Neue Respirationskammern

Verräterische Gase

Nutztiere sind weltweit für 18 Prozent aller Treibhausgase verantwortlich. Auf dem Gelände des Strickhofs in Lindau bei Effretikon wird ab Ende 2011 mit modernen Respirationskammern der Stoffwechsel von Nutztieren erforscht. In Zukunft lassen sich Aussagen darüber treffen, wie sich die Wahl des Futters auf die Umwelt und die Gesundheit der Tiere auswirkt. 

Marita Fuchs

Seit Kühe und andere Wiederkäuer als methanproduzierende Klimakiller ausgemacht wurden, boomt die Stoffwechselforschung. «Es ist weltweit ein regelrechter Hype», sagt Kathrin Bühler, Postdoktorandin am Institut für Tierernährung der Vetsuisse-Fakultät Zürich. Auf der ganzen Welt entstehen Forschungsstationen mit Respirationskammern. Und auch die Schweiz zieht mit: Ende 2011 werden auf dem Gelände des Strickhofs drei topmoderne und unterschiedlich grosse Respirationskammern in Betrieb genommen. Sie dienen als Ersatz für die zwanzig Jahre alten Kammern der ETH Zürich und sind des Teil des geplanten gemeinsamen Forschungs- und Bildungszentrums «Agrovet-Strickhof» von Kanton, ETH Zürich und Universität Zürich.

Postdoktorandin Kathrin Bühler in einer der grossen Respirationskammern.

Respirationskammern sind keine neue Erfindung: Der amerikanische Stoffwechselphysiologe Wilbur Olin Atwaterentwickelte sie bereits um 1900. Aufgrund seiner Berechnungen erstellte er in den USA die erste umfassende Nährwerttabelle für den Menschen. Seither hat sich zwar die Technik gewandelt, doch das Prinzip ist dasselbe geblieben.

Umweltverträgliche Nutztierhaltung

Die Kammern sehen aus wie kleine Wohncontainer mit Fenster und Türen. Befindet sich ein Tier darin, strömt Luft mit einer bestimmten Flussrate in und aus der Kammer. Die Differenz zwischen der Zusammensetzung der Umgebungsluft und der aus der Kammer abgeführten Luft ergibt die Menge an produziertem oder verbrauchtem Gas.

Über die Analyse der Atemgase – beim Wiederkäuer zusätzlich der Rülpsgase – sind Rückschlüsse auf den Stoffwechsel möglich. «Durch das Verhältnis der Gase zueinander lässt sich feststellen, ob ein Tier Kohlenhydrate, Fette oder Eiweisse verstoffwechselt hat», sagt Bühler. Und in Kombination mit Harn- und Kotsammlungen werden Stickstoff- und Kohlenstoffbilanzen erstellt, die zusätzliche Hinweise auf den Gesamtstoffwechsel und den Energiehaushalt liefern.

Dabei wollen die Forscher der Universität Zürich und der ETH nicht nur der Methanproduktion sondern generell dem Energie- und Stoffumsatz inklusive der Wärmeproduktion auf den Grund gehen.

An der kleinen Respirationskammer wird im Moment noch gearbeitet.

Gesunde Haustiere

Die Messungen von Methan und Ammoniak tragen dazu bei, umweltverträgliche Formen der Nutztierhaltung zu finden. Ein Schaf produziert bei reiner Grasfütterung pro Tag 20 Gramm Methan. Das entspricht pro Jahr 7 Kilogramm. Ein Rind stösst jährlich sogar 114 Kilogramm Methangas aus. Das brennbare Biogas wird von Bakterien im Pansen gebildet, die mit dem Wirt – zum Beispiel einer Kuh – um die vorhandenen Substrate konkurrieren. So gehen bei Schafen und Kühe mehr als ein Zehntel der aufgenommenen Nahrungsenergie verloren.

Über die Wahl des Futters aber lässt sich die Methanproduktion reduzieren. Wird etwa eine Kuh in der Respirationskammer mit Kräutern oder Kräuterextrakten gefüttert, können die Forscher herausfinden, wie stark die Methanreduktion ist, und wie sich das Futter auf den Stoffwechsel oder auf die Zusammensetzung der Milch auswirkt.

Dank der neuen Forschungsstätte am Agrovet-Strickhof werden Tierhalter schon bald wissen, wie sie ihr Vieh am besten und am umweltfreundlichsten ernähren. Das Wissen um ideale Futtermengen und -arten und um deren Auswirkungen auf den Stoffwechsel ist aber nicht nur für die Nutztierhaltung, sondern auch bei Haustieren relevant.

Sommer oder Winter simulieren

In den Kammern lassen sich auch unterschiedliche Klimabedingungen simulieren: Winter, Sommer oder ein feuchter Frühling. Kathrin Bühler sorgt dafür, dass sämtliche Anlagen auf dem neuesten Stand der Technik sind. «Wir haben von anderen Forschungsstationen viel gelernt und wollen Mängel in Bauweise und Konstruktion vermeiden», sagt die Biologin.

In einem Computerraum neben den Kammern reihen sich Rechner an Rechner. Die Computer steuern das System, speichern und analysieren die Daten der Tiere. Noch sind die drei Kammern auf dem Agrovet-Strickhof leer. Ende des Jahres werden die ersten Tiere einziehen.

Marita Fuchs ist Redaktorin von UZH News.

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