O aumento do dióxido de carbono leva a alimentos de má qualidade na Terra

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Artigo sobre a obra de um cientista georgiano que, tendo chegado aos Estados Unidos, além da matemática, estudou biologia. Ele começou a observar mudanças na vida das plantas dependendo da qualidade do ar e da luz. A conclusão foi ecológica: o crescimento do dióxido de carbono na atmosfera acelera o crescimento das plantas, mas as priva de substâncias úteis ao homem.

Irakli Loladze é matemático de formação, mas foi no laboratório biológico que se deparou com um enigma que mudou toda a sua vida. Isso aconteceu em 1998, quando Loladze estava recebendo seu doutorado na Universidade do Arizona. Ao lado de recipientes de vidro brilhando com algas verdes brilhantes, um biólogo disse a Loladze e a meia dúzia de outros alunos de pós-graduação que os cientistas haviam descoberto algo misterioso sobre o zooplâncton.

O zooplâncton são animais microscópicos que nadam nos oceanos e lagos do mundo. Eles se alimentam de algas, que são essencialmente plantas minúsculas. Os cientistas descobriram que, ao aumentar o fluxo de luz, é possível acelerar o crescimento das algas, aumentando assim a oferta de recursos alimentares para o zooplâncton e tendo um efeito positivo no seu desenvolvimento. Mas as esperanças dos cientistas não se concretizaram. Quando os pesquisadores começaram a cobrir mais algas, seu crescimento realmente se acelerou. Animais minúsculos têm muita comida, mas, paradoxalmente, em algum momento eles estavam prestes a sobreviver. O aumento da quantidade de alimentos deveria ter levado a uma melhora na qualidade de vida do zooplâncton e, no final, acabou sendo um problema. Como isso pôde acontecer?

Apesar de Loladze ter estudado formalmente na Faculdade de Matemática, ele ainda amava biologia e não conseguia parar de pensar nos resultados de suas pesquisas. Os biólogos tiveram uma ideia aproximada do que aconteceu. Mais luz fez com que as algas crescessem mais rápido, mas acabou diminuindo os nutrientes necessários para a reprodução do zooplâncton. Ao acelerar o crescimento das algas, os pesquisadores basicamente as transformaram em fast food. O zooplâncton tinha mais comida, mas tornou-se menos nutritivo e, portanto, os animais começaram a morrer de fome.

Loladze usou sua formação matemática para ajudar a medir e explicar a dinâmica que descreve a dependência do zooplâncton das algas. Junto com colegas, ele desenvolveu um modelo que mostra a relação entre uma fonte de alimento e um animal que dela depende. Eles publicaram seu primeiro artigo científico sobre o assunto em 2000. Mas, além disso, a atenção de Loladze estava concentrada na questão mais importante do experimento: até onde pode ir esse problema?

“Fiquei surpreso com a disseminação dos resultados”, lembrou Loladze em uma entrevista. A grama e as vacas podem ser afetadas pelo mesmo problema? Que tal arroz e pessoas? “O momento em que comecei a pensar sobre nutrição humana foi um momento decisivo para mim”, disse o cientista.

No mundo além do oceano, o problema não é que as plantas estejam repentinamente recebendo mais luz: elas vêm consumindo mais dióxido de carbono há anos. Ambos são necessários para o crescimento das plantas. E se mais luz levar a algas "fast food" de crescimento rápido, mas menos nutritivas, com proporções mal balanceadas de açúcar para nutrientes, seria lógico supor que o aumento da concentração de dióxido de carbono poderia ter o mesmo efeito. E pode afetar plantas em todo o planeta. O que isso significa para as plantas que comemos?

A ciência simplesmente não sabia o que Loladze descobriu. Sim, o fato de que o nível de dióxido de carbono na atmosfera aumentou já era bem conhecido, mas o cientista ficou impressionado com a pouca pesquisa que tem se dedicado ao efeito desse fenômeno nas plantas comestíveis. Pelos próximos 17 anos, continuando sua carreira matemática, ele estudou cuidadosamente a literatura científica e os dados que pôde encontrar. E os resultados pareciam apontar em uma direção: o efeito do fast food que ele aprendeu no Arizona estava aparecendo em campos e florestas ao redor do mundo. “À medida que os níveis de CO₂ continuam aumentando, cada folha e folha de grama na Terra está produzindo mais e mais açúcares”, explicou Loladze. "Testemunhamos a maior injeção de carboidratos na biosfera da história - uma injeção que dilui outros nutrientes em nossos recursos alimentares."

O cientista publicou os dados que coletou há apenas alguns anos, e eles rapidamente atraíram a atenção de um pequeno, mas bastante preocupado, grupo de pesquisadores que levantaram questões preocupantes sobre o futuro de nossa nutrição. O dióxido de carbono poderia ter um efeito sobre a saúde humana que ainda não estudamos? Parece que a resposta é sim e, em busca de evidências, Loladze e outros cientistas tiveram que fazer as perguntas científicas mais urgentes, incluindo as seguintes: "Quão difícil é conduzir pesquisas em um campo que ainda não existe?"

Na pesquisa agrícola, a notícia de que muitos alimentos importantes estão se tornando menos nutritivos não é nova. Medições de frutas e vegetais mostram que o conteúdo de minerais, vitaminas e proteínas neles diminuiu acentuadamente nos últimos 50-70 anos. Os pesquisadores acreditam que a razão principal é bastante simples: quando criamos e selecionamos safras, nossa prioridade é rendimentos mais altos, não valor nutricional, enquanto as variedades que rendem mais (seja brócolis, tomate ou trigo) são menos nutritivas. …

Em 2004, um estudo completo de frutas e vegetais descobriu que tudo, desde proteínas e cálcio a ferro e vitamina C, caiu significativamente na maioria das safras de horticultura desde 1950. Os autores concluíram que isso se deve principalmente à escolha de variedades para posterior melhoramento.

Loladze, na companhia de vários outros cientistas, suspeita que este não seja o fim e que talvez a própria atmosfera esteja mudando nossa comida. As plantas precisam de dióxido de carbono da mesma forma que as pessoas precisam de oxigênio. O nível de CO₂ na atmosfera continua a aumentar - em um debate cada vez mais polarizado sobre a ciência do clima, nunca ocorre a ninguém contestar esse fato. Antes da revolução industrial, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera da Terra era de cerca de 280 ppm (partes por milhão, um milionésimo é uma unidade de medida de qualquer valor relativo, igual a 1,10-6 do indicador básico - ed.). No ano passado, esse valor chegou a 400 ppm. Os cientistas preveem que, no próximo meio século, provavelmente chegaremos a 550 ppm, o que é o dobro do que estava no ar quando os americanos começaram a usar tratores na agricultura.

Para quem tem paixão pelo melhoramento de plantas, essa dinâmica pode parecer positiva. Além disso, é assim que os políticos costumavam se esconder, justificando sua indiferença às consequências das mudanças climáticas. O republicano Lamar Smith, presidente do Comitê Científico da Câmara dos Estados Unidos, argumentou recentemente que as pessoas não deveriam se preocupar tanto com o aumento dos níveis de dióxido de carbono. Segundo ele, é bom para as plantas, e o que é bom para as plantas é bom para nós.

"Uma concentração mais alta de dióxido de carbono em nossa atmosfera promoverá a fotossíntese, que por sua vez levará a um aumento na taxa de crescimento das plantas", escreveu um republicano do Texas. "Os alimentos serão produzidos em maiores volumes e sua qualidade será melhor."

Mas, como o experimento do zooplâncton mostrou, mais volume e melhor qualidade nem sempre andam de mãos dadas. Ao contrário, uma relação inversa pode ser estabelecida entre eles. Veja como os melhores cientistas explicam esse fenômeno: a concentração crescente de dióxido de carbono acelera a fotossíntese, um processo que ajuda as plantas a converter a luz solar em alimento. Como resultado, seu crescimento acelera, mas ao mesmo tempo eles também começam a absorver mais carboidratos (como a glicose) em detrimento de outros nutrientes de que precisamos, como proteínas, ferro e zinco.

Em 2002, enquanto continuava seus estudos na Universidade de Princeton depois de defender sua tese de doutorado, Loladze publicou um sólido artigo de pesquisa no principal jornal Trends in Ecology and Evolution, que argumentava que o aumento dos níveis de dióxido de carbono e a nutrição humana estão inextricavelmente ligados a mudanças globais nas plantas qualidade. No artigo, Loladze reclamou da falta de dados: entre milhares de publicações sobre plantas e aumento dos níveis de dióxido de carbono, ele encontrou apenas uma que se concentrava no efeito do gás no balanço de nutrientes do arroz, uma cultura da qual bilhões de pessoas dependem para colheita. (Um artigo publicado em 1997 trata da queda nos níveis de zinco e ferro no arroz.)

Em seu artigo, Loladze foi o primeiro a mostrar o efeito do dióxido de carbono na qualidade das plantas e na nutrição humana. No entanto, o cientista levantou mais questões do que encontrou respostas, argumentando acertadamente que ainda existem muitas lacunas no estudo. Se ocorrerem mudanças no valor nutricional em todos os níveis da cadeia alimentar, elas precisam ser estudadas e medidas.

Parte do problema, ao que parece, estava no próprio mundo da pesquisa. Para obter as respostas, Loladze precisou de conhecimentos na área de agronomia, nutrição e fisiologia vegetal, profundamente temperados com matemática. A última parte poderia ser tratada, mas naquela época ele estava apenas começando sua carreira científica, e os departamentos de matemática não estavam particularmente interessados em resolver problemas de agricultura e saúde humana. Loladze lutou para garantir financiamento para novas pesquisas e, ao mesmo tempo, continuou a coletar maniacamente todos os dados possíveis já publicados por cientistas de todo o mundo. Ele foi para a parte central do país, para a Universidade de Nebraska-Lincoln, onde foi oferecido o cargo de assistente do departamento. A universidade estava ativamente engajada na pesquisa no campo da agricultura, o que dava boas perspectivas, mas Loladze era apenas um professor de matemática. Conforme lhe foi explicado, ele pode continuar fazendo suas pesquisas, desde que ele mesmo as financie. Mas ele continuou a lutar. Na distribuição de bolsas no Departamento de Biologia, ele foi recusado pelo fato de seu pedido dar muita atenção à matemática, e no Departamento de Matemática - por causa da biologia.

“Ano após ano, recebo rejeição após rejeição”, lembra Loladze. - Eu estava desesperado. Eu não acho que as pessoas entenderam a importância da pesquisa."

Essa questão foi deixada de fora não apenas em matemática e biologia. Dizer que a diminuição do valor nutricional das culturas básicas devido ao aumento da concentração de dióxido de carbono é pouco estudada é um eufemismo. Este fenômeno simplesmente não é discutido na agricultura, saúde e nutrição. Em absoluto.

Quando nossos repórteres contataram especialistas em nutrição para discutir o tema do estudo, quase todos ficaram extremamente surpresos e perguntaram onde podem encontrar os dados. Um importante cientista da Universidade Johns Hopkins respondeu que a pergunta era bastante interessante, mas admitiu que nada sabia sobre ela. Ele me encaminhou para outro especialista que também ouviu falar sobre isso pela primeira vez. A Academia de Nutrição e Dietética, uma associação de um grande número de especialistas em nutrição, me ajudou a entrar em contato com a nutricionista Robin Forutan, que também não estava familiarizada com o estudo.

“É muito interessante, e você está certo, poucas pessoas sabem”, escreveu Forutan após ler alguns artigos sobre o assunto. Ela também acrescentou que gostaria de explorar a questão mais profundamente. Em particular, ela está interessada em como até mesmo um pequeno aumento na quantidade de carboidratos nas plantas pode afetar a saúde humana.

“Não sabemos o que pode resultar em uma pequena mudança no conteúdo de carboidratos dos alimentos”, disse Forutan, observando que a tendência geral para mais amido e maior ingestão de carboidratos parece ter algo a ver com o aumento da incidência de doenças. relacionados, como obesidade e diabetes. - Até que ponto as mudanças na cadeia alimentar afetam isso? Não podemos dizer com certeza ainda”.

Pedimos a um dos especialistas mais famosos da área que comentasse esse fenômeno - Marion Nesl, professora da Universidade de Nova York. Nesl lida com questões de cultura alimentar e saúde. A princípio, ela se mostrou bastante cética em relação a tudo, mas prometeu estudar detalhadamente as informações disponíveis sobre as mudanças climáticas, após o que assumiu uma postura diferente. “Você me convenceu”, escreveu ela, também expressando preocupação. - Não está totalmente claro se a diminuição do valor nutricional dos alimentos causada por um aumento na concentração de dióxido de carbono pode afetar significativamente a saúde humana. Precisamos de muito mais dados."

Christy Eby, pesquisadora da Universidade de Washington, está estudando a ligação entre as mudanças climáticas e a saúde humana. Ela é uma das poucas cientistas nos Estados Unidos que está interessada nas possíveis consequências graves de mudar a quantidade de dióxido de carbono, e ela menciona isso em todos os discursos.

Existem muitas incógnitas, Ebi está convencido. "Por exemplo, como você sabe que o pão não contém mais os micronutrientes que havia 20 anos atrás?"

A ligação entre dióxido de carbono e nutrição não se tornou imediatamente aparente para a comunidade científica, diz Ebi, precisamente porque levou muito tempo para considerar seriamente a interação do clima e a saúde humana em geral. "É assim que as coisas geralmente parecem", diz Eby, "na véspera da mudança."

Nos primeiros trabalhos de Loladze, foram colocadas questões sérias, para as quais é difícil, mas bastante realista, encontrar respostas. Como um aumento na concentração de CO₂ atmosférico afeta o crescimento das plantas? Qual é a participação do efeito do dióxido de carbono na queda do valor nutricional dos alimentos em relação à participação de outros fatores, por exemplo, as condições de cultivo?

Realizar um experimento em toda a fazenda para descobrir como o dióxido de carbono afeta as plantas também é uma tarefa difícil, mas factível. Os pesquisadores usam um método que transforma o campo em um verdadeiro laboratório. Um exemplo ideal hoje é o experimento de enriquecimento de dióxido de carbono ao ar livre (FACE). No decorrer desse experimento, os cientistas ao ar livre criam dispositivos em grande escala que borrifam dióxido de carbono nas plantas em uma área específica. Sensores pequenos monitoram o nível de CO₂. Quando muito dióxido de carbono sai do campo, um dispositivo especial pulveriza uma nova dose para manter o nível constante. Os cientistas podem então comparar diretamente essas plantas àquelas cultivadas em condições normais.

Experimentos semelhantes mostraram que as plantas que crescem em condições de maior teor de dióxido de carbono sofrem mudanças significativas. Assim, no grupo de plantas C3, que inclui quase 95% das plantas da Terra, incluindo aquelas que comemos (trigo, arroz, cevada e batata), houve uma diminuição na quantidade de minerais importantes - cálcio, sódio, zinco e ferro. De acordo com as previsões da reação das plantas a mudanças na concentração de gás carbônico, em um futuro próximo a quantidade desses minerais diminuirá em média 8%. Os mesmos dados indicam também uma diminuição, por vezes bastante significativa, do teor de proteína nas culturas C3 - no trigo e no arroz em 6% e 8%, respetivamente.

No verão deste ano, um grupo de cientistas publicou o primeiro trabalho no qual foram feitas tentativas de avaliar o impacto dessas mudanças na população da Terra. As plantas são uma fonte essencial de proteína para as pessoas no mundo em desenvolvimento. Os pesquisadores estimam que 150 milhões de pessoas correm o risco de escassez de proteínas até 2050, especialmente em países como Índia e Bangladesh. Os cientistas também descobriram que 138 milhões estarão em risco devido à diminuição da quantidade de zinco, que é vital para a saúde de mães e crianças. Eles estimam que mais de 1 bilhão de mães e 354 milhões de crianças vivem em países onde se prevê que diminuam a quantidade de ferro em seus alimentos, o que pode agravar o já sério risco de anemia generalizada.

Essas previsões ainda não se aplicam aos Estados Unidos, onde a dieta da maior parte da população é diversa e contém proteínas suficientes. No entanto, os pesquisadores observam um aumento na quantidade de açúcar nas plantas e temem que, se essa taxa continuar, haverá ainda mais obesidade e problemas cardiovasculares.

O USDA também está fazendo contribuições significativas para a pesquisa sobre a relação do dióxido de carbono com a nutrição das plantas. Lewis Ziska, fisiologista vegetal do Serviço de Pesquisa Agrícola em Beltsville, Maryland, escreveu uma série de artigos nutricionais que elaboram algumas das questões que Loladze colocou 15 anos atrás.

Ziska planejou um experimento mais simples que não exigia o cultivo de plantas. Ele decidiu estudar a nutrição das abelhas.

Goldenrod é uma flor silvestre considerada por muitos como uma erva daninha, mas essencial para as abelhas. Ela floresce no final do verão e seu pólen é uma importante fonte de proteína para esses insetos durante o inverno rigoroso. As pessoas nunca cultivaram goldenrod especialmente ou criaram novas variedades, portanto, com o tempo, ele não mudou muito, ao contrário do milho ou do trigo. Centenas de espécimes de goldenrod estão armazenados nos enormes arquivos do Smithsonian Institution, o mais antigo datando de 1842. Isso permitiu a Ziska e seus colegas rastrear como a planta mudou desde aquela época.

Os pesquisadores descobriram que, desde a revolução industrial, o teor de proteína do pólen de goldenrod caiu em um terço, e essa queda está intimamente relacionada ao aumento do dióxido de carbono. Os cientistas há muito tentam descobrir as razões do declínio das populações de abelhas em todo o mundo - isso pode ter um efeito negativo nas plantações para as quais são necessárias para polinizar. Em seu trabalho, Ziska sugeriu que a diminuição da proteína no pólen antes do inverno pode ser outra razão pela qual as abelhas têm dificuldade para sobreviver no inverno.

O cientista teme que os efeitos do dióxido de carbono nas plantas não estejam sendo estudados a taxas suficientes, já que a mudança nas práticas agrícolas pode demorar. “Ainda não temos a oportunidade de intervir e começar a usar métodos tradicionais para consertar a situação”, disse Ziska. “Levará de 15 a 20 anos para que os resultados dos testes de laboratório sejam colocados em prática”

Como Loladze e seus colegas descobriram, novas questões abrangentes e transversais podem ser bastante complexas. Existem muitos fisiologistas de plantas em todo o mundo que estudam as colheitas, mas eles se concentram principalmente em fatores como produção e controle de pragas. Não tem nada a ver com nutrição. De acordo com a experiência de Loladze, os departamentos de matemática não estão particularmente interessados em produtos alimentícios como objetos de pesquisa. E o estudo de plantas vivas é um negócio longo e caro: levará vários anos e muito financiamento para obter dados suficientes durante o experimento FACE.

Apesar das dificuldades, os cientistas estão cada vez mais interessados nessas questões e, nos próximos anos, poderão encontrar respostas para elas. Ziska e Loladze, que leciona matemática no Brian's College of Health Sciences em Lincoln, Nebraska, está trabalhando com uma equipe de cientistas da China, Japão, Austrália e Estados Unidos em um grande estudo sobre os efeitos do dióxido de carbono nas propriedades nutricionais de arroz, uma das culturas mais importantes. Além disso, eles estudam a mudança na quantidade de vitaminas, importantes componentes dos alimentos, que até agora praticamente não foram feitas.

Recentemente, pesquisadores do USDA conduziram outro experimento. Para descobrir como os níveis mais altos de CO₂ afetam as colheitas, eles pegaram amostras de arroz, trigo e soja das décadas de 1950 e 1960 e as plantaram em áreas onde outros cientistas haviam cultivado as mesmas variedades há muitos anos.

No campo de pesquisa do USDA em Maryland, os cientistas estão fazendo experiências com pimentões. Eles querem determinar como a quantidade de vitamina C muda com o aumento da concentração de dióxido de carbono. Eles também estudam o café para ver se a quantidade de cafeína está diminuindo. “Ainda há muitas perguntas”, disse Ziska ao mostrar o centro de pesquisa em Beltsville. "Isto é apenas o começo."

Lewis Ziska faz parte de um pequeno grupo de cientistas que está tentando avaliar as mudanças e descobrir como elas afetarão as pessoas. Outro personagem importante nesta história é Samuel Myers, climatologista da Universidade de Harvard. Myers está à frente da Planetary Health Alliance. O objetivo da organização é reintegrar a climatologia e os cuidados de saúde. Myers está convencido de que a comunidade científica não está prestando atenção suficiente à relação entre dióxido de carbono e nutrição, que é apenas parte de um quadro muito mais amplo de como essas mudanças podem afetar o ecossistema. “Esta é apenas a ponta do iceberg”, disse Myers. "Foi difícil fazer as pessoas entenderem quantas perguntas deveriam ter."

Em 2014, Myers e uma equipe de cientistas publicaram um importante estudo na revista Nature, que analisou as principais culturas cultivadas em vários locais no Japão, Austrália e Estados Unidos. Em sua composição, observou-se diminuição da quantidade de proteínas, ferro e zinco devido ao aumento da concentração de dióxido de carbono. Pela primeira vez, a publicação atraiu a atenção real da mídia.

“É difícil prever como a mudança climática global afetará a saúde humana, mas estamos prontos para o inesperado. Uma delas é a relação entre o aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera e a diminuição do valor nutricional dos cultivos C3. Agora sabemos sobre isso e podemos prever desenvolvimentos futuros”, escrevem os pesquisadores.

No mesmo ano, aliás, no mesmo dia, Loladze, então professor de matemática na Universidade Católica de Daegu, na Coréia do Sul, publicou seu próprio artigo - com dados que havia coletado por mais de 15 anos. Este é o maior estudo já feito sobre o aumento da concentração de CO₂ e seu efeito na nutrição das plantas. Loladze geralmente descreve a ciência das plantas como "barulhenta" - como no jargão científico, os cientistas chamam uma área cheia de dados complexos e díspares que parecem "fazer barulho", e por meio desse "ruído" é impossível ouvir o sinal que você está procurando. Sua nova camada de dados foi finalmente grande o suficiente para reconhecer o sinal desejado através do ruído e detectar a "mudança oculta", como o cientista a chamou.

Loladze descobriu que sua teoria de 2002, ou melhor, a forte suspeita que ele expressou na época, acabou sendo verdade. O estudo envolveu cerca de 130 variedades de plantas e mais de 15.000 amostras obtidas em experimentos nos últimos 30 anos. A concentração total de minerais como cálcio, magnésio, sódio, zinco e ferro caiu em média 8%. A quantidade de carboidratos em relação à quantidade de minerais aumentou. As plantas, assim como as algas, estavam se tornando fast food.

Resta saber como essa descoberta afetará o homem, cuja dieta principal são as plantas. Os cientistas que mergulharem neste tema terão que superar vários obstáculos: a lentidão e a obscuridade das pesquisas, o mundo da política, onde a palavra "clima" é suficiente para impedir qualquer conversa em financiamento. Será necessário construir “pontes” absolutamente novas no mundo da ciência - Loladze fala sobre isso com um sorriso em sua obra. Quando o artigo foi finalmente publicado em 2014, Loladze incluiu uma lista de todas as recusas de financiamento no aplicativo.