Utan kor skulle vår kost se väldigt annorlunda ut. Vi skulle gå utan hamburgare, grillade ostmackor och grillbiff. Vi skulle inte smälta smör på pannkakor eller lägga mjölk i våra flingor.
Det skulle inte finnas någon glass.
Fram till 1850-talet hade de flesta amerikanska familjer sina egna kor. Nu bor de flesta människor en bit från landets 9,3 miljoner mjölkkor och 90 miljoner nötkreatur. Så shoppare köper nötkött och mejeriprodukter i en stormarknad och tänker inte så mycket på hur kor föds upp och sköts. Men det finns många forskare och ingenjörer som gör dessa djur till fokus för sina liv.
Och det är tur för det kan vara en utmaning att hålla stora boskapsbesättningar friska. Dessa djur utgör också en miljöutmaning. Bönder och ranchägare är ofta inte utrustade för att studera de gaser och avfall som deras djur producerar, eller att veta hur man bäst förhindrar att avfallet skadar miljön.
Här träffar vi tre forskare som arbetar för att mjölkkor och köttboskap ska hålla sig friska och skada planeten så lite som möjligt.
Söka de sjuka
– Jag har alltid trott att jag ville bli koläkare, säger Karin Orsel. Hon har funnits med boskap sedan barndomen på en landsbygd i Nederländerna. Idag undervisar hon i veterinärmedicin vid Kanadas University of Calgary i Alberta. I vilken grupp av kor som helst, säger hon, “har jag alltid en favorit.” Det är djuret som agerar nyfiket på vad hon håller på med.
Orsel gillar att arbeta med boskap och deras ägare. Men hon tyckte att hon gillade att undersöka boskapssjukdomar mer än att hon tyckte om att behandla sjuka djur. Så hon blev epidemiolog. Det är en sjukdomsdetektiv. Och för Orsel innebär det att fokusera på hur man förhindrar eller stoppar spridningen av åkommor.
“Vad jag i slutändan skulle älska att göra är att förstå sjukdomar på ett sådant sätt att jag kan förhindra att kor blir sjuka”, säger hon.
Förklarare: Tagga genom historien
Djur försöker vanligtvis dölja symtom. Det kan bero på att det att se svag ut skulle ha gjort dem lättare att byta ute i naturen. “Jag måste alltid vara smartare än en ko är för att ta reda på om hon är sjuk eller inte”, förklarar Orsel.
Tänk på, konstaterar hon, att sjuka boskap kan innebära stora problem för en bonde eller ranchägare. Till exempel orsakar mul- och klövsjuka blåssår runt munnar, klövar med mera. Denna virussjukdom kan ödelägga en flock och sprida sig som en löpeld. Bovin tuberkulos är en kronisk lungsjukdom. Parasiter kan orsaka diarré och andra problem. Om sjuka nötkreatur inte behandlas snabbt, kan deras sjukdom spridas snabbt i en besättning.
Det är här tekniken kan hjälpa. Öronmärken har länge använts för att identifiera nötkreatur. Tänk på dem som en bovin version av hundmärket. I sin enklaste form innehåller en kotagg en unik identifierare för djuret och information om vem som äger det. Vissa taggar innehåller även ett litet datorchip med information om djuret som kan hämtas elektroniskt. Andra taggar är mer komplexa. Vissa låter en bonde spåra enskilda kor med en app på en telefon, till exempel.
Särskilda öronmärken spårar förändringar i nötkreaturens huvudrörelser i ett försök att få ledtrådar om när djuren kan vara sjuka.
Barbara Wolfger, University of Calgary
I en nyligen genomförd studie använde Orsel en tagg som innehöll en
accelerometer
(Ak-sel-er-OM-eh-tur). Den mäter förändringar i rörelse i olika riktningar. Detta kan peka på om en ko äter, sover eller joggar över en hage. Precis som människor äter boskap ofta mindre när de känner sig sjuka. Så data från detta öronmärke kan visa om en ko har ändrat sina matvanor och kan vara sjuk.
I flera år har dessa öronmärken fungerat bra på mjölkgårdar. Men enheterna har visat sig vara mindre exakta för nötkreatur. Det fanns massor av falska positiva
Kor är kända för sin förmåga att äta gräs – något som skulle göra en människa sjuk. Men det är inte allt de äter. De flesta amerikanska mjölkkor äter på en “total blandad ranson”, förklarar Alex Hristov. Han är djurforskare vid Pennsylvania State University i University Park. Dessa måltider, förklarar han, är en blandning av spannmål och fiberrika material, såsom hö eller fermenterat växtmaterial, som kallas ensilage. Blandningen innehåller även proteinrikt material från vissa oljefrön eller bönor, som raps eller soja. Till och med vissa industriella biprodukter kan inkluderas, som spannmål som blir över vid framställning av alkohol.
Det är viktigt att få rätt recept på den här ransonen, för om det finns ett problem med näringen, “kommer mjölkproduktionen att lida omedelbart”, säger Hristov.
Han och andra har arbetat för att sänka kostnaderna för en kos foder och för att öka dess näring. På så sätt kommer en bonde att betala mindre för att driva sin besättnings produktion av mjölk. “Allt från 40 till 60 procent av alla utgifter på en mjölkgård är för foder,” noterar Hristov. Alla besparingar här kommer att hjälpa bönderna mycket.
Men det finns en annan oro – en som går långt bortom gården. Kor rapar ut metan, en växthusgas.
Kor har en komplex mage, och dess största fack är vommen. Den kan väga upp till 120 kg (260 pund). Inuti vommen bryter mikrober ner fibrer till näringsämnen som en ko kan använda. Denna process frigör gaser, inklusive metan. “Om korna inte rapar ut det kommer de att svälla upp och dö”, konstaterar Hristov.
Ungefär en fjärdedel av alla metanutsläpp i USA kommer från boskap. Det uppger US Environmental Protection Agency. Att minska metan från korappar kan hjälpa till att begränsa den globala uppvärmningen och dess effekter.
Hur? Hristovs nya data visar att det kan hjälpa att ändra en kos foder.
Denna utrustning vid Penn State University mäter metanutsläpp från mjölkkor när de matar. Pennsylvania State University
Hans team har arbetat med en kemikalie som kallas 3-nitrooxipropanol (NI-troh-OX-ee-PRO-pah-nawl), eller 3NOP. Att lägga till det i fodret kan minska metanrapningar från mjölkkor med cirka 30 procent. Kor som äter foder med denna tillsats i 12 veckor gick också upp mer i vikt än kor som äter på vanliga ransoner. Bäst av allt: Det var ingen minskning i mängden eller kvaliteten på mjölk som producerades. Forskarna publicerade just sina resultat den 25 augusti i Proceedings of the National Academy of Sciences.
3NOP fungerar genom att blockera ett enzym som behövs för det sista steget i den metanbildande processen. Den reaktionen binder normalt väteatomer till kolatomer i djurens kost. Det är fortfarande inte klart vad som händer med vätgas som inte är bunden på detta sätt. Mikrober i vommen kan producera mindre väte när de bryter ner näringsämnen, säger Hristov. Eller så kan insekterna använda väte på andra sätt. Ytterligare forskning bör belysa mysteriet.
Att städa upp i en röra
Nötkreatur äter mycket – och det kommer mycket ur dem också. Varje dag bajsar en mjölkko på 680 kilo (1 500 pund) ut 57 kilo (125 pund) gödsel. Att hitta användningsområden för allt detta avfall kan lägga extra pengar i en bondes ficka. Att hantera avfallet bättre kan också hjälpa miljön.
Dana Kirk är biosystemingenjör vid Michigan State University i East Lansing. “Min forskning fokuserar huvudsakligen på kons bakända”, skämtar han. Med detta menar han att hans team letar efter bättre sätt att förvandla gödsel till en resurs: biogas.
Denna blandning av gaser, inklusive metan, kan brännas för energi. Kirks labb använder anaerob, eller syrefri, rötning för att skapa den biogasen. “Vi skapar mer eller mindre en förlängning av kons mage och tarmar”, säger han.
Den kupolformade byggnaden är en anaerob kokare vid Michigan State University. Den kan förvandla cirka 15 400 ton gödsel och annat organiskt avfall varje år till ett biogasbränsle. GL Kohuth, Michigan State University Gödsel är osmält mat. Det är vad som blir över efter att en ko har fått i sig så mycket näring som den kan ur sitt foder. Men olika mikrober kan bryta ner resterna i gödseln för att få ut ännu mer energi. Michigan State ingenjörer utnyttjar förmågan hos dessa bakterier genom att blanda gödsel och andra typer av matavfall med dem i en stor tank. När dessa mikrober bryter ner avfallet frigör de gaser som kan användas som bränsle.
Förbränning av biogas kan producera ånga och el. Om den bearbetas vidare kan metanet i biogas omvandlas till ett bränsle för uppvärmning av hem, industriella processer, transporter med mera. Och, tillägger Kirk, “Det är förnybart.” Istället för att ta kol ur marken som ett fossilt bränsle, “producerar vi det från avfall”, förklarar han – och en typ som genereras dagligen.
”En stor anaerob rötkammare på universitetsområdet använder kogödsel från skolans mjölkgård. Matsvinn från skolans cafeterier och det lokala samhället ger extra insatser. Biogas från anläggningen producerar nu cirka 400 kilowatt el. Det räcker för att driva 250 till 300 närliggande hem.
Ingenjörer letar nu efter bättre blandningar av gödsel och annat avfall för att driva systemet. Att göra det kan kontrollera lukter och göra processen mer effektiv. Den sista funktionen kan också öka energiproduktionen från den rötkammaren, samtidigt som den sänker kostnaderna för elektriciteten den skapar.
Kirks team tittade nyligen på sätt att lägga till en solfångare. Värme från solen kan hålla en kokare i drift vid den temperatur som dess mikrober gillar bäst. Det kan hjälpa dem att producera mer gas för en viss mängd avfall.
En nackdel är att solfångaren bara fungerar när solen skiner. Men genom att kombinera den med den anaeroba kokaren omvandlas en del av solens värmeenergi till biogas. Människor kan senare använda den biogasen för att driva systemet även när det är mörkt eller molnigt. Kirks team beskrev sin idé för detta system i 1 april-numret av Energy
Bättre bearbetning och hantering av gödningsmedel kan också hjälpa miljön. Till exempel kan för mycket fosfor i regnet som rinner bort från fält leda till skadliga algblomningar
på platser som
västra Lake Erie. Algerna kan förgifta vatten. Även när det inte händer kan blomningarna täppa till vattenreningsverk och rubba näringsnät i sjöar, vattendrag – till och med havet.
Men här är en extra bonus för den här gödselrensningen. Det kanske bara ger vatten tillräckligt rent för att bevattna torra fält.
Redan kan ett testprojekt i Michigan State dra tillräckligt med avfall ur den flytande gödseln för att producera vatten som är tillräckligt rent för en ko att dricka! Hälften av varje gallon kan sluta som vatten tillgängligt för boskap eller bevattning. Målet är att få den mängden upp till 65 procent av varje liter gödsel. Projektet, som startade för ett decennium sedan, är nästan redo att bli kommersiellt.
Kirk, Hristov och Orsel älskar alla kor. Deras arbete lönar sig också genom att hjälpa bönder och ranchägare att driva mer hållbart företag. På så sätt kan de producera näringsrik mat med mindre påverkan på miljön. Och vi andra kan fortsätta att bita i saftiga hamburgare och strutar av läcker glass.
Detta är en i en serie om karriärer inom naturvetenskap, teknik, ingenjörsvetenskap och matematik möjliggjort med generöst stöd från Alcoa Foundation .
Power Words
(för mer om Power Words, klicka på
här
)
accelerometer
Ett instrument för att mäta vibrationer eller en förändring i rörelsehastigheten. Dessa sensorer kan vanligtvis mäta rörelseförändringar i alla tre dimensioner (fram-till-bak, sida-till-sida och upp-och-ner).
alger
Encelliga organismer, som en gång ansågs vara växter (det är de inte). Som vattenlevande organismer växer de i vatten. Precis som gröna växter är de beroende av solljus för att göra sin mat.
anaerob rötning
Processen att bryta ner material för att producera energi utan närvaro av syre. Anaerob nedbrytning kan ske i organismer. Det kan också ske i konstruerad utrustning, känd som en anaerob kokare.
app
Förkortning för applikation, eller ett datorprogram designat för en specifik uppgift.
atom
Grundenheten för ett kemiskt element. Atomer är uppbyggda av en tät kärna som innehåller positivt laddade protoner och neutralt laddade neutroner. Kärnan kretsar kring ett moln av negativt laddade elektroner.
biogas
Gas producerad genom en biologisk process, som kan innehålla metan, koldioxid och andra kemikalier.
blom
(i mikrobiologi) Den snabba och i stort sett okontrollerade tillväxten av en art, såsom alger i vattendrag berikade med näringsämnen .
nötkreatur
Har med boskap att göra.
boskap
Även känd som nötkreatur (eftersom de är medlemmar av underfamiljen känd som Bovinae), dessa är raser av boskap som föds upp som en källa till mjölk och kött. Även om de vuxna honorna är kända som kor och hanarna som tjurar, hänvisar många människor till dem alla, i allmänhet som
kor
.
kronisk
Ett tillstånd, såsom en sjukdom (eller dess symtom, inklusive smärta), som varar under lång tid .
klimat
De väderförhållanden som råder i ett område i allmänhet eller under en lång period.
klimatförändring
Långsiktig, betydande förändring av jordens klimat. Det kan hända naturligt eller som svar på mänskliga aktiviteter, inklusive förbränning av fossila bränslen och röjning av skog.
commercial
(i forskning och ekonomi) Ett adjektiv för något som är redo för försäljning eller som redan säljs.
smälta
(substantiv: matsmältning) För att bryta ner mat till enkla föreningar som kroppen kan ta upp och använda för tillväxt. Vissa avloppsreningsverk utnyttjar mikrober för att smälta – eller bryta ner – avfall så att nedbrytningsprodukterna kan återvinnas för användning någon annanstans i miljön.
ingenjör
En person som använder vetenskap för att lösa problem. Som verb betyder att konstruera att designa en enhet, ett material eller en process som kommer att lösa ett problem eller ett ouppfyllt behov.
ingenjör
Forskningsområdet som använder matematik och naturvetenskap för att lösa praktiska problem.
miljö
Summan av alla saker som finns runt en organism eller processen och tillståndet som dessa saker skapar för den organismen eller processen. Miljö kan syfta på vädret och ekosystemet som ett djur lever i, eller kanske temperaturen, fuktigheten och placeringen av komponenter i något elektroniksystem eller produkt.
Environmental Protection Agency
(eller EPA) En myndighet i den federala regeringen som har till uppgift att hjälpa till att skapa en renare, säkrare och hälsosammare miljön i USA. Skapad den 2 december 1970, granskar den data om möjlig toxicitet för nya kemikalier (andra än livsmedel eller läkemedel, som regleras av andra myndigheter) innan de godkänns för försäljning och användning. Där sådana kemikalier kan vara giftiga, fastställer den regler för hur mycket som får användas och var det får användas. Den sätter också gränser för utsläpp av föroreningar till luft, vatten eller mark.
enzymer
Molekyler tillverkade av levande varelser för att påskynda kemiska reaktioner.
epidemiolog
Liksom hälsodetektiver, tar dessa forskare reda på vad som orsakar en viss sjukdom och hur man kan begränsa dess spridning.
falskt positiv
I statistik, en slutsats – baserad på data – att det finns en skillnad mellan två eller flera tillstånd som testat, när det faktiskt inte finns någon.
feedlot
En anläggning dit nötkreatur eller andra boskap kan gå efter att ha bott på gårdar eller rancher och innan de slaktas för mat . Under tre till sex månader äter djuren en speciell diet som hjälper dem att gå upp i vikt och producera kött av hög kvalitet. Feedlots kan vara värd för hundratals eller till och med tusentals djur åt gången.
jäsning
Den metaboliska processen att omvandla kolhydrater (socker och stärkelse) till kortkedjiga fettsyror, gaser eller alkohol. Jäst och bakterier är centrala i fermenteringsprocessen. Fermentering är en process som används för att frigöra näringsämnen från maten i människans tarm. Det är också en underliggande process som används för att göra alkoholhaltiga drycker, från vin och öl till starkare spritdrycker.
gödselmedel
Kväve och andra växtnäringsämnen tillsatta i jord, vatten eller bladverk för att öka tillväxten av grödor eller för att fylla på näring som tagits bort tidigare av växtrötter eller blad.
fossilt bränsle
Alla bränslen – såsom kol, petroleum (råolja) eller naturgas – som har utvecklats i Jorden under miljontals år från ruttnade rester av bakterier, växter eller djur.
global uppvärmning
Den gradvisa ökningen av den totala temperaturen i jordens atmosfär på grund av växthuseffekten. Denna effekt orsakas av ökade halter av koldioxid, klorfluorkolväten och andra gaser i luften, många av dem frigörs av mänsklig aktivitet.
växthusgas
En gas som bidrar till växthuseffekten genom att absorbera värme. Koldioxid är ett exempel på en växthusgas.
växthuseffekt
Uppvärmningen av jordens atmosfär på grund av uppbyggnaden av värmefångande gaser, såsom koldioxid och metan . Forskare hänvisar till dessa föroreningar som växthusgaser. Växthuseffekten kan också uppstå i mindre miljöer. Till exempel, när bilar lämnas i solen förvandlas det inkommande solljuset till värme, fastnar inuti och kan snabbt göra inomhustemperaturen till en hälsorisk.
väte
Det lättaste grundämnet i universum. Som gas är den färglös, luktfri och mycket brandfarlig. Det är en integrerad del av många bränslen, fetter och kemikalier som utgör levande vävnader.
metan
Ett kolväte med den kemiska formeln CH4 (vilket betyder att det finns fyra väteatomer bundna till en kolatom). Det är en naturlig beståndsdel av det som kallas naturgas. Det släpps också ut av sönderfallande växtmaterial i våtmarker och rapas ut av kor och andra idisslare boskap. Ur ett klimatperspektiv är metan 20 gånger mer potent än koldioxid när det gäller att fånga värme i jordens atmosfär, vilket gör det till en mycket viktig växthusgas.
microbe
Förkortning för mikroorganism. En levande varelse som är för liten för att se med blotta ögat, inklusive bakterier, vissa svampar och många andra organismer som amöbor. De flesta består av en enda cell.
kväve
Ett färglöst, luktfritt och icke-reaktivt gasformigt element som utgör cirka 78 procent av jordens atmosfär. Dess vetenskapliga symbol är N. Kväve frigörs i form av kväveoxider när fossila bränslen förbränns.
näringsämne
Ett vitamin, mineral, fett, kolhydrat eller protein som organismer behöver för att leva och som utvinns genom diet.
parasit
En organism som får nytta av en annan art, kallad värd, men som inte ger den några fördelar. Klassiska exempel på parasiter inkluderar fästingar, loppor och bandmaskar.
förnybar energi
Energi från en källa som inte förbrukas vid användning, såsom vattenkraft (vatten), vindkraft eller solkraft.
rumen
Den största delen av en ko eller stuts fyrdelade mage, där mikrober bryter ner fibrer till näringsämnen som djur kan använda.
ensilage
Hackat växtmaterial som utfodras till kor eller andra gurtuggande djur som får. Ensilage inkluderar vanligtvis alla delar av växten som växte ovan jord (men inga rötter).
styr
En kastrerad nötkreatur av hankön uppfödd för kött.
hållbarhet
(ad j:
sustainable
) Att använda resurser på ett sätt som kommer att fortsätta vara tillgängliga i framtiden.
teknologi
Tillämpningen av vetenskaplig kunskap för praktiska ändamål, särskilt inom industrin – eller de anordningar, processer och system som resulterar i från dessa ansträngningar.
tuberkulos
En bakteriell sjukdom som orsakar ovanliga utväxter i lungorna eller andra vävnader. Obehandlad kan den döda. Infektionen sprider sig vanligtvis när en sjuk individ hostar (eller pratar, sjunger eller nyser), och spyr ut bakterier i luften.
veterinär
En läkare som studerar eller behandlar djur (inte människor).
veterinär
Har med djurmedicin eller hälsovård att göra.
watt
Ett mått på energianvändningshastighet, flöde (eller flöde) eller produktion. Det motsvarar en joule per sekund. Den beskriver hastigheten av energi som omvandlas från en form till en annan – eller flyttas – per tidsenhet. Till exempel är en kilowatt 1 000 watt, och hushållens energianvändning mäts och kvantifieras vanligtvis i termer av kilowattimmar eller antalet kilowatt som används per timme.
Ordsökning (klicka här för att förstora för utskrift)
Leave a Reply