Scienziati agrari e marini dell'Università della California hanno unito le forze per combattere una delle maggiori fonti di emissioni di metano in California:i rutti delle mucche.

Gli scienziati hanno scoperto che una certa specie di alghe rosse, Asparagopsis taxiformis, produce un composto che potrebbe fermare la produzione bovina di metano, un potente gas serra 30 volte più potente della CO2. Questo è significativo perché più della metà di tutte le emissioni di metano in California provengono dal bestiame, principalmente dagli 1,8 milioni di vacche da latte dello stato mentre ruttano, espirare, scoreggia e produce letame. Di queste emissioni legate al bestiame, i rutti danno più pugno, rappresentano circa il 95% del metano immesso nell'ambiente.

Quando la Scripps Institution of Oceanography presso l'ecologa marina dell'UC San Diego, Jennifer Smith, ha letto di un recente studio dell'UC Davis sull'Asparagopsis, era incuriosita. Con un background in botanica marina, in particolare la psicologia, lo studio delle alghe e delle alghe, Smith ha molta familiarità con l'Asparagopsis. Infatti, ricordava di aver visto alcune delle alghe rosse crescere a casaccio in una vasca allo Scripps' Experimental Aquarium, una struttura di ricerca fornita dall'acqua di mare pompata dall'estremità del molo di Scripps.

La ricerca in corso condotta dagli scienziati agrari della UC Davis ha scoperto che l'aggiunta di una piccola quantità di alghe Asparagopsis al mangime per bestiame può ridurre drasticamente le emissioni di metano delle mucche da latte di oltre il 50%. Questi risultati preliminari sono promettenti, ma si sa ancora molto poco sulla possibilità di coltivare abbastanza alghe per soddisfare le potenziali richieste dell'industria zootecnica.

Alla ricerca di un'opportunità di collaborazione, nell'autunno del 2018, Smith ha contattato Ermias Kebreab, un professore di scienze animali alla UC Davis e leader dello studio sulle alghe. Smith era interessato a provare a coltivare l'Asparagopsis in laboratorio, qualcosa che non era mai stato fatto prima, e ad esplorare la coltivazione di questa alga rossa su scala più ampia. Kebreab ha risposto quasi subito, e presto Smith si è trovata a imbarcarsi in un progetto di passione per le alghe carico di potenziale.

"Sono davvero entusiasta di tutte le opportunità di ricerca che ci attendono per comprendere essenzialmente le complessità di questa bellissima alga rossa e per cercare di capire come potremmo essere in grado di utilizzarla per mitigare la produzione di metano nei bovini, " ha detto Smith, professore associato presso il Center for Marine Biodiversity and Conservation di Scripps.

Smith è ben nota per le sue ricerche sulle barriere coralline, in particolare il suo lavoro con il progetto 100 Island Challenge che mira a mappare e raccogliere dati sulla barriera corallina dalle isole di tutto il mondo. Ma ha anche esperienza con la coltivazione delle alghe grazie al suo lavoro con la California Seaweed Company, una startup che co-conduce con l'ex studente Brant Chlebowski che cerca di coltivare in modo sostenibile alghe culinarie di alta qualità.

È ben consapevole delle sfide che dovrà affrontare con la sua ultima impresa.

"L'Asparagopsis è un'alga complicata e si sa poco della sua biologia, quindi questo rappresenta molte opportunità dal punto di vista scientifico, e non è qualcosa che possiamo iniziare a ridimensionare domani, " ha detto Smith. "Abbiamo molto lavoro da fare per saperne di più sulla sua biologia, fisiologia ed ecologia prima di poter sviluppare un modello per ridimensionare la coltivazione".

Raggiungere un obiettivo 2030

Lo studio UC Davis è stato suggerito, in parte, con l'approvazione di una recente legge della California che impone agli allevatori di latte e ad altri produttori di ridurre le emissioni di metano del 40% entro il 2030. Poiché le aziende e gli agricoltori sono alla ricerca di metodi convenienti ed efficaci per ridurre le emissioni di metano, c'è stato un crescente interesse per una potenziale soluzione di alghe.

"Abbiamo chiesto a Jen di unirsi a noi perché avevamo bisogno di un biologo marino che lavorasse sul modo migliore per coltivare le alghe e aumentare la produzione, " disse Kebreab, Sesnon Doted Chair presso il Dipartimento di Scienze Animali dell'UC Davis. "Una volta mostrato il suo potenziale, ci aspettiamo una domanda elevata, quindi dobbiamo iniziare a lavorare per soddisfare tale domanda e Jen sarebbe cruciale per il successo di questa tecnologia".

Poco dopo la sua conversazione iniziale con Kebreab, Smith tornò all'Acquario Sperimentale alla ricerca dell'alga "rosa scuzzy" che aveva visto lì due anni prima. Per sua gioia, era ancora nell'acquario, crescere forte. Negli ultimi mesi, ha usato questi campioni iniziali per coltivare le alghe, simile al modo in cui le piante grasse possono essere propagate da un singolo ritaglio.

I campioni di Asparagopsis ora ospitati nello Smith Lab sono presentati in una serie abbagliante di boccette ribollenti piene di quelli che sembrano piccoli pompon rosa che si muovono selvaggiamente. Queste palline rosa sono in realtà alghe nella fase di crescita sporofita; solo una delle tre fasi che esistono nel ciclo di vita di questa alga. Smith è particolarmente interessata a lavorare sulle alghe in questa fase più piccola perché ha visto alcuni dei campioni raddoppiare le dimensioni in meno di una settimana.

Proprio adesso, sta cercando di trovare il "punto debole" dove l'alga cresce al suo ritmo più alto, aumentando anche la sua concentrazione di bromoformio, il composto responsabile dell'interferenza con gli enzimi che producono il metano nell'intestino di una mucca.

Smith ha anche condotto una serie di esperimenti per capire come la composizione chimica e i tassi di crescita delle alghe cambiano in diverse condizioni di laboratorio, tra cui temperatura e luce, concentrazione di nutrienti, e concentrazione di CO2.

Al fine di garantire colture pulite, non sta usando il flusso attraverso l'acqua di mare, poiché questo ha il potenziale per attirare "autostoppisti, "creature marine potenzialmente dannose o contaminanti che potrebbero sporcare i campioni.

Smith osserva che nessuno ha mai completato il ciclo di vita dell'Asparagopsis in cattività, e c'è molto lavoro da fare per vedere se la coltivazione di questa alga rossa è possibile su scala più ampia.

Come coltivare le alghe in massa

Asparagopsis taxiformis è una specie subtropicale originaria di luoghi tra cui l'Australia e le isole Hawaii, ma si trova anche in aree più a nord tra cui la Bassa California, Messico e varie località al largo della California meridionale, tra cui San Diego e l'isola di Catalina.

Le alghe essiccate utilizzate per lo studio UC Davis sono state raccolte in natura dall'Australia, dove è più abbondante. È possibile che in futuro, i ricercatori della UC Davis potrebbero utilizzare campioni di alghe coltivate da Smith nei suoi studi, ma nota che c'è un limite a ciò che un laboratorio può produrre.

"Non credo che coltiverò personalmente tutte le alghe che daranno da mangiare a tutte le mucche, ma vorrei certamente contribuire allo sviluppo tecnologico, gli approcci e trovare il modo più efficiente e sostenibile per farlo, " ha detto Smith.

Nel futuro prossimo, Smith ha in programma di raccogliere diverse popolazioni di Asparagopsis da altri luoghi al largo della California in modo da poter far crescere in laboratorio diversi ceppi genetici. È anche coinvolta in un altro studio collaborativo sulle alghe in cui gli scienziati sequenziano il genoma di 12 diversi tipi di alghe, uno di questi è Asparagopsis.

Il suo obiettivo a lungo termine è capire il modo più efficiente e carbon negative per passare dalla coltivazione di alghe in laboratorio alla coltivazione all'aperto in grandi vasche, o potenzialmente anche in mare aperto, un'impresa che lei pensa sia molto più lontana. Ma per ora, Smith dice che la strada da percorrere è lavorare sulla coltivazione basata sulla terra.

L'attuale lavoro di Smith sulla coltivazione dell'Asparagopsis è una mostra personale, ma ha in programma di espandere presto il suo team di ricerca. È guidata dalla possibilità di contribuire alla ricerca che potrebbe avere impatti duraturi sull'ambiente. A differenza della CO2, che permane nell'atmosfera da centinaia a migliaia di anni, il metano ha una durata di vita relativamente breve di circa 10 anni, il che significa che le modifiche apportate oggi potrebbero avere un impatto nel prossimo futuro.

"L'opportunità di gestire potenzialmente le emissioni di metano dai rutti delle mucche non era mai stata davvero sul tavolo, " ha detto Smith. "Ma con questa insolita collaborazione - un biologo marino che lavora con l'industria del bestiame e scienziati del bestiame - potremmo avere un'influenza sulle emissioni di gas serra. È un folle matrimonio di tre campi della scienza totalmente disparati e sono davvero entusiasta di farne parte".