德團隊成功訓練小牛在指定位置如廁 盼助解決水污染和氣候變化

訓練動物通常是為了表演,但最新刊於 Current Biology 的研究指,成功訓練牛隻在指定地方如廁,而這種做法可幫助人類社會解決水污染和氣候變化問題。

牛尿中的氮含量很高,這會導致一系列環境問題。很多地方例如澳洲或新西蘭的牛隻都在戶外飼養,牛尿中的氮會在土壤中分解,隨後會產生硝酸鹽 (nitrate) 和一氧化二氮 (nitrous oxide) 。

硝酸鹽會滲入湖泊、河流和含水層污染水源並導致雜草和藻類的過度生長;而一氧化二氮則是一種持久的溫室氣體,相比二氧化碳 (CO2) ,一氧化二氮是一種更有效吸收太陽熱力的溫室氣體。其全球升溫潛能值是 CO2 的近 300 倍,因此對氣候有更嚴重的影響。

全球升溫潛能值 (Global warming potential) 是衡量特定氣體和相同質量 CO2 比較之下,吸收熱能並殘留在大氣層的相對能力。計算 GWP 時,通常會以一段特定長度如 100 年的評估期間為準。

歐洲和北美的牛則主要在穀倉飼養,但同樣會造成污染。當牛尿液的氮與穀倉地上的糞便混合時,會產生氨(ammonia) 這種有腐蝕性的氣體,人類在吸入高濃度氨會造成呼吸道困難甚至死亡。

訓練原理與方法

為了減少對環境的影響,德國聯邦動物健康研究所的團隊嘗試以行為心理學原理,訓練小牛在指定位置如廁,從而可捕獲和處理牛尿。(片段

團隊在 The Conversation 撰文解釋,行為心理學理論指,如果作出一行為後有獎勵,該行為很可能會被重複,這亦是人類訓練狗隻的方式。團隊又指,研究中訓練幼牛在指定位置如廁,是使用一種稱為「倒序式連扣法 (backward chaining) 」,即倒序地訓練整個如廁過程,這亦與訓練兒童如廁大致相同。

首先,小牛會被限制在廁所區域,並在牠們如廁後給予牠們獎勵,令牠們知道圍欄內是理想如廁的場所。

然後小牛會被帶到圍欄外的小巷,並再次以獎勵鼓勵牠們進入圍欄內小便。如果牠們在小巷如廁,會被噴出水霧所阻止。

小牛要如廁(綠色)先要經過小巷。 Credit: Dirksen, N. & et al. (2021).

團隊訓練了 8 隻小牛,最終有 7 隻學懂在「廁所」中小便,其學習速度更與比 3–4 歲兒童的如廁訓練時間快——牠們接受了 15 天的訓練,大多數在 20–25 次小便內就學懂去「廁所」。

團隊指研究有兩個重要發現是前所未見,第一是小牛能學會注意自己的排尿反射,因為可在有便意時自行到「廁所」;第二是,牛有能力學會抑制排尿,直至去到正確的地方得到獎勵。

小牛在正確位置如廁後會得到狀勵。 Credit: Dirksen, N. & et al. (2021).

未來挑戰

研究又顯示,牛可以接受如廁訓練,而且無太大困難,但擴大在農業中實際應用將會出現挑戰,例如需要有自動系統提供獎勵鼓勵牛隻在指定地方如廁,另外也要確定每個牧場或穀倉的牛廁所數量。

團隊指,未來的研究方向會集中分析如何將訓練系統用於不同地方,並了解到底牛願意走多遠而使用廁所,以令畜牧業的碳排放和污染減少。

來源:
The Conversation, We managed to toilet train cows (and they learned faster than a toddler). It could help combat climate change, 14 September 2021

報告:
Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L. & et al. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology Vol31 Issue 17, pr1033-1034. doi: 10.1016/j.cub.2021.07.011

文/Alan Chiu

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