En artikel om værkerne fra en georgisk videnskabsmand, der efter ankomsten til USA ud over matematik tog biologi op. Han begyndte at observere ændringer i plantelivet afhængigt af kvaliteten af luft og lys. Konklusionen var økologisk: væksten af kuldioxid i atmosfæren fremskynder væksten af planter, men fratar dem stoffer, der er nyttige for mennesker.
Irakli Loladze er en matematiker efter uddannelse, men det var i det biologiske laboratorium, at han stod overfor en gåte, der ændrede hele sit liv. Dette skete i 1998, da Loladze modtog sin doktorgrad fra University of Arizona. Stående ved glasbeholdere, der skinnede af lysegrønne alger, fortalte en biolog til Loladze og et halvt dusin andre kandidatstuderende, at forskere havde opdaget noget mystisk ved dyreplankton.
Zooplankton er mikroskopiske dyr, der svømmer i verdens oceaner og søer. De lever af alger, som i det væsentlige er små planter. Forskere har fundet, at det ved at øge strømmen af lys er det muligt at fremskynde væksten af alger og derved øge fødevareforsyningen til dyreplankton og have en positiv effekt på dens udvikling. Men forskernes håb blev ikke rigtig. Da forskerne begyndte at dække flere alger, accelererede deres vækst virkelig. Lille dyr har meget mad, men paradoksalt nok var de på et tidspunkt på randen af overlevelse. Stigningen i mængden af mad burde have ført til en forbedring af dyreplanktonens livskvalitet, men til sidst viste det sig at være et problem. Hvordan kunne dette ske?
På trods af det faktum, at Loladze formelt studerede ved Fakultet for matematik, elskede han stadig biologi og kunne ikke stoppe med at tænke på forskningsresultaterne. Biologerne havde en grov idé om, hvad der skete. Mere lys fik algene til at vokse hurtigere, men reducerede i sidste ende de næringsstoffer, de havde behov for, at zooplankton kunne reproducere. Ved at fremskynde væksten af alger forvandlede forskerne dem til fastfood. Zooloplanktonen havde mere mad, men det blev mindre nærende, og derfor begyndte dyrene at sulte.
Loladze brugte sin matematiske baggrund til at hjælpe med at måle og forklare dynamikken, der skildrer zooplanktons afhængighed af alger. Sammen med kolleger udviklede han en model, der viste forholdet mellem en fødekilde og et dyr, der afhænger af den. De offentliggjorde deres første videnskabelige artikel om dette emne i 2000. Men udover dette var Loladzes opmærksomhed koncentreret om et mere vigtigt spørgsmål om eksperimentet: hvor langt kan dette problem gå?
”Jeg var forbløffet over, hvor vidt de opnåede resultater anvendes,” mindede Loladze i et interview. Kan græs og køer blive påvirket af det samme problem? Hvad med ris og mennesker?”Det øjeblik, hvor jeg begyndte at tænke på menneskelig ernæring, var et vendepunkt for mig,” sagde forskeren.
I verden ud over havet er problemet ikke, at planter pludselig får mere lys: de har brugt mere og mere kuldioxid i årevis. Begge er nødvendige for, at planter kan vokse. Og hvis mere lys resulterer i hurtigtvoksende, men mindre nærende "fastfood" -alger med dårligt afbalancerede sukker-til-næringsforhold, ville det være logisk at antage, at stigende kuldioxidkoncentration kunne have den samme effekt. Og det kan påvirke planter over hele planeten. Hvad betyder det for de planter, vi spiser?
Videnskaben vidste simpelthen ikke, hvad Loladze opdagede. Ja, det faktum, at niveauet for kuldioxid i atmosfæren steg, var allerede velkendt, men forskeren var forbløffet over, hvor lidt forskning der er blevet brugt til effekten af dette fænomen på spiselige planter. I de næste 17 år, hvor han fortsatte sin matematiske karriere, studerede han omhyggeligt den videnskabelige litteratur og data, som han kunne finde. Og resultaterne så ud til at pege i en retning: Virkningen af fastfood, han havde lært om i Arizona, dukkede op i marker og skove rundt om i verden.”Efterhånden som CO₂-niveauerne fortsætter med at stige, producerer hvert blad og græsblad på Jorden mere og mere sukker,” forklarede Loladze. "Vi har været vidne til den største injektion af kulhydrater i biosfæren i historien - en injektion, der fortynder andre næringsstoffer i vores madressourcer."
Salgsfremmende video:
Videnskabsmanden offentliggjorde de indsamlede data for kun få år siden, og de tiltrækkede hurtigt opmærksomheden fra en lille, men snarere bekymret gruppe forskere, der rejser bekymrende spørgsmål om vores ernærings fremtid. Kunne kuldioxid påvirke menneskers sundhed, som vi endnu ikke har undersøgt? Det ser ud til, at svaret er ja, og på søgning efter beviser måtte Loladze og andre videnskabsfolk stille de mest presserende videnskabelige spørgsmål, herunder følgende: "Hvor vanskeligt er det at forske på et felt, der endnu ikke findes?"
I landbrugsforskning er nyheden om, at mange vigtige fødevarer bliver mindre nærende, ikke ny. Målinger af frugt og grønsager viser, at indholdet af mineraler, vitaminer og protein i dem er faldet markant i løbet af de sidste 50-70 år. Forskere mener, at hovedårsagen er ganske enkel: Når vi avler og vælger afgrøder, er vores højeste prioritet højere udbytter, ikke næringsværdi, mens sorter, der giver mere udbytte (det være sig broccoli, tomater eller hvede), er mindre nærende. …
I 2004 afslørede en grundig undersøgelse af frugt og grønsager, at alt fra protein og calcium til jern og C-vitamin var faldet markant i de fleste havebrugsafgrøder siden 1950. Forfatterne konkluderede, at dette hovedsageligt skyldes valget af sorter til videre opdræt.
Loladze, i selskab med flere andre videnskabsmænd, mistænker, at dette ikke er slutningen, og at måske selve atmosfæren ændrer vores mad. Planter har brug for kuldioxid på samme måde som folk har brug for ilt. Niveauet af CO₂ i atmosfæren fortsætter med at stige - i en stadig polariseret debat om klimavidenskab er det aldrig nogen, der bestrider denne kendsgerning. Før den industrielle revolution var koncentrationen af kuldioxid i jordens atmosfære omkring 280 ppm (engelske dele pr. Million, en milliondel er en måleenhed for alle relative værdier svarende til 110-6 af basisindikatoren - red.). Sidste år nåede denne værdi 400 ppm. Forskere forudsiger, at vi i det næste halve århundrede sandsynligvis vil nå 550 ppm, hvilket er dobbelt så meget som det var i luften, da amerikanerne først begyndte at bruge traktorer i landbruget.
For dem med en passion for planteavl kan denne dynamik virke positiv. Desuden er det sådan, hvordan politikerne plejede at gemme sig bagefter og retfærdiggjorde deres ligegyldighed med hensyn til konsekvenserne af klimaændringer. Republikanske Lamar Smith, formand for US House Science Committee, argumenterede for nylig for, at folk ikke burde være så bekymrede over stigende kuldioxidniveauer. Ifølge ham er det godt for planter, og hvad der er godt for planter er godt for os.
"En højere koncentration af kuldioxid i vores atmosfære vil fremme fotosyntesen, hvilket igen vil føre til en stigning i plantevæksten," skrev en republikaner fra Texas. "Fødevarer vil blive produceret i større mængde, og deres kvalitet vil blive bedre."
Men som dyreplanktoneksperimentet har vist, går mere volumen og bedre kvalitet ikke altid hånd i hånd. Tværtimod kan der oprettes et omvendt forhold mellem dem. Sådan forklarer de bedste forskere dette fænomen: Den stigende koncentration af kuldioxid accelererer fotosyntesen, en proces, der hjælper planter med at omdanne sollys til mad. Som et resultat accelererer deres vækst, men på samme tid begynder de også at absorbere mere kulhydrater (såsom glukose) på bekostning af andre næringsstoffer, vi har brug for, såsom protein, jern og zink.
I 2002, mens han fortsatte sine studier på Princeton University efter at have forsvaret sin doktorafhandling, udgav Loladze et solidt forskningsartikel i det førende tidsskrift Trends in Ecology and Evolution, som argumenterede for, at stigende kuldioxidniveauer og ernæring er uløseligt forbundet med globale ændringer i plantekvaliteten. I artiklen klagede Loladze over manglen på data: blandt de tusinder af publikationer om planter og stigende kuldioxidniveauer fandt han kun en, der fokuserede på effekten af gas på næringsstofbalancen i ris, en afgrøde, som milliarder af mennesker stoler på at høste. (En artikel offentliggjort i 1997 omhandler faldet i zink- og jernniveauer i ris.)
I sin artikel var Loladze den første til at vise effekten af kuldioxid på kvaliteten af planter og menneskelig ernæring. Imidlertid rejste videnskabsmanden flere spørgsmål, end han fandt svar og hævdede med rette, at der stadig er mange huller i undersøgelsen. Hvis der sker ændringer i ernæringsværdien på alle niveauer i fødekæden, skal de undersøges og måles.
Det viser sig, at en del af problemet var i selve forskningsverdenen. For at få svar krævede Loladze viden inden for agronomi, ernæring og plantefysiologi, grundigt aromatiseret med matematik. Den sidste del kunne behandles, men på det tidspunkt var han lige begyndt på sin videnskabelige karriere, og matematikafdelingerne var ikke særlig interesserede i at løse problemer med landbrug og menneskers sundhed. Loladze kæmpede for at sikre finansiering til ny forskning og fortsatte samtidig med at maniacalt indsamle alle de mulige data, der allerede er offentliggjort af forskere over hele verden. Han gik til den centrale del af landet, til University of Nebraska-Lincoln, hvor han blev tilbudt stillingen som assistent for afdelingen. Universitetet var aktivt engageret i forskning inden for landbrugsområdet, hvilket gav gode udsigter,men Loladze var kun en lærer i matematik. Som det blev forklaret for ham, kan han fortsætte med at udføre sin forskning, hvis han selv finansierer dem. Men han fortsatte med at kæmpe. I fordelingen af tilskud på Institut for Biologi blev han afvist på grund af det faktum, at hans ansøgning var for meget opmærksom på matematik, og på Institut for Matematik - på grund af biologi.
”År efter år fik jeg afvisning efter afvisning,” minder Loladze. - Jeg var desperat. Jeg tror ikke, folk forstod betydningen af forskning."
Dette spørgsmål blev udeladt ikke kun i matematik og biologi. At sige, at faldet i næringsværdien for hovedafgrøderne på grund af stigningen i koncentrationen af kuldioxid kun er undersøgt, er ikke at sige noget. Dette fænomen diskuteres simpelthen ikke i hverken landbrug eller sundhed og ernæring. Absolut.
Da vores korrespondenter kontaktede ernæringseksperter for at diskutere undersøgelsens emne, var næsten alle ekstremt overraskede og spurgte, hvor de kan finde dataene. En førende videnskabsmand fra Johns Hopkins University svarede, at spørgsmålet var ganske interessant, men indrømmede, at han ikke vidste noget om det. Han henviste mig til en anden specialist, der også hørte om det for første gang. Akademiet for ernæring og diætetik, en sammenslutning af mange ernæringseksperter, hjalp mig med at få forbindelse med ernæringsfysiolog Robin Forutan, som også ikke var bekendt med undersøgelsen.
”Det er virkelig interessant, og du har ret, få mennesker ved det,” skrev Forutan efter at have læst nogle artikler om emnet. Hun tilføjede også, at hun gerne vil undersøge problemet yderligere. Især er hun interesseret i, hvordan selv en lille stigning i mængden af kulhydrater i planter kan påvirke menneskers sundhed.
”Vi ved ikke, hvad en lille ændring i kulhydratindhold i fødevarer kan ende med,” sagde Forutan og bemærkede, at den samlede tendens mod mere stivelse og højere kulhydratindtag synes at have noget at gøre med den øgede sygdomsforekomst. relateret til ernæring, såsom fedme og diabetes. - Hvor meget kan ændringer i fødekæden påvirke dette? Vi kan ikke sige med sikkerhed endnu."
Vi bad en af de mest berømte eksperter på dette område kommentere dette fænomen - Marion Nesl, professor ved New York University. Nesl beskæftiger sig med madkultur og sundhedsspørgsmål. Til at begynde med var hun temmelig skeptisk til alting, men lovede at studere detaljeret de tilgængelige oplysninger om klimaændringer, hvorefter hun indtager en anden holdning.”Du har overbevist mig,” skrev hun og udtrykte også bekymring. - Det er ikke helt klart, om faldet i næringsværdien af fødevarer forårsaget af en stigning i koncentrationen af kuldioxid kan påvirke menneskers sundhed markant. Vi har brug for meget mere data."
Christy Eby, en forsker ved University of Washington, studerer sammenhængen mellem klimaændringer og menneskers sundhed. Hun er en af de få forskere i USA, der er interesseret i de mulige alvorlige konsekvenser af ændringer i mængden af kuldioxid og nævner dette i hver tale.
Der er for mange ukendte, Ebi er overbevist. "Hvordan ved du for eksempel, at brød ikke længere indeholder de mikronæringsstoffer, der var i det for 20 år siden?"
Forbindelsen mellem kuldioxid og ernæring blev ikke umiddelbart synlig for det videnskabelige samfund, siger Ebi, netop fordi det tog dem lang tid at seriøst overveje samspillet mellem klima og menneskers sundhed generelt. "Sådan ser ting normalt ud," siger Ebi, "før forandringen."
I Loladzes tidlige arbejde blev der stillet alvorlige spørgsmål, som det er vanskeligt, men ganske realistisk, at finde svar på. Hvordan påvirker en stigning i den atmosfæriske CO₂-koncentration plantevækst? Hvad er andelen af virkningen af kuldioxid på faldet i ernæringsværdien af fødevarer i forhold til andelen af andre faktorer, f.eks. Vækstbetingelser?
Det er også en vanskelig, men gennemførlig opgave at udføre et landbrugsområdeeksperiment for at finde ud af, hvordan kuldioxid påvirker planter. Forskere bruger en metode, der gør feltet til et rigtigt laboratorium. Et ideelt eksempel i dag er eksperimentet med fri luftkuldioxidberigelse (FACE). Under dette eksperiment skaber videnskabsmænd i friluft apparater i stor skala, der sprøjter kuldioxid på planter i et specifikt område. Små sensorer overvåger CO₂-niveauet. Når for meget kuldioxid forlader marken, sprøjter en speciel enhed en ny dosis for at holde niveauet konstant. Forskere kan derefter direkte sammenligne disse planter med dem, der dyrkes under normale forhold.
Lignende eksperimenter har vist, at planter, der vokser under forhold med forøget kuldioxidindhold, gennemgår betydelige ændringer. I gruppen af C3-planter, der indeholder næsten 95% af jordens planter, inklusive dem, vi spiser (hvede, ris, byg og kartofler), var der således et fald i mængden af vigtige mineraler - calcium, natrium, zink og jern. Ifølge prognoserne for planters reaktion på ændringer i koncentrationen af kuldioxid, vil mængden af disse mineraler i den nærmeste fremtid falde med et gennemsnit på 8%. De samme data indikerer et fald, nogle gange ret signifikant, i proteinindholdet i C3-afgrøder - i hvede og ris med henholdsvis 6% og 8%.
I sommeren i år offentliggjorde en gruppe forskere det første arbejde, hvor de forsøgte at vurdere virkningen af disse ændringer på verdens befolkning. Planter er en vigtig proteinkilde for mennesker i udviklingslandene. Forskere estimerer, at 150 millioner mennesker er i risiko for proteinmangel inden 2050, især i lande som Indien og Bangladesh. Forskere har også fundet, at 138 millioner vil være i fare på grund af et fald i zinkmængden, hvilket er vigtigt for mor og barns helbred. De estimerer, at mere end 1 milliard mødre og 354 millioner børn bor i lande, der er forudsagt at mindske mængden af jern i deres mad, hvilket kan forværre den allerede alvorlige risiko for udbredt anæmi.
Sådanne prognoser har endnu ikke været gældende for De Forenede Stater, hvor kosten for størstedelen af befolkningen er forskelligartet og indeholder nok protein. Forskere bemærker imidlertid en stigning i mængden af sukker i planter og frygter, at hvis denne frekvens fortsætter, så vil der være endnu flere overvægtige og kardiovaskulære problemer.
USDA yder også betydelige bidrag til forskning i forholdet mellem kuldioxid og plantenæring. Lewis Ziska, en plantefysiolog ved Agricultural Research Service i Beltsville, Maryland, har skrevet en række ernæringsartikler, der uddyber nogle af de spørgsmål, Loladze stiller for 15 år siden.
Ziska udtænkte et enklere eksperiment, der ikke krævede voksende planter. Han besluttede at studere ernæring af bier.
Goldenrod er en vild blomst, der af mange betragtes som et ukrudt, men vigtigt for bier. Det blomstrer om sensommeren, og dets pollen er en vigtig proteinkilde for disse insekter i den hårde vinter. Folk har aldrig specielt dyrket goldenrod eller skabt nye sorter, så med tiden har det ikke ændret sig meget, i modsætning til majs eller hvede. Hundredvis af eksemplarer af goldenrod er opbevaret i Smithsonian-institutionens enorme arkiver, de tidligste tilbage til 1842. Dette gjorde det muligt for Ziska og hans kolleger at spore, hvordan planten har ændret sig siden den tid.
Forskerne fandt, at proteinindholdet i Goldenrod-pollen siden den industrielle revolution er faldet med en tredjedel, og dette fald er tæt forbundet med stigningen i kuldioxid. Forskere har længe forsøgt at finde ud af årsagerne til faldet i bestande af bier rundt om i verden - dette kan dårligt påvirke de afgrøder, som de er nødvendige for at bestøve. I sit arbejde foreslog Ziska, at et fald i protein i pollen før vinteren kan være en anden grund til, at bier har svært ved at overleve om vinteren.
Forskeren bekymrer sig for, at virkningen af kuldioxid på planter ikke undersøges i en tilstrækkelig hastighed, da ændring af landbrugspraksis kan tage lang tid.”Vi har endnu ikke mulighed for at gribe ind og begynde at bruge traditionelle metoder til at løse situationen,” sagde Ziska.”Det vil tage 15-20 år, før resultaterne af laboratorieundersøgelser gennemføres”
Som Loladze og kolleger har fundet, kan nye overordnede tværgående spørgsmål være ganske komplicerede. Der er mange plantefysiologer over hele verden, der studerer afgrøder, men de er mest fokuseret på at undersøge faktorer som udbytte og skadedyrsbekæmpelse. Det har intet at gøre med ernæring. I henhold til Loladzes erfaring er matematikafdelingerne ikke særlig interesserede i fødevarer som genstande for forskning. Og studiet af levende planter er en lang og dyr forretning: det vil tage flere år og seriøs finansiering at få nok data under FACE-eksperimentet.
På trods af vanskelighederne er forskere mere og mere interesseret i disse spørgsmål, og i de næste par år kan de muligvis finde svar på dem. Ziska og Loladze, der underviser i matematik ved Brian's College of Health Sciences i Lincoln, Nebraska, samarbejder med et team fra Kina, Japan, Australien og USA om en større undersøgelse af virkningen af kuldioxid på de ernæringsmæssige egenskaber ved ris, en af de vigtigste afgrøder. Derudover studerer de ændringen i mængden af vitaminer, vigtige fødevarekomponenter, som hidtil næppe er blevet gjort.
For nylig gennemførte USDA-forskere endnu et eksperiment. For at finde ud af, hvordan højere CO-niveauer påvirker afgrøder, tog de prøver af ris, hvede og sojabønner fra 1950'erne og 1960'erne og plantede dem i områder, hvor andre forskere havde dyrket de samme sorter for mange år siden.
På USDA-forskningsfeltet i Maryland eksperimenterer forskere med paprika. De ønsker at bestemme, hvordan mængden af C-vitamin ændrer sig med en øget koncentration af kuldioxid. De studerer også kaffe for at se, om koffein er faldende.”Der er stadig mange spørgsmål,” sagde Ziska, da han viste forskningsfaciliteten i Beltsville. "Dette er blot begyndelsen."
Lewis Ziska er medlem af en lille gruppe forskere, der prøver at evaluere ændringer og finde ud af, hvordan de vil påvirke mennesker. En anden nøglefigur i denne historie er Samuel Myers, en klimatolog ved Harvard University. Myers er ved roret for Planetary Health Alliance. Organisationens mål er at reintegrere klimatologi og sundhed. Myers er overbevist om, at det videnskabelige samfund ikke er opmærksom på forholdet mellem kuldioxid og ernæring, som kun er en del af et meget større billede af, hvordan disse ændringer kan påvirke økosystemet.”Dette er bare toppen af isbjerget,” sagde Myers. "Vi havde svært ved at få folk til at forstå, hvor mange spørgsmål de skulle have."
I 2014 offentliggjorde Myers og et team af videnskabsfolk en større undersøgelse i tidsskriftet Nature, der kiggede på nøgleafgrøder, der blev dyrket på flere steder i Japan, Australien og USA. I deres sammensætning blev der observeret et fald i mængden af protein, jern og zink på grund af en stigning i koncentrationen af carbondioxid. For første gang har publikationen fået reel medieopmerksomhed.
”Det er vanskeligt at forudsige, hvordan globale klimaforandringer vil påvirke menneskers sundhed, men vi er klar til det uventede. En af dem er forholdet mellem en stigning i koncentrationen af kuldioxid i atmosfæren og et fald i næringsværdien af C3-afgrøder. Nu ved vi om det og kan forudsige yderligere udvikling,”skriver forskerne.
Samme år, faktisk samme dag, offentliggjorde Loladze, på det tidspunkt underviser i matematik ved det katolske universitet i Daegu i Sydkorea, sin egen artikel - med data, som han havde samlet i mere end 15 år. Dette er den største undersøgelse nogensinde med stigende CO-koncentration og dens virkning på plantenæring. Loladze beskriver normalt plantevidenskab som "støjende" - som i videnskabelig jargon kalder forskere et område fuldt af komplekse forskellige data, der ser ud til at "skabe støj", og gennem denne "støj" er det umuligt at høre det signal, du leder efter. Hans nye datalag var omsider stort nok til at genkende det ønskede signal gennem støj og registrere det "skjulte skift", som videnskabsmanden kaldte det.
Loladze fandt, at hans teori fra 2002, eller rettere den stærke mistanke, han udtrykte på det tidspunkt, viste sig at være sand. Undersøgelsen involverede næsten 130 sorter af planter og mere end 15.000 prøver opnået i eksperimenter i løbet af de sidste 30 år. Den samlede koncentration af mineraler som calcium, magnesium, natrium, zink og jern faldt i gennemsnit med 8%. Mængden af kulhydrater i forhold til mængden af mineraler steg. Planter, som alger, blev ved at blive fastfood.
Det ses stadig, hvordan denne opdagelse vil påvirke mennesker, hvis vigtigste diæt er planter. Forskere, der fordyber sig i dette emne, bliver nødt til at overvinde forskellige hindringer: langsomt tempo og uklarhed inden for forskning, politikens verden, hvor ordet "klima" er nok til at stoppe enhver tale om finansiering. Det vil være nødvendigt at bygge helt nye "broer" i videnskabens verden - Loladze taler om dette med et grin i sit arbejde. Da artiklen endelig blev offentliggjort i 2014, inkluderede Loladze en liste over alle finansieringsnægtelser i appen.