Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי מגוון ביולוגי פורסם: 23 ביוני, 2022

קבלת פרות גדולות על ידי הזנת המיקרובים הזעירים שלהן

תַקצִיר

בקר משמש למטרות רבות, אולם כיום בקר מגודל בעיקר כדי לספק לאנשים בשר ומוצרים שימושיים נוספים. האם ידעתם שעור, סבון, ג’לטין ואפילו תרופות מגיעים מבקר? מלבד זאת, בקר יכול לשגשג באדמה באיכות נמוכה שאינה מתאימה לבניית בתים ולגידול צמחים שאנשים יכולים לאכול. חשוב מכך, בקר אוכלים מזונות שחיות אחרות לא יכולות לאכול. פרות נסמכות על צמחים כמקור המזון העיקרי שלהן, והן יכולות לעכל חלקים קשים של צמחים מאחר שיש להן קבוצה של מיקרובים במעיים שלהן. המיקרובים בקבוצה הזעירה הזו (שנקראים מיקרוֹביוּם) מספקים לַבָּקָר כ-70% מהאנרגיה שנדרשת לו. מאחר שקבוצת המיקרובים חשובה מאוד לגדילת הבקר ולקבלת חומרי מזון מהאוכל, מדענים עובדים על אסטרטגיות לקבל פרות גדולות ובריאות יותר, ובמקביל לדאוג לכדור הארץ.

האם ידעתם שפרות שייכות למעלי גירה?

בני אדם מקבלים הרבה מוצרים שימושיים מבקר. לא רק שהן מספקות לנו מקור לבשר, אלא גם עור, סבון, ג’לטין, ותרופות מגיעים מבקר. פרות גם אוכלות מזונות שחיות אחרות לא יכולות לאכול, וחיות על אדמה שאינה מתאימה לבניית בתים או לגידול צמחים שאנשים יכולים לאכול.

פרות הן מעלי גירה, מה שאומר שיש להן רוּמֶן (rumen). הרומן הוא החלק הראשון בקיבה בת ארבעת החלקים של הפרה. הרומן מסייע לפרות לפרק חומרים קשים, כמו אלה שנמצאים בצמחים, והחתיכות המפורקות הקטנות יותר קלות יותר לשימוש כמזון עבור פרות. דמיינו שיש לכם ידיים עם אצבעות זעירות בתוך קיבתכם. הידיים, שנקראות “עמודים” (pillars), מועכות את המזון למעלה ולמטה בכל רחבי הרומן, עד שהוא נמעך לחתיכות קטנות, בזמן שהאצבעות, שנקראות פטמות (papillae), מסייעות לקחת את חומרי המזון מהמזון (1 איור, מימין). כעת, דמיינו את עצמכם חוזרים על התהליך הזה במשך שמונה שעות ביום! זה הרבה עבודה! פרות הן לא מעלי הגירה היחידים – עיזים, כבשים, ואפילו ג’ירפות ואיילים הם גם מעלי גירה [1]! מעלי גירה פראיים, כמו למשל אייל קנדי ואייל הצפון שחיים באדמות דשא, מסייעים למנוע עלייה מסוכנת של גזי חממה באטמוספרה של כדור הארץ. חיות אלה כל הזמן קוצצות את הדשא, מה שמסייע לדשא לגדול ולהיות גבוה יותר ובריא יותר. שורשי הדשא נעשים ארוכים יותר, והדשא יכול לספוג יותר מגז החממה פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה. אם כן, מעלי גירה פראיים ורועים מבויתים מגינים על המגוון של הצמחים והחיות הטבעיים שלנו, שמהווים מזון לבני אדם.

איור 1 - מיקרובים מסוגים ומגדלים שונים קיימים ברוּמן של בקר (משמאל).
  • איור 1 - מיקרובים מסוגים ומגדלים שונים קיימים ברוּמן של בקר (משמאל).
  • אורגניזמים פרוקריוטים, כולל ארכאות וחיידקים, קטנים יותר מאורגניזמים אאוריוטים, שכוללים פרוטוזואונים ופטריות. באיור המרכזי, האם אתם יכולים לזהות את הפטמות (papillae) הקטנות, שצורתן כצורת אצבעות, שם המיקרובים חיים? הרוּמן כולו, כולל העמודים (pillars) דמויי היד שמערבבים ומועכים את המזון, מוצגים מימין.

האם ידעתם שמיקרובים יכולים לסייע לפרות לעכל מזון?

הרוּמן הוא איבר מיוחד, מאחר שהוא ביתם של מיליוני אורגניזמים מיקרוסקופיים זעירים שנקראים מיקרובים. כל המיקרואורגניזמים יחד נקראים המיקרוֹביוּם של הפרה. פרות יכולות לאכול צמחים כמקור המזון העיקרי שלהן מאחר שהרוּמן שלהן מאחסן הרבה מיקרובים שונים שמפרקים את הצמחים לאנרגיה שְׁמִישָׁה עבור הפרות. לאחרונה מדענים נעשו מודעים לעובדה שהמיקרוביום הכרחי עבור הגדילה של בקר ובריאותו [2], והם מנסים לסייע לקבוצת המיקרוביום הזו להיות יעילה יותר [3]. מיקרובים יעילים יותר יכולים להוביל לפרות גדולות ובריאות יותר שאוכלות פחות מזון. אף על פי שמדענים עבדו קשה כדי להשיג את המטרה הזו בעודם מגדילים תועלות סביבתיות, התוצאות עדיין לא נראות טובות. מדענים יודעים כיום שישנוֹ הרבה מידע שאנו זקוקים לולפני שנוכל לתמוך במיקרוביום של פרות ביעד שלו: לקבל כמה שיותר אנרגיה מכמה שפחות מזון, כך שפרות יוכלו לגדול טוב יותר ולהיות מאושרות.

האם ידעתם שישנם סוגי מיקרובים שונים שמבצעים עבודות שונות?

פרות גדולות בערך פי 1,000 מהמיקרובים שחיים ברוּמן שלהן (2 איור, משמאל). המיקרוביום של הפרה מורכב מקבוצות של סוגי מיקרובים שונים: חיידקים, פרוטוזואונים, פטריות וארכאות. לכל סוג של מיקרובים יש יכולות שונות, וישנם דברים רבים שמשפיעים על התנהגותם. אף על פי שפרות והמיקרובים שלהן שייכים לממלכות חיים שונות (2 איור, מימין), הם משתפים פעולה, וגם הפרות וגם המיקרובים מקבלים תוצאות חיוביות משיתוף הפעולה הזה.

איור 2 - פרות גדולות בערך פי 1,000 מהמיקרובים שלהן.
  • איור 2 - פרות גדולות בערך פי 1,000 מהמיקרובים שלהן.
  • לשם השוואה, אם הר רושמור היה פרה, הפרה הקטנה בפינה הימנית של ההר הייתה החיידק. מימין, אתם יכולים לראות היכן ארכאות, חיידקים, פרוטוזואונים, פטריות, פרות ובני אדם נמצאים על עץ החיים. תחתית העץ כוללת אורגניזמים פחות מורכבים, והענפים העליונים כוללים אורגניזמים מורכבים יותר.

חיידקים וארכאות קטנים הרבה יותר מפטריות ומפרוטוזואונים (1 איור, משמאל). חיידקים יכולים לאכול הרבה דברים שונים, והם מייצרים כמה חומרי מזון עבור הפרה. ארכאות הן מעטות יותר וקטנות יותר, והן לא עושות כל כך הרבה דברים כמו שחיידקים עושים. פטריות טובות בחדירה לדפנות קשות של צמחים. פרוטוזואונים יכולים להחזיק מזון ולאחסן אותו לאורך יותר זמן ממיקרובים אחרים, כך שהם יכולים לשחרר אנרגיה כשהיא נדרשת, ולספק מקורות מהירים של אנרגיה לפרה. כדי שתקבלו מושג על כמות המיקרובים שנמצאים מכל סוג, אם בקבוצת המיקרוביום שלנו יש 20 חברים, עשרה יהיו חיידקים, שמונה יהיו פרוטוזואונים, אחד יהיה פטריה ואחד יהיה ארכאה.

פרות בקר יכולות לאכול הרבה סוגים וחלקים של צמחים. במרבית חייהן, פרות מלחכות, כלומר הן אוכלות עשב. אולם כאשר פרות גדלות הן יכולות לאכול דגנים. דגנים, כמו דגני בוקר, מגיעים מזרעי הצמחים. דגנים פחות קשים לפירוק ביחס לדשא, ולכן מיקרובים יכולים לעכל אותם מהר יותר משהם מעכלים דשא. אנו יודעים שדיאטה היא כוח חזק שמניע את ההרכב של קבוצת המיקרובים [4]. אם המזון המועדף עליהם לא נמצא בדיאטה של הפרה, המיקרובים לא יגדלו וחברי הקבוצה ישתנו. לדוגמה, חלק מהחיידקים יכולים לחיות ולגדול רק אם הבקר אוכל בעיקר דגנים, אולם אחרים סתגלתנים יותר ויכולים לשרוד [4]. ארכאות לעיתים קרובות נמצאות כאשר חיות אוכלות יותר צמחים. הפרוטוזואונים לא משתנים כל כך כתוצאה מדיאטה, בעוד שפטריות מאוד לא אוהבות דגנים, והן לעיתים ימותו כאשר הבקר אוכל יותר דגנים.

אף על פי שמיקרובים עושים הרבה דברים חשובים עבור הפרות, הם גם יכולים לעשות דברים לא כל כך מועילים. חלק מהמיקרובים מייצרים מֶתָאן, שהוא גז שתורם להתחממות הגלובלית והוא גם תוצר פסולת עבור בקר, מה שמונע מהבקר לגדול למלוא הפוטנציאל שלהם. חלק מהמיקרובים לא מייצרים אנרגיה ממזונות מסוימים בצורה טובה כמו מיקרובים אחרים. מדענים רוצים להבין את ההשפעות המועילות של המיקרוביום של הפרה, בעודם מוודאים שהמיקרובים משחררים פחות מתאן.

האם ידעתם שאנו יכולים לסייע למיקרובים לסייע לפרות?

ישנם דברים שמדענים וחקלאים יכולים לעשות כדי לסייע לקבוצת המיקרוביום לעשות את הטוב ביותר שלה על מנת לגדל פרות שמחות ובריאות. כמו שציינו קודם, בקר אוכל בעיקר דשא כשהוא צעיר, אולם כשהוא גדל הוא בדרך כלל אוכל יותר דגנים. דגנים משמשים לא רק כדי להזין את הבקר, אלא גם כדי להפיק מזון או דלק לבני אדם. שאריות של דגנים משימושים אחרים הם מקור מזון מצוין לבקר, מאחר שחלבונים וחומרי מזון נוספים שנמצאים בדגנים יכולים להיות מפורקים על ידי קבוצת המיקרוביום. הדגן המפורק יכול אז לשמש חיות ולסייע להן לגדול ולהיות בריאות. כאשר השינוי בדיאטה משתנה מדשא לדגנים, המיקרוביום מסייע לפרות לעבור בהצלחה מעיכול הצמחים וחלב אימן לאכילת דגנים. כמובן שהמיקרוביום צריך להשתנות כדי לשמור על הפרות הצעירות בריאות. האם אתם זוכרים מה קרה כאשר אימכם או אביכם ניסו להאכיל אתכם במזון חדש בפעם הראשונה? אולי הרגשתם שהמרקם מוזר, אולי אפילו בכיתם. פרות לא בוכות, אולם הן נלחצות כאשר המזון שלהן משתנה. מהסיבה הזו, אם נותנים לפרות לנסות מזונות חדשים בשלב מוקדם בחיים, זה מסייע למיקרוביום שלהן להתרגל לפירוק סוגי מזון שונים. כאשר המיקרוביום התרגל למזון החדש, הפרה יכולה לגדול מהר יותר ולהיות בריאה יותר.

מדענים יצרו מזונות ותרופות מיוחדות שיכולות להינתן לפרות במטרה להגביל את גדילת המיקרובים שלהן שמייצרים דברים שעשויים להיות תוצרי פסולת עבור הפרה, כמו מתאן. אולם ההשפעות החיוביות של סוג המזון או התרופה בדרך כלל לא נשארים זמן רב. מדענים מנסים למצוא דרכים מתמשכות יותר וזולות יותר לסייע למיקרובים לסייע לפרות להשתמש במזון בצורה טובה יותר [5]. לדוגמה, האם אתם אוהבים את הריח של רוזמרין או של תימין? הארומות של התבלינים האלה מוּכלוֹת בשמנים החיוניים שמגיעים מהצמחים האלה, מה שיכול למנוע ממיקרובים מסוימים מלייצר פסולת במעיים של הפרות. מדענים מנסים ללמוד אם סיפוק השמנים האלה לפרות יכול לסייע להן להשתמש במזון שלהן בצורה טובה יותר, מאחר שהם עשויים לסייע להפסיק את הפעילויות של המיקרובים הפחות טובים.

האם יש דרכים אחרות שבאמצעותן מדענים מנסים לסייע לחיות ולסביבה?

כפי שהראינו, המיקרוביום של הפרה חשוב מאוד כדי לסייע לפרה לגדול, מאחר שהמיקרובים משתתפים בפירוק המזונות שהפרה אוכלת, ומספקים לפרה חומרי מזון. דיאטה וגורמים אחרים בסביבה של הפרה יכולים לשנות את טיב העבודה של המיקרוביום, אולם אנו עדיין צריכים לברר כיצד בדיוק זה מתרחש, כך שנוכל לגרום לייצור הבקר להיות הכי טוב שניתן. חוקרים מנסים לקבוע אם חלק מהמיקרובים מייצרים חומרי מזון שונים שעשויים לסייע לפרות לאכול פחות, אולם לעלות במשקל. סוג הידע הזה יסייע לשפר את חקלאות הַמִּקְנֶה. יֶדַע על המיקרוביום של הפרה יכול גם לסייע לנו לטפל בסביבה, מאחר שאנו יכולים לשמר או לסייע לגדילה של הפרה, בעודנו מפחיתים את תוצרי הפסולת שמשוחררים לאטמוספרה ולסביבה.

מילון מונחים

מעלי גירה (Ruminants): חיות שאוכלות מזונות מבוססי צמחים ומפרקות אותן באמצעות רוּמן (rumen).

רוּמן (Rumen): היחידה העיקרית בקיבה המיוחדת של פרות, שמחולקת לשלוש יחידות נוספות.

מיקרובים (Microbes): צורות חיים זעירות, כולל חיידקים, פטריות ופרוטוזואונים.

מיקרוביום (Microbiome): סביבת מחיה שלמה, כולל מיקרובים (חיידקים, ארכאות, פטריות ופרוטוזואונים), הגנומים (כלומר, הגנים) שלהם, ותנאי הסביבה שלהם.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Myer, P. R., Clemmons, B. A., Schneider, L. G., and Ault, T. B. 2019. Microbiomes in ruminant protein production and food security. CAB Rev. 14:1–11. doi: 10.1079/PAVSNNR201914008

[2] Hernandez-Sanabria, E., Goonewardene, L. A., Li, M., Mujibi, D. F., Stothard, P., Moore, S. S., et al. 2010. Correlation of particular bacterial PCR-denaturing gradient gel electrophoresis patterns with bovine ruminal fermentation parameters and feed efficiency traits. Appl. Environ. Microbiol. 76:6338–50. doi: 10.1128/AEM.01052-10

[3] Clemmons, B. A., Martino, C., Schneider, L. G., Lefler, J., Embree, M. M., and Myer, P. R. 2019. Temporal stability of the ruminal bacterial communities in beef steers. Sci. Rep. 9:9522. doi: 10.1038/s41598-019-45995-2

[4] Hernandez-Sanabria, E., Goonewardene, L. A., Wang, Z., Durunna, O. N., and Moore, S. S. 2012. Impact of feed efficiency and diet on adaptive variations in the bacterial community in the rumen fluid of cattle. Appl. Environ. Microbiol. 78:1203–14. doi: 10.1128/AEM.05114-11

[5] Clemmons, B. A., Voy, B. H., and Myer, P. R. 2019. Altering the gut microbiome of cattle: considerations of host-microbiome interactions for persistent microbiome manipulation. Microb. Ecol. 77:523–36. doi: 10.1007/s00248-018-1234-9