Steigende Temperaturen stellen die Milchindustrie vor große Herausforderungen – die Milchproduktion eines Holsteiners kann bei warmem Wetter um 30 bis 70 % zurückgehen – aber eine neue, von Cornell geleitete Studie hat eine ernährungsbasierte Lösung gefunden, um die Milchproduktion auch während Hitzestressereignissen wiederherzustellen die Ursache des Rückgangs zu ermitteln.
Die Studie, veröffentlicht am 2. August in der Zeitschrift für Milchwissenschaft, hat zum ersten Mal bestätigt, dass hitzegestresste Milchkühe eine Darmpermeabilität oder einen durchlässigen Darm entwickeln, was zu einer Verringerung der Milchproduktion beiträgt. Die Forscher fanden auch heraus, dass die Milchproduktion teilweise wiederhergestellt werden kann, indem die Kühe mit organischen Säuren und reinen Pflanzenstoffen gefüttert werden.
„Dies hat unmittelbare Anwendung“, sagte Joseph McFadden, außerordentlicher Professor für Milchviehbiologie am College of Agriculture and Life Sciences und leitender Autor des Papiers. „Und wir hoffen, dass es als Katalysator für das Feld dient und weitere Forschungen zu Ernährungsansätzen anregt.“
Die Erstautorin des Papiers ist Ananda Fontoura, eine Doktorandin in McFaddens Labor.
Die Forschung wird dazu beitragen, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Milchindustrie bei steigender Nachfrage und steigenden Temperaturen aufrechtzuerhalten. Der Klimawandel verursacht bereits jetzt eine verringerte Produktion und bedroht die Gesundheit von Holsteins, der bei weitem dominierenden Rasse in der US-Milchviehhaltung. McFadden sagte, die Milchindustrie im Bundesstaat New York sei wegen ihres relativ kühlen Klimas nicht sicher – Hitzestress bei Holsteins beginne bei 75 Grad Fahrenheit aufzutreten.
„Im Bundesstaat New York wird im nächsten Jahrzehnt mit einer Zunahme von Hitzestressereignissen gerechnet, aber die Niederschläge sollen bleiben“, sagte McFadden. „Angesichts der großen Dürren und des Wasserbedarfs in anderen Gebieten des Landes wird möglicherweise verstärkt darauf geachtet, die Stärke der Milchindustrie im Nordosten aufrechtzuerhalten, aber wir werden immer noch mehr Hitzestressereignisse haben, und wir müssen proaktiv und bereit sein .“
Hitzestress führt dazu, dass die Kühe weniger fressen, und der Rückgang der Futteraufnahme macht 30 bis 50 % des Rückgangs der Milchproduktion aus – das war bekannt. Die Forscher wiesen nach, dass sich der verbleibende Rückgang mit einer Erhöhung der Darmdurchlässigkeit entwickelt, die das Immunsystem aktiviert.
„Die allgemeine Arbeitshypothese war, dass ein aktiviertes Immunsystem Energie von der Milchproduktion abtrennt, um die Immunfunktion zu unterstützen“, sagte McFadden. „Wenn der Darm durchlässig wird, können Bakterien in die Kuh eindringen, die das Immunsystem aktivieren und Entzündungen verursachen. Aber es gab noch nie eine Studie, die direkt bestätigte, dass hitzegestresste Milchkühe einen durchlässigen Darm entwickelten. Frühere Daten deuteten nur auf diese Möglichkeit hin.“ „
Forscher fanden heraus, dass Kühe, die Hitzestressbedingungen ausgesetzt waren, nach nur drei Tagen schnell einen undichten Darm entwickelten. Bei einer Kontrollgruppe in einer thermisch neutralen Umgebung mit der gleichen reduzierten Nahrungsaufnahme kam es zu einer Verzögerung in der Entwicklung einer verbesserten Darmpermeabilität.
Die Studie ergab auch, dass der Verzehr von organischen Säuren und reinen Pflanzenstoffen die Darmdurchlässigkeit der Kuh verringerte und die Nahrungsaufnahme und Milchproduktion erhöhte, wodurch etwa drei Kilogramm Milch pro Tag wiederhergestellt wurden. Die Kühe zeigten auch eine erhöhte Stickstoffeffizienz, was bedeuten kann, dass weniger Stickstoff in die Umwelt ausgeschieden wird.
Derzeit werden Sprinkler und Ventilatoren verwendet, um den Hitzestress bei Kühen zu mindern, aber diese Strategien verbrennen fossile Brennstoffe und stellen nur etwa 60 % der Milchproduktion wieder her. Die wirtschaftlichen Verluste durch hitzegestresste Milchkühe werden auf über 1,5 Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt, mehr als bei allen anderen Haustierhaltungssystemen – zum großen Teil aufgrund der Hitzeunverträglichkeit der Holsteiner.
McFaddens Team arbeitet mit Chirurgen am College of Veterinary Medicine, die Darmproben der Kuh isolieren konnten, und mit Kollegen am College of Engineering und an der Johns Hopkins University, um das Mikrobiom- und Metabolitenprofil des Magen-Darm-Trakts der Kuh zu analysieren. Diese Studien werden dazu beitragen, festzustellen, warum es unter Hitzestress zu einer Darmpermeabilität kommt, und weitere Erkenntnisse darüber liefern, wie Kühe gesund gehalten werden können.
„Auf diesem Gebiet mangelt es wirklich an Ernährungsansätzen zur Verbesserung der Darmgesundheit; es ist ein unterentwickeltes Gebiet“, sagte McFadden. „Es ist sehr schwierig zu studieren, weil man die Einrichtungen braucht, um die Hitzebelastungsstudien durchzuführen, und die Chirurgen, um diese wertvollen Proben zu erhalten. Cornell ist wirklich einzigartig, da uns viele Ressourcen zur Verfügung stehen, um diese Fragen zu beantworten.“
Weitere Untersuchungen könnten die Wirksamkeit verschiedener Zusatzstoffe aufzeigen oder sogar Änderungen der Grundnahrung von Kühen in den USA empfehlen, indem das Cornell Net Carbohydrate and Protein System, ein weit verbreitetes Modell zur Bestimmung, was Milch- und Fleischrinder fressen sollten, optimiert wird.
„Dieses Modell hilft Ernährungswissenschaftlern bei der Formulierung von Diäten für Kühe“, sagte McFadden. „Wenn wir dieses Modell verbessern und den Nährstoffbedarf verstehen, den eine Kuh während eines Hitzestressereignisses hat, können wir sicherstellen, dass sie das bekommt, was sie braucht, um eine optimale Gesundheit und Leistung zu erhalten.“
ABP Fontoura et al., Hitzestress entwickelt sich mit erhöhter Darmpermeabilität des gesamten Trakts, und die Nahrungsergänzung mit organischer Säure und rein pflanzlicher Nahrung stellt die Laktationsleistung bei Holstein-Milchkühen teilweise wieder her, Zeitschrift für Milchwissenschaft (2022). DOI: 10.3168/jds.2022-21820