知否|牛羊打嗝放屁排出太多溫室氣體 科學家要用疫苗治治

（原標題：The vaccine that could save the climate）

作者 | 樂邦

出品 | 本站科技《知否》欄目組（公衆號：tech_163）

全球溫室氣體排放的很大一部分來自牲畜排放的甲烷。利用疫苗處理它們腸道中的微生物能幫助拯救地球氣候變化嗎？

在新西蘭農業科學研究所AgResearch附近，靜靜吃草的牛看起來和其他的牛沒什麼兩樣。但是，其中一些牛和你在其他農場看到的確實不一樣，它們的胃裡正在進行一項可能改變地球的實驗。

科學家給它們注射了一種疫苗，以對抗某些腸道微生物。這些微生物在動物消化食物時產生甲烷，而甲烷是溫室氣體之一，其吸熱能力大約是二氧化碳的25倍。

AgResearch的目標是，開發這種疫苗以及其他抗甲烷的方法，讓我們能夠繼續食用牛肉和乳製品的同時，減輕畜牧業對環境的影響。

牛和其他牲畜的溫室氣體排放量占人爲溫室氣體排放量的七分之一，交通運輸約佔五分之一。

一項數據顯示，牲畜佔來自人類活動的溫室氣體排放總量的14%。除了二氧化碳，農業生產還會大量產生另外兩種氣體：一氧化二氮（來自向土壤施加的化肥和廢料）和甲烷。甲烷主要由反芻動物(主要是綿羊和牛)通過打嗝排出，佔農業排放總量的三分之一以上。反芻動物平均每天產生250-500升甲烷。在全球範圍內，牲畜每年通過打嗝以及放屁（佔少量）向大氣中排放相當於31億噸二氧化碳的甲烷。

但是，AgResearch的科學家們希望能夠減輕畜牧業對全球變暖的影響。

他們嘗試的方法是基於AgResearch微生物學家西尼德·萊希的研究工作。反芻動物所產生的甲烷來自生活在瘤胃的大量微生物中的3%左右。這些微生物屬於一個叫做古細菌的古老類羣，它們能夠生活在沒有氧氣的環境中。

通過一個被稱爲腸內發酵的過程，這些微生物分解和發酵動物食用的植物材料，由此產生甲烷。爲了釋放產生這種氣體時所積聚的壓力，動物會通過打嗝將其排出。

然而，爲了清除問題細菌，萊希和她的同事們必須要設法在他們的實驗室裡複製瘤胃的無氧環境。利用DNA技術，他們能夠對一些關鍵微生物物種的基因組進行測序。

一頭牛伸出舌頭。在牛的瘤胃中產生的甲烷主要是通過打嗝釋放的，但也有大約5%的甲烷是通過放屁排出。

“瞭解這些微生物的特性是關鍵所在。” 萊希說道，“通過我們的研究，我們能夠看到(微生物中)不同類型的基因序列，並鑑別出所有種類的產甲烷菌共有的靶標。然後，這些成爲了疫苗研發的首要靶標。”

這項工作讓AgResearch的團隊能夠系統地設計同時針對幾種微生物的疫苗。

AgResearch甲烷減排項目首席研究員彼得·詹森表示：“我們試圖瞄準的古細菌大約有12到15種。”詹森在綿羊和牛的瘤胃中鑑定出多種可產生甲烷的微生物。注射疫苗的目的是刺激動物唾液中抗古細菌抗體的分泌，當動物吞嚥時，這些抗體會被帶入瘤胃。

到目前爲止，只有一小部分牛和羊在AgResearch團隊的試驗中接種了疫苗。但是，研究小組在唾液和瘤胃中都檢測到了良好的抗體水平，而且從糞便中也發現了抗體。在證明接種疫苗的動物確實能產生抗體以後，他們現在正試圖證明這確實能抑制甲烷的形成。

爲了測試這一點，動物們必須要在呼吸室裡呆上一段時間——一個大的透明密室，除了新鮮空氣的流通以外，它是密封的。研究人員會對離開呼吸室的不新鮮空氣的甲烷含量取樣。

在呼吸室裡的牛。如果不把牛放在專門的房間裡測量它們排放的氣體，精確測量一頭牛產生的甲烷量可能會很困難。

研究人員還試圖在實驗室之外進行測量，以便更好地複製牲畜的實際生活環境。一種方法是使用經過改良的飼料槽，動物必須把頭伸進去吃東西。詹森說道，“當它們的鼻子在飼料槽裡的時候，裡面的一個小裝置可以對它們的呼吸取樣。”更巧妙的是一個可以綁在動物背上的裝置。“它有一個小塑料管，正好在動物的鼻子上方。當動物呼氣時，這個裝置就會從它的呼吸中吸取樣本。”

這兩種技術在精確性上都無法與呼吸室相比，但它們都能很好地幫助瞭解大量動物的情況。但是，目前還沒有確鑿的證據可證明接種疫苗能夠減少奶牛排出的甲烷量。

在以前的研究中，詹森和他的同事們的確瞭解到，使用抑制產甲烷菌的藥物可減少甲烷產量。但是詹森和萊希並不是第一個嘗試製造針對產甲烷菌（指代任何製造甲烷的微生物）的疫苗的人。上世紀90年代，一些澳大利亞科學家曾嘗試過，但沒有成功。AgResearch團隊相信，他們的方法在遺傳學的指導下將會產生更好的結果。

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