Γεωργία
Προώθηση της Γεωργίας με AI και Γενετική Μηχανική – Το Μέλλον της Καλλιέργειας
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Δημιουργία Νέων Φυτικών Καλλιεργειών
Από την αρχή της γεωργίας, η ανθρωπότητα έχει μετατρέψει άγρια ζιζάνια σε εξημερωμένες καλλιέργειες, οι οποίες έχουν υψηλότερη διατροφική αξία, καλύτερη γεύση, είναι πιο εύκολες στη συγκομιδή και έχουν μεγαλύτερους σπόρους.
Ωστόσο, η σύγχρονη εκτροφία τροφικών καλλιεργειών έχει οδηγήσει σε επιλογή χαρακτηριστικών όπως ισχυρότερη αντίδραση στα λιπάσματα, στα φυτοφάρμακα και στο άρδευση, με αποτέλεσμα πιο ευαίσθητες ποικιλίες που εξαρτώνται από συστήματα γεωργίας υψηλής εισροής.
Η κλιματική αλλαγή, η διάβρωση του εδάφους, τα εισβολικά είδη και τα ζιζάνια έχουν δημιουργήσει έντονη πίεση σε αυτές τις υπερεπιλεγμένες καλλιέργειες.
Αυτή η διαδικασία εξημέρωσης ήταν επίσης αργή και «τυφλή», με νέα χαρακτηριστικά να ανακαλύπτονται τυχαία και να επιλέγονται σε δεκαετίες, αν όχι αιώνες.
Οι περισσότερες παγκόσμιες καλλιέργειες προέρχονται από λίγες «εξαίρετες εξημερώσεις» σε ορισμένες περιοχές του κόσμου, αφήνοντας πολλή δυνατότητα για περαιτέρω εξημέρωση.
Προς το παρόν, οι νέες διαδικασίες επιλογής και εκτροφής καλλιεργειών από γεωργικές εταιρείες έχουν επικεντρωθεί στην προσθήκη χαρακτηριστικών όπως η αντοχή σε έλλειψη νερού ή η αντοχή σε παράσιτα και ασθένειες στις σύγχρονες καλλιέργειες, με μεικτά αποτελέσματα.
Το κύριο πρόβλημα είναι ότι πολλά από αυτά τα επιθυμητά χαρακτηριστικά που εντοπίζονται σε άγρια είδη είναι πολυγονιδιακά, δημιουργημένα από πολλούς γονίδια, συχνά δεκάδες ή ακόμη και εκατοντάδες, καθιστώντας τη γενετική τροποποίηση των καλλιεργειών σχεδόν αδύνατη.
Μία άλλη επιλογή εμφανίζεται, που ονομάζεται «νέα εξημέρωση». Η ιδέα είναι ότι αντί να παίρνουμε υψηλής απόδοσης σύγχρονες καλλιέργειες και να προσπαθούμε να τις κάνουμε τόσο ανθεκτικές όσο τα άγρια ζιζάνια, γιατί να μην πάρουμε ήδη ανθεκτικά άγρια ζιζάνια και να τα κάνουμε τόσο παραγωγικά όσο οι σύγχρονες καλλιέργειες;
Νέες Καλλιέργειες και Νέα Προβλήματα
Δημιουργία Νέων Πηγών Τροφής
Τα χαρακτηριστικά που επιθυμούνται σε μια εξημερωμένη ποικιλία καλλιέργειας τείνουν να είναι λιγότερο πολύπλοκα, συχνά καθοριζόμενα από ένα ή λίγα γονίδια. Επιπλέον, αυτά τα γενετικά χαρακτηριστικά είναι γενικά καλά κατανοητά.
Έτσι, η προσέγγιση της νέας εξημέρωσης έχει τη δυνατότητα να παράγει νέους τύπους καλλιεργειών που θα μπορούν να εμφανίζουν αντοχή σε περιβαλλοντικές αλλαγές και επαρκή απόδοση και χαρακτηριστικά ως τρόφιμα.
Ιδιαίτερα όταν λαμβάνονται υπόψη τα νέα εργαλεία όπως το CRISPR, που επιτρέπουν πολύ συγκεκριμένη και ελεγχόμενη επεξεργασία γονιδίων, συμπεριλαμβανομένης της προσθήκης ή αφαίρεσης ενός γονιδίου, ή της επεξεργασίας συγκεκριμένων βάσεων ενός υπάρχοντος γονιδίου. Δεδομένου ότι το CRISPR εγκρίνεται πλέον για γονιδιακές θεραπείες σε ανθρώπους, είναι πιθανό το νομικό πλαίσιο για τις καλλιέργειες επεξεργασμένες με CRISPR να ανοίξει σε πολλές χώρες.
Οι τεχνικές λεπτομέρειες του πώς μπορεί να γίνει μπορούν να βρεθούν σε επιστημονικές δημοσιεύσεις, για παράδειγμα, “Future-Proofing Agriculture: De Novo Domestication for Sustainable and Resilient Crops”.
Χαμένος στα Ζιζάνια
Ένα ζήτημα που προκύπτει όταν μετατρέπουμε τα ζιζάνια σε τροφικές καλλιέργειες είναι ότι, προφανώς, οι νέες καλλιέργειες θα είναι πολύ παρόμοιες με τα ζιζάνια. Στο άρθρο «De novo domestication: what about the weeds?», ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κοπεγχάγης εξέτασαν αυτή την ερώτηση.
Στο κείμενο, παραδέχονται ότι η παραδοσιακή προσέγγιση των ΓΜΟ στη διαχείριση των ζιζανίων (αντοχή στα ζιζανιοκτόνα) είναι μη βιώσιμη και προκαλεί υπερβολική ρύπανση.
Αντίθετα, προτείνουν ότι η τεχνολογία ρομποτικής απομακρύνσεως ζιζανίων θα μπορούσε να ενισχυθεί με τη γενετική μηχανική για να δημιουργηθεί ένα πολύ πιο φιλικό προς το περιβάλλον σύστημα διαχείρισης ζιζανίων.
Όταν η Προηγμένη Ρομποτική Συναντά την Προηγμένη Γενετική Επεξεργασία
Ρομπότ Απομακρύνουν Ζιζάνια από Τα Πεδία
Οι νέες εξημερωμένες καλλιέργειες (και ενδεχομένως, τροποποιημένες υπάρχουσες ποικιλίες καλλιεργειών) θα μπορούσαν να τροποποιηθούν ώστε η ταυτοποίησή τους να είναι εύκολη για τα ρομπότ απομάκρυνσης ζιζανίων.
Αυτό θα μπορούσε να είναι ευλογία για τα ρομπότ γεωργίας, ένα θέμα που συζητήσαμε στο άρθρο μας «Investors Should Take Note: Robotics Is », όπου παρουσιάσαμε μια ποικιλία ρομπότ απομάκρυνσης ζιζανίων:
- Ecorobotix το ρομπότ συνδυάζει μηχανική όραση με ακριβή ψεκασμό για να μειώσει έως και 95 % τον όγκο των φυτοφαρμάκων και ζιζανιοκτόνων που χρησιμοποιούνται.
- Naio Technologies στοχεύει στην πλήρη απομάκρυνση των ζιζανιοκτόνων από το πεδίο, με ένα αυτόνομο ρομπότ 5 τόνων που διασχίζει το πεδίο και θρυμματίζει ή εξάγει τα ζιζάνια με μικρά λεπίδες. Χρησιμοποιεί LIDAR, GPS καθοδήγηση και μηχανική όραση για να κινείται αυτόνομα και να διακρίνει τις καλλιέργειες από τα ζιζάνια, χωρίς ανάγκη επίβλεψης.
- Blue River Technology, συνεργάτης του γιγαντιού εξοπλισμού γεωργίας John Deere. Χρησιμοποιεί μηχανική μάθηση και μηχανική όραση για να αναγνωρίζει κάθε φυτό στο πεδίο. Έτσι, το ρομπότ μπορεί να αφαιρέσει το ζιζάνιο αλλά και να αραίσει τις καλλιέργειες, όπως η σαλάτα, αυξάνοντας τη συνολική απόδοση χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.
Έξυπνη Όραση
Αυτή η τελευταία χρήση μηχανικής όρασης από τη Blue River αποτελεί μια αυξανόμενη τάση μεταξύ των εταιρειών ρομποτικής γεωργίας, με άλλες να ακολουθούν την ίδια στρατηγική, όπως η Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics, και Aigro.
Γενικά, αξιοποιούν την πρόοδο στην τεχνητή νοημοσύνη που χρησιμοποιείται επίσης για αυτόνομα οχήματα, ρομπότ παράδοσης κ.λπ.
Το πρόβλημα είναι ότι ακόμη και οι άνθρωποι μπορούν να δυσκολεύονται να διακρίνουν ορισμένα ζιζάνια από τις καλλιέργειες. Έτσι, ακόμη και με την πιο προηγμένη μηχανική μάθηση και τα νευρωνικά δίκτυα, η απλή οπτική ταυτοποίηση μπορεί να δυσκολευτεί να εντοπίσει σωστά τον στόχο.
Το πρόβλημα θα είναι ακόμη πιο σοβαρό για τις στρατηγικές νέας εξημέρωσης, με τα τροποποιημένα ζιζάνια να φαίνονται πολύ παρόμοια με τα αρχικά άγρια ζιζάνια, ακόμη περισσότερο από τις συμβατικές καλλιέργειες.
Σ θεωρία, αυτά τα προβλήματα θα μπορούσαν να λυθούν με την ανάπτυξη πιο αποδοτικών ή ισχυρότερων αλγορίθμων. Ωστόσο, κανείς δεν ξέρει ακόμη αν αυτό είναι πραγματικά εφικτό. Οι γενετικές τροποποιήσεις θα μπορούσαν να έρθουν στη βοήθεια.
Επισήμανση Νέων Εξημερωμένων Καλλιεργειών
Σε αντίθεση με το ανθρώπινο μάτι, η μηχανική όραση μπορεί εύκολα να αναλύσει ένα ευρύ φάσμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, καλύπτοντας το ορατό (380–780 nm), το κοντινό υπέρυθρο (780–2500 nm), το μεσαίο υπέρυθρο (2500–25 000 nm) και το μακρινό υπέρυθρο (25 000–300 000 nm).
Όταν συνδυάζονται, αυτό ονομάζεται «υπερφασματική» όραση. Πρόκειται ήδη για τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την ανάλυση καλλιεργειών, χρησιμοποιώντας υπερφασματικές εικόνες από drones ή δορυφόρους για την ανίχνευση προβλημάτων όπως έλλειψη νερού, παράσιτα και ασθένειες, ποιότητα εδάφους κ.λπ.
Πηγή: Imechyperspectral
Οι νέες καλλιέργειες και τα γενετικά επεξεργασμένα φυτά θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ώστε να έχουν διαφορετικό υπερφασματικό προφίλ από τα άγρια συγγενή τους. Αυτή η διαφορά θα μπορούσε στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί από τα ρομπότ για να αποφασίζουν άμεσα ποιο είναι το ζιζάνιο και ποιο η επιθυμητή καλλιέργεια.
Η γενετική μηχανική θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση του σχήματος των φύλλων, καθιστώντας τις νέες εξημερωμένες καλλιέργειες ακόμη πιο εύκολες στην ταυτοποίηση.
Πηγή: Cell
Η ομορφιά αυτής της προσέγγισης είναι ότι μια αλλαγή στο υπερφασματικό προφίλ είναι απίθανο να επηρεάσει τη περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα του φυτού. Έτσι, είναι μια αλλαγή που πιθανότατα δεν θα είναι ανιχνεύσιμη με κανέναν ουσιαστικό τρόπο εκτός από τα ρομπότ απομάκρυνσης ζιζανίων.
Τέλος, οι αλλαγές στα υπερφασματικά προφίλ μπορούν να επιτευχθούν με μονογονιδιακή τροποποίηση και εκτελούνται ήδη συστηματικά σε εργαστήρια φυτοβιολογίας, οπότε δεν απαιτούν νέα τεχνολογική πρόοδο: οι Δανοί ερευνητές αναφέρουν τουλάχιστον 17 γνωστές γονιδιακές τροποποιήσεις που επιτυγχάνουν τα επιθυμητά αποτελέσματα.
Η Καλύτερη Προσέγγιση;
Η βιομηχανική τροποποίηση των καλλιεργειών αποτελεί θέμα συζήτησης εδώ και πολλά χρόνια. Η πιο κοινή χρήση αυτής της τεχνολογίας, η προσθήκη χαρακτηριστικών αντοχής στα ζιζανιοκτόνα, δεν έχει βοηθήσει στην ευρύτερη αποδοχή της, καθώς έχει συνδεθεί με αυξημένη χρήση ζιζανιοκτόνων, συμπεριλαμβανομένου του ενδεχομένως καρκινογόνου RoundUp.
Ταυτόχρονα, σχεδόν κάθε εξημερωμένη καλλιέργεια είναι γενετικά βαριά τροποποιημένη σε σχέση με τους άγριους προγόνους της· η μόνη διαφορά είναι ότι αυτές οι διαφορές επιτεύχθηκαν μέσω τυχαίων αντί για στοχευμένες μεταλλάξεις.
Ένα πρόβλημα που παρατηρήθηκε με τα ΓΜΟ ανθεκτικά στα ζιζανιοκτόνα ήταν η εξάπλωση ζιζανίων ανθεκτικών στα ζιζανιοκτόνα. Παρόμοια ζητήματα μπορεί να προκύψουν με καλλιέργειες τροποποιημένες για το υπερφασματικό τους προφίλ.
Αυτό, ωστόσο, δεν πρέπει να αποσπάσει την προσοχή από την υπόσχεση της νέας εξημέρωσης.
Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να δημιουργήσει νέες τροφικές καλλιέργειες πιο ανθεκτικές στην ξηρασία, την αλατότητα, τις καύσωνες, τις ασθένειες και τα παράσιτα.
Θα μπορούσε επίσης να μας επιτρέψει να δημιουργήσουμε νέες βασικές καλλιέργειες (όπως το σιτάρι και το ρύζι) που δεν είναι ετήσιες αλλά πολυετές, αναπτύσσονται κάθε χρόνο, απορροφούν άνθρακα και περιορίζουν τη διάβρωση του εδάφους, όπως για παράδειγμα το African wild rice ή το newly bred perennial hybrid grain Kernza®.
Πηγή: Frontiers
Καινοτόμες Εταιρείες Γεωργίας
1. Deere & Company
DE Διάγραμμα τιμής
Αυτή η εισηγμένη εταιρεία είναι γνωστή για τα παραδοσιακά γεωργικά μηχανήματά της. Είναι επίσης ηγέτης στα πιο προηγμένα γεωργικά μηχανήματα, εφαρμόζοντας τεχνολογίες όπως AI, IoT, ρομπότ, μηχανική μάθηση, μεγάλα δεδομένα κ.λπ., για λήψη αποφάσεων βασισμένων σε δεδομένα.
Πηγή: Deere
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η Deere συνεργάζεται επίσης με νεοσύστατες εταιρείες όπως η Blue River Technology, χρησιμοποιώντας μηχανική όραση για την ταυτοποίηση κάθε φυτού στο πεδίο.
Έτσι, είναι πιθανό ότι τα αυτόνομα τρακτέρ/ρομπότ και η μηχανική όραση, ίσως εφαρμοσμένα στις νέες εξημερωμένες καλλιέργειες, θα αποτελέσουν το μέλλον της John Deere, ενσωματώνοντας ομαλά αυτές τις τεχνολογίες σε δορυφορικές εικόνες και άλλες λύσεις που βασίζονται στην AI.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Η Bayer Crop Sciences, μέρος της Bayer Global (επίσης φαρμακευτική εταιρεία), εστιάζει σε καινοτομίες γύρω από τους σπόρους, τα χαρακτηριστικά και την προστασία των καλλιεργειών.
Οι καινοτομίες της Bayer έχουν βοηθήσει τους βιοτεχνολόγους της να πραγματοποιούν στοχευμένες βελτιώσεις στο DNA των φυτών.
Από τη συγχώνευσή της με τη Monsanto, είναι επίσης ηγέτης στις ΓΜΟ καλλιέργειες και τη διαχείριση ζιζανίων. Αυτή η συγχώνευση ήρθε με το πρόβλημα των πολύ ακριβών αγωγών για το RoundUp, που προκάλεσαν την πτώση της μετοχής της εταιρείας τα χρόνια μετά τη συγχώνευση.
Ελέγχει το μεγαλύτερο μέρος της παραδοσιακής αγοράς σπόρων ΓΜΟ και εργάζεται επίσης στη χρήση του CRISPR για την επόμενη γενιά σπόρων για καλαμπόκι, σόγια, σιτάρι κ.λπ.
Τα οφέλη της προστασίας των καλλιεργειών, σύμφωνα με τη Bayer, είναι τεράστια. Ο μηχανισμός προστασίας διασφαλίζει περίπου το 30 % της παγκόσμιας γεωργικής παραγωγής, ισοδύναμο με 550 εκατομμύρια τόνους τροφίμων που θα μπορούσαν να τρέφουν πάνω από 2 δισεκατομμύρια ανθρώπους.
Πηγή: Bayer
Η Bayer προχωρά από τα παραδοσιακά ΓΜΟ μέσω μιας συνεργασίας με τη Gingko Bioworks (DNA), μία από τις μεγαλύτερες εταιρείες συνθετικής βιολογίας. Η συνεργασία εστιάζει στην ανάπτυξη βιολογικών εναλλακτικών στα χημικά λιπάσματα μέσω γονιδιακής επεξεργασίας μικροοργανισμών.
Είναι ηγέτης στην ποικιλία σπόρων και τη γονιδιακή επεξεργασία σε φυτά, με πάνω από 500 νέες ποικιλίες καλλιεργειών στο pipeline της (και 250 νέες εγγραφές καλλιεργειών το 2022).
Η εταιρεία είναι επίσης ηγέτης στην ενσωμάτωση τεχνολογίας στη γεωργία. Για παράδειγμα, η Bayer υπέγραψε συνεργασία με τη Microsoft (MSFT ) για να συνδυάσει το σύστημα διαχείρισης δεδομένων Azur της τεχνολογικής γιγαντιαίας εταιρείας με την τεχνογνωσία της Bayer στη χρήση δεδομένων από δορυφόρους, αισθητήρες πεδίου, drones, εξοπλισμό πεδίου και αισθητήρες εδάφους, ώστε να δημιουργήσει πραγματικά σύγχρονα και συνδεδεμένα αγροκτήματα.
Πηγή: Bayer
Χάρη στην ηγεσία της στα ΓΜΟ (παραδοσιακά και προχωρημένη γονιδιακή επεξεργασία), στην επιλογή φυτικών ποικιλιών και στην ενσωμάτωση μεγάλων δεδομένων στη γεωργία, η Bayer θα ήταν φυσικός υποψήφιος για να συνοδεύσει τη διαδικασία δημιουργίας νέων εξημερωμένων καλλιεργειών, καθώς και την υπερφασματική ανίχνευση ζιζανίων από γεωργικά ρομπότ.
