การเพิ่มขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้อาหารคุณภาพต่ำบนโลก

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

บทความเกี่ยวกับผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวจอร์เจียที่มาถึงสหรัฐอเมริกานอกเหนือจากคณิตศาสตร์แล้วยังได้เรียนวิชาชีววิทยา เขาเริ่มสังเกตการเปลี่ยนแปลงของชีวิตพืชขึ้นอยู่กับคุณภาพของอากาศและแสง ข้อสรุปคือระบบนิเวศน์: การเติบโตของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเร่งการเจริญเติบโตของพืช แต่กีดกันสารที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์

Irakli Loladze เป็นนักคณิตศาสตร์โดยการศึกษา แต่ในห้องทดลองทางชีววิทยาที่เขาเผชิญปริศนาที่เปลี่ยนทั้งชีวิตของเขา สิ่งนี้เกิดขึ้นในปี 1998 เมื่อ Loladze ได้รับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแอริโซนา นักชีววิทยาคนหนึ่งบอกกับ Loladze และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาอีกครึ่งโหลว่านักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบบางสิ่งลึกลับเกี่ยวกับแพลงก์ตอนสัตว์โดยยืนอยู่ข้างภาชนะแก้วที่ส่องประกายด้วยสาหร่ายสีเขียวสดใส

แพลงก์ตอนสัตว์เป็นสัตว์ขนาดเล็กที่ว่ายน้ำในมหาสมุทรและทะเลสาบของโลก พวกมันกินสาหร่ายซึ่งเป็นพืชขนาดเล็ก นักวิทยาศาสตร์พบว่าการเพิ่มการไหลของแสงสามารถเร่งการเจริญเติบโตของสาหร่ายได้ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มแหล่งอาหารสำหรับแพลงก์ตอนสัตว์และส่งผลดีต่อการพัฒนาของมัน แต่ความหวังของนักวิทยาศาสตร์ไม่เป็นจริง เมื่อนักวิจัยเริ่มครอบคลุมสาหร่ายมากขึ้น การเติบโตของพวกมันก็เร่งตัวขึ้นอย่างมาก สัตว์ตัวเล็กมีอาหารมากมาย แต่เมื่อถึงจุดหนึ่ง พวกมันก็เกือบจะเอาชีวิตรอด การเพิ่มปริมาณอาหารน่าจะส่งผลให้คุณภาพชีวิตของแพลงก์ตอนสัตว์ดีขึ้น และท้ายที่สุดกลับกลายเป็นปัญหา สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

แม้ว่า Loladze จะเรียนที่คณะคณิตศาสตร์อย่างเป็นทางการ แต่เขาก็ยังรักชีววิทยาและไม่สามารถหยุดคิดเกี่ยวกับผลการวิจัยของเขาได้ นักชีววิทยามีความคิดคร่าวๆ ว่าเกิดอะไรขึ้น แสงที่มากขึ้นทำให้สาหร่ายเติบโตเร็วขึ้น แต่ในที่สุดก็ลดสารอาหารที่จำเป็นสำหรับแพลงก์ตอนสัตว์ในการสืบพันธุ์ นักวิจัยได้เปลี่ยนสาหร่ายเป็นอาหารจานด่วนโดยการเร่งการเจริญเติบโตของสาหร่าย แพลงก์ตอนสัตว์มีอาหารมากกว่า แต่ก็มีคุณค่าทางโภชนาการน้อยลง ดังนั้นสัตว์เหล่านั้นจึงเริ่มอดอยาก

Loladze ใช้ภูมิหลังทางคณิตศาสตร์ของเขาเพื่อช่วยวัดและอธิบายพลวัตที่แสดงถึงการพึ่งพาแพลงก์ตอนสัตว์ในสาหร่าย ร่วมกับเพื่อนร่วมงาน เขาได้พัฒนาแบบจำลองที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแหล่งอาหารกับสัตว์ที่พึ่งพาอาศัยกัน พวกเขาตีพิมพ์บทความทางวิทยาศาสตร์ฉบับแรกในหัวข้อนี้ในปี 2543 แต่นอกเหนือจากนี้ ความสนใจของ Loladze ยังตรึงอยู่กับคำถามที่สำคัญกว่าของการทดลอง: ปัญหานี้จะไปได้ไกลแค่ไหน?

“ฉันรู้สึกทึ่งกับผลลัพธ์ที่ได้กว้างออกไป” โลลาดเซเล่าในการให้สัมภาษณ์ หญ้าและวัวสามารถได้รับผลกระทบจากปัญหาเดียวกันได้หรือไม่? แล้วข้าวกับคนล่ะ? “ช่วงเวลาที่ฉันเริ่มคิดถึงโภชนาการของมนุษย์เป็นจุดเปลี่ยนสำหรับฉัน” นักวิทยาศาสตร์กล่าว

ในโลกที่ห่างไกลจากมหาสมุทร ปัญหาไม่ได้อยู่ที่ว่าจู่ๆ พืชก็ได้รับแสงสว่างมากขึ้น แต่พวกมันได้บริโภคคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นมาหลายปีแล้ว ทั้งสองมีความจำเป็นสำหรับพืชที่จะเติบโต และหากแสงมากขึ้นนำไปสู่สาหร่าย "ฟาสต์ฟู้ด" ที่เติบโตอย่างรวดเร็วแต่มีคุณค่าทางโภชนาการน้อยกว่า โดยมีอัตราส่วนน้ำตาลต่อสารอาหารที่สมดุลไม่ดี ก็มีเหตุผลที่จะสรุปว่าการเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์อาจมีผลเช่นเดียวกัน และสามารถส่งผลกระทบต่อพืชได้ทั่วโลก สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรสำหรับพืชที่เรากิน?

วิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่า Loladze ค้นพบอะไร ใช่ ความจริงที่ว่าระดับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นนั้นเป็นที่รู้จักกันดีอยู่แล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์รู้สึกทึ่งกับการวิจัยเพียงเล็กน้อยที่ทุ่มเทให้กับผลกระทบของปรากฏการณ์นี้ต่อพืชที่กินได้ ในอีก 17 ปีข้างหน้า ต่ออาชีพคณิตศาสตร์ของเขา เขาได้ศึกษาวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์และข้อมูลที่หามาได้อย่างละเอียดถี่ถ้วน และผลลัพธ์ก็ดูเหมือนจะชี้ไปในทิศทางเดียว นั่นคือ ผลกระทบของอาหารจานด่วนที่เขาเรียนรู้ในแอริโซนาปรากฏขึ้นในทุ่งนาและป่าไม้ทั่วโลก "ในขณะที่ระดับ CO₂ เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ใบและใบหญ้าทุกใบบนโลกก็ผลิตน้ำตาลมากขึ้นเรื่อยๆ" Loladze อธิบาย "เราได้เห็นการฉีดคาร์โบไฮเดรตที่ใหญ่ที่สุดในชีวมณฑลในประวัติศาสตร์ การฉีดที่เจือจางสารอาหารอื่นๆ ในแหล่งอาหารของเรา"

นักวิทยาศาสตร์ได้เผยแพร่ข้อมูลที่เขารวบรวมเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา และได้รับความสนใจอย่างรวดเร็วจากกลุ่มนักวิจัยกลุ่มเล็กๆ แต่ค่อนข้างกังวล ซึ่งตั้งคำถามเกี่ยวกับอนาคตของโภชนาการของเรา คาร์บอนไดออกไซด์มีผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ที่เรายังไม่ได้ศึกษาหรือไม่? ดูเหมือนว่าคำตอบคือใช่ และในการค้นหาหลักฐาน Loladze และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ต้องถามคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่เร่งด่วนที่สุด รวมถึงคำถามต่อไปนี้: "การทำวิจัยในสาขาที่ยังไม่มีอยู่ยากเพียงใด"

ในการวิจัยทางการเกษตร ข่าวที่ว่าอาหารที่สำคัญจำนวนมากมีคุณค่าทางโภชนาการน้อยลงไม่ใช่เรื่องใหม่ การวัดผลผักและผลไม้แสดงให้เห็นว่าปริมาณแร่ธาตุ วิตามิน และโปรตีนในนั้นลดลงอย่างเห็นได้ชัดในช่วง 50-70 ปีที่ผ่านมา นักวิจัยเชื่อว่าเหตุผลหลักค่อนข้างง่าย: เมื่อเราผสมพันธุ์และคัดเลือกพืชผล ความสำคัญสูงสุดของเราคือผลผลิตที่สูงขึ้น ไม่ใช่คุณค่าทางโภชนาการ ในขณะที่พันธุ์ที่ให้ผลผลิตมากกว่า (ไม่ว่าจะเป็นบร็อคโคลี่ มะเขือเทศ หรือข้าวสาลี) มีคุณค่าทางโภชนาการน้อยกว่า …

ในปี 2547 การศึกษาผักและผลไม้อย่างละเอียดถี่ถ้วนพบว่าทุกอย่างตั้งแต่โปรตีน แคลเซียม ธาตุเหล็ก และวิตามินซี ลดลงอย่างมากในพืชสวนส่วนใหญ่ตั้งแต่ปี 1950 ผู้เขียนสรุปว่าสาเหตุหลักมาจากการเลือกพันธุ์เพื่อขยายพันธุ์ต่อไป

Loladze ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ หลายคนสงสัยว่านี่ไม่ใช่จุดจบ และบางทีบรรยากาศเองก็กำลังเปลี่ยนแปลงอาหารของเรา พืชต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ในลักษณะเดียวกับที่มนุษย์ต้องการออกซิเจน ระดับของCO₂ในชั้นบรรยากาศยังคงเพิ่มขึ้น - ในการโต้วาทีที่มีการแบ่งขั้วกันมากขึ้นเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศ ไม่เคยเกิดขึ้นกับใครเลยที่จะโต้แย้งข้อเท็จจริงนี้ ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของโลกอยู่ที่ประมาณ 280 ppm (ส่วนในล้านส่วน หนึ่งในล้านเป็นหน่วยของการวัดค่าสัมพัทธ์ใดๆ เท่ากับ 1 · 10-6 ของตัวบ่งชี้พื้นฐาน - ed). ปีที่แล้ว ค่านี้ถึง 400 ppm นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าในครึ่งศตวรรษข้างหน้า เราอาจไปถึง 550 ppm ซึ่งมากกว่าในอากาศถึงสองเท่าเมื่อชาวอเมริกันเริ่มใช้รถแทรกเตอร์ในการเกษตรเป็นครั้งแรก

สำหรับผู้ที่หลงใหลในการปรับปรุงพันธุ์พืช พลวัตนี้อาจดูเหมือนเป็นบวก ยิ่งกว่านั้น นี่เป็นวิธีที่นักการเมืองเคยซ่อนตัวอยู่ โดยแสดงให้เห็นถึงความเฉยเมยของพวกเขาต่อผลที่ตามมาจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ลามาร์ สมิธ จากพรรครีพับลิกัน ประธานคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ของสภาผู้แทนราษฎรแห่งสหรัฐอเมริกา แย้งว่า ผู้คนไม่ควรวิตกกังวลเรื่องระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น ตามที่เขาพูดดีสำหรับพืชและสิ่งที่ดีสำหรับพืชนั้นดีสำหรับเรา

"ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงขึ้นในชั้นบรรยากาศของเราจะส่งเสริมการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งจะนำไปสู่อัตราการเจริญเติบโตของพืชที่เพิ่มขึ้น" พรรครีพับลิกันจากเท็กซัสเขียน "ผลิตภัณฑ์อาหารจะถูกผลิตในปริมาณมากขึ้นและคุณภาพจะดีขึ้น"

แต่เมื่อการทดลองแพลงก์ตอนสัตว์ได้แสดงให้เห็น ปริมาณที่มากขึ้นและคุณภาพที่ดีขึ้นไม่ได้เกิดขึ้นควบคู่กันเสมอไป ในทางกลับกัน ความสัมพันธ์แบบผกผันสามารถสร้างขึ้นได้ระหว่างกัน นี่คือวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ที่ดีที่สุดอธิบายปรากฏการณ์นี้: ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ช่วยเร่งการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช่วยให้พืชเปลี่ยนแสงแดดเป็นอาหาร เป็นผลให้การเจริญเติบโตของพวกมันเร่งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันพวกมันก็เริ่มดูดซับคาร์โบไฮเดรตมากขึ้น (เช่นกลูโคส) โดยเสียสารอาหารอื่น ๆ ที่เราต้องการเช่นโปรตีนธาตุเหล็กและสังกะสี

ในปี 2545 ในขณะที่ศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันหลังจากปกป้องวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขา Loladze ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยที่เป็นของแข็งในวารสารชั้นนำ Trends in Ecology and Evolution ซึ่งแย้งว่าการเพิ่มระดับคาร์บอนไดออกไซด์และโภชนาการของมนุษย์นั้นเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนแปลงทั่วโลกในพืชอย่างแยกไม่ออก คุณภาพ. ในบทความ Loladze บ่นเกี่ยวกับการขาดข้อมูล: ในบรรดาสิ่งพิมพ์หลายพันฉบับเกี่ยวกับพืชและระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น เขาพบเพียงฉบับเดียวที่เน้นที่ผลกระทบของก๊าซต่อความสมดุลของธาตุอาหารในข้าว ซึ่งเป็นพืชผลที่ผู้คนหลายพันล้านคนพึ่งพา เก็บเกี่ยว. (บทความที่ตีพิมพ์ในปี 2540 กล่าวถึงการลดลงของสังกะสีและธาตุเหล็กในข้าว)

ในบทความของเขา Loladze เป็นคนแรกที่แสดงผลกระทบของคาร์บอนไดออกไซด์ต่อคุณภาพของพืชและโภชนาการของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ตั้งคำถามมากกว่าที่เขาพบคำตอบ โดยเถียงว่ายังมีช่องว่างอีกมากในการศึกษานี้ หากการเปลี่ยนแปลงคุณค่าทางโภชนาการเกิดขึ้นในทุกระดับของห่วงโซ่อาหาร จะต้องมีการศึกษาและวัดผล

ส่วนหนึ่งของปัญหาคืออยู่ในโลกของการวิจัยเอง เพื่อให้ได้คำตอบ Loladze ต้องการความรู้ในด้านพืชไร่ โภชนาการ และสรีรวิทยาของพืช ปรุงแต่งด้วยคณิตศาสตร์อย่างละเอียด ส่วนสุดท้ายสามารถจัดการได้ แต่ในขณะนั้นเขาเพิ่งเริ่มต้นอาชีพด้านวิทยาศาสตร์และแผนกวิชาคณิตศาสตร์ไม่สนใจแก้ปัญหาการเกษตรและสุขภาพของมนุษย์เป็นพิเศษ Loladze พยายามดิ้นรนเพื่อระดมทุนสำหรับการวิจัยใหม่และในขณะเดียวกันก็รวบรวมข้อมูลที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่เผยแพร่โดยนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกอย่างบ้าคลั่ง เขาไปที่ภาคกลางของประเทศที่มหาวิทยาลัยเนแบรสกา-ลินคอล์น ซึ่งเขาได้รับตำแหน่งผู้ช่วยแผนก มหาวิทยาลัยมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการวิจัยด้านการเกษตรซึ่งให้โอกาสที่ดี แต่ Loladze เป็นเพียงครูสอนคณิตศาสตร์ ตามที่อธิบายให้เขาฟัง เขาสามารถดำเนินการวิจัยต่อไปได้ หากเขาให้เงินสนับสนุน แต่ก็สู้ต่อไป ในการแจกทุนที่ภาควิชาชีววิทยา เขาถูกปฏิเสธเนื่องจากใบสมัครของเขาให้ความสำคัญกับวิชาคณิตศาสตร์มากเกินไป และที่ภาควิชาคณิตศาสตร์ - เพราะวิชาชีววิทยา

“ปีแล้วปีเล่า ฉันถูกปฏิเสธหลังจากการปฏิเสธ” โลลาดเซเล่า - ฉันหมดหวัง ฉันไม่คิดว่าผู้คนเข้าใจถึงความสำคัญของการวิจัย"

คำถามนี้ถูกละทิ้งจากกระดานไม่เฉพาะในวิชาคณิตศาสตร์และชีววิทยาเท่านั้น กล่าวได้ว่าการลดลงในคุณค่าทางโภชนาการของพืชผลหลักอันเนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นมีการศึกษาเพียงเล็กน้อยนั้นเป็นการกล่าวเกินจริง ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้มีการกล่าวถึงในการเกษตร สุขภาพ และโภชนาการ เลย

เมื่อผู้สื่อข่าวของเราติดต่อผู้เชี่ยวชาญด้านโภชนาการเพื่อหารือเกี่ยวกับหัวข้อของการศึกษานี้ เกือบทุกคนประหลาดใจอย่างยิ่งและถามว่าพวกเขาสามารถหาข้อมูลได้จากที่ใด นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำคนหนึ่งจากมหาวิทยาลัยจอห์นฮอปกิ้นส์ตอบว่าคำถามนี้ค่อนข้างน่าสนใจ แต่ยอมรับว่าเขาไม่รู้อะไรเลย เขาแนะนำให้ฉันไปหาผู้เชี่ยวชาญคนอื่นที่เคยได้ยินเรื่องนี้เป็นครั้งแรกเช่นกันAcademy of Nutrition and Dietetics ซึ่งเป็นสมาคมของผู้เชี่ยวชาญด้านโภชนาการจำนวนมาก ช่วยฉันได้ติดต่อกับนักโภชนาการ Robin Forutan ที่ไม่คุ้นเคยกับการศึกษานี้

“มันน่าสนใจจริงๆ และคุณพูดถูก มีคนไม่กี่คนที่รู้” Forutan เขียนหลังจากอ่านบทความเกี่ยวกับหัวข้อนี้ เธอยังเสริมอีกว่าเธอต้องการสำรวจปัญหานี้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เธอสนใจว่าแม้การเพิ่มปริมาณคาร์โบไฮเดรตในพืชเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลต่อสุขภาพของมนุษย์ได้อย่างไร

Forutan กล่าวว่า "เราไม่รู้ว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของเนื้อหาคาร์โบไฮเดรตในอาหารจะเป็นอย่างไร" Forutan กล่าว โดยสังเกตว่าแนวโน้มโดยรวมที่มีต่อแป้งที่มากขึ้นและการบริโภคคาร์โบไฮเดรตที่สูงขึ้นนั้นดูเหมือนจะเกี่ยวข้องกับอุบัติการณ์ของโรคที่เพิ่มขึ้น ที่เกี่ยวข้องเช่นโรคอ้วนและโรคเบาหวาน - การเปลี่ยนแปลงในห่วงโซ่อาหารมีผลกระทบต่อเรื่องนี้มากน้อยเพียงใด? เรายังไม่สามารถพูดได้อย่างแน่นอน”

เราขอให้ผู้เชี่ยวชาญที่มีชื่อเสียงที่สุดคนหนึ่งในสาขานี้ให้ความเห็นเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ - Marion Nesl ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก Nesl จัดการกับปัญหาวัฒนธรรมอาหารและการดูแลสุขภาพ ในตอนแรก เธอค่อนข้างจะสงสัยในทุกสิ่ง แต่สัญญาว่าจะศึกษารายละเอียดข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างละเอียด หลังจากนั้นเธอก็รับตำแหน่งอื่น “คุณโน้มน้าวใจฉัน” เธอเขียนพร้อมแสดงความกังวลเช่นกัน - ไม่ชัดเจนนักว่าการลดลงของคุณค่าทางโภชนาการของอาหารที่เกิดจากการเพิ่มความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะส่งผลต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างมีนัยสำคัญหรือไม่ เราต้องการข้อมูลอีกมาก"

Christy Eby นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Washington กำลังศึกษาความเชื่อมโยงระหว่างการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศกับสุขภาพของมนุษย์ เธอเป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ไม่กี่คนในสหรัฐอเมริกาที่มีความสนใจในผลร้ายแรงที่อาจเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ และเธอกล่าวถึงเรื่องนี้ในทุกสุนทรพจน์

มีสิ่งที่ไม่รู้มากเกินไป Ebi เชื่อมั่น "ตัวอย่างเช่น คุณรู้ได้อย่างไรว่าขนมปังไม่มีสารอาหารรองที่อยู่ในนั้นเมื่อ 20 ปีที่แล้วอีกต่อไป"

Ebi กล่าวว่าการเชื่อมโยงระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์กับโภชนาการไม่ชัดเจนในทันทีสำหรับชุมชนวิทยาศาสตร์ เนื่องจากต้องใช้เวลายาวนานในการพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของสภาพอากาศและสุขภาพของมนุษย์โดยทั่วไปอย่างจริงจัง "นี่คือสิ่งที่มักจะดูเหมือน" Eby กล่าว "ในช่วงก่อนการเปลี่ยนแปลง"

ในงานแรกของ Loladze มีคำถามจริงจังซึ่งเป็นเรื่องยาก แต่ค่อนข้างสมจริงในการค้นหาคำตอบ การเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของCO₂ในบรรยากาศส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืชอย่างไร ผลกระทบของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีต่อคุณค่าทางโภชนาการของอาหารลดลงเมื่อเทียบกับปัจจัยอื่นๆ เช่น สภาพการเจริญเติบโตเป็นอย่างไร

การทำการทดลองทั่วทั้งฟาร์มเพื่อค้นหาว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่งผลกระทบต่อพืชอย่างไรก็เป็นงานที่ยากแต่ทำได้ นักวิจัยใช้วิธีการที่เปลี่ยนภาคสนามให้เป็นห้องปฏิบัติการจริง ตัวอย่างในอุดมคติในปัจจุบันคือการทดลองเพิ่มปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศฟรี (FACE) ในการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์ในที่โล่งสร้างอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่พ่นคาร์บอนไดออกไซด์ลงบนพืชในพื้นที่เฉพาะ เซ็นเซอร์ขนาดเล็กตรวจสอบระดับCO₂ เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสนามมากเกินไป อุปกรณ์พิเศษจะฉีดปริมาณใหม่เพื่อรักษาระดับให้คงที่ นักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบพืชเหล่านี้ได้โดยตรงกับพืชที่ปลูกในสภาวะปกติ

การทดลองที่คล้ายคลึงกันแสดงให้เห็นว่าพืชที่เติบโตในสภาวะที่มีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นจะมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ ดังนั้นในกลุ่มพืช C3 ซึ่งรวมถึงพืชเกือบ 95% ของโลก รวมทั้งพืชที่เรากิน (ข้าวสาลี ข้าว ข้าวบาร์เลย์ และมันฝรั่ง) ปริมาณแร่ธาตุที่สำคัญ - แคลเซียม โซเดียม สังกะสีก็ลดลง และเหล็ก ตามการคาดการณ์ของปฏิกิริยาของพืชต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ในอนาคตอันใกล้ปริมาณแร่ธาตุเหล่านี้จะลดลงโดยเฉลี่ย 8% ข้อมูลเดียวกันยังระบุถึงการลดลง ซึ่งบางครั้งค่อนข้างมีนัยสำคัญ ในปริมาณโปรตีนในพืช C3 ในข้าวสาลีและข้าว 6% และ 8% ตามลำดับ

ในช่วงฤดูร้อนของปีนี้ นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นแรกที่พยายามประเมินผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ที่มีต่อประชากรโลก พืชเป็นแหล่งโปรตีนที่จำเป็นสำหรับผู้คนในประเทศกำลังพัฒนา นักวิจัยคาดการณ์ว่าผู้คน 150 ล้านคนมีความเสี่ยงที่จะขาดแคลนโปรตีนภายในปี 2050 โดยเฉพาะในประเทศอย่างอินเดียและบังคลาเทศ นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่า 138 ล้านคนจะมีความเสี่ยงเนื่องจากปริมาณสังกะสีที่ลดลง ซึ่งมีความสำคัญต่อสุขภาพของแม่และเด็ก พวกเขาประเมินว่ามารดามากกว่า 1 พันล้านคนและเด็ก 354 ล้านคนอาศัยอยู่ในประเทศที่คาดการณ์ว่าจะลดปริมาณธาตุเหล็กในอาหารของพวกเขา ซึ่งอาจเพิ่มความเสี่ยงที่ร้ายแรงอยู่แล้วว่าจะเป็นโรคโลหิตจางที่ลุกลาม

การคาดการณ์ดังกล่าวยังไม่ได้นำไปใช้กับสหรัฐอเมริกา ซึ่งอาหารของประชากรส่วนใหญ่มีความหลากหลายและมีโปรตีนเพียงพอ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าปริมาณน้ำตาลในพืชเพิ่มขึ้นและกลัวว่าหากอัตรานี้ยังคงอยู่ ก็จะมีปัญหาเรื่องโรคอ้วนและโรคหัวใจและหลอดเลือดมากขึ้น

USDA ยังมีส่วนสำคัญในการวิจัยเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของคาร์บอนไดออกไซด์กับธาตุอาหารพืช Lewis Ziska นักสรีรวิทยาพืชที่บริการวิจัยทางการเกษตรในเบลต์สวิลล์ รัฐแมริแลนด์ ได้เขียนเอกสารทางโภชนาการจำนวนหนึ่งซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับคำถามที่ Loladze โพสต์เมื่อ 15 ปีที่แล้วอย่างละเอียด

Ziska คิดค้นการทดลองที่ง่ายกว่าซึ่งไม่ต้องการการปลูกพืช เขาตัดสินใจศึกษาโภชนาการของผึ้ง

Goldenrod เป็นดอกไม้ป่าที่หลายคนมองว่าเป็นวัชพืช แต่จำเป็นสำหรับผึ้ง ดอกบานในช่วงปลายฤดูร้อนและละอองเกสรดอกไม้เป็นแหล่งโปรตีนที่สำคัญสำหรับแมลงเหล่านี้ในช่วงฤดูหนาว ผู้คนไม่เคยปลูกโกลเด้นร็อดโดยเฉพาะหรือสร้างพันธุ์ใหม่ ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปก็ไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรมาก ต่างจากข้าวโพดหรือข้าวสาลี ตัวอย่างโกลเด้นร็อดหลายร้อยชิ้นถูกเก็บไว้ในเอกสารสำคัญขนาดใหญ่ของสถาบันสมิธโซเนียน ซึ่งเก่าแก่ที่สุดนับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2385 สิ่งนี้ทำให้ Ziska และเพื่อนร่วมงานของเขาติดตามว่าโรงงานเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตั้งแต่ครั้งนั้น

นักวิจัยพบว่าตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม ปริมาณโปรตีนของละอองเกสรทองคำลดลงหนึ่งในสาม และการลดลงนี้สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาสาเหตุที่ทำให้ประชากรผึ้งทั่วโลกลดลงมาเป็นเวลานาน ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อพืชผลที่จำเป็นสำหรับการผสมเกสร ในงานของเขา Ziska แนะนำว่าการลดลงของโปรตีนในละอองเกสรก่อนฤดูหนาวอาจเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ผึ้งพบว่ามันยากที่จะอยู่รอดในฤดูหนาว

นักวิทยาศาสตร์กังวลว่าผลกระทบของคาร์บอนไดออกไซด์ต่อพืชจะไม่ได้รับการศึกษาในอัตราที่เพียงพอ เนื่องจากแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรที่เปลี่ยนไปอาจใช้เวลานาน “เรายังไม่มีโอกาสเข้าไปแทรกแซงและเริ่มใช้วิธีการแบบเดิมๆ เพื่อแก้ไขสถานการณ์” Ziska กล่าว “จะใช้เวลา 15-20 ปีในการนำผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการไปปฏิบัติ”

ดังที่ Loladze และเพื่อนร่วมงานค้นพบ คำถามใหม่ที่ครอบคลุมและตัดขวางอาจค่อนข้างซับซ้อน มีนักสรีรวิทยาพืชหลายคนทั่วโลกที่ศึกษาเรื่องพืชผล แต่ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ปัจจัยต่างๆ เช่น ผลผลิตและการควบคุมศัตรูพืช มันไม่เกี่ยวอะไรกับโภชนาการ จากประสบการณ์ของ Loladze ภาควิชาคณิตศาสตร์ไม่ได้สนใจผลิตภัณฑ์อาหารเป็นพิเศษในฐานะวัตถุประสงค์ของการวิจัย และการศึกษาพืชที่มีชีวิตเป็นธุรกิจที่ใช้เวลานานและมีราคาแพง โดยจะใช้เวลาหลายปีและต้องใช้เงินทุนจำนวนมากเพื่อให้ได้ข้อมูลเพียงพอระหว่างการทดลอง FACE

แม้จะมีความยากลำบาก นักวิทยาศาสตร์สนใจคำถามเหล่านี้มากขึ้น และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า พวกเขาก็อาจจะสามารถหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ได้Ziska และ Loladze ผู้สอนคณิตศาสตร์ที่ Brian's College of Health Sciences ในลินคอล์น รัฐเนบราสก้า กำลังทำงานร่วมกับทีมนักวิทยาศาสตร์จากประเทศจีน ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย และสหรัฐอเมริกา ในการศึกษาครั้งสำคัญเกี่ยวกับผลกระทบของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีต่อคุณสมบัติทางโภชนาการของ ข้าวหนึ่งในพืชที่สำคัญที่สุด นอกจากนี้ พวกเขากำลังศึกษาการเปลี่ยนแปลงของปริมาณวิตามิน ส่วนประกอบอาหารที่สำคัญ ซึ่งจนถึงขณะนี้ ยังไม่ได้ดำเนินการจริง

เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยของ USDA ได้ทำการทดลองอีกครั้ง เพื่อค้นหาว่าระดับ CO₂ ที่สูงขึ้นส่งผลต่อพืชผลอย่างไร พวกเขาได้เก็บตัวอย่างข้าว ข้าวสาลี และถั่วเหลืองจากช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 และปลูกในพื้นที่ที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ปลูกพืชพันธุ์เดียวกันเมื่อหลายปีก่อน

ที่สนามวิจัยของ USDA ในรัฐแมริแลนด์ นักวิทยาศาสตร์กำลังทดลองกับพริกหยวก พวกเขาต้องการตรวจสอบว่าปริมาณวิตามินซีเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น พวกเขายังศึกษากาแฟเพื่อดูว่าปริมาณคาเฟอีนลดลงหรือไม่ “ยังมีคำถามอีกมากมาย” Ziska กล่าวขณะแสดงศูนย์วิจัยในเบลต์สวิลล์ "นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น."

Lewis Ziska เป็นส่วนหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มเล็กๆ ที่พยายามประเมินการเปลี่ยนแปลงและค้นหาว่าการเปลี่ยนแปลงจะส่งผลต่อผู้คนอย่างไร ตัวละครหลักอีกตัวในเรื่องนี้คือ ซามูเอล ไมเยอร์ส นักภูมิอากาศวิทยาที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด Myers เป็นหัวหน้าของ Planetary Health Alliance เป้าหมายขององค์กรคือการบูรณาการสภาพอากาศและการดูแลสุขภาพเข้าด้วยกันอีกครั้ง ไมเยอร์สเชื่อมั่นว่าชุมชนวิทยาศาสตร์ไม่ได้ให้ความสนใจเพียงพอกับความสัมพันธ์ระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์และโภชนาการ ซึ่งเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภาพรวมที่ใหญ่ขึ้นว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อระบบนิเวศอย่างไร “นี่เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของภูเขาน้ำแข็ง” ไมเออร์สกล่าว "เรามีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการทำให้ผู้คนเข้าใจว่าควรมีคำถามกี่ข้อ"

ในปี 2014 ไมเยอร์สและทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่สำคัญในวารสาร Nature ที่ศึกษาพืชผลสำคัญๆ ที่ปลูกในหลายพื้นที่ในญี่ปุ่น ออสเตรเลีย และสหรัฐอเมริกา ในองค์ประกอบของพวกเขาพบว่าปริมาณโปรตีนเหล็กและสังกะสีลดลงเนื่องจากความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น เป็นครั้งแรกที่สิ่งพิมพ์ดังกล่าวได้รับความสนใจจากสื่ออย่างแท้จริง

“เป็นการยากที่จะคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกจะส่งผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างไร แต่เราพร้อมสำหรับสิ่งที่ไม่คาดฝัน หนึ่งในนั้นคือความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศและการลดลงของคุณค่าทางโภชนาการของพืช C3 ตอนนี้เรารู้เกี่ยวกับมันแล้วและสามารถคาดการณ์การพัฒนาต่อไปได้” นักวิจัยเขียน

อันที่จริงในปีเดียวกันนั้น ในวันเดียวกันนั้นเอง Loladze ในขณะนั้นสอนคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาธอลิก Daegu ในเกาหลีใต้ ตีพิมพ์บทความของเขาเอง - ด้วยข้อมูลที่เขารวบรวมมานานกว่า 15 ปี นี่เป็นการศึกษาที่ใหญ่ที่สุดที่เคยมีมาเกี่ยวกับการเพิ่มความเข้มข้นของ CO₂ และผลกระทบต่อธาตุอาหารพืช Loladze มักจะอธิบายวิทยาศาสตร์พืชว่า "เสียงดัง" เช่นเดียวกับศัพท์แสงทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์เรียกพื้นที่ที่เต็มไปด้วยข้อมูลที่ซับซ้อนซึ่งดูเหมือนจะ "ส่งเสียงดัง" และผ่าน "เสียง" นี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้ยินสัญญาณที่คุณต้องการ ในที่สุดชั้นข้อมูลใหม่ของเขาก็ใหญ่พอที่จะรับรู้สัญญาณที่ต้องการผ่านสัญญาณรบกวนและตรวจจับ "การเปลี่ยนแปลงที่ซ่อนอยู่" ตามที่นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า

Loladze พบว่าทฤษฎีในปี 2545 ของเขาหรือค่อนข้างสงสัยอย่างมากที่เขาเปล่งออกมาในขณะนั้นกลายเป็นเรื่องจริง การศึกษานี้เกี่ยวข้องกับพืชเกือบ 130 สายพันธุ์และตัวอย่างมากกว่า 15,000 ตัวอย่างที่ได้รับจากการทดลองในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ความเข้มข้นรวมของแร่ธาตุ เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม สังกะสี และเหล็ก ลดลงโดยเฉลี่ย 8% ปริมาณคาร์โบไฮเดรตสัมพันธ์กับปริมาณแร่ธาตุเพิ่มขึ้น พืช เช่น สาหร่าย กลายเป็นอาหารจานด่วน

ยังต้องรอดูกันต่อไปว่าการค้นพบนี้จะส่งผลต่อมนุษย์อย่างไร ซึ่งอาหารหลักคือพืช นักวิทยาศาสตร์ที่เจาะลึกในหัวข้อนี้จะต้องเอาชนะอุปสรรคต่างๆ: การก้าวช้าและความมืดมนของการวิจัย โลกแห่งการเมืองที่คำว่า "ภูมิอากาศ" เพียงพอที่จะหยุดการพูดถึงเรื่องเงินทุน จำเป็นต้องสร้าง "สะพาน" ใหม่อย่างแท้จริงในโลกของวิทยาศาสตร์ - Loladze พูดเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้วยรอยยิ้มในงานของเขา เมื่อบทความถูกตีพิมพ์ในที่สุดในปี 2014 Loladze ได้รวมรายการการปฏิเสธการให้ทุนทั้งหมดไว้ในแอป