Einige ganz besondere Kühe laufen durch die Ställe in Foulum, einer kleinen Stadt außerhalb von Viborg in Dänemark. Den Kühen wurde eine sogenannte Fistel implantiert. Dabei handelt es sich um eine Art Fenster, das direkt in den Magen der Kuh führt.
Durch ein Röhrchen können Forscher Proben entnehmen und beobachten, was im Magen der Kühe passiert, wenn die Kühe verschiedene Futtersorten fressen. Das Futter kann einen großen Einfluss darauf haben, wie viel Kühe rülpsen und damit wie klimafreundlich sie sind.
Experimente in den USA und Australien haben gezeigt, dass Kühe durch die Zugabe der tropischen Alge Asparagopsis zum Futter 80 Prozent weniger Methan ausstoßen. Das Problem ist, dass Asparagopsis den Stoff Bromoform enthält, der beim Menschen potenziell Krebs verursachen und auch die Ozonschicht schädigen kann.
Daher wird nach anderen Algenarten mit der gleichen Wirkung, aber ohne Bromoform, gesucht. Das hat Mirka Mølgaard Thorsteinsson in ihrer Doktorarbeit untersucht, die sie gerade am Institut für Tier- und Veterinärwissenschaften der Universität Aarhus eingereicht hat.
„Ich habe die Wirkung einer großen Anzahl von Algen untersucht, die hier in der nordischen Region wachsen. Ich hoffe, dass sie dazu beitragen können, den Methanausstoß der Kühe zu reduzieren und gleichzeitig vielleicht das Soja zu ersetzen, das wir aus dem Süden importieren.“ Amerika“, sagt sie.
Im September wird Mirka ihren Doktortitel verteidigen. Dissertation am Fachbereich Tier- und Veterinärwissenschaften.
Sie hat die Dissertation eingereicht – und in ihrer neuen Rolle als Postdoktorandin bereits mit neuen Experimenten begonnen.
Sie liebt die Arbeit mit den Kühen. Die Kühe haben normalerweise nur Nummern, aber sie hat ihnen allen Namen gegeben. Jeden Tag kontrolliert sie die Kühe, streichelt sie und sorgt dafür, dass sie einen schönen Tag haben.
Glückliche Kühe liefern bessere Ergebnisse. Sie findet auch, dass die Kühe glücklich sein sollten. Und laut Mirka werden keine Kühe in Dänemark besser versorgt als die bei AU Viborg.
Der künstliche Kuhmagen
Bevor Mirka in den Kuhstall der Universität ging, um die besonderen Kühe mit Algen zu füttern, testete sie die verschiedenen Algenarten in einem künstlichen Kuhmagen. Dabei handele es sich um ein kleines Gerät, um zu untersuchen, ob die Algen den Methanausstoß reduziert hätten, erklärt sie.
„Ein künstlicher Kuhmagen ist eigentlich nur eine kleine Flasche, die ich mit der Magenflüssigkeit einer Kuh gefüllt habe. Dann habe ich die Algenart, die ich untersuchen möchte, und etwas Puffer hinzugefügt, der als Speichel der Kuh fungiert“, sagt sie.
Der Fermentationsprozess beginnt in der Pansenflüssigkeit, wenn Mikroorganismen beginnen, die Algen abzubauen. Durch den speziellen Cocktail aus Bakterien, Protozoen und Pilzen im Kuhmagen kann die Kuh beispielsweise die Fasern (Zellulose) in Gräsern und Algen abbauen und daraus die Nahrung gewinnen. Menschen und die meisten anderen Tiere können die zähen Pflanzenfasern nicht abbauen.
Beim Abbau der Zellulose durch die Mikroorganismen kommt es zu einer chemischen Reaktion, bei der CO2, Methan und andere Nebenprodukte freigesetzt werden. Um die ausgestoßene Methan- und CO2-Menge zu messen, stülpte Mirka einen Beutel auf die Flasche, um das Gas aufzufangen.
„Es ist eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit, die Auswirkungen der Algen zu untersuchen. Nachdem das Gas gesammelt wurde, schaue ich mithilfe der Gaschromatographie, wie viel von den verschiedenen Gasarten sich im Beutel befindet. So weiß ich, ob die Algen vorhanden sind.“ „Wir haben beispielsweise die Methanemissionen im Vergleich zu Grasfutter reduziert“, sagt sie.
Bei echten Kühen wurde keine Wirkung festgestellt
Die Experimente im künstlichen Kuhmagen zeigten, dass eine Reihe nordischer Algen offenbar eine Wirkung zeigten. Deshalb nahm Mirka die Algen mit der größten Wirkung und fügte sie dem Futter der echten Kühe hinzu.
„Ich habe die Algen vier Kühen gegeben. Alle hatten Fisteln. Das ist eine Art Schlauch, den wir öffnen, mit den Händen durchstecken und Proben direkt aus dem Pansen oder dem Darm entnehmen können. Ich habe regelmäßig Proben vom Inhalt genommen.“ Außerdem befanden sich die Kühe in Atemkammern, in denen gemessen werden konnte, wie viel Methan die Kuh ausspuckt.“
„Leider schienen die Algen keinen Einfluss auf das Aufstoßen zu haben. Die Kühe gaben nicht weniger Methan ab „Die Kuh bekommt weniger Nährstoffe aus dem Futter“, sagt sie.
Mirka weiß nicht genau, warum das Experiment im künstlichen Kuhmagen funktionierte, bei den echten Kühen jedoch nicht. Doch die Umgebung im Kuhmagen ist weitaus komplexer, als wir sie in einer Flasche simulieren können. Es könne also viele verschiedene Gründe geben, warum es nicht funktioniert habe, erklärt sie.
Die Jagd nach dem perfekten Futter
Auch wenn bei den Kühen keine der Algen die gewünschte Wirkung zeigte, hat Mirka die Hoffnung nicht aufgegeben. Sie ist immer noch auf der Suche nach dem richtigen Futter – und sie hofft, eine Wirkung bei einer Alge zu finden, die in dänischen Breiten wächst.
„Was ich suche, ist Futter, das Moleküle enthält, die sich auf den Methanogenen im Magen der Kuh absetzen und deren Aktivität hemmen. Bromoform ist ein Beispiel für ein solches Molekül. Leider ist es möglicherweise schädlich für die menschliche Gesundheit. Deshalb suchen wir.“ für ein anderes Molekül mit der gleichen Wirkung“, sagt sie.
Bromoform und andere Moleküle, die die Methanemissionen von Kühen reduzieren, drehen nicht einfach den Gashahn zu. Mehrere Experimente bei AU Viborg haben gezeigt, dass Kühe ihr Futter schlechter verdauen, wenn ihr Futter methanhemmende Zusätze enthält. Dies kann dazu führen, dass die Kühe weniger Milch produzieren.
„Experimente in den Niederlanden haben jedoch gezeigt, dass es möglich ist, die Aktivität der Methanogene zu reduzieren, ohne dass die Kuh weniger Energie verdaut. Ich suche nach einem Futter, das genau das kann“, sagt sie.
Warum wir nach besserem Futter für Kühe suchen
Allein Dänemark importiert jedes Jahr 1,6 Millionen Tonnen Soja. Der Großteil dieses Sojas wird in der Landwirtschaft als Futtermittel für Schweine, Kühe und Hühner verwendet.
Soja ist ein äußerst effizientes Futtermittel. Sojaschrot enthält viel Protein und verfügt über eine einzigartige Zusammensetzung an Aminosäuren, die eine hochprozentige Aufnahme des Futters während der Verdauung des Tieres ermöglicht.
Das einzige Problem ist, dass die hohen Importe von Soja dem Klima schaden. Brasilien rodet Regenwald, um Platz für immer mehr Sojafelder zu schaffen, und der weite Transportweg nach Dänemark verursacht große Mengen CO2. Darüber hinaus sorgt Soja dafür, dass Kühe mehr Methan ausstoßen.
Mit anderen Worten: Soja ist schlecht für das Klima.
Wenn Mirka oder andere Forscher eine ebenso effiziente Alternative finden, werden sie einen großen Unterschied in der Klimabilanz machen.
Die Jagd auf nordische Algen geht weiter
Auch wenn Mirkas Experiment nicht den erhofften Effekt zeigte, hat sie ihre Jagd nicht aufgegeben. Wir haben in Dänemark mit seiner kilometerlangen Küstenlinie viele Algen – und heute nutzen wir Algen kaum noch als Ressource.
Mirka sucht nach bioaktiven Substanzen in Meeresalgen. Dabei handelt es sich um Moleküle, die Bromoform insofern ähneln, als sie die Bildung von Methan im Magen einer Kuh hemmen. Allerdings ohne die potenziell schädlichen Auswirkungen.
„Tatsächlich habe ich kürzlich eine Algenart gefunden, die den Methanausstoß von Kühen offenbar um 15 Prozent reduziert. Daran werde ich in Zukunft noch eine Weile arbeiten“, sagt sie.
Sie hofft immer noch, dass die Algen den Methanausstoß so effektiv begrenzen, dass Landwirte damit beginnen können, sie dem Futter hinzuzufügen. Dies darf jedoch nicht dazu führen, dass die Kühe weniger Milch liefern.
Mirka weiß nicht, ob das möglich sein wird. Aber sie wird ihre Bemühungen fortsetzen, in der Hoffnung, eines Tages das perfekte Futter zu finden.