Un artículo sobre los trabajos de un científico georgiano que, habiendo llegado a los Estados Unidos, además de las matemáticas, se dedicó a la biología. Comenzó a observar cambios en la vida de las plantas según la calidad del aire y la luz. La conclusión fue ecológica: el crecimiento de dióxido de carbono en la atmósfera acelera el crecimiento de las plantas, pero las priva de sustancias útiles para los humanos.
Irakli Loladze es matemático de educación, pero fue en el laboratorio biológico donde se enfrentó a un acertijo que cambió toda su vida. Esto sucedió en 1998, cuando Loladze estaba recibiendo su doctorado en la Universidad de Arizona. De pie junto a recipientes de vidrio que brillaban con algas de color verde brillante, un biólogo le dijo a Loladze y a otra media docena de estudiantes de posgrado que los científicos habían descubierto algo misterioso sobre el zooplancton.
El zooplancton son animales microscópicos que nadan en los océanos y lagos del mundo. Se alimentan de algas, que son esencialmente plantas diminutas. Los científicos han descubierto que al aumentar el flujo de luz, es posible acelerar el crecimiento de algas, aumentando así el suministro de recursos alimenticios para el zooplancton y teniendo un efecto positivo en su desarrollo. Pero las esperanzas de los científicos no se hicieron realidad. A medida que los investigadores comenzaron a cubrir más algas, su crecimiento realmente se aceleró. Los animales diminutos tienen mucha comida, pero, paradójicamente, en algún momento estuvieron al borde de la supervivencia. El aumento en la cantidad de alimentos debería haber supuesto una mejora en la calidad de vida del zooplancton, pero al final resultó ser un problema. ¿Cómo pudo pasar esto?
A pesar de que Loladze estudió formalmente en la Facultad de Matemáticas, todavía amaba la biología y no podía dejar de pensar en los resultados de la investigación. Los biólogos tenían una idea aproximada de lo que sucedió. Más luz hizo que las algas crezcan más rápido, pero finalmente redujo la cantidad de nutrientes necesarios para que el zooplancton se reproduzca. Al acelerar el crecimiento de las algas, los investigadores esencialmente las convirtieron en comida rápida. El zooplancton tenía más alimento, pero se volvió menos nutritivo y, por lo tanto, los animales comenzaron a morir de hambre.
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Loladze utilizó su formación matemática para ayudar a medir y explicar la dinámica que representa la dependencia del zooplancton de las algas. Junto con sus colegas, desarrolló un modelo que mostraba la relación entre una fuente de alimento y un animal que depende de ella. Publicaron su primer artículo científico sobre este tema en 2000. Pero además de esto, la atención de Loladze se centró en una cuestión más importante del experimento: ¿hasta dónde puede llegar este problema?
“Me sorprendió la amplitud de la aplicación de los resultados obtenidos”, recordó Loladze en una entrevista. ¿Podrían la hierba y las vacas verse afectadas por el mismo problema? ¿Y el arroz y la gente? “El momento en que comencé a pensar en la nutrición humana fue un punto de inflexión para mí”, dijo el científico.
En el mundo más allá del océano, el problema no es que las plantas estén recibiendo repentinamente más luz: han estado consumiendo cada vez más dióxido de carbono durante años. Ambos son necesarios para que las plantas crezcan. Y si más luz da como resultado algas de "comida rápida" de crecimiento rápido pero menos nutritivas con proporciones de azúcar a nutrientes mal equilibradas, entonces sería lógico suponer que el aumento de la concentración de dióxido de carbono podría tener el mismo efecto. Y puede afectar a plantas de todo el planeta. ¿Qué significa esto para las plantas que comemos?
La ciencia simplemente no sabía lo que descubrió Loladze. Sí, ya era bien conocido el hecho de que el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera aumentaba, pero el científico se sorprendió de la poca investigación que se ha dedicado al efecto de este fenómeno en las plantas comestibles. Durante los siguientes 17 años, continuando su carrera matemática, estudió cuidadosamente la literatura científica y los datos que pudo encontrar. Y los resultados parecían apuntar en una dirección: el efecto de la comida rápida de la que había aprendido en Arizona estaba apareciendo en los campos y bosques de todo el mundo. “A medida que los niveles de CO₂ continúan aumentando, cada hoja y brizna de hierba en la Tierra produce cada vez más azúcares”, explicó Loladze. "Hemos sido testigos de la mayor inyección de carbohidratos en la biosfera de la historia: una inyección que diluye otros nutrientes en nuestros recursos alimenticios".
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El científico publicó los datos recopilados hace solo unos años, y rápidamente atrajo la atención de un grupo pequeño pero bastante preocupado de investigadores que plantean inquietantes preguntas sobre el futuro de nuestra nutrición. ¿Podría el dióxido de carbono tener un efecto sobre la salud humana que aún no hemos estudiado? Parece que la respuesta es sí, y en busca de evidencia, Loladze y otros científicos tuvieron que plantearse las preguntas científicas más urgentes, incluidas las siguientes: "¿Qué tan difícil es realizar una investigación en un campo que aún no existe?"
En la investigación agrícola, la noticia de que muchos alimentos importantes se están volviendo menos nutritivos no es nueva. Las mediciones de frutas y verduras muestran que el contenido de minerales, vitaminas y proteínas en ellas ha disminuido notablemente durante los últimos 50-70 años. Los investigadores creen que la razón principal es bastante simple: cuando criamos y seleccionamos cultivos, nuestra principal prioridad son los rendimientos más altos, no el valor nutricional, mientras que las variedades que producen más rendimientos (ya sea brócoli, tomates o trigo) son menos nutritivas. …
En 2004, un estudio exhaustivo de frutas y verduras reveló que todo, desde proteínas y calcio hasta hierro y vitamina C, se había reducido significativamente en la mayoría de los cultivos hortícolas desde 1950. Los autores concluyeron que esto se debe principalmente a la elección de variedades para el mejoramiento posterior.
Loladze, en compañía de varios otros científicos, sospecha que este no es el final y que quizás la atmósfera misma está cambiando nuestra comida. Las plantas necesitan dióxido de carbono de la misma forma que las personas necesitan oxígeno. El nivel de CO₂ en la atmósfera sigue aumentando; en un debate cada vez más polarizado sobre la ciencia del clima, a nadie se le ocurre discutir este hecho. Antes de la revolución industrial, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra era de aproximadamente 280 ppm (partes inglesas por millón, una millonésima es una unidad de medida de cualquier valor relativo, igual a 110-6 del indicador base - ed.). El año pasado, este valor alcanzó las 400 ppm. Los científicos predicen que en el próximo medio siglo, probablemente alcanzaremos 550 ppm, que es el doble de lo que estaba en el aire cuando los estadounidenses comenzaron a usar tractores en la agricultura.
Para aquellos apasionados por el fitomejoramiento, esta dinámica puede parecer positiva. Además, así solían esconderse los políticos, justificando su indiferencia ante las consecuencias del cambio climático. El republicano Lamar Smith, presidente del Comité de Ciencias de la Cámara de Representantes de Estados Unidos, argumentó recientemente que la gente no debería estar tan preocupada por el aumento de los niveles de dióxido de carbono. Según él, es bueno para las plantas y lo que es bueno para las plantas es bueno para nosotros.
"Una mayor concentración de dióxido de carbono en nuestra atmósfera promoverá la fotosíntesis, lo que a su vez conducirá a un aumento en el crecimiento de las plantas", escribió un republicano de Texas. "Los productos alimenticios se producirán en mayor volumen y su calidad será mejor".
Pero como ha demostrado el experimento del zooplancton, más volumen y mejor calidad no siempre van de la mano. Por el contrario, se puede establecer una relación inversa entre ellos. Así es como los mejores científicos explican este fenómeno: la creciente concentración de dióxido de carbono acelera la fotosíntesis, un proceso que ayuda a las plantas a convertir la luz solar en alimento. Como resultado, su crecimiento se acelera, pero al mismo tiempo, también comienzan a absorber más carbohidratos (como la glucosa) a expensas de otros nutrientes que necesitamos, como proteínas, hierro y zinc.
En 2002, mientras continuaba sus estudios en la Universidad de Princeton después de defender su tesis doctoral, Loladze publicó un sólido artículo de investigación en la revista líder Trends in Ecology and Evolution, que argumentó que el aumento de los niveles de dióxido de carbono y la nutrición humana están indisolublemente ligados a los cambios globales en la calidad de las plantas. En el artículo, Loladze se quejaba de la falta de datos: entre las miles de publicaciones sobre plantas y el aumento de los niveles de dióxido de carbono, solo encontró una que se centraba en el efecto del gas en el equilibrio de nutrientes del arroz, un cultivo del que dependen miles de millones de personas para cosechar. (Un artículo publicado en 1997 trata sobre la caída de los niveles de zinc y hierro en el arroz).
En su artículo, Loladze fue el primero en mostrar el efecto del dióxido de carbono en la calidad de las plantas y la nutrición humana. Sin embargo, el científico planteó más preguntas de las que encontró respuestas, argumentando con razón que todavía hay muchas lagunas en el estudio. Si se producen cambios en el valor nutricional en todos los niveles de la cadena alimentaria, es necesario estudiarlos y medirlos.
Parte del problema, resultó, estaba en el mundo de la investigación en sí. Para obtener respuestas, Loladze requería conocimientos en el campo de la agronomía, la nutrición y la fisiología vegetal, completamente aromatizados con matemáticas. La última parte se pudo abordar, pero en ese momento apenas comenzaba su carrera científica, y los departamentos de matemáticas no estaban particularmente interesados en resolver problemas de agricultura y salud humana. Loladze luchó por asegurar fondos para nuevas investigaciones y al mismo tiempo continuó recolectando maniáticamente todos los datos posibles ya publicados por científicos de todo el mundo. Se fue a la parte central del país, a la Universidad de Nebraska-Lincoln, donde le ofrecieron el puesto de asistente del departamento. La universidad participó activamente en la investigación en el campo de la agricultura, lo que dio buenas perspectivas,pero Loladze era solo un profesor de matemáticas. Como se le explicó, puede seguir realizando sus investigaciones, si él mismo las financia. Pero siguió luchando. En la distribución de becas en el Departamento de Biología, fue rechazado debido a que su solicitud presta demasiada atención a las matemáticas, y en el Departamento de Matemáticas, debido a la biología.
“Año tras año, recibí rechazo tras rechazo”, recuerda Loladze. - Estaba desesperado. No creo que la gente entendiera la importancia de la investigación.
Esta pregunta quedó fuera de la pizarra no solo en matemáticas y biología. Decir que la disminución del valor nutricional de los principales cultivos debido al aumento de la concentración de dióxido de carbono está poco estudiada es no decir nada. Este fenómeno simplemente no se discute ni en agricultura ni en salud y nutrición. Absolutamente.
Cuando nuestros corresponsales se pusieron en contacto con expertos en nutrición para discutir el tema del estudio, casi todos se sorprendieron mucho y preguntaron dónde podían encontrar los datos. Un destacado científico de la Universidad Johns Hopkins respondió que la pregunta era bastante interesante, pero admitió que no sabía nada al respecto. Me refirió a otro especialista que también se enteró por primera vez. La Academia de Nutrición y Dietética, una asociación de muchos expertos en nutrición, me ayudó a conectarme con el nutricionista Robin Forutan, quien tampoco estaba familiarizado con el estudio.
"Es realmente interesante y tienes razón, pocas personas lo saben", escribió Forutan después de leer algunos artículos sobre el tema. También agregó que le gustaría explorar más el tema. En particular, está interesada en cómo incluso un ligero aumento en la cantidad de carbohidratos en las plantas puede afectar la salud humana.
"No sabemos en qué podría terminar un pequeño cambio en el contenido de carbohidratos en los alimentos", dijo Forutan, y señaló que la tendencia general hacia una mayor ingesta de almidón y carbohidratos parece tener algo que ver con la mayor incidencia de enfermedades. relacionados con la nutrición, como la obesidad y la diabetes. - ¿Cuánto pueden afectar esto los cambios en la cadena alimentaria? No podemos decirlo con certeza todavía ".
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Le pedimos a uno de los expertos más famosos en este campo que comentara sobre este fenómeno: Marion Nesl, profesora de la Universidad de Nueva York. Nesl se ocupa de la cultura alimentaria y los problemas de salud. Al principio, se mostró bastante escéptica sobre todo, pero prometió estudiar en detalle la información disponible sobre el cambio climático, después de lo cual tomó una posición diferente. “Me has convencido”, escribió, también expresando preocupación. - No está del todo claro si la disminución del valor nutricional de los alimentos provocada por un aumento en la concentración de dióxido de carbono puede afectar significativamente a la salud humana. Necesitamos muchos más datos.
Christy Eby, investigadora de la Universidad de Washington, está estudiando el vínculo entre el cambio climático y la salud humana. Es una de las pocas científicas de los Estados Unidos que está interesada en las posibles consecuencias graves de los cambios en la cantidad de dióxido de carbono, y lo menciona en cada discurso.
Hay demasiadas incógnitas, está convencida Ebi. "Por ejemplo, ¿cómo sabe que el pan ya no contiene los micronutrientes que contenía hace 20 años?"
El vínculo entre el dióxido de carbono y la nutrición no se hizo evidente de inmediato para la comunidad científica, dice Ebi, precisamente porque les tomó mucho tiempo considerar seriamente la interacción del clima y la salud humana en general. "Así es como suelen verse las cosas", dice Ebi, "en vísperas del cambio".
En los primeros trabajos de Loladze, se plantearon preguntas serias, a las que es difícil, pero bastante realista, encontrar respuestas. ¿Cómo afecta un aumento en la concentración de CO₂ atmosférico al crecimiento de las plantas? ¿Cuál es la participación del efecto del dióxido de carbono en la caída del valor nutricional de los alimentos en relación con la participación de otros factores, por ejemplo, las condiciones de cultivo?
Hacer un experimento en toda la granja para descubrir cómo el dióxido de carbono afecta a las plantas también es una tarea difícil pero factible. Los investigadores están utilizando un método que convierte el campo en un laboratorio real. Un ejemplo ideal hoy en día es el experimento de enriquecimiento de dióxido de carbono al aire libre (FACE). Durante este experimento, los científicos al aire libre crean dispositivos a gran escala que rocían dióxido de carbono sobre las plantas en un área específica. Pequeños sensores controlan el nivel de CO₂. Cuando sale demasiado dióxido de carbono del campo, un dispositivo especial rocía una nueva dosis para mantener el nivel constante. Luego, los científicos pueden comparar directamente estas plantas con las que se cultivan en condiciones normales.
Experimentos similares han demostrado que las plantas que crecen en condiciones de mayor contenido de dióxido de carbono sufren cambios significativos. Así, en el grupo de plantas C3, que incluye casi el 95% de las plantas de la Tierra, incluidas las que comemos (trigo, arroz, cebada y patatas), hubo una disminución en la cantidad de minerales importantes: calcio, sodio, zinc y hierro. Según las previsiones de reacción de las plantas a los cambios en la concentración de dióxido de carbono, en un futuro próximo la cantidad de estos minerales disminuirá en una media del 8%. Los mismos datos indican una disminución, a veces bastante significativa, en el contenido de proteína en los cultivos C3, en el trigo y el arroz, en un 6% y un 8%, respectivamente.
En el verano de este año, un grupo de científicos publicó el primer trabajo en el que intentaron evaluar el impacto de estos cambios en la población mundial. Las plantas son una fuente esencial de proteínas para las personas del mundo en desarrollo. Los investigadores estiman que 150 millones de personas corren el riesgo de sufrir escasez de proteínas para 2050, especialmente en países como India y Bangladesh. Los científicos también han descubierto que 138 millones estarán en riesgo debido a una disminución en la cantidad de zinc, que es vital para la salud de las madres y los niños. Calculan que más de mil millones de madres y 354 millones de niños viven en países en los que se prevé que disminuyan la cantidad de hierro en sus alimentos, lo que podría exacerbar el ya grave riesgo de anemia generalizada.
Estos pronósticos aún no se han aplicado a los Estados Unidos, donde la dieta de la mayoría de la población es diversa y contiene suficientes proteínas. Sin embargo, los investigadores notan un aumento en la cantidad de azúcar en las plantas y temen que si esta tasa continúa, habrá aún más obesidad y problemas cardiovasculares.
El USDA también está haciendo contribuciones significativas a la investigación sobre la relación del dióxido de carbono con la nutrición de las plantas. Lewis Ziska, fisiólogo de plantas del Servicio de Investigación Agrícola en Beltsville, Maryland, ha escrito varios artículos sobre nutrición que elaboran algunas de las preguntas que planteó Loladze hace 15 años.
Ziska ideó un experimento más simple que no requería el cultivo de plantas. Decidió estudiar la nutrición de las abejas.
La vara de oro es una flor silvestre considerada por muchos como una maleza, pero esencial para las abejas. Florece a finales del verano y su polen es una importante fuente de proteínas para estos insectos durante el duro invierno. La gente nunca ha cultivado vara de oro de forma especial ni ha creado nuevas variedades, por lo que con el tiempo no ha cambiado mucho, a diferencia del maíz o el trigo. Cientos de especímenes de vara de oro se almacenan en los enormes archivos de la Institución Smithsonian, el más antiguo data de 1842. Esto permitió a Ziska y sus colegas rastrear cómo ha cambiado la planta desde ese momento.
Los investigadores encontraron que desde la revolución industrial, el contenido de proteínas del polen de la vara de oro se ha reducido en un tercio, y esta caída está estrechamente relacionada con el aumento del dióxido de carbono. Los científicos llevan mucho tiempo tratando de averiguar las razones del declive de las poblaciones de abejas en todo el mundo; esto puede afectar gravemente a los cultivos para los que se necesitan polinizar. En su trabajo, Ziska sugirió que una disminución de las proteínas en el polen antes del invierno puede ser otra razón por la que las abejas tienen dificultades para sobrevivir en invierno.
Al científico le preocupa que los efectos del dióxido de carbono en las plantas no se estén estudiando a un ritmo suficiente, dado que cambiar las prácticas agrícolas podría llevar mucho tiempo. “Todavía no tenemos la oportunidad de intervenir y comenzar a usar métodos tradicionales para solucionar la situación”, dijo Ziska. “Se necesitarán entre 15 y 20 años para que los resultados de las pruebas de laboratorio se pongan en práctica”
Como han descubierto Loladze y sus colegas, los nuevos temas transversales generales pueden ser bastante complejos. Hay muchos fisiólogos de plantas en todo el mundo que estudian cultivos, pero se centran principalmente en investigar factores como el rendimiento y el control de plagas. No tiene nada que ver con la nutrición. Según la experiencia de Loladze, los departamentos de matemáticas no están particularmente interesados en los productos alimenticios como objeto de investigación. Y el estudio de las plantas vivas es un negocio largo y costoso: se necesitarán varios años y una gran financiación para obtener suficientes datos durante el experimento FACE.
A pesar de las dificultades, los científicos están cada vez más interesados en estas preguntas y es posible que en los próximos años puedan encontrar respuestas. Ziska y Loladze, que enseña matemáticas en la Facultad de Ciencias de la Salud de Brian en Lincoln, Nebraska, está trabajando con un equipo de científicos de China, Japón, Australia y Estados Unidos en un importante estudio de los efectos del dióxido de carbono en las propiedades nutricionales del arroz, uno de los cultivos más importantes. Además, están estudiando el cambio en la cantidad de vitaminas, componentes importantes de los alimentos, que hasta ahora apenas se ha hecho.
Recientemente, investigadores del USDA realizaron otro experimento. Para averiguar cómo los niveles más altos de CO afectan los cultivos, tomaron muestras de arroz, trigo y soja de las décadas de 1950 y 1960 y las plantaron en áreas donde otros científicos habían cultivado las mismas variedades hace muchos años.
En el campo de investigación del USDA en Maryland, los científicos están experimentando con pimientos morrones. Quieren determinar cómo cambia la cantidad de vitamina C con una mayor concentración de dióxido de carbono. También estudian el café para ver si la cafeína está disminuyendo. "Todavía hay muchas preguntas", dijo Ziska mientras mostraba las instalaciones de investigación en Beltsville. "Este es solo el comienzo."
Lewis Ziska es miembro de un pequeño grupo de científicos que están tratando de evaluar los cambios y averiguar cómo afectarán a las personas. Otro personaje clave de esta historia es Samuel Myers, climatólogo de la Universidad de Harvard. Myers está al mando de la Planetary Health Alliance. El objetivo de la organización es reintegrar la climatología y la salud. Myers está convencido de que la comunidad científica no está prestando suficiente atención a la relación entre el dióxido de carbono y la nutrición, que es solo una parte de un panorama mucho más amplio de cómo estos cambios pueden afectar el ecosistema. “Esto es solo la punta del iceberg”, dijo Myers. "Nos costó mucho hacer que la gente entendiera cuántas preguntas deberían tener".
En 2014, Myers y un equipo de científicos publicaron un importante estudio en la revista Nature que analizó cultivos clave cultivados en múltiples sitios en Japón, Australia y Estados Unidos. En su composición se observó una disminución en la cantidad de proteína, hierro y zinc debido a un aumento en la concentración de dióxido de carbono. Por primera vez, la publicación ha atraído la atención real de los medios.
“Es difícil predecir cómo afectará el cambio climático global a la salud humana, pero estamos preparados para lo inesperado. Uno de ellos es la relación entre un aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera y una disminución del valor nutricional de los cultivos C3. Ahora lo sabemos y podemos predecir futuros desarrollos , escriben los investigadores.
En el mismo año, de hecho el mismo día, Loladze, que en ese momento enseñaba matemáticas en la Universidad Católica de Daegu en Corea del Sur, publicó su propio artículo, con datos que había recopilado durante más de 15 años. Este es el estudio más grande jamás realizado sobre el aumento de la concentración de CO y su efecto en la nutrición de las plantas. Loladze generalmente describe la ciencia de las plantas como "ruidosa", como en la jerga científica, los científicos llaman a un área llena de datos complejos y dispares que parecen "hacer ruido", y a través de este "ruido" es imposible escuchar la señal que está buscando. Su nueva capa de datos fue finalmente lo suficientemente grande como para reconocer la señal deseada a través del ruido y detectar el "cambio oculto", como lo llamó el científico.
Loladze descubrió que su teoría de 2002, o más bien la fuerte sospecha que expresó en ese momento, resultó ser cierta. El estudio involucró casi 130 variedades de plantas y más de 15,000 muestras obtenidas en experimentos durante los últimos 30 años. La concentración total de minerales como calcio, magnesio, sodio, zinc y hierro cayó en promedio un 8%. Aumentó la cantidad de carbohidratos en relación con la cantidad de minerales. Las plantas, como las algas, se estaban convirtiendo en comida rápida.
Queda por ver cómo afectará este descubrimiento a los humanos, cuya dieta principal son las plantas. Los científicos que se sumerjan en este tema deberán superar diversos obstáculos: la lentitud y oscuridad de la investigación, el mundo de la política, donde la palabra "clima" basta para detener cualquier discurso sobre financiación. Será necesario construir "puentes" absolutamente nuevos en el mundo de la ciencia; Loladze habla de esto con una sonrisa en su trabajo. Cuando el artículo se publicó finalmente en 2014, Loladze incluyó una lista de todas las denegaciones de financiación en la aplicación.
