Reprodukční biotechnologie skotu, skleníkové plyny a globální oteplení
Efektivní reprodukce a využití biotechnologií může chovatelům skotu napomoci k výraznému snížení produkce metanu.
Na skot už se dneska část veřejnosti nedívá jako na zdroj kvalitní živočišné bílkoviny v mase a mléce, ale jako na zdroj metanu – plynu se silným skleníkovým efektem. Na internetu lze nalézt alarmující údaje, zvláště pokud je člověk chce nacházet a je rozhodnutý ignorovat informace, které do jeho obrazu světa nezapadají. Seriózní prameny však nepřipisují chovu skotu více než 4,5 až 5 % metanu produkovaného současným lidstvem.
Odborníci nejsou v hodnocení dopadů chovu skotu na globální oteplení zajedno. Není pochyb o tom, že metan je podstatně silnější skleníkový plyn než oxid uhličitý. Zároveň jsou však molekuly metanu mnohem labilnější – poločas jejich rozpadu je zhruba 10 let. Metan tedy z atmosféry poměrně rychle mizí a mění se na oxid uhličitý s podstatně slabším skleníkovým efektem. Do koncentrací metanu v atmosféře se tak s nevelkým zpožděním promítne každá stabilizace či snížení jeho produkce. To se o oxidu uhličitém říci nedá. Ten se drží na stabilní úrovni po dlouhá staletí. Na výslednou tepelnou bilanci při různých scénářích redukce skleníkových plynů v živočišné výrobě proto nelze v průběhu času usuzovat tak přímočaře, jak by se mohlo na první pohled zdát.
V odborné literatuře najdeme studie, jejichž autoři došli k závěru, že americký chov mléčného skotu dosáhne v několika příštích dekádách klimatické neutrality redukcí emisí na farmách o 23 %. Jiné studie dokládají, že celkový americký chov skotu přispíval ke globálnímu oteplení naposledy v roce 1986 a od té doby už je klimaticky neutrální. Podobné argumenty zaznívají i z Austrálie jen s tím rozdílem, že tam se týkají chovu ovcí. Na druhé straně ale najdeme i v nedávné době publikované studie, která tato tvrzení zpochybňují.
Dnešní světová populace skotu čítá asi 1,5 miliardy zvířat a významně se podílí na výživě lidstva. Prognózy naznačují, že mezi roky 2005 a 2050 naroste poptávka po mase o 57 % a po mléce o 48 %. Význam chovu skotu tedy i nadále poroste. V současné době je skot chován v různě intenzivních systémech. Jako pastviny využívá lidstvo asi čtvrtinu souše, zatímco intenzivní chov masného skotu kryje jen 15 % světové spotřeby hovězího.
Reprodukce kontra skleníkové plyny
Efektivní reprodukce je jednou z cest jak účinně snížit ekologické dopady chovu skotu. Kalkulace z podmínek chovu masného skotu ve Spojených státech ukázaly, že když se zvýší průměrný počet telat na krávu a rok z 0,5 na 1,0, nese to s sebou snížení spotřeby vody o třetinu, snížení potřebné plochy zemědělské půdy o 44 % a redukci v emisích skleníkových plynů přepočítaných na oxid uhličitý o 39 %.
Obrovské rezervy mají v tomto ohledu země třetího světa. Názorně to dokládá příklad z Brazílie, kde zavedení umělé inseminace snížilo věk krav při prvním otelení ze 48 měsíců na 24 měsíců. Potřeba pastvin se snížila bezmála o 40 % a množství emisí v přepočtu na jedno odchované tele kleslo o 85 %. Podobně lze zlepšením reprodukce snížit také ekologickou zátěž u mléčného skotu. Pokud se zkrátí mezidobí z 15 na 13 měsíců, klesnou emise skleníkových plynů v přepočtu na litr mléka o desetinu. Všichni odborníci se ale shodují v tom, že u zvířat s vysokou užitkovostí je ekologická zátěž na jednotku produkce významně nižší. To znamená, že šlechtění na vyšší užitkovost s sebou nese i ekologičtější produkci masa a mléka. Také v tom mohou napomoci reprodukční biotechnologie, jako je superovulace v kombinaci s přenosem embryí nebo systémy založené na odběru vajíček metodou ovum pick up, jejich následným in vitro zráním a in vitro oplozením a transferem embryí. Pokud jsou do systému odběru vajíček zařazeny jalovice, je možné urychlit genetický pokrok zkrácením generačního intervalu. Další zefektivnění s sebou nese zapojení genomické selekce zvířat.
Klony a velogenetika
Názornou ukázku systému, který propojuje řadu biotechnologií do jednoho komplexního programu nabízejí americké biotechnologické firmy, které na základě genomické selekce vyberou špičková plemenná zvířata, od kterých získají vajíčka a sperma a ty použijí k produkci embryí oplozením in vitro. Po přenosu embryí je v raných fázích březosti navozeno zmetání a z takto získaných embryí jsou odebrány kožní buňky – fibroblasty. Část fibroblastů je zamrazena a uložena do tekutého dusíku. Část je podrobena genetickým analýzám pomocí DNA-čipů. Na základě výsledků těchto analýz jsou pak vybrány buňky s nejlepším genomem a ty jsou použity pro klonování. Narozené klony jsou dál používány pro plemenitbu.
V Evropě bychom ale tento systém nemohli využít, protože Evropský parlament už v roce 2015 odhlasoval zákaz klonování hospodářských zvířat, zákaz dovozu živočišných produktů z klonů hospodářských zvířat, a dokonce i chov potomků klonů zplozených oplozením. Ještě radikálnější přístup nabízí koncept velogenetiky (z řeckého velos tj. rychlý), kde se počítá s genomickou selekcí in vitro produkovaných embryí, přenosem vybraných zárodků náhradním matkám, indukcí abortu v raných vývojových fázích a izolací nezralých pohlavních buněk z embryonálních gonád. Tyto gamety by dozrávaly v laboratorních podmínkách a následně by byly použity k produkci embryí in vitro. Tato embrya by mohla být podrobena genomické selekci a celý proces by mohl probíhat opakovaně. Docházelo by tak k cílenému šlechtění po řadu generací, aniž by se narodilo jediné živé zvíře. Narození telat by přišlo na řadu ve chvíli, kdy by byl velogenetický selekční proces doveden k vytyčenému cíli.
Šlechtění na nižší produkci metanu
Šlechtění na efektivnější produkci přispívá ke snížení ekologické zátěže nepřímo, protože na stejný objem živočišných produktů je zapotřebí méně zvířat a ta produkují menší množství emisí skleníkových plynů. Podobně pomáhá ke snížení emisí i šlechtění na konverzi krmiva. Moderní biotechnologie ale dovolují šlechtit skot přímo na produkci skleníkových plynů. Ty jsou produkovány především bachorovou mikroflórou, jejíž skladba je kromě mnoha jiných faktorů závislá i na genomu hostitele.
Heritabilita různých parametrů produkce metanu skotem se pohybuje v rozmezí od 0,180 do 0,244. Bohužel, kladné genetické korelace mezi parametry produkce metanu a parametry mléčné užitkovosti znamenají, že potlačení tvorby metanu by mohlo mít nepříznivý dopad na produkci mléka a mléčného tuku. Dojnice s vyšší užitkovostí tak zřejmě produkují větší množství metanu. Stávající šlechtění soustředěné na užitkovost tak s sebou zřejmě přináší i typy zvířat, které produkují více skleníkových plynů. To do určité míry anuluje snížení celkové produkce těchto plynů chovem méně početných populací vysokoužitkových zvířat.
Faktem ale zůstává, že genetické pozadí produkce metanu bachorovou mikroflórou je prostudováno jen nedostatečně. Nelze proto vyloučit existenci vloh, které dovolují potlačit produkci metanu bez negativního dopadu na mléčnou užitkovost. Využití takových vloh ve šlechtitelských programech využívajících genomickou selekci nemusí být úplně jednoduché. Názorným příkladem je křížení nízkoužitkových linií bezrohého holštýnského skotu s rohatými vysokoužitkovými liniemi, kterým se američtí chovatelé marně snažili po několik desetiletí zvýšit užitkovost bezrohých holštýnů. Řešení přineslo až genové inženýrství, které pomocí metody CRISPR-Cas9 zajistilo přenos „bezrohé“ alely genu polled do genomu rohatého holštýnského skotu.
Tento typ přenosu alel v rámci jednoho druhu se označuje jako cisgeneze a mnozí odborníci jsou toho názoru, že by neměla být regulována tak přísně jako transgeneze, kdy je metodami genového inženýrství do genomu vnášena sekvence DNA z cizího druhu. Tento přístup ale můžeme očekávat nejspíš jen v zemích mimo Evropskou unii. V EU jsou od roku 2015 výnosem Evropského soudního dvora podobné zásahy do genomu organismů podřízeny evropské směrnici o genetických modifikacích a ani nejnovější bruselská jednání nejspíše nepovedou ke změně.
Biotechnologie mají v boji se skleníkovými plyny produkovanými skotem velký potenciál. Je ale otázka, nakolik je pro řešení klimatické krize a globálního oteplení dokážeme využít.
Prameny:
Baruselli, P. S., et al. (2023). Applying assisted reproductive technology and reproductive management to reduce CO 2-equivalent emission in dairy and beef cattle: a review. Animal Reproduction, 20, e20230060.
Donnison, C. L., & Murphy-Bokern, D. (2024). Are climate neutrality claims in the livestock sector too good to be true?. Environmental Research Letters , 19(1), 011001.
Hossein-Zadeh, N. G. Estimates of the genetic contribution to methane emission in dairy cows: a meta-analysis. Sci Rep. 2022; 12 (1): 12352.
Liu, S., et al. (2021). Rethinking methane from animal agriculture. CABI Agriculture and Bioscience , 2(1), 1-13.
Place, S. E., et al. (2022). Symposium review: Defining a pathway to climate neutrality for US dairy cattle production. Journal of Dairy Science , 105(10), 8558-8568.
Pro článek byly využity poznatky získané v rámci řešení výzkumného záměru MZE-RO0723.
