מתאן

אחד האתגרים עמם מנסים מדענים להתמודד כבר עשרות שנים הוא כיצד לצמצם את כמות גז המתאן שפולטים עדרי הבקר הרבים בעולם. מתאן, CH₄, הוא אחד מגזי החממה המשפיעים ביותר על ההתחממות הגלובאלית. למרות שכמותו באטמוספירה קטנה בהרבה מזו של פחמן דו-חמצני, יש לו יכולת גבוהה בהרבה ללכידת חום, פי-28 מזו של פחמן דו-חמצני. מצד שני, אורך-החיים שלו קצר יותר, ולכן משערים שלירידה בכמותו צפויה להיות השפעה גדולה על האקלים.

מקורו של רוב המתאן מעשה ידי אדם הוא בחקלאות. עיקרו נפלט משדות האורז ומעדרים של בעלי חיים מעלי-גירה, כמו פרות, כבשים ועזים. מביניהם, הפליטה המשמעותית היא מפרות. פרה במשק חלב מייצרת כ- 200-500 ליטר מתאן ליום, ולפי נתוני משרד החקלאות האמריקאי, יש היום בעולם כמיליארד פרות, רובן בהודו, ברזיל וסין.

העשבים, וצמחים אחרים שהפרה אוכלת, עשירים בתאית, סיבים קשים לעיכול, וגם דלים בנוטריאנטים. במערכת העיכול שלה, שבנויה מארבע קיבות, המזון עובר בשלב ראשון תסיסה ומפורק לרכיבים שגוף הפרה יכול לספוג. בגוף האדם, לעומת זאת, המזון קודם מתעכל בקיבה ולאחר מכן עובר תסיסה במעיים. בתהליכי התסיסה בפרות משתתפים חייקטים שונים, ביניהם חיידקים אנאירוביים, פטריות, וארכיאונים מייצרי מתאן. יצורים אלה צורכים את הסיבים ושאר החלקים הלא מתעכלים מהמזון ומייצרים חומצות כמו אצטאט, פרופיונאט ובוטיראט, שנספגות ומתעכלות על-ידי הפרה, וכן את הגז מימן, אותו הם הופכים למתאן. את המתאן משחררות הפרות מגופן בגיהוק. פעולת הגיהוק דורשת מהפרה מאמץ רב – כ-12% מהאנרגיה שקיבלה מהמזון מתבזבז על פעולה זו במקום להיות מופנה לבניית הגוף, מה שמצריך את הפרה לאכול כמויות אדירות של מזון.

סיעור המוחות המדעי הוביל במהלך השנים למגוון של הצעות לפתרון הבעיה, חלקן ישימות יותר וחלקן פחות. אפשר לחלק את רובן לשתי גישות עיקריות, אחת מתמקדת בתזונת הפרות והשניה בגנטיקה שלהן.

מזון אחר

3Nitrooxypropanol

אחת האפשרויות שנראות מבטיחות היא השימוש במולקולה 3-ניטרו-אוקסי-פרופנול ( 3nitro-oxy-propanol) המכונה בקיצור 3NOP, כתוסף למזון הפרות. במחקר שפורסם ב- 2016 מצא צוות בינלאומי שכשהוסיפו למזון כמויות קטנות ממנה, 60 מ"ג לק"ג מזון יבש, היא גרמה להפחתה של כמות המתאן הנוצר בעד 30%, מבלי לגרום לאי-נוחות, לכאב או לתופעות-לוואי כלשהן אצל הפרות ומבלי להשפיע על ייצור החלב ואיכותו. כיוון שהפרות גיהקו פחות מתאן, הן קיבלו יותר אנרגיה ממזונן ועלו במשקל ב- 80%.

המולקולה 3NOP נבדקת מזה מספר שנים, ופה גילו החוקרים את אופן פעולתה. נמצא ש- 3NOP נקשרת לאנזים מסויים בארכיאונים מייצרי המתאן וחוסמת אותו, מה שעוצר את פעולתם בדיוק בשלב בו נוצר המתאן. זאת, מבלי לפגוע בחייקטים אחרים בקיבה, שעוזרים לפירוק המזון ולעיכולו ואינם מייצרים מתאן.

ברומופורם

מכיוון אחר, בדקו באוסטרליה מה קורה לפליטת המתאן של פרות כאשר הן אוכלות אצות. מתברר שבקר שגדל ליד החוף נוטה לאכול אצות, אך כיוון שרוב הפרות כיום מוחזקות בפנים היבשה והרחק מהחוף, השפעות הדיאטה הזו לא נחקרו מספיק. החוקרים השוו השפעת 20 מיני אצות שונים. שני מינים הראו תוצאות מוצלחות. אחד מהם, Asparagopsis taxiformis, הוא מין אצה פופולרי מאד למאכל בקרב בני-אדם, ונפוץ מאד במטבח של הוואי. בבדיקת מעבדה, נמצא שאכילת האצה יכולה להוביל לירידה של יותר מ- 99% בפליטת מתאן בפרות, כאשר האצה היוותה רק 2% מתזונת הפרה. כאשר ניתנו האצות כתוספת מזון לכבשים, נמדדה ירידה של 50-70% בפליטת המתאן. זאת, הודות לחומר ברומופורם, CHBr₃, שמכילה האצה, אשר מגיב עם ויטמין בי-12 בשלב האחרון של יצירת המתאן ומפריע לארכיאונים יוצרי המתאן ליצור אותו. מין האצה השני, Dictoya, הפחית את פליטת המתאן בפרות ב- 92%.

האצה הראשונה אמנם מגודלת מסחרית לצריכת בני-אדם, אך כדי להגדיל את סקלת הייצור כך שתתאים לפרות, נראה שיהיה צורך ב- 600,000 דונם של חוות אצות על-מנת לייצר מספיק חומר למנה יומית עבור 2.5 מיליון הפרות באוסטרליה לבדה, כך שלא ברור אם כיוון זה הוא מעשי.

בצרפת מצאו שתזונה מבוססת על אלפלפה וזרעי פשתן מפחיתה את פליטת המתאן בפרות ב- 18% לעומת תזונה המבוססת על תירס וסויה, שאינה התזונה הטבעית של פרות, ובעצם מפריעה לתהליכי תסיסה תקינים. העשבים עשירים בחומצות-שומן אומגה-3, שמשפרות את תהליכי התסיסה במעי הפרה ומפחיתות את ייצור המתאן, ומצד שני, נמצא שגם החלב יותר טעים ושהפרות בריאות יותר.

קרווקרול

בדנמרק בודקים הוספת אורגנו למזון הפרות. אורגנו מכיל שמנים ארומטיים בעלי פעילות אנטי-חיידקית, בעיקר קרווקרול, carvacrol, שהורג חייקטים שונים במעי הפרה, כולל את אלה שמייצרים מתאן. רצוי, כמובן, לא להרוג את כל החייקטים, אחרת גם הפרה תמות, ולכן חשוב מינון האורגנו בו משתמשים.

במקסיקו מצאו שהוספת עלים או פרחים מקומיים למזון הפרות הפחיתה את פליטת המתאן ב-36% או ב-26%, בהתאמה, בהשוואה לתזונת העשב הרגילה, ושתנובת החלב השתפרה. פה נראה שהטאנינים שבצמחים הם המפריעים לתהליך התסיסה. כמות גדולה מהם תהיה רעילה לפרה, אך לכמות קטנה נראה שיש השפעה טובה.

עוד רעיון מאוסטרליה הוא להוסיף למזון את שאריות ענבי היין (עוקץ, זרעים, קליפה). נמצא שתוספת זו הפחיתה ביותר מ- 20% את פליטת המתאן והעלתה את רמת חומצות השומן המזינות בחלב.

חיידקים משפחתיים

גישה אחרת מנסה לתקוף את הבעיה מההיבט הגנטי. כיוון אחד הוא להרבות עדרי פרות בעלי פוטנציאל פליטה קטן יותר וכיוון אחר מנסה להשפיע על הרכב אוכלוסיית החיידקים בקיבת הפרות.

כבר לפני שנים החל מגדל אמריקאי לטפח פרות קטנות, "מיניאטוריות", שגובהן מגיע לכדי מטר אחד ואף פחות. אמנם השיקולים הראשונים היו שהפרות הקטנות תופסות פחות שטח וצורכות פחות מזון, אך התברר שגם פליטת המתאן שלהן נמוכה יותר. עשר מיני-פרות מייצרות כמות מתאן שמייצרת פרה אחת רגילה. כיום הוא משווק את הפרות האלה למדינות רבות, וגם בבריטניה מטפחים פרות קטנות. בנוסף, נראה שגם טעם הבשר השתפר, שכן בפרה קטנה תאי השריר קצרים יותר ולכן הבשר רך יותר.

לאחרונה, במאמר שזכה בפרס הגנטיקה של הספריה הלאומית למדעים בארה"ב ל- 2016, מצאו חוקרים שהגנטיקה של הפרה משפיעה על הרכב החייקטים בקיבה שלה. הם חילקו 72 פרות לתשע קבוצות. בכל קבוצה היו פרות אחיות, דומות גנטית. מחצית הפרות בכל קבוצה קיבלה דיאטה אחת והמחצית השני דיאטה אחרת. לאחר מדידת הגזים שפלטה כל פרה, בחדר סגור ששאב את הגזים, נמצא הבדל גדול בין הקבוצות בכמות המתאן שנפלטה, בטווח שבין 140-200 גרם ליום. המשפחה שפלטה הכי פחות מתאן, עשתה זאת ללא קשר לדיאטה שקיבלה. בהמשך לקחו החוקרים דגימות מקיבות הפרות ומצאו 20 גנים מיקרוביאליים שמאפשרים לחייקטים לייצר מתאן. ישנה קורלציה בין הימצאות הגנים בקיבת הפרה לבין כמות המתאן שפלטה. לכן, לדברי החוקרים, אפשר לנבא את רמות הפליטה בעזרת גנים אלה, למטרות רבייה וטיפוח של דורות ידידותיים יותר לסביבה. המגדלים יוכלו לקבל פרופיל מיקרוביאלי של הפרות בעדר שלהם, כדי לזהות את הפרות שייצרו פחות מתאן.

גישה אחרת המתבססת גם היא על הרכב החייקטים בקיבות הפרה יצאה מאוסטרליה ב- 2010, שם חוקר שם דגש על ההבדלים בין פרות לבין הקנגורו. גם הקנגורו הוא בעל-חיים שמזונו עובר תסיסה לפני העיכול, רק שעקב הרכב חיידקים אחר, הקנגורו פולט חומצה אצטית, ולא מתאן. מכאן עלה הרעיון לנסות להשתיל חיידקים מקיבת קנגורו לקיבת פרות, בתקווה שמנגנון העיכול שלהן ישתנה. לצד המתנגדים ל"הפיכת בעל-חיים אחד לבעל-חיים אחר", נשמעו גם קריאות לעבור לצריכת בשר קנגורו, כפי שעשו האבוריג'ינים באוסטרליה עשרות אלפי שנים. אך בינתיים, הפרות פולטות המתאן עדיין מהוות את רוב מקור הבשר ביבשת.

לאור התחזיות שעד שנת 2050 תעלה צריכת הבשר בעולם ב- 73%, הבה נקווה שלפחות חלק מרעיונות אלה, או אחרים, יאומצו בקנה-מידה גדול מספיק ויעזרו להפחית באופן משמעותי את פליטת המתאן מעדרי הבקר.

לקריאה נוספת:

E.C. Duin et al. (2016) Mode of action uncovered for the specific reduction of methane emissions from ruminants by the small molecule 3-nitrooxypropanol Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 113 (22) 6172-6177

R. D. Kinley et al. (2016) The red macroalgae Asparagopsis taxiformis is a potent natural antimethanogenic that reduces methane production during in vitro fermentation with rumen fluid. Animal Production Science 56, 282-289.

R. Roehe et al. (2016) Bovine Host Genetic Variation Influences Rumen Microbial Methane Production with Best Selection Criterion for Low Methane Emitting and Efficiently Feed Converting Hosts Based on Metagenomic Gene Abundance, PLOS Genet,  12(2): e1005846.