Ponieważ stężenie dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze Ziemi nadal rośnie, zrozumienie wpływu tego zjawiska na produkcję żywności ma kluczowe znaczenie. Naukowcy z chińskiego National Nanfan Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS) w Sanya przeanalizowali możliwe skutki zwiększonego poziomu CO2.

Jak przypominają, większość roślin wykorzystuje proces fostosyntezy znany jako C3. Dotyczy to w szczególności roślin uprawnych, z których tylko trzy - kukurydza, pszenica i ryż - dostarczają mieszkańcom Ziemi 60 proc. kalorii i białek pochodzenia roślinnego (według Ecyclopedia Britannica).

Z jednej strony, jak zauważają naukowcy, podwyższony poziom dwutlenku węgla może mieć pewne pozytywne skutki dla roślin: ułatwi fotosyntezę, co doprowadzi do zwiększenia plonu suchej masy i produkcji ziarna. W przypadku roślin strączkowych wzrośnie wiązanie azotu (N2), co jest korzystne, gdyż zmniejsza zależność upraw od nawozów sztucznych. Może też wzrosnąć efektywność wykorzystania wody przez rośliny dzięki zmniejszeniu transpiracji.

Autorzy publikacji podkreślają jednak również liczne negatywne konsekwencje. Podwyższony poziom CO2 zmniejsza zawartość azotu w gatunkach uprawnych i drzewach, prowadzących fotosyntezę typu C3. Zmniejszenie poziomu azotu wpływa na syntezę białek i aminokwasów w roślinach. Na przykład zawartość białka w ziarnach pszenicy zmniejsza się o 7,4 proc. przy podwyższonym stężeniu CO2. Podobnie spada zawartość aminokwasów w różnych organach roślin.

Zmianie ulega również zawartość składników mineralnych w ziarnach. W ryżu i kukurydzy stężenia fosforu, siarki, żelaza, cynku, miedzi i manganu zmniejszają się przy wysokim stężeniu CO2. Ogólnie przewiduje się, że stężenia składników mineralnych w roślinach C3 spadnie o 8 proc., podczas gdy całkowita zawartość węglowodanów niestrukturalnych wzrośnie.

Takie zmiany w składzie upraw stanowią poważne zagrożenie dla globalnego bezpieczeństwa żywnościowego. Spadek zawartości białka, aminokwasów i składników mineralnych może doprowadzić do podwojenia niedożywienia białkowo-kalorycznego i niedoboru mikroelementów, szczególnie w regionach takich, jak Afryka, gdzie gleby są ubogie w składniki odżywcze. Ponadto wzrost zawartości węglowodanów niestrukturalnych w uprawach zbóż może zwiększyć częstość występowania cukrzycy z powodu diet bogatych w skrobię.

Aby złagodzić te negatywne skutki, naukowcy sugerują kilka strategii. Wybór genotypów upraw o lepszych cechach do programów hodowlanych może pomóc złagodzić niedobór składników odżywczych. Sadzenie większej liczby drzew, zwłaszcza gatunków C3, wiążących azot (N2), może wiązać dwutlenek węgla i poprawiać żyzność gleby. Przejście na dietę opartą na roślinach strączkowych może zmniejszyć emisję metanu przez zwierzęta gospodarskie, przy okazji wykorzystując zdolność roślin strączkowych do wiązania azotu z powietrza dla wytwarzania białek i użyźniania gleby.

Autorzy publikacji mówią o potrzebie dalszych badań, które powinny skupić się na fizjologicznych i molekularnych reakcjach roślin C3 na podwyższony poziom dwutlenku węgla, analizować metabolity zaangażowane we wzrost roślin w takich warunkach i oceniać skutki ekologiczne. Natomiast zastosowanie sztucznej inteligencji w hodowli roślin może pomóc w opracowaniu odmian upraw bardziej odpornych na zmiany klimatyczne i o lepszej jakości odżywczej.

Paweł Wernicki(PAP)

pmw/ zan/