ВЕЛИКИЙ КОЛЛАПС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Ираклий Лоладзе по образованию математик, но он попал в биологическую лабораторию в момент, когда столкнулся с головоломкой, которая потом изменит его жизнь. Это было в 1998 году, и Лоладзе готовился к защите докторской диссертации в университете штата Аризона. На фоне стеклянных контейнеров, светящихся ярко-зелеными водорослями, биолог сказал Лоладзе и полдюжине других аспирантов, что ученые обнаружили что-то таинственное в зоопланктоне.

Зоопланктон - это микроскопические животные, которые плавают в океанах и озерах мира, и в пищу они пользуют водоросли, которые по сути являются крошечными растениями. Ученые обнаружили, что могут ускорить рост водорослей, освещая их большим количеством света - увеличивая запасы зоопланктона, который должен был от этого процветать. Но это не сработало. Когда исследователи подали больше света на водоросли, водоросли росли быстрее, а крошечным животным формировалось все больше и больше для пропитания - но в определенный момент они начали бороться за выживание. Это был парадокс. Больше еды должно привести к большему росту. Как больше водорослей может быть проблемой?

Технически Лоладзе работал в математическом отделе, но любил биологию и не мог не думать об этом. Биологи имели представление о том, что происходит: увеличенный свет заставлял водоросли расти быстрее, но в итоге они содержали меньше питательных веществ, необходимых зоопланктону для роста. Ускоряя их рост, исследователи по сути превратили водоросли в нездоровую пищу. У зоопланктона было много еды, но их еда была менее питательной, и поэтому они голодали.

Лоладзе использовал свою математическую подготовку, чтобы измерить и объяснить динамику водорослей и зоопланктона. Он и его коллеги разработали модель, которая фиксирует взаимосвязь между источником пищи и травоядными, которые зависят от пищи. Они опубликовали эту первую статью в 2000 году. Но Лоладзе был также озадачен гораздо большим вопросом, поднятым в ходе эксперимента: насколько далеко может распространиться эта проблема?

Во внешнем мире проблема не в том, что растения внезапно становятся более легкими: они годами получают больше углекислого газа. Растения зависят от света и углекислого газа в своем росте. Если излучение большего количества света приводит к более быстро растущим, менее питательным водорослям - нездоровым водорослям, чье соотношение сахара и питательных веществ было не в порядке, - тогда было бы логично предположить, что увеличение количества углекислого газа может сделать то же самое. И это также может быть разыгрывается на растениях по всей планете. Что это может означать для растений, которые едят люди?

Лоладзе обнаружил то, чего ученые ранее просто не знали. Уже было хорошо задокументировано, что уровни CO2 повышаются в атмосфере, но он был удивлен тем, как мало было проведено исследований о том, как это повлияло на качество растений, которые мы едим. В течение следующих 17 лет, занимаясь математикой, Лоладзе изучал научную литературу на предмет любых исследований и данных, которые он мог найти. Результаты, по мере того как он собирал их, все, казалось, указывали в одном направлении: эффект нездоровой пищи, о котором он узнал в этой лаборатории в Аризоне, также, по-видимому, происходил в полях и лесах по всему миру. «Каждый лист и каждая травинка на земле производят все больше и больше сахара, так как уровень СО2 продолжает расти», - сказал Лоладзе. «Мы являемся свидетелями величайшей инъекции углеводов в биосферу в истории человечества - инъекции, которая растворяет другие питательные вещества в нашем питании».

Он опубликовал эти результаты всего несколько лет назад, добавив беспокойства небольшой, но все более встревоженной группе исследователей, которые поднимают неординарные вопросы о будущем наших продуктов питания. Может ли углекислый газ воздействовать на здоровье человека таким образом, о котором мы еще не говорили? Похоже, что ответ - да, и по пути он подтолкнул Лоладзе и других ученых непосредственно к некоторым из самых острых вопросов в их профессии, включая то, насколько трудно проводить исследования в области, которая еще не существует.

В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ в течение некоторого времени понимается, что многие из наших наиболее важных продуктов питания становятся менее питательными. Измерения фруктов и овощей показывают, что их содержание минералов, витаминов и белков заметно снизилось за последние 50–70 лет. Исследователи, как правило, полагают, что причина довольно проста: мы выращиваем и выбираем культуры для более высоких урожаев, а не для питания, и более урожайные культуры - будь то брокколи, помидоры или пшеница - как правило, менее насыщены питательными веществами.

В 2004 году было проведено значительное исследование фруктов и овощей, которое показало, что с 1950 года в большинстве садовых культур значительно сократилось все - от белка до кальция, железа и витамина С. Исследователи пришли к выводу, что это можно объяснить, в основном, теми сортами, которые мы выбирали для выращивания.

Лоладзе и несколько других ученых начали подозревать, что это еще не все, и что сама атмосфера может изменить пищу, которую мы едим. Растениям нужен углекислый газ, чтобы жить так, как людям нужен кислород. И во все более поляризованных дебатах в науке о климате одна вещь, которая не подлежит обсуждению, состоит в том, что уровень CO2 в атмосфере повышается. До промышленной революции в земной атмосфере было около 280 частей на миллион углекислого газа. В прошлом году планета преодолела порог в 400 частей на миллион; ученые предсказывают, что в ближайшие полвека мы, вероятно, достигнем 550 частей на миллион - по сути, вдвое больше, чем было в воздухе, когда американцы начали пользоваться тракторами в сельском хозяйстве.

Если вы тот, кто думает о росте растений, это кажется хорошей вещью. Это также было полезным оружием для политиков, которые ищут причины меньше беспокоиться о последствиях изменения климата. Член палаты представителей Ламар Смит, республиканец, возглавляющий Комитет по науке Палаты представителей, недавно заявил, что люди не должны так беспокоиться о повышении уровня CO2, потому что это полезно для растений, а то, что хорошо для растений, хорошо для нас.

«Более высокая концентрация углекислого газа в нашей атмосфере будет способствовать фотосинтезу, что, в свою очередь, способствует росту растений», - пишет республиканец из Техаса. «Это соответствует увеличению объемов производства продуктов питания и повышению качества продуктов питания».
Но, как показал эксперимент с зоопланктоном, больший объем и лучшее качество могут не идти рука об руку. На самом деле они могут быть обратно связаны. Как могут сказать лучшие из ученых, вот что происходит: рост СО2 ускоряет фотосинтез, процесс, который помогает растениям преобразовывать солнечный свет в пищу. Это заставляет растения расти, но также приводит к тому, что они упаковывают больше углеводов, таких как глюкоза, за счет других питательных веществ, от которых мы зависим, таких как белок, железо и цинк.

В 2002 году, будучи докторантом в Принстонском университете, Лоладзе опубликовал основную исследовательскую работу в ведущем журнале «Тенденции в экологии и эволюции», утверждая, что рост СО2 и питания человека неразрывно связан с глобальным изменением качества растений. В статье Лоладзе жаловался на нехватку данных: среди тысяч публикаций, которые он рассмотрел о растениях и росте СО2, он нашел только одну, в которой специально рассматривалось, как это влияет на баланс питательных веществ в рисе, культуре, на которую полагаются миллиарды людей. (В документе, опубликованном в 1997 году, было обнаружено снижение содержания цинка и железа.)

Статья Лоладзе была первой, в которой влияние CO2 на качество растений влияет на питание человека. Но он также поднял больше вопросов, чем ответил, утверждая, что в исследовании были фундаментальные дыры. Если эти изменения в питании происходили вверх и вниз по пищевой цепи, это явление необходимо было измерить и понять.

Лоладзе нашел, что часть проблемы заключается в самом исследовательском мире. Ответ на вопрос требовал понимания физиологии растений, сельского хозяйства и питания, а также здоровой порции математики. Он мог заниматься математикой, но он был молодым ученым, пытавшимся утвердиться, и математические факультеты не были особенно заинтересованы в решении проблем в сельском хозяйстве и здоровье человека. Лоладзе изо всех сил пытался получить финансирование для генерации новых данных и продолжал одержимо собирать опубликованные данные от исследователей по всему миру. Он направился в центр, чтобы занять должность доцента в университете Небраски-Линкольна. Это была крупная сельскохозяйственная школа, что казалось хорошим знаком, но Лоладзе все еще был профессором математики. Ему сказали, что он может преследовать свои исследовательские интересы, когда это принесет финансирование, и он боролся. Создатели грантов по биологии сказали, что его предложения были слишком сложными; производители математических грантов сказали, что его предложения содержат слишком много биологии.

Это проблема не только в области математики и биологии. Сказать, что мало известно, что основные культуры становятся менее питательными из-за роста СО2, - значит, ничего не сказать. Это просто не обсуждается в сообществах сельского хозяйства, здравоохранения или питания. Совсем.

Когда POLITICO связался с ведущими экспертами по питанию в связи с растущим объемом исследований по этой теме, они были почти озадачены и попросили посмотреть исследование. Один из ведущих специалистов в области питания в Университете Джона Хопкинса сказал, что это интересно, но признал, что ничего об этом не знал. Он направил меня к другому эксперту. Она сказала, что они тоже не знали об этом. Академия питания и диетологии, ассоциация, представляющая армию экспертов по питанию по всей стране, связала меня с Робином Фороутаном, диетологом интегративной медицины, который также не был знаком с исследованием.

«Это действительно интересно, и вы правы, это в поле зрения очень малого числа людей», - написал Форутан в электронном письме, после того как ему прислали несколько статей по этой теме. Фортан сказала, что хотела бы увидеть намного больше данных, особенно о том, как тонкий сдвиг в сторону увеличения количества углеводов в растениях может повлиять на здоровье населения.

«Мы не знаем, к чему в итоге приведет даже незначительное изменение в соотношении углеводов в рационе», - сказала она, отметив, что общая тенденция увеличения потребления крахмала и углеводов была связана с увеличением таких заболеваний, связанных с питанием, как ожирение и диабет. "В какой степени сдвиг в продовольственной системе будет способствовать этому? Мы не можем действительно сказать."

На просьбу прокомментировать эту историю Marion Nestle, профессорки политики в области питания в Нью-Йоркском университете, которая является одним из самых известных экспертов по питанию в стране, первоначально выразила скептицизм по поводу всей концепции, но предложила покопаться в файле, который она хранит по вопросам климата.

Изучив доказательства, она сменила мелодию. «Я убеждена», - сказала она в электронном письме, одновременно призывая к осторожности: неясно, будет ли истощение питательных веществ, вызванное выбросами CO2, иметь существенное влияние на здоровье населения. Нам нужно знать намного больше, сказала она.

Кристи Эби, исследователька из Университета Вашингтона, которая изучала взаимосвязь изменения климата и глобального здравоохранения в течение двух десятилетий, является одним из немногих ученых в США, которые вовлечены в изучение потенциально обширных последствий динамики взаимосвязи CO2-питание, и поднимает это в каждом разговоре, в котором участвует.

По мнению Эби, связь между СО2 и питанием была достаточно медленной, по этому научному сообществу потребовалось много времени, чтобы серьезно заняться этим пересечением между климатом и здоровьем человека в целом. «Это до перемен», - сказала она. «Вот как это выглядит до перемен».

РАННЯЯ СТАТЬЯ ЛОЛАДЗЫ подняла несколько больших вопросов, на которые трудно, но не невозможно ответить. Как рост CO2 в атмосфере влияет на рост растений? Сколько из долгосрочного снижения питательных веществ вызвано атмосферой, и сколько другими факторами, таких как селекция?

Также сложно, но не невозможно проводить эксперименты в масштабах фермы, чтобы выяснить, как CO2 влияет на растения. Исследователи используют технику, которая по существу превращает целое поле в лабораторию. Текущий золотой стандарт для этого типа исследований называется экспериментом FACE (для «обогащения углекислым газом в свободном воздухе»), в котором исследователи создают большие структуры под открытым небом, которые продувают CO2 на растения в данной области. Маленькие датчики отслеживают уровень CO2. Когда слишком много CO2 выходит за пределы периметра, система впрыскивает больше в воздух, чтобы поддерживать стабильный уровень. Затем ученые могут сравнивать эти растения с другими, растущими в обычном воздухе поблизости.

Эти эксперименты и другие подобные им исследования показали ученым, что растения меняются серьезным образом, когда они растут при повышенных уровнях CO2. В категории растений, известных как «C3», которые включают примерно 95 процентов видов растений на земле, включая те, которые мы употребляем в пищу, например, пшеницу, рис, ячмень и картофель, было показано, что повышенный уровень CO2 снижает уровень таких важных минералов, как кальций, калий, цинк и железо. Имеющиеся у нас данные показывают как растения реагируют на концентрацию CO2, которую мы можем наблюдать в течение жизни, демонстрируя, что эти важные минералы в среднем снижаются на 8 процентов. Было показано, что одни и те же условия снижают содержание белка в культурах С3, в некоторых случаях значительно: пшеница и рис снижаются на 6 и 8 процентов соответственно.

Ранее этим летом группа исследователей опубликовала первые исследования, пытаясь оценить, что эти сдвиги могут означать для населения мира. Растения являются важнейшим источником белка для людей в развивающихся странах, и к 2050 году, по их оценкам, 150 миллионов человек могут подвергнуться риску дефицита белка, особенно в таких странах, как Индия и Бангладеш. Исследователи обнаружили, что потеря цинка, которая особенно важна для здоровья матери и ребенка, может подвергнуть риску 138 миллионов человек. По их оценкам, более 1 миллиарда матерей и 354 миллиона детей живут в странах, где, согласно прогнозам, содержание железа в рационе значительно снизится, что может усугубить и без того широко распространенную проблему анемии в общественном здравоохранении.

Нет никаких прогнозов для Соединенных Штатов, где мы по большей части наслаждаемся разнообразной диетой без недостатка белка, но некоторые исследователи смотрят на растущую долю сахара в растениях и выдвигают гипотезу о том, что системный сдвиг в растениях может еще больше способствовать к нашим и без того тревожным показателям ожирения и сердечно-сосудистых заболеваний.

Еще одно новое и важное направление исследований в области CO2 - питательности растений в настоящее время выходит из Министерства сельского хозяйства США. Льюис Зиска, физиолог растений из штаб-квартиры Сельскохозяйственной исследовательской службы в Белтсвилле, штат Мэриленд, подробно рассматривает некоторые вопросы, которые Лоладзе впервые поднял 15 лет назад, с помощью ряда новых исследований, посвященных вопросам питания.

Зиска разработал эксперимент, который устранил осложняющий фактор селекции растений: он решил посмотреть на пищу пчел.

Goldenrod, полевой цветок, который многие считают сорняком, чрезвычайно важен для пчел. Он цветет в конце сезона, и его пыльца обеспечивает важный источник белка для пчел, поскольку они заготавливаются перед суровостью зимы. Так ка Goldenrod дикий, и люди не разводят его в новых сортах, со временем он не изменился так сильно, как, скажем, кукуруза или пшеница. И в Смитсоновском институте также есть сотни образцов золотарника, начиная с 1842 года, в его огромном историческом архиве, который дал Зиске и его коллегам возможность выяснить, как одно растение изменилось с течением времени.

Они обнаружили, что содержание белка в пыльце золотарника снизилось на треть со времени промышленной революции, и эти изменения тесно связаны с ростом CO2. Ученые пытаются выяснить, почему популяции пчел во всем мире сокращаются, что угрожает многим культурам, которые полагаются на пчел для опыления. В статье Зиски высказано предположение, что снижение белка до зимы может стать дополнительным фактором, мешающим пчелам пережить иные стрессоры.

Зиска беспокоится, что мы не изучаем все способы воздействия CO2 на растения, от которых мы зависим, с достаточной срочностью, особенно учитывая тот факт, что переоснащение культур занимает много времени.

«Мы отстаем в нашей способности заступиться и начать использовать традиционные сельскохозяйственные инструменты, такие как разведение, для компенсации происходящего», - сказал он. «В данный момент может пройти от 15 до 20 лет, прежде чем мы доберемся от лаборатории до поля».

КАК ОБНАРУЖИЛИ ЛОЛАДЗЕ И ДРУГИЕ, решение новых глобальных вопросов, которые пересекают границы научных областей, может быть трудным. Есть много физиологов растений, занимающихся исследованиями сельскохозяйственных культур, но большинство посвящено изучению таких факторов, как урожайность и устойчивость к вредителям - качества, которые не имеют ничего общего с питательностью. Математические факультеты, как обнаружил Лоладзе, не уделяют должного внимания исследованиям продуктов питания. А изучение живых существ может быть дорогостоящим и медленным: требуется несколько лет и огромные суммы денег, чтобы провести эксперимент FACE, дабы собрать достаточно данных, чтобы сделать какие-либо выводы.

Несмотря на эти проблемы, исследователи все больше изучают эти вопросы, а это значит, что у нас может быть больше ответов в ближайшие годы. Зиска и Лоладзе, которые в настоящее время преподают математику в Брайанском колледже наук о здоровье в Линкольне, штат Небраска, сотрудничают с коалицией исследователей в Китае, Японии, Австралии и других странах США в большом исследовании, посвященном изучению повышения уровня СО2 и профиля питания риса, одной из самых важных культур человечества. Их исследование также включает витамины, важный пищевой компонент, который на сегодняшний день практически не изучен.

Исследователи USDA также недавно выкопали сорта риса, пшеницы и сои, которые USDA спасла с 1950-х и 1960-х годов, и посадили их на участках вокруг США, где предыдущие исследователи выращивали те же самые сорта десятилетия назад, с целью лучшего понимания того, как сегодняшние более высокие уровни CO2 влияют на них.

В исследовательской области USDA в Мэриленде исследователи проводят эксперименты на сладком перце, чтобы измерить, как витамин C изменяется при повышенном CO2. Они также смотрят на кофе, чтобы увидеть, снижается ли кофеин. «Есть много вопросов», - сказал Зиска, показывая мне свой исследовательский кампус в Белтсвилле. «Мы пока лишь опускаем палец в воду».

Зиска является членом небольшой группы исследователей, которые сейчас пытаются измерить эти изменения и выяснить, что это значит для людей. Другой ключевой фигурой, изучающей эту взаимосвязь, является Сэмюэль Майерс, доктор, ставший исследователем климата в Гарвардском университете, который возглавляет Альянс за планетарное здоровье, новое глобальное усилие по установлению связи между наукой о климате и здоровьем человека.

Майерс также обеспокоен тем, что исследовательское сообщество не уделяет большего внимания пониманию динамики СО2-питания, поскольку оно является важной частью гораздо более широкой картины того, как такие изменения могут распространяться через экосистемы. «Это вершина айсберга», - сказал Майерс. «Нам было трудно заставить людей понять, сколько у них должно быть вопросов».

В 2014 году Майерс и группа других ученых опубликовали большое, богатое данными исследование в журнале Nature, в котором рассматривались основные культуры, выращиваемые на нескольких участках в Японии, Австралии и Соединенных Штатах, где также было обнаружено, что повышение уровня CO2 приводит к снижению уровня белка, железа и цинка. Это был первый раз, когда проблема привлекла реальное внимание средств массовой информации.

«Последствия глобального изменения климата для общественного здравоохранения трудно предсказать, и мы ожидаем много сюрпризов», - пишут исследователи. «Тот факт, что повышение содержания CO2 в атмосфере снижает питательную ценность культур C3, является одним из таких сюрпризов, который мы теперь можем лучше прогнозировать и готовиться».

В том же году - фактически, в тот же день - Лоладзе, который затем преподавал математику в Католическом университете Тэгу в Южной Корее, опубликовал свою собственную статью, результат более чем 15-летнего сбора данных по тому же предмету. Это было крупнейшее в мире исследование по повышению уровня CO2 и его влияния на питательные вещества растений. Лоладзе любит описывать науку о растениях как «шумную», «исследовательскую» - говорят, что она перегружена усложняющимися данными, из-за которых может быть трудно обнаружить искомый сигнал. Его новый набор данных был, наконец, достаточно большим, чтобы увидеть сигнал сквозь шум, чтобы обнаружить «скрытый сдвиг», как он выразился.

Он обнаружил, что его теория 2002 года - или, скорее, сильное подозрение, которое он высказал тогда - казалось, подтверждается. В более чем 130 сортах растений и более 15 000 образцов, собранных в результате экспериментов за последние три десятилетия, общая концентрация таких минералов, как кальций, магний, калий, цинк и железо, снизилась в среднем на 8 процентов. Соотношение углеводов к минералам росло. Растения, как и водоросли, превращались в нездоровую пищу.

Что это означает для людей, чье основное потребление пищи - растения, только начинает изучаться. Исследователи, которые углубятся в это, должны будут преодолеть препятствия, такие как его низкий профиль и медленный темп, и политическая среда, где слово «климат» достаточно, чтобы сорвать разговор о финансировании. Это также потребует, чтобы в мире науки были построены совершенно новые мосты - проблема, которую сам Лоладзе иронично признает в своих собственных исследованиях. Когда его статья была наконец опубликована в 2014 году, Лоладзе перечислил отказы в предоставлении гранта в преамбуле/благодарности.

источник
перевод: главред, Ермолаев Дмитрий

Сподобалась стаття? Подаруйте нам, будь-ласка, чашку кави й ми ще більш прискоримося та вдосконалимося задля Вас.) SG SOFIA - медіа проект - не коммерційний. Із Вашою допомогою Ми зможемо розвивати його ще швидше, а динаміка появи нових Мета-Тем та авторів тільки ще більш прискориться. Help us and Donate!