выбросов в сельском хозяйстве. Загадка породила волну исследований о том, что именно обитает в кишечнике кенгуру и чем оно отличается от кишечника коровы.
Переднекишечные ферментаторы без метана
Секрет кроется в микробном сообществе переднего отдела желудка кенгуру. У крупного рогатого скота археи, называемые метаногенами, потребляют образующийся при ферментации водород и превращают его в метан. Кенгуру же содержат иной баланс микробов, в котором преобладают бактерии вроде Succinivibrio и другие ацетогены. Вместо того чтобы направлять водород к образованию метана, эти микробы предпочитают процесс, называемый восстановительным ацетогенезом, при котором водород и углекислый газ соединяются, образуя ацетат — полезную жирную кислоту, которую животное может усваивать как источник энергии. В результате возникает система ферментации, которая избавляется от водорода, не производя много метана, и при этом извлекает больше питательных веществ из того же пучка травы. Эта изящная микробная альтернатива помогает объяснить, почему кенгуру процветают на скудной австралийской растительности, сохраняя сравнительно скромный метановый след.
Что на самом деле показали исследования
Первоначальный энтузиазм наводил на мысль, что кенгуру почти не производят метана, однако тщательные измерения нарисовали более тонкую картину. В широко цитируемом исследовании 2015 года кенгуру помещали в дыхательные камеры и напрямую измеряли выделение газа. Животные действительно производили метан — просто гораздо меньше на единицу корма, чем крупный рогатый скот или овцы. Их выбросы были примерно сопоставимы с выбросами нежвачных травоядных, таких как лошади, а выход метана даже снижался относительно потребления по мере того, как животные ели больше. Иными словами, кенгуру — не волшебные машины с нулевым метаном, но они действительно являются низкоэмиссионными. Эти результаты остудили часть первоначального ажиотажа, одновременно подтвердив ключевой вывод: пищеварение сумчатых действительно сдерживает метан так, как кишечник жвачных попросту не способен.
Могут ли кишечные микробы кенгуру бороться с климатом?
Заманчивый вопрос состоит в том, можно ли пересадить кишечные бактерии кенгуру скоту, чтобы резко сократить сельскохозяйственный метан, на который приходится значительная доля антропогенных выбросов. Исследователи, в том числе команды в Австралии, выделили ацетогенные бактерии у кенгуру и валлаби в надежде заселить ими рубец коров. На практике это оказалось трудной задачей: уже существующая микробная экосистема коровы, как правило, вытесняет новичков, а метаногены быстро восстанавливают своё положение. Тем не менее биохимия кенгуру продолжает вдохновлять альтернативные стратегии — от кормовых добавок вроде водорослей и 3-NOP, подавляющих метаногенов, до селекции животных с низкими выбросами. Хотя мы, возможно, никогда не сможем просто наделить коров «кишечником кенгуру», изучение этих сумчатых углубило понимание того, как отвести водород от метана, — это ключевой рычаг в стремлении сделать производство продовольствия более устойчивым.
А вы знали?
- Кенгуру — переднекишечные ферментаторы, как и коровы, но химия их кишечника обращается с водородом совершенно иначе.
- Бактерии вроде Succinivibrio помогают кенгуру превращать водород в ацетат вместо метана.
- Исследование 2015 года показало, что кенгуру всё же выделяют метан, но на уровне, более близком к лошадям, чем к крупному рогатому скоту.
- Учёные пытались, с ограниченным успехом, перенести кишечные микробы кенгуру коровам, чтобы сократить выбросы.
Интересный факт
Австралия полусерьёзно выдвигала идею разводить больше кенгуру ради мяса с низким уровнем метана — предложение, которое поставило пищеварение сумчатых в центр национальной климатической повестки.
Источники
- Vendl, C. et al., 'Decreasing methane yield with increasing food intake keeps daily methane emissions constant in two foregut fermenting marsupials', Journal of Experimental Biology, 2015
- Pope, P. B. et al., 'Isolation of Succinivibrionaceae implicated in low methane emissions from Tammar wallabies', Science, 2011