メタンは気候変動への寄与度が二番目に大きい温室効果ガスであり、人間の活動によって生じるメタン排出の大部分は家畜に由来します。
研究によると、牛に海藻のサプリメントを与えることで、メタン排出量の削減に役立つことが示されています。
ただし、海藻を家畜用の飼料添加物として商業化するには多くの段階を要し、規制当局による承認も必要となります。
メタンは寿命は短いものの強力な温室効果ガスであり、気候変動への寄与度は二酸化炭素に次いで二番目に大きくです。また、人為的なメタン排出の大部分は家畜に由来しています。
農業由来のメタンの約70%は、腸内発酵によるものです。これは、牛やその他の放牧動物が植物を分解する際に、胃の中で起こる化学反応です。動物は、このメタンの大部分をげっぷとして排出し、残りはおならとして排出します。
世界には約10億頭の牛がいます。そのため、腸内発酵によるメタンを削減することは、全体のメタン排出を減らす有効な方法です。しかし、そのための選択肢の多くは、例えば牛の飼料を消化の良い飼料に変えたり、脂肪分を加えたりすることですが、費用対効果が高くありません。2015年の研究では、牛の通常の飼料に海藻を添加物として加えることで、メタンの生成を減らせる可能性があることが示唆されましたが、この研究は実験室で行われたものであり、生きた動物を対象としたものではありません。
私たちは持続可能な 農業を研究しており、特に家畜に焦点を当てています。最近発表した研究では、紅藻（Asparagopsis）を飼料サプリメントとして使用することで、肉の品質に影響を与えることなく、メタン排出量と飼料コストの両方を削減できることを示しました。これらの知見を拡大し商業化できれば、牛の生産を、経済的にも環境的にも、より持続可能な産業へと転換できる可能性があります。
植物を消化する機械
牛、羊、山羊などの反芻動物は、人間や、豚や鶏などの単胃動物には消化できない植物素材を消化することができます。この独特な能力は、反芻動物の四つの胃、特に様々な微生物を含み、飼料を発酵させて栄養素へと分解する第一胃（ルーメン）に由来します。
この過程では、牛の体が取り込まない副産物も生成されます。例えば二酸化炭素や水素です。メタン生成菌と呼ばれるメタン産生微生物は、これらの化合物を利用してメタンを生成し、そのメタンは牛の体外に排出されます。
私たちは2019年の研究で、この問題を初めて分析しました。これは、実験室ではなく牛を対象に行われた初めての研究でした。その研究では、乳牛の飼料に1日あたり約10オンス（約280グラム）の海藻を補給することで、メタン排出量を最大67%削減できることを示しました。しかし、この比較的多量の海藻を摂取した牛は飼料の摂取量が減少しました。これにより乳生産量も低下しており、これは酪農家にとって明らかな欠点です。
今回の新たな研究は、牛に海藻のサプリメントを与えるかどうかを検討している農家にとって重要となるいくつかの問いに答えることを目的としました。具体的には、海藻を最長3年間保存した場合に品質が安定しているかどうか、牛の胃の中でメタンを生成する微生物が海藻に適応し、その効果を無効にしてしまうかどうか、さらに牛が食べる飼料の種類によって、メタン排出削減効果が変わるかどうかを調べました。また、2019年の研究よりも少量の海藻を使用しました。
より少ない飼料でより良い成長
この研究では、21頭の肉牛の飼料に、21週間にわたり、1頭あたり1日1.5～3オンスの海藻を加えました。牛の飼料に新しい原料を加える場合と同様に、動物が海藻の味に慣れるまでには時間がかかりましたが、数週間以内に慣れました。
予想どおり、去勢牛はメタンの生成が減少する一方で、水素を大幅に多く排出しました。その量は最大750%増加し、その大部分は口から排出されたものでした。水素は環境への影響が最小限です。海藻のサプリメントは、動物の二酸化炭素排出量には影響を与えませんでした。
また、3年間冷凍保存された海藻も効果を維持していること、そして牛の消化器官内の微生物が、その効果を打ち消す形で海藻に適応することはなかったことも分かりました。
実験期間中、各動物には3種類の異なる飼料を与えました。これらの飼料には、アルファルファやコムギの乾草など、粗飼料と呼ばれる乾燥草が様々な量で含まれていました。牛は、生の草、穀物、糖蜜、そしてアーモンドの殻や綿実などの副産物も摂取することがあります。
反芻胃でのメタン生成は、牛の飼料中の粗飼料の割合が増えるにつれて増加するため、粗飼料の割合が海藻によるメタン全体の生成抑制効果にも影響するかどうかを調べたいと考えました。粗飼料の多い飼料を与えられた牛のメタン排出量は、摂取した海藻の量によって33%から52%減少しました。粗飼料の少ない飼料を与えられた牛の排出量は、70%から80%減少しました。この違いは、低繊維飼料を与えられた牛の腸内でメタン生成に関与する酵素のレベルが低いことを反映している可能性があります。低繊維飼料を与えられた牛。
本研究で最も重要な知見の一つは、去勢牛が、通常の飼料を与えられた牛と比べて、最大20%効率的に飼料を体重へと変換したことです。飼料の購入量が減るため、この効果は農家の生産コストを削減できる可能性があります。例えば、肉牛1,000頭を肥育する生産者、つまり筋肉を成長させるために高エネルギーの飼料を与える生産者は、牛が摂取した海藻の量に応じて、飼料コストを40,320米ドルから87,320米ドル削減できると試算しています。
牛に海藻のサプリメントを与えることで、なぜ飼料の体重増加への転換効率が高まったのか、確かなことは分かっていません。しかし、先行研究では、一部の反芻胃微生物が、メタン生成に回されなくなった水素を利用して、エネルギー密度の高い栄養素を生成し、牛はそれを成長に活用できる可能性が示唆されています。
消費者パネルが本研究の牛から採取した肉を試食したところ、海藻を食べた牛の肉と、食べていない牛の肉との間に、柔らかさ、ジューシーさ、風味の違いは確認されませんでした。
海藻を家畜用の飼料添加物として商業化するには、多くの段階を要します。まず、科学者は、海や陸上の水槽で海藻を大規模に生産するための養殖技術を開発する必要があります。さらに、米国食品医薬品局（FDA）が、商業用の牛に海藻を飼料サプリメントとして使用することを承認しなければなりません。
農家や牧場経営者は、牛の排出量を削減することで収入を得られる可能性もあります。気候科学者は、牛からのメタン排出削減量を定量化、監視、検証するための指針を示す必要があります。こうした規則により、牛を飼育する農家は、世界中の炭素オフセットプログラムからクレジットを得られるようになる可能性があります。
