09/05/2016
Investigación

El desafío de la metanogénesis en bovinos

Castillo C. a ; Abuelo A.b ; Hernández J.a
a Departamento de Patoloxia Animal. Universidade de Santiago de Compostela. b School of Animal & Veterinary Sciences. Charles Sturt University. Australia.

Del 55% del metano total producido por el sector agrícola-ganadero, el 74,2% corresponde al ganado vacuno

En el Eurobarometro 2014 apareció que la preocupación principal de la población europea son las amenazas medioambientales, ligeramente por encima de la falta de alimentos o de agua para la población humana.

Automáticamente, al pensar sobre este hecho, a la mayoría de las personas nos viene a la mente el efecto invernadero, el cual se produce por la acumulación en el ambiente de gases tóxicos, entre los cuales encontramos:

  • anhídrido carbónico (de hecho las emisiones de gases de efecto invernadero se cuantifican en kg CO2),
  • metano (CH4),
  • óxido nitroso (N2O),
  • ozono
  • y gases indirectos como puede ser amonio (NH3).

En la participación de cada uno de ellos al efecto global encontramos al metano, su vida media en el ambiente dura 12 años y contribuye 25 veces más al calentamiento global que el anhídrido carbónico, siendo responsable del 9% del efecto invernadero.

Del 55% del metano total producido por el sector agrícola-ganadero, el 74,2% corresponde al ganado vacuno

Globalmente, el 55% del total del metano producido proviene de los sectores agrícolas-ganaderos, destacando el papel de los animales domésticos, siendo la especie que más produce cuantitativamente el ganado vacuno, con un 74,2% de las emisiones (CO2 equivalente). Y de este total, las vacas lecheras son las que menos producen, con un 18%, mientras que el resto de vacuno (vacuno adulto y joven de carne) se encarga de producir el 55,3% de las emisiones, según los datos aportados por la FAO, correspondientes al período de tiempo comprendido entre 1990 y 2012.

En Europa observamos una disminución en la emisión de gases, a un ritmo anual de – 2,87% aunque en África se da un crecimiento positivo de emisiones de gases de 2,35%.

Captura de pantalla 2016-05-09 a la(s) 18.45.01Como dato positivo, y analizando por continentes, cabe señalar que en Europa observamos una disminución en la emisión de gases, a un ritmo anual de 2,87%, aunque por el lado negativo, África presenta unas cifras de crecimiento positivo de emisiones de gases de 2,35%.

Tras valorar este dato, cabría preguntar la razón del porque África, continente que con los sistemas de producción menos exigentes que en otros industrializados, emite cada año más gases de efecto invernadero. La evolución de la producción, tan distinta según la localización geográfica, nos hace pensar que, lejos de estar satisfechos por la existente reducción europea en la emisión de gases de efecto invernadero, el problema de las emisiones persiste, sobre todo en zonas más desfavorecidas, por lo cual deberíamos buscar estrategias para disminuir la liberación de esos gases dañinos al medio ambiente.

 

Con relación al metano, los bovinos producen 74 toneladas métricas de las cuales el 88% tiene su origen en el rumen y el 12% a nivel intestinal

Con relación al metano, podemos señalar que es un producto final generado en ambientes anaerobios a raíz de la fermentación de los alimentos, situándose la producción en el rumen, habiendo sido identificado también en zonas intestinales, al igual que en los monogástricos.

Debemos siempre tener en cuenta que la contribución al total emitido es variable, dependiendo del animal y no del lugar en dónde se produce.

Si bien es cierto que de las más de 74 toneladas métricas anuales que producen los bovinos, el 88% tiene un origen ruminal y el resto será producido a nivel intestinal, no podemos establecer unas cifras exactas, y estas son aproximadas, pues su contribución al total emitido es variable, dependiendo del animal y no del lugar en dónde se produce.

Una vez producido, el metano de origen ruminal será eliminado al medio ambiente a través del aire espirado por la boca, y el intestinal también a través de las heces. Teniendo en cuenta que el metano producido por el animal y eliminado debe ser considerado una pérdida neta de energía del animal, reduciendo por tanto el rendimiento productivo, deberíamos reducir su presencia, no sólo por importantes razones medioambientales, sino también por condicionantes económicos, con objeto de rentabilizar las producciones.

El metano producido por el animal y eliminado debe ser considerado una pérdida neta de energía del animal, reduciendo por tanto el rendimiento productivo

 

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Metágenos, microorganismo generadores de metano

nnnnnnCaptura-de-pantalla-2016-05-09-a-la(s)-18.47.20Este grupo de microorganimos anaerobios estrictos llamados metanógenos son responsables del 13% del metano que genera el animal

Estos microorganismos pertenecientes al género Archaea y al phylum Euryarchaeota, algunos de los cuales viven en la superficie de los protozoos ciliados del rumen, son concretamente los responsables de la producción del 13% de metano que genera el animal.

 

Estos microorganismos difieren de las bacterias en que en vez de tener peptidoglucanos en la pared celular presentan pseudomurina en los géneros Methanobrevibacter y Methanobacterium, heteropolisacáridos en géneros Methanosarcina y proteínas en el género Methanomicrobium.

 

Se trata pues de un conjunto de organismos que presentan dos coenzimas, el F420 (presentes en las enzimas Hidrogenasa y Formato deshidrogenasa) y el M (excepto para Methanobrevibacter ruminantium el cual procede de una fuente externa), que al metilar el ácido 2-mercaptoethanesulfonico producirán metano, por poner algunos ejemplos.

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Algunos de estos metanógenos han sido también identificados en el intestino, lo que unido al hecho que existe un escape real de materia orgánica desde el rumen para ser fermentada al intestino, en porcentajes no inferiores al 10 %, ya podremos comprender el origen intestinal de una parte del metano, producida por la utilización del hidrógeno para reducir el anhídrido carbónico en metano (algunas veces no se produce metano y sí acetato, mediante la actuación de las bacterias correspondientes).

 

No todos los metanógenos utilizan las mismas rutas bioquímicas a la hora de sintetizar el metano

Es interesante comentar que no todos los metanógenos utilizan las mismas rutas bioquímicas a la hora de sintetizar el metano, pues algunos del género Methanosarcina utilizan metanol y metilamina para formarlo, mientras otros utilizan formato, derivado del acetato. Este acetato, una vez fermentado, provee un grupo metilo que es utilizado en la metanogénesis.

Algunos metágenos utilizan metanol y metilamina para generarlo, y otros formato, derivado del acetato

Los AGV usualmente no son utilizados como fuente de metano, porque es la interconversión desde hidrogeno y anhídrido carbónico un proceso muy largo en el tiempo.

La producción de metano tiene relación directa no sólo con la cantidad de carbohidratos fermentados en el rumen, sino además con la relación entre los diferentes ácidos grasos producidos, pues esto último condiciona la producción de hidrógenos, y por tanto, de metano.

 

De hecho, si el cociente acetato/propionato fuera 0,5, la pérdida energética sería 0, mientras que si solo se produjese acético, y no propiónico, la pérdida energética podría elevarse al 33 %.

De hecho, se han publicado ecuaciones basadas en la estequiometria de la fermentación, que predicen la formación de metano según las diferentes cantidades de AGV (Most et al, 2000), y que es:

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De la fórmula se deduce que si conseguimos propionato éste tiene un efecto negativo sobre la cantidad de metano, pues compite por el hidrogeno con el anhídrido carbónico a nivel ruminal. Por otro lado, la influencia del butirato es baja, y claramente se ve que la cantidad de acetato es el factor más importante a la hora de considerar la metanogénesis.

En cuanto al tipo de metanógenos que encontramos en el rumen, más allá de retener en la mente, desde un punto de vista práctico, como ejemplos, Methanobrevibacter ruminantium o Methanomicrobium mobile, no deberíamos olvidar que el tipo y la composición de la alimentación (concentrado o forraje), e incluso la localización, determinarán la flora presente en los entornos anaerobios adecuados, ya sea el rumen o el intestino, y por tanto, la producción en términos absolutos del mismo.

El tipo y la composición de la alimentación (concentrado o forraje), e incluso la localización, determinarán la flora presente en los entornos anaerobios adecuados y per se la producción en términos absolutos

La producción de metano por unidad de carne producida es menor en animales de régimen intensivo, que los animales que crecen por pastoreo

De hecho, y sorprendentemente, en terneros de cebo, la producción de metano por unidad de carne producida es menor en animales de régimen intensivo, que si lo comparamos a animales que crecen por pastoreo.

Esto se explica porque los animales que pastorean viven más tiempo, gastan más energía en producir una unidad de carne, por lo que pierden más energía como metano, y encima producen menos producto final.

El factor directo, que es la producción de Kg metano/año, aunque sea mayor en los animales de cebo intensivo, su contribución a la contaminación total será menor.

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Estrategias existentes en Europa para reducir la presencia de este metano en el ambiente

Lejos de entrar en la polémica de si un sistema de producción contribuye más o menos que otro al efecto invernadero, pasemos a repasar algunas de las estrategias existentes en Europa que se podrían poner en marcha para reducir la presencia de este metano en el ambiente.

Las medidas, utilizando un punto de vista metodológico, para reducir la emisión de metano, podrían ser subdivididas en preventivas o finales (Clemens y Ahlgrimm 2001).

Relativo a las medidas preventivas

Podríamos poner como ejemplo la incorporación de productos que reduzcan la producción ruminal de metano, o bien aumentar el procesado de excrementos, que son una fuente de metano al ambiente, a través de filtros y controlando la ventilación, lo cual sería un proceso muy complicado.

De cualquier modo, lo que nunca podremos olvidar es que los rumiantes son una fuente de metano, por lo cual parece claro que una manera eficaz de controlar la metanogénesis sería mediante la manipulación de la alimentación.

Se han propuesto diferentes medidas encaminadas a mitigar la producción de metano, y que son expuestas en la siguiente tabla (modificada de Castillo et al, 2014) (algunas medidas no autorizadas en la Unión Europea):

Para sintetizar la tabla expuesta, podríamos señalar que las opciones pasarían por actuar sobre la producción de metano directamente, o a través de compuestos químicos:

  • Actuando sobre los microorganimos metanogénicos
  • Promoviendo la producción de propionato, o de acetato
  • Creando ambientes hostiles para la producción de métano Por ejemplo limitando la actividad protozoaria, necesario habitáculo para parte de los metanógenos.
  • Imunizar . Aunque presenta dificultades vinculadas a las variaciones de los huéspedes según localización geográfica y según el tipo de ración

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Relativo a las medidas finales

La segunda alternativa sería un cambio en la dieta, incrementando la cantidad de carbohidratos no estructurales, o bien procesando tecnológicamente el forraje, con objeto de mejorar la eficiencia de la ración, con lo cual disminuiremos el metano producido por kilogramo de carne, o de ser el caso de leche, pues un hecho cierto es que nunca podremos evitar la producción de metano.

Como contrapartida a la mayoría de estas medidas, no deberíamos olvidar que forzando tanto la selección de la población ruminal, incrementando el uso de concentrados en detrimento del forraje, nos podría llevar a favorecer la aparición de patologías de índole digestivas, como puede ser la acidosis láctica ruminal.

Por tanto, el planteamiento global sería buscar un equilibrio, minorizando la producción de metano, pero sin llevar a los animales a situaciones productivas tan exigentes que pudiesen provocar el aumento en el número de bajas o el descenso en el rendimiento productivo

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