它可能会来到你身边的面包房:由小麦制成的面包，经过了重新设计的光合作用机制，使其在一个更温暖的星球上茁壮成长。
尽管许多研究人员——其中一些是由比尔和梅林达·盖茨基金会资助的——正在争先恐后地培育这种新品种小麦，但它不会很快问世。不断升高的气温已经对世界上的麦田造成了影响。但是一种新的耐热小麦将取代目前种植的小麦类型，这种小麦将在未来十年或更久的时间里被淘汰。
“最大的全球变化,威胁粮食安全是高温,”唐纳德支持说,植物生物学和作物科学教授工作的伊利诺伊大学的一个项目叫做成熟,实现提高光合效率,提高粮食作物的光合作用,也有助于击败热火。
全世界都在关注这个问题。例如，2010年和2012年，由于炎热天气和干旱，俄罗斯小麦种植者的产量大幅下降。
佛罗里达大学(University of Florida)的研究人员森特尔德·阿森(Senthold Asseng)说，“它导致全国产量减少了30%，这真的是一个巨大的数字。”他指出，俄罗斯通过减少出口来弥补这一缺口，但“如果你在印度或孟加拉国损失了三分之一的产量，那可能是一场巨大的灾难。”
一项研究表明，气温每升高一度，世界主要粮食作物的产量就会下降。
随着全球变暖的持续，全球正齐心协力帮助农业适应新的气候现实。专家们说，最紧迫的适应行动涉及世界上主要的粮食作物，特别是小麦、水稻、玉米和大豆，它们加起来提供了人类三分之二的热量摄入。在一个研究政府间气候变化专门委员会(IPCC)警告说，如果不从根本上改变农业，世界将面临粮食不安全加剧的风险。
这不仅仅是关于食物。食物短缺是社会问题的一个重要驱动因素。例如，2007年到2010年的干旱被考虑在内主要因素之一导致了叙利亚内战。
一个2017年的研究包括Asseng在内的一组研究人员使用模型来预测温度升高时这些主要作物的变化。研究表明，气温每升高1摄氏度，所有作物的产量都会下降，其中玉米产量下降7%以上，小麦产量下降6%，大豆产量下降3%，水稻产量下降3.2%。阿森说:“这意味着在未来30到40年里，如果全球气温上升3摄氏度，单是温度就会使小麦减产15%到20%。”
气候变化带来的不仅仅是更高的气温。气候变暖带来了一系列问题和好处，从降水过多到降水过少(每上升1摄氏度，大气中的湿度就增加7%);降水、洪水和侵蚀时间的变化;突然温度波动;土壤健康变化;以及更多的野火，这会影响种植、成熟和收获。温暖的气温也可能意味着更多的害虫，更多的疾病和更多的杂草。一些研究表明，除了减产外，大米和小麦等重要粮食作物在碳含量更高的环境中生长，蛋白质、铁和锌的含量也降低了。
在一些地方，作为绿色革命组成部分的水稻品种正在逐步淘汰，以支持本地品种。
与此同时，随着全球人口从76亿飙升至近100亿，对粮食的需求也在上升，到2050年可能会增长100%。随着世界从化石燃料转向以植物为基础的材料，如生物燃料或生物塑料，专家表示，这将需要农业产量增加30%。所有这些增长必须在已经存在的农业土地上完成，这样亚马逊雨林或其他重要的自然区域就不需要被破坏。
小麦——地球上最大的粮食作物，提供了全球20%的热量——正受到研究人员的广泛关注。提高产量和培育耐热小麦的主要方法之一是优化光合作用。英国兰开斯特大学(Lancaster University)的首席研究员马丁·帕里(Martin Parry)说:“如今，农作物将阳光转化为植物生物量的比例低得惊人，大约只有0.5%到1%。”“我们只需要将这个比例翻倍到1%到2%，而且这已经被科学证明是可能的。”
研究人员通过关注Rubisco来实现这一目标，Rubisco是1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的首字母缩略词。这是一种古老的酶，有超过35亿年的历史，是由植物进化而来的。它吸收无机二氧化碳并将其转化为有机碳。
但有20%的情况下，Rubisco会捕获氧气而不是二氧化碳，这导致了一种被称为光呼吸的过程，这种过程对植物来说是能量昂贵的，会导致光合作用减少和产量降低。
裸颈鸡原产于罗马尼亚，由于缺少羽毛，所以天生就有空调。
Ort称Rubisco是地球上最重要的酶，因为它负责将阳光转化为植物组织，为世界提供食物。然而，Ort说，“它不是一种很好的酶。它是缓慢的。它也会犯错。它是地球上最丰富的酶，原因是植物应对它不是一种很好的酶的方式是制造很多它。”
伊利诺伊大学(University of Illinois)的RIPE项目和兰开斯特大学(Lancaster University)以及其他实验室的研究重点是侵入植物，提高Rubisco的效率。“有更简单的方法可以做到这一点，”Ort说。“这些是完全重新设计的，试图绕过天然途径，用更简单、更有效的途径取代它们”，不影响光合作用。
专家们说，即使把重点放在光合作用的重新设计上，一种新的小麦品种至少还需要10年或12年。
至少有一种能在高温下茁壮成长的小麦已经被成功种植。来自瑞典农业科学大学和国际干旱地区农业研究中心的研究人员从古代和现代品种中培育出了一种小麦作物，可以在100度以上的温度下生长。它生长在西非的塞内加尔河流域。
水稻、大豆和其他作物也将受益于重新设计的新的光合作用过程。作为全球35亿人的食物来源，大米尤其脆弱。它的产量不仅受到高温的影响，而且还需要可靠的水供应——它使用了世界上34%到43%的水供应用于灌溉——而且高温的影响因不规则的天气模式和含水层的减少而加剧。盐水入侵由于海平面上升也是一个严重的问题。
牧场主和科学家也在寻找能在更温暖的温度下茁壮成长的奶牛。
一个最近的研究发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究发现，气候变暖正在增加水稻中的砷含量，到2100年，水稻产量可能会减少近40%。
为应对气候紧急情况，各国在多个方面做出了努力，包括开发抗旱、抗病和抗盐水的水稻品种。例如，在20世纪60年代的绿色革命中不可或缺的IR8水稻品种，正在逐步被淘汰，取而代之的是更容易在土壤中生长、抗病能力更强的本地品种。
美国一组研究人员正在对水稻基因组进行编辑，以增加抗病能力或编辑掉使水稻易感的基因。他们寻找一个工厂可能穷产量但具有良好的抗病性,然后删除耐药基因并将其设置为一个高收益的商业品种“基因组编辑允许我们去做,在速度和准确性,”亚当Bogdanove,康奈尔大学植物病理学教授说。
阿肯色州的研究人员发现，在过去40年里，夜间温度上升了5华氏度，这意味着植物在夜间失去了更多的水分。美国大部分水稻作物都生长在阿肯色州。不断增加的热量也降低了光合作用，阻碍了水稻自花授粉的能力。一些农民正在讨论进一步向北迁移，以保持在作物的温度范围内。
还有其他方法可以提高农业在高温下的耐受性，比如改变作物生长的时间，或者采用可以帮助作物保持凉爽的农业方法。一个最近的研究例如，《自然》杂志发现，热带地区的农场通过混合种植交织的作物和原生森林的边界，而不是单一种植，有助于保持农业景观的凉爽，同时也提供了更多的栖息地，促进生物多样性，尤其是鸟类。
除了农作物，家畜和其他为食物而饲养的动物也受到气候变化的影响。例如，鸡对高温特别敏感。
还有其他方法可以提高农业在高温下的耐受性，比如改变作物生长的时间，或者采用可以帮助作物保持凉爽的农业方法。
其中一个更有趣的解决方案是裸颈鸡。这是一种长相奇怪的鸟，看起来好像它的羽毛从脖子底部一直被拔到头部。尽管它缺乏美感，但在气候变化的情况下，它的功能得到了弥补。
这些鸡来自罗马尼亚，由于没有羽毛，它们不仅天生有空调，而且比其他鸟类有更大的肺和其他重要的生理特征，使它们能够适应更温暖的温度。“它也更修长，”厨师创业公司(Cooks Venture)的创始人马修·瓦迪亚克(Matthew Wadiak)说。该公司在阿肯色州经营饲养和销售这些鸡的业务。“如果你有一只长腿的鸟，它直立并离开地面，它周围有更多的气流，可以保持凉爽。”
牧场主和科学家们也在寻找能在更温暖的温度下茁壮成长的奶牛。有一种动物可以帮助美国西南部和其他干旱地区的牧场主适应气候变化raramuri混血儿牛——意思是“脚轻的人”——作为对景观影响更大的安格斯和赫里福德的替代。
近年来，干旱一直困扰着美国西南部地区，一些研究人员表示，干旱可能会成为该地区永久的问题。这给牧场带来了沉重的打击。的混血儿被征服者从西班牙带到北美，在被塔拉乌马拉印第安人等人收养之前就被释放了。在过去的四个世纪里，这些牛已经适应了墨西哥的干旱环境。
20年前，它们被从墨西哥的奇瓦瓦州带到新墨西哥州拉斯克鲁塞斯附近的Jornada实验站。自那以后，它们被看到了好处的牧场主收养了，自然保护协会(Nature Conservancy)正在犹他州的峡谷地研究中心(Canyonlands Research Center)研究它们对土地的影响。
“这些牛能承受高温和缺水，”科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)干旱土地生态学家、峡谷地研究中心(Canyonlands Research Center)顾问尼科尔·巴格(Nichole Barger)说。“他们正在选择更广泛的不同种类的植物，而不仅仅是那些因为气候变化而减少的草类。”
当然，长期而言，粮食安全最重要的解决方案是减少温室气体排放。“任何人都不可能说，‘哦，气候变化正在发生，我们只是要适应它，’”IPCC食品和土地使用工作组联合主席汉斯·奥托·波特纳(Hans Otto Portner)说。“适应能力是有限的。”
