Agricoltura
Avanzare l’Agricoltura con IA e Ingegneria Genetica – Il Futuro della Coltivazione
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
Creare Nuove Colture Alimentari
Since the dawn of agriculture, mankind has turned wild weeds into domesticated crops, which have higher nutritional content, better taste, are easier to harvest, and have larger seeds.
Fin dall’alba dell’agricoltura, l’umanità ha trasformato le erbacce selvatiche in colture domesticate, che hanno un contenuto nutrizionale più elevato, un sapore migliore, sono più facili da raccogliere e hanno semi più grandi.
Tuttavia, la selezione moderna delle colture alimentari ha portato a una scelta di tratti come una risposta più forte a fertilizzanti, pesticidi e irrigazione, risultando in varietà più fragili dipendenti da sistemi agricoli ad alto apporto.
Il cambiamento climatico, l’erosione del suolo, le specie invasive e le erbacce hanno esercitato una forte pressione su queste colture iperselezionate.
Questo processo di domesticazione era anche lento e “cieco”, con nuovi tratti scoperti e selezionati casualmente nel corso di decenni, se non secoli.
La maggior parte delle colture mondiali proviene da una manciata di “eventi di domesticazione” in poche regioni del mondo, lasciando ampie possibilità di domesticazione ancora da realizzare.
Per ora, le nuove procedure di selezione e allevamento delle colture da parte delle aziende agricole si sono concentrate sull’aggiunta di tratti come la resistenza allo stress idrico o la resistenza a parassiti e malattie alle colture moderne, con risultati misti.
Il problema principale è che molti di questi tratti desiderabili identificati nelle specie selvatiche sono multigenici, creati da molti geni, spesso decine o addirittura centinaia, rendendo la modifica genetica delle colture coltivate quasi impossibile.
Un’altra opzione sta emergendo, chiamata “domesticazione de novo”. L’idea è che invece di prendere colture moderne ad alto rendimento e cercare di renderle resistenti come le erbacce selvatiche, perché non prendere le erbacce selvatiche già resistenti e renderle produttive quanto le colture moderne?
Nuove Colture e Nuovi Problemi
Creare Nuove Fonti Alimentari
I tratti desiderabili in una varietà di coltura coltivata tendono a essere meno complessi, spesso determinati da uno o pochi geni. Inoltre, queste caratteristiche genetiche sono generalmente ben comprese.
Quindi, l’approccio della domesticazione de novo ha il potenziale di produrre nuovi tipi di colture che potrebbero mostrare resistenza ai cambiamenti ambientali e un rendimento e caratteristiche sufficienti come alimento.
Soprattutto quando si considerano nuovi strumenti come CRISPR, che consentono modifiche genetiche molto specifiche e controllate, inclusa l’aggiunta e la rimozione di un gene o la modifica di basi specifiche di un gene esistente. Considerando che CRISPR è ora approvato per terapie geniche negli esseri umani, è probabile che il quadro normativo per le colture modificate con CRISPR si aprirà in molti paesi.
Future-Proofing Agriculture: Domesticazione De Novo per Colture Sostenibili e Resilienti
Perdersi tra le Erbacce
An issue that arises by turning weeds into food crops is that, obviously, the new crops will be very similar to weeds. In the article “Domesticazione de novo: e le erbacce?“, researchers at the University of Copenhagen looked at this question.
In esso, ammettono che l’approccio tradizionale dei OGM alla gestione delle erbacce (resistenza agli erbicidi) è insostenibile e causa troppa inquinamento.
Instead, they propose that robotic weeding technology could be boosted by genetic engineering to create a much more environmentally friendly weed management system.
Quando la Robotica Avanzata Incontra l’Editing Genetico Avanzato
Robot Che Diserbano i Campi
Le colture de novo (e potenzialmente anche le varietà di colture esistenti modificate) potrebbero essere modificate per rendere la loro identificazione facile per i robot diserbanti.
This could be a boon for farming robots, a topic we discussed in our article “Gli Investitori Dovrebbero Prendere Nota: La Robotica Sta Prendendo il Controllo dell’Agricoltura”, where we presented a variety of weeding robots:
- Ecorobotix il robot combina la visione artificiale con la spruzzatura di precisione per ridurre fino al 95% il volume di pesticidi ed erbicidi utilizzati.
- Naio Technologies mira a rimuovere completamente gli erbicidi dal campo, con un robot autonomo da 5 tonnellate che percorre il campo e tritura o sradica le erbacce con piccole lame. Utilizza LIDAR, guida GPS e visione artificiale per guidare da solo e distinguere le colture dalle erbacce, senza necessità di supervisione.
- Blue River Technology, partner del gigante dell’attrezzatura agricola John Deere. Utilizza l’apprendimento automatico e la visione artificiale per identificare ogni pianta nel campo. Così il robot può eliminare le erbacce ma anche diradare le colture, come la lattuga, aumentando il rendimento complessivo senza intervento umano.
Visione Intelligente
Quest’ultimo utilizzo della visione artificiale da parte di Blue River è una tendenza in crescita tra le aziende di robotica agricola, con altre che perseguono la stessa strategia, come Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics e Aigro.
In generale, sfruttano i progressi compiuti nell’IA, utilizzata anche per auto a guida autonoma, robot di consegna, ecc.
Il problema è che anche gli esseri umani possono avere difficoltà a distinguere alcune erbacce dalle colture. Quindi, anche con il machine learning più avanzato e le reti neurali, l’identificazione visiva semplice può faticare a identificare correttamente il bersaglio.
Il problema sarà ancora più serio per le strategie di domesticazione de novo, con le erbacce modificate che appaiono molto simili alle erbacce selvatiche originali, ancora più delle colture convenzionali.
In theory, these problems could be solved by developing more efficient or powerful algorithms. However, no one knows yet if this is truly feasible. Genetic modifications could come to the rescue.
Etichettare le Colture De Novo
Contrariamente all’occhio umano, la visione artificiale può analizzare facilmente un’ampia gamma dello spettro elettromagnetico, coprendo il visibile (380–780 nm), il vicino infrarosso (780–2500 nm), il medio infrarosso (2500–25 000 nm) e il lontano infrarosso (25 000–300 000 nm).
Quando combinati, questo è noto come visione “iperspettrale”. È già una tecnologia usata per analizzare le colture, utilizzando immagini iperspettrali da droni o satelliti per rilevare problemi come stress idrico, parassiti e malattie, qualità del suolo, ecc.
Fonte: Imechyperspectral
Le nuove colture e le piante geneticamente modificate potrebbero essere ingegnerizzate per avere un profilo iperspettrale diverso rispetto ai loro cugini selvatici. Questa differenza potrebbe poi essere usata dai robot per decidere istantaneamente quale è l’erbaccia e quale è la coltura desiderata.
L’ingegneria genetica potrebbe anche essere usata per modificare la forma delle foglie, rendendo le colture domesticati de novo ancora più facili da identificare.
Fonte: Cell
La bellezza di questo approccio è che una modifica del profilo iperspettrale è improbabile che alteri la capacità ambientale della pianta. Quindi è una modifica che probabilmente non sarebbe rilevabile in modo significativo se non dai robot diserbanti.
Infine, le modifiche nei profili iperspettrali possono essere ottenute con modifiche mono-geniche e sono già eseguite di routine nei laboratori di biologia vegetale, quindi non richiedono nuovi progressi tecnologici: i ricercatori danesi elencano non meno di 17 modifiche geniche note per ottenere i risultati desiderati.
L’Approccio Migliore?
L’ingegneria biologica delle colture è stata oggetto di dibattito per molti anni. L’uso più comune di questa tecnologia, l’aggiunta di tratti di resistenza agli erbicidi, non ha contribuito a rendere la pratica più popolare, poiché è stata collegata a un aumento dell’uso di erbicidi, incluso il potenzialmente cancerogeno RoundUp.
Allo stesso tempo, praticamente ogni coltura coltivata è geneticamente fortemente modificata rispetto ai suoi antenati selvatici; l’unica differenza è che queste differenze sono state ottenute tramite mutazioni casuali anziché mirate.
Un problema osservato con i OGM resistenti agli erbicidi è stata la diffusione di erbacce resistenti agli erbicidi. Problemi simili potrebbero sorgere con le colture modificate per il loro profilo iperspettrale.
Ciò non dovrebbe, tuttavia, distogliere l’attenzione dalla promessa della domesticazione de novo.
Questo approccio potrebbe creare nuove colture alimentari più resistenti alla siccità, alla salinizzazione, alle ondate di calore, alle malattie e ai parassiti.
Potrebbe anche permetterci di creare nuove colture alimentari di base (come grano e riso) che non siano annuali ma perenni, ricrescendo ogni anno, catturando carbonio e limitando l’erosione del suolo, come ad esempio riso selvatico africano o il nuovo ibrido perenne di cereali Kernza®.
Fonte: Frontiers
Aziende Agricole Innovative
1. Deere & Company
DE Grafico dei prezzi
Questa società quotata in borsa è nota per le sue macchine agricole tradizionali. È anche leader nelle macchine agricole più avanzate, impiegando tecnologie come IA, IoT, robot, machine learning, big data, ecc., per prendere decisioni basate sui dati.
Fonte: Deere
Come accennato sopra, Deere collabora anche con startup come Blue River Technology, utilizzando la visione artificiale per identificare ogni pianta nel campo.
Quindi, è probabile che trattori/robot autonomi e la visione artificiale, forse applicati alle colture domesticati de novo, saranno il futuro di John Deere, integrando senza problemi queste tecnologie nelle immagini satellitari e in altre soluzioni guidate dall’IA.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer Crop Sciences, parte di Bayer Global (anche una società farmaceutica), si concentra su innovazioni relative a semi, tratti e protezione delle colture.
Le innovazioni di Bayer hanno aiutato i suoi scienziati biotecnologici a effettuare miglioramenti mirati nel DNA delle piante.
Dalla sua fusione con Monsanto, è anche leader nelle colture OGM e nella gestione delle erbacce. Questa fusione ha portato al problema di cause legali molto costose per RoundUp, che hanno fatto crollare il valore azionario dell’azienda negli anni successivi alla fusione.
Controlla la maggior parte del mercato tradizionale dei semi OGM ed è anche impegnata nell’uso di CRISPR per la prossima generazione di semi per mais, soia, grano, ecc.
I benefici della protezione delle colture, secondo Bayer, sono enormi. Il meccanismo di protezione delle colture salvaguarda circa il 30% della produzione agricola mondiale, equivalente a 550 milioni di tonnellate di cibo che potrebbero nutrire più di 2 miliardi di persone.
Fonte: Bayer
Bayer sta passando dai tradizionali OGM tramite una partnership con Gingko Bioworks (DNA), una delle più grandi aziende di biologia sintetica. La partnership è focalizzata sullo sviluppo di alternative biologiche ai fertilizzanti chimici tramite l’editing genetico di microrganismi.
È leader nella varietà di semi e nell’editing genetico delle piante, con oltre 500 nuove varietà di colture nel suo pipeline (e 250 nuove registrazioni di colture nel 2022).
The company is also a leader in integrating technology into farming. For example, Bayer ha firmato una partnership con Microsoft (MSFT ) to combine the tech giant’s data management system Azur with Bayer’s expertise in using data from satellites, field sensors, drones, field equipment, and soil sensors to create truly modern and connecting farms.
Fonte: Bayer
Grazie alla sua leadership negli OGM (tradizionali e di editing genetico avanzato), nella selezione di varietà di piante e nell’integrazione dei big data in agricoltura, Bayer sarebbe un candidato naturale per accompagnare il processo di creazione di colture domesticati de novo, così come la rilevazione iperspettrale delle erbacce da parte dei robot agricoli.
