Methan ist ein potentes Klimagas. Über einen Zeitraum von 100 Jahren befeuert es den Treibhauseffekt 28-mal stärker als Kohlendioxid. Von jenen Methan-Emissionen, die auf das Konto des Menschen gehen, stammen rund 30 Prozent aus den Gedärmen der Wiederkäuer, die wir züchten: Rinder, Ziegen, Schafe oder Hirsche. Eine einzige Kuh entlässt jährlich bis zu 120 Kilogramm – mehr als 100.000 Liter – Methan in die Atmosphäre. Den Großteil davon rülpst sie aus, nur ein kleiner Teil verlässt ihr Hinterende.
Das Gas entsteht als Stoffwechselprodukt der Einzeller, die im Verdauungstrakt die zähe, schwer verdauliche Pflanzenkost zersetzen. Der Gärprozess findet größtenteils im Pansen statt, dem ersten der vier Kuhmägen. Er setzt Nährstoffe frei, erzeugt aber auch Wasserstoff und Kohlendioxid. Diese beiden Gase werden wiederum von Archaeen, einer Art Urbakterien, in Methan umgewandelt. Auch wenn die Winzlinge nur vier Prozent der einzelligen Biomasse im Pansen ausmachen, ist ihre Wirkung durchschlagend.
Die Vorarbeiter der Methanproduktion
Doch was tragen die vielen anderen Bakterien, Pilze und Protisten zur Klimabilanz eines Rindes bei? Dieser Frage ging ein Forschungsteam um Fei Xie vom Institut für Hydrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nach. Besonders interessiert waren sie an der Rolle der Wimpertierchen. Die puscheligen Mikroben stellen rund ein Viertel der einzelligen Biomasse im Pansen. Im Gegensatz zu Bakterien und Archaeen besitzen sie einen Zellkern und komplexe Zellstrukturen. Ihre Oberfläche ist von Wimpern bedeckt, mit deren Hilfe sie vorankommen und sich Nahrungspartikel zufächeln. Vergangene Experimente zeigten: Werden die Wimpertierchen aus dem Pansen entfernt, sinkt die Methanproduktion um bis zu 35 Prozent. Doch auf welchem Wege sie die Klimabilanz der Kühe verschlechtern, war bislang unbekannt.
Um das Rätsel zu lösen, las Xies Team das Erbgut der Wimpertierchen aus. So entstand ein Katalog aus 450 Genomsequenzen von 65 Arten. Die Forschenden glichen ihn mit nahezu 2000 bestehenden Datensätzen zur Mikrobengemeinschaft in den Pansen von Wiederkäuern ab. Zusätzlich analysierten sie das Mikrobiom und den Methanausstoß von 100 Milchkühen. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen wurden nun in der Fachzeitschrift "Science" veröffentlicht. Sie bestätigen, dass mit der Zahl der Wimpertierchen auch die Zahl der methanogenen Archaeen und letztlich der Methanausstoß steigen.
Den Mechanismus dahinter entdeckten die Genetikerinnen und Mikrobiologen, als sie die Wimpertierchen aus dem Pansen unter einem hochauflösenden Mikroskop betrachteten. Die Einzeller besitzen bislang unbekannte Organellen – von einer Membran umschlossene Strukturen innerhalb der Zelle –, in denen Enzyme Sauerstoff verwerten und Wasserstoff freisetzen. Die Forschenden tauften sie "Hydrogenobodies", Wasserstoff erzeugende Körperchen. Die Organellen sitzen direkt unter der Zelloberfläche. Sie kurbeln die Methanproduktion auf zweierlei Weise an. Erstens liefern sie Wasserstoff als entscheidenden Rohstoff. Zweitens entziehen sie ihrer Umgebung Sauerstoff und sorgen so dafür, dass sich die unter Luftabschluss gedeihenden Archaeen wohlfühlen.
Interessanterweise gilt: Je mehr Wimpern eine Art besitzt, desto mehr Wasserstoffkörperchen beherbergt sie. Besonders fleißige Gasproduzenten sind Vertreter der Ordnung Vestibuliferida, die unter dem Mikroskop kleinen Flauschbällen gleichen. Weniger Wasserstoff setzen Entodiniomorphida frei, die mit einem Puschel um den Mund und einem schlanken Hinterende eher an eine Blüte erinnern.
Diese Erkenntnis, so schreiben die Forschenden, könnte dabei helfen, die Methanausstoß von Rindern gezielt zu drosseln. Eine Möglichkeit wäre die Gabe von Substanzen, die Wimpertierchen der Ordnung Vestibuliferida gezielt abtöten. Als Ausgangspunkt könnte Skatol dienen, dessen tödliche Wirkung auf die Einzeller schon in den 1950er-Jahren erkannt wurde. Weitere Ansatzpunkte wären, die Enzyme in den neu entdeckten Organellen medikamentös lahmzulegen oder die Genaktivität der Wimpertierchen zu verändern. Am besten sei es, sich gezielt Vertreter der Ordnung Vestibuliferida vorzuknöpfen, schreibt das Team. Denn Entodiniomorphida sind erstens von geringerer Bedeutung für die Methanproduktion und zweitens wichtig für erwünschte Vorgänge im Pansen: Pflanzenmasse aufschließen, Kohlenhydrate freisetzen, die mikrobielle Gemeinschaft im Lot halten.
Womöglich erweitert sich also bald der Werkzeugkasten, der Viehbauern im Kampf gegen den Klimawandel zur Verfügung steht. Einige Methoden existieren bereits: Leichter verdauliches Futter senkt die Gasproduktion, genau wie die gezielte Zucht "emissionsarmer" Kuhrassen. Erprobt werden außerdem Nahrungszusätze wie die Rotalge Asparagopsis. Sie verringern die Menge an Methan, die in den Tiermägen entsteht. Sogar eine Impfung gegen die methanerzeugenden Archaeen wird entwickelt: Sie soll die kleinen Klimasünder daran hindern, sich überhaupt im Verdauungstrakt anzusiedeln.
