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붉은 해조류가 소의 메탄 배출량을 줄이는 메카니즘
크레딧: Unsplash/CC0 퍼블릭 도메인
메탄은 이산화탄소 다음으로 기후 온난화에 두 번째로 큰 영향을 미치기 때문에 과학자들은 가장 큰 원인 중 하나인 가축의 메탄 배출을 해결하는 데 많은 관심을 기울였습니다. 즉, 소의 트림은 지구에 좋지 않습니다.
펜실베이니아 대학교 수의과대학의 디프티 피타(Dipti Pitta)는 농부들이 단백질, 불포화 지방 및 즉각적인 에너지를 제공하는 기타 건강 증진 성분의 공급원으로 소의 사료에 다양한 해초를 추가한다고 말하며, 2016년 호주에서 발표된 연구에서는 양에게 Asparagopsis taxiformis(AT)라는 붉은 해조류 종을 먹이면 메탄 배출량이 80% 감소하는 것으로 나타났습니다.
그러나 이 해초의 영향은 매우 다양하기 때문에 Pitta의 농업 시스템 및 미생물 유전체학 연구소(ASMG 연구소)와 펜실베니아 주립 대학의 연구원들은 이 해초가 소의 위 구획인 반추위의 미생물군집을 어떻게 변화시키는지에 대한 평가를 수행했습니다. 연구 결과는 학술지 '엠바이오(mBio)'에 게재되었습니다.
연구진은 20마리의 암소를 무작위로 고용량의 AT, 이 붉은 해초의 낮은 복용량, 오레가노, 및 대조군 등 4가지 처리법으로 나눴습니다. 연구진은 28일 동안 4차례에 걸쳐 동물들을 번갈아 가며 처리했습니다.
연구팀은 다량의 해조류가 처음 두 기간 동안 메탄 배출을 55% 억제했다는 것을 발견했지만, 그 효과는 오래가지 않는 것으로 보입니다. 3번째와 4번째 기간에 이르러 점차 감소했습니다.
피타 박사는 이번 연구가 반추위에서 메탄이 어떻게 형성되는지, 다양한 완화 전략에 따라 메탄 경로가 어떻게 변경되는지를 조사한 최초의 연구 중 하나라고 말하며, 메탄 감소를 다룰 때 마이크로바이옴의 건강과 동물의 생산성을 보존하는 것이 중요하다고 지적했습니다. 과거 연구에서는 AT가 미생물 개체군에 미치는 영향과 그들의 기능적 경로를 이러한 수준으로 자세히 조사하지 않았습니다.
연구원들은 처음 두 28일 동안 다량의 해초로 인해 반추위에서 수소를 사용하여 메탄올을 메탄으로 환원시키는 미생물인 Methanosphaera가 거의 완전히 제거되었음을 발견했습니다. Pitta는 해조류 처리가 메탄을 생성하는 다른 미생물에 동일한 영향을 미치지 않았기 때문에 이것이 중요하다고 말하며, 연구자들은 Methanosphaera가 이전에 생각했던 것보다 메탄 형성에 더 큰 역할을 한다고 믿게 되었습니다.
그러나 이 연구는 메타노스파에라(Methanosphaera)의 개체수가 후기에 급증한 것은 반추위에서 메탄의 형성을 억제하는 해조류의 물질인 브로모포름(bromoform)을 비활성화할 수 없었기 때문이라고 설명했습니다.
이 연구는 또한 에너지 대사의 부산물로 메탄을 생성하는 과정인 메탄생성에 관여하는 효소의 활성을 탐구했습니다. ASMG 실험실의 선임 연구 조사자인 제1저자 Nagaraju Indugu는 소에게 AT를 투여했을 때 이 경로에 관여하는 효소가 대조군에 비해 감소했다고 말합니다.
저자들은 또한 미생물군의 박테리아에 대한 AT의 간접적인 영향을 기대했지만 예상하지 못한 직접적인 효과도 발견했다고 지적합니다. 특히, 젖소의 에너지원 역할을 하는 단쇄 지방산인 부티레이트를 생성하는 박테리아 유형은 대조군에 비해 해조류 처리 동물에서 유의하게 증가했습니다.
"해조류의 영양 성분이 무엇인지, 해조류의 항균 효과가 무엇인지 이해하는 것이 매우 중요하며, 이를 통해 다양한 농도의 해조류가 동물 식단에 전반적으로 포함되는 영향을 더 잘 이해할 수 있습니다."라고 Pitta는 말합니다.
인두구 교수는 ASMG 연구소의 과거 연구가 현재의 연구로 이어졌다고 말합니다. 연구원들은 이전에 유기 화합물 3-니트로옥시프로판올이 메탄 배출량을 26% 감소시켰다고 보고했으며, 후속 연구에서는 메탄 배출량이 적은 젖소의 미생물 특성을 확인했습니다.
Pitta는 앞으로 실험실이 메탄 배출량이 높은 사람 또는 메탄 사람이 적은 것으로 확인된 젖소의 식단에서 해초를 테스트하는 것과 같은 다양한 전략을 결합하는 작업을 하고 있다고 말합니다.
"이를 해조류와 결합하면 한 가지 전략을 단독으로 수행할 때보다 훨씬 더 큰 규모로 메탄을 효과적으로 줄일 수 있는 기회를 얻을 수 있습니다."
Pitta는 연구원들이 또한 methanogenesis를 억제하는 데 필요한 농도에 대한 더 많은 특이성을 제공할 수 있는 methanogenic 양식에서 다양한 용량의 해조류 품종을 조사하고 있다고 덧붙였습니다.
이상의 기사는 2024년 7월 22일 Phys.org에 게재된 “Understanding how a red seaweed reduces methane emissions from cows”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Understanding how a red seaweed reduces methane emissions from cows (phys.org)
* 추가정보 출처 : Microbiome-informed study of the mechanistic basis of methane inhibition by Asparagopsis taxiformis in dairy cattle | mBio (asm.org)