打嗝是哺乳动物再平常不过的生理现象，但是牛打嗝近年来越来越受到科学家的关注。近日，《麻省理工科技评论》更是将牛打嗝抑制剂列为2025年十大突破性技术之一。

由于人类活动影响，工业化以来全球气候变暖现象正在加剧。据国际顶级气候监测机构哥白尼气候变化服务局公布的《2024年全球气候要闻》报告显示，2024年的全球平均气温为15.10摄氏度，比1850-1900年工业化前的水平高出1.57摄氏度，成为1850年以来有气温数据记录中最温暖的一年。

也就是说，2024年成为首个突破《巴黎协定》1.5摄氏度温控目标的年份。2016年，全世界178个《联合国气候变化框架公约》缔约方共同签署了《巴黎协定》，旨在对2020年后全球应对气候变化的行动作出统一安排。《巴黎协定》的长期目标是将本世纪全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。

为什么要将全球气温升高幅度限制在1.5摄氏度以内呢？根据联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告推测，全球升温超过1.5摄氏度，将会导致生物多样性受损、极端天气频发、海平面上升、水资源危机等事件，比如全球超过10%的物种面临灭绝风险，50年1次的高温极端天气将可能变为8.6次。

研究显示，全球气候变暖的主要原因是二氧化碳、甲烷等温室气体排放量不断增加。甲烷是全球排放量第二大的温室气体，但是其吸收红外线的能力是二氧化碳的26倍左右，其温室效应要比二氧化碳高出22倍。自工业革命以来，甲烷排放对全球气候变暖的贡献约占30%，而且自上世纪八十年代以来一直在持续增加。

由于甲烷在大气中的停留时间约为10-12年左右，而二氧化碳在大气中存留的时间可长达200年，因此通过控制甲烷排放可对全球气候变暖产生更快速、更直接的影响。2021年，150多个国家签署了《全球甲烷承诺》，承诺到2030年将甲烷排放量减少30%。2023年11月，中国发布了首个《甲烷排放控制行动方案》，对如何控制中国的甲烷排放进行了初步规划。

甲烷主要是在缺氧环境中由产甲烷细菌或生物体腐败产生的，既有自然产生的甲烷，如沼泽地形成的甲烷，也有人类活动产生的甲烷，如水稻种植和反刍动物养殖，而牛羊等反刍动物所产生的甲烷主要来源于其胃肠道的细菌发酵，约占人为甲烷排放量的30%。

在反刍动物中，全球牛羊的数量均超过10亿头，远多于其他反刍动物。视觉中国|图

反刍动物的胃肠道发酵之所以能产生甲烷，其实是一种反刍动物与胃肠道微生物共生进化的结果。反刍动物有瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃等四个胃，其中瘤胃是反刍动物的第一个胃，也是最大的胃，约占胃部的80%。瘤胃中存在大量的微生物，包括细菌、古细菌、真菌和原生动物等，这些微生物会合作帮助反刍动物来消化分解饲草中的粗纤维，以产生挥发性脂肪酸供反刍动物吸收，但是这一过程会产生大量的氢气和二氧化碳。如果不及时清除氢气，就会对反刍动物身体造成伤害。得益于瘤胃中一类名为产甲烷菌的古细菌，通过将饲料消化产生的氢和二氧化碳转化为甲烷，然后通过反刍动物打嗝、放屁或排便释放出来，其中打嗝排放的甲烷约占反刍动物个体总甲烷排放量的95%。

在反刍动物中，由于全球牛羊的数量均超过10亿头（只），数量远多于其他反刍动物，而且牛的体型远大于羊，其甲烷排放量大约是羊的15倍，因此牛也被认为是主要的甲烷制造者，约占反刍动物甲烷排放量的77%。于是，为了实现甲烷这一温室气体减排的目标，科学家将目光聚焦在如何让牛减少甲烷排放上。

牛打嗝每天可排出上百公斤甲烷。（资料图）

为了减少牛的甲烷排放，各位科学家可谓绞尽脑汁，想尽了各种办法。比如，有人提出调整牛的食物结构，在饲料中增加谷物、脂肪即可让奶牛甲烷排放减少约20%；另一种思路则是捕获或分解甲烷，在牛棚中装上类似吸尘器的甲烷收集装置，或给牛戴上分解甲烷的口罩；还有人提出打嗝疫苗的概念，希望通过注射疫苗的方法阻止奶牛打嗝。不过，这些方法大多因为成本偏高、技术不成熟等原因尚难以推广。

目前减少牛羊甲烷排放更有效可行的方法则是开发一些饲料添加剂，特别是甲烷抑制剂，通过抑制牛羊瘤胃中的产甲烷菌活性，达到减少甲烷排放的目的。其实要找到抑制产甲烷菌活性的抑制剂并不难，难在这些抑制剂既要能减少甲烷排放，又不能降低牛羊生产性能。两篇发表在《美国科学院院刊（PNAS）》的研究论文显示这一方法的巨大潜力，这也是《麻省理工科技评论》将其列为2025年“十大突破性技术”之一的重要原因。

美国宾夕法尼亚州立大学亚历山大·赫里斯托夫（Alexander N. Hristov）教授联合巴西、法国、澳大利亚和瑞士等国家的研究人员，发现了一种名为3-硝基羟丙醇（3NOP）的甲烷抑制剂，只需要在每公斤饲料中添加40到80毫克，就能使高产奶牛的甲烷排放量减少30%，而且不会对奶牛的采食量和产奶量产生负面影响。该研究论文2015年8月发表在《美国科学院院刊》上。2024 年 5 月，基于该研究形成的饲料添加剂已获得美国食品药品监督管理局批准。目前，该产品已在包括澳大利亚、巴西和欧盟成员国在内的 55 个国家上市。

加州大学戴维斯分校埃尔米亚斯·基布雷拉布（Ermias Kebreab）教授则另辟蹊径，开发出一种含有三溴甲烷的海藻添加剂，可在不影响牛羊等反刍动物生产性能的基础上，大幅降低它们的甲烷排放量。2024年12月，基布雷拉布在《美国科学院院刊》报道称，他的团队将24头处于放牧状态的青年肉牛（和牛与安格斯牛的杂交后代）分成两组，实验组的饲料中添加有含三溴甲烷的海藻添加剂，对照组的饲料则没有这种添加剂，其他没有区别，试验为期10周，两组牛均自由采食，然后研究人员定期对牛的摄食量、增重、甲烷排放等进行测量。结果显示，从2周以后，实验组的甲烷排放量在至少连续8周时间里显著低于对照组，平均比对照组减少了约38%，且不会对肉牛的生产性能产生不利影响。

这是首次在真实生产条件下（放牧）对含有三溴甲烷的海藻添加剂进行评估。在此之前，已有多项研究表明海藻添加剂能显著减少绵羊、奶牛和肉牛的甲烷排放量，但是大多是在受控条件下开展的实验。研究表明，牛的甲烷排放量与摄入三溴甲烷的量呈线性关系，即摄入三溴甲烷剂量越高，甲烷排放减少量会越高，最高可减少80%-90%的甲烷排放。

不过，海藻中的三溴甲烷含量过高，会影响饲料的适口性，导致牛摄入饲料总量减少，反而会降低产奶量等生产性能。因此基布雷拉布对海藻中的三溴甲烷含量进行降低，并评估了自由采食状态下甲烷排放情况，该研究显示实验组牛的海藻添加剂每日摄入量平均不到200毫克，相当于一个小药片的重量，即可减少近40%的甲烷排放量，表明这一控制甲烷排放的方法具有较高的推广价值。目前，基布雷拉布教授正在对奶牛开展类似研究。

不过，这种新型添加剂还需要更大规模的评估，并获得政府批准，最终才能走向市场。

牛甲烷排放控制是个复杂的工程，需要更多有效技术和策略共同发挥作用。

另一项令人期待的技术是基因编辑技术。2023年4月，一项为期7年的“利用CRISPR改造微生物组以改善我们的气候和健康”项目获得TED无畏计划的7000万美元资助。该项目由因发明CRISPR/Cas基因编辑技术而获得诺贝尔化学奖的加州大学伯克利分校教授珍妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和该校著名的微生物学家吉尔·班菲尔德（Jill Banfield）教授领衔，加州大学戴维斯分校的埃尔米亚斯·基布雷拉布教授也作为重要成员参与其中。该项目旨在利用基因编辑技术对藏身于人类或动物身体里、土壤等地方的微生物群进行精准编辑，使其有利于地球气候和人类健康改善，奶牛胃肠道中的产甲烷菌正是该项目的重点研究对象之一。

除了基因编辑技术，时兴的人工智能技术也加入控制甲烷排放的技术创新中。最近，美国农业部农业研究服务局和爱荷华州立大学的研究人员将生成性人工智能与大型计算模型相结合，通过深入分析三溴甲烷与产甲烷菌的相互作用，找到了15个具有类似三溴甲烷抑制产甲烷菌活性的新型甲烷抑制剂分子，其抑制产甲烷菌的结构与功能与三溴甲烷高度相似，但是安全性更好。

当然除了纯技术层面，也有一些减少甲烷排放的宏观策略值得关注。2024年12月，加州大学戴维斯分校艾里逊·伊内纳姆（Alison Van Eenennaam）在基布雷拉布教授文章同一期《美国科学院院刊（PNAS）》上发表个人观点，他指出到2050年陆生动物源食品需求要比2023年增加20%，鉴于发展中国家养殖业生产效率普遍低于美国等发达国家，如果利用更好的遗传、喂养和卫生做法来提高中低收入国家的牲畜生产效率，将是在限制温室气体排放的同时满足全球肉类需求的最有希望的方法。与此同时，他还指出大量发展人造肉等替代蛋白产业也是未来减少牛羊等畜禽养殖量的重要方向。

南方周末特约撰稿 汤波

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