Статия за трудовете на грузински учен, който, пристигайки в Съединените щати, освен математика, се занимава и с биология. Той започна да наблюдава промени в живота на растенията в зависимост от качеството на въздуха и светлината. Изводът беше екологичен: растежът на въглероден диоксид в атмосферата ускорява растежа на растенията, но ги лишава от вещества, полезни за хората.
Иракли Лоладзе е математик по образование, но именно в биологичната лаборатория той се изправи пред гатанка, която промени целия му живот. Това се случи през 1998 г., когато Лоладзе получава докторска степен от университета в Аризона. Застанал до стъклени контейнери, блестящи с яркозелени водорасли, един биолог каза на Лоладзе и половин дузина други студенти, че учените са открили нещо тайнствено в зоопланктона.
Зоопланктон са микроскопични животни, които плуват в световните океани и езера. Хранят се с водорасли, които по същество са мънички растения. Учените откриха, че чрез увеличаване на потока от светлина е възможно да се ускори растежът на водорасли, като по този начин се увеличи доставката на хранителни ресурси за зоопланктон и има положителен ефект върху неговото развитие. Но надеждите на учените не се сбъднаха. Тъй като изследователите започват да покриват повече водорасли, растежът им наистина се ускорява. Малките животни имат много храна, но, парадоксално, в един момент са били на прага на оцеляването. Увеличението на количеството храна трябваше да доведе до подобряване на качеството на живот на зоопланктона, но в крайна сметка се оказа проблем. Как може да се случи това?
Въпреки факта, че официално Лоладзе учи в математическия факултет, той все още обичаше биологията и не можеше да спре да мисли за резултатите от изследванията. Биолозите имаха груба представа за случилото се. Повече светлина накара водораслите да растат по-бързо, но в крайна сметка намали хранителните вещества, необходими за размножаването на зоопланктона. Ускорявайки растежа на водораслите, изследователите по същество са ги превърнали в бърза храна. В зоопланктона имаше повече храна, но стана по-малко питателна и затова животните започнаха да гладуват.
Лоладзе използва математическия си опит, за да помогне да измери и обясни динамиката, изобразяваща зависимостта на зоопланктона от водораслите. Заедно с колегите той разработи модел, който показа връзката между хранителен източник и животно, която зависи от него. Те публикуват първия си научен труд по тази тема през 2000 г. Но освен това, вниманието на Лоладзе беше насочено към по-важен въпрос от експеримента: докъде може да стигне този проблем?
„Бях изумен от това колко широко се прилагат получените резултати“, припомни Лоладзе в интервю. Може ли тревата и кравите да бъдат засегнати от един и същ проблем? Ами оризът и хората? „Моментът, когато започнах да мисля за храненето на човека, беше повратен момент за мен“, казва ученият.
В света отвъд океана проблемът не е, че растенията изведнъж получават повече светлина: от години консумират все повече въглероден диоксид. И двете са необходими за растежа на растенията. И ако повече светлина води до бързорастящи, но по-малко питателни водорасли „бърза храна“с лошо балансирани съотношения захар / хранителни вещества, тогава би било логично да се предположи, че увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид може да има същия ефект. И може да засегне растенията по цялата планета. Какво означава това за растенията, които ядем?
Науката просто не знаеше какво откри Лоладзе. Да, фактът, че нивото на въглеродния диоксид в атмосферата се повишава, вече беше добре известен, но ученият беше изумен колко малко изследвания са посветени на ефекта на това явление върху ядливите растения. През следващите 17 години, продължавайки математическата си кариера, той внимателно изучава научната литература и данни, които може да намери. И резултатите сякаш сочат в една посока: Ефектът от бързото хранене, за който беше научил в Аризона, се показваше в полета и гори по света. „Докато нивата на CO₂ продължават да се повишават, всеки лист и трева на Земята произвеждат все повече захари“, обясни Лоладзе. "Станахме свидетели на най-голямата инжекция на въглехидрати в биосферата в историята - инжекция, която разрежда други хранителни вещества в нашите хранителни ресурси."
Промоционално видео:
Ученият публикува събраните данни само преди няколко години и бързо привлече вниманието на малка, но доста загрижена група изследователи, които повдигат тревожни въпроси за бъдещето на нашето хранене. Възможно ли е въглеродният двуокис да окаже влияние върху човешкото здраве, което все още не сме проучили? Изглежда, че отговорът е "да" и в търсене на доказателства Лоладзе и други учени трябваше да зададат най-належащите научни въпроси, включително следното: "Колко е трудно да се провеждат изследвания в област, която все още не съществува?"
В селскостопанските изследвания новината, че много важни храни стават не толкова хранителни, не е нова. Измерванията на плодове и зеленчуци показват, че тяхното съдържание на минерали, витамини и протеини е намаляло значително през последните 50-70 години. Изследователите смятат, че основната причина е доста проста: когато отглеждаме и подбираме култури, наш основен приоритет са по-високите добиви, а не хранителната стойност, докато сортовете, които дават повече добиви (било то броколи, домати или пшеница), са по-малко хранителни. …
През 2004 г. задълбочено проучване на плодовете и зеленчуците разкри, че всичко от протеини и калций до желязо и витамин С е спаднало значително в повечето градинарски култури от 1950 г. насам. Авторите заключават, че това се дължи главно на избора на сортове за по-нататъшно развъждане.
Лоладзе, в компанията на още няколко учени, подозира, че това не е краят и че може би самата атмосфера променя храната ни. Растенията се нуждаят от въглероден диоксид по същия начин, по който хората се нуждаят от кислород. Нивото на CO₂ в атмосферата продължава да се повишава - при все по-поляризиран дебат за науката за климата, никога не се случва някой да оспори този факт. Преди индустриалната революция концентрацията на въглероден диоксид в земната атмосфера е била около 280 ppm (английски части на милион, милионна е единица за измерване на всякакви относителни стойности, равна на 110-6 от базовия индикатор - изд.). Миналата година тази стойност достигна 400 ppm. Учените прогнозират, че през следващия половин век вероятно ще достигнем 550 ppm, което е два пъти повече, отколкото беше във въздуха, когато американците за първи път започнаха да използват трактори в селското стопанство.
За тези, които имат страст към развъждането на растения, тази динамика може да изглежда положителна. Освен това политиците се крият зад себе си, оправдавайки своето безразличие към последиците от изменението на климата. Републиканецът Ламар Смит, председател на Комитета за наука в САЩ, наскоро заяви, че хората не трябва да бъдат толкова притеснени от повишаването на нивата на въглероден диоксид. Според него това е добро за растенията, а това, което е добро за растенията, е добре и за нас.
"По-високата концентрация на въглероден диоксид в нашата атмосфера ще насърчи фотосинтезата, което от своя страна ще доведе до увеличаване на растежа на растенията", пише републиканец от Тексас. "Хранителните продукти ще се произвеждат в по-голям обем и качеството им ще бъде по-добро."
Но както показа експериментът с зоопланктон, повече обем и по-добро качество не винаги вървят ръка за ръка. Напротив, между тях може да се установи обратна връзка. Ето как най-добрите учени обясняват това явление: Нарастващата концентрация на въглероден диоксид ускорява фотосинтезата, процес, който помага на растенията да превръщат слънчевата светлина в храна. В резултат на това растежът им се ускорява, но в същото време те също започват да абсорбират повече въглехидрати (като глюкоза) за сметка на други нужни хранителни вещества, като протеин, желязо и цинк.
През 2002 г., докато продължава обучението си в Университета Принстън, след като защити докторската си дисертация, Лоладзе публикува солидна изследователска книга във водещото списание Trends in Ecology and Evolution, която твърди, че увеличаването на нивата на въглероден диоксид и храненето на човека са неразривно свързани с глобалните промени в качеството на растенията. В статията Лоладзе се оплака от липсата на данни: сред хилядите публикации за растенията и повишаващите се нива на въглероден диоксид той намери само една, която се фокусира върху ефекта на газа върху баланса на хранителните вещества в ориза, култура, на която милиарди хора разчитат да берат. (Статия, публикувана през 1997 г., се отнася до спада на нивата на цинк и желязо в ориза.)
В статията си Лоладзе беше първият, който показа ефекта на въглеродния диоксид върху качеството на растенията и човешкото хранене. Ученият обаче повдигна повече въпроси, отколкото намери отговори, с основание аргументирайки, че все още има много пропуски в изследването. Ако промените в хранителната стойност настъпят на всички нива на хранителната верига, те трябва да бъдат проучени и измерени.
Част от проблема, оказва се, беше в самия изследователски свят. За да получи отговори, Лоладзе изискваше познания в областта на агрономията, храненето и физиологията на растенията, старателно овкусени с математиката. Последната част може да бъде разгледана, но по това време той едва започваше своята научна кариера, а катедрите по математика не се интересуваха особено от решаването на проблеми на селското стопанство и здравето на хората. Лоладзе се бореше да осигури финансиране за нови изследвания и в същото време продължи маниакално да събира всички възможни данни, вече публикувани от учени по целия свят. Той отиде в централната част на страната, в Университета в Небраска-Линкълн, където му беше предложено длъжността асистент на катедрата. Университетът активно се занимаваше с изследвания в областта на селското стопанство, което даде добри перспективи, т.е.но Лоладзе беше само учител по математика. Както му беше обяснено, той може да продължи да извършва своите изследвания, ако самият той ги финансира. Но той продължи да се бие. При разпределението на безвъзмездните средства в катедрата по биология му е отказано поради факта, че в молбата му се обръща твърде много внимание на математиката, а в катедрата по математика - заради биологията.
„Година след година получавам отхвърляне след отхвърляне“, спомня си Лоладзе. - Бях отчаян. Не мисля, че хората са разбрали важността на изследванията."
Този въпрос остана извън борда не само по математика и биология. Да се каже, че намаляването на хранителната стойност на основните култури поради увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид е малко проучено, не означава нищо. Това явление просто не се обсъжда нито в селското стопанство, нито в здравеопазването и храненето. Абсолютно.
Когато нашите кореспонденти се свързаха с експерти по хранене, за да обсъдят темата на изследването, почти всички бяха изключително изненадани и попитаха къде да намерят данните. Един водещ учен от университета Джон Хопкинс отговори, че въпросът е доста интересен, но призна, че не знае нищо за него. Той ме насочи към друг специалист, който също чу за него за първи път. Академията по хранене и диететика, асоциация на много хранителни експерти, ми помогна да се свържа с диетолога Робин Форутан, който също не беше запознат с изследването.
„Наистина е интересно и имаш право, малко хора знаят“, пише Форутан, след като прочете няколко статии по темата. Тя също така добави, че би искала да проучи въпроса допълнително. По-конкретно, тя се интересува как дори леко увеличение на количеството въглехидрати в растенията може да повлияе на човешкото здраве.
„Не знаем с какво може да се стигне до малка промяна в съдържанието на въглехидрати в храната“, казва Форутан, като отбелязва, че общата тенденция към повече нишесте и по-висок прием на въглехидрати изглежда има нещо общо с повишената честота на заболяванията. свързани с храненето, като затлъстяване и диабет. - Колко могат да се отразят промените в хранителната верига? Все още не можем да кажем със сигурност “.
Помолихме един от най-известните експерти в тази област да коментира това явление - Марион Несл, професор в Нюйоркския университет. Nesl се занимава с културата на храните и здравословните въпроси. В началото тя беше доста скептична към всичко, но обеща да проучи подробно наличната информация за изменението на климата, след което тя зае друга позиция. „Убедихте ме“, написа тя, като също изрази загриженост. - Не е напълно ясно дали намаляването на хранителната стойност на храните, причинено от повишаване на концентрацията на въглероден диоксид, може да повлияе значително на човешкото здраве. Нуждаем се от много повече данни."
Кристи Еби, изследовател от Вашингтонския университет, изучава връзката между изменението на климата и здравето на хората. Тя е един от малкото учени в Съединените щати, който се интересува от възможните сериозни последици от промените в количеството на въглеродния двуокис и споменава това във всяка реч.
Има твърде много неизвестни, убедена е Еби. "Например, как да разберете, че хлябът вече не съдържа микроелементите, които са били в него преди 20 години?"
Връзката между въглеродния диоксид и храненето не стана очевидна веднага за научната общност, казва Еби, точно защото им отне много време да разгледат сериозно взаимодействието на климата и човешкото здраве като цяло. „Така изглеждат нещата обикновено - казва Еби,„ в навечерието на промяната “.
В ранната работа на Лоладзе бяха поставени сериозни въпроси, на които е трудно, но съвсем реалистично да се намерят отговори. Как увеличаването на концентрацията на CO₂ в атмосферата влияе на растежа на растенията? Какъв е делът на ефекта на въглеродния диоксид върху спада на хранителната стойност на храната във връзка с дела на други фактори, например, условия на отглеждане?
Извършването на експеримент за цялата ферма, за да разберете как въглеродният диоксид влияе върху растенията също е трудна, но изпълнима задача. Изследователите използват метод, който превръща полето в истинска лаборатория. Идеален пример днес е експериментът за обогатяване на въглероден диоксид със свободен въздух (FACE). По време на този експеримент учените на открито създават мащабни устройства, които пръскат въглероден диоксид върху растенията в определена зона. Малките сензори следят нивото на CO₂. Когато твърде много въглероден диоксид напусне полето, специално устройство пръска нова доза, за да поддържа нивото постоянно. След това учените могат директно да сравняват тези растения с тези, отглеждани при нормални условия.
Подобни експерименти показват, че растенията, растящи в условия на повишено съдържание на въглероден диоксид, претърпяват значителни промени. Така в групата на растенията С3, която включва почти 95% от растенията на Земята, включително тези, които ядем (пшеница, ориз, ечемик и картофи), се наблюдава намаляване на количеството на важни минерали - калций, натрий, цинк и желязо. Според прогнозите на реакцията на растенията към промените в концентрацията на въглероден диоксид, в близко бъдеще количеството на тези минерали ще намалее средно с 8%. Същите данни показват намаляване, понякога доста значително, на съдържанието на протеини в културите С3 - в пшеницата и ориза съответно с 6% и 8%.
През лятото на тази година група учени публикува първата работа, в която се опитват да оценят въздействието на тези промени върху световното население. Растенията са основен източник на протеини за хората в развиващия се свят. Според изследователите 150 милиона души са изложени на риск от недостиг на протеини до 2050 г., особено в страни като Индия и Бангладеш. Учените откриха също, че 138 милиона ще бъдат изложени на риск поради намаляване на количеството цинк, което е жизненоважно за здравето на майките и децата. Те изчисляват, че повече от 1 милиард майки и 354 милиона деца живеят в страни, за които се очаква да намалят количеството на желязо в храната си, което може да повиши и без това сериозния риск от широко разпространена анемия.
Подобни прогнози все още не се прилагат за САЩ, където диетата на по-голямата част от населението е разнообразна и съдържа достатъчно протеини. Изследователите обаче отбелязват увеличение на количеството захар в растенията и се страхуват, че ако този процент продължи, тогава ще има още повече проблеми със затлъстяването и сърдечно-съдовата система.
USDA също допринася значително за изследванията на връзката на въглеродния диоксид към храненето на растенията. Люис Зиска, растителен физиолог в Селскостопанската научноизследователска служба в Белтсвил, Мериленд, е написал редица хранителни доклади, които подробно описват някои от въпросите, които Лоладзе постави преди 15 години.
Ziska разработи по-опростен експеримент, който не изисква отглеждане на растения. Той решил да изучи храненето на пчелите.
Goldenrod е диво цвете, считано от мнозина за плевел, но от съществено значение за пчелите. Цъфти в края на лятото, а прашецът му е важен източник на протеини за тези насекоми през суровата зима. Хората никога не са отглеждали специално златород или са създавали нови сортове, така че с течение на времето това не се е променило много, за разлика от царевицата или пшеницата. Стотици екземпляри златород се съхраняват в огромните архиви на Смитсоновата институция, най-ранната от 1842г. Това позволи на Ziska и неговите колеги да проследят как растението се е променило от това време.
Изследователите установили, че след индустриалната революция съдържанието на протеини в прашец на златород е спаднало с една трета и този спад е тясно свързан с покачването на въглеродния диоксид. Учените отдавна се опитват да установят причините за намаляването на популацията на пчелите по света - това може да повлияе зле на културите, за които те са необходими за опрашване. В своята работа Зиска предположи, че намаляването на протеините в цветен прашец преди зимата може да е друга причина, поради която пчелите трудно оцеляват през зимата.
Ученият се притеснява, че въздействието на въглеродния диоксид върху растенията не се изучава достатъчно бързо, като се има предвид, че промяната на селскостопанските практики може да отнеме много време. „Все още нямаме възможност да се намесим и да започнем да използваме традиционните методи за коригиране на ситуацията“, каза Зиска. „Ще отнеме 15-20 години, за да бъдат реализирани резултатите от лабораторните изследвания“
Както Loladze и неговите колеги откриха, новите всеобхватни проблеми могат да бъдат доста сложни. Има много физиолози по растенията по света, които изучават култури, но те са насочени най-вече към изследване на фактори като добива и борбата с вредителите. Това няма нищо общо с храненето. Според опита на Лоладзе, катедрите по математика не се интересуват особено от хранителните продукти като обекти на изследване. И изучаването на живи растения е дълъг и скъп бизнес: ще са необходими няколко години и сериозно финансиране, за да получите достатъчно данни по време на експеримента с FACE.
Въпреки трудностите, учените са все по-заинтересовани от тези въпроси и през следващите няколко години може да успеят да намерят отговори на тях. Зиска и Лоладзе, които преподават математика в Колежа по здравни науки на Брайън в Линкълн, Небраска, работят с екип от Китай, Япония, Австралия и САЩ над мащабно проучване на влиянието на въглеродния диоксид върху хранителните свойства на ориза, една от най-важните култури. Освен това те изучават промяната в количеството на витамините, важни хранителни компоненти, което досега почти не е правено.
Наскоро изследователите на USDA проведоха друг експеримент. За да разберат как по-високите нива на уровень на CO влияят на културите, те взели проби от ориз, пшеница и соя от 50-те и 60-те години на миналия век и ги засадили в райони, където други учени са отглеждали същите сортове преди много години.
В изследователската област на USDA в Мериленд учените експериментират с чушки. Те искат да определят как се променя количеството на витамин С с повишена концентрация на въглероден диоксид. Те също изучават кафе, за да видят дали кофеинът намалява. „Все още има много въпроси“, каза Зиска, докато показваше изследователската база в Белтсвил. "Това е само началото."
Люис Зиска е член на малка група учени, които се опитват да оценят промените и да разберат как ще повлияят на хората. Друг ключов герой в тази история е Самюъл Майерс, климатолог от Харвардския университет. Майърс е начело на Планетарния алианс за здраве. Целта на организацията е да интегрира отново климатологията и здравето. Майърс е убеден, че научната общност не обръща достатъчно внимание на връзката на въглеродния диоксид и храненето, което е само част от много по-обширна картина как тези промени могат да засегнат екосистемата. "Това е само върхът на айсберга", каза Майърс. "Имахме трудности да накараме хората да разберат колко въпроси трябва да имат."
През 2014 г. Майерс и екип от учени публикуваха голямо проучване в списанието Nature, което разглежда ключови култури, отглеждани на множество места в Япония, Австралия и Съединените щати. В техния състав се наблюдава намаляване на количеството протеин, желязо и цинк поради увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид. За първи път изданието привлече истинско медийно внимание.
„Трудно е да се предвиди как глобалните промени в климата ще се отразят на човешкото здраве, но ние сме готови за неочакваното. Една от тях е връзката между увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата и намаляване на хранителната стойност на С3 културите. Сега ние знаем за това и можем да прогнозираме по-нататъшно развитие “, пишат изследователите.
През същата година, всъщност в същия ден, Лоладзе, по това време преподава математика в Католическия университет в Тегу в Южна Корея, публикува своя собствена статия - с данни, които е събирал повече от 15 години. Това е най-голямото проучване за увеличаване на концентрацията на CO и влиянието му върху храненето на растенията. Лоладзе обикновено описва науките за растенията като „шумни“- както в научния жаргон учените наричат област, пълна със сложни различни данни, които изглежда „издават шум“, и чрез този „шум“е невъзможно да чуете сигнала, който търсите. Новият му слой от данни най-накрая беше достатъчно голям, за да разпознае желания сигнал чрез шума и да открие „скритото изместване“, както го нарича ученият.
Лоладзе откри, че неговата теория от 2002 г., или по-скоро силното подозрение, което той изрази по това време, се оказа вярна. Проучването включва близо 130 сорта растения и повече от 15 000 проби, получени в експерименти през последните 30 години. Общата концентрация на минерали като калций, магнезий, натрий, цинк и желязо падна средно с 8%. Количеството въглехидрати спрямо количеството на минералите се увеличи. Растенията, като водораслите, се превръщаха в бърза храна.
Остава да видим как това откритие ще се отрази на хората, чиято основна диета са растенията. Учените, които се потопят в тази тема, ще трябва да преодолеят различни препятствия: бавното темпо и неизвестността на изследванията, света на политиката, където думата „климат“е достатъчна, за да спре всякакви разговори за финансиране. Ще бъде необходимо да се построят абсолютно нови „мостове“в света на науката - Лоладзе говори за това с усмивка в работата си. Когато статията най-накрая беше публикувана през 2014 г., Лоладзе включи списък с всички откази за финансиране в приложението.
