Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί σε κακής ποιότητας τρόφιμα στη Γη

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Ένα άρθρο για τα έργα ενός Γεωργιανού επιστήμονα που, έχοντας φτάσει στις Ηνωμένες Πολιτείες, πέρα από τα μαθηματικά, ασχολήθηκε με τη βιολογία. Άρχισε να παρατηρεί αλλαγές στη ζωή των φυτών ανάλογα με την ποιότητα του αέρα και του φωτός. Το συμπέρασμα ήταν οικολογικό: η ανάπτυξη του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα επιταχύνει την ανάπτυξη των φυτών, αλλά τους στερεί από ουσίες χρήσιμες για τον άνθρωπο.

Ο Irakli Loladze είναι μαθηματικός στην εκπαίδευση, αλλά στο βιολογικό εργαστήριο αντιμετώπισε έναν γρίφο που άλλαξε όλη του τη ζωή. Αυτό συνέβη το 1998, όταν ο Loladze έπαιρνε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Στεκόμενος δίπλα σε γυάλινα δοχεία που λάμπουν με λαμπερά πράσινα φύκια, ένας βιολόγος είπε στον Loladze και σε μισή ντουζίνα άλλους μεταπτυχιακούς φοιτητές ότι οι επιστήμονες είχαν ανακαλύψει κάτι μυστήριο για το ζωοπλαγκτόν.

Το ζωοπλαγκτόν είναι μικροσκοπικά ζώα που κολυμπούν στους ωκεανούς και τις λίμνες του κόσμου. Τρέφονται με φύκια, τα οποία είναι ουσιαστικά μικροσκοπικά φυτά. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι αυξάνοντας τη ροή του φωτός, είναι δυνατό να επιταχυνθεί η ανάπτυξη των φυκών, αυξάνοντας έτσι την προσφορά πόρων τροφίμων για το ζωοπλαγκτόν και έχοντας θετική επίδραση στην ανάπτυξή του. Όμως οι ελπίδες των επιστημόνων δεν έγιναν πραγματικότητα. Όταν οι ερευνητές άρχισαν να καλύπτουν περισσότερα φύκια, η ανάπτυξή τους πραγματικά επιταχύνθηκε. Τα μικροσκοπικά ζώα έχουν πολλή τροφή, αλλά, παραδόξως, κάποια στιγμή ήταν στα πρόθυρα της επιβίωσης. Η αύξηση της ποσότητας της τροφής θα έπρεπε να είχε οδηγήσει σε βελτίωση της ποιότητας ζωής του ζωοπλαγκτού και τελικά αποδείχθηκε πρόβλημα. Πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό;

Παρά το γεγονός ότι ο Loladze σπούδασε επίσημα στη Μαθηματική Σχολή, αγαπούσε ακόμα τη βιολογία και δεν μπορούσε να σταματήσει να σκέφτεται τα αποτελέσματα της έρευνάς του. Οι βιολόγοι είχαν μια πρόχειρη ιδέα για το τι συνέβη. Το περισσότερο φως έκανε τα φύκια να αναπτυχθούν ταχύτερα, αλλά τελικά μείωσαν τα θρεπτικά συστατικά που απαιτούνται για την αναπαραγωγή του ζωοπλαγκτού. Επιταχύνοντας την ανάπτυξη των φυκιών, οι ερευνητές τα μετέτρεψαν ουσιαστικά σε γρήγορο φαγητό. Το ζωοπλαγκτόν είχε περισσότερη τροφή, αλλά έγινε λιγότερο θρεπτικό, και ως εκ τούτου τα ζώα άρχισαν να λιμοκτονούν.

Ο Loladze χρησιμοποίησε το μαθηματικό του υπόβαθρο για να βοηθήσει στη μέτρηση και την εξήγηση της δυναμικής που απεικονίζει την εξάρτηση του ζωοπλαγκτού από τα φύκια. Μαζί με τους συναδέλφους του, ανέπτυξε ένα μοντέλο που έδειξε τη σχέση μεταξύ μιας πηγής τροφής και ενός ζώου που εξαρτάται από αυτήν. Δημοσίευσαν την πρώτη τους επιστημονική εργασία για αυτό το θέμα το 2000. Αλλά εκτός από αυτό, η προσοχή του Loladze στράφηκε στο πιο σημαντικό ερώτημα του πειράματος: πόσο μακριά μπορεί να φτάσει αυτό το πρόβλημα;

"Έμεινα έκπληκτος με το πόσο διαδεδομένα ήταν τα αποτελέσματα", θυμάται ο Loladze σε μια συνέντευξη. Θα μπορούσαν το γρασίδι και οι αγελάδες να επηρεαστούν από το ίδιο πρόβλημα; Τι γίνεται με το ρύζι και τους ανθρώπους; «Η στιγμή που άρχισα να σκέφτομαι την ανθρώπινη διατροφή ήταν ένα σημείο καμπής για μένα», είπε ο επιστήμονας.

Στον κόσμο πέρα από τον ωκεανό, το πρόβλημα δεν είναι ότι τα φυτά παίρνουν ξαφνικά περισσότερο φως: καταναλώνουν περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα εδώ και χρόνια. Και τα δύο είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών. Και αν περισσότερο φως οδηγεί σε ταχέως αναπτυσσόμενα αλλά λιγότερο θρεπτικά φύκια «fast food» με κακώς ισορροπημένη αναλογία ζάχαρης προς θρεπτικά συστατικά, τότε θα ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι η αύξηση της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα θα μπορούσε να έχει το ίδιο αποτέλεσμα. Και μπορεί να επηρεάσει τα φυτά σε όλο τον πλανήτη. Τι σημαίνει αυτό για τα φυτά που τρώμε;

Η επιστήμη απλά δεν ήξερε τι ανακάλυψε ο Λολάντζε. Ναι, το γεγονός ότι το επίπεδο του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε ήταν ήδη γνωστό, αλλά ο επιστήμονας εντυπωσιάστηκε από το πόσο λίγη έρευνα έχει αφιερωθεί στην επίδραση αυτού του φαινομένου στα βρώσιμα φυτά. Για τα επόμενα 17 χρόνια, συνεχίζοντας τη μαθηματική του καριέρα, μελέτησε προσεκτικά την επιστημονική βιβλιογραφία και τα δεδομένα που μπορούσε να βρει. Και τα αποτελέσματα φαινόταν να δείχνουν προς μια κατεύθυνση: Η επίδραση του γρήγορου φαγητού που έμαθε στην Αριζόνα εμφανιζόταν σε χωράφια και δάση σε όλο τον κόσμο. «Καθώς τα επίπεδα CO₂ συνεχίζουν να αυξάνονται, κάθε φύλλο και λεπίδα χόρτου στη Γη παράγει όλο και περισσότερα σάκχαρα», εξήγησε ο Λολάντζε. «Έχουμε γίνει μάρτυρες της μεγαλύτερης έγχυσης υδατανθράκων στη βιόσφαιρα στην ιστορία - μια ένεση που αραιώνει άλλα θρεπτικά συστατικά στους διατροφικούς μας πόρους».

Ο επιστήμονας δημοσίευσε τα δεδομένα που συνέλεξε μόλις πριν από λίγα χρόνια και γρήγορα τράβηξε την προσοχή μιας μικρής αλλά μάλλον προβληματικής ομάδας ερευνητών που εγείρουν ανησυχητικά ερωτήματα σχετικά με το μέλλον της διατροφής μας. Θα μπορούσε το διοξείδιο του άνθρακα να έχει επίδραση στην ανθρώπινη υγεία που δεν έχουμε ακόμη μελετήσει; Φαίνεται ότι η απάντηση είναι ναι, και αναζητώντας αποδεικτικά στοιχεία, ο Loladze και άλλοι επιστήμονες έπρεπε να κάνουν τις πιο πιεστικές επιστημονικές ερωτήσεις, συμπεριλαμβανομένων των εξής: "Πόσο δύσκολο είναι να διεξάγεις έρευνα σε ένα πεδίο που δεν υπάρχει ακόμη;"

Στη γεωργική έρευνα, η είδηση ότι πολλά σημαντικά τρόφιμα γίνονται λιγότερο θρεπτικά δεν είναι νέα. Οι μετρήσεις των φρούτων και των λαχανικών δείχνουν ότι η περιεκτικότητα σε μέταλλα, βιταμίνες και πρωτεΐνες σε αυτά έχει μειωθεί σημαντικά τα τελευταία 50-70 χρόνια. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο κύριος λόγος είναι πολύ απλός: όταν αναπαράγουμε και επιλέγουμε καλλιέργειες, η πρώτη μας προτεραιότητα είναι οι υψηλότερες αποδόσεις, όχι η θρεπτική αξία, ενώ οι ποικιλίες που αποδίδουν περισσότερες αποδόσεις (είτε είναι μπρόκολο, ντομάτες ή σιτάρι) είναι λιγότερο θρεπτικές.

Το 2004, μια ενδελεχής μελέτη φρούτων και λαχανικών διαπίστωσε ότι τα πάντα, από πρωτεΐνες και ασβέστιο μέχρι σίδηρο και βιταμίνη C είχαν μειωθεί σημαντικά στις περισσότερες καλλιέργειες κηπευτικών από το 1950. Οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτό οφείλεται κυρίως στην επιλογή των ποικιλιών για περαιτέρω αναπαραγωγή.

Ο Λολάντζε, παρέα με αρκετούς άλλους επιστήμονες, υποψιάζεται ότι αυτό δεν είναι το τέλος και ότι ίσως η ίδια η ατμόσφαιρα αλλάζει το φαγητό μας. Τα φυτά χρειάζονται διοξείδιο του άνθρακα με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι χρειάζονται οξυγόνο. Το επίπεδο του CO2 στην ατμόσφαιρα συνεχίζει να αυξάνεται - σε μια ολοένα και πιο πολωμένη συζήτηση για την επιστήμη του κλίματος, δεν περνάει ποτέ από το μυαλό κανένας να αμφισβητήσει αυτό το γεγονός. Πριν από τη βιομηχανική επανάσταση, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης ήταν περίπου 280 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο, το ένα εκατομμυριοστό είναι μονάδα μέτρησης οποιωνδήποτε σχετικών τιμών, ίση με 1 · 10-6 του βασικού δείκτη - εκδ.). Πέρυσι, η τιμή αυτή έφτασε τα 400 ppm. Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι τον επόμενο μισό αιώνα, πιθανότατα θα φτάσουμε τα 550 ppm, που είναι διπλάσια από ό,τι ήταν στον αέρα όταν οι Αμερικανοί άρχισαν να χρησιμοποιούν τρακτέρ στη γεωργία.

Για όσους έχουν πάθος για την εκτροφή φυτών, αυτή η δυναμική μπορεί να φαίνεται θετική. Εξάλλου, κάπως έτσι κρύβονταν πίσω οι πολιτικοί, δικαιολογώντας την αδιαφορία τους για τις συνέπειες της κλιματικής αλλαγής. Ο Ρεπουμπλικανός Lamar Smith, πρόεδρος της Επιτροπής Επιστημών της Βουλής των ΗΠΑ, υποστήριξε πρόσφατα ότι οι άνθρωποι δεν πρέπει να ανησυχούν τόσο πολύ για την αύξηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα. Σύμφωνα με τον ίδιο, είναι καλό για τα φυτά, και ό,τι είναι καλό για τα φυτά είναι καλό για εμάς.

«Μια υψηλότερη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρά μας θα προωθήσει τη φωτοσύνθεση, η οποία με τη σειρά της θα οδηγήσει σε αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης των φυτών», έγραψε ένας Ρεπουμπλικανός από το Τέξας. «Τα προϊόντα διατροφής θα παράγονται σε μεγαλύτερους όγκους και η ποιότητά τους θα είναι καλύτερη».

Όμως, όπως έδειξε το πείραμα του ζωοπλαγκτού, περισσότερος όγκος και καλύτερη ποιότητα δεν πάνε πάντα χέρι-χέρι. Αντίθετα, μπορεί να δημιουργηθεί μια αντίστροφη σχέση μεταξύ τους. Να πώς εξηγούν αυτό το φαινόμενο οι καλύτεροι επιστήμονες: η αυξανόμενη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα επιταχύνει τη φωτοσύνθεση, μια διαδικασία που βοηθά τα φυτά να μετατρέψουν το ηλιακό φως σε τροφή. Ως αποτέλεσμα, η ανάπτυξή τους επιταχύνεται, αλλά ταυτόχρονα αρχίζουν να απορροφούν περισσότερους υδατάνθρακες (όπως γλυκόζη) σε βάρος άλλων θρεπτικών συστατικών που χρειαζόμαστε, όπως πρωτεΐνη, σίδηρο και ψευδάργυρο.

Το 2002, ενώ συνέχιζε τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον μετά την υπεράσπιση της διδακτορικής του διατριβής, ο Loladze δημοσίευσε μια σταθερή ερευνητική εργασία στο κορυφαίο περιοδικό Trends in Ecology and Evolution, το οποίο υποστήριξε ότι η αύξηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα και η ανθρώπινη διατροφή συνδέονται άρρηκτα με τις παγκόσμιες αλλαγές στα φυτά. ποιότητα. Στο άρθρο, ο Loladze παραπονέθηκε για την έλλειψη δεδομένων: ανάμεσα σε χιλιάδες δημοσιεύσεις για τα φυτά και τα αυξανόμενα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα, βρήκε μόνο μία που εστίαζε στην επίδραση του αερίου στην ισορροπία των θρεπτικών συστατικών στο ρύζι, μια καλλιέργεια στην οποία βασίζονται δισεκατομμύρια άνθρωποι συγκομιδή. (Ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε το 1997 ασχολείται με την πτώση των επιπέδων ψευδαργύρου και σιδήρου στο ρύζι.)

Στο άρθρο του, ο Loladze ήταν ο πρώτος που έδειξε την επίδραση του διοξειδίου του άνθρακα στην ποιότητα των φυτών και στη διατροφή του ανθρώπου. Ωστόσο, ο επιστήμονας έθεσε περισσότερα ερωτήματα παρά βρήκε απαντήσεις, υποστηρίζοντας δικαίως ότι υπάρχουν ακόμη πολλά κενά στη μελέτη. Εάν συμβαίνουν αλλαγές στη θρεπτική αξία σε όλα τα επίπεδα της τροφικής αλυσίδας, πρέπει να μελετηθούν και να μετρηθούν.

Μέρος του προβλήματος, αποδεικνύεται, ήταν στον ίδιο τον ερευνητικό κόσμο. Για να λάβει απαντήσεις, ο Loladze απαιτούσε γνώσεις στον τομέα της γεωπονίας, της διατροφής και της φυσιολογίας των φυτών, άρτια άρωμα με τα μαθηματικά. Το τελευταίο μέρος μπορούσε να αντιμετωπιστεί, αλλά εκείνη την εποχή μόλις ξεκινούσε την επιστημονική του σταδιοδρομία και τα τμήματα των μαθηματικών δεν ενδιαφέρθηκαν ιδιαίτερα για την επίλυση προβλημάτων της γεωργίας και της ανθρώπινης υγείας. Ο Λολάντζε πάλεψε να εξασφαλίσει χρηματοδότηση για νέα έρευνα και ταυτόχρονα συνέχισε να συλλέγει με μανία όλα τα πιθανά δεδομένα που έχουν ήδη δημοσιευτεί από επιστήμονες από όλο τον κόσμο. Πήγε στο κεντρικό τμήμα της χώρας, στο Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα-Λίνκολν, όπου του προσφέρθηκε η θέση του βοηθού στο τμήμα. Το πανεπιστήμιο ασχολήθηκε ενεργά με την έρευνα στον τομέα της γεωργίας, η οποία έδωσε καλές προοπτικές, αλλά ο Loladze ήταν απλώς δάσκαλος μαθηματικών. Όπως του εξηγήθηκε, μπορεί να συνεχίσει να πραγματοποιεί τις έρευνές του, αν ο ίδιος τις χρηματοδοτήσει. Όμως συνέχισε να παλεύει. Κατά τη διανομή των υποτροφιών στο Τμήμα Βιολογίας, απορρίφθηκε λόγω του γεγονότος ότι η αίτησή του δίνει μεγάλη σημασία στα μαθηματικά και στο Τμήμα Μαθηματικών - λόγω βιολογίας.

«Χρόνο με το χρόνο, έπαιρνα απόρριψη μετά από απόρριψη», θυμάται ο Λολάντζε. - Ήμουν απελπισμένος. Δεν νομίζω ότι οι άνθρωποι κατάλαβαν τη σημασία της έρευνας».

Αυτή η ερώτηση έμεινε εκτός πίνακα όχι μόνο στα μαθηματικά και τη βιολογία. Το να πούμε ότι η μείωση της θρεπτικής αξίας των βασικών καλλιεργειών λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα είναι ελάχιστα μελετημένη είναι υποτίμηση. Αυτό το φαινόμενο απλά δεν συζητείται στη γεωργία, την υγεία και τη διατροφή. Καθόλου.

Όταν οι δημοσιογράφοι μας επικοινώνησαν με ειδικούς στη διατροφή για να συζητήσουν το θέμα της μελέτης, σχεδόν όλοι τους εξεπλάγησαν εξαιρετικά και ρώτησαν πού μπορούν να βρουν τα δεδομένα. Ένας κορυφαίος επιστήμονας από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins απάντησε ότι η ερώτηση ήταν αρκετά ενδιαφέρουσα, αλλά παραδέχτηκε ότι δεν ήξερε τίποτα γι 'αυτό. Με παρέπεμψε σε έναν άλλο ειδικό που επίσης το άκουσε για πρώτη φορά. Η Ακαδημία Διατροφής και Διαιτολογίας, μια ένωση με μεγάλο αριθμό ειδικών σε θέματα διατροφής, με βοήθησε να συνδεθώ με τον διατροφολόγο Robin Forutan, ο οποίος επίσης δεν ήταν εξοικειωμένος με τη μελέτη.

"Είναι πραγματικά ενδιαφέρον, και έχετε δίκιο, λίγοι άνθρωποι το γνωρίζουν", έγραψε ο Forutan αφού διάβασε μερικές εργασίες σχετικά με το θέμα. Πρόσθεσε επίσης ότι θα ήθελε να διερευνήσει το θέμα πιο βαθιά. Συγκεκριμένα, την ενδιαφέρει πώς ακόμη και μια μικρή αύξηση της ποσότητας υδατανθράκων στα φυτά μπορεί να επηρεάσει την ανθρώπινη υγεία.

«Δεν ξέρουμε σε τι θα μπορούσε να καταλήξει μια μικρή αλλαγή στην περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες στα τρόφιμα», είπε ο Forutan, σημειώνοντας ότι η συνολική τάση προς περισσότερο άμυλο και υψηλότερη πρόσληψη υδατανθράκων φαίνεται να σχετίζεται με την αυξημένη συχνότητα εμφάνισης ασθενειών. που σχετίζονται όπως η παχυσαρκία και ο διαβήτης. - Σε ποιο βαθμό μπορούν να επηρεάσουν αυτό οι αλλαγές στην τροφική αλυσίδα; Δεν μπορούμε να πούμε με σιγουριά ακόμα».

Ζητήσαμε από έναν από τους πιο διάσημους ειδικούς σε αυτόν τον τομέα να σχολιάσει αυτό το φαινόμενο - τη Marion Nesl, καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης. Η Nesl ασχολείται με θέματα διατροφικής κουλτούρας και υγειονομικής περίθαλψης. Στην αρχή, ήταν μάλλον επιφυλακτική για τα πάντα, αλλά υποσχέθηκε να μελετήσει λεπτομερώς τις διαθέσιμες πληροφορίες για την κλιματική αλλαγή, μετά την οποία πήρε διαφορετική θέση. «Με έπεισες», έγραψε, εκφράζοντας επίσης ανησυχία. - Δεν είναι απολύτως σαφές εάν η μείωση της θρεπτικής αξίας των τροφίμων που προκαλείται από την αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ανθρώπινη υγεία. Χρειαζόμαστε πολλά περισσότερα δεδομένα».

Η Christy Eby, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, μελετά τη σχέση μεταξύ της κλιματικής αλλαγής και της ανθρώπινης υγείας. Είναι από τους λίγους επιστήμονες στις Ηνωμένες Πολιτείες που ενδιαφέρεται για τις πιθανές σοβαρές συνέπειες της αλλαγής της ποσότητας του διοξειδίου του άνθρακα και το αναφέρει σε κάθε ομιλία της.

Υπάρχουν πάρα πολλά άγνωστα, είναι πεπεισμένη ο Έμπι. «Για παράδειγμα, πώς ξέρετε ότι το ψωμί δεν περιέχει πλέον τα μικροθρεπτικά συστατικά που υπήρχαν πριν από 20 χρόνια;»

Η σχέση μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και διατροφής δεν έγινε αμέσως εμφανής στην επιστημονική κοινότητα, λέει ο Ebi, ακριβώς επειδή τους πήρε πολύ χρόνο για να εξετάσουν σοβαρά την αλληλεπίδραση του κλίματος και της ανθρώπινης υγείας γενικότερα. «Έτσι φαίνονται συνήθως τα πράγματα», λέει η Έμπι, «την παραμονή της αλλαγής».

Στο πρώιμο έργο του Loladze, τέθηκαν σοβαρά ερωτήματα, στα οποία είναι δύσκολο, αλλά αρκετά ρεαλιστικό, να βρεθούν απαντήσεις. Πώς επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών η αύξηση της συγκέντρωσης CO₂ στην ατμόσφαιρα; Ποιο είναι το μερίδιο της επίδρασης του διοξειδίου του άνθρακα στην πτώση της θρεπτικής αξίας των τροφίμων σε σχέση με το μερίδιο άλλων παραγόντων, για παράδειγμα, των συνθηκών καλλιέργειας;

Η εκτέλεση ενός πειράματος σε ολόκληρη τη φάρμα για να μάθετε πώς το διοξείδιο του άνθρακα επηρεάζει τα φυτά είναι επίσης ένα δύσκολο, αλλά εφικτό, έργο. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μια μέθοδο που μετατρέπει το πεδίο σε πραγματικό εργαστήριο. Ένα ιδανικό παράδειγμα σήμερα είναι το πείραμα εμπλουτισμού διοξειδίου του άνθρακα ελεύθερου αέρα (FACE). Κατά τη διάρκεια αυτού του πειράματος, οι επιστήμονες στο ύπαιθρο δημιουργούν συσκευές μεγάλης κλίμακας που ψεκάζουν διοξείδιο του άνθρακα σε φυτά σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Μικροί αισθητήρες παρακολουθούν το επίπεδο CO₂. Όταν πάρα πολύ διοξείδιο του άνθρακα φεύγει από το χωράφι, μια ειδική συσκευή ψεκάζει μια νέα δόση για να διατηρήσει το επίπεδο σταθερό. Οι επιστήμονες μπορούν στη συνέχεια να συγκρίνουν απευθείας αυτά τα φυτά με αυτά που καλλιεργούνται υπό κανονικές συνθήκες.

Παρόμοια πειράματα έχουν δείξει ότι τα φυτά που αναπτύσσονται σε συνθήκες αυξημένης περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα υφίστανται σημαντικές αλλαγές. Έτσι, στην ομάδα φυτών C3, η οποία περιλαμβάνει σχεδόν το 95% των φυτών της Γης, συμπεριλαμβανομένων αυτών που τρώμε (σιτάρι, ρύζι, κριθάρι και πατάτες), σημειώθηκε μείωση στην ποσότητα των σημαντικών μετάλλων - ασβέστιο, νάτριο, ψευδάργυρος και σίδερο. Σύμφωνα με τις προβλέψεις για την αντίδραση των φυτών σε αλλαγές στη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, στο εγγύς μέλλον η ποσότητα αυτών των ορυκτών θα μειωθεί κατά μέσο όρο κατά 8%. Τα ίδια δεδομένα υποδεικνύουν επίσης μείωση, μερικές φορές αρκετά σημαντική, στην περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες στις καλλιέργειες C3 - στο σιτάρι και το ρύζι κατά 6% και 8%, αντίστοιχα.

Το καλοκαίρι του τρέχοντος έτους, μια ομάδα επιστημόνων δημοσίευσε την πρώτη εργασία στην οποία έγιναν προσπάθειες να αξιολογηθεί ο αντίκτυπος αυτών των αλλαγών στον πληθυσμό της Γης. Τα φυτά είναι μια απαραίτητη πηγή πρωτεΐνης για τους ανθρώπους στον αναπτυσσόμενο κόσμο. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι 150 εκατομμύρια άνθρωποι κινδυνεύουν από έλλειψη πρωτεϊνών έως το 2050, ειδικά σε χώρες όπως η Ινδία και το Μπαγκλαντές. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν επίσης ότι 138 εκατομμύρια θα κινδυνεύσουν λόγω της μείωσης της ποσότητας ψευδάργυρου, που είναι ζωτικής σημασίας για την υγεία των μητέρων και των παιδιών. Υπολογίζουν ότι περισσότερες από 1 δισεκατομμύριο μητέρες και 354 εκατομμύρια παιδιά ζουν σε χώρες που προβλέπεται να μειώσουν την ποσότητα σιδήρου στα τρόφιμα τους, γεγονός που θα μπορούσε να επιδεινώσει τον ήδη σοβαρό κίνδυνο εκτεταμένης αναιμίας.

Τέτοιες προβλέψεις δεν έχουν ακόμη εφαρμοστεί στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου η διατροφή του μεγαλύτερου μέρους του πληθυσμού είναι ποικίλη και περιέχει αρκετή πρωτεΐνη. Ωστόσο, οι ερευνητές σημειώνουν αύξηση της ποσότητας ζάχαρης στα φυτά και φοβούνται ότι αν συνεχιστεί αυτός ο ρυθμός, τότε θα υπάρξουν ακόμη περισσότερα παχύσαρκα και καρδιαγγειακά προβλήματα.

Το USDA συμβάλλει επίσης σημαντικά στην έρευνα σχετικά με τη σχέση του διοξειδίου του άνθρακα με τη διατροφή των φυτών. Ο Lewis Ziska, φυσιολόγος φυτών στην Υπηρεσία Αγροτικής Έρευνας στο Μπέλτσβιλ του Μέριλαντ, έχει γράψει μια σειρά διατροφικών εγγράφων που επεξεργάζονται μερικά από τα ερωτήματα που έθεσε ο Λολάντζε πριν από 15 χρόνια.

Ο Ziska επινόησε ένα απλούστερο πείραμα που δεν απαιτούσε καλλιέργεια φυτών. Αποφάσισε να μελετήσει τη διατροφή των μελισσών.

Το Goldenrod είναι ένα αγριολούλουδο που θεωρείται από πολλούς ζιζάνιο, αλλά απαραίτητο για τις μέλισσες. Ανθίζει στα τέλη του καλοκαιριού και η γύρη του είναι μια σημαντική πηγή πρωτεΐνης για αυτά τα έντομα κατά τη διάρκεια του σκληρού χειμώνα. Οι άνθρωποι δεν έχουν καλλιεργήσει ποτέ ειδικά χρυσόραβα ή δημιούργησαν νέες ποικιλίες, έτσι με την πάροδο του χρόνου δεν έχει αλλάξει πολύ, σε αντίθεση με το καλαμπόκι ή το σιτάρι. Εκατοντάδες δείγματα χρυσόραβδου φυλάσσονται στα τεράστια αρχεία του Ινστιτούτου Smithsonian, το παλαιότερο που χρονολογείται από το 1842. Αυτό επέτρεψε στον Ziska και τους συναδέλφους του να εντοπίσουν πώς έχει αλλάξει το εργοστάσιο από τότε.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι από τη βιομηχανική επανάσταση, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες της γύρης των χρυσόραβδων έχει μειωθεί κατά το ένα τρίτο και αυτή η πτώση σχετίζεται στενά με την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα. Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και καιρό να ανακαλύψουν τους λόγους για τη μείωση των πληθυσμών των μελισσών σε όλο τον κόσμο - αυτό θα μπορούσε να έχει άσχημη επίδραση στις καλλιέργειες για τις οποίες χρειάζονται για την επικονίαση. Στην εργασία του, ο Ziska πρότεινε ότι η μείωση της πρωτεΐνης στη γύρη πριν από το χειμώνα μπορεί να είναι ένας άλλος λόγος για τον οποίο οι μέλισσες δυσκολεύονται να επιβιώσουν το χειμώνα.

Ο επιστήμονας ανησυχεί ότι οι επιπτώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στα φυτά δεν μελετώνται επαρκώς, δεδομένου ότι η αλλαγή των γεωργικών πρακτικών θα μπορούσε να πάρει πολύ χρόνο. «Δεν έχουμε ακόμη την ευκαιρία να επέμβουμε και να αρχίσουμε να χρησιμοποιούμε παραδοσιακές μεθόδους για να διορθώσουμε την κατάσταση», είπε ο Ζίσκα. «Θα χρειαστούν 15-20 χρόνια για να γίνουν πράξη τα αποτελέσματα των εργαστηριακών εξετάσεων»

Όπως έχουν διαπιστώσει ο Loladze και οι συνάδελφοί του, τα νέα γενικά, οριζόντια ερωτήματα μπορεί να είναι αρκετά περίπλοκα. Υπάρχουν πολλοί φυτοφυσιολόγοι σε όλο τον κόσμο που μελετούν τις καλλιέργειες, αλλά επικεντρώνονται κυρίως σε παράγοντες όπως η απόδοση και ο έλεγχος των παρασίτων. Δεν έχει να κάνει με τη διατροφή. Σύμφωνα με την εμπειρία του Loladze, τα τμήματα μαθηματικών δεν ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τα προϊόντα διατροφής ως αντικείμενα έρευνας. Και η μελέτη των ζωντανών φυτών είναι μια μακρά και δαπανηρή επιχείρηση: θα χρειαστούν αρκετά χρόνια και σοβαρή χρηματοδότηση για να ληφθούν αρκετά δεδομένα κατά τη διάρκεια του πειράματος FACE.

Παρά τις δυσκολίες, οι επιστήμονες ενδιαφέρονται ολοένα και περισσότερο για αυτά τα ερωτήματα και τα επόμενα χρόνια ίσως μπορέσουν να βρουν απαντήσεις σε αυτά. Οι Ziska και Loladze, οι οποίοι διδάσκουν μαθηματικά στο Brian's College of Health Sciences στο Λίνκολν της Νεμπράσκα, εργάζονται με μια ομάδα επιστημόνων από την Κίνα, την Ιαπωνία, την Αυστραλία και τις Ηνωμένες Πολιτείες σε μια σημαντική μελέτη σχετικά με τις επιπτώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στις θρεπτικές ιδιότητες του ρύζι, μια από τις σημαντικότερες καλλιέργειες. Επιπλέον, μελετούν την αλλαγή στην ποσότητα των βιταμινών, σημαντικών συστατικών των τροφίμων, κάτι που μέχρι τώρα πρακτικά δεν έχει γίνει.

Πρόσφατα, ερευνητές του USDA πραγματοποίησαν ένα άλλο πείραμα. Για να μάθουν πώς τα υψηλότερα επίπεδα CO2 επηρεάζουν τις καλλιέργειες, πήραν δείγματα ρυζιού, σιταριού και σόγιας από τις δεκαετίες του 1950 και του 1960 και τα φύτεψαν σε περιοχές όπου άλλοι επιστήμονες είχαν καλλιεργήσει τις ίδιες ποικιλίες πριν από πολλά χρόνια.

Στο ερευνητικό πεδίο του USDA στο Μέριλαντ, οι επιστήμονες πειραματίζονται με τις πιπεριές. Θέλουν να προσδιορίσουν πώς αλλάζει η ποσότητα της βιταμίνης C με αυξημένη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα. Επίσης μελετούν τον καφέ για να δουν αν πέφτει η ποσότητα καφεΐνης. «Υπάρχουν ακόμη πολλά ερωτήματα», είπε ο Ziska δείχνοντας την ερευνητική εγκατάσταση στο Beltsville. "Αυτό είναι μόνο η αρχή."

Ο Lewis Ziska είναι μέρος μιας μικρής ομάδας επιστημόνων που προσπαθούν να αξιολογήσουν τις αλλαγές και να ανακαλύψουν πώς θα επηρεάσουν τους ανθρώπους. Ένας άλλος βασικός χαρακτήρας αυτής της ιστορίας είναι ο Samuel Myers, κλιματολόγος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. Ο Myers είναι επικεφαλής της Planetary Health Alliance. Στόχος του οργανισμού είναι η επανένταξη της κλιματολογίας και της υγειονομικής περίθαλψης. Ο Myers είναι πεπεισμένος ότι η επιστημονική κοινότητα δεν δίνει αρκετή προσοχή στη σχέση μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και διατροφής, η οποία είναι μόνο μέρος μιας πολύ ευρύτερης εικόνας του πώς αυτές οι αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν το οικοσύστημα. «Αυτή είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου», είπε ο Myers. «Δυσκολευτήκαμε να κάνουμε τους ανθρώπους να καταλάβουν πόσες ερωτήσεις θα έπρεπε να έχουν».

Το 2014, ο Myers και μια ομάδα επιστημόνων δημοσίευσαν μια σημαντική μελέτη στο περιοδικό Nature που εξέτασε βασικές καλλιέργειες που καλλιεργούνται σε πολλές τοποθεσίες στην Ιαπωνία, την Αυστραλία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Στη σύνθεσή τους, παρατηρήθηκε μείωση της ποσότητας πρωτεΐνης, σιδήρου και ψευδαργύρου λόγω αύξησης της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα. Για πρώτη φορά, η δημοσίευση προσέλκυσε την πραγματική προσοχή των μέσων ενημέρωσης.

«Είναι δύσκολο να προβλέψουμε πώς η παγκόσμια κλιματική αλλαγή θα επηρεάσει την ανθρώπινη υγεία, αλλά είμαστε έτοιμοι για το απροσδόκητο. Ένα από αυτά είναι η σχέση μεταξύ της αύξησης της συγκέντρωσης διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και της μείωσης της θρεπτικής αξίας των καλλιεργειών C3. Τώρα το γνωρίζουμε και μπορούμε να προβλέψουμε περαιτέρω εξελίξεις», γράφουν οι ερευνητές.

Την ίδια χρονιά, μάλιστα, την ίδια μέρα, ο Loladze, δίδασκες τότε μαθηματικά στο Καθολικό Πανεπιστήμιο του Daegu στη Νότια Κορέα, δημοσίευσε το δικό του άρθρο -με στοιχεία που είχε συλλέξει για πάνω από 15 χρόνια. Αυτή είναι η μεγαλύτερη μελέτη που έγινε ποτέ για την αύξηση της συγκέντρωσης CO2 και την επίδρασή του στη διατροφή των φυτών. Ο Loladze συνήθως περιγράφει την επιστήμη των φυτών ως "θορυβώδη" - όπως στην επιστημονική ορολογία, οι επιστήμονες αποκαλούν μια περιοχή γεμάτη σύνθετα ανόμοια δεδομένα που φαίνεται να "κάνουν θόρυβο" και μέσω αυτού του "θορύβου" είναι αδύνατο να ακούσετε το σήμα που αναζητάτε. Το νέο του επίπεδο δεδομένων ήταν τελικά αρκετά μεγάλο ώστε να αναγνωρίζει το επιθυμητό σήμα μέσω του θορύβου και να ανιχνεύει την «κρυφή μετατόπιση», όπως την ονόμασε ο επιστήμονας.

Ο Λολάντζε διαπίστωσε ότι η θεωρία του 2002, ή μάλλον η ισχυρή υποψία που εξέφρασε εκείνη την εποχή, αποδείχτηκε αληθινή. Στη μελέτη συμμετείχαν σχεδόν 130 ποικιλίες φυτών και περισσότερα από 15.000 δείγματα που ελήφθησαν σε πειράματα τα τελευταία 30 χρόνια. Η συνολική συγκέντρωση μετάλλων όπως ασβέστιο, μαγνήσιο, νάτριο, ψευδάργυρος και σίδηρος μειώθηκε κατά μέσο όρο 8%. Η ποσότητα των υδατανθράκων σε σχέση με την ποσότητα των μετάλλων αυξήθηκε. Τα φυτά, όπως και τα φύκια, έγιναν γρήγορο φαγητό.

Μένει να δούμε πώς αυτή η ανακάλυψη θα επηρεάσει τους ανθρώπους, των οποίων η κύρια διατροφή είναι τα φυτά. Οι επιστήμονες που ασχολούνται με αυτό το θέμα θα πρέπει να ξεπεράσουν διάφορα εμπόδια: τον αργό ρυθμό και την αφάνεια της έρευνας, τον κόσμο της πολιτικής, όπου η λέξη «κλίμα» είναι αρκετή για να σταματήσει κάθε συζήτηση για χρηματοδότηση. Θα χρειαστεί να χτιστούν εντελώς νέες "γέφυρες" στον κόσμο της επιστήμης - ο Loladze μιλά για αυτό με ένα χαμόγελο στο έργο του. Όταν το άρθρο δημοσιεύτηκε τελικά το 2014, ο Loladze συμπεριέλαβε μια λίστα με όλες τις αρνήσεις χρηματοδότησης στην εφαρμογή.