Корова представляет собой своеобразную живую «фабрику», перерабатывающую малоценное растительное сырье в ценнейшие продукты питания человека. За свою жизнь она способна произвести около 100 т молока, переработав для этой цели 200—300 т корма.
В отличие от промышленных предприятий, построенных руками человека, эту природную «фабрику» скорее можно назвать комбинатом, объединяющим в себе многочисленные производства, основанные на закономерно следующих друг за другом механических, физических и химических процессах. Комбинат этот имеет самоходную уборочную машину, снабженную универсальной косилкой и размалывающим устройством. Здесь же находится цех первичной обработки сырья и обогатительная «фабрика». Комбинат имеет многочисленные автоматические линии по обработке поступающих материалов и изготовлению полуфабрикатов, которые на главном сборочном конвейере превращаются в конечный продукт — молоко.
Как же устроена эта «фабрика», какие механизмы там работают и кто ими управляет? На каком сырье работает «фабрика» и как это сырье превращается…Корова представляет собой своеобразную живую «фабрику», перерабатывающую малоценное растительное сырье в ценнейшие продукты питания человека. За свою жизнь она способна произвести около 100 т молока, переработав для этой цели 200—300 т корма.
В отличие от промышленных предприятий, построенных руками человека, эту природную «фабрику» скорее можно назвать комбинатом, объединяющим в себе многочисленные производства, основанные на закономерно следующих друг за другом механических, физических и химических процессах. Комбинат этот имеет самоходную уборочную машину, снабженную универсальной косилкой и размалывающим устройством. Здесь же находится цех первичной обработки сырья и обогатительная «фабрика». Комбинат имеет многочисленные автоматические линии по обработке поступающих материалов и изготовлению полуфабрикатов, которые на главном сборочном конвейере превращаются в конечный продукт — молоко.
Как же устроена эта «фабрика», какие механизмы там работают и кто ими управляет? На каком сырье работает «фабрика» и как это сырье превращается в молоко? Переработка коровой растительного сырья в продукты питания человека по своей сути сходна с промышленной технологией. И хотя природная технологическая цепь биохимических превращений в отличие от промышленной технологии осуществляется независимо от сознательной деятельности человека, жизнь настоятельно требует его вмешательства в биохимическую технологию.
Это требование приобрело особое значение в период перевода животноводства на промышленную основу, когда особенно зримо меняются приемы разведения, содержания и кормления скота. При этом, как правило, наиболее значительные изменения претерпевают корма и режимы их поступления к животному, в то время как технологическая цепь биохимических превращений в организме остается практически неизменной. Это, в известной степени, приводит к несоответствию перерабатывающих способностей животного поступающему растительному сырью, что значительно влияет на количество и качество получаемого молока.
Чтобы избежать этого нежелательного явления, зоотехническая наука предложила производству многочисленные рекомендации, в основе которых лежит кормление животных на промышленных комплексах обогащенными кормосмесями определенного состава и физической формы, где известное сочетание кормовых средств, дополняя друг друга по тем или иным питательным веществам, способствует повышению коэффициента полезного действия организма.
Все животные, в том числе и корова, в качестве основных питательных веществ используют набор больших молекул, образующих основные вещества растительных и животных организмов — белки, углеводы и жиры. Но эти вещества, попадая в желудочно-кишечный тракт, не могут быть усвоены организмом, поскольку они не всасываются стенками желудка и кишок. В течение длительной эволюции стенки желудочно-кишечного тракта приспособились пропускать «внутрь» организма только малые молекулы. Поэтому поступившая в желудок пища, вернее, ее составные части — белки, углеводы и жиры расщепляются до простых форм.
Белки, жиры и углеводы можно разрушить до составляющих их молекул, нагревая вместе с концентрированными кислотами. В желудке животных, хотя и имеется некоторое количество кислоты, температура не превышает температуру тела. Каким же способом разрушаются эти вещества?
Это происходит с помощью ферментов — особых белков, обладающих каталитическими свойствами. Для того чтобы понять, как работают ферменты, рассмотрим, как протекают химические реакции вообще. Все знают, что уголь горит, выделяя при этом тепло, но не всем известно, что горение есть не что иное, как окисление углерода кислородом воздуха, т. е. горение угля — самая обычная химическая реакция. Всякий, кто пытался когда-нибудь разжечь уголь, знает, что углерод, из которого он состоит, при нормальных условиях вполне устойчив и не вступает во взаимодействие с кислородом. Но если уголь нагреть до определенной температуры, он загорается, т. е. начинается реакция его окисления, которая продолжается уже произвольно до тех пор, пока он весь не сгорит. Следовательно, для того чтобы зажечь уголь, нужно затратить какое-то количество энергии, которую химики называют энергией активации реакции окисления угля. В этом отношении уголь Можно сравнить с шариком, который лежит в небольшой впадине на вершине горы .
Чтобы скатить этот шарик с горы, его нужно поднять на гребень впадины, откуда он уже покатится сам. Вот ту энергию, которую нужно затратить, чтобы поднять шарик на гребень, и заменяет фермент, или биологический катализатор. Фермент, облегчающий течение химической реакции, сам при этом остается неизменным. Он, как правило, катализирует только одну реакцию и не действует на другие, хотя бы и очень похожие процессы. Это не универсальный, а как бы по заказу изготовленный инструмент. Поэтому в живом организме, где протекает огромное количество химических реакций, существует такое же огромное количество и ферментов. В настоящее время их известно около 2 тыс. Механизм действия ферментов заключается в образовании ими с веществом непрочного соединения, которое, потом распадаясь, освобождает фермент и образующиеся продукты распада.
Все ферменты можно объединить в группы по принципу катализируемых ими реакций. Согласно этому принципу выделяют шесть групп ферментов:
гидролазы — разрушающие сложные молекулы органических веществ на простые, низкомолекулярные соединения;
синтетазы — в отличие от гидролаз присоединяют к малым молекулам различные соединения, укрупняя их;
трансферазы — ферменты, которые отнимают какую-то часть от одной молекулы и переносят ее на другую;
изомеразы — превращают одно вещество в другое, не изменяя его химического состава, но перестраивая взаимное расположение атомов;
оксиредуктазы — ферменты, катализирующие реакции окисления — восстановления, т. е. реакции, в которых от вещества отнимаются или к нему присоединяются водород и кислород;
лиазы — катализирующие присоединение и отрыв отдельных групп атомов.
Ферменты, участвующие в пищеварении, относятся исключительно к гидролазам, т. е. основная их функция состоит в разрушении больших молекул белков, углеводов и жиров на аминокислоты, сахара, глицерин и жирные кислоты. Переваривание пищи происходит в пищеварительном тракте — желудке и кишках, которые в общих чертах представляют собой обыкновенную и весьма длинную трубку. Ферменты вырабатываются специальными клетками, находящимися на внутренней поверхности желудка и кишечника, куда поступает пища. Значительное количество ферментов вырабатывается поджелудочной железой.
Зная теперь, какие вещества пищи перевариваются в желудке и кишечнике животных, попытаемся ответить на вопрос: чем питается корова? Наверное, у каждого, кто хоть раз видел корову на пастбище, этот вопрос вызовет улыбку — конечно же, корова питается летом травой, а зимой — сеном. Не спешите, такой ответ не совсем правильный. Дело в том, что в истинно желудок коровы — сычуг попадает только около 20% неизмененных белков, углеводов и жиров съеденных растений. Остальная часть этих питательных веществ совершенно не имеет никакого отношения к зеленой траве — это белки, углеводы и жиры тех мельчайших живых организмов, которые населяют преджелудок коровы — рубец. Дело в том, что желудок коровы в отличие от желудка, скажем, свиньи не простой, а сложный.
Он состоит из четырех отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Около 85% объема желудка приходится на рубец. У коровы он, например, достигает 10—20% массы тела животного. Образование сложного желудка у жвачных связано с широким распространением зеленых растений в далекие геологические эпохи нашей Земли. Однако в те времена животные еще не обладали собственными ферментами, способными переваривать растительную массу, и природа нашла удивительный способ существования высшей формы жизни — объединила уже существовавшие в те времена и обладавшие способностью использовать для поддержания своей жизни органическое вещество растений одноклеточные бактерии с только что возникшими травоядными животными. Эти невидимые простым глазом существа и по сей день заселяют рубец животных, где организм животного обеспечивает им оптимальные условия существования, а они, в свою очередь, разрушая органическое вещество и превращая его в удобоваримую форму, обеспечивают животных важнейшими элементами питания. Для этого у них имеется набор всех необходимых ферментов.
Таким образом, рубец можно рассматривать как большую бродильную камеру, которая обеспечивает наиболее подходящие условия для развития неисчислимого количества микроскопических организмов. Количество их поистине огромно и может достигать 10% содержимого рубца, т. е. в рубце коровы массой 500—600 кг находится около 7 кг этих незаметных карликов. Съеденный коровой корм задерживается в рубце до тех пор, пока не приобретет жидкого вида, после чего эта жидкая масса проходит в нижележащие отделы пищеварительного тракта — сетку, книжку и сычуг. После непродолжительного пребывания в сычуге, где поступившая масса смешивается с желудочным соком, она поступает в кишечник, в котором и переваривается.
Следует остановиться еще не одной особенности пищеварения жвачных. Съеденный корм хорошо измельчается и перемешивается. Для этого корова перио¬ически отправляет корм из рубца назад в рот и тща тельно пережевывает его (жвачка). На эту работу она затрачивает ровно третью часть своей жизни. В результате такой многократной обработки съеденная трава превращается в хорошо измельченную, обильно смо¬ченную слюной массу и в таком виде подается «на стол» квартирантам-микробам.
Из всех поступивших с растительным кормом углеводов, а это основная часть корма, только незначитель¬ное их количество попадает в неизменном виде в сычуг и кишечник. Поступившие сюда нерасщепленные бактериями сахара с помощью специальных ферментов распадаются на молекулы глюкозы и в таком виде всасываются через стенки желудочно-кишечного тракта в кровь. Основная же часть углеводов, в том числе и почти не используемая животными клетчатка, расщепляется опять-таки до глюкозы ферментами микроорганизмов рубца. Но в отличие от глюкозы, получаемой при распаде, скажем, того же крахмала в кишечнике, глюкоза, полученная в рубце, не всасывается, а используется микроорганизмами в качестве основного источника энергии для своей жизнедеятельности. В результате этого животное-хозяин вынуждено довольствоваться не глюкозой, а ее остатками, которые получаются в. результате использования сахара микро бами. В основном в результате такого использования хозяину-животному микроорганизмы предлагают так называемые летучие жирные кислоты, т. е. жирные кислоты с наиболее простым строением молекул. Основную массу таких кислот составляют уксусная, про пионовая и масляная. Эти вещества и всасываются стенками рубца.
Таким образом, из поедаемых с травой углеводов в организм жвачных животных, обладающих сложным желудком, попадают в основном летучие жирные кислоты. Необходимо еще раз указать на роль микро организмов рубца в использовании коровой основной части растительных кормов — клетчатки, или целлюлозы, которая составляет 60—80% всей растительной массы и содержит в себе большую часть накопленной растениями энергии. Не обладай микроорганизмы рубца коровы способностью разрушать целлюлозу на более простые углеводы, которые могут усваиваться организмом, она вынуждена была бы покрывать свои энергетические потребности из тех же источников, что и другие животные, не имеющие таких помощников. Однако благодаря удивительному сожительству бактерий и животного этого не происходит. Напротив, подобный симбиоз позволяет корове использовать не совсем обычные корма. Уже лет 100 тому назад было известно, что крупный рогатый скот можно кормить, скажем, опилками, в которых содержится около 20% углеводов и 2% белка. К концу прошлого столетня было изобретено немало способов химической обработки древесины, облегчающих разрушение ее микроорганизмами рубца. К настоящему времени они настолько усовершенствованы, а главное, стали настолько экономичными, что появилась возможность использовать клетчатку древесины в кормлении в довольно широких масштабах.
