Es difícil para un saltamontes hambriento en la pradera de Kansas. Oh, hay mucho pasto para comer, pero el pasto de este siglo ya no es lo que solía ser. Es menos nutritivo, deficiente en minerales como hierro, potasio y calcio.
En parte debido a esa dieta deficiente en nutrientes, últimamente ha habido una gran disminución en el número de saltamontes, aproximadamente un tercio en dos décadas, según un estudio de 2020. La pradera no salta como antes, y uno de los principales culpables es el dióxido de carbono, dice el autor del estudio Michael Kaspari, ecologista de la Universidad de Oklahoma en Norman.
El dióxido de carbono atmosférico está en su punto más alto en la historia humana. Eso probablemente esté bien para plantas como las hierbas que mastican los saltamontes. Pueden convertir ese carbono atmosférico en carbohidratos y construir más plantas; de hecho, los biólogos de plantas alguna vez pensaron que todo ese dióxido de carbono adicional simplemente significaría mejores rendimientos de los cultivos. Pero los experimentos en cultivos expuestos a altos niveles de dióxido de carbono indican que muchas plantas alimenticias contienen menos de otros nutrientes que bajo las concentraciones de dióxido de carbono del pasado. Varios estudios encuentran que los niveles de nitrógeno de las plantas, por ejemplo, han disminuido, lo que indica un menor contenido de proteína vegetal. Y algunos estudios sugieren que las plantas también pueden tener deficiencia de fósforo y otros oligoelementos.
La idea de que las plantas cultivadas en la era actual rica en dióxido de carbono contendrán menos de ciertos otros elementos, un concepto que Kaspari clasifica como dilución de nutrientes, ha sido bien estudiada en las plantas de cultivo. La dilución de nutrientes en los ecosistemas naturales está menos estudiada, pero los científicos han observado que ocurre en varios lugares, desde los bosques de Europa hasta los bosques de algas en el sur de California. Ahora, investigadores como Kaspari están comenzando a examinar los efectos colaterales, para ver si los herbívoros que comen esas plantas, como los saltamontes y los mamíferos que pastan, se ven afectados.
Los escasos datos ya presentes sugieren que la dilución de nutrientes podría causar problemas generalizados. “Creo que estamos en territorio canario en una mina de carbón”, dice Kaspari.
¿Comida de menor calidad?
Está claro que el aumento de los niveles de dióxido de carbono cambia la composición de las plantas de varias maneras. Los científicos han realizado estudios de años en los que bombean dióxido de carbono sobre los cultivos para aumentar artificialmente su exposición al gas, y luego analizan las plantas para determinar el contenido de nutrientes. Un gran análisis encontró que aumentar el dióxido de carbono en aproximadamente 200 partes por millón aumentó la masa vegetal en aproximadamente un 18 por ciento, pero a menudo redujo los niveles de nitrógeno, proteína, zinc y hierro.
Las verduras como la lechuga y los tomates pueden ser más dulces y sabrosas debido a los azúcares ricos en carbono agregados, pero pierden entre un 10 y un 20 por ciento de las proteínas, nitratos, magnesio, hierro y zinc que tienen en condiciones con menos carbono, según otro gran estudio. En promedio, las plantas pueden perder alrededor del 8 por ciento de su contenido mineral en condiciones de dióxido de carbono elevado. Kaspari compara el efecto con cambiar una nutritiva ensalada de col rizada por un tazón de lechuga iceberg baja en nutrientes.
Cuando las verduras se cultivan bajo niveles elevados de dióxido de carbono, por lo general se vuelven más grandes y más dulces y pueden tener más de algunos minerales, como el calcio, según encontró un análisis de varios estudios diferentes. Pero las cantidades de otros minerales, incluidos el zinc y el hierro, pueden disminuir.
Los científicos aún no saben exactamente cómo el dióxido de carbono adicional provoca cambios en todos estos otros nutrientes. Kaspari, quien discutió la importancia de los micronutrientes como el calcio y el hierro en los ecosistemas en la Revisión anual de ecología, evolución y sistemática de 2021, sugiere que es una simple cuestión de proporciones: el carbono aumenta, pero todo lo demás permanece igual.
Lewis Ziska, fisiólogo de plantas de la Escuela de Salud Pública Mailman de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, cree que es más complicado que solo proporciones. Por ejemplo, en el estudio de las verduras, el dióxido de carbono elevado aumentó la concentración de ciertos nutrientes, como el calcio, aunque limitó los niveles de otros.
Un factor que contribuye podría ser las pequeñas aberturas de las plantas, llamadas estomas, a través de las cuales absorben el dióxido de carbono que usan para producir azúcares y el resto de sus estructuras. Si hay mucho dióxido de carbono alrededor, no necesitan abrir los estomas con tanta frecuencia ni durante tanto tiempo. Eso significa que las plantas pierden menos humedad a través de la evaporación de esas aberturas. El resultado podría ser menos líquido subiendo por el tallo desde las raíces, y dado que ese líquido transporta elementos como metales del suelo, menos de esos oligoelementos llegarían a los tallos y las hojas.
Los científicos también han postulado que cuando el dióxido de carbono es alto, las plantas son menos eficientes para absorber minerales y otros elementos porque las moléculas de la raíz que normalmente atraen estos elementos actúan a una capacidad menor. Probablemente hay múltiples procesos en juego, dice Ziska. “No es un mecanismo único para todos”.
Lo que sea que esté sucediendo en estos cultivos bien estudiados, presumiblemente lo mismo está ocurriendo en los árboles y las malezas y otras especies no agrícolas, dice Kaspari. “Si le está sucediendo al suministro de alimentos humanos, le está sucediendo a todos los demás”.
Varios estudios sugieren que Kaspari tiene razón. Por ejemplo, a pesar de que los agricultores agregan fertilizante nitrogenado a las tierras de cultivo y ese nitrógeno luego se lava en las vías fluviales o tierras silvestres vecinas, la disponibilidad de nitrógeno está disminuyendo en una variedad de ecosistemas no agrícolas. En un análisis, los investigadores examinaron los niveles de nitrógeno en más de 43 000 muestras de hojas, recolectadas en varios estudios entre 1980 y 2017. Los niveles de dióxido de carbono atmosférico aumentaron casi un 20 % durante ese período, y las concentraciones de nitrógeno en las hojas disminuyeron un 9 %. Las concentraciones de minerales también se ven afectadas: los científicos que estudiaron árboles en Europa entre 1992 y 2009 observaron una caída en varios, incluidos calcio, magnesio y potasio, en al menos algunas de sus muestras de hojas.
Los científicos también pueden examinar muestras de museos y herbarios para estudiar cómo ha cambiado el contenido de nutrientes de las plantas a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono en el planeta. Ziska y sus colegas lo hicieron con la vara de oro, una fuente de alimento clave para las abejas. Usando colecciones del museo de historia natural de la Institución Smithsonian en Washington, DC, analizaron el polen desde 1842, justo antes de la Revolución Industrial Estadounidense. En ese momento, los niveles de dióxido de carbono eran de 280 partes por millón, en comparación con poco más de 420 en la actualidad.
El contenido de proteína del polen y, por lo tanto, el nivel de nutrición, disminuyó con el tiempo en aproximadamente un tercio, encontraron los científicos. Los experimentos modernos de Ziska con vara de oro cultivada bajo niveles de dióxido de carbono de hasta 500 partes por millón confirmaron que más dióxido de carbono produce polen deficiente en proteínas. Aunque todavía no está claro qué significa esto para las abejas, probablemente no sea bueno, dice Ziska.
Los resultados son sorprendentes, particularmente en comparación con los estudios de cultivos que no se basan en grandes conjuntos de datos históricos, dice Samuel Myers, científico investigador principal de la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard, que ha investigado el vínculo entre la salud de los polinizadores y la nutrición humana. .