Ираклий Лоладзе — математик по образованию, но конкретно в био лаборатории он столкнулся с загадкой, которая изменила всю его жизнь. Это вышло в 1998 году, когда Лоладзе получал докторскую степень в институте штата Аризона. Стоя у стеклянных контейнеров, сияющих ярко-зелеными водными растениями, один биолог сказал Лоладзе и полдюжине остальных аспирантов, что ученые нашли нечто таинственное в зоопланктоне.
Зоопланктон — это микроскопичные звериные, плавающие в глобальных океанах и озерах. Они питаются водными растениями, которые, по сущности, представляют собой крохотные растения. Ученые нашли, что, увеличив поток света, можно ускорять рост водных растений, тем увеличивая припас пищевых ресурсов для зоопланктона и оказывая положительное воздействие на его развитие. Но надежды ученых не оправдались. Когда исследователи стали больше освещать водные растения, их рост вправду ускорился. У крохотных звериных возникло много пищи, но, как ни феноминально, в определенный момент они оказались на грани выживания. Повышение количества еды обязано было привести к улучшению свойства жизни зоопланктона, а в итоге обернулось неувязкой. Как это могло произойти?
Невзирая на то, что формально Лоладзе учился на математическом факультете, он как и раньше обожал биологию и не мог не мыслить о результатах исследования. Биологи приблизительно представляли, что вышло. Большее количество света принуждало водные растения расти резвее, но в итоге уменьшалось содержание в их питательных веществ, нужных для размножения зоопланктона. Ускоряя рост водных растений, исследователи по существу превратили их в фаст-фуд. У зоопланктона возникло больше пищи, но она стала наименее питательной, и потому звериные начали голодовать.
Лоладзе употреблял свое математическое образование, чтоб посодействовать измерить и разъяснить динамику, отображающую зависимость зоопланктона от водных растений. Вместе с сотрудниками он разработал модель, которая демонстрировала связь меж источником еды и звериным, от него зависящим. Они выпустили 1-ый научный доклад на данную тему в 2000-м году. Но кроме этого внимание Лоладзе было приковано к наиболее принципиальному вопросцу опыта: как далековато эта неувязка может зайти?
«Меня поразило то, как обширное применение имеют приобретенные результаты», — вспоминал Лоладзе в интервью. Может ли та же неувязка затронуть травку и скотин? А рис и людей? «Момент, когда я начал мыслить о питании людей, стал для меня переломным», — заявил ученый.
В мире за пределами океана неувязка заключается не в том, что растения в один момент начинают получать больше света: вот уже много лет они потребляют больше углекислого газа. И то, и другое нужно растениям для роста. И если большее количество света приводит к быстрорастущим, но наименее питательным «фаст-фудным» водорослям с плохо равновесным соотношением сахара и питательных веществ, то было бы разумно представить, что увеличение концентрации углекислого газа может оказать таковой же эффект. И он может затрагивать растения по всей планетке. Что это может означать в отношении тех растений, которые мы употребляем в еду?
Наука просто не знала того, что нашел Лоладзе. Да, факт увеличения уровня углекислого газа в атмосфере уже был отлично известен, но ученого поразило то, как не много исследовательских работ посвящено воздействию этого парадокса на съедобные растения. В течение последующих 17 лет, продолжая свою математическую карьеру, он кропотливо изучал научную литературу и данные, которые мог отыскать. И приобретенные результаты, чудилось, указывали в одном направлении: эффект фаст-фуда, о котором он вызнал в Аризоне, проявлялся в полях и лесах по всему миру. «По мере того как уровень CO₂ продолжает расти, любой листок и любая травинка на Земле создают больше и больше сахаров, — растолковал Лоладзе. — Мы стали очевидцами самого огромного в истории вброса углеводов в биосферу — вброса, разбавляющего остальные полезные вещества в наших пищевых ресурсах».
Ученый опубликовал собранные данные всего несколько годов назад, и они стремительно завлекли внимание маленький, но довольно обеспокоенной группы исследователей, которые поднимают тревожные вопросцы о будущем нашего питания. Мог ли углекислый газ оказать на здоровье человека еще не изученное нами воздействие? Похоже, ответ положительный, и в поисках доказательств Лоладзе и иным ученым пришлось задаваться самыми наточенными научными вопросцами, в том числе и таковым: «Как трудно проводить исследования в области, которая еще не существует?»
В сфере сельскохозяйственных исследовательских работ весть о том, что почти все принципиальные продукты стают наименее питательными, не сделалось новостью. Измерения фруктов и овощей демонстрируют, что содержание в их минералов, витаминов и белка приметно снизились за крайние 50-70 лет. Исследователи считают, что основная причина достаточно ординарна: когда мы разводим и избираем культуры, главным ценностью для нас выступает наиболее высочайшая урожайность, а не питательность, в то время как сорта, приносящие больший сбор (будь то брокколи, томаты либо пшеница), наименее питательны.
В 2004 году в итоге основательного исследования фруктов и овощей выяснилось, что все, от белка и кальция до железа и витамина (витамины — сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи) С, существенно сократилось в большинстве садовых культур с 1950 года. Создатели пришли к выводу, что в основном это разъясняется выбором видов для предстоящего разведения.
Лоладзе в компании нескольких остальных ученых подозревает, что сиим дело не ограничивается, и что, может быть, сама атмосфера изменяет нашу еду. Углекислый газ нужен растениям так же, как людям — кислород. Уровень CO₂ в атмосфере продолжает расти — в среде все наиболее поляризованных обсуждений о климатической науке никому не приходит в голову оговаривать данный факт. До промышленной революции концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляла около 280 ppm (англ. parts per million, миллионная толика — единица измерения каких-то относительных величин, равная 1·10-6 от базисного показателя — прим. ред.). В прошедшем году это значение дошло до отметки в 400 ppm. По прогнозам ученых, в наиблежайшие полста лет мы, возможно, достигнем 550 ppm, что в дважды больше, чем было в воздухе, когда америкосы лишь начинали применять тракторы в сельском хозяйстве.
Тем, кто увлекается разведением растений, таковая динамика может показаться положительной. Наиболее того, конкретно так прикрывались политики, оправдывая свое индифферентное отношение к последствиям конфигурации атмосферного климата. Республиканец Ламар Смит, председатель комитета палаты представителей США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) по науке, не так давно утверждал, что люди не должны так волноваться о повышении уровня углекислого газа. По его словам, это отлично для растений, а что отлично для растений, отлично и для нас.
«Наиболее высочайшая концентрация углекислого газа в нашей атмосфере будет содействовать фотосинтезу, что, в свою очередь, приведет к повышению темпов роста растений;- написал республиканец из Техаса. — Продукты питания будут выполняться в большем объеме, а их свойство станет лучше».
Но, как показал опыт с зоопланктоном, больший размер и наилучшее свойство не постоянно идут рука о руку. Напротив, меж ними может установиться оборотная зависимость. Вот какое разъяснение этому явлению дают наилучшие ученые: растущий в концентрации углекислый газ ускоряет фотосинтез — процесс, который помогает растениям перерабатывать солнечный свет в еду. В итоге их рост ускоряется, но совместно с сиим они также начинают усваивать больше углеводов (к примеру, глюкозу) в вред иным нужным нам питательным субстанциям, таковым как белок, железо и цинк.
В 2002 году, продолжая обучение (педагогический процесс, в результате которого учащиеся под руководством учителя овладевают знаниями, умениями и навыками) в Принстонском институте опосля защиты докторской диссертации, Лоладзе опубликовал в ведущем журнальчике Trends in Ecology and Evolution основательную исследовательскую статью, в которой утверждалось, что увеличение уровня углекислого газа и питание людей неразрывно соединены с глобальным конфигурацией свойства растений. В статье Лоладзе сетовал на нехватку данных: посреди тыщ публикаций о растениях и повышении уровня углекислого газа ему удалось отыскать лишь одну, в которой особенное внимание уделялось воздействию газа на баланс питательных веществ в рисе — культуре, на сбор которой полагаются млрд людей. (Статья, размещенная в 1997 году, посвящена падению уровня цинка и железа в рисе).
В собственной статье Лоладзе в первый раз показал воздействие углекислого газа на свойство растений и питание человека. Но ученый поднял больше вопросцев, чем отыскал ответов, справедливо утверждая, что в исследовании еще много пробелов. Если конфигурации питательной ценности происходят на всех уровнях пищевой цепочки, их нужно изучить и измерить.
Как оказывается, отчасти неувязка заключалась в самом научно-исследовательском мире. Для получения ответов Лоладзе требовались познания в области агрономии, питания и физиологии (Физиология от греч. — природа и греч. — знание — наука о сущности живого) растений, основательно сдобренные арифметикой. С крайней частью можно было бы совладать, но на тот момент он лишь начинал свою научную карьеру, а кафедры арифметики не особо интересовались решением заморочек сельского хозяйства и здоровья человека. Лоладзе изо всех сил пробовал получить финансирование для новейших исследовательских работ и в то же время продолжал маниакально собирать все вероятные данные, уже размещенные учеными со всего мира. Он отправился в центральную часть страны, в Институт Небраски-Линкольна, где ему предложили должность помощника кафедры. Институт интенсивно занимался исследовательскими работами в области сельского хозяйства, что давало хорошие перспективы, но Лоладзе был всего только педагогом арифметики. Как ему растолковали, он может и далее проводить свои изыскания, если сам будет их финансировать. Но он продолжал биться. При распределении грантов на кафедре биологии ему отказали из-за того, что в его заявке очень много внимания уделяется арифметике, а на кафедре арифметики — из-за биологии.
«Год за годом я получал отказ за отказом, — вспоминает Лоладзе. — Я был в отчаянии. Думаю, люди не соображали всей значимости исследования».
Этот вопросец остался за бортом не лишь арифметики и биологии. Сказать, что понижение питательности главных культур из-за увеличения концентрации углекислого газа не много исследовано — ничего не сказать. Это явление просто не дискуссируется ни в области сельского хозяйства, ни в области здравоохранения и питания. Совершенно.
Когда наши корреспонденты связались с профессионалами по вопросцам питания, чтоб обсудить тему исследования, практически они все были очень удивлены и поинтересовались, где можно ознакомиться с данными. Один ведущий ученый из Института Джонса Хопкинса дал ответ, что вопросец достаточно увлекательный, но признался, что ничего о нем не понимает. Он направил меня к другому спецу, который также в первый раз слышал о этом. Академия питания и диетологии, ассоциация, объединяющая большущее количество профессионалов по вопросцам питания, посодействовала мне связаться с диетологом Робин Форутан, которая тоже не была знакома с исследованием.
«Это вправду любопытно, и вы правы, немногие люди в курсе», — написала Форутан, прочитав некие работы по данной для нас теме. Она также добавила, что желала бы поглубже изучить вопросец. А именно, ее интересует, как даже незначимое увеличение количества углеводов в растениях может воздействовать на здоровье человека.
«Мы не знаем, к чему в итоге может привести маленькое изменение содержания углеводов в продуктах питания, — заявила Форутан, отметив тот факт, что всеобщая тенденция к потреблению большего количества крахмала и углеводов, похоже, имеет некое отношение к завышенной частотности болезней, связанных с питанием, таковых как ожирение и диабет. — Как конфигурации в пищевой цепи могут воздействовать на это? Пока мы не можем буквально сказать».
Мы попросили откомментировать данное явление 1-го из известнейших профессионалов в данной для нас области — Мэрион Несл, доктора Нью-Йоркского института. Несл занимается вопросцами культуры питания и здравоохранения. Сначала она отнеслась ко всему достаточно скептически, но пообещала тщательно изучить имеющуюся информацию по изменениям атмосферного климата, опосля что приняла другую позицию. «Вы меня уверили, — написала она, также выразив опаски. — Не совершенно ясно, вправду ли уменьшение питательности товаров, вызванное увеличением концентрации углекислого газа, может существенно воздействовать на здоровье человека. Нам необходимо еще больше данных».
Кристи Эби, исследователь из Вашингтонского института, изучает связь конфигурации атмосферного климата и здоровья человека. Она — одна из немногих ученых в США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке), кто интересуется вероятными суровыми последствиями конфигурации количества углекислого газа, и упоминает о этом в каждой собственной речи.
«Очень много неведомых, — убеждена Эби. — К примеру, как вы узнаете, что в хлебе больше нет питательных микроэлементов, которые были в нем 20 годов назад?»
Как считает Эби, связь меж углекислым газом и питанием не сходу стала явна для научного общества конкретно поэтому, что им пригодилось достаточно много времени, чтоб начать серьезно разглядывать взаимодействие атмосферного климата и здоровья человека в целом. «Конкретно так все обычно и смотрится, — заявляет Эби, — в преддверии перемен».
В ранешней работе Лоладзе были поставлены суровые вопросцы, на которые трудно, но полностью реально отыскать ответы. Каким образом увеличение концентрации CO₂ в атмосфере влияет на рост растений? Какова толика воздействия углекислого газа на падение питательности товаров по отношению к доле остальных причин, к примеру, условиям выкармливания?
Провести опыт в масштабе целой фермы, чтоб узнать, как углекислый газ влияет на растения — также тяжелая, но выполнимая задачка. Исследователи употребляют способ, который превращает поле в реальную лабораторию. На нынешний денек безупречным примером служит опыт «Обогащение углекислым газом на открытом воздухе» (free-air carbon dioxide enrichment, сокращенно — FACE). В процессе этого опыта ученые на открытом воздухе делают масштабные устройства, которые распыляют углекислый газ на растения на определенной местности. Маленькие детекторы выслеживают уровень CO₂. Когда очень много углекислого газа уходит за пределы поля, особое приспособление распыляет новейшую порцию, чтоб уровень оставался неизменным. Потом ученые могут впрямую сопоставить эти растения с теми, которые выращивают в обыденных критериях.
Подобные опыты проявили, что растения, произрастающие в критериях завышенного содержания углекислого газа, подвергаются значимым изменениям. Так, у группы С3-растений, в которую входят практически 95% растений Земли, включая те, что мы едим (пшеница, рис, ячмень и картофель), наблюдалось понижение количества принципиальных минералов — кальция, натрия, цинка и железа. Согласно прогнозам реакции растений на конфигурации концентрации углекислого газа уже, в не далеком будущем количество обозначенных минералов снизится в среднем на 8%. Те же данные указывают и на понижение, время от времени достаточно существенное, содержания белка в C3-культурах — у пшеницы и риса на 6% и 8% соответственно.
В летнюю пору этого года группа ученых опубликовала 1-ые работы, в которых предпринимались пробы оценить воздействие этих конфигураций на население Земли. Растения — важный источник белка для людей в развивающемся мире. Согласно оценке исследователей, к 2050 году 150 миллионов человек рискуют почувствовать нехватку белка, в особенности в таковых странах, как Индия и Бангладеш. Ученые также нашли, что 138 миллионов окажутся в зоне риска из-за понижения количества цинка, актуально нужного для здоровья мамы и малыша. По их подсчетам, наиболее 1 млрд матерей и 354 миллионов малышей живут в странах, в которых прогнозируется понижение количества железа в еде, что может ухудшить и так суровую опасность широкого распространения анемии.
Подобные прогнозы пока не касаются США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке), где рацион большей части населения разнообразен и содержит довольно белка. Но исследователи отмечают повышение количества сахара в растениях и боятся, что если подобные темпы сохранятся, то страдающих ожирением и неуввязками с сердечнососудистой системой станет еще более.
Министерство сельского хозяйства США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) также заносит значимый вклад в исследование связи углекислого газа с питательностью растений. Льюис Зиска, физиолог растений из Службы сельскохозяйственных исследовательских работ в Белтсвилле, штат Мэриленд, написал ряд работ, касающихся питания, в которых тщательно исследовал некие вопросцы, поставленные Лоладзе 15 годов назад.
Зиска разработал наиболее обычный опыт, для проведения которого не требовалось растить растения. Он решил изучить питание пчел.
Золотарник — это полевой цветок, который почти все считают сорняком, но он очень важен для пчел. Он цветет в конце лета, и его пыльца — принципиальный источник белка для этих насекомых во время грозной зимы. Люди никогда специально не выращивали золотарник и не делали новейшие сорта, так что со временем он не очень поменялся, в отличие от кукурузы либо пшеницы. В больших архивах Смитсоновского института хранятся сотки образцов золотарника, самый ранешний датируется 1842 годом. Это позволило Зиске и его сотрудникам проследить, как растение поменялось с тех пор.
Исследователи нашли, что со времени промышленной революции содержание белка в пыльце золотарника снизилось на третья часть, и это падение тесновато соединено с увеличением концентрации углекислого газа. Ученые уже издавна пробовали узнать предпосылки сокращения популяций пчел по всему миру — это может плохо отразиться на культурах, для опыления которых они необходимы. В собственной работе Зиска представил, что понижение белка в пыльце перед в зимнюю пору быть может очередной предпосылкой, по которой пчелам тяжело выживать в зимний период.
Ученый волнуется, что воздействие углекислого газа на растения изучается с недостаточной скоростью, с учетом того, что изменение способов ведения сельского хозяйства может занять длительное время. «У нас пока нет способности вмешаться и начать применять классические способы, чтоб поправить ситуацию, — заявил Зиска. — Пригодится 15-20 лет, чтоб результаты лабораторных исследовательских работ можно было применить на практике»
Как узнали Лоладзе и его коллеги, новейшие всеобъятные междисциплинарные вопросцы могут быть достаточно сложны. В мире огромное количество физиологов растений, изучающих сельскохозяйственные культуры, но они по большей части сосредоточены на исследовании таковых причин, как урожайность и борьба с насекомыми-вредителями. Это не имеет никакого дела к питанию. По опыту Лоладзе, кафедрам арифметики не особо увлекательны пищевые продукты как объекты исследования. А исследование {живых} растений — дело длительное и дорогостоящее: чтоб в ходе опыта FACE получить довольно данных, пригодится пару лет и суровое финансирование.
Невзирая на трудности, ученые больше и больше интересуются этими вопросцами, и в наиблежайшие пару лет им, может быть, получится отыскать на их ответы. Зиска и Лоладзе, который преподает арифметику в Институте мед наук Брайана в Линкольне, штат Небраска, вместе с группой ученых из Китая, Стране восходящего солнца, Австралии и США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) работают над большим исследованием воздействия углекислого газа на питательные характеристики риса, одной из важных сельскохозяйственных культур. Не считая того, они изучают изменение количества витаминов, принципиальных пищевых компонент, которое до реального времени фактически не делалось.
Не так давно исследователи из Министерства сельского хозяйства США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) провели очередной опыт. С целью узнать, как наиболее высочайший уровень CO₂ влияет на сельскохозяйственные культуры, они взяли эталоны риса, пшеницы и сои 50-60-х годов и высадили их на участки, где много годов назад остальные ученые выращивали те же самые сорта.
На исследовательском поле Минсельхоза США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке) в Мэриленде ученые проводят опыты над болгарским перцем. Они желают найти, как меняется количество витамина (витамины — сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи) С при завышенной концентрации углекислого газа. Они также изучают кофе, чтоб осознать, понижается ли количество кофеина. «Вопросцев еще весьма много, — поделился Зиска, демонстрируя исследовательский комплекс в Белтсвилле. — Это лишь начало».
Льюис Зиска — участник маленький группы ученых, которые пробуют оценить конфигурации и узнать, как они отразятся на человеке. Очередной главный персонаж данной для нас истории — Сэмюел Майерс, климатолог из Гарвардского института. Майерс стоит во главе Глобального союза здравоохранения (Planetary Health Alliance). Цель организации — вновь соединить климатологию и здравоохранение. Майерс убежден, что научное общество уделяет недостаточно внимания связи углекислого газа и питания, которая является только частью намного большей картины того, как эти конфигурации могут отразится на экосистеме. «Это только вершина айсберга, — считает Майерс. — Мы с трудом принудили людей осознать, как много у их обязано возникать вопросцев».
В 2014 году Майерс вместе с группой ученых опубликовал большое исследование в журнальчике Nature, в котором рассматривались главные сельскохозяйственные культуры, выращенные на нескольких участках в Стране восходящего солнца, Австралии и США (Соединённые Штаты Америки — государство в Северной Америке). В их составе наблюдалось понижение количества белка, железа и цинка вследствие увеличения концентрации углекислого газа. В первый раз публикация завлекла реальное внимание СМИ (Средства массовой информации, масс-медиа — периодические печатные издания, радио-, теле- и видеопрограммы).
«Трудно предвидеть, как глобальные конфигурации атмосферного климата отразятся на здоровье человека, но мы готовы к нежданностям. Одна из их — связь увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере и понижения пищевой ценности С3-культур. Сейчас мы знаем о ней и можем спрогнозировать предстоящее развитие событий», — пишут исследователи.
В этом же году, практически в этот же денек, Лоладзе, на тот момент преподававший арифметику в Католическом институте городка Тэгу в Южной Корее, опубликовал свою свою статью — с данными, которые он собирал наиболее 15 лет. Это самое масштабное исследование роста концентрации CO₂ и его воздействия на питательность растений. Лоладзе обычно обрисовывает науку о растениях как «гулкую» — так на научном жаргоне ученые именуют область, в которой много сложных разрозненных данных, которые как бы «гремят», и через этот «шум» нереально услышать сигнал, который ищешь. Его новейший пласт данных, в конце концов, оказался довольно велик, чтоб распознать подходящий сигнал через шум и найти «спрятанный сдвиг», как именовал его ученый.
Лоладзе нашел, что его теория 2002 года, либо быстрее мощное подозрение, которое он тогда высказал, оказалась правдивой. В исследовании участвовало практически 130 видов растений и наиболее 15 000 образцов, приобретенных в опытах за крайние 30 лет. Общая концентрация таковых минеральных веществ, как кальций, магний, натрий, цинк и железо, свалилась в среднем на 8%. Количество углеводов относительно количества минералов увеличивалось. Растения, как и водные растения, становились фаст-фудом.
Еще предстоит узнать, как это открытие скажется на человеке, главный рацион которого составляют растения. Ученые, которые погружаются в данную тему, обязаны будут преодолевать разные препятствия: неспешный темп и незаметность исследовательских работ, мир политики, где слова «климат» довольно, чтоб закончить хоть какой разговор о финансировании. Будет нужно выстроить полностью новейшие «мосты» в мире науки — о этом Лоладзе с усмешкой гласит в собственной работе. Когда статью, в конце концов, выпустили в 2014 году, в приложении Лоладзе включил перечень всех отказов в финансировании.