Jordbruks- och marinforskare vid University of California har gått samman för att bekämpa en av de största källorna till metanutsläpp i Kalifornien:korappar.

Forskare har funnit att en viss art av rödalger, Asparagopsis taxiformis, producerar en förening som kan stoppa produktionen av metan från nötkreatur, en kraftfull växthusgas som är 30 gånger mer potent än CO2. Detta är viktigt eftersom mer än hälften av alla metanutsläpp i Kalifornien kommer från boskap, främst från statens 1,8 miljoner mjölkkor när de rapar, andas ut, fisa och producera gödsel. Av dessa boskapsrelaterade utsläpp, rapningar ger mest kraft, svarar för ungefär 95 % av den metan som släpps ut i miljön.

När Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego marinekolog Jennifer Smith läste om en nyligen genomförd UC Davis-studie som involverade Asparagopsis, hon var fascinerad. Med en bakgrund inom marin botanik, specifikt fykologi – studiet av sjögräs och alger – Smith är mycket bekant med Asparagopsis. Faktiskt, hon mindes att hon såg några av de röda algerna växa slumpmässigt i en tank på Scripps' Experimental Aquarium, en forskningsanläggning som försörjs av havsvatten som pumpats in från slutet av Scripps Pier.

Pågående forskning ledd av lantbruksforskare vid UC Davis har funnit att tillsats av bara en liten mängd Asparagopsis-tång till boskapsfoder dramatiskt kan minska metanutsläppen från mjölkkor med mer än 50 procent. Dessa preliminära resultat är lovande, men fortfarande mycket lite är känt om huruvida det är möjligt att odla tillräckligt med tång för att möta de potentiella kraven från boskapsindustrin.

Söker en möjlighet till samarbete, hösten 2018, Smith nådde ut till Ermias Kebreab, en djurvetenskapsprofessor vid UC Davis och ledare för sjögrässtudien. Smith var intresserad av att försöka odla Asparagopsis i labbet – något som aldrig har gjorts tidigare – och att utforska odlingen av denna röda alg i större skala. Kebreab svarade nästan omedelbart, och snart fann sig Smith inleda ett tångpassionsprojekt laddat med potential.

"Jag är verkligen exalterad över alla forskningsmöjligheter som ligger framför mig för att i huvudsak förstå komplexiteten hos denna vackra röda tång och att försöka förstå hur vi kan använda den för att minska metanproduktionen hos nötkreatur, sa Smith, docent vid Center for Marine Biodiversity and Conservation på Scripps.

Smith är välkänd för sin forskning om korallrev, särskilt hennes arbete med 100 Island Challenge-projektet som syftar till att kartlägga och samla in korallrevsdata från öar runt om i världen. Men hon har också erfarenhet av tångodling genom sitt arbete med California Seaweed Company, en startup som hon leder tillsammans med den tidigare studenten Brant Chlebowski som strävar efter att hållbart odla kulinariska tång av högsta kvalitet.

Hon är väl medveten om de utmaningar hon kommer att möta med sin senaste satsning.

"Asparagopsis är ett komplicerat tång och lite är känt om dess biologi, så det innebär många möjligheter ur ett vetenskapligt perspektiv, och det är inget som vi bara kan börja skala imorgon, ", sa Smith. "Vi har mycket arbete att göra för att lära oss mer om dess biologi, fysiologi och ekologi innan vi kan utveckla en modell för skalning av odling."

Att nå ett 2030-mål

UC Davis-studien föranleddes, till viss del, genom antagandet av en nyligen lagd kalifornisk lag som kräver att mjölkbönder och andra producenter ska minska metanutsläppen med 40 procent till 2030. När företag och bönder letar efter prisvärda och effektiva metoder för att minska metanutsläppen, intresset för en potentiell tånglösning har ökat.

"Vi bad Jen att gå med oss ​​eftersom vi behövde en marinbiolog för att arbeta med hur man bäst kan odla tången och skala upp produktionen, sa Kebreab, Sesnon begåvad ordförande vid institutionen för husdjursvetenskap vid UC Davis. "När vi visar dess potential, vi förväntar oss hög efterfrågan så vi måste börja arbeta med att möta den efterfrågan – och Jen skulle vara avgörande för framgången för denna teknik."

Kort efter hennes första samtal med Kebreab, Smith gick tillbaka till Experimental Aquarium på jakt efter den "rosa scuzzy" tången hon hade sett där två år tidigare. Till hennes glädje, det var fortfarande i akvariet, växer sig stark. Under de senaste månaderna, hon har använt dessa första prover för att odla tången, liknande sättet som suckulenter kan förökas från ett enda klipp.

Asparagopsis-proverna som nu finns i Smith Lab presenteras i en bländande samling bubblande flaskor fyllda med vad som ser ut som små rosa pom poms som rör sig vilt omkring. Dessa små rosa bollar är faktiskt alger i sporofytfasen av tillväxt; bara en av de tre faserna som finns i denna algs livscykel. Smith är särskilt intresserad av att arbeta med tången i denna mindre fas eftersom hon har sett några av proverna fördubblas i storlek på mindre än en vecka.

Just nu, hon försöker hitta den "söta platsen" där tången växer i sin högsta takt, samtidigt som den ökar sin koncentration av bromoform - den förening som är ansvarig för att störa enzymerna som gör metan i en kos tarm.

Smith har också genomfört en mängd olika experiment för att förstå hur den kemiska sammansättningen och tillväxthastigheten för tången förändras under olika laboratorieförhållanden inklusive temperatur och ljus, näringsämneskoncentration, och CO2-koncentration.

För att säkerställa rena kulturer, hon använder inte flödet genom havsvatten, eftersom detta har potential att ta in "liftarer, "potentiellt skadliga marina djur eller föroreningar som kan smutsa ner proverna.

Smith noterar att ingen någonsin har fullbordat livscykeln för Asparagopsis i fångenskap, och det finns mycket arbete att göra för att se om det är möjligt att odla denna röda alg i större skala.

Hur man odlar tång i massor

Asparagopsis taxiformis är en subtropisk art som är infödd på platser inklusive Australien och Hawaiiöarna, men det finns också i områden längre norrut inklusive Baja California, Mexiko och olika platser utanför södra Kalifornien inklusive San Diego och Catalina Island.

Det torkade tånget som användes för UC Davis-studien skördades i naturen från Australien, där det är som mest. Det är möjligt att i framtiden, forskare vid UC Davis kan använda tångprover odlade av Smith i sina studier, men hon noterar att det finns en gräns för vad ett labb kan producera.

"Jag tror inte att jag personligen kommer att odla allt tång som kommer att mata alla kor, men jag skulle verkligen vilja bidra till teknikutvecklingen, tillvägagångssätten och hitta det mest effektiva och hållbara sättet att göra det, sa Smith.

Inom en snar framtid, Smith planerar att samla in olika populationer av Asparagopsis från andra platser utanför Kalifornien så att hon kan få olika genetiska stammar som växer i labbet. Hon är också involverad i en annan samverkande tångstudie där forskare kommer att sekvensera genomet av 12 olika typer av tång, en av dem är Asparagopsis.

Hennes långsiktiga mål är att förstå det mest effektiva och kolnegativa sättet att gå från att odla tång i laboratoriet till att odla det utomhus i stora tankar, eller potentiellt till och med i det öppna havet, en satsning hon tror ligger mycket längre på vägen. Men för nu, Smith säger att arbetet med landbaserad odling är vägen att gå.

Smiths nuvarande arbete med Asparagopsis-odling är en enkvinna-show, men hon planerar att utöka sitt forskarteam snart. Hon drivs av möjligheten att bidra till forskning som kan ha bestående effekter på miljön. Till skillnad från CO2, som dröjer kvar i atmosfären i hundratals till tusentals år, metan har en relativt kort livslängd på cirka 10 år, vilket innebär att förändringar som görs idag kan ha en inverkan inom en snar framtid.

"Möjligheten att potentiellt hantera metanutsläpp från korappar hade aldrig riktigt funnits på bordet, ", sade Smith. "Men med detta ovanliga samarbete – en marinbiolog som arbetar med boskapsindustrin och boskapsforskare – kan vi ha ett inflytande på utsläppen av växthusgaser. Det är ett galet äktenskap av tre helt olika vetenskapsområden och jag är bara väldigt exalterad över att vara en del av det."