Was passiert, wenn man Kühe mit Ostsee-Algen füttert?

Methanemissionen durch Rinderhaltung sind ein zentrales Umweltproblem. Allein durch die enorme Menge gehaltener Rinder wird der Klimawandel durch das umweltschädliche Gas stark vorangetrieben. Die mikrobiellen Eigenschaften von Algen könnten dem etwas entgegensetzen. Ein Forschungsverbund aus MV verfolgt große Ziele, um die regionale Tierhaltung gesünder und nachhaltiger zu machen. Ein Einblick in die Mikrobiologie der Universität Rostock.

Kühe, Algen und Gemeinschaften von Mikroorganismen sind die Protagonisten eines einzigartigen Nachhaltigkeitsversuches made in MV. Das Forschungsprojekt mit dem Titel Algen in der Wiederkäuerernährung: Mikrobiologische Grundlagen, präbiotische Effekte und das Potenzial der Algenkultivierung in Mecklenburg-Vorpommern – kurz: Alg4Nut – läuft seit April letzten Jahres. Als „anwendungsorientierte Exzellenzforschung“ wird das Projekt von der Landesregierung bis 2029 gefördert und verspricht die Stärkung der regionalen Bioökonomie, erläutert Professor Mirko Basen vom Institut für Biowissenschaften in Rostock. Der Leiter des Lehrstuhls für Mikrobiologie koordiniert einen der Standorte, an denen für Alg4Nut geforscht wird. 

Der Forschungsverbund

Insgesamt sind fünf große Forschungseinrichtungen in MV an dem disziplinübergreifenden Projekt beteiligt und bilden gemeinsam einen Forschungsverbund. Dazu gehören die Universität sowie die Unimedizin in Rostock, das Forschungsinstitut für Nutztierbiologie (FBN) in Dummerstorf, die Hochschule Neubrandenburg und die Universität Greifswald. Besonders Nachwuchswissenschaftler:innen profitieren von diesem Netzwerk und können sich in Form von Abschluss- oder Forschungsarbeiten verschiedener Hochschulgrade einbringen. Die unterschiedlichen Expertisen, die sich in den monatlichen Treffen aller Teams verbinden und ergänzen, versprechen gute Chancen auf einen erfolgreichen Machbarkeitsnachweis der größtenteils noch sehr theoretischen Ideen. Aber welche sind das genau und wie sieht das in der Praxis aus?

Anstoßende Verstoffwechselungen

„Das Problem ist ja bekannt, dass Kühe beim Wiederkäuen erhebliche Mengen an Methan ausrülpsen“, beginnt Professor Basen. „Bei der Verdauung von Gras im Pansen hilft eine aktive Mikroorganismengemeinschaft dabei, das Gras zu verdauen. Dabei entsteht dann aber auch Methan.“ Etwa 15 Prozent des weltweiten Methanausstoßes komme allein von Kühen – eine Bilanz, die vielen Klimazielen im Weg steht. Darüber hinaus gebe es aber auch Probleme in der Tierhaltung, die die Gesundheit der Kühe selbst betreffen. Insbesondere Milchkühe würden unter verschiedenen chronischen Erkrankungen wie Euterentzündungen leiden. 

Eine Möglichkeit, beiden Problemen lösungsorientiert zu begegnen, kann die Ergänzung von Algen in der Ernährung der Tiere sein. Die im Projekt angestrebte Zufütterung von bis zu zehn Prozent Algenbiomasse könnte sowohl die Methanemissionen senken, als auch gesundheitsförderliche, entzündungshemmende Substanzen freisetzen, hofft der Mikrobiologe. Die methanreduzierende Wirkung – bis zu 98 Prozent – bei Kühen durch spezifische Algen konnte in anderen Versuchen bereits nachgewiesen werden, auf die sich Alg4Nut stützt. Diese positiven Effekte will der Forschungsverbund nun mit Ostseealgen testen, die im besten Fall auch an der Küste MVs angebaut werden können. 

Ulva und Porphyra

Die am besten geeigneten Algenarten, die auch in der Ostsee wachsen, heißen Ulva und Porphyra. Dabei handelt es sich um eine Grün- und eine Rotalgenart. Ulva ließe sich mit einem japanischen Meeressalat vergleichen – Porphyra ist „das, was um den Sushi-Reis gewickelt ist”, erklärt Professor Basen. 

Hier am Institut werden diese Algen unter sterilen Bedingungen für die Forschungszwecke kultiviert und als Extrakte zur Verfügung gestellt. Zuständig dafür ist Juniorprofessor Klaus Herburger. In speziellen Photobioreaktoren wachsen die Algen als Monokulturen unter optimalen Bedingungen heran – bei konstantem Licht, milden 15 Grad Celsius und zugeführten Nährstoffen, erläutert Herburger die Algenzucht im Labor. Mechanische Filter säubern das Wasser in den Behältern, um das Wachstum anderer Algenarten, wie zum Beispiel Kieselalgen, zu verhindern. Die größte Herausforderung in der Algenkultivierung sei das sogenannte Biofouling, also eine unerwünschte und unkontrollierte Ansiedlung anderer Mikroorganismen oder toxischer Algenarten, so der Wissenschaftler. 

Beim demnächst anlaufenden Freilandversuch in Lubmin (Vorpommern-Greifswald) soll dann herausgefunden werden, ob und wie die Algen dauerhaft und in großen Mengen in der Ostsee angebaut werden könnten. Dazu sollen Langleinen im Kühlwassereinlaufkanal des ehemaligen Kernkraftwerks gespannt werden, an denen die Algen anhaften und wachsen. Da diese Kultivierung aber ihre Zeit brauche und für die Forschung derzeit schon tonnenweise Algen benötigt werden, kaufe man zusätzlich Ostseealgen ein, die bereits an die Kühe verfüttert werden können. 

Die mikrobielle Gemeinschaft im Pansensaft

Am FBN in Dummerstorf gebe es dafür drei Testgruppen von Kühen, führt Professor Basen weiter aus. Eine Testgruppe, bestehend aus jeweils zehn Kühen, wird mit Ulva zugefüttert, eine zweite mit Porphyra. Eine dritte diene als Kontrollgruppe, die mit der regulären Tiernahrung gefüttert wird. Von den Kühen wiederum entnehmen die Forschenden vom FBN dann die Proben – unter anderem Blutwerte und Milchproben. Denn auch eine Milchverkostung sei geplant, um zu prüfen, inwieweit die Algen den Geschmack der Milch verändern können. Die mikrobiologisch relevanten Proben kommen dann zur Analyse ins Labor – Pansensaft zum Beispiel.

„Die Effekte, die wir studieren, gehen sehr wahrscheinlich auf die mikrobiellen Abbau- und Umwandlungsprozesse im Pansen oder im Darm der Kuh zurück. Wir schauen also, welche Mikroorganismen im Pansen der Kuh vorkommen und wie sich diese Gemeinschaft verändert, wenn wir sie mit Algen füttern.“ Die mikrobiellen Prozesse bei der sauerstofffreien Umwandlung von Algen – genauer gesagt, deren Zuckerketten, aus denen die Zellwände bestehen – seien noch nicht so gut erforscht, erläutert Professor Basen. „Weil die Kuh ja normalerweise die Algen nicht so frisst. Wir würden gerne zu einem Ort hinfahren, an dem wir eine Kuhpopulation finden, die natürlich Algen frisst. Es gibt aber zumindest dokumentierte Fälle von Schafen in Schottland, die dort an den Seen die Algen fressen.“ 

Immerhin würde den Kühen in Dummerstorf die algenhaltige Nahrung mit Ulva bisher vor allem gut schmecken. So sehr, dass die Futterration schon mal reduziert werden musste. Vermutlich, weil es durch die Algen etwas salziger schmeckt und auch anders riecht, mutmaßt der Mikrobiologe. Im besten Fall könnten die Algen aus der Ostsee langfristig auch zu einer Verbesserung der Tiergesundheit beitragen oder eine neue Richtung nachhaltiger Bioökonomie in MV einschlagen. Wer weiß, welche Potenziale noch in den Algen schlummern, denn die Erforschung hat gerade erst begonnen.