소식

Jul 27, 2023

기후 변화의 표적이 되는 반추동물 메탄생성물질

강력하지만 수명이 짧은 메탄의 대기 농도 감소

강력하지만 수명이 짧은 온실가스인 메탄의 대기 농도를 줄이는 것은 지구 온도 상승을 늦추는 데 매우 중요합니다. 세계에서 가장 많은 반추동물인 젖소와 육우는 매년 약 100테라그램(Tg)의 메탄(CH4)을 배출합니다. 전 세계적으로 장내 메탄 배출량은 석유 및 가스 산업의 배출량과 맞먹습니다.

반추 동물의 CH4 배출을 낮추기 위한 노력으로 메탄 생성의 마지막 단계를 특별히 방해하는 사료 첨가제인 3-니트로옥시프로판올(3-NOP)이 확인되었습니다. 효소 특이적 작용 방식을 갖춘 제품을 얻는 것은 반추위에서 메탄 생성을 줄이고 이것이 동물 건강 및 생산성에 미치는 영향을 이해하기 위해 백신 및 기타 사료 첨가제 개발과 함께 지난 75년 동안의 많은 노력 중 하나일 뿐입니다. 현재 상용 제품인 3-NOP의 개발은 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 완화하기 위해 미생물학적 지식을 적용한 사례입니다. 네덜란드 회사 DSM이 생산한 이 화합물은 특허를 받았으며 브라질, 칠레 및 유럽 연합에서 젖소에 사용하도록 승인되었습니다.

메탄은 반추위 미생물 바이오매스의 작은 부분(최대 4%)을 차지하는 고세균에 의해 생성됩니다. 소의 4개 위 구획 중 가장 큰 반추위는 동물 체질량의 12~15%를 차지하며 다양한 박테리아, 원생생물 및 곰팡이로 구성된 혐기성 공동체가 있습니다. 이 미생물은 동물이 소화할 수 없는 리그노셀룰로오스 섬유소를 분해하고 발효시킵니다.

주요 미생물 발효 산물은 동물에 의해 흡수되는 단쇄지방산과 메탄생성물질에 의해 CH4 폐가스로 전환되는 CO2 및 H2로 구성됩니다. 소화되지 않은 일부 물질은 구강이나 입으로 역류되어 되새김질이 되고 다시 삼키게 됩니다. 소화되지 않은 다른 물질은 복부로 들어가며, 이곳에서 하부 장관으로 들어가기 전에 포유류의 소화 과정이 이어집니다.

일반적인 젖소는 연간 약 160kg의 CH4를 배출합니다. 반추동물로부터 소량의 CH4(10-15%)가 장관에서 생성되어 뒷부분으로 배출됩니다. CH4의 대부분(> 80%)은 분출 또는 트림 중에 입에서 나옵니다. 반추위 내에서 생성되는 메탄의 양은 사료 소화율, 발효된 탄수화물의 총량, 형성된 지방산의 비율 및 H2 농도를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

대부분의 반추위 메탄 생성 물질은 수소 영양 대사를 합니다. 즉, 반추위의 H2 농도를 줄이는 효율적인 방법인 CO2를 CH4로 줄이기 위해 H2의 전자를 사용한다는 의미입니다. 32개 반추동물 종의 반추위 미생물군집에 대한 글로벌 연구에서 고세균의 74%는 Methanobrevibacter gottschalkii와 Methanobacterium ruminatium을 대표하는 단 2개의 수소영양 계통군에 속했습니다. 아세테이트 또는 메틸 그룹 화합물로부터 CH4를 생산하는 다른 두 가지 알려진 메탄생성 그룹은 H2가 풍부한 반추위 서식지에서 훨씬 덜 풍부합니다.

메탄생성은 발효 반응을 앞당겨 동물의 지속적인 지방산 생산을 돕기 때문에 공생 과정으로 간주될 수 있습니다. 그러나 이는 우유와 육류 생산에 있어 에너지 손실을 의미하기도 합니다. 메탄 분출로 인해 손실되는 총 에너지 섭취량의 비율은 2~12%로 추산되며, 사료가 풍부한 식단과 관련하여 더 큰 손실이 발생합니다. 수십 년 동안 사료 개선을 통해 반추동물 메탄을 낮추는 연구의 목표는 사료 효율 개선이었습니다. 온실가스 완화는 1992년 최초의 IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 패널) 보고서를 통해 가축 메탄 감소를 위한 더 강력한 원동력이 되었습니다. IPCC 보고서는 대기 중 CH4 농도가 이전 100년 대비 750~1,800ppb에서 750~1,800ppb로 증가했다고 설명했습니다. 연령. 이는 전 세계 인구 증가와 동물성 단백질에 대한 수요가 가축 생산 증가를 촉진할 것이라는 점을 인식했으며, 1995년에는 13억 마리의 소가 전 세계 메탄 배출량의 12%를 차지하는 것으로 추산되었습니다.