Landbrug
Fremtidens Landbrug med AI og Genetisk Ingeniørkunst – Dyrkningens Fremtid
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Oprettelse af Nye Fødevareafgrøder
Siden landbrugets begyndelse har menneskeheden forvandlet vilde ukrudt til domesticerede afgrøder, som har højere næringsindhold, bedre smag, er lettere at høste og har større frø.
Dog har moderne avl af fødevareafgrøder resulteret i udvælgelse af egenskaber som en stærkere respons på gødning, pesticider og kunstvanding, hvilket har ført til mere skrøbelige sorter, der er afhængige af højinput-landbrugssystemer.
Klimaændringer, jorderosion, invasive arter og ukrudt har skabt stort pres på disse overudvalgte afgrøder.
Denne domesticeringsproces var også langsom og “blind”, med nye egenskaber tilfældigt opdaget og udvalgt over årtier, hvis ikke århundreder.
De fleste af verdens afgrøder stammer fra et håndfuld “domesticeringsevents” i få regioner af verden, hvilket efterlader mange mulige domesticeringer, der stadig kan udføres.
Indtil videre har nye udvælgelses- og avlsprocedurer af afgrøder fra landbrugsvirksomheder fokuseret på at tilføje egenskaber som vandstressresistens eller modstand mod skadedyr og sygdomme til moderne afgrøder, med blandede resultater.
Hovedproblemet er, at mange af disse ønskelige egenskaber, der er identificeret i vilde arter, er multigene, skabt af mange gener, ofte dusinvis eller endda hundreder af dem, hvilket gør genetisk modificering af dyrkede afgrøder næsten umulig.
En anden mulighed er ved at dukke op, kaldet “de novo domesticering”. Ideen er, at i stedet for at tage højtudbyttende moderne afgrøder og forsøge at gøre dem så resistente som vilde ukrudt, hvorfor ikke tage allerede resistente vilde ukrudt og gøre dem så produktive som moderne afgrøder?
Nye Afgrøder og Nye Problemer
Skabelse af Nye Fødevarekilder
De ønskelige egenskaber i en dyrket afgrødesort har tendens til at være mindre komplekse, ofte styret af kun ét eller et håndfuld gener. Derudover er disse genetiske træk generelt godt forstået.
Så har de novo domesticeringsmetoden potentialet til at producere nye typer afgrøder, som kan udvise modstand mod miljøskift og samtidig have tilstrækkeligt udbytte og egenskaber som føde.
Især når man tager nye værktøjer som CRISPR i betragtning, som tillader meget specifik og kontrolleret genredigering, herunder tilføjelse og fjernelse af et gen eller redigering af specifikke baser i et eksisterende gen. I betragtning af at CRISPR nu godkendes til gen-terapier hos mennesker, er det sandsynligt, at det juridiske rammeværk for CRISPR-redigerede afgrøder vil åbne op i mange lande.
De tekniske detaljer om, hvordan det kan gøres, kan findes i videnskabelige publikationer, for eksempel, “Future-Proofing Agriculture: De Novo Domestication for Sustainable and Resilient Crops”.
At Gå Tabt i Ukrudtet
Et problem, der opstår ved at gøre ukrudt til fødevareafgrøder, er at de nye afgrøder naturligvis vil være meget lig ukrudt. I artiklen “De novo domesticering: hvad med ukrudtet?”, forskere ved Københavns Universitet så på dette spørgsmål.
I artiklen indrømmer de, at den traditionelle GMO-tilgang til ukrudtsbekæmpelse (herbicidresistens) er uholdbar og forårsager for meget forurening.
I stedet foreslår de, at robotisk ukrudtsfjernelsesteknologi kan boostes af genetisk engineering for at skabe et langt mere miljøvenligt ukrudtsbekæmpelsessystem.
Når Avanceret Robotik Møder Avanceret Genredigering
Robotter der Rydder Marker
De novo afgrøder (og potentielt også modificerede eksisterende afgrødesorter) kunne modificeres, så deres identifikation er let for ukrudtsrobotter.
Dette kunne være en gevinst for landbrugsrobotter, et emne vi diskuterede i vores artikel “Investors Should Take Note: Robotics Is Taking Over Farming”, hvor vi præsenterede en række ukrudtsrobotter:
- Ecorobotix’s robot kombinerer maskinsyn med præcisionssprøjtning for at reducere brugen af pesticider og herbicider med op til 95%.
- Naio Technologies har som mål at fjerne herbicider fra marken fuldstændigt, med en 5‑ton autonom robot, der kører over marken og flænger eller roder ukrudtet med små knive. Den bruger LIDAR, GPS‑styring og maskinsyn til at køre selvstændigt og skelne afgrøder fra ukrudt, uden behov for tilsyn.
- Blue River Technology, en partner til den gigantiske landbrugsmaskinfabrik John Deere, bruger maskinlæring og maskinsyn til at identificere hver plante på marken. Så robotten kan fjerne ukrudtet, men også tynde ud afgrøderne, som salat, og dermed øge det samlede udbytte uden menneskelig indgriben.
Intelligent Vision
Denne seneste anvendelse af maskinsyn fra Blue River er en voksende trend blandt landbrugsrobotvirksomheder, med andre der forfølger samme strategi, som Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics og Aigro.
Generelt udnytter de fremskridtene inden for AI, som også bruges til selvkørende biler, leveringsrobotter osv.
Problemet er, at selv mennesker kan have svært ved at skelne visse ukrudt fra afgrøder. Så selv med den mest avancerede maskinlæring og neurale netværk kan simpel visuel identifikation have problemer med at identificere målet korrekt.
Dette problem vil blive endnu mere alvorligt for de novo domesticeringsstrategier, hvor modificerede ukrudt ser meget lige ud som de oprindelige vilde ukrudt, endnu mere end konventionelle afgrøder.
I teorien kunne disse problemer løses ved at udvikle mere effektive eller kraftfulde algoritmer. Dog ved ingen endnu, om dette virkelig er gennemførligt. Genetiske modificeringer kan komme til undsætning.
Mærkning af De Novo Afgrøder
I modsætning til det menneskelige øje kan maskinsyn let analysere et bredt spektrum af det elektromagnetiske spektrum, der spænder over det synlige (380–780 nm), nærinfrarød (780–2500 nm), midt‑infrarød (2500–25 000 nm) og fjerninfrarød (25 000–300 000 nm) områder.
Når de kombineres, kaldes det “hyperspektralt” syn. Dette er allerede en teknologi, der bruges til at analysere afgrøder, ved hjælp af hyperspektrale billeder fra droner eller satellitter til at opdage problemer som vandstress, skadedyr og sygdomme, jordkvalitet osv.
Kilde: Imechyperspectral
De nye afgrøder og genetisk redigerede planter kunne konstrueres til at have en anden hyperspektral profil end deres vilde slægtninge. Denne forskel kunne så bruges af robotterne til øjeblikkeligt at afgøre, hvad der er ukrudt, og hvad der er den ønskede afgrøde.
Genetisk engineering kan også bruges til at ændre bladformen, så de de novo domesticerede afgrøder bliver endnu lettere at identificere.
Kilde: Cell
Skønheden ved denne tilgang er, at en ændring i den hyperspektrale profil sandsynligvis ikke vil ændre plantens miljømæssige fitness. Så det er en ændring, der sandsynligvis ikke vil kunne opdages på nogen meningsfuld måde undtagen af ukrudtsrobotterne.
Endelig kan ændringer i de hyperspektrale profiler opnås med mono‑gen‑modifikation, og de udføres rutinemæssigt i plantebiologiske laboratorier allerede, så de kræver ingen ny teknologisk udvikling: de danske forskere nævner ikke mindre end 17 kendte genmodifikationer, der kan opnå de ønskede resultater.
Den Bedste Fremgangsmåde?
Bioteknologisk engineering af afgrøder har været et debattema i mange år. Den mest almindelige anvendelse af denne teknologi, at tilføje herbicidresistens, har ikke gjort praksissen mere populær, da den er forbundet med øget brug af herbicider, inklusive det potentielt kræftfremkaldende RoundUp.
Samtidig er praktisk talt hver dyrket afgrøde genetisk stærkt modificeret fra sine vilde forfædre; den eneste forskel er, at disse forskelle er opnået gennem tilfældige i stedet for målrettede mutationer.
Et problem, der er set med herbicidresistente GMO’er, har været spredningen af herbicidresistent ukrudt. Lignende problemer kan opstå med afgrøder, der er modificeret for deres hyperspektrale profil.
Dette bør dog ikke aflede opmærksomheden fra løftet om de novo domesticering.
Denne tilgang kunne skabe nye fødevareafgrøder, der er mere modstandsdygtige over for tørke, salinitet, hedebølger, sygdomme og skadedyr.
Den kunne også gøre det muligt at skabe nye basisafgrøder (som hvede og ris), der ikke er årlige men flerårige, der vokser igen hvert år, binder kulstof og begrænser jorderosion, som for eksempel Afrikansk vild ris eller den nyavlede flerårige hybridkorn Kernza®.
Kilde: Frontiers
Innovative Landbrugsvirksomheder
1. Deere & Company
DE Prisdiagram
Dette børsnoterede selskab er kendt for sin traditionelle landbrugsmaskineri. Det er også en leder inden for de mest avancerede landbrugsmaskiner, der implementerer teknologier som AI, IoT, robotter, maskinlæring, big data osv., for at træffe datadrevne beslutninger.
Kilde: Deere
Som nævnt ovenfor samarbejder Deere også med startups som Blue River Technology, der bruger maskinsyn til at identificere hver plante på marken.
Så det er sandsynligt, at autonome traktorer/robotter og maskinsyn, måske anvendt på de novo domesticerede afgrøder, vil være John Deere’s fremtid, hvor disse teknologier integreres glat med satellitbilleder og andre AI-drevne løsninger.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer Crop Science, en del af Bayer Global (også et farmaceutisk selskab), fokuserer på innovationer omkring frø og egenskaber samt afgrødebeskyttelse.
Bayers innovationer har hjulpet deres bioteknologiske forskere med at foretage målrettede forbedringer inden for plantens DNA.
Siden fusionen med Monsanto er de også en leder inden for GMO-afgrøder og ukrudtsbekæmpelse. Denne fusion medførte problemet med meget dyre RoundUp-retssager, som fik selskabets aktiekurs til at falde i årene efter fusionen.
Det kontrollerer størstedelen af det traditionelle GMO-frømarked og arbejder også på at bruge CRISPR til næste generation af frø til majs, soja, hvede osv.
Ifølge Bayer er fordelene ved afgrødebeskyttelse enorme. Beskyttelsesmekanismen sikrer omkring 30 percent af de globale landbrugsudbytter, svarende til 550 millioner tons fødevarer, som kunne fodre mere end 2 milliarder mennesker.
Kilde: Bayer
Bayer bevæger sig fra traditionelle GMO’er gennem et partnerskab med Gingko Bioworks (DNA), en af de største syntetiske biologi‑virksomheder. Partnerskabet fokuserer på at udvikle biologiske alternativer til kemiske gødninger via genredigering af mikroorganismer.
Det er en leder inden for frøvariation og genredigering i planter, med over 500 nye afgrødesorter i deres pipeline (og 250 nye frøregistreringer i 2022).
Selskabet er også en leder i integration af teknologi i landbruget. For eksempel Bayer har indgået et partnerskab med Microsoft (MSFT ) for at kombinere tech‑gigantens datastyringssystem Azure med Bayers ekspertise i at bruge data fra satellitter, feltsensorer, droner, felteudstyr og jordsensorer til at skabe virkelig moderne og sammenkoblede gårde.
Kilde: Bayer
Takket være sin ledelse inden for GMO’er (traditionelle og avanceret genredigering), frøvariationsudvælgelse og integration af big data i landbruget, ville Bayer være en naturlig kandidat til at ledsage processen med at skabe de novo domesticerede afgrøder, såvel som hyperspektral detektion af ukrudt af landbrugsrobotter.
