L'augment del diòxid de carboni provoca aliments de mala qualitat a la Terra

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Un article sobre els treballs d'un científic georgià que, arribat als Estats Units, a més de matemàtiques, es va dedicar a la biologia. Va començar a observar canvis en la vida vegetal en funció de la qualitat de l'aire i la llum. La conclusió va ser ecològica: el creixement del diòxid de carboni a l'atmosfera accelera el creixement de les plantes, però les priva de substàncies útils per als humans.

Irakli Loladze és matemàtic de formació, però va ser al laboratori biològic on es va enfrontar a un enigma que li va canviar tota la vida. Això va passar l'any 1998, quan Loladze estava rebent el seu doctorat a la Universitat d'Arizona. Dempeus al costat d'envasos de vidre brillants amb algues verds brillants, un biòleg va dir a Loladze i a mitja dotzena d'estudiants de postgrau més que els científics havien descobert alguna cosa misteriós sobre el zooplàncton.

El zooplàncton són animals microscòpics que neden als oceans i llacs del món. S'alimenten d'algues, que són essencialment plantes minúscules. Els científics han descobert que augmentant el flux de llum, és possible accelerar el creixement de les algues, augmentant així l'oferta de recursos alimentaris per al zooplàncton i tenint un efecte positiu en el seu desenvolupament. Però les esperances dels científics no es van fer realitat. Quan els investigadors van començar a cobrir més algues, el seu creixement es va accelerar realment. Els animals minúsculs tenen molt de menjar, però, paradoxalment, en algun moment van estar a punt de sobreviure. L'augment de la quantitat d'aliment hauria d'haver donat lloc a una millora de la qualitat de vida del zooplàncton, i al final va resultar ser un problema. Com podria passar això?

Malgrat que Loladze va estudiar formalment a la Facultat de Matemàtiques, encara li agradava la biologia i no podia deixar de pensar en els resultats de les seves investigacions. Els biòlegs tenien una idea aproximada del que va passar. Més llum va fer que les algues creixin més ràpidament, però finalment va disminuir els nutrients necessaris perquè el zooplàncton es reproduís. En accelerar el creixement de les algues, els investigadors les van convertir essencialment en menjar ràpid. El zooplàncton tenia més menjar, però es va tornar menys nutritiu i, per tant, els animals van començar a morir de gana.

Loladze va utilitzar els seus antecedents matemàtics per ajudar a mesurar i explicar la dinàmica que representa la dependència del zooplàncton de les algues. Juntament amb els seus companys, va desenvolupar un model que mostrava la relació entre una font d'aliment i un animal que en depèn. Van publicar el seu primer article científic sobre aquest tema l'any 2000. Però a part d'això, l'atenció de Loladze es va centrar en la pregunta més important de l'experiment: fins on pot arribar aquest problema?

"Em va sorprendre la difusió dels resultats", va recordar Loladze en una entrevista. L'herba i les vaques es poden veure afectades pel mateix problema? Què passa amb l'arròs i la gent? "El moment en què vaig començar a pensar en la nutrició humana va ser un punt d'inflexió per a mi", va dir el científic.

Al món més enllà de l'oceà, el problema no és que les plantes reben més llum de sobte: fa anys que consumeixen més diòxid de carboni. Tots dos són necessaris perquè les plantes creixin. I si més llum condueix a algues de "menjar ràpid" de creixement ràpid però menys nutritives amb proporcions de sucre a nutrients poc equilibrades, llavors seria lògic suposar que l'augment de la concentració de diòxid de carboni podria tenir el mateix efecte. I pot afectar les plantes de tot el planeta. Què significa això per a les plantes que mengem?

La ciència simplement no sabia què va descobrir Loladze. Sí, el fet que el nivell de diòxid de carboni a l'atmosfera va augmentar ja era ben conegut, però el científic va sorprendre la poca investigació que s'ha dedicat a l'efecte d'aquest fenomen en les plantes comestibles. Durant els següents 17 anys, continuant la seva carrera matemàtica, va estudiar acuradament la literatura i les dades científiques que va poder trobar. I els resultats semblaven apuntar en una direcció: l'efecte del menjar ràpid que va conèixer a Arizona estava apareixent als camps i boscos d'arreu del món. "A mesura que els nivells de CO₂ continuen augmentant, cada fulla i brins d'herba de la Terra produeixen cada cop més sucres", va explicar Loladze. "Hem presenciat la injecció més gran d'hidrats de carboni a la biosfera de la història: una injecció que dilueix altres nutrients en els nostres recursos alimentaris".

El científic va publicar les dades que va recollir fa només uns anys i ràpidament van cridar l'atenció d'un grup petit però força preocupat d'investigadors que plantegen preguntes preocupants sobre el futur de la nostra nutrició. El diòxid de carboni podria tenir un efecte sobre la salut humana que encara no hem estudiat? Sembla que la resposta és sí, i a la recerca d'evidències, Loladze i altres científics es van haver de fer les preguntes científiques més urgents, entre les quals destaquen les següents: "Quan difícil és fer investigacions en un camp que encara no existeix?"

En la investigació agrícola, la notícia que molts aliments importants són cada cop menys nutritius no és nova. Les mesures de fruites i verdures mostren que el contingut de minerals, vitamines i proteïnes en elles ha disminuït notablement durant els darrers 50-70 anys. Els investigadors creuen que la raó principal és bastant simple: quan criem i seleccionem cultius, la nostra màxima prioritat són els rendiments més alts, no el valor nutricional, mentre que les varietats que donen més rendiments (ja sigui bròquil, tomàquets o blat) són menys nutritives…

L'any 2004, un estudi exhaustiu de fruites i verdures va trobar que tot, des de proteïnes i calci fins al ferro i la vitamina C, havia caigut significativament a la majoria de cultius hortícoles des de 1950. Els autors van concloure que això es deu principalment a l'elecció de varietats per a la millora.

Loladze, en companyia de diversos científics més, sospita que això no és el final, i que potser l'atmosfera en si està canviant el nostre menjar. Les plantes necessiten diòxid de carboni de la mateixa manera que les persones necessiten oxigen. El nivell de CO₂ a l'atmosfera continua augmentant; en un debat cada cop més polaritzat sobre la ciència climàtica, a ningú no se li passa mai pel cap discutir aquest fet. Abans de la revolució industrial, la concentració de diòxid de carboni a l'atmosfera terrestre era d'unes 280 ppm (parts per milió, una milionèsima és una unitat de mesura de qualsevol valor relatiu, igual a 1 · 10-6 de l'indicador base - ed.). L'any passat, aquest valor va arribar a les 400 ppm. Els científics prediuen que en el proper mig segle, probablement arribarem a 550 ppm, que és el doble del que hi havia a l'aire quan els nord-americans van començar a utilitzar tractors a l'agricultura.

Per a aquells que tenen passió per la millora de plantes, aquesta dinàmica pot semblar positiva. A més, així s'amagaven els polítics darrere, justificant la seva indiferència davant les conseqüències del canvi climàtic. El republicà Lamar Smith, president del Comitè de Ciència de la Cambra dels Estats Units, va argumentar recentment que la gent no hauria d'estar tan preocupada per l'augment dels nivells de diòxid de carboni. Segons ell, és bo per a les plantes, i el que és bo per a les plantes és bo per a nosaltres.

"Una concentració més alta de diòxid de carboni a la nostra atmosfera promourà la fotosíntesi, que al seu torn conduirà a un augment de la taxa de creixement de les plantes", va escriure un republicà de Texas. "Els productes alimentaris es produiran en majors volums i la seva qualitat serà millor".

Però com ha demostrat l'experiment del zooplàncton, més volum i millor qualitat no sempre van de la mà. Al contrari, es pot establir una relació inversa entre ells. Així és com els millors científics expliquen aquest fenomen: la concentració creixent de diòxid de carboni accelera la fotosíntesi, un procés que ajuda les plantes a convertir la llum solar en aliment. Com a resultat, el seu creixement s'accelera, però al mateix temps també comencen a absorbir més hidrats de carboni (com la glucosa) a costa d'altres nutrients que necessitem, com les proteïnes, el ferro i el zinc.

L'any 2002, mentre continuava els seus estudis a la Universitat de Princeton després de defensar la seva tesi doctoral, Loladze va publicar un treball de recerca sòlid a la revista líder Trends in Ecology and Evolution, que argumentava que l'augment dels nivells de diòxid de carboni i la nutrició humana estan inextricablement relacionats amb els canvis globals en les plantes. qualitat. En l'article, Loladze es va queixar de la manca de dades: entre milers de publicacions sobre plantes i l'augment dels nivells de diòxid de carboni, només en va trobar una que se centrava en l'efecte del gas en el balanç de nutrients de l'arròs, un cultiu del qual depenen milers de milions de persones. collita. (Un article publicat el 1997 tracta sobre la caiguda dels nivells de zinc i ferro de l'arròs.)

En el seu article, Loladze va ser el primer a mostrar l'efecte del diòxid de carboni sobre la qualitat de les plantes i la nutrició humana. No obstant això, el científic va plantejar més preguntes de les que va trobar respostes, argumentant amb raó que encara hi ha moltes llacunes en l'estudi. Si es produeixen canvis en el valor nutricional a tots els nivells de la cadena alimentària, cal estudiar-los i mesurar-los.

Una part del problema, resulta que es trobava en el mateix món de la recerca. Per obtenir respostes, Loladze necessitava coneixements en l'àmbit de l'agronomia, la nutrició i la fisiologia vegetal, molt aromatitzats amb les matemàtiques. L'última part es podria tractar, però en aquell moment tot just començava la seva carrera científica, i els departaments de matemàtiques no estaven especialment interessats en resoldre problemes d'agricultura i salut humana. Loladze va lluitar per aconseguir finançament per a noves investigacions i, al mateix temps, va continuar recollint de manera maniàtica totes les dades possibles ja publicades per científics d'arreu del món. Va anar a la part central del país, a la Universitat de Nebraska-Lincoln, on li van oferir la plaça d'assistent del departament. La universitat es va dedicar activament a la recerca en el camp de l'agricultura, que donava bones perspectives, però Loladze era només un professor de matemàtiques. Segons li van explicar, pot continuar fent la seva recerca, si ell mateix les finança. Però va continuar lluitant. En la distribució de beques al Departament de Biologia, se li va denegar perquè la seva sol·licitud presta massa atenció a les matemàtiques, i al Departament de Matemàtiques -a causa de la biologia.

"Any rere any, vaig rebre rebuig rebuig", recorda Loladze. - Estava desesperada. No crec que la gent entengués la importància de la investigació".

Aquesta pregunta es va deixar fora del tauler no només en matemàtiques i biologia. Dir que la disminució del valor nutricional dels cultius bàsics per un augment de la concentració de diòxid de carboni és poc estudiada és un eufemisme. Aquest fenomen simplement no es parla a l'agricultura, la salut i la nutrició. En absolut.

Quan els nostres periodistes van contactar amb experts en nutrició per parlar del tema de l'estudi, gairebé tots es van quedar molt sorpresos i van preguntar on poden trobar les dades. Un científic destacat de la Universitat Johns Hopkins va respondre que la pregunta era força interessant, però va admetre que no en sabia res. Em va derivar a un altre especialista que també en va sentir parlar per primera vegada. L'Acadèmia de Nutrició i Dietètica, una associació d'un gran nombre d'experts en nutrició, em va ajudar a connectar amb el nutricionista Robin Forutan, que tampoc estava familiaritzat amb l'estudi.

"És molt interessant, i tens raó, poca gent ho sap", va escriure Forutan després de llegir alguns articles sobre el tema. També va afegir que li agradaria explorar el tema amb més profunditat. En particular, està interessada en com fins i tot un petit augment de la quantitat d'hidrats de carboni a les plantes pot afectar la salut humana.

"No sabem amb què podria acabar un petit canvi en el contingut d'hidrats de carboni dels aliments", va dir Forutan, i va assenyalar que la tendència general cap a més midó i una ingesta més alta de carbohidrats sembla tenir alguna cosa a veure amb l'augment de la incidència de malalties. relacionats com l'obesitat i la diabetis. - Fins a quin punt els canvis en la cadena alimentària poden afectar això? Encara no ho podem dir amb certesa”.

Vam demanar a un dels experts més famosos en aquest camp que comentés aquest fenomen: Marion Nesl, professora de la Universitat de Nova York. Nesl tracta temes de cultura alimentària i cura de la salut. Al principi, va ser força escèptica sobre tot, però va prometre estudiar amb detall la informació disponible sobre el canvi climàtic, després de la qual cosa va prendre una posició diferent. "M'has convençut", va escriure, expressant també preocupació. - No està del tot clar si la disminució del valor nutricional dels aliments provocada per un augment de la concentració de diòxid de carboni pot afectar significativament la salut humana. Necessitem moltes més dades".

Christy Eby, investigadora de la Universitat de Washington, està estudiant el vincle entre el canvi climàtic i la salut humana. És una de les poques científiques dels Estats Units que s'interessen per les possibles conseqüències greus de canviar la quantitat de diòxid de carboni, i ho esmenta en cada discurs.

Hi ha massa incògnites, està convençut l'Ebi. "Per exemple, com saps que el pa ja no conté els micronutrients que hi havia fa 20 anys?"

El vincle entre el diòxid de carboni i la nutrició no es va fer evident immediatament a la comunitat científica, diu Ebi, precisament perquè va trigar molt de temps a considerar seriosament la interacció del clima i la salut humana en general. "Així és com solen semblar les coses", diu Eby, "en vigílies de canvi".

En els primers treballs de Loladze es van plantejar preguntes serioses, a les quals és difícil, però força realista, trobar respostes. Com afecta el creixement de les plantes un augment de la concentració de CO₂ atmosfèric? Quina és la proporció de l'efecte del diòxid de carboni sobre la caiguda del valor nutricional dels aliments en relació amb la proporció d'altres factors, per exemple, les condicions de creixement?

Fer un experiment a tota la granja per esbrinar com afecta el diòxid de carboni a les plantes també és una tasca difícil, però factible. Els investigadors utilitzen un mètode que converteix el camp en un veritable laboratori. Un exemple ideal avui és l'experiment d'enriquiment de diòxid de carboni a l'aire lliure (FACE). En el transcurs d'aquest experiment, els científics a l'aire lliure creen dispositius a gran escala que ruixen diòxid de carboni a les plantes d'una àrea específica. Petits sensors controlen el nivell de CO₂. Quan surt massa diòxid de carboni del camp, un dispositiu especial ruixa una nova dosi per mantenir el nivell constant. Aleshores, els científics poden comparar directament aquestes plantes amb les que es cultiven en condicions normals.

Experiments similars han demostrat que les plantes que creixen en condicions d'augment del contingut de diòxid de carboni pateixen canvis significatius. Així, al grup de plantes C3, que inclou gairebé el 95% de les plantes de la Terra, incloses les que mengem (blat, arròs, ordi i patates), es va produir una disminució de la quantitat de minerals importants: calci, sodi, zinc. i ferro. Segons les previsions de la reacció de les plantes als canvis en la concentració de diòxid de carboni, en un futur proper la quantitat d'aquests minerals disminuirà en una mitjana del 8%. Les mateixes dades també indiquen una disminució, de vegades força significativa, del contingut de proteïnes en els cultius C3: en blat i arròs un 6% i un 8%, respectivament.

L'estiu d'enguany, un grup de científics va publicar el primer treball en què s'intentava avaluar l'impacte d'aquests canvis en la població de la Terra. Les plantes són una font essencial de proteïnes per a les persones del món en desenvolupament. Els investigadors estimen que 150 milions de persones corren el risc de patir escassetat de proteïnes l'any 2050, especialment a països com l'Índia i Bangla Desh. Els científics també han descobert que 138 milions estaran en risc a causa d'una disminució de la quantitat de zinc, que és vital per a la salut de les mares i els nens. Estimen que més de 1.000 milions de mares i 354 milions de nens viuen en països on es preveu que disminuirà la quantitat de ferro dels seus aliments, cosa que podria agreujar el risc ja greu d'anèmia generalitzada.

Aquestes previsions encara no s'han aplicat als Estats Units, on la dieta de la majoria de la població és diversa i conté prou proteïnes. Tanmateix, els investigadors observen un augment de la quantitat de sucre a les plantes i temen que si aquesta taxa continua, hi haurà encara més problemes d'obesitat i cardiovasculars.

L'USDA també està fent contribucions importants a la investigació sobre la relació del diòxid de carboni amb la nutrició de les plantes. Lewis Ziska, un fisiòleg de plantes del Servei d'Investigació Agrícola de Beltsville, Maryland, ha escrit una sèrie d'articles nutricionals que expliquen algunes de les preguntes que va plantejar Loladze fa 15 anys.

Ziska va idear un experiment més senzill que no requeria el creixement de plantes. Va decidir estudiar la nutrició de les abelles.

La vara d'or és una flor silvestre considerada per molts com una mala herba, però essencial per a les abelles. Floreix a finals d'estiu i el seu pol·len és una important font de proteïnes per a aquests insectes durant el dur hivern. La gent mai ha cultivat vara d'or especialment ni ha creat noves varietats, de manera que amb el temps no ha canviat gaire, a diferència del blat de moro o el blat. Centenars d'exemplars de vara d'or estan emmagatzemats als enormes arxius de la Smithsonian Institution, el més antic data de 1842. Això va permetre a Ziska i als seus col·legues rastrejar com ha canviat la planta des d'aquell moment.

Els investigadors van trobar que des de la revolució industrial, el contingut de proteïnes del pol·len de vara d'or ha disminuït en un terç, i aquesta caiguda està estretament relacionada amb l'augment del diòxid de carboni. Els científics fa temps que intenten esbrinar les raons de la disminució de les poblacions d'abelles a tot el món; això podria tenir un efecte dolent en els cultius per als quals es necessiten per pol·linitzar. En el seu treball, Ziska va suggerir que la disminució de proteïnes del pol·len abans de l'hivern pot ser una altra raó per la qual les abelles tenen dificultats per sobreviure a l'hivern.

El científic es preocupa perquè els efectes del diòxid de carboni sobre les plantes no s'estudien a un ritme suficient, atès que canviar les pràctiques agrícoles podria trigar molt de temps. "Encara no tenim l'oportunitat d'intervenir i començar a utilitzar mètodes tradicionals per solucionar la situació", va dir Ziska. "Els resultats de les proves de laboratori es posaran en pràctica entre 15 i 20 anys"

Tal com han trobat Loladze i els seus col·legues, les noves preguntes generals i transversals poden ser força complexes. Hi ha molts fisiòlegs vegetals arreu del món que estudien els cultius, però se centren sobretot en factors com el rendiment i el control de plagues. No té res a veure amb la nutrició. Segons l'experiència de Loladze, els departaments de matemàtiques no estan especialment interessats en els productes alimentaris com a objecte d'investigació. I l'estudi de les plantes vives és un negoci llarg i car: caldrà diversos anys i un finançament seriós per obtenir prou dades durant l'experiment FACE.

Malgrat les dificultats, els científics s'interessen cada cop més per aquestes preguntes, i en els propers anys poden trobar-hi respostes. Ziska i Loladze, que ensenyen matemàtiques al Brian's College of Health Sciences a Lincoln, Nebraska, estan treballant amb un equip de científics de la Xina, el Japó, Austràlia i els Estats Units en un estudi important sobre els efectes del diòxid de carboni sobre les propietats nutricionals de l'arròs, un dels conreus més importants. A més, estan estudiant el canvi en la quantitat de vitamines, components alimentaris importants, que fins ara pràcticament no s'havia fet.

Recentment, els investigadors de l'USDA van realitzar un altre experiment. Per esbrinar com els nivells més alts de CO₂ afecten els cultius, van prendre mostres d'arròs, blat i soja dels anys 50 i 60 i les van plantar en zones on altres científics havien cultivat les mateixes varietats fa molts anys.

Al camp de recerca de l'USDA a Maryland, els científics estan experimentant amb pebrots. Volen determinar com canvia la quantitat de vitamina C amb una concentració augmentada de diòxid de carboni. També estudien el cafè per veure si la quantitat de cafeïna baixa. "Encara hi ha moltes preguntes", va dir Ziska mentre mostrava la instal·lació d'investigació a Beltsville. "Això és només el principi."

Lewis Ziska forma part d'un petit grup de científics que estan intentant avaluar els canvis i esbrinar com afectaran les persones. Un altre personatge clau d'aquesta història és Samuel Myers, climatòleg de la Universitat de Harvard. Myers és al capdavant de l'Aliança per a la Salut Planetària. L'objectiu de l'organització és reintegrar la climatologia i l'atenció sanitària. Myers està convençut que la comunitat científica no està prestant prou atenció a la relació entre el diòxid de carboni i la nutrició, que només és part d'una imatge molt més àmplia de com aquests canvis poden afectar l'ecosistema. "Això és només la punta de l'iceberg", va dir Myers. "Ens va costar fer que la gent entengués quantes preguntes hauria de tenir".

El 2014, Myers i un equip de científics van publicar un estudi important a la revista Nature que examinava els cultius clau cultivats en diversos llocs del Japó, Austràlia i els Estats Units. En la seva composició, es va observar una disminució de la quantitat de proteïnes, ferro i zinc a causa d'un augment de la concentració de diòxid de carboni. Per primera vegada, la publicació ha cridat l'atenció dels mitjans de comunicació.

"És difícil predir com afectarà el canvi climàtic global a la salut humana, però estem preparats per a l'inesperat. Un d'ells és la relació entre un augment de la concentració de diòxid de carboni a l'atmosfera i una disminució del valor nutricional dels cultius C3. Ara ho sabem i podem predir més desenvolupaments", escriuen els investigadors.

El mateix any, de fet, el mateix dia, Loladze, aleshores professor de matemàtiques a la Universitat Catòlica de Daegu a Corea del Sud, va publicar el seu propi article -amb dades que havia recopilat durant més de 15 anys-. Aquest és l'estudi més gran de l'augment de la concentració de CO₂ i el seu efecte sobre la nutrició de les plantes. Loladze acostuma a descriure la ciència de les plantes com a "sorollosa"; com en l'argot científic, els científics anomenen una àrea plena de dades complexes i dispars que semblen "fer soroll", i a través d'aquest "soroll" és impossible escoltar el senyal que estàs buscant. La seva nova capa de dades va ser finalment prou gran per reconèixer el senyal desitjat a través del soroll i detectar el "canvi ocult", com l'anomenava el científic.

Loladze va trobar que la seva teoria del 2002, o més aviat la forta sospita que va expressar en aquell moment, va resultar ser certa. L'estudi va incloure prop de 130 varietats de plantes i més de 15.000 mostres obtingudes en experiments durant els darrers 30 anys. La concentració total de minerals com calci, magnesi, sodi, zinc i ferro va caure de mitjana un 8%. La quantitat d'hidrats de carboni en relació amb la quantitat de minerals va augmentar. Les plantes, com les algues, s'estaven convertint en menjar ràpid.

Caldrà veure com afectarà aquest descobriment als humans, la principal dieta dels quals són les plantes. Els científics que s'endinsen en aquest tema hauran de superar diversos obstacles: el ritme lent i l'obscuritat de la recerca, el món de la política, on la paraula "clima" és suficient per aturar qualsevol xerrada de finançament. Caldrà construir "ponts" absolutament nous en el món de la ciència - Loladze parla d'això amb un somriure a la seva obra. Quan l'article es va publicar finalment el 2014, Loladze va incloure una llista de totes les denegacions de finançament a l'aplicació.