Quando os níveis de CO2 sobem, também aumentam os hidratos de carbono em plantas, e o teor de açúcar dos alimentos. Enquanto as plantas enriquecidas com carbono crescem mais, cientistas estão descobrindo que eles contêm proporcionalmente menos proteínas e nutrientes como o zinco, magnésio e cálcio. Uma meta-análise de 7.761 observações de 130 espécies de plantas descobriu que as concentrações minerais globais em plantas diminuiu cerca de 8 por cento em resposta a níveis elevados de CO2 – 25 minerais diminuíram, incluindo ferro, zinco, potássio e magnésio. Uma nova pesquisa descobriu que, quando o CO2 atmosférico aumentou de pré-industrial para próximos dos níveis atuais, o teor de proteínas no pólen de algumas plantas caíram cerca de 30 por cento. Abelhas e outros polinizadores dependem fortemente dessas plantas como alimentos ricos em proteínas para hibernação. A perda de polinizadores poderia devastar muitas das culturas alimentares do mundo. A investigação sobre a correlação entre as concentrações de CO2 e o teor de nutrientes dos alimentos ainda está em seus estágios iniciais. Mais estudos são necessários para determinar como as culturas e ecossistemas serão alterados quando combustíveis fósseis são queimados, além de estratégias de mitigação. Campos do arroz em Kashmir, India. Alimentos básicos, como arroz e trigo têm previsão para se tornar menos nutritivos como consequência do aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera. Foto cortesia de sandeepachetan.com no Flickr sob licença CC BY-NC-ND 2.0 Entre os inúmeros impactos que a mudança climática está tendo sobre o mundo, um em particular pode vir como uma surpresa: os níveis de CO2 atmosféricos elevados pode estar afetando negativamente o valor nutricional do alimento que você come. Com o dióxido de carbono na atmosfera aumentando, você pode, mesmo sem perceber, acabar comendo mais açúcar e menos minerais importantes como o zinco, magnésio e cálcio. Esses efeitos também podem ser repercutidos na cadeia alimentar, alterando os ecossistemas de forma ainda pouco compreendidas. Para as plantas, um aumento no dióxido de carbono atmosférico, na verdade, aumenta a produtividade, estimulando a fotossíntese. Ela produzem mais carboidratos e crescem mais, aparentemente uma coisa boa. Mas como os outros nutrientes não aumentam e não acompanham o ritmo acelerado do hidrato de carbono, este benefício potencial para o nosso abastecimento de comida não é tudo o que parece: as plantas acabam por ter um carboidrato superior a proporção de proteína, e concentrações relativamente baixas de minerais. Simplificando: o dióxido de carbono na atmosfera age como uma espécie de fertilizante, assim plantas com mais folhas tendem a crescer mais, mas os brócolis e alfaces maiores, na verdade, contêm menos valor nutricional por porção do que seus “antecessores” cultivados em um mundo pré-industrial, sem combustíveis fósseis. E isso pode ser um problema para as pessoas já desnutridas do mundo, para as abelhas que procuram o pólen rica em proteínas para que possam hibernar em segurança, e para os ecossistemas que poderiam perder seu equilíbrio por mudanças na nutrição das plantas. As implicações humanas nestas mudanças que estão acontecendo no nosso abastecimento de alimentos ficou sob os holofotes em abril, quando o USGCRP (US Mudança Global Research Program) publicou um importante relatório sobre o impacto das alterações climáticas na saúde humana. Uma de suas principais conclusões foi que o aumento do dióxido de carbono irá reduzir a qualidade nutricional dos alimentos. Mulheres colhem arroz em Nepal. Estima-se que dois bilhões de pessoas já são deficientes em zinco e ferro em sua dieta, esse aspecto de desnutrição tem sido chamado de “fome oculta”. Alguns pesquisadores acreditam que as mudanças no conteúdo nutricional em grandes culturas vegetais, como consequência do aumento do dióxido de carbono atmosférico, pode levar a mais pessoas em risco de deficiências minerais. Foto cortesia do International Rice Research Institute no Flickr sob uma licença CC BY-NC-SA 2.0. Allison Crimmins, da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, e um dos principais autores do capítulo da segurança alimentar no relatório USGCRP, disse a Mongabay algumas das maneiras em que isto pode ser sentido em todo o mundo: “Em certos países em desenvolvimento, o valor nutricional reduzido dos alimentos irá agravar deficiências de proteína existentes, particularmente em crianças. Nos Estados Unidos e em outros países desenvolvidos no entanto, deficiências de proteína na dieta são incomuns. Nesses casos, um aumento da proporção de carboidratos e menos minerais essenciais – alimentos essencialmente mais ricos em amido e mais açucarados – poderiam contribuir para ou exacerbar existentes deficiências alimentares ou riscos de obesidade crônica, embora permaneça incerto como este impacto aconteceria na nutrição geral de uma pessoa. Decifrando a relação nutrição CO2 / planta Em um estudo de 2014 que informou o relatório USGCRP, o pesquisador Irakli Loladze, do Bryan College of Health Sciences, descreveu o aumento previsto do amido dietético e hidratos de carbono como comparável a adição de uma “colher de açúcar” para cada 100 gramas (3,5 onças) de matéria vegetal seca. Se estamos sendo orientados a não comer mais do que algumas colheres de chá de açúcar por dia, isso soa um exagero. Quais serão as consequências, Loladze pergunta, se esta ingestão de açúcar adicional é inevitável ao longo da vida? Como, por exemplo, pode este açúcar extra diário agravar os problemas de saúde dos 25 milhões de americanos, 98,4 milhões de chineses, e 65 milhões de indianos que fazem parte da crescente epidemia global de diabetes? E como podem aumentar estes impactos na saúde se os níveis de carbono atmosféricos continuarem subindo todos os anos ao longo do século 21? O meta-estudo de Loladze – que analisou milhares de observações de plantas cultivadas em condições elevadas de dióxido de carbono – foi uma tentativa de provar uma previsão teórica que ele fez em 2002. Sabemos há décadas que as plantas cultivadas em condições de dióxido de carbono reduzem as concentrações de proteínas, e o mecanismo por trás dessa mudança é bastante bem compreendido: o maior número de carboidratos dilui a proteína dentro da folha. Além disso, o aumento de CO2 altera a taxa de transpiração, a absorção de água através das raízes e da evaporação através das folhas, além de afetar a quantidade de nutrientes que as plantas absorvem a partir do solo. As maiores taxas de fotossíntese no entanto tem efeitos diferentes em diferentes minerais. Trigo. O dióxido de carbono promove o crescimento da planta, aumentando a fotossíntese e produção de carboidratos na planta. Mas outros nutrientes não mantêm o ritmo com este aumento, resultando em uma proporção maior de carboidratos em relação a proteínas e minerais. Essas mudanças na qualidade nutricional podem ter implicações para a saúde humana em todo o mundo. Foto cedida por Žarko Susnjar no Flickr, sob uma licença CC BY-SA 2.0. A teoria conhecida como estequiometria ecológica, que analisa o equilíbrio de elementos químicos em sistemas vivos, levou Loladze a supor que os minerais também deve ser afetados por um aumento proporcional na síntese de carboidratos e que isso também teria efeitos sobre o metabolismo da planta associada. Porém, embora alguns estudos tenham apoiado esta hipótese no início de 2000, os resultados não foram concludentes. “Houve uma oposição considerável à minha ideia”, disse Loladze a Mongabay. “A teoria estequiométrica [sobre a qual eu baseei meu argumento] não era bem conhecida na época. Por ser um matemático, eu era visto por alguns especialistas de plantas como um “outsider” com argumentos simplistas que não iriam ter destaque no mundo real”. Ninguém iria financiar o a investigação em grande escala de Loladze, o que era necessário para investigar mais a fundo sua previsão. Sem apoio e desempregado, ele permaneceu determinado a testar sua teoria com dados. “Sem dinheiro e sem afiliação acadêmica, a única maneira de obter dados foi compilar resultados a partir da literatura existente”, disse ele. Enquanto isso, cientistas de todo o mundo estavam cada vez mais estudando os efeitos nutricionais do CO2 que interessava a Loladze, mas os resultados não foram inesperados: quando plantas eram expostas a concentrações elevadas de CO2, alguns estudos mostrava uma conventração maior de minerais, outros uma concentração menor, enquanto alguns estudos não apresentavam qualquer diferença significativa. Loladze combinou os dados de numerosos estudos, que, juntos, tiveram resultados altamente variáveis, em uma grande meta-análise, e encontrou um sinal claro no ruído. Uma década depois que ele começou a trabalhar, ele provou que sua previsão estava correta: quando ele compilou os resultados de 7.761 observações de 130 espécies de plantas, ele descobriu que as concentrações de minerais totais nos tecidos vegetais diminuiu cerca de 8 por cento em resposta a níveis de dióxido de carbono elevados. No total, os níveis elevados de CO2 afetaram negativamente a concentração de 25 minerais, incluindo ferro, zinco, potássio e magnésio. Lagartas Tussock se alimentam de folhas. As plantas e os insetos que se alimentam delas formam a base da maioria dos ecossistemas terrestres, mudanças nutricionais causadas pelo aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera provavelmente teram impactos que se estendem até a cadeia alimentar, mas como os ecossistemas são tão complexos, é difícil prever exatamente como essas mudanças vão se desenrolar ao longo do tempo. Foto cedida por Bjorn Watland no Flickr sob uma licença CC BY-SA 2.0 “Um aspecto importante do estudo de Loladze é sua ênfase em oligoelementos, como zinco,” James Elser, da Universidade Estadual do Arizona, e um defensor da teoria estequiometria ecológica em que Loladze baseou seu trabalho, disse a Mongabay. “Estes são muitas vezes negligenciados considerando a nutrição de plantas, mas agrônomos e outros estão cada vez mais conscientes da importância destes oligoelementos não só na produção de culturas limitante, mas também na saúde humana e agora estão provisionamento estes elementos em fertilizantes.” Ao mesmo tempo que Loladze estava à procura de todos os dados disponíveis sobre as respostas nutricionais das plantas, Samuel Myers, da Universidade de Harvard, também estava tentando identificar o impacto do dióxido de carbono no conteúdo mineral das plantas. Enquanto Loladze incluía informações sobre culturas selvagens e domesticadas, e com tecidos comestíveis e não-comestíveis, Myers focava especificamente na análise do zinco e do ferro em seis culturas alimentares. Sua equipe de pesquisa cultivou as culturas sob diferentes condições atmosféricas de CO2, e encontraram um padrão semelhante: tanto o zinco, quanto o ferro, diminuíram cerca de 5-10 por cento no trigo, arroz, soja e ervilhas de campo, quando cultivada em um ambiente com dióxido de carbono elevado. No caminho dos vestígios e da “fome oculta” Embora um cenário, sobre o que acontece com os nutrientes nas plantas quando os níveis de dióxido de carbono, esteja se formando, ainda não é claro o tamanho do problema disso para a saúde das pessoas. Pequenas alterações nas concentrações dos minerais provavelmente não irão afetar as pessoas que já consomem quantidades mais do que suficientes, como muitas pessoas do mundo industrializado. E se plantas comestíveis crescem sob maior exposição ao dióxido de carbono, simplesmente comer mais pode compensar a concentração de minerais reduzida, isto porém pode ter consequências em termos de calorias extras consumidas. Arnica vara-de-ouro na Virgínia, EUA. Esta é uma fonte essencial de alimento de fim de temporada para as abelhas, mas um estudo recente descobriu que com o aumento dos níveis de dióxido de carbono, a qualidade nutricional de seu pólen está diminuindo. Isso pode afetar a sobrevivência de abelhas durante o inverno. Polinizadores, como as abelhas desempenham um papel crucial na nossa cadeia alimentar. Foto cedida por Bridget Leyendecker no Flickr sob uma CC BY 2.0 licença. Este quadro muda significativamente no mundo em desenvolvimento. Deficiências em micronutrientes são globalmente comuns, com um número estimado de 2 bilhões de pessoas com falta de zinco e ferro na dieta, o que é um sério problema há muito tempo reconhecido pelas Nações Unidas. O relatório USGCRP declarou: “Globalmente, deficiências alimentares crónicas de micronutrientes como vitamina A, ferro, iodo e zinco contribuem para a “fome oculta”, e as consequências da insuficiência de micronutrientes pode não ser imediatamente visíveis ou facilmente observadas . Este tipo de deficiência de micronutirentes é um dos riscos de saúde mais sérios do mundo e e afeta negativamente o metabolismo, o sistema imunológico, o desenvolvimento cognitivo e a maturação (particularmente nas crianças)”. O relatório também observou que cerca de 40 por cento das pessoas nos EUA estão susceptíveis a consumir menos do que a exigência média diária de cálcio e de magnésio. Dada a prevalência atual de “fome oculta”, alguns especialistas esperam que o aumento dos níveis de CO2 e a correspondente diminuição nutricional das plantas poderiam ter um grande impacto sobre a saúde das pessoas que já sofrem de, ou apresentam risco de, desnutrição, as nações em desenvolvimento da África e Ásia estão entre as mais susceptíveis a serem as mais atingidas. Porém, mais pesquisas são necessárias para quantificar os potenciais impactos. Estudos como os realizados por Loladze e Myers até agora só observaram as plantas em si, e não os produtos alimentares que podem surgir a partir delas, adverte Elser. Isto “não representa necessariamente o conteúdo nutricional dos alimentos no momento do consumo, uma vez que tenham sido processados e preparados. Assim, o impacto nutricional do efeito do CO2 no produto final exige mais investigação.” “Eu concordo que as conclusões em ambos os estudos são um pouco alarmantes, mas devem ser entendidos como tais, apenas um par de papéis que fazem estimativas do impacto potencial que precisam ser verificados por meio de agroecologia, clima, tipos de alimentos, etc.”. Patrick Webb, professor de nutrição da Universidade Tufts, disse a Mongabay. “Lembrem-se porém que há uma rápida expansão do cultivo de colheitas bio-fortificadas e um aumento global no consumo de alimentos processados, a maioria fortificada com micronutrientes. Eu só digo isso para salientar que esses estudos não levam a conclusão de que “vamos ficar sem nutrientes!” Simplesmente, que é preciso ter cuidado com esses tipos de impactos potencialmente negativos de gases de efeito estufa, até mesmo em nossa dieta alimentar, e esses impactos estão sujeitos a serem maiores em alguns lugares do que outros.” Abelhas, vespas, borboletas, mariposas, moscas e outros polinizadores selvagens são vitais para a agricultura do mundo e para os ecossistemas. Ninguém sabe ao certo como o aumento dos níveis de dióxido de carbono e a correspondente queda dos níveis de proteína e minerais em plantas terão impacto nestas espécies a longo prazo. Imagem por Edward Sanders, cortesia da Biodiversity Heritage Library “Questões estão sendo discutidas entre os pesquisadores agrícolas internacionais, certamente”, continuou Webb, que também é Diretor do Feed the Future Nutrition Innovation Lab do USAID. “O desafio … é documentar o ritmo da mudança, no valor nutricional das plantas, para diferentes regiões do mundo, para diferentes tipos de culturas. Só então saberemos que tipos de mudanças de política precisam ser postas em prática, como resposta ao que está acontecendo (ou não acontecendo) em uma escala, significativa o suficiente, para justificar a ação.” No ano passado, Myers e seus colegas analisaram projeções dos possíveis efeitos da queda no teor de zinco nas plantas para pessoas em 188 países. Eles descobriram que, devido aos aumentos previstos na concentração de dióxido de carbono na atmosfera, 138 milhões de pessoas estariam em risco de deficiência de zinco em 2050, grande parte destas pessoas concentrada na África e Sul da Ásia. “O efeito que nós identificamos destaca uma questão de justiça social”, Myers e seus co-autores escreveram. “As emissões de CO2 do mundo rico estão colocando os pobres em perigo.” Embora este problema possa, teoricamente, ser resolvido através da identificação das regiões e populações mais expostas ao risco de fome oculta, e posteriormente direcionar programas de fortificação minaral para a região, problemas de logística podem impedir que estes recursos cheguem a quem realmente precisa agora e no futuro, diz Loladze em seu artigo de 2014. Outra opção é explorar cultivos de reprodução seletiva que podem ser menos suscetíveis a quedas de nutrientes devido a níveis masi elevados de dióxido de carbono. Loladze também pede urgência em novas pesquisas, afirmando que um maior entendimento de como exatamente a queda nutricional ocorre pode ser um passo importante em como reagir a seus efeitos. “Elucidar o papel relativo de cada mecanismo – diluição de nutrientes por hidratos de carbono, transpiração reduzida, demandas alteradas por nutrientes do solo e assim por diante, e ligá-los a mudanças genéticas vai nos ajudar a deselvolver estratétigias de mitigação destes riscos. Cadeia alimentar e mudanças nos ecossistemas Enquanto o impacto total da fome oculta na saúde humana ainda está sendo investigada, nós não somos os únicos sujeitos a ela: as plantas formam a base da maioria dos ecossistemas terrestres e, “mudanças na nutrição básica das plantas irá estender-se a todos os organismos que se alimentam delas e consequentemente o resto da cadeia alimentar “, Lewis Ziska do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos disse a Mongabay. “Geralmente isto significa que a vegetação, em um ambiente enriquecido em CO2, é de pior qualidade para os animais que a consomem – herbívoros insetos, veados, etc.,” Elser explicou. “No entanto, isto não é necessariamente sempre assim. Por exemplo, mais baixo teor de azoto em grama, consequência do efeito de diluição de hidratos de carbono, parece favorecer o sucesso de gafanhotos.” Uma abelha operária em um favo de mel. O sério declínio de proteína em Arnica vara-de-ouro, uma colheita queda importante que sustenta abelhas na América do Norte durante o inverno, pode estar prejudicando esses polinizadores, mas mais estudos são necessários para separar esse fator dietético de estresse, de outros fatores de estresse importantes, incluindo o uso de pesticidas químicos. A maneira que os níveis crescentes de CO2 estão impactando outras plantas e polinizadores de todo o mundo ainda não foi estudada. Foto por Richard Bartz, Munich Makro Anormal & Beemaster Hubert Seibring licenciado sob a mesma licença 2.5 Genérica Creative Commons AttributionShare Estudos têm demonstrado que alguns insetos herbívoros podem compensar a baixa concentração de nutrientes em plantas encontradas em ambientes de alta concentração de CO2 ao comerem mais, entretanto, o crescimento, o desenvolvimento e a reprodução destes insetos podem ser afetados, disse Loladze. Os danos às culturas também podem ser maior se os insetos precisarem consumir maiores quantidades de plantas para sobreviver. Alguns estudos de laboratório mostraram que, mesmo com a alimentação compensatória para compensar deficiências, insetos são mais propensos a morrer de fome, ou podem acabar consumindo quantidades prejudiciais de compostos tóxicos. Em estado selvagem, espécies generalistas podem responder por substituir seus hospedeiros vegetais, e ao longo do tempo respostas evolutivas podem ser esperadas. Outro impacto no ecossistema é o teor inferior de nutrientes encontrados em folhas mortas, Elser acrescentou. “Isso pode retardar a ciclagem de nutrientes no solo e, assim, impactar a produtividade da pastagem ou floresta.” Uma pesquisa publicada por Ziska e seus colegas, ilustra uma outra forma como as alterações nutricionais de CO2 provavelmente estão afetando ecossistemas selvagens e culturas alimentares humanos. Sua equipe analisou amostras de Arnica vara-de-ouro do Smithsonian National Museum coletados entre 1824 e 2014, para ver como da qualidade do pólen mudou quando os níveis de dióxido de carbono atmosférico aumentavam, e viram uma alta correlação. Enquanto as concentrações de dióxido de carbono aumentaram dos níveis pré-industriais de 280 partes por milhão para níveis próximos aos atuais, 398 partes por milhão, o teor de proteína nas amostras de pólen caíram 30 por cento. A maior queda de proteínas foi observada entre 1960 e 2014, quando o nível de CO2 atmosférico aumentou de forma mais dramática. O entomologista do Department of Agriculture Agricultural Research Service dos EUA, Dr. Jeff Pettis, examina uma colônia de abelhas em McFarland, CA (Califórnia) em 2014. As abelhas são um dos muitos polinizadores da natureza e são cruciais para a produção de frutas e legumes -incluindo maçãs, abóbora e amêndoas. As abelhas são responsáveis pela polinização de aproximadamente US $ 15 bilhões das colheitas dos EUA por ano. O seu desaparecimento teria repercussões enormes para o nosso abastecimento alimentar. Foto por David Kosling / USDA. A equipe também realizou uma experiência de dois anos onde cultivou solidago (popularmente conhecida como arnica ou vara-de-ouro) sob uma faixa equivalente de concentrações de dióxido de carbono, e depois em níveis que estão previstos para as próximas décadas. Eles observaram declínios de proteínas semelhantes. Myers descreveu estes resultados como “realmente fascinantes”, e explicou: “Isto é importante porque a arnica é uma das mais onipresentes plantas de florescimento tardio que fornece alimento para abelhas antes destas hibernarem.” Ziska e seus colegas dizem que a arnica é reconhecida como “essencial para a saúde e para a sobrevivência da abelha do mel durante o inverno”. Não só é provável que isto impacte diretamente a população de abelhas, “É razoável supor, no caso das abelhas, que a redução nutricional aumente a vulnerabilidade a outros fatores de stress, como pesticidas e parasitas” disse Ziska. A perda de polinizadores ao redor do mundo causaria um grande impacto em muitos alimentos que dependem destes polinizadores, de maçãs a laranjas, de amêndoas a castanhas, de alface a brócolis e de café a tomates. “Estamos começando a projetar algumas experiências para ver o que essas mudanças no teor de proteína podem significar para o comportamento das abelhas e a eficácia destas como polinizadores”, disse Myers. A pesquisa que Myers e seus colegas publicaram no ano passado quantificou o papel que os polinizadores desempenham para garantir a saúde humana através de nutrição alimentar. O estudo concluiu que, sem polinizadores, cerca de 1,4 milhões de pessoas adicionais morreriam a cada ano devido a doenças não transmissíveis e deficiências de micronutrientes. Necessidade urgente de novas pesquisas A complexidade dos sistemas naturais e os numerosos fatores que afetam a saúde humana e saúde animal, tornam difícil prever exatamente como os CO2 impactos na cadeia alimentar afetarão pessoas ou ecossistemas. Estratégias de mitigação podem ser bem sucedidas até certo ponto, uma vez que sabemos o que estamos enfrentando. Ainda melhor seria cortar rapidamente as emissões de combustíveis fósseis, certificando-se que a longo prazo as previsões de aumento do dióxido de carbono não se concretizem. “O impacto sobre a nutrição da nossa alimentação é um efeito direto do aumento das emissões de gases do efeito estufa, por isso é vital reduzir essas emissões”, disse Crimmins. “Agir sobre a mudança climática agora e reduzir as emissões de gases de efeito estufa do mundo não é apenas um imperativo ambiental, é crucial para proteger a saúde pública”. “O ponto é que a humanidade está agindo como um macaco em um foguete”, Myers concluiu. “Nós costumávamos ser os passageiros assim como todos os outros seres vivos do planeta, mas subimos para a cabina do piloto e tomamos controle da nave. Agora estamos apertando botões e movendo alavancas e assim, mudando a maioria das condições biofísicas do planeta, com pouca ideia de quais serão as consequências para a nossa própria saúde e bem-estar, e para o resto da biosfera. Sem dúvida, haverá outras surpresas ao longo do caminho “. Uma abelha-anã do mel (Apis Florea). Os impactos dos níveis de dióxido de carbono na nutrição das plantas mal começou a ser estudado. Com os níveis de CO2 a subir estamos nos movendo para um território desconhecido. Foto por Gideon Pisanty (Gidip) licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution 3.0. Citations DeLucia, E.H., Nabity, P.D., Zavala, J.A., and Berenbaum, M.R. (2012) Climate Change: Resetting Plant-Insect Interactions. Plant Physiology 160: 1677-1685 Loladze, I. (2002) Rising atmospheric CO2 and human nutrition: toward globally imbalanced plant stoichiometry? Trends in Ecology and Evolution 17: 457-461 Loladze, I. (2014) Hidden shift of the ionome of plants exposed to elevated CO2 depletes minerals at the base of human nutrition. eLife 3:e02245. DOI: 10.7554/eLife.02245 Müller, C., Elliott, J., and Levermann, A. (2014) Fertilizing hidden hunger. 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