Η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα, η εντατικοποίηση της ξηρασίας και οι καύσωνες μεταβάλλουν τις καλλιέργειες, με αποτέλεσμα τη μείωση των αποδόσεων, την εξασθένιση της επικονίασης και τη μείωση της περιεκτικότητας των ίδιων φυτών σε μέταλλα ανά γραμμάριο, καθώς η αραίωση των υδατανθράκων και η μειωμένη απορρόφηση από τις ρίζες μειώνουν το ψευδάργυρο, το σίδηρο και άλλα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά.
Αυτοί οι παράγοντες στρες, σε συνδυασμό με το όζον και τις ακραίες καιρικές συνθήκες, απειλούν επίσης τα φρούτα, τα λαχανικά, τα όσπρια, τα αλιεύματα και τους ξηρούς καρπούς, μεταβάλλοντας τα μέρη όπου μπορούν να καλλιεργηθούν τρόφιμα και την ποιότητα που φτάνει στα πιάτα μας.
Οι επιστήμονες που ασχολούνται με τις βιοεπιστήμες ενδιαφέρονται για το θέμα αυτό, επειδή η πυκνότητα των θρεπτικών συστατικών είναι το πρώτο βήμα της βιολογίας: καθορίζει τους συντελεστές των ενζύμων, τη σύνθεση της αιμοσφαιρίνης, την ανοσολογική λειτουργία και την νευροανάπτυξη, και συνεπώς τους κινδύνους για τον πληθυσμό όσον αφορά την αναιμία, τις λοιμώξεις, την ανάπτυξη των παιδιών και τη δημόσια υγεία σε παγκόσμιο επίπεδο.
Οι παράγοντες που συνοδεύουν την κλιματική κρίση επαναπρογραμματίζουν τη βιοχημεία των φυτών, μετατοπίζοντας την ισορροπία άνθρακα-αζώτου, μειώνοντας την απορρόφηση ανόργανων συστατικών, αλλοιώνοντας τους δευτερογενείς μεταβολίτες και μειώνοντας την πυκνότητα των θρεπτικών συστατικών, με συνέπειες για τη δημόσια υγεία. Συνολικά, πρόσφατες ανασκοπήσεις δείχνουν ότι αυτές οι μειώσεις στη θρεπτική αξία είναι πλέον αναγνωρισμένο συστατικό της «κρυφής πείνας», καθώς η αυξημένη συγκέντρωση CO₂ αυξάνει ταυτόχρονα την απόδοση αλλά μειώνει τη θρεπτική ποιότητα των βασικών τροφίμων.
Φωτοσύνθεση και ισορροπία άνθρακα-αζώτου
Πως λειτουργούν όμως οι περιβαλλοντικοί παράγοντες στην διατροφική αξία όσων καταναλώνουμε; Τα αυξημένα επίπεδα CO2 διαταράσσουν την ισορροπία άνθρακα-αζώτου, καθώς οι υδατάνθρακες συσσωρεύονται ενώ οι ενώσεις πλούσιες σε άζωτο αραιώνουν, ειδικά όταν το άζωτο του εδάφους είναι περιορισμένο, με αποτέλεσμα χαμηλότερες συγκεντρώσεις πρωτεϊνών και ανόργανων συστατικών στους βρώσιμους ιστούς.
Σε βιοχημικό επίπεδο, τα αυξημένα επίπεδα CO₂ μεταβάλλουν τη ρύθμιση της φωτοσύνθεσης και της φωτοαναπνοής , ενώ ταυτόχρονα καταστέλλουν τα γονίδια που εμπλέκονται στην αφομοίωση του αζώτου. Αυτό περιορίζει τη ροή μέσω του κύκλου της γλουταμινικής συνθετάσης/γλουταμινικής συνθάσης (GS/GOGAT), ο οποίος μετατρέπει το ανόργανο άζωτο σε αμινοξέα.
Μελέτες επιβεβαιώνουν ότι, ενώ το σιτάρι και το ρύζι αρχικά επωφελούνται από τα αυξημένα επίπεδα CO₂ μέσω των ενισχυμένων ρυθμών φωτοσύνθεσης, η παρατεταμένη έκθεση μειώνει την περιεκτικότητα σε άζωτο, κάλιο και φώσφορο στα υπεράνω του εδάφους όργανα, ένα φαινόμενο που αποδίδεται στη «διάλυση» και στους περιορισμένους μηχανισμούς αφομοίωσης του αζώτου.
Στα όσπρια, η συντονισμένη δέσμευση αζώτου μπορεί να αντισταθμίσει εν μέρει αυτούς τους περιορισμούς, αλλά οι αντιδράσεις εξακολουθούν να εξαρτώνται από το περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, η λίπανση με CO₂ αυξάνει τη σύνθεση υδατανθράκων, αλλά μειώνει την πυκνότητα του αζώτου, οδηγώντας σε μείωση των πρωτεϊνών και των βασικών μετάλλων.
Μείωση των μικροθρεπτικών συστατικών
Σε καλλιέργειες όπως το σιτάρι, το ρύζι και η σόγια, η αυξημένη συγκέντρωση CO₂ στην ατμόσφαιρα αυξάνει τη συσσώρευση υδατανθράκων, αλλά οδηγεί σε αραίωση των ανόργανων συστατικών, με αποτέλεσμα οι φυτικοί ιστοί να παρουσιάζουν συνολική μείωση της περιεκτικότητας σε ανόργανα συστατικά κατά ~8%, με αξιοσημείωτη μείωση του αζώτου, του σιδήρου, του ψευδαργύρου και άλλων κατιόντων. Μετα-αναλύσεις και μελέτες FACE δείχνουν ότι, υπό τις συγκεντρώσεις CO₂ που αναμένονται έως το 2050, τα επίπεδα σιδήρου και ψευδαργύρου στα σιτηρά μειώνονται κατά περίπου 5 έως 10%, ενώ οι συγκεντρώσεις πρωτεϊνών στο σιτάρι μειώνονται κατά 6 έως 13% υπό συνθήκες αυξημένου CO₂ (eCO₂).
Μελέτες για το ρύζι και το σιτάρι αναφέρουν μειώσεις στο σίδηρο και τον ψευδάργυρο των σπόρων σε υψηλότερα επίπεδα CO₂. Αντίθετα, οι συνδυασμένες επεξεργασίες CO₂ και θερμοκρασίας μπορούν να αντισταθμίσουν εν μέρει ορισμένες μειώσεις ανόργανων συστατικών, αλλά αυξάνουν τους κινδύνους συσσώρευσης τοξικών μετάλλων, όπως το κάδμιο και ο μόλυβδος, στους σπόρους.
Φυσιολογικά, τρεις κύριοι μηχανισμοί εξηγούν αυτά τα αποτελέσματα.
- Η αυξημένη συγκέντρωση CO₂ μειώνει τη διαπνοή του φυλλώματος, αποδυναμώνοντας τη ροή των ανόργανων στοιχείων προς τις ρίζες και το ξύλο, μειώνοντας έτσι την πρόσληψη ανόργανων στοιχείων από ολόκληρο το φυτό.
- Η αύξηση της σύνθεσης υδατανθράκων που προκαλείται από το CO₂ ξεπερνά την πρόσληψη αζώτου («φαινόμενο αραίωσης»), γεγονός που μειώνει την περιεκτικότητα των σπόρων σε πρωτεΐνες και συναφή μικροθρεπτικά συστατικά, όπως ο ψευδάργυρος και ο σίδηρος.
- Η αύξηση του CO₂ διαταράσσει την αφομοίωση των νιτρικών και άλλες μεταβολικές διεργασίες που σχετίζονται με το άζωτο και βασίζονται σε συν-ενζυμικούς παράγοντες σιδήρου-θείου, περιορίζοντας τη φόρτωση του φλοιού και την ανακατανομή του αμινο-N και των σχετικών μικροθρεπτικών συστατικών στους αναπτυσσόμενους κόκκους. Πρόσφατα δεδομένα για το σιτάρι επιβεβαιώνουν τη μείωση όχι μόνο του σιδήρου και του ψευδαργύρου αλλά και των βιταμινών και των πολυφαινολών, συνδέοντας τις βιοχημικές μεταβολές με τη μείωση της αντιοξειδωτικής ικανότητας των κόκκων.
Περισσότερα αντιοξειδωτικά αλλά μικρότερη θρεπτικότητα
Υπό συνθήκες ζέστης και ξηρασίας, τα φυτά ανακατευθύνουν τον άνθρακα και την ενέργεια από την ανάπτυξη στην άμυνα, ρυθμίζοντας προς τα πάνω τις δευτερογενείς μεταβολικές οδούς που παράγουν φαινολικά, φλαβονοειδή και αλκαλοειδή. Αυτές οι ενώσεις εξουδετερώνουν τις αντιδραστικές μορφές οξυγόνου, σταθεροποιούν τις κυτταρικές μεμβράνες και αποτρέπουν τα φυτοφάγα και τα παθογόνα. Οι παράγοντες στρες που συνδέονται με το κλίμα, όπως η υψηλότερη θερμοκρασία, οι μεταβολές στις βροχοπτώσεις, η υπεριώδης ακτινοβολία και τα αυξημένα επίπεδα CO₂, μπορούν επομένως να αυξήσουν τις συγκεντρώσεις επιλεγμένων αντιοξειδωτικών (για παράδειγμα, φαινολικά οξέα και φλαβονόλες) ή συγκεκριμένων αλκαλοειδών μέσω παραγόντων μεταγραφής που ενεργοποιούνται από το στρες .
Ωστόσο, οι αντιδράσεις εξαρτώνται από το είδος και το περιβάλλον: ορισμένα φυτά παρουσιάζουν συνολική αύξηση των αντιοξειδωτικών, ενώ άλλα χάνουν το σύνολο των φαινολικών ή φλαβονοειδών παρά την αύξηση ορισμένων ισχυρών συστατικών (όπως υψηλότερη αλοΐνη στην αλόη υπό συνθήκες αλατότητας). Πειραματικές εργασίες έχουν επιβεβαιώσει ότι οι μεταβολές που προκαλούνται από το στρες αυτό στα φυτά, επηρεάζουν τη βιοδραστικότητα και τη χημική σταθερότητα σε φαρμακευτικά και διατροφικά φυτά.
Για την ανθρώπινη διατροφή, αυτές οι μεταβολές προσφέρουν πιθανά οφέλη: περισσότερα φαινολικά και φλαβονοειδή μπορούν να ενισχύσουν την αντιοξειδωτική ικανότητα της διατροφής, τις αντιφλεγμονώδεις επιδράσεις και την καρδιομεταβολική προστασία. Ορισμένα αλκαλοειδή προσδίδουν νευροδραστικές ή αντιμικροβιακές δράσεις σε διατροφικά επίπεδα. Το στρες μπορεί να μειώσει τις αποδόσεις, να αραιώσει τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά ή να στρεβλώσει τα φυτοχημικά προφίλ προς ενώσεις που είναι πικρές, λιγότερο βιοδιαθέσιμες ή βιοδραστικές σε δόσεις που πλησιάζουν την τοξικότητα.
Η μεταβλητότητα μεταξύ των εποχών και των περιοχών περιπλέκει την τυποποίηση των τροφίμων και των φυτικών παρασκευασμάτων, ενώ η αλλαγή των προφίλ μπορεί να μεταβάλει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φαρμάκων και θρεπτικών συστατικών. Τα καθαρά αποτελέσματα θα εξαρτηθούν από τα είδη, τις γεωργικές πρακτικές και τη μετασυλλεκτική διαχείριση, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για στοχευμένη καλλιέργεια και παρακολούθηση της ποιότητας.
Συμπερασματικά
Μακροπρόθεσμα, η διάλυση των θρεπτικών συστατικών λόγω των κλιματικών αλλαγών θα αναδιαμορφώσει την επισιτιστική ασφάλεια, μειώνοντας την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες, σίδηρο, ψευδάργυρο και βιταμίνες Β στα βασικά τρόφιμα, ενώ η ζέστη και η ξηρασία θα επηρεάσουν την απόδοση. Οι πληθυσμοί με προβληματικές διατροφικές συνήθειες αντιμετωπίζουν αυξανόμενους κινδύνους αναιμίας, καθυστέρησης στην ανάπτυξη, γνωστικής δυσλειτουργίας και μεταβολικών ασθενειών, καθώς η πυκνότητα των υδατανθράκων υπερβαίνει τα μικροθρεπτικά συστατικά.
Η παγκόσμια πολιτική για την υγεία πρέπει να ενσωματώνει τη μετριασμό των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής με την ανθεκτικότητα των θρεπτικών συστατικών, περιλαμβάνοντας τη βιοενίσχυση των καλλιεργειών, τη διαφοροποίηση των συστημάτων διατροφής, τη διαχείριση του εδάφους και του νερού και την ενίσχυση των θρεπτικών συστατικών όπου είναι απαραίτητο.
