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放屁也有错?1/5的甲烷释放量归结于屁

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

北京时间6月19日消息,科学日报报道,近日联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在2013年气候变化的物理科学基础报告上,将二氧化碳、甲烷和一氧化二氮释放量水平描述为“上升到前所未有的程度”。

根据美国国家环境保护局(Environmental Protection Agency, EPA)表示,大气中的甲烷浓度比二氧化碳自18世纪开始稳定增加的浓度还要高28倍,与前工业化水平相比,已经增加了50%,浓度已经超过180/1亿。

反刍家畜是甲烷释放里最大的单一来源

EPA将1/5的甲烷(注:反刍动物屁中的主要成分)释放量归结于牲畜,例如牛、羊和其它反刍动物。事实上反刍家畜是甲烷释放量里最大的来源,像新西兰这样的国家这是个大问题,羊和人群比例高达7比1。然而,反刍动物产生的温室气体排放量并非都相等。事实上,同一个反刍动物物种里单个动物个体产生的甲烷量各不相同。为了查明具体原因,,美国能源部基因研究所(U.S. Department of Energy Joint Genome Institute,简称DOE JGI)带领的研究小组与新西兰AgResearch机构密切合作,利用DNA测序和专业的分析工具探索羊瘤胃(反刍动物的第一胃)里的内容,继而调查反刍动物的微生物菌群(生活在瘤胃里的微生物)在这个过程中所起的作用。这项研究被发表在6月6日的期刊《基因组研究》上。

“我们想要理解为什么某些羊会产生大量甲烷,而有些则产生较少量。” DOE JGI主任艾迪·罗宾(Eddy Rubin)这样说道。这项研究显示这种差异纯粹归结于生理菌群。为了调查反刍动物产生的甲烷量为什么存在差异,研究人员利用了在新西兰进行的大规模羊筛选和育种程序,后者旨在在不影响其他特征的前提下,例如繁殖率和羊毛及羊肉的质量,培育低甲烷释放量的反刍动物。研究小组测量了22只羊产生的甲烷量,并从中挑选了4只具有最低甲烷释放量的羊,4只具有最高甲烷释放量的羊以及2只具有中等水平甲烷释放量的羊。从这10只羊身上进行了两次随机抽取瘤胃基因组样本,并在DOE JGI里对这些基因进行了测序,从而分别产生了500亿的数据库。

“这项测序研究对这个培育项目的最大贡献在于定义了微生物对甲烷特征的贡献,这可以结合甲烷测量来共同辅助动物的选择,”研究高级作者、AgResearch高级科学家微生物学家格雷姆·阿特伍德(Graeme Attwood)这样说道。

随后研究小组调查了具有最高和最低甲烷释放量的8只羊中甲烷微生物的比例是否存在相关性。研究人员发现最低甲烷释放量的羊体内的一种甲烷菌物种(Methanosphaera)的含量上升了,而在最高甲烷释放量的羊体内,另一种甲烷菌物种(Methanobrevibacter gottschalkii)的含量上升了。通过进一步的探索,研究小组鉴别了一种产生甲烷的通道,以及三种编码重要的甲烷形成反应的基因变量,增加的甲烷释放量都涉及这种甲烷形成反应。虽然对产生甲烷的微生物群落结构和羊体内甲烷菌含量的整体改变相对比较细微,但研究小组表示涉及产生甲烷的基因表达水平在每只羊身上都各不相同,这暗示了有差别的基因调控,后者可能是通过羊瘤胃里的氢气浓度或者食物在瘤胃里停留时间的差异所控制的。

“甲烷释放量并非传统理论认为的由微生物菌群的组成成分所决定,甲烷释放量的差异主要来源于现存微生物群的转录调控,这是元基因组研究里一个相对较新的概念。”罗宾说道。研究小组的发现暗示了从微生物菌群水平上缓解甲烷释放量的可能的新目标。

筛选和培育低甲烷释放量的羊仍处于起步阶段,更重要的是,科学家们需要对低甲烷释放量特征的稳定性进行测试,以及它或可能对羊群生育力或者羊肉和羊毛产量造成的影响。此外,阿特伍德补充说道,“我们还必须为农场主提供一个激励因素,让他们愿意引入低甲烷释放量的动物,比如,低甲烷释放量的家畜具有更好的特性,或者他们可以从中收集碳信用额。如果一切顺利,我们或可以在三年内引入低甲烷释放的特征,然后在接下来的几年内羊产业将会发生缓慢但渐进的变化。”


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