Wie entscheiden Landwirte, welche Kühe sie züchten und welche auf die Weide bringen?
In der Vergangenheit haben Landwirte Kühe mit genetischer Veranlagung für eine bessere Milchproduktion und -qualität ausgewählt. Mehr Milch bedeutet mehr Angebot und mehr Geld in der Tasche des Landwirts.
Doch aufgrund der weltweit steigenden Temperaturen werden Kühe, die der Hitze standhalten, immer begehrenswerter.
„Tiere mit hoher Milchproduktion sind tendenziell schlechter im Umgang mit Hitzestress“, sagt Breno Fragomeni, Assistenzprofessor für Tierwissenschaften an der Hochschule für Landwirtschaft, Gesundheit und natürliche Ressourcen. „Wir müssen damit beginnen, Tiere auch nach Hitzetoleranz auszuwählen, sonst wird die Selektion auf hohe Produktion nicht funktionieren“, sagt Fragomeni.
Fragomeni nutzt modernste Genomforschung, um herauszufinden, wie Milchkühe besser an Hitzestress angepasst werden können.
Wenn die Selektion auf Hitzetoleranz versäumt wird, kann dies zu einer geringeren Nahrungsmittelproduktion führen, was zu höheren Nahrungsmittelpreisen und Ernährungsunsicherheit führt. Darüber hinaus fühlen sich Kühe, die die Hitze von Natur aus besser ertragen können, wohler und sorgen so für ein besseres Tierwohl.
Um seine Forschung durchzuführen, sammeln Fragomeni und sein Team mehr als 20 Arten von Daten, darunter die Milchproduktion der Kühe, den Protein- und Fettertrag, die Zellzahl und wann und wie oft sich die Kühe fortpflanzen. Sie vergleichen diese Daten mit Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten.
Wenn Rinder gestresst sind, ist eine der ersten erkennbaren Auswirkungen ein Rückgang der Milchproduktion. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass beim Fressen und Verdauen viel Wärme im Körper der Kühe entsteht. Wenn Kühe also unter Hitzestress leiden, fressen sie weniger und produzieren daher weniger Milch.
Fragomeni hat herausgefunden, dass mit jedem Grad über 65 auf dem Temperatur-Luftfeuchtigkeits-Index (THI) die Milchproduktion im Kellogg Dairy Centre um 0,2 Pfund Milch pro Kuh sinkt. An einem extrem heißen Tag könnte dies zu einem Gesamtverlust von 500 Pfund Milch in der Anlage führen.
„Wenn man über Hitzestress spricht, stellt man sich normalerweise Tiere vor, die an der Hitze sterben“, sagt Fragomeni. „Aber in Milchviehbetrieben sind die Tiere leicht gestresst. Es ist nicht so, dass sie so leiden, dass sie es nicht mehr aushalten könnten. Sie geben immer noch Milch, es ist nur ein bisschen weniger.“
Dieser geschätzte Produktionsrückgang von 5 % im Sommer könnte bedeuten, dass das Jahr für die Milchbauern, die mit sehr geringen Gewinnspannen arbeiten, eher mit einem Verlust als mit einem Gewinn endet. Die Milchindustrie verliert durch Hitzestress jährlich schätzungsweise 1,2 Milliarden US-Dollar.
Wenn die Kühe in den Sommermonaten außerdem unter Hitzestress stehen, wollen sie nicht schwanger werden. Sie warten, bis die Temperaturen im Herbst sinken, um schwanger zu werden. Das bedeutet, dass Kälber in der Sommerhitze geboren werden. Zusätzlich zum Stress, der mit der Geburt und der maximalen Milchproduktion der Kälber einhergeht, kommt es bei den Kühen zu zunehmendem Hitzestress.
„Dann braucht die Kuh mehr Komfort, ist aber auch dann am stärksten von der hohen Milchproduktion gestresst und erholt sich von der Geburt“, sagt Fragomeni. „Es wird ein Kreislauf.“
Es gibt kein einzelnes Gen, das allein das Hitzestressproblem löst. Fragomeni untersucht das komplette Genom von Bullen, die Hunderte von Töchtern haben, und findet heraus, wessen Töchter besser für die Hitze geeignet sind.
„Hitzestresstoleranz ist ein sehr komplexes Merkmal. An uns sind Hunderte, wenn nicht Tausende von Genen beteiligt“, sagt Fragomeni. „Letztendlich wird es keinen großen Unterschied machen, sich für einen einzelnen oder mehrere Marker zu entscheiden.“
Mithilfe eines ausgefeilten statistischen Modells verknüpfen Fragomeni und sein Team die Milchproduktion mit der Temperatur und nutzen dabei eine nationale Datenbank zur Bullengenetik. Das Modell erstellt eine Schätzung darüber, wie viel Milch eine Kuh im Vergleich zum nationalen Durchschnitt basierend auf ihrem Vater voraussichtlich verlieren wird.
Ohne Genomik würde es etwa fünf Jahre dauern, bis Wissenschaftler feststellen könnten, ob ein Bulle genetisch gut für die Brunst geeignet ist.
„Wenn Sie keine Genomik verwenden, können wir erst dann sagen, ob der Bulle gut ist oder nicht, wenn wir so viele Töchter mit vollständigen Laktationsaufzeichnungen haben, und das dauert eine Weile“, sagt Fragomeni.
Die Weitergabe dieser Informationen an die Landwirte hilft ihnen bei der Entscheidung, welche Bullen sie als Bullen suchen, damit ihre Nachkommen besser für die Brunst geeignet sind und dennoch hohe Milchleistungen erbringen.
Während einige Betriebe über Kühlsysteme in ihren Ställen verfügen, ist die Installation teurer Klimaanlagen für viele nicht machbar, was genetische Lösungen wesentlich nachhaltiger macht.
„Einige dieser Umwelteingriffe können für einige Betriebe eine Herausforderung darstellen oder die Kosten unerschwinglich machen“, sagt Fragomeni. „Wir werden jedoch hitzetolerante Genetik in der gesamten Population verbreiten und hoffentlich langfristig bessere Tiere dafür haben.“
Fragomeni arbeitet derzeit an einer Studie mit Milch- und Kotproben von Rindern im Kellogg Dairy Center, um festzustellen, ob Hitzestress das Mikrobiom der Tiere verändert.
Diese Studie ist Teil der Bemühungen, bessere nicht-invasive Messungen für Hitzestress zu entwickeln. Derzeit erfordern Wissenschaftler für die genauesten Messungen die Entnahme von Blutproben, der Atemfrequenz oder der Vaginaltemperatur. Diese Methoden lassen sich nur schwer auf große Betriebe übertragen und können die Tiere zusätzlich belasten.
„Wenn es um bestimmte Betriebe geht, können wir erst erkennen, dass die Tiere unter Hitzestress leiden, wenn sie Symptome zeigen und es für einen Eingriff zu spät ist“, sagt Fragomeni. „Deshalb versuchen wir, einige bessere, nicht-invasive Methoden zu entwickeln.“
Fragomeni arbeitet außerdem an einer Studie zum Vergleich von Rindern in Wisconsin und Texas, zwei der größten Milchproduzenten in den USA. Diese beiden Staaten haben völlig unterschiedliche Managementsysteme und Klimazonen, was auf Unterschiede in der Genetik der Tiere zurückzuführen sein könnte.
In Connecticut sind Tiere durchschnittlich 100 Tage pro Jahr Hitzestress ausgesetzt. Im Süden kann diese Zahl bis zu 250 Tage im Jahr betragen.
„Manchmal kommt man damit zurecht, dass eine Kuh weniger als ein Drittel des Jahres Hitzestress ausgesetzt ist“, sagt Fragomeni. „So können wir Tiere halten, die empfindlich auf Hitzestress reagieren. Im Süden gilt: Wenn das Tier empfindlich ist, muss man es einfach loswerden. Vielleicht sind Tiere in den kühleren Regionen also tatsächlich empfindlicher als Tiere in den heißeren Regionen.“ . Das ist unsere Hypothese.“
Das langfristige Ziel dieser Arbeit besteht darin, die beste Genetik für Kühe in jeder Klimaregion der USA zu ermitteln
Ein zentraler Teil der Forschung von Fragomeni besteht darin, sicherzustellen, dass seine Lösungen für Landwirte, Verbraucher und die Umwelt nachhaltig sind.
„Die Nachhaltigkeit muss wirtschaftlich, ökologisch und sozial sein – die Menschen müssen sich Lebensmittel leisten können“, sagt Fragomeni. „Wir versuchen nicht, Dinge zu erfinden, die für die Landwirte unrealistisch sind.“