Rinder sind essenziell für das menschliche Leben, da sie Nahrung und Materialien liefern, spielen aber auch eine bedeutende Rolle beim Klimawandel. Wie alle Wiederkäuer produzieren Kühe Methan, ein potentes Treibhausgas, als natürliches Nebenprodukt bei der Verdauung ihrer Nahrung. Dieses Gas ist weitaus effektiver darin, Wärme in der Atmosphäre einzufangen als Kohlendioxid, weshalb die Reduzierung der Emissionen aus der Viehhaltung ein entscheidendes Ziel zur Begrenzung der Erderwärmung ist. Jahrzehntelang haben sich Wissenschaftler auf große, versiegelte Räume verlassen, die Respirationskammern genannt werden, um exakt zu messen, wie viel Gas eine einzelne Kuh produziert. Diese Kammern gelten als Goldstandard, da sie fast das gesamte Gas einfangen, das ein Tier ausatmet. Sie sind jedoch teuer, schwierig zu bauen und erfordern, dass die Tiere über Tage hinweg in einem kleinen Raum eingesperrt werden, was ihr natürliches Verhalten und ihre Essgewohnheiten verändern kann. Aufgrund dieser Einschränkungen suchten Forscher schon lange nach einer Möglichkeit, Methan in der realen Welt, direkt auf dem Bauernhof, zu messen, ohne das Tier in eine Box zu zwingen.

Eine neue Studie hat einen bedeutenden Schritt in Richtung dieses Ziels unternommen, indem sie ein tragbares Gerät testete, das darauf ausgelegt ist, Methan direkt aus dem Atem einer Kuh zu messen, während diese sich frei bewegt. Bei dem Gerät, bekannt als ZELP Sense, handelt es sich um eine am Halsband montierte Einheit, die die Luft um die Nase des Tieres abnimmt und Computermodelle nutzt, um die täglichen Emissionen zu berechnen. Um zu prüfen, ob dieses neue Werkzeug funktioniert, verglichen Forscher des Bioeconomy Science Institute in Neuseeland dessen Messwerte mit den traditionellen Respirationskammern. Sie arbeiteten mit sechs Milchkühen zusammen, statteten sie mit dem Gerät aus und beobachteten deren Reaktion. Das Ziel war zweigeteilt: sicherzustellen, dass das Gerät die Kühe nicht belastet oder ihre Essgewohnheiten verändert, und zu sehen, ob die von ihm erzeugten Zahlen mit den vertrauenswürdigen Messungen aus den Kammern übereinstimmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Gerät zwar noch nicht die Präzision der Kammer für jeden einzelnen Tag erreicht, aber bemerkenswert gut darin ist, Veränderungen der Emissionen zu verfolgen, wenn sich die Nahrung der Kuh ändert, was einen vielversprechenden Weg für eine skalierbare Überwachung in der realen Welt bietet.

Der Weg begann mit einer sorgfältigen Anpassungsphase, um sicherzustellen, dass die Kühe mit der neuen Technologie komfortabel waren. Sechs Kühe wurden mit nicht funktionierenden Versionen des Geräts ausgestattet, die wie das echte Teil aussah und sich auch so anfühlte, aber keine Sensoren enthielt, sondern lediglich Gewichte. Die Forscher beobachteten die Tiere genau auf Anzeichen von Stress oder Unruhe. Die meisten Kühe zeigten einen kurzen Ausbruch von Aufregung oder Verwirrung, als das Gerät zum ersten Mal angebracht wurde, der weniger als neunzig Sekunden dauerte. Sie könnten den Kopf schütteln oder eine Runde rennen, aber dieses Verhalten hörte schnell auf. Innerhalb einer Stunde fraßen und wiederkäuten die Tiere wieder ganz normal. Bis zum Ende der fünftägigen Anpassungsphase waren die Kühe ruhig, und es wurde keine körperliche Reizung an ihrer Haut oder ihrem Haar festgestellt. Diese schnelle Rückkehr zum normalen Verhalten war entscheidend; es bewies, dass das Gerät keinen dauerhaften Schmerz oder Stress verursachte, was die Daten hätte verfälschen können, indem die Kühe weniger fraßen oder sich anders bewegten.

Nachdem die Kühe an das Gerät gewöhnt waren, wählten die Forscher vier von ihnen für das Hauptexperiment aus. Diese Tiere wurden mit den funktionierenden Geräten ausgestattet und für zwei separate Messperioden in die Respirationskammern gebracht. Die erste Periode ermöglichte es den Kühen, so viel frisches Weidegras zu fressen, wie sie wollten. Die zweite Periode war ein Test der Sensitivität, bei dem die Forscher die Menge der angebotenen Nahrung bewusst reduzierten, um zu sehen, ob das Gerät den daraus resultierenden Rückgang des Methans detektieren konnte. Während dieser Perioden zeichneten sowohl die Kammern als auch die tragbaren Geräte die Gasemissionen gleichzeitig auf. Die Forscher verfolgten auch, wie viel die Kühe fraßen und wie stark sich ihr Körpergewicht veränderte, da diese Faktoren direkt mit der Menge des produzierten Methans eines Tieres verknüpft sind.

Die Ergebnisse zeigten, dass das tragbare Gerät sehr reaktionsschnell auf Änderungen in der Ernährung der Kühe reagierte. Wenn die Kühe normal gefüttert wurden, zeichneten sowohl die Kammern als auch das Gerät ähnliche Methanwerte auf, obwohl die täglichen Zahlen des Geräts von Tag zu Tag etwas stärker variierten. Wenn die Futtermenge eingeschränkt wurde, erfassten beide Methoden einen deutlichen Rückgang der Emissionen. Die Kammern zeigten einen Rückgang um etwa die Hälfte, während das Gerät eine Reduktion von etwa einem Drittel verzeichnete. Viel wichtiger war, dass das Gerät den Abwärtstrend Tag für Tag verfolgte und das Verhalten der Kammern widerspiegelte. Dies ist ein entscheidender Befund, da er zeigt, dass das Gerät die Auswirkungen unterschiedlicher Fütterungsstrategien erkennen kann, was für Landwirte und politische Entscheidungsträger oft wichtiger ist als die exakte Zahl für einen einzelnen Tag zu kennen.

Als die Forscher die Tagesgesamtsummen des Geräts mit den Kammer-Messwerten verglichen, stellten sie ein moderates Maß an Übereinstimmung fest. Das Gerät neigte dazu, etwas geringere Methanmengen zu schätzen als die Kammern, insbesondere wenn die Emissionen hoch waren. Doch als die Kühe weniger fraßen und die Emissionen sanken, stimmten die beiden Methoden noch enger überein. Die Studie stellte auch ein spezifisches technisches Problem während der ersten Messperiode fest: Ein kleiner Teil des Probenahmearms des Geräts war gelegentlich blockiert, was wahrscheinlich zu der höheren Variabilität in den Daten beitrug. Sobald dies während der zweiten Periode manuell gereinigt wurde, wurden die Daten konsistenter. Trotz dieser geringfügigen Diskrepanzen war das Gesamtmuster klar: Das Gerät identifizierte erfolgreich, dass die Methanproduktion infolge der geringeren Nahrungsaufnahme sank.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass das ZELP Sense-Gerät ein praktikables Werkzeug zur Überwachung von Methan in realen Umgebungen ist, sofern seine Einschränkungen verstanden werden. Es ersetzt noch nicht die Respirationskammer für die präzisesten absoluten Messungen eines einzelnen Tieres an einem einzelnen Tag. Seine Fähigkeit jedoch, Trends zu verfolgen und auf Diätänderungen zu reagieren, deutet darauf hin, dass es verwendet werden kann, um große Gruppen von Rindern über verschiedene Farmen und Umgebungen hinweg zu bewerten. Die Forscher betonen, dass das Gerät den Tieren keine dauerhaften Schäden zugefügt hat und dass sich die Kühe fast sofort daran gewöhnt haben. Während weitere Tests mit einer größeren Anzahl von Kühen und verschiedenen Arten von Futter erforderlich sind, um die Technologie zu verfeinern, beweist diese Arbeit, dass wir uns einer Zukunft nähern, in der Methanemissionen kontinuierlich, genau und ohne die Tiere in ein Labor einzusperren, gemessen werden können.