Не только корма и генетика: как 21-й век меняет правила продуктивности молочного животноводства

Текст: Александр Бубенок, директор по управлению проектами компании «Нейророга»

Как правило, эффективность молочного животноводства определяется тремя классическими факторами: генетика, корма и условия содержания. Но сегодня все чаще звучит вопрос: если традиционные инструменты уже достигли предела, где искать дальнейший рост продуктивности? Ответ приходит из смежных областей науки – нейрофизиологии и биоинженерии.

Отбор высокопродуктивных коров, сбалансированный рацион питания, комфортные стойла, а также автоматизация процессов доения и навозоудаления стали, пожалуй, базовым стандартом для многих современных ферм. И работа по этим направлениям действительно обеспечила значительный скачок в производительности. Так, за 30 лет (с 1990 по 2019 гг.) надои на одну корову в России увеличились с 2,7 до 4,6 тонн, а уже в 2023 году они превысили 8 тонн.

Однако, как показывает практика, этого уже недостаточно. Мир сталкивается с новым вызовом обеспечения продовольственной безопасности. Население Земли уже превысило 8 миллиардов человек и, по прогнозам, к середине века вырастет еще примерно на 2 миллиарда. Логично, что растет и спрос на продукты питания, в том числе на молочную продукцию.

Тем временем производство молока в ряде регионов, напротив, начинает замедляться. По словам старшего экономиста IFCN по молочным продуктам Катрин Фредрих, развитые страны уже сократили выпуск молока на 0,3% с 2022 по 2023 год. Если тенденция сохранится, к 2030 году на глобальном уровне может возникнуть дефицит молока. Согласно Международной молочной федерации (IDF), при сохранении текущих трендов он может составить до 30 миллионов тонн.

При этом сегодня все больше фермеров отмечает, что мы подошли к пределу эффективности классических инструментов повышения надоев. Породы уже обладают отличным генетическим потенциалом, а их состояние и здоровье помогают мониторить специальные датчики, корма – высококачественные, даже микроклимат на ферме автоматизирован. И все же разрыв между теоретически возможной продуктивностью и фактическими показателями сохраняется. А это заставляет специалистов искать новые измерения эффективности на уровне нейронных процессов.

21-й век предлагает новый взгляд на животноводство. Ведь корова – это сложный организм, работу которого, в частности, определяет эмоциональное состояние. И именно эта мысль способна изменить само понимание того, что такое эффективность в молочном производстве

От биологии к нейрофизиологии

Производительность коровы, помимо внешних факторов, напрямую зависит от ее состояния: от уровня стресса, аппетита, двигательной активности, а также рефлекса молокоотдачи. Все это управляется сигналами мозга. И сегодня нейрофизиологи уже достаточно хорошо знают, какие его зоны отвечают за ключевые функции, связанные с продуктивностью.

• Гипоталамус регулирует аппетит и обмен веществ.

• Миндалевидное тело отвечает за эмоциональные реакции, в том числе за тревожность и реакцию на стресс.

• Моторная кора связана с двигательными привычками и поведением.

• А гипофиз регулирует работу эндокринных желез и выделяет гормоны, влияющие на рост, обмен веществ, стресс, иммунитет, а также отвечает за запуск рефлекса молокоотдачи благодаря выработке окситоцина. Именно этот гормон играет ключевую роль во время родов и лактации.

Когда животное испытывает тревогу или раздражение, процессы, происходящие в этих зонах мозга, отражаются как на поведении животного, так и на итоговом результате, который получает фермер. Например, корова может есть меньше, даже если корм идеального качества просто потому, что испытывает стресс от производственного шума или изменения состава работников. А это закономерно влияет на надои.

Исследования показывают, что до 20% потенциальной продуктивности коровы может быть потеряна именно из-за влияния стрессовых факторов. Особенно это касается животных боязливых по природе. Поэтому чтобы максимизировать эффективность производства, нужно работать не только с внешней средой, но и с внутренними нейронными процессами, определяющими поведение и реакции животных.

Новое измерение управления продуктивностью

Влиять на нейронные процессы животного возможно с помощью нейростимуляции. Принцип здесь тот же, что и при использовании подобных технологий в человеческой медицине, где технология уже применяется для лечения, например, болезни Паркинсона, а также хронических болевых синдромов. Только устройства для сельского хозяйства разработаны специально под животных с учетом их анатомии и поведенческих особенностей.

В основе технологии лежит точечное воздействие на определенные зоны мозга коровы с помощью безопасных низкочастотных микроимпульсов. За счет этого можно мягко корректировать процессы, отвечающие за аппетит, уровень стресса и молокоотдачу.

Рассмотрим на примере. Когда животное находится в тревожном состоянии, активируется симпатическая нервная система, усиливается выработка кортизола – «гормона стресса». В результате корова ест меньше, чем необходимо, и ее организм тратит больше энергии на поддержание стрессовой реакции, а не на производство молока. Одновременно повышенный уровень кортизола снижает выработку окситоцина.

Нейростимуляция воздействует на нейронные цепи, отвечающие за регуляцию этих процессов, и помогает нормализовать уровень кортизола, восстанавливая естественный гормональный баланс. Благодаря этому животные ощущают себя спокойнее, едят в привычном режиме, полноценно отдыхают и демонстрируют более стабильную продуктивность.

Параметры нейростимуляции подбираются индивидуально, поскольку система учитывает особенности каждой особи. Ведь то, что стимулирует рост надоев у одной коровы, может оказаться неэффективным для другой. То есть фактически речь идет не о «вмешательстве в мозг», а о настройке природных механизмов, которые и так ежедневно управляют поведением и физиологией животного.

От лабораторий к фермам

Раньше подобные технологии казались уделом научных лабораторий: слишком дорого и слишком сложно. Но последние годы многое изменили.

В России уже проведены первые пилотные операции на коровах. Сначала на одном животном, затем еще на четырех. Результаты уже известны, и все операции прошли успешно. Животные находились в сознании, не испытывали боли, быстро восстановились и уже через несколько часов вернулись в производственный процесс.

Кроме того, сейчас ученые используют мобильные нейрохирургические операционные, которые можно разместить прямо на территории фермы. Операция длится около 30 минут, проводится под местной анестезией, не требует транспортировки животных и не нарушает производственный цикл. В перспективе ближайших лет ученые работают над упрощением процесса, чтобы установку имплантов мог проводить штатный ветеринар без участия нейрохирургов. А значит потенциально технология может стать массовой. В планах уже есть сразу несколько пилотных коммерческих проектов в России, в которых будут участвовать десятки животных.

Не альтернатива, а эволюция

Важно подчеркнуть, что нейростимуляция не заменяет традиционные методы повышения продуктивности (корма, комфорт, работу с генетикой). Эта технология становится четвертым измерением эффективности хозяйств, позволяющим преодолеть биологические ограничения.

Иными словами, классические методы создают основу, а нейротехнологии позволяют точечно устранять то, что мешает этой основе работать в полную силу – стресс, тревожность, непредсказуемые факторы. По сути, речь идет об эволюции подхода к молочному животноводству: управление не только средой, но и состоянием самого животного.

И если в 20-м веке фермер был агротехнологом, то в 21-м он все больше становится био- и нейроинженером, который управляет и кормами, и генетикой, и эмоциональными состояниями стада. Эта трансформация уже началась. А значит, фермы будущего будут не просто автоматизированными, они станут умными в самом буквальном смысле. И цифровые технологии будут работать в тандеме с биологией, а продуктивность – зависеть не только от кормов, но и от нейронной активности животного.

Разумеется, появление подобных технологий вызывает у части отрасли скепсис и настороженность. Это естественная реакция на все новое, особенно когда речь идет о вмешательстве в столь привычные процессы. Достаточно вспомнить эксперимент с VR-очками для коров, проведенный в России в 2019 году. Тогда животным транслировали изображение зеленых лугов, чтобы снизить тревожность и улучшить эмоциональное состояние. И действительно, стресс уменьшился, однако заметного роста надоев добиться не удалось, и технология так и вошла в историю в качестве любопытного эксперимента.

Но нейростимуляция принципиально иная по сути и механизму действия. Если VR воздействовал на восприятие внешней среды, то нейроинтерфейсы работают напрямую с физиологическими процессами. И по предварительным оценкам ученых, при комплексной работе с четырьмя ключевыми зонами мозга потенциал роста надоев может достичь 30%.

Как показывает история, в сельском хозяйстве было немало примеров, когда инновации сначала вызывали недоверие. Точно так же встречали и первые доильные аппараты. Фермеры опасались, что они навредят животным, ухудшат качество молока и никогда не смогут заменить «человеческие руки». Но сегодня именно они стали стандартом индустрии. Нельзя исключать, что и нейротехнологии пройдут тот же путь: от непонимания и осторожного интереса до повсеместного применения как неотъемлемого элемента умной фермы.