Producción de metano en rumiantes: ciencia, medición y retos productivos

Los gases de efecto invernadero (GEI) son componentes naturales de la atmósfera que retienen parte del calor emitido por la Tierra, manteniendo el clima estable, lo que resulta indispensable para la vida sobre el planeta. No obstante, las actividades humanas han elevado significativamente sus concentraciones, intensificando este efecto y causando calentamiento global (Figura 1).

Los principales GEI incluyen dióxido de carbono (CO_₂), metano (CH_₄), óxido nitroso (N_₂O) y los gases fluorados. Cada uno tiene distinto origen e impacto.

El CO₂ proviene mayormente de la quema de combustibles fósiles.

El CH_₄ tiene como principales fuentes la ganadería, los cultivos de arroz, los pantanos y los residuos orgánicos.

El N_₂O se asocia al uso de fertilizantes y a la gestión de estiércol.

Los gases fluorados se emiten desde procesos industriales y de refrigeración.

Entre estos gases, el CH₄ destaca por su alto potencial de calentamiento, pero su menor duración en la atmósfera. Es por ello que, en un período de 20 años, el CH₄ tiene un impacto 80 veces mayor, mientras que en 100 años es 25-30 veces más potente que el CO₂. Además, nos concierne por su directa relación con la fermentación entérica de los rumiantes.

A escala global, la actividad ganadera emite aproximadamente 7,1 gigatoneladas de dióxido de carbono equivalente anuales, lo que contribuye en un 14,5% al total de las emisiones antropogénicas de GEI (Ghassemi Nejad et al., 2024).

Es evidente, entonces, que la ganadería de mitigación. no es la mayor responsable de la contaminación ambiental. Sin embargo, como actores de la producción animal, es un tema que toca encarar responsablemente.

Los sistemas de producción rumiantes presentan una mayor intensidad de emisión de GEI por unidad de proteína generada en comparación con los sistemas de especies monogástricas. Los rumiantes se distinguen además por un perfil de emisiones singular, dominado abrumadoramente por el CH_₄, a diferencia de la producción de cerdos o aves, donde predominan otras fuentes (Figura 2).

Esta particularidad ha posicionado a los rumiantes como un foco crítico para las estrategias de mitigación. Además, existe una gran heterogeneidad en las emisiones entre los distintos sistemas de producción rumiantes, lo que significa que aquellos con mayores intensidades de emisión representan una gran oportunidad para aplicar medidas de mitigación.

En un contexto de creciente crisis climática, la sostenibilidad futura de la producción de carne y leche bovina dependerá críticamente de nuestra capacidad para implementar de manera efectiva prácticas que reduzcan la huella de ambiental del sector.

Metanogénesis entérica: ¿Mala o buena?

Los rumiantes poseen una capacidad biológica única para convertir alimentos de bajo valor y no aptos para el consumo humano (como pastos o residuos de cosecha) proteína de alta calidad (carne, leche) mediante la fermentación microbiana, una capacidad digestiva ausente en los animales monogástricos.

Sin embargo, este mismo proceso conlleva un coste ambiental: cuando los microorganismos descomponen material vegetal fibroso, uno de los subproductos de esta digestión es el CH_₄, un potente gas de efecto invernadero.

A continuación explicaremos:

Por qué la producción de CH_₄ es inevitable en los rumiantes.

Cómo esta producción genera una tensión fundamental entre la seguridad alimentaria global y los objetivos climáticos.

El ecosistema ruminal es una asociación simbiótica entre el rumiante y su microbiota residente que cumple un doble papel para beneficio del rumiante: 1. La descomposición de la lignocelulosa para obtener energía a partir de materiales fibrosos. 2. El suministro continuo de proteína microbiana de alta calidad mediante el pasaje de los mismos microorganismos hacia el tracto gastrointestinal inferior.

Cuando el rumiante ingiere alimento, este ingresa al rumen y es fermentado por los microorganismos.

Producción de energía Los carbohidratos se descomponen en ácidos grasos volátiles (AGV), principalmente acético, propiónico y butírico, que en su mayoría son absorbidos a través de la pared ruminal y sirven como la principal fuente de energía para el rumiante. Estos carbohidratos pueden ser: Simples: glucosa, fructosa o sacarosa, que son de muy rápida fermentación. Almidones: polisacáridos digestibles y fermentables. Fibras: polisacáridos que no se digieren, pero fermentan en el rumen (celulosa, hemicelulosa y pectina). La producción de AGV es el resultado constante de la fermentación de cualquier carbohidrato, aunque el tipo de sustrato determina las proporciones específicas de cada uno y las vías metabólicas utilizadas para generarlos.

Producción de proteína microbiana

La degradación de proteínas genera amoníaco que, en gran parte. es reutilizado por las bacterias para formar proteína microbiana.

La masa microbiana producida en el rumen (que es una proteína de alta calidad) pasa al tracto digestivo posterior, donde es digerida, proporcionando la mayor parte de los aminoácidos para el rumiante.

Así es como el rumen cumple con las dos funciones señaladas: actúa como un fermentador continuo, capaz de suministrar energía y generar proteína de alto valor biológico para el rumiante.

Hasta aquí, todo es positivo, el rumiante es capaz de generar productos de altísima calidad para el humano partiendo de materiales de baja calidad. Pero…

Durante la fermentación se liberan H₂ y CO₂ como subproductos y, como el exceso de H₂ en el rumen es inhibidor de la fermentación microbiana, debe eliminarse. Para ello, el ecosistema ruminal cuenta con microorganismos anaerobios específicos, conocidos como arqueas metanogénicas, que representan alrededor del 3 % de la microbiota, y que utilizan el H₂ para reducir el CO₂ resultante y formar CH₄ de acuerdo con la siguiente reacción general:

Curiosamente, el principal microorganismo metanógeno en el rumen es el Methanobrevibacter spp., que está presente en sistemas digestivos tan diversos como el de los rumiantes, el del humano o el de las termitas. En el ser humano, la deficiencia de algunas especies de este género se ha vinculado al mal funcionamiento del tracto gastrointestinal y a la aparición de cáncer colorrectal (Mohammadzadeh et al., 2022).

Dado que ni el rumiante ni la población microbiana pueden metabolizar el CH₄, este se elimina mediante la eructación, con dos inconvenientes:

1. Representa una pérdida de energía potencialmente utilizable para el animal.

2. Se libera a la atmósfera con la contaminación que esto implica.

Relación entre la fibra de la dieta y la producción de CH₄

Cuanto más fibrosa es la dieta, mayor es la proporción de la energía que se pierde como CH_₄, lo que está relacionado con variaciones en la microbiota y las vías metabólicas que los microorganismos emplean para la fermentación.

Dietas altas en fibra (especialmente ricas en lignocelulosa) promueven una fermentación dominada por acetato, un proceso que genera H_₂ como subproducto y este es empleado por las arqueas para producir CH_₄.

En cambio, las dietas bajas en fibra y altas en concentrados favorecen la síntesis de propionato, reacción que incorpora H₂ en lugar de generarlo, reduciendo la disponibilidad de H₂ para la metanogénesis.

Las comunidades microbianas presentes en el rumen se adaptan dinámicamente a estos cambios en las dietas. Cuando el animal se alimenta con mucha fibra, comienzan a predominar bacterias fibrolíticas (como Fibrobacter succinogenes) y otros productores de acetato.

En cambio, a medida que suministramos más almidón en la dieta, esto favorece la proliferación de bacterias amilolíticas (como Streptococcus bovis) y las vías que generan propionato (Morgavi et al., 2010).

Por su parte, las poblaciones de metanógenos también se adaptan a los sustratos presentes, por lo que se reducen con la disminución de la fibra en la dieta. Como veremos más adelante, es por esto que aumentar la cantidad de almidón en la dieta es una posible forma de reducir la producción de metano, aunque este cambio, además de ser costoso y competir con la alimentación humana, puede provocar acidosis, alterando la fermentación ruminal.

Tecnologías de monitoreo de metano

Existen diversos métodos para monitorear y cuantificar las emisiones de CH_₄ en rumiantes, cada uno con aplicaciones, ventajas y limitaciones distintas. La elección del método de medición más adecuado variará dependiendo de si los datos se utilizarán para tomar decisiones de manejo en la granja, evaluar alimentos, probar la eficacia de aditivos o para selección genética. La aplicación prevista dicta la metodología más adecuada.

Cámara respiratoria

El método de medición más preciso es el llamado “cámara respiratoria” (Figura 4), donde los animales se colocan en recintos sellados para medir los gases que emiten. Aunque es el “Gold Standard” en investigación, este sistema tiene limitaciones:

El ambiente es artificial.
Restringe el movimiento.
No refleja del todo cómo viven los animales en condiciones naturales como el pastoreo.

Por ello, aunque ofrece datos muy exactos, no siempre representa fielmente lo que ocurre en la práctica real.

Trazador con SF₆

La técnica del trazador con SF_₆ (Figura 5) consiste en colocar una cápsula en el rumen del animal que libera un gas de referencia. Un dispositivo que lleva el propio animal recoge aire de su hocico durante varios días para medir tanto el trazador como el CH_₄. Comparando ambos, se puede calcular cuánto metano produce.

El SF₆ es un método práctico, portátil y de bajo coste, útil en animales tanto en pastoreo como en corrales.

Sin embargo, requiere mucho trabajo para preparar y mantener el equipo, los animales necesitan adaptación y pueden desprenderse durante las mediciones. Además, no es útil para medir cambios diarios o por horas en la emisión.

Sistema GreenFeed

El sistema GreenFeed (Figura 6), que mide el CH_₄ que producen los animales mientras se alimentan, fue desarrollado por Zimmerman (1993).

Funciona de manera automática y permite que los animales se muevan libremente, aunque solo mide a los que están entrenados para acercarse al equipo. Para atraerlos, se les da un poco de alimento concentrado, lo que limita su uso en dietas que emplean solamente pastura en la alimentación.

Con muestreos realizados durante varias semanas, ofrece datos confiables y en tiempo real sobre las emisiones. Su principal desventaja es que depende de un fabricante específico (C-Lock Inc., Rapid City, South Dakota, EE. UU.) y no siempre se puede acceder libremente a todos los datos que genera.

Una revisión realizada por Della Rosa et al. (2021), de casi 400 estudios (1995–2018) mostró que la mayoría usó cámaras respiratorias (55 %), seguidas por el método del trazador SF₆ (38 %) y, en menor medida, los sistemas GreenFeed (7 %). Sin embargo, se espera que en el futuro el uso de GreenFeed aumente, ya que cada vez más investigadores lo adoptan por sus ventajas para medir metano en condiciones de producción reales durante periodos largos.

Sniffers

También existen métodos portátiles para medir metano en granjas. Uno de ellos es el denominado sistema de “Sniffers”, que son dispositivos colocados en los comederos de los animales que registran las emisiones cuando las vacas comen o beben.

Los sniffers son prácticos y relativamente poco costosos, pero pueden fallar por movimientos de la cabeza de los animales o diferencias en la confección de los comederos.

Detectores láser

Se han desarrollado métodos que utilizan detectores láser manuales, más económicos y capaces de medir en tiempo real. Aunque prometedores, todavía necesitan más investigación para reducir errores relacionados con la distancia o el ángulo de medición.

Inteligencia artificial La inteligencia artificial (IA) se está empleando como una nueva forma indirecta de estimar el CH₄ que producen las vacas. Mediante algoritmos y modelos de aprendizaje automático, el empleo de la IA permite detectar patrones complejos y mejorar la precisión de las estimaciones.

Análisis de leche

Otro método indirecto consiste en analizar la leche de las vacas, usando espectroscopía y el estudio de ácidos grasos, junto con información del microbioma del rumen. Esto permite estimar emisiones de forma masiva y, además, podría ayudar a seleccionar genéticamente animales que produzcan menos metano.

Sin duda, el avance de este tipo de técnicas de medición y estimación permitirá monitorear en granja las emisiones, constituyéndose en herramientas utilizables para la toma de decisiones diarias.

En definitiva

El CH₄ proveniente de los rumiantes representa, a la vez, un desafío ambiental y una oportunidad estratégica.

Comprender los mecanismos biológicos y los factores de manejo que explican estas emisiones es clave para trazar un camino hacia sistemas más sostenibles.

La ciencia ya ha avanzado en métodos de medición y monitoreo que nos permiten dimensionar el problema con mayor precisión, pero el gran reto está en cómo aplicar este conocimiento para reducir las emisiones sin comprometer la seguridad alimentaria ni la productividad del sector.