O rúmen é uma estrutura semelhante ao estômago do sistema digestivo de certos animais, caracterizada como uma câmara pré-digestiva na qual microorganismos criticamente simbióticos vivem para iniciar o colapso da dieta específica do animal. Comumente chamado de pança, os animais que possuem essa anatomia são chamados ruminantes, e a maioria são herbívoros cuja necessidade de carboidratos na dieta é suprida por plantas difíceis de digerir. Muito se sabe sobre os vários organismos que residem no rúmen e seus papéis químicos no processo digestivo, em parte porque muitos animais ruminantes, como vacas e ovelhas, são importantes animais comerciais em muitas partes do mundo.
“Reticulorumen” é o termo dado ao primeiro órgão interno do trato digestivo de um ruminante. Geralmente é muito grande – o rúmen de uma vaca pode ter mais de 94,6 litros de capacidade – e sua câmara de retículo contíguo tem cerca de um décimo do tamanho. Embora o revestimento interno dos dois seja diferente, eles têm uma função singular – armazenar matéria vegetal mastigada, enquanto trilhões de bactérias, protozoários unicelulares e outros micróbios a decompõem, tanto para consumo próprio quanto para o hospedeiro.
Quando a grama e outras plantas são parcialmente mastigadas com saliva e engolidas pelo tubo esofágico da garganta, as contrações das ondas musculares do rúmen empurram a matéria ainda mais para dentro do reticulorúmen, que continua a se contrair ritmicamente e agita a comida. Com o intestino cheio, o animal normalmente descansa, regurgitando, re-mastigando e engolindo novamente o material ingerido em um processo chamado ruminação, comumente chamado de “mastigar o chiclete”. Isso é repetido longamente, com alguns bovinos gastando até seis horas por dia mastigando continuamente. Quando suficientemente decomposto, o alimento é passado para uma câmara chamada omasum, que o bombeia para o estômago verdadeiro do animal, uma pequena câmara chamada abomaso.
O rúmen funciona de maneira bastante análoga à caixa de compostagem de um jardineiro. Dentro dela, há um tapete de recortes fibrosos de plantas, composto por uma grande quantidade de celulose, uma longa cadeia de moléculas de açúcar que é separada por uma enzima chamada celulase, que é secretada por bactérias. Algumas delas são consumidas pelas bactérias, e outras bactérias usam os açúcares simples para iniciar a fermentação, quebrando as proteínas das plantas em ácidos graxos, como o aminoácido lactato necessário para a produção de leite do animal hospedeiro. Alguns desses nutrientes essenciais são absorvidos pelo revestimento capilar do reticulorúmen diretamente na corrente sanguínea.
Várias espécies de bactérias estão envolvidas, categorizadas como fibrolíticas, amilolíticas e proteolíticas, com base na digestão de carboidratos complexos, açúcares simples e proteínas, respectivamente. Os protozoários unicelulares digerem todos os três, principalmente consumindo bactérias. Os fungos são menos numerosos, mas são importantes para quebrar as ligações químicas entre a celulose e os substratos não-carboidratos das plantas. Cerca de 3% da massa microbiana são archaea, um tipo de bactéria anaeróbica que metaboliza os resíduos de hidrogênio e dióxido de carbono dos outros organismos em metano. Juntamente com o material vegetal eventualmente liquefeito, muitos desses microorganismos também são inevitavelmente digeridos pelo hospedeiro ruminante por suas vitaminas, minerais e outros conteúdos nutricionais.
O metabolismo do rúmen é uma maneira eficiente de extrair a energia do açúcar nos carboidratos de uma dieta de celulose. Os animais ruminantes abrigam micróbios gástricos simbióticos que produzem as enzimas necessárias e são fornecidos com os nutrientes e o ambiente necessários para que eles cresçam e se multipliquem. A respiração anaeróbica microbiana e a fermentação da dieta, no entanto, têm um subproduto indesejado. Estima-se que uma única vaca expire 74 galões (280 litros) do metano dos gases de efeito estufa por dia, através de um processo chamado eructação, também conhecido como arroto.