有人发明了一种牲畜可佩带装置,用于收集奶牛排放的气体。
引发地球变暖的温室效应早已从一个科学问题扩展到了国际政治领域,其实,气候变化主要来源于两个方面的,一是人类活动对气候的影响,另一个则是自然界自身的运动变化,后者对气候的影响往往是隐秘而又显著的。
齐鲁晚报·齐鲁壹点
记者 张頔
随着适应更高温度
细菌会释放更多碳
在日常生活中,大家可能都会有这样一种感受:环境温度越热,呼吸越急促,甚至会有呼吸不畅的感觉。对于哺乳动物来说,环境温度升高,呼吸作用便会加强,用来交换大量气体以带出体内热量。
对于细菌来说,是否也是如此呢?11月最新出版的《自然·通讯》刊发了伦敦帝国理工学院研究人员的一篇文章,他们研究发现,随着细菌对更高温度的适应,它们会加快呼吸速度,释放出更多的二氧化碳,从而加速全球气候变化。
细菌和古生菌统称为原核生物,存在于每一个大陆,占全球生物总量的一半左右。大多数原核生物与人类一样进行呼吸,即消耗能量并释放二氧化碳。其排放的二氧化碳量取决于原核生物的呼吸速率,而其呼吸速率随着外界温度的变化而变化。
然而到目前为止,有关温度、细菌呼吸速率和碳排放量之间的关系还不能确定。通过收集分析482个原核生物的呼吸速率随温度变化的数据,研究人员发现,大多数原核生物在更高的温度下会更大幅度地增加碳排放量。
项目负责人、帝国理工学院生命科学系的帕瓦尔博士介绍:短期内,如从几天到几个小时,单个原核生物的新陈代谢会加快,并产生更多的二氧化碳,但会有一个最高温度,在达到这个温度后,它们的新陈代谢会变得低效。帕瓦尔博士指出,从长远来看,随着时间的推移,这些原核生物群落将在更高温度下变得更有效率,从而进一步提高它们的新陈代谢和碳排放。因此,温度上升会使许多原核生物群落在短期和长期内都能更有效地运作,进而对全球碳排放和由此产生的温度上升产生了更大影响。
研究人员汇编了来自世界各地和不同条件下的原核生物对温度变化的反应——从0℃以下的南极咸水湖到120℃以上的高压热水池。他们发现,通常在中等温度范围内(45℃以下)原核生物对温度变化表现出强烈的反应,在短期(几天到几周)和长期(几个月到几年)都增加了呼吸。在较高温度范围内(45℃以上),没有表现出这样的反应,但由于这些地方的细菌一开始就在如此高的温度下活动,它们不太可能受到气候变化的影响。另外,中温原核生物对气候变暖的短期反应比真核生物(细胞更复杂的生物)大。
论文第一作者、帝国理工学院生命科学系博士生托马斯·史密斯指出:目前大多数气候模型都假设,所有生物的呼吸速率都以同样的方式对温度做出反应,但这项研究表明,细菌和古生菌可能偏离“全球平均水平”。他认为,考虑到这些微生物可能是许多生态系统中总呼吸和碳排放的重要贡献者,气候模型应该充分考虑它们在短期和长期对温度变化的更敏感反应,这将有助于对未来气候变化建立更准确的模型。
牛放屁加剧了变暖?
不,牛打嗝才是关键
就像这个研究一样,当人类在构建气候变化模型时,往往会忽略类似“外界温度升高导致细菌呼吸加大碳排放”等看似微不足道,但实际上可能有着巨大影响的生物及环境因素。
从这个角度来说,奶牛放的屁很可能比汽车尾气对温室效应的贡献更大。这可并不是一句玩笑话,据联合国粮农组织(AFO)发布的一项报告,畜牧业所排放的温室气体占全球排放总量的18%,而所有交通工具所产生的温室气体仅占13%。
可别小瞧畜牧业所排放的气体,据报道,德国中部小镇拉斯道夫曾发生过一起牛棚爆炸事故,罪魁祸首就是这个。90头奶牛每日在这座牛棚生活,当然会打嗝、放屁,因此排放出了大量的甲烷和氨气。警方在公布调查结果时称,因冬季通风不良,牛棚空气中甲烷和氨气浓度过高,结果一次偶然静电反应的火花引发了爆炸事件,造成数头奶牛受伤,牛棚屋顶也被损坏。
牛羊排放的气体不但容易引发事故,它们还是加剧全球变暖步伐的生力军。因此在十几年前,就有人提出“屁税”(Fart tax)的概念,建议政府向养牛、养羊等畜农征收税费。
一提起温室效应,人们首先想到的就是二氧化碳。论排放量,占比最大的二氧化碳确实是最普遍的温室气体。然而,甲烷却比二氧化碳的威力要强得多,这是因为每分子甲烷的“温室效应潜能”是二氧化碳的25倍。
因此,只要少量额外的甲烷气体,就能在短时间内造成地球的快速升温。这样来看,是牛放屁排出的甲烷加剧了全球变暖吗?不,牛打嗝才是关键。据研究统计,牛释放的甲烷气体中,有90%到95%来自于口腔,而另外的5%到10%则是以粪便和放屁的形式释放。这样看来,牛打嗝的问题,要比牛放屁要严重得多。
这个结论和日常认知有所偏差的原因在于,牛羊特有的反刍机制。牛会利用自己的多个胃室反刍,消化一般哺乳动物无法利用的纤维素。也就是说,吃下去到达胃部的食物,它们还能逆流至口腔进行二次咀嚼。牛胃里的各种微生物也很重要,它们能将复杂植物成分转化为可吸收能量,而甲烷,正是这个过程中几乎无法避免的副产品。
由于甲烷的化学性质相对稳定,很难在体内被吸收和消化利用。于是,这些气体便以打嗝和放屁的形式排出体外。一般来说,一头奶牛每年的甲烷排放量就达110.7kg。在全世界范围内,每天都有十几亿头牛在排放温室气体,这对全球变暖的影响是可以想见的。
科学利用
温室气体也能变废为宝
对于如何消减温室气体,世界各国都有所行动,办法不外乎两个方向:一是减少温室气体排放,二是把已经排出的温室气体收集起来,不排到大气中去。对于造成温室效应的生物因素,也可以从第二个方向出发,争取能变废为宝。
先说说牛排放的甲烷。以往人类只是想办法让牛产更多的肉、挤更多的奶,现如今我们还需要想办法让它们放更少的屁、打更少的嗝,这件事听起来有些怪异,不过科学家们确实在行动。比如有人发明了一种牲畜可佩带装置——屁包(Fart packs),用于收集奶牛排放出来的气体。
这种屁包会直通牛的肠道,每天能从牛身上收集到300升甲烷。重点是这些收集到的甲烷还能二次利用,作为气体能源为汽车提供动力。这也正应了那句话——世界上并没有废物垃圾,只有没用对地方的资源。
对于环境温度升高,呼吸就变快的细菌,也可以用于消耗二氧化碳。在美国高校工作的材料化学家杨培东及团队构建了一套由纳米线和细菌组成的独特系统。纳米线是一种人工合成的无机材料,该系统可将二氧化碳和水转换为醋酸酯,而不是碳水化合物。醋酸酯是一种重要的化工原料,也是很多生物合成反应的基础。
在近似自然阳光照射200小时的环境下,他们实现了0.38%的太阳能转化率,这与自然界中叶子的转化率相同。研发中的第二代系统,太阳能转化率能达到3%。如果有一天用划算的成本,将转化率提升到10%,这项“人工光合作用”的技术就能商业化推广了。
【PDF版】
