隨著世界人口快速成長，對於乳、肉、蛋、奶等動物產品的需求也隨之增加。然而，在土地、水、糧食等自然資源有限的狀況下，如何利用現代科技增加畜牧生產效率、創造經濟動物的附加價值並維持環境永續發展，為目前動物科學研究的主要趨勢。
精準畜牧提升生產效率
為提升畜牧生產效率，降低生產成本及提高生產收益為動物科學研究追求目標。精準畜牧(precision livestock farming, PLF)指透過持續即時監測經濟動物健康、福利、生產、繁殖和環境影響來管理個別動物 (Berckmans, 2017)。而精準畜牧可用於促進動物福利、優化飼養管理、動物健康管理及評估牧場生產力。例如:利用自動秤重系統，可隨時追蹤動物體重變化，便於農民估算生長率及整體表現，並即時優化飼養策略，識別生產表現不佳的動物 (Segerkvist et al., 2020)。另外，也可結合三軸加速器及GPS定位系統，偵測動物發情行為，讓農民能準確分辨出可配種動物，減少相關人力花費及提高配種成功率(Brassel et al., 2018)。類似裝置也可用於分娩偵測，讓農民能在動物分娩過程中及時提供協助及照護。在健康管理方面，感測器可監測動物體溫、心律、呼吸、活動量，甚至是反芻動物的反芻次數。當動物生病或緊迫時，這些數據可能產生變化，持續監測動物生理數值可讓農民早期發現和預防疾病爆發(Mollenhorst et al., 2012)。
傳統畜牧業為高度仰賴人力的產業，但當畜牧產業結合自動化裝置並利用人工智慧幫助決策後，可大幅節省人力。因此，近年國際間也開始出現相關的新創產業。例如，美國新創公司 myAnIML 使用影像分析技術，分析牛的臉部和口鼻，以進行疾病預測和監測。以色列新創公司FarmSee以豬隻影像估算體重，分析場內豬隻屠宰最佳時機，並可改善飼料轉換率。瑞典的 Animals.ai 利用電腦視覺和深度學習來即時追蹤牛群，監測乳牛的行為模式，例如活動力高低、是否用下巴互相磨蹭彼此身體、嗅探或騎乘行為，以作為發情檢測，優化牛隻繁殖管理。由此可知，在未來工業化飼養的畜牧產業，運用精準畜牧結合自動化裝置及人工智慧工具，可有效提升畜牧生產。
生技產業與動物科學
將生物技術應用在經濟動物，也是提升畜牧生產價值的方法之一。自1996年第一隻複製羊桃莉誕生後，基因轉殖複製動物技術迅速發展，動物科學相關研究團隊也嘗試以基因轉殖方式產製人類醫藥用蛋白質，或以遺傳工程方式產製重組蛋白用於促進畜牧生產。在2006年八月，歐盟醫藥署(European Medicines Agency, EMEA)通過利用基因轉殖家畜乳所產製人用抗凝血劑ATryn(antithrombin-α)上市申請，這即是一個利用基因轉殖技術提升動物產品價值的例子。
近年來動物基因工程技術不斷進步，鋅指核酸酶（zinc finger nuclease, ZFN）、類轉錄活化因子核酸酶（transcription activator-like effectors nuclease, TALEN）及叢集有規律間隔的短迴文重複序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR）等基因編輯(genome editing)技術的發展，也讓經濟動物在醫藥領域的應用更進一步。有別於傳統基因轉殖以隨機插入方式轉入外源基因，基因編輯可精確地改變特定位置的基因序列。在2022年初，有研究團隊利用基因編輯技術剃除豬原有的部分基因，並加入人類基因，產製不引發人體免疫排斥的基因改造豬，並將此豬心移植至人類體內；另一個研究團隊在2024年也將基因轉殖豬腎移植至人體(Kozlov, 2024)。雖然這兩個例子病患皆只存活兩個月，但對於基因轉殖動物器官移植相關研究領域可說是很大的突破。未來，以基因轉殖豬作為異種移植器官來源或許不再是一個遙遠的目標。而經濟動物結合生物技術，不僅可做為產製醫藥蛋白的分子牧場，或許也可能成為產製人類可用器官之來源。
畜牧廢棄物重新創造價值，兼顧動物保護與環境永續發展
動物科學研究除著重經濟動物產值與生產效率外，如何有效利用資源也是重要議題。要如何加強循環生物經濟、提升再利用的力度，減少環境破壞亦為目前研究方向。根據統計，畜牧糞尿水再利用，每年可節省將近五萬公噸灌溉水，以及三萬三千公斤氮肥；若將畜牧糞尿經厭氧發酵後收集沼氣，也可以沼氣發電產生電力（楊等人，2016）。此外，利用生物循環方式也是維持環境永續發展的方法之一。雞糞經過黑水虻就地轉化再排出，不僅重量會減少三分之一，體積也只剩下原本的45％左右，且經過黑水虻消化之後的雞糞，含水量可降低約兩成。這樣的生物循環不但可以處理廢棄物，養大的黑水虻還能當飼料，蟲糞也可作為肥料，有效解決畜牧廢棄物的問題 (Zhang et al., 2021)。上述禽畜廢棄物再利用案例，除了增加畜牧業者收入外，也可減少禽畜廢棄物對環境的破壞。
此外，促進經濟動物福利也是動物科學研究努力方向之一。近年因為氣候變遷、資源及經濟限制、疾病傳播、生物多樣性消失等原因，對集約化的畜牧業動物福利是一大挑戰。而有關經濟動物的動物福利也從早期研究畜舍空間、飼料槽設計、溫溼度控制、地板、圍欄設計等，以及藉由各種動物生理參數評估動物福利狀況。到現在動物福利科學更開始關注動物的情緒，根據動物對刺激的反應或是分析動物發出的聲音頻率、音量的參數，評估動物不同的情緒狀態。動物福利是一個複雜且不斷發展的議題，需要科學研究、技術創新、政策法規、產業實踐和公眾意識的共同進步、多方共同努力才能促進畜牧業永續發展。
參考文獻
楊宜潔、劉蘭萍、鄭淑芬、劉盈孜. 2016. 推動畜牧廢棄資源循環利用，邁向畜牧產業永續發展. 綠基會通訊43:26-29
Berckmans, D. (2017). General introduction to precision livestock farming. Animal Frontiers, 7(1), 6-11. https://doi.org/10.2527/af.2017.0102
Brassel, J., Rohrssen, F., Failing, K., & Wehrend, A. (2018). Automated oestrus detection using multimetric behaviour recognition in seasonal-calving dairy cattle on pasture. N Z Vet J, 66(5), 243-247. https://doi.org/10.1080/00480169.2018.1479316
Kozlov, M. (2024). Pig-organ transplants: what three human recipients have taught scientists. Nature, 629(8014), 980-981. https://doi.org/10.1038/d41586-024-01453-2
Mollenhorst, H., Rijkaart, L. J., & Hogeveen, H. (2012). Mastitis alert preferences of farmers milking with automatic milking systems. J Dairy Sci, 95(5), 2523-2530. https://doi.org/10.3168/jds.2011-4993
Segerkvist, K. A., Höglund, J., Österlund, H., Wik, C., Högberg, N., & Hessle, A. (2020). Automatic weighing as an animal health monitoring tool on pasture. Livestock Science, 240, 104157.
Zhang, J. B., Zhang, J., Li, J. H., Tomerlin, J. K., Xiao, X. P., Rehman, K. U., Cai, M. M., Zheng, L. Y., & Yu, Z. N. (2021). Black soldier fly: A new vista for livestock and poultry manure management. Journal of Integrative Agriculture, 20(5), 1167-1179. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(20)63423-2
作者簡介
主要研究方向為經濟動物飼養管理、基因工程、動物生殖生理、再生醫學。