德国科学家开始教奶牛上厕所，想要拯救越来越热的地球
为了减少温室气体排放，一群奶牛在产奶之外，还试图点亮新技能——学着自己上厕所。近日，它们的“老师”——一个由德国研究人员领导的团队在《当代生物学》（Current Biology）上发表论文，报告了奶牛们的学习成果。
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编译 周舒义
编辑 魏潇
在农场露天饲养的奶牛眼中，一望无际的草场就是天然的方便之所。据统计，一头牛每天排出的粪尿总重可达 45 公斤。奶牛舒坦了，但许多环境问题随之而来。积累的粪便经常污染当地土壤和水源；牛尿中的氮会在微生物作用下分解，产生硝酸盐和一氧化二氮。前者渗入水源，导致水体富营养化；后者则是一种强温室气体，造成的温室效应是同等质量二氧化碳的近 300 倍。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的数据，全球畜牧业每年排放约 20 亿吨二氧化碳当量的一氧化二氮，占人为一氧化二氮排放量的 53%；世界范围内近 10% 的人为温室气体由牛产生。
如果把牛排泄物收集起来、集中处理，或许就能减轻环境污染。虽然我们可以把牛关进牛棚，但牛棚空间狭小，牛尿与粪混合后又会产生氨，这是一种间接的温室气体。“（在欧洲，）农业产生了（90% 的）氨，这其中有 50% 来自养牛业。”论文通讯作者、德国莱布尼茨农场动物生物学研究所（Leibniz Institute for Farm Animal Biology）的应用行为学家 Jan Langbein 在接受媒体采访时这样表示。
为此，Langbein 的团队决定从动物行为入手，让牛学会上厕所——这听着有些异想天开，却也不算太离谱。毕竟，“你可以训练婴儿如厕，可以训练猫如厕……甚至可以训练猪如厕——那为什么不能是牛呢？”他们认为，奶牛如厕可以方便饲主收集粪便集中处理，从而避免污染土壤和水源，减少温室气体排放。更妙的是，奶牛平时仍可享受和煦微风，在开阔的草场上闲逛。
为了训练奶牛如厕，Langbein 团队与德国弗里德里希·洛弗勒研究所（Friedrich-Loeffler-Institut）、新西兰奥克兰大学（University of Auckland）合作，开展了这项名为“MooLoo 训练”的研究。
研究人员从行为心理学取经，试图通过奖励来强化奶牛的如厕行为。他们用塑料板围出两米见方的厕所区域，板面是醒目的绿色，以便奶牛分辨厕所位置。地面还贴心地铺有人工草皮，避免它们在方便时“水花四溅”。在实验的第一阶段，研究人员将平均 119 天大的幼龄荷斯坦母牛关进厕所，每当它们在里面排尿时，就能得到碾碎的大麦或者甜饮料作为奖励。第一阶段的训练结束后，16 头小牛中有 10 头会在排尿结束前转向发放奖励的方向，“眼巴巴”地等着食物出现，这说明它们在“排尿”与“奖励”之间建立了某种关联。
小牛上厕所。来源：论文
随后，研究人员打开厕所，允许小牛自由活动。它们可以通过单向的活动门板进入厕所，定点如厕仍将得到食物奖励。为了鼓励小牛主动使用厕所，他们希望小牛将“随地大小便”与不愉快的经历联系起来。“一开始，我们使用了入耳式耳机进行惩罚，每当它们在外面小便时，耳机就会播放非常难听的声音。”Langbein 说。“我们认为这样做可以惩罚动物，而且不会使它们太反感。”
如果研究人员知道中国有个成语叫“对牛弹琴”，他们就会意识到这不是什么好主意。小牛对噪音（不出意料地）无动于衷。于是，草坪洒水器取而代之，用温和的水流“提醒”那些不守规矩的小牛。结果显示，16 头小牛中有 11 头学会了定点如厕，成功率将近 80%。而且在延长小牛到厕所的距离后，这 11 头小牛中有 10 头仍然保持了使用厕所的好习惯。
根据建模研究估计，如果通过厕所定点收集 80% 的牛尿，将能减少 56% 的氨排放量。
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不过，科学家对于教奶牛上厕所蓄谋已久，不单单是为了遏制全球变暖。控制排泄需要复杂的神经机制和生理过程，这项研究还能加深我们对哺乳动物反射通路的认知。
通常认为，奶牛在草原上游荡，随处方便的习惯令它们缺乏控制排泄的能力。此前对奶牛的如厕训练仅取得部分成功。而在这项研究中，小牛只接受了 15 天的训练，大多数在 20 到 25 次小便后就学会了全套技能，表现优于 3 ~ 4 岁的人类幼儿。论文作者 Douglas Elliffe 和 Lindsay Matthews 认为，这表明奶牛可以感受膀胱传来的阵阵尿意，并且憋到厕所再行方便——当然，前提是有奖励可拿。
此外，“MooLoo”还揭示了一条未曾设想的道路——我们或许可以在不影响动物福利的情况下，借助它们自身的认知能力来解决紧迫的环境问题。Langbein 乐观地认为，通过更多训练，如厕成功率还可以进一步提高。他希望在若干年后，自主如厕的好习惯可以风靡万千奶牛。
拓展阅读：
论文信息【标题】Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions
【期刊】Current Biology
【时间】13-Sep-2021
【作者】Neele Dirksen，Jan Langbein，Lars Schrader，Birger Puppe，Douglas Elliffe，Katrin Siebert，Volker Röttgen，Lindsay Matthews
【DOI】
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2021.07.011
【摘要】
Indiscriminate voiding of excreta by cattle contributes to greenhouse gas (GHG) emissions and soil and water contamination. Emissions are higher in animal-friendly husbandry offering cattle more space — a trade-off we call the ‘climate killer conundrum’. Voiding in a specific location (latrine) would help resolve this dilemma by allowing ready capture and treatment of excreta under more spacious farming conditions. For urination, toileting requires self-control and coordination of a complex chain of behaviors including awareness of bladder fullness, overriding of excretory reflexes, selection of a latrine and intentional relaxation of the external urethral sphincter. Attempts to train toileting in cattle have so far been only partly successful, even though their excretion and associated neurophysiological control are similar to those in species capable of toileting. Similarly, very young infants have been considered incapable of self-initiated voiding, but they can be taught with extensive training. Using a backward chaining, reward-based training procedure, we here show that cattle can control their micturition reflex and use a latrine for urination. Such self-control provides evidence that animals can learn to respond to and reveal internal experiences via appropriately trained operant behaviors, thereby providing another way to explore their subjective states.
【链接】
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00966-0
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参考来源：
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168159102000801
2.https://theconversation.com/we-managed-to-toilet-train-cows-and-they-learned-faster-than-a-toddler-it-could-help-combat-climate-change-167785
3.http://www.fao.org/news/story/en/item/197623/icode/
4.https://www.the-scientist.com/news-opinion/potty-party-researchers-show-young-cows-can-be-toilet-trained-69182
5.https://www.eurekalert.org/news-releases/927878
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