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篡夺打嗝

海藻如何帮助抑制奶牛打嗝,这是加利福尼亚州最大的甲烷排放源之一

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海洋生态学家詹妮弗·史密斯(Jennifer Smith)一直在斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institute of Oceanography)的实验室里培育芦笋海藻。研究人员发现,在牛饲料中添加少量这种海藻可以显著减少富含甲烷的牛打嗝。Erik Jepsen/加州大学圣地亚哥分校出版物照片

A.加州大学的农业和海洋科学家联合起来对抗加州甲烷排放的最大来源之一:牛打嗝。

科学家们发现了一种红藻类海藻,Asparagopsis taxiformis,产生一种能阻止牛产生甲烷的化合物,甲烷是一种比一氧化碳强30倍的强大温室气体2.. 这很重要,因为过半在加利福尼亚州所有的甲烷排放中,大部分来自牲畜,主要来自该州180万头奶牛打嗝、呼气、放屁和生产粪便。在这些与牛有关的排放物中,打嗝的影响最大,约占释放到环境中的甲烷的95%。

当加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的海洋生态学家詹妮弗·史密斯读到加州大学戴维斯分校最近的一项研究涉及海门冬属,她很感兴趣。史密斯有海洋植物学背景,特别是植物学背景,对海藻和藻类的研究非常熟悉海门冬属事实上,她回忆起在斯克里普斯实验水族馆(Scripps’s Experimental Oquarium)的一个水池中看到一些红藻随意生长的情景,这是一个由从斯克里普斯码头末端泵入的海水供应的研究设施。

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加利福尼亚卡特琳娜岛附近的野生天冬酰胺。詹妮弗·史密斯

由加州大学戴维斯分校的农业科学家领导的正在进行的研究发现,仅仅添加少量的海门冬属将海藻添加到牛饲料中可以显著减少奶牛甲烷排放量50%以上。这些初步结果是有希望的,但对于是否有可能种植足够的海藻来满足畜牧业的潜在需求,我们仍然知之甚少。

为了寻求合作机会,2018年秋天,史密斯联系了加州大学戴维斯分校动物科学教授、海藻研究负责人埃米亚斯·凯布雷布。史密斯对努力成长很感兴趣海门冬属在实验室里,我们做了一些以前从未做过的事情,并探索在更大范围内培育这种红藻。凯布雷布几乎立刻回答,很快史密斯发现自己开始了一个充满潜力的海藻激情项目。

“我对未来的所有研究机会感到非常兴奋,从本质上了解这种美丽的红色海藻的复杂性,并试图了解我们可能如何使用它来减少牛的甲烷生产,”史密斯说海洋生物多样性和保护中心在斯克里普斯。

史密斯以其对珊瑚礁的研究而闻名,尤其是她在珊瑚礁方面的工作100岛挑战该项目旨在绘制和收集全球岛屿的珊瑚礁数据。但她也有通过她的工作与海藻栽培经验加州海藻公司她和她以前的学生布兰特·克莱博斯基(Brant Chlebowski)共同领导了这家初创公司,致力于可持续地培育高质量的食用海藻。

她非常清楚自己在最近的创业中将面临的挑战。

“芦笋是一种复杂的海藻,我们对它的生物学知之甚少,所以从科学的角度来看,这提供了很多机会,我们不能明天就开始捕捞它,”史密斯说。“在开发规模化种植模式之前,我们有很多工作要做,以更多地了解它的生物学、生理学和生态学。”

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挤压海藻标本是海洋科学家重要的历史和分类记录。这些最近压过的海藻样品被保存在植物标本室里,这是一个干燥的植物档案,位于史密斯实验室。

加州大学戴维斯分校的这项研究在一定程度上是由《纽约时报》通过的加州最近的一项法律要求奶农和其他生产者到2030年将甲烷排放量减少40%。随着企业和农民正在寻找负担得起的有效方法来遏制甲烷排放,人们对一种潜在的海藻解决方案越来越感兴趣。

“我们邀请珍加入我们,因为我们需要一位海洋生物学家来研究如何最好地种植海藻并扩大生产,”加州大学戴维斯分校动物科学系Sesnon捐赠主席Kebreab说。“一旦我们展示了它的潜力,我们预计会有很高的需求,所以我们需要开始努力满足这种需求,而Jen将是这项技术成功的关键。”

在与Kebreab的初次交谈后不久,Smith回到实验水族馆,寻找她两年前在那里见过的“粉红色肮脏的”海藻。令她高兴的是,它还在水族馆里,越来越强壮。在过去的几个月里,她一直在用这些最初的样本来种植海藻,就像多肉植物可以从一次修剪中繁殖一样。

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这些样本的天冬酰胺是在孢子体阶段的生长;这只是这种藻类生命周期中存在的三个阶段之一。

这个海门冬属现在史密斯实验室里的样品放在一排令人眼花缭乱的冒泡瓶中,瓶中装满了看起来像是疯狂移动的粉红色小圆球。这些粉红色的小球实际上是藻类处于孢子体生长阶段;这只是这种藻类生命周期中存在的三个阶段之一。史密斯对这个小阶段的海藻研究特别感兴趣,因为她看到一些样本在不到一周的时间里体积增加了一倍。

现在,她正试图找到海草生长速度最快的“最佳点”,同时提高其溴甲烷的浓度。溴甲烷是一种干扰牛肠道中产生甲烷的酶的化合物。

史密斯还进行了各种实验,以了解海藻的化学成分和生长速率在不同的实验室条件下是如何变化的,包括温度和光照、营养物浓度和CO2.浓度

为了确保培养干净,她没有使用流经海水的水流,因为这可能会带来“搭便车者”,潜在的有害海洋生物或污染物,可能会污染样本。

Smith指出,还没有人完成生命周期海门冬属在人工饲养的情况下,还有很多工作要做,看看这种红藻是否有可能大规模养殖。

Asparagopsis taxiformis是一种亚热带物种,原产于澳大利亚和夏威夷群岛等地,但在更远的北部地区也有发现,包括下加利福尼亚州、墨西哥和加利福尼亚南部的不同地点,包括圣地亚哥和卡塔琳娜岛。

加州大学戴维斯分校(UC Davis)研究所用的干海藻是从澳大利亚野生采集的,那里的海藻最为丰富。在未来,加州大学戴维斯分校的研究人员可能会在她的研究中使用史密斯种植的海藻样本,但她确实注意到,一个实验室的产量是有限的。

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加州大学戴维斯分校的农业科学家发现,在牛饲料中添加少量天冬酰胺海藻可以减少奶牛排放的甲烷超过50%。图像中Olha Rohulya/IStock

史密斯说:“我个人不认为我会种植所有能养活所有奶牛的海藻,但我肯定会为技术发展、方法和找到最有效和可持续的方式做出贡献。”。

在不久的将来,史密斯计划收集不同的种群海门冬属这样她就可以让不同的基因菌株在实验室里生长。她还参与了另一项海藻合作研究,在这项研究中,科学家将对12种不同类型的海藻进行基因组测序,其中一种是海门冬属.

她的长期目标是了解从实验室培育海藻到在大型容器中培育海藻的最有效和最负碳的方法,甚至可能是在开阔的海洋中培育海藻,她认为这是一个更遥远的冒险。但就目前而言,史密斯表示,陆上种植是可行之路。

史密斯目前的工作海门冬属《修行》是一部由一名女性参与的节目,但她计划很快扩大她的研究团队。她被推动从事可能对环境产生持久影响的研究的可能性所驱动。不像公司2.甲烷在大气中滞留了数百至数千年,其相对较短的寿命约为10年,这意味着今天发生的变化可能会在不久的将来产生影响。

史密斯说:“有可能控制奶牛打嗝产生的甲烷排放的机会从未真正摆上桌面。”。“但有了这种不同寻常的合作——一位海洋生物学家与畜牧业和畜牧科学家合作,我们可能会对温室气体排放产生影响。这是三个完全不同的科学领域的疯狂结合,我真的很高兴能参与其中。”