(Hur) producerar kor metan?
Kortfattat så bidrar koldioxiden i vår utandningsluft inte till förhöjda halter i atmosfären eftersom vi inte skapar koldioxid ur intet, utan den koldioxid vi andas ut har först tagits upp på andra sätt ur samma stora system som den sedan återförs till när vi andas ut den.
Nyligen stötte jag på en figur som hävdade att kor av samma anledning inte kan bidra till en ökning av metan i atmosfären. Han menade alltså att den metangas som kor rapar ut i atmosfären bara är sådan som de själva först har tagit upp ur samma system och att det därför inte kan generera någon nettoökning. Han var inte någon alldeles vilsen "klimatförnekare" men menade att just detta om kor som en källa till metan i atmosfären var ett ovetenskapligt påhitt av journalister och aktivister.
Givet att det finns hur mycket forskning som helst king kors klimatpåverkan genom metanutsläpp1 så verkar det sistnämnda snabbt motbevisat och jag antar av samma anledning att hans föregående resonemang/liknelse inte stämmer. Men finns det någon här som kan ge en kort sammanfattning av hur det faktiskt funkar? Den här delen av biologin är inte mitt område och kemi kan jag i stort sett inget alls om, så min amatörgissning kan bara bli att metan på något vis bildas under idisslingen. När jag har kollat runt på nätet så hittar jag dock bara källor som säger att det sker, men inte hur det sker.
Så mina frågor är: Visst bidrar kor till en nettoökning av metan i atmosfären, och vad är i så fall den biologiska/kemiska processen genom vilken kor bildar metan? (Behöver jag välja så tar jag har hellre en enklare snabbversion som jag förstår än en helt tekniskt korrekt förklaring som jag inte förstår.)
[1] Här under följer ett dussin citat som var bland de första jag hittade från forskningsartiklar på pubmed. Jag har inte medvetet valt ut just dessa för att de säger "rätt" saker, utan bokstavligt talat alla artiklar jag hittade som uttalade sig om detta sa något i stil med citaten nedan.
Visa spoiler
1.
"Methane (CH4) is a greenhouse gas (GHG) produced and released by eructation to the atmosphere in large volumes by ruminants. Enteric CH4 contributes significantly to global GHG emissions arising from animal agriculture."
Ku-Vera et al (2020). Review: Strategies for enteric methane mitigation in cattle fed tropical forages.
2.
"Methane gas from livestock production activities is a significant source of greenhouse gas (GHG) emissions which have been shown to influence climate change."
Min et al (2020). Dietary mitigation of enteric methane emissions from ruminants.
3.
"Enteric methane emissions (EME) of ruminants contribute to global climate change..."
Bittante & Bergamaschi (2019). Enteric Methane Emissions of Dairy Cows Predicted from Fatty Acid Profiles of Milk.
4.
"The world's cattle population is a contributor to atmospheric methane, a potent greenhouse gas /.../ Internationally considerable research effort has been made to develop breeding values focused on reducing methane emissions..."
Pryce & Haile-Mariam (2020). Genomic selection for reducing environmental impact and adapting to climate change.
5.
"... genomics tools are useful in increasing livestock production, which confronts such challenges as /.../ the need to reduce methane emissions from cattle and sheep."
McManus et al (2020). Genomics and climate change.
6.
"Cattle and other ruminants produce large quantities of methane (~110 million metric tonnes per annum), which is a potent greenhouse gas affecting global climate change."
Difford et al (2018). Host genetics and the rumen microbiome jointly associate with methane emissions in dairy cows.
7.
"Livestock contribute directly (i.e. as methane and nitrous oxide (N2O)) to about 9% of global anthropogenic greenhouse gas (GHG) emissions... If all parts of the livestock production lifecycle are included (fossil fuels used to produce mineral fertilizers used in feed production and N2O emissions from fertilizer use; methane release from the breakdown of fertilizers and from animal manure; land-use changes for feed production and for grazing; land degradation; fossil fuel use during feed and animal production; fossil fuel use in production and transport of processed and refrigerated animal products), livestock are estimated to account for 18% of global anthropogenic emissions..."
Gill, Smith & Wilkinson (2010). Mitigating climate change: the role of domestic livestock.
8.
"In conclusion, crossbreeding may be an option to improve performance and reduce the CH4 per ADG in tropical climate conditions, resulting in lower methane emission per kg of meat produced."
Maciel et al (2019). Could the breed composition improve performance and change the enteric methane emissions from beef cattle in a tropical intensive production system?
9.
"The greenhouse gases released from the dairy sector of New Zealand accounted for 18.2 Mt of carbon dioxide equivalent (CO2-eq) in 2016, mainly from methane generated by enteric fermentation in the rumen of milking cows and their replacement stock."
Zang et al (2019). Prediction of effects of dairy selection indexes on methane emissions.
10.
"Greenhouse gases originating from the dairy sector, including methane (CH4), contribute to global warming."
Breider, Wall & Garnsworthy (2019). Heritability of methane production and genetic correlations with milk yield and body weight in Holstein-Friesian dairy cows.
11.
"Total greenhouse gas emissions were calculated using a life cycle assessment methodology for the cradle-to-farm gate, covering all on- and off-farm contributing sources. /.../ The CO2 emissions from direct fuel and electricity use constituted <2% of total CO2eq emissions, whereas enteric methane was near 70% of the total."
Ledgard et al (2020). Temporal, spatial, and management variability in the carbon footprint of New Zealand milk.
12.
"The livestock sector alone contributes about 18% of global GHG emissions. Even though accounting for only 9% of global CO2 emissions, the livestock sector represents approximately 35% of global emissions of methane. /... / ...cows are the most significant emitters of nitrous oxide, like methane. It is thus expected that the most effective means of GHG mitigation from livestock and poultry can be developed by focusing on methane and nitrous oxide emissions from cows."
Chunhyun et al (2016). Comparison of emission estimates for non-CO2 greenhouse gases from livestock and poultry in Korea from 1990 to 2010.
Metanet bildas av mikroorganismer (metanogena arkéer), vilka hjälper idisslaren att bryta ner gräs och andra födoämnen. Just denna anaeroba (=syrefria) nedbrytningsprocessen sker väldigt bra i idisslarens tarmsystem, därav det symbiotiska förhållandet mellan arkéerna och djuret. Dessa mikroorganismer kan använda koloxid/koldioxid (och andra föreningar) som slutgiltig elektronmottagare under denna process, metanongenesen (där cellandningen i bl.a. oss använder syrgas istället i komplex IV).
Motsvarande metanproducerande process sker även i vårt tarmsystem (men från de näringsämnen vi äter, d.v.s. inte med gräs som startmaterial) och i andra organismer, men detta sker så gott som uteslutande i miljöer där syre saknas (därför används koloxid som elektronmottagare och inte syrgas). Det finns även rapporter om metanogena organismer som kan överleva i lite syre, men det är "nytt och hett", och inte generellt vedertaget som en förmåga hos metanogena organismer. Så teoretiskt sätt finns det liknande metanogen nedbrytning (d.v.s. nedbrytning som skapar metan) i andra biologiska nedbrytningsprocesser i naturen. Men att likställa metanproduktionen från idisslare, med att denna nedbrytning annars skulle ske ute i naturen låter svårt att underbygga. För finns det syrgas närvarande kommer andra saprofyterna att helt dominera och bryta ner gräs/växtmaterialet till koldioxid och vatten. Och vår boskapshållande, som är större numera, ökar denna anaeroba nedbrytning av gräs m.m., och ökar frisättningen av metangas.
Den stora kontroversen kring metan är väl annars att det är oklart hur länge det egentligen kan överleva i atmosfären. Metan är inte stabilt i en oxiderande, syrerik atmosfär utan bryts med tiden ner till koldioxid och vatten. Det är en stor skillnad mot t.ex. koldioxid som ju blir kvar i atmosfären om det inte tas upp av växter/alger, absorberas i havet eller liknande.
Under tiden som metan finns i atmosfären är det en mycket kraftigare växthusgas än koldioxid, så om korna har ätit växter som har bundit koldioxid och sedan släpper ut detta kol som metan är det mycket värre än om det hade släppts ut av dem som koldioxid (som ju då hade blivit ett nollsummespel).
Ut energisynpunkt känns det dåligt optimerat att släppa ifrån sig energirik metan. Vad håller kossorna på med egentligen?
Dr. G skrev:Ut energisynpunkt känns det dåligt optimerat att släppa ifrån sig energirik metan. Vad håller kossorna på med egentligen?
Det är lite märkligt att inte djur har utvecklat egen förmåga att bryta ner cellulosa, typ den vanligaste kolhydraten på denna planet. Möjligen blir vinsten större av att istället leva i symbios med metanogener och låta dessa göra jobbet istället.
Tack för svaren! Det låter som om processen ser ut ungefär som jag föreställde mig den, men det här gav en klart tydligare och mer detaljerad bild än jag lyckats forma på egen hand. :)
Teraeagle skrev:Dr. G skrev:Ut energisynpunkt känns det dåligt optimerat att släppa ifrån sig energirik metan. Vad håller kossorna på med egentligen?
Det är lite märkligt att inte djur har utvecklat egen förmåga att bryta ner cellulosa, typ den vanligaste kolhydraten på denna planet. Möjligen blir vinsten större av att istället leva i symbios med metanogener och låta dessa göra jobbet istället.
Kossorna utnyttjar att arkéerna bryter ner cellulosan åt dem, vilket ger mer än tillräckligt med energi för korna. Att sedan arkéerna bildar metan, när de själva utvinner energi ifrån den cellulosan de brutit ner, är något som korna helt klart kan tolerera. Så kossorna nöjer sig med att tugga och svälja :)
Och kostnaden för att utveckla motsvarande nedbrytningssystem, som en del av kons egen evolution, är enorm jämfört med att äta lite komocka i ung ålder och få i sig en hel uppsättning mikroorganismer som kan bryta ner gräset. Sedan behöver kons egna nedbrytning bara fokusera på att bryta ner dessa mikroorganismer, och ta upp all de näringsämnen de producerat (energi i form av volatila fettsyror, proteiner och allt annat användbart som mikroorganismerna består av). Dessa mikroorganismer har trots allt var och en spenderat miljoner år av utveckling på att tillsammans utveckla det mest effektiva systemet för att bryta ner gräs inuti korna.
Kul tråd!
Jag tycker Dr. G och Teraeagle lyfter en väldigt bra fråga. Varför tycks det vara så oerhört svårt att biologiskt utvinna energi genom att oxidera cellulosa? Finns det ingen organism som klarar det, utan är arkéernas metanproducerande nedbyrtning i syrefattig miljö det bästa evolutionen har att komma med?
mag1 skrev:
Kossorna utnyttjar att arkéerna bryter ner cellulosan åt dem, vilket ger mer än tillräckligt med energi för korna.
Stämmer verkligen detta? Min bild (baserad på väldigt sporadiska möten med kor och får) är att de behöver lägga en väldigt stor del av sin vakna tid på att äta och idissla för att få i sig tillräckligt mycket energi, och att svält är en ganska vanlig bidragande orsak när vilda klövdjur dör utan att ha hinna reproducera sig. Så visst borde det finnas ett stort tryck på att utveckla ett bättre system för att utvinna energi ur gräs?
Och kostnaden för att utveckla motsvarande nedbrytningssystem, som en del av kons egen evolution, är enorm jämfört med att äta lite komocka i ung ålder och få i sig en hel uppsättning mikroorganismer som kan bryta ner gräset
Vad menar du med "kostnad" här?
oggih skrev:Jag tycker Dr. G och Teraeagle lyfter en väldigt bra fråga. Varför tycks det vara så oerhört svårt att biologiskt utvinna energi genom att oxidera cellulosa? Finns det ingen organism som klarar det, utan är arkéernas metanproducerande nedbyrtning i syrefattig miljö det bästa evolutionen har att komma med?
Nej tvärt om den energiutvinningen sker hela tiden, det finns många saprofyter som fixar nedbrytningen av cellulosa, s.k. cellulolytiska mikroorganismer. Dessa lever väl av att tugga i sig växter i naturen och förbränna cellulosan till koldioxid, men aerobt då så klart. Det finns även saprofyter som istället bryter ned ligninet, och lämnar vita cellulosatrådar kvar s.k. "white rot fungi". De resulterande cellulosaresterna kan ses under döda träddelar i naturen. Dessa ser nästan ut som vita växtfiberlika trådar.
Kruxet är att vi inte riktigt lyckats skapa något effektivt system för att utvinna energin från cellulosa biotekniskt. Cellulosa som polymer är olöslig och stabil (uppskattningar på halveringstider på upp till 8 miljoner år för brytandet av beta-glykosidbindningen vid 25°C och neutralt pH), vilket blir ännu värre när cellulosafibrerna förekommer i komplexa strukturer tillsammans med hemicellulosa och lignin, såsom i växter.
mag1 skrev:
Kossorna utnyttjar att arkéerna bryter ner cellulosan åt dem, vilket ger mer än tillräckligt med energi för korna.
Stämmer verkligen detta? Min bild (baserad på väldigt sporadiska möten med kor och får) är att de behöver lägga en väldigt stor del av sin vakna tid på att äta och idissla för att få i sig tillräckligt mycket energi, och att svält är en ganska vanlig bidragande orsak när vilda klövdjur dör utan att ha hinna reproducera sig. Så visst borde det finnas ett stort tryck på att utveckla ett bättre system för att utvinna energi ur gräs?
Jämfört med det betydligt enklare och mindre effektiva matsmältningssystem som andra icke idisslande gräsätare har (t.ex. häst) så får korna ut betydligt mer energi ifrån samma mängd gräs. Men visst, det är relativt när energitillgången är begränsad. Evolutionen har haft en massa tid på sig att optimera detta system för idisslarna, så nuvarande borde väl anses vara det optimala?
Och kostnaden för att utveckla motsvarande nedbrytningssystem, som en del av kons egen evolution, är enorm jämfört med att äta lite komocka i ung ålder och få i sig en hel uppsättning mikroorganismer som kan bryta ner gräset
Vad menar du med "kostnad" här?
Den evolutionära kostnaden i form av att behöva prioritera att utveckla ett nytt system för nedbrytningen av cellulosa. Jämfört med att låta en uppsjö andra mikroorganismer sköta denna evolution parallellt och i konkurrens med varandra. Idisslarna kunde på så vis fokusera på ett betydligt enklare system (härbärgera fermenterande mikroorganismer, och sedan extrahera näringen ifrån dessa) - istället för att behöva utveckla ett helt eget cellulosanedbrytningssystem, vars funktioner/mikroorganismer torde ha utvecklats i basal form långt innan idisslarna.
oggih skrev:Min bild (baserad på väldigt sporadiska möten med kor och får) är att de behöver lägga en väldigt stor del av sin vakna tid på att äta och idissla för att få i sig tillräckligt mycket energi, och att svält är en ganska vanlig bidragande orsak när vilda klövdjur dör utan att ha hinna reproducera sig. Så visst borde det finnas ett stort tryck på att utveckla ett bättre system för att utvinna energi ur gräs?
Jag vet inte riktigt vad som skulle behövas i det här specifika fallet, men över lag är det ju väldigt svårt för evolutionen att byta ut ett system mot ett annat som fyller samma funktion. T.ex. så skulle en art svårligen kunna utveckla en ny typ av ögon även om den nya typen vore bättre (t.ex. så skulle spindlar kanske gynnas av att ha fluglika fasettögon), för om det finns ett selektivt tryck mot bättre syn så kommer det ju bara att förfina funktionen i de befintliga ögonen. För att utveckla en annan typ av ögon så skulle de befintliga först behöva försvinna så att evolutionen sedan kan börja om från scratch med en ny lösning.
Jag bara spekulerar förstås, men jag kan tänka mig att en grundläggande mekanism som den genom vilken en stor/komplex organism tar upp energi från sin omgivning är en sådan sak som är svår för det naturliga urvalet att byta ut när systemet väl är på plats. Men omöjligt är det förstås inte, för valar är ju inga idisslare trots att de är nära släkt med kor och har kvar en del likheter med kons matsmältningssystem.
