Steigende Gaspreise und eine gefährlich niedrige Panda-Weltbevölkerung - was wäre, wenn Ihnen jemand sagen würde, dass wir bald eine Lösung für beide Probleme haben könnten? Wenn es zu schön erscheint, um wahr zu sein, überlegen Sie es sich noch einmal. Wissenschaftler der Mississippi State University forschen an der Möglichkeit, mithilfe von Pandas unsere Probleme mit Biokraftstoffen zu lösen. Dies könnte zu einer Verschlechterung der Umweltschutzbemühungen und zu einem Rückgang der Kraftstoffkosten führen. Das Geheimnis zur Lösung? Es ist alles in der Kacke des Pandas.
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Bei Biokraftstoffen dominiert ein Wort den Markt: Ethanol, ein Biokraftstoff aus Mais. Obwohl Ethanol der am häufigsten verwendete Biokraftstoff ist, wird es nicht unbedingt als perfekter Ersatz für fossile Brennstoffe angepriesen. Tatsächlich ist der Nutzen von Ethanol seit seiner Entstehung umstritten.
Die Debatte läuft ungefähr so ab: Um den Tank eines SUV mit Ethanol zu füllen, muss man genug Mais verwenden, um eine einzelne Person für ein ganzes Jahr zu ernähren. Ein 2012 vom New England Complex Systems Institute veröffentlichtes Papier nennt Ethanol als Grund für den Anstieg der Getreidepreise seit 2005. Und selbst Umweltgruppen meiden Ethanol, indem sie die enormen Mengen fossiler Brennstoffe anführen, die erforderlich sind, um Mais zu einem brauchbaren Biokraftstoffprodukt zu machen, und die Neigung der Unternehmen, Land in Entwicklungsländern zu kaufen, um den lukrativen Biokraftstoff anzubauen, anstatt Lebensmittel für den lokalen Verbrauch.
Ashli Brown, Forscherin an der Mississippi State University, glaubt, die Antwort auf dieses Problem mit alternativen Kraftstoffen gefunden zu haben. Durch die Entnahme von Maisnebenprodukten - Hülsen, Stängel und Kolben - konnte Ethanol erzeugt werden, ohne in die essbaren Teile von Mais einzutauchen, was die Wahrscheinlichkeit von Nahrungsmittelknappheit und Preisspitzen verringerte. Das Problem ist, dass zum Abbau dieser Materialien, die extrem viel Lignocellulose oder trockenes Pflanzenmaterial enthalten, ein spezielles Vorbehandlungsverfahren erforderlich ist. Das Verfahren ist äußerst kostenintensiv und nicht sehr zeiteffizient. Es verwendet hohe Temperaturen, hohe Drücke und Säure, um das trockene Pflanzenmaterial zu zersetzen, bevor es zu Ethanol werden kann. Um dieses Problem zu umgehen, haben Brown und andere Forscher nach einer natürlichen Lösung gesucht - nach Bakterien, die beim Abbau des Lignocellulosematerials helfen könnten.
Biokraftstoffunternehmen suchen seit einiger Zeit nach einer natürlichen Methode zum Abbau von Pflanzenmaterial. Bisher waren Termiten ein Favorit für das Durchkauen des Holzmaterials. Es stellt sich jedoch heraus, dass es möglicherweise ein besseres und niedlicheres Tier gibt, das zur Erzeugung von Biokraftstoff beitragen kann. Die Därme von Pandas sind bemerkenswert kurz, ein physikalisches Merkmal, das bedeutet, dass ihre Därme Bakterien mit ungewöhnlich starken Enzymen enthalten, um ihre holzige Bambusdiät in kurzer Zeit abzubauen.
"Die Zeit vom Essen bis zum Stuhlgang ist beim Panda vergleichsweise kurz, daher müssen ihre Mikroben sehr effizient sein, um den Nährwert aus dem Bambus herauszuholen", sagte Brown, der Forscher, der die Arbeit leitet. "Und Effizienz ist der Schlüssel für die Produktion von Biokraftstoffen. Deshalb haben wir uns auf die Mikroben im Riesenpanda konzentriert."
Die Studie begann vor mehr als zwei Jahren, als Brown und ein Forscherteam begannen, sich mit Pandakot auseinanderzusetzen. Im Jahr 2011 stellten sie fest, dass diese hochverdaulichen Mikroben im Panda-Kot vorhanden sind, die Art und Menge der vorhandenen Mikroben mussten jedoch noch spezifiziert werden bis jetzt. Mit dem Poop zweier Riesenpandas - Ya Ya und Le Le im Memphis Zoo - führten Brown und ihr Team eine DNA-Sequenzierung an Mikroben in ihren Proben durch und identifizierten mehr als 40 Mikroben im Panda-Kot, die für den Abbau und die Erzeugung von nützlich sein könnten Biokraftstoffe.
Brown ist der Ansicht, dass Wissenschaftler die Gene, die diese Enzyme produzieren, in Hefen umwandeln könnten, um diese Mikroben im industriellen Maßstab zu züchten. Diese Hefen könnten dann in Massenproduktion hergestellt und für die Herstellung von Biokraftstoffen geerntet werden. Der Prozess würde ungefähr so verlaufen: Große Gruben von Maishülsen, Maiskolben, Holzspänen und anderen Formen von weggeworfenem Fasermaterial werden mit den genetisch veränderten Hefen bedeckt. Da die Mikroben holzige Substanzen verdauen, wandeln sie diese schnell in Zucker um, der dann fermentieren kann. Im Laufe der Zeit und nach dem Abfiltrieren von Feststoffen und überschüssigem Wasser würden Sie Ethanol erhalten, das aus Holzabfällen destilliert wird.
Pandas sind nicht die einzigen Tiere, die sich von Gras ernähren, aber aufgrund ihrer Physiologie sind sie ein einzigartiger Kandidat, um pflanzliche Nebenprodukte auf hypereffiziente Weise abzubauen. Pandas haben die gleiche Verdauungsbahn wie jeder andere Bär. Im Gegensatz zu Kühen oder anderen Pflanzenfressern haben Pandas keinen zusätzlichen Magen, in dem hartes lignocellulostisches Material vor der Verdauung vorbehandelt wird. Stattdessen haben sie das Darmsystem eines Fleischfressers und schaffen es dennoch, genug Nährstoffe aus ihrer krautigen Nahrung zu extrahieren, um zu überleben.
"Weil ihre Retentionszeit sehr kurz ist - sie essen ständig und kacken ständig -, müssen sie wirklich schnell sein, um das Material für die Ernährung aufzubrechen und den Zucker zu extrahieren", erklärte Brown. "Viele Mikroben produzieren Cellulosen, die lignozellulostische Biomasse abbauen, aber es geht darum, wie effizient oder wie effektiv sie dies tun." Brown merkt an, dass ihre Mikroben zu den effizientesten Wissenschaftlern gehören, die das Holzmaterial abgebaut haben einer Pflanze.
Und Brown glaubt, dass die Verwendung von Pandas für ihre Kacke zu mehr als einer umweltfreundlicheren Wirtschaft führen könnte: Es könnte auch zu einem erhöhten Schutz für die Tiere führen, deren Anzahl in der Wildnis auf gefährliche 1.600 gefallen ist (obwohl es in letzter Zeit Glück gegeben hat mit Zuchtpandas in Gefangenschaft, wie der Neugeborene Panda im National Zoo). "Diese Studien helfen uns auch dabei, mehr über das Verdauungssystem dieses gefährdeten Tieres und die darin lebenden Mikroben zu erfahren, was wichtig ist, da die meisten Krankheiten, die Pandas verursachen, ihren Darm betreffen", sagte Brown.
Brown merkt an, dass der Panda, wenn er aus mehr Gründen für den Markt wertvoll wird als aufgrund seines unglaublich entzückenden Verhaltens, möglicherweise größere Schritte in Richtung Naturschutz unternimmt - ein Schachzug, der sowohl für Pandas als auch für Menschen von Vorteil sein kann Arten, die fast vom Planeten verschwunden sind, aber es gibt noch so viel, was wir noch daraus lernen müssen. Das unterstreicht die Wichtigkeit, gefährdete und bedrohte Tiere zu retten “, sagte sie. "Es bringt uns zum Nachdenken - vielleicht haben diese gefährdeten Tiere nützliche Ergebnisse, über die wir noch nicht einmal nachgedacht haben."
