Landbouw- en mariene wetenschappers van de Universiteit van Californië hebben hun krachten gebundeld om een ​​van de grootste bronnen van methaanemissies in Californië te bestrijden:koeienboeren.

Wetenschappers hebben ontdekt dat een bepaalde soort roodwier zeewier, Asparagopsis taxiformis, produceert een verbinding die de runderproductie van methaan zou kunnen stoppen, een krachtig broeikasgas dat 30 keer krachtiger is dan CO2. Dit is belangrijk omdat meer dan de helft van alle methaanemissies in Californië afkomstig is van vee, voornamelijk van de 1,8 miljoen melkkoeien van de staat die boeren, uitademen, scheten en mest produceren. Van deze veegerelateerde emissies boeren pakken de meeste punch, goed voor ongeveer 95% van het methaan dat vrijkomt in het milieu.

Toen Scripps Institution of Oceanography aan de mariene ecoloog Jennifer Smith van UC San Diego las over een recent onderzoek van UC Davis met Asparagopsis, ze was geïntrigeerd. Met een achtergrond in mariene botanie, met name fycologie - de studie van zeewier en algen - Smith is zeer bekend met asparagopsis. In feite, ze herinnerde zich dat ze enkele van de rode algen lukraak zag groeien in een tank in Scripps' Experimental Aquarium, een onderzoeksfaciliteit die wordt gevoed door zeewater dat wordt ingepompt vanaf het einde van de Scripps-pier.

Lopend onderzoek onder leiding van landbouwwetenschappers van UC Davis heeft aangetoond dat het toevoegen van slechts een kleine hoeveelheid Asparagopsis-zeewier aan veevoer de methaanemissies van melkkoeien met meer dan 50 procent drastisch kan verminderen. Deze voorlopige resultaten zijn veelbelovend, maar er is nog steeds heel weinig bekend over de vraag of het mogelijk is om voldoende zeewier te kweken om aan de potentiële eisen van de veehouderij te voldoen.

Op zoek naar een kans voor samenwerking, in het najaar van 2018, Smith stak zijn hand uit naar Ermias Kebreab, een professor in dierwetenschappen aan UC Davis en leider van de zeewierstudie. Smith was geïnteresseerd in het proberen om asparagopsis in het laboratorium te kweken - iets wat nog nooit eerder is gedaan - en om de teelt van deze rode algen op grotere schaal te onderzoeken. Kebreab antwoordde bijna onmiddellijk, en al snel merkte Smith dat ze begon aan een zeewier-passieproject boordevol potentieel.

"Ik ben erg enthousiast over alle onderzoeksmogelijkheden die voor ons liggen om de complexiteit van dit prachtige rode zeewier in wezen te begrijpen en om te proberen te begrijpen hoe we het kunnen gebruiken om de methaanproductie bij runderen te verminderen, " zei Smit, universitair hoofddocent bij het Center for Marine Biodiversity and Conservation in Scripps.

Smith staat bekend om haar onderzoek naar koraalriffen, in het bijzonder haar werk met het 100 Island Challenge-project dat tot doel heeft koraalrifgegevens van eilanden over de hele wereld in kaart te brengen en te verzamelen. Maar ze heeft ook ervaring met zeewierteelt door haar werk bij California Seaweed Company, een startup die ze samen met oud-student Brant Chlebowski leidt die culinaire zeewieren van topkwaliteit duurzaam wil telen.

Ze is zich terdege bewust van de uitdagingen die ze zal tegenkomen bij haar nieuwste onderneming.

"Asparagopsis is een gecompliceerd zeewier en er is weinig bekend over zijn biologie, dus dat biedt veel kansen vanuit een wetenschappelijk perspectief, en het is niet iets dat we morgen kunnen opschalen, " zei Smith. "We hebben veel werk te doen om meer te leren over zijn biologie, fysiologie en ecologie voordat we een model voor schaalteelt kunnen ontwikkelen."

Een 2030-doel halen

De UC Davis-studie werd gevraagd, gedeeltelijk, door de goedkeuring van een recente wet in Californië die melkveehouders en andere producenten verplicht om de methaanemissies tegen 2030 met 40 procent te verminderen. Bedrijven en boeren zoeken naar betaalbare en effectieve methoden om de methaanemissies te beteugelen, er is toegenomen belangstelling voor een mogelijke oplossing voor zeewier.

"We hebben Jen gevraagd om met ons mee te doen omdat we een mariene bioloog nodig hadden om te werken aan de beste manier om het zeewier te kweken en de productie op te schalen. " zei Kebreab, Sesnon bijzonder leerstoel in de afdeling Dierwetenschappen aan UC Davis. "Zodra we het potentieel ervan laten zien, we verwachten een grote vraag, dus we moeten eraan gaan werken om aan die vraag te voldoen - en Jen zou cruciaal zijn voor het succes van deze technologie."

Kort na haar eerste gesprek met Kebreab, Smith ging terug naar het Experimental Aquarium op zoek naar het "roze scuzzy" zeewier dat ze daar twee jaar eerder had gezien. Tot haar vreugde, het was nog in het aquarium, sterk groeien. De afgelopen maanden, ze heeft deze eerste monsters gebruikt om het zeewier te kweken, vergelijkbaar met de manier waarop vetplanten kunnen worden vermeerderd met een enkele knipbeurt.

De asparagopsis-monsters die nu in het Smith Lab zijn ondergebracht, worden gepresenteerd in een oogverblindende reeks borrelende kolven gevuld met wat lijkt op kleine roze pom poms die wild rondbewegen. Deze kleine roze balletjes zijn eigenlijk algen in de groeifase van de sporofyten; slechts een van de drie fasen in de levenscyclus van deze alg. Smith is vooral geïnteresseerd in het werken aan het zeewier in deze kleinere fase, omdat ze sommige monsters in minder dan een week in omvang heeft zien verdubbelen.

Direct, ze probeert de 'sweet spot' te vinden waar het zeewier het snelst groeit, terwijl het ook de concentratie van bromoform verhoogt - de verbinding die verantwoordelijk is voor interferentie met de enzymen die methaan maken in de darm van een koe.

Smith heeft ook verschillende experimenten uitgevoerd om te begrijpen hoe de chemische samenstelling en groeisnelheid van het zeewier veranderen onder verschillende laboratoriumomstandigheden, waaronder temperatuur en licht, nutriëntenconcentratie, en CO2-concentratie.

Om schone culturen te garanderen, ze gebruikt geen stroming door zeewater, aangezien dit het potentieel heeft om "lifters, " potentieel schadelijke mariene beestjes of verontreinigingen die de monsters zouden kunnen vervuilen.

Smith merkt op dat niemand ooit de levenscyclus van Asparagopsis in gevangenschap heeft voltooid, en er is nog veel werk aan de winkel om te kijken of het kweken van deze rode algen op grotere schaal mogelijk is.

Hoe zeewier massaal te kweken?

Asparagopsis taxiformis is een subtropische soort die inheems is in onder meer Australië en de Hawaiiaanse eilanden, maar het wordt ook gevonden in gebieden verder naar het noorden, waaronder Baja California, Mexico en verschillende locaties bij Zuid-Californië, waaronder San Diego en Catalina Island.

Het gedroogde zeewier dat voor de UC Davis-studie is gebruikt, is in het wild geoogst uit Australië, waar het het meest voorkomt. Het is mogelijk dat in de toekomst onderzoekers van UC Davis zouden in haar studies zeewiermonsters kunnen gebruiken die door Smith zijn gekweekt, maar ze merkt wel op dat er een limiet is aan wat één laboratorium kan produceren.

"Ik denk niet dat ik persoonlijk al het zeewier zal kweken dat alle koeien zal voeden, maar ik zou zeker willen bijdragen aan de technologische ontwikkeling, de benaderingen en het vinden van de meest efficiënte en duurzame manier om dit te doen, " zei Smit.

In de nabije toekomst, Smith is van plan verschillende populaties Asparagopsis uit andere plaatsen buiten Californië te verzamelen, zodat ze verschillende genetische stammen in het laboratorium kan laten groeien. Ze is ook betrokken bij een ander gezamenlijk zeewieronderzoek waarin wetenschappers het genoom van 12 verschillende soorten zeewier zullen sequensen, een van hen is Asparagopsis.

Haar langetermijndoel is om de meest efficiënte en koolstofnegatieve manier te begrijpen om van het kweken van zeewier in het laboratorium naar het buiten kweken in grote tanks te gaan, of mogelijk zelfs in de open oceaan, een onderneming die volgens haar veel verder op de weg is. Maar voor nu, Smith zegt dat werken aan landgebonden teelt de beste keuze is.

Smith's huidige werk over de teelt van asparagopsis is een show voor één vrouw, maar ze is van plan haar onderzoeksteam binnenkort uit te breiden. Ze wordt gedreven door de mogelijkheid om bij te dragen aan onderzoek dat een blijvende impact op het milieu kan hebben. In tegenstelling tot CO2, die honderden tot duizenden jaren in de atmosfeer blijft hangen, methaan heeft een relatief korte levensduur van ongeveer 10 jaar, wat betekent dat wijzigingen die vandaag worden aangebracht, in de nabije toekomst gevolgen kunnen hebben.

"De mogelijkheid om de methaanemissies van koeienboeren mogelijk te beheersen, was nooit echt op tafel geweest, " zei Smith. "Maar met deze ongebruikelijke samenwerking - een mariene bioloog die samenwerkt met de vee-industrie en vee-wetenschappers - kunnen we invloed hebben op de uitstoot van broeikasgassen. Het is een waanzinnig huwelijk van drie totaal verschillende wetenschapsgebieden en ik ben gewoon heel enthousiast om daar deel van uit te maken."