الزراعة
تقدم الزراعة باستخدام الذكاء الاصطناعي والهندسة الوراثية – مستقبل الزراعة
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
إنشاء محاصيل غذائية جديدة
منذ فجر الزراعة، حول البشر الأعشاب البرية إلى محاصيل مستأنسة، تتميز بمحتوى غذائي أعلى، طعم أفضل، سهولة في الحصاد، وبذور أكبر.
ومع ذلك، أدى تربية المحاصيل الغذائية الحديثة إلى اختيار صفات مثل استجابة أقوى للمخصبات، المبيدات، والري، مما أدى إلى أصناف أكثر هشاشة تعتمد على أنظمة زراعية ذات مدخلات عالية.
تسبب تغير المناخ، تآكل التربة، الأنواع الغازية، والأعشاب الضارة بضغط كبير على هذه المحاصيل المختارة بشكل مفرط.
كانت عملية الاستئناس أيضًا بطيئة و”عمياء”، حيث تم اكتشاف الصفات الجديدة عشوائيًا واختيارها على مدى عقود إن لم يكن قرون.
تأتي معظم محاصيل العالم من عدد قليل من “أحداث الاستئناس” في بعض المناطق من العالم، مما يترك الكثير من فرص الاستئناس المتبقية.
في الوقت الحالي، تركز إجراءات الاختيار والتربية الجديدة للمحاصيل التي تتبعها الشركات الزراعية على إضافة صفات مثل مقاومة الإجهاد المائي أو مقاومة الآفات والأمراض للمحاصيل الحديثة، مع نتائج مختلطة.
المشكلة الرئيسية هي أن العديد من هذه الصفات المرغوبة التي تم تحديدها في الأنواع البرية متعددة الجينات، تُنشأ بواسطة العديد من الجينات، غالبًا عشرات أو حتى مئاتها، مما يجعل تعديل الجينات للمحاصيل المستأنسة شبه مستحيل.
خيار آخر يبرز يُسمى “الاستئناس من الصفر”. الفكرة هي أنه بدلاً من أخذ محاصيل حديثة عالية الإنتاجية ومحاولة جعلها مقاومة كالحمى البرية، لماذا لا نأخذ الأعشاب البرية المقاومة بالفعل ونحولها إلى إنتاجية كالمحاصيل الحديثة؟
محاصيل جديدة ومشكلات جديدة
إنشاء مصادر غذائية جديدة
الصفات المرغوبة في صنف محصول مستأنس تميل إلى أن تكون أقل تعقيدًا، غالبًا ما تُحدد بجين واحد أو عدد قليل من الجينات. بالإضافة إلى ذلك، تُفهم هذه الخصائص الجينية عمومًا جيدًا.
لذلك، يمتلك نهج الاستئناس من الصفر القدرة على إنتاج أنواع جديدة من المحاصيل التي قد تُظهر مقاومة للتقلبات البيئية وإنتاجية وخصائص كافية كغذاء.
خاصةً عندما نأخذ في الاعتبار أدوات جديدة مثل تقنية كريسبر، التي تسمح بتحرير الجينات بدقة وتحكم كبير، بما في ذلك إضافة وإزالة جين، أو تعديل قواعد معينة في جين موجود. وبما أن كريسبر تُعتمد الآن لعلاجات الجينات لدى البشر، فمن المحتمل أن الإطار القانوني للمحاصيل المعدلة بتقنية كريسبر سيفتح في العديد من الدول.
يمكن العثور على التفاصيل التقنية لكيفية تنفيذ ذلك في المنشورات العلمية، على سبيل المثال، “تحصين الزراعة للمستقبل: الاستئناس من الصفر للمحاصيل المستدامة والمرنة”.
الضياع بين الأعشاب الضارة
مشكلة تنشأ عند تحويل الأعشاب الضارة إلى محاصيل غذائية هي أن المحاصيل الجديدة ستكون، بطبيعة الحال، مشابهة جدًا للأعشاب. في المقالة “الاستئناس من الصفر: ماذا عن الأعشاب الضارة؟”، بحث الباحثون في جامعة كوبنهاغن هذا السؤال.
فيها، يعترفون بأن النهج التقليدي للتعديل الوراثي في إدارة الأعشاب (مقاومة المبيدات) غير مستدام ويسبب تلوثًا مفرطًا.
بدلاً من ذلك، يقترحون أن تقنية إزالة الأعشاب بالروبوتات يمكن تعزيزها بالهندسة الوراثية لإنشاء نظام إدارة أعشاب أكثر صداقة للبيئة.
عندما يلتقي الروبوتات المتقدمة مع تحرير الجينات المتقدم
الروبوتات التي تزيل الأعشاب من الحقول
يمكن تعديل محاصيل الاستئناس من الصفر (وربما أيضًا أصناف المحاصيل القائمة المعدلة) لتسهيل التعرف عليها بواسطة روبوتات إزالة الأعشاب.
يمكن أن يكون هذا فائدة للروبوتات الزراعية، وهو موضوع ناقشناه في مقالتنا “يجب على المستثمرين الانتباه: الروبوتات تستولي على الزراعة”، حيث قدمنا مجموعة متنوعة من روبوتات إزالة الأعشاب:
- Ecorobotix يدمج الروبوت الرؤية الآلية مع الرش الدقيق لتقليل حجم المبيدات ومبيدات الأعشاب المستخدمة حتى 95٪.
- Naio Technologies تهدف إلى إزالة مبيدات الأعشاب من الحقل بالكامل، باستخدام روبوت ذاتي القيادة يزن 5 أطنان يجوب الحقل ويقشر أو يقتلع الأعشاب بشفرات صغيرة. يستخدم الليدار، توجيه GPS، والرؤية الآلية للقيادة الذاتية وتمييز المحاصيل عن الأعشاب دون الحاجة إلى إشراف.
- Blue River Technology، شريك عملاق معدات الزراعة جون دير، يستخدم التعلم الآلي والرؤية الآلية لتحديد كل نبات في الحقل. وبالتالي يمكن للروبوت القضاء على الأعشاب وكذلك تقليل كثافة المحاصيل، مثل الخس، مما يزيد من الإنتاجية العامة دون تدخل بشري.
الرؤية الذكية
هذا الاستخدام الأخير للرؤية الآلية من قبل Blue River هو اتجاه متنامٍ بين شركات الروبوتات الزراعية، حيث تتبع شركات أخرى نفس الاستراتيجية، مثل Vision Robotics، Ekobot، Carbon Robotics، وAigro.
بشكل عام، يستفيدون من التقدم الذي أُحرز في مجال الذكاء الاصطناعي والذي يُستخدم أيضًا في السيارات ذاتية القيادة، وروبوتات التوصيل، وغيرها.
المشكلة هي أن حتى البشر قد يواجهون صعوبة في تمييز بعض الأعشاب عن المحاصيل. لذا، حتى مع أحدث تقنيات التعلم الآلي والشبكات العصبية، قد تواجه عملية التعرف البصري البسيطة صعوبة في تحديد الهدف بدقة.
ستكون هذه المشكلة أكثر حدة في استراتيجيات الاستئناس من الصفر، حيث تبدو الأعشاب المعدلة مشابهة جدًا للأعشاب البرية الأصلية، أكثر من المحاصيل التقليدية.
نظريًا، يمكن حل هذه المشكلات من خلال تطوير خوارزميات أكثر كفاءة أو قوة. ومع ذلك، لا أحد يعرف بعد ما إذا كان ذلك ممكنًا فعليًا. قد تكون التعديلات الجينية هي المنقذ.
تمييز محاصيل الاستئناس من الصفر
على عكس العين البشرية، يمكن للرؤية الآلية تحليل نطاق واسع من الطيف الكهرومغناطيسي بسهولة، يشمل الضوء المرئي (380–780 نانومتر)، الأشعة تحت الحمراء القريبة (780–2500 نانومتر)، الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (2500–25000 نانومتر)، والأشعة تحت الحمراء البعيدة (25000–300000 نانومتر).
عند دمجها معًا، تُعرف هذه التقنية بـ “الرؤية الفوق طيفية”. وهي تقنية تُستخدم بالفعل لتحليل المحاصيل، باستخدام صور فوق طيفية من الطائرات بدون طيار أو الأقمار الصناعية لاكتشاف مشاكل مثل إجهاد المياه، الآفات والأمراض، جودة التربة، وغيرها.
المصدر: Imechyperspectral
يمكن هندسة المحاصيل الجديدة والنباتات المعدلة جينيًا لتتمتع بملف فائق طيفي مختلف عن أقاربها البرية. يمكن للروبوتات بعد ذلك استخدام هذا الاختلاف لتحديد فورًا ما هو العشب الضار وما هو المحصول المطلوب.
يمكن أيضًا استخدام الهندسة الوراثية لتعديل شكل الأوراق، مما يجعل محاصيل الاستئناس من الصفر أسهل في التعرف عليها.
المصدر: Cell
جمال هذا النهج هو أن تغيير الملف الفوق طيفي من غير المحتمل أن يؤثر على ملاءمة النبات للبيئة. لذا فإن هذا التغيير لن يكون قابلًا للكشف بأي طريقة ذات معنى إلا بواسطة روبوتات إزالة الأعشاب.
أخيرًا، يمكن تحقيق تغييرات في الملفات الفوق طيفية من خلال تعديل جين واحد، وتُجرى هذه التعديلات بانتظام في مختبرات علم النبات، لذا لا تحتاج إلى تقدم تكنولوجي جديد؛ فقد أدرج الباحثون الدنماركيون ما لا يقل عن 17 تعديلًا جينيًا معروفًا لتحقيق النتائج المرجوة.
ما هو النهج الأفضل؟
كان تعديل المحاصيل بيولوجيًا موضوعًا للنقاش لسنوات عديدة. الاستخدام الأكثر شيوعًا لهذه التقنية، إضافة صفات مقاومة للمبيدات، لم يساعد في جعل الممارسة أكثر شعبية، حيث ارتبط بزيادة استخدام المبيدات، بما في ذلك مادة راند أب المحتملة المسببة للسرطان.
في الوقت نفسه، تُعد كل محاصيل الزراعة تقريبًا معدلة جينيًا بشكل كبير عن أسلافها البرية، والفرق الوحيد هو أن هذه الاختلافات تم تحقيقها من خلال طفرات عشوائية بدلاً من طفرات موجهة.
من المشكلات التي لوحظت مع الكائنات المعدلة وراثيًا المقاومة للمبيدات هو انتشار الأعشاب المقاومة للمبيدات. قد تظهر مشكلات مماثلة مع المحاصيل المعدلة لملفها الفوق طيفي.
مع ذلك، لا ينبغي أن يشتت هذا الانتباه عن وعد الاستئناس من الصفر.
يمكن لهذا النهج إنشاء محاصيل غذائية جديدة أكثر مقاومة للجفاف، الملوحة، موجات الحرارة، الأمراض، والآفات.
يمكنه أيضًا أن يتيح لنا إنشاء محاصيل أساسية جديدة (مثل القمح والأرز) ليست سنوية بل معمرة، تنمو كل عام، تمتص الكربون، وتحد من تآكل التربة، مثل الأرز البري الأفريقي أو الحبوب الهجينة المعمرة الجديدة Kernza®.
المصدر: Frontiers
شركات الزراعة المبتكرة
1. Deere & Company
DE مخطط السعر
تُعرف هذه الشركة المتداولة علنًا بآلاتها الزراعية التقليدية. كما أنها رائدة في أكثر معدات الزراعة تقدمًا، حيث تُطبق تقنيات مثل الذكاء الاصطناعي، إنترنت الأشياء، الروبوتات، التعلم الآلي، البيانات الضخمة، وغيرها، لاتخاذ قرارات مستندة إلى البيانات.
المصدر: Deere
كما ذكرنا أعلاه، تتعاون شركة Deere أيضًا مع شركات ناشئة مثل Blue River Technology، التي تستخدم الرؤية الآلية لتحديد كل نبات في الحقل.
لذلك، من المحتمل أن تكون الجرارات/الروبوتات الذاتية والرؤية الآلية، ربما تُطبق على محاصيل الاستئناس من الصفر، مستقبل جون دير، حيث يتم دمج هذه التقنيات بسلاسة مع صور الأقمار الصناعية وغيرها من الحلول المدفوعة بالذكاء الاصطناعي.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer Crop Sciences، جزء من Bayer Global (وهي أيضًا شركة أدوية)، تركز على الابتكارات المتعلقة بالبذور والصفات وحماية المحاصيل.
ساعدت ابتكارات Bayer علماء التكنولوجيا الحيوية لديها على إجراء تحسينات مستهدفة داخل DNA النبات.
منذ اندماجه مع شركة مونسانتو، أصبحت أيضًا رائدة في محاصيل الكائنات المعدلة وراثيًا وإدارة الأعشاب. جاء هذا الاندماج مع مشكلة الدعاوى القضائية المكلفة جدًا بشأن راند أب، مما أدى إلى انخفاض أسهم الشركة في السنوات التي تلت الاندماج.
تتحكم في معظم سوق بذور الكائنات المعدلة وراثيًا التقليدية وتعمل أيضًا على استخدام تقنية كريسبر للجيل القادم من البذور للذرة، فول الصويا، القمح، وغيرها.
وفقًا لـ Bayer، فإن فوائد حماية المحاصيل هائلة. تحمي آلية حماية المحاصيل حوالي 30٪ من الإنتاج الزراعي عالميًا، ما يعادل 550 مليون طن من الغذاء يمكن أن يغذي أكثر من 2 مليار شخص.
المصدر: Bayer
تنتقل Bayer من الكائنات المعدلة وراثيًا التقليدية من خلال شراكة مع Gingko Bioworks (DNA)، إحدى أكبر شركات البيولوجيا التركيبية. تركز الشراكة على تطوير بدائل بيولوجية للأسمدة الكيميائية عبر تحرير جينات الكائنات الدقيقة.
تُعد رائدة في تنوع البذور وتحرير الجينات في النباتات، حيث لديها أكثر من 500 صنف محاصيل جديد في خط أنابيبها (و250 تسجيلًا جديدًا للمحاصيل في عام 2022).
الشركة أيضًا رائدة في دمج التكنولوجيا في الزراعة. على سبيل المثال، وقعت Bayer شراكة مع Microsoft (MSFT ) لدمج نظام إدارة البيانات Azur الخاص بالعملاق التقني مع خبرة Bayer في استخدام بيانات الأقمار الصناعية، حساسات الحقول، الطائرات بدون طيار، معدات الحقول، وحساسات التربة لإنشاء مزارع حديثة ومترابطة حقًا.
المصدر: Bayer
بفضل قيادتها في الكائنات المعدلة وراثيًا (التقليدية وتحرير الجينات المتقدم)، اختيار تنوع النباتات، ودمج البيانات الضخمة في الزراعة، تُعد Bayer مرشحًا طبيعيًا لمرافقة عملية إنشاء محاصيل مستأنسة من الصفر، وكذلك الكشف الفوق طيفي عن الأعشاب بواسطة الروبوتات الزراعية.
