Landbruk
Fremme landbruk med AI og genetisk ingeniørkunst – Fremtiden for dyrking
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Opprette nye matavlinger
Siden jordbrukets begynnelse har menneskeheten forvandlet ville ugress til domestiserte avlinger, som har høyere næringsinnhold, bedre smak, er lettere å høste og har større frø.
Imidlertid har moderne avlsarbeid på matavlinger ført til seleksjon for egenskaper som sterkere respons på gjødsel, pesticider og irrigasjon, noe som har resultert i mer skjøre varianter som er avhengige av høyinnsats landbrukssystemer.
Klimaendringer, jorderosjon, invasive arter og ugress har skapt sterkt press på disse overselektede avlingene.
Denne domestiseringsprosessen var også langsom og «blind», med nye egenskaper som tilfeldig ble oppdaget og valgt over tiår, om ikke århundrer.
De fleste av verdens avlinger stammer fra et håndfull «domestiseringshendelser» i noen få regioner, noe som etterlater mange mulige domestiseringsprosjekter som fortsatt kan gjennomføres.
Foreløpig har nye seleksjons- og avlsprosesser for avlinger fra landbruksbedrifter fokusert på å tilføre egenskaper som vannstressresistens eller motstand mot skadedyr og sykdommer til moderne avlinger, med blandede resultater.
Hovedproblemet er at mange av disse ønskelige egenskapene som er identifisert i ville arter er multigeniske, skapt av mange gener, ofte dusinvis eller til og med hundrevis, noe som gjør genetisk modifisering av dyrkede avlinger nesten umulig.
Et annet alternativ er i ferd med å dukke opp, kalt «de novo-domesticering». Ideen er at i stedet for å ta høytytende moderne avlinger og prøve å gjøre dem like resistente som ville ugress, hvorfor ikke ta allerede resistente ville ugress og gjøre dem like produktive som moderne avlinger?
Nye avlinger og nye problemer
Opprette nye matkilder
Egenskapene som er ønskelige i en dyrket avlingsvariant har en tendens til å være mindre komplekse, ofte styrt av kun ett eller noen få gener. I tillegg er disse genetiske trekkene vanligvis godt forstått.
Dermed har de novo-domesticeringstilnærmingen potensialet til å produsere nye typer avlinger som kan vise motstand mot miljøendringer og ha tilstrekkelig avkastning og egenskaper som mat.
Spesielt når du tar i betraktning nye verktøy som CRISPR, som tillater svært spesifikk og kontrollert genredigering, inkludert å legge til og fjerne et gen, eller redigere spesifikke baser i et eksisterende gen. Siden CRISPR nå godkjennes for gen-terapier hos mennesker, er det sannsynlig at det juridiske rammeverket for CRISPR-redigerte avlinger vil åpnes i mange land.
De tekniske detaljene om hvordan det kan gjøres finnes i vitenskapelige publikasjoner, for eksempel, “Fremtidsrettet landbruk: De novo-domesticering for bærekraftige og robuste avlinger”.
Miste seg i ugresset
Et problem som oppstår ved å forvandle ugress til matavlinger er at de nye avlingene åpenbart vil være svært like ugresset. I artikkelen “De novo-domesticering: hva med ugresset?“, så på dette spørsmålet forskere ved Universitetet i København.
I den innrømmer de at den tradisjonelle GMO-tilnærmingen til ugresskontroll (herbicidresistens) er usustainabel og forårsaker for mye forurensning.
I stedet foreslår de at robotbasert ugressfjerningsteknologi kan styrkes med genetisk engineering for å skape et mye mer miljøvennlig system for ugresskontroll.
Når avansert robotikk møter avansert genredigering
Roboter som ugressfjerner i feltene
De novo-avlingene (og potensielt også modifiserte eksisterende avlingsvarianter) kan endres slik at deres identifikasjon blir enkel for ugressfjerningsroboter.
Dette kan være en stor fordel for landbruksroboter, et tema vi diskuterte i artikkelen “Investorer bør merke seg: Robotikk tar over landbruket”, hvor vi presenterte en rekke ugressfjerningsroboter:
- Ecorobotix‑roboten kombinerer maskinsyn med presisjons‑sprøyting for å redusere mengden pesticid og herbicid som brukes med opptil 95 %.
- Naio Technologies har som mål å fjerne herbicid helt fra feltet, med en 5‑tonns autonom robot som kjører over feltet og knuser eller roterer ugresset med små blader. Den bruker LIDAR, GPS‑styring og maskinsyn for å kjøre selvstendig og skille avlinger fra ugress, uten behov for tilsyn.
- Blue River Technology, en partner av den gigantiske landbruksmaskinprodusenten John Deere. Den bruker maskinlæring og maskinsyn for å identifisere hver plante i feltet. Dermed kan roboten fjerne ugresset, men også tynne ut avlingene, som salat, og øke den samlede avkastningen uten menneskelig inngripen.
Intelligent syn
Denne siste bruken av maskinsyn fra Blue River er en voksende trend blant robotbedrifter innen landbruk, med andre som følger samme strategi, som Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics og Aigro.
Generelt utnytter de fremgangen innen AI som også brukes i selvkjørende biler, leveringsroboter osv.
Problemet er at selv mennesker kan ha problemer med å skille noen ugress fra avlinger. Så selv med den mest avanserte maskinlæring og nevrale nettverk, kan enkel visuell identifikasjon slite med å identifisere målet korrekt.
Dette problemet vil bli enda mer alvorlig for de novo-domesticeringstrategier, med modifiserte ugress som ser svært like ut som de opprinnelige ville ugressene, enda mer enn konvensjonelle avlinger.
I teorien kan disse problemene løses ved å utvikle mer effektive eller kraftige algoritmer. Imidlertid vet ingen ennå om dette er virkelig gjennomførbart. Genetiske modifikasjoner kan komme til unnsetning.
Merking av de novo-avlinger
Til forskjell fra det menneskelige øyet kan maskinsyn enkelt analysere et bredt spekter av det elektromagnetiske spekteret, som dekker det synlige (380–780 nm), nær‑infrarøde (780–2500 nm), mellom‑infrarøde (2500–25 000 nm) og fjern‑infrarøde (25 000–300 000 nm) områder.
Når de kombineres, kalles dette «hyperspektralt» syn. Dette er allerede en teknologi som brukes til å analysere avlinger, ved å bruke hyperspektrale bilder fra droner eller satellitter for å oppdage problemer som vannstress, skadedyr og sykdommer, jordkvalitet osv.
Kilde: Imechyperspectral
De nye avlingene og genetisk redigerte plantene kan konstrueres for å ha en annen hyperspektral profil enn sine ville slektninger. Denne forskjellen kan deretter brukes av robotene til umiddelbart å avgjøre hvilket som er ugress og hvilket som er ønsket avling.
Genetisk engineering kan også brukes til å endre bladformen, slik at de de novo-domesticerte avlingene blir enda lettere å identifisere.
Kilde: Cell
Det vakre med denne tilnærmingen er at en endring i den hyperspektrale profilen sannsynligvis ikke vil påvirke plantens miljømessige tilpasning. Så det er en endring som sannsynligvis ikke vil være merkbar på noen meningsfull måte, bortsett fra av ugressfjerningsrobotene.
Til slutt kan endringer i de hyperspektrale profilene oppnås med enkelgen-modifikasjon, og dette utføres allerede rutinemessig i plantebiologiske laboratorier, så de krever ingen ny teknologisk utvikling: de danske forskerne lister opp ikke mindre enn 17 kjente genmodifikasjoner som oppnår de ønskede resultatene.
Den beste tilnærmingen?
Bioteknologisk engineering av avlinger har vært et debatttema i mange år. Den mest vanlige bruken av denne teknologien, å tilføre herbicidresistens, har ikke gjort praksisen mer populær, da den er knyttet til økt bruk av herbicider, inkludert det potensielt kreftfremkallende RoundUp.
Samtidig er praktisk talt hver dyrket avling genetisk kraftig modifisert fra sine ville forfedre; den eneste forskjellen er at disse forskjellene ble oppnådd gjennom tilfeldige i stedet for målrettede mutasjoner.
Et problem som er sett med herbicidresistente GMO-er, er spredning av herbicidresistent ugress. Lignende problemer kan oppstå med avlinger modifisert for deres hyperspektrale profil.
Dette bør likevel ikke avlede oppmerksomheten fra løftet om de novo-domesticering.
Denne tilnærmingen kan skape nye matavlinger som er mer motstandsdyktige mot tørke, salinisering, hetebølger, sykdommer og skadedyr.
Den kan også tillate oss å skape nye basisavlinger (som hvete og ris) som ikke er ettårige, men flerårige, som vokser opp igjen hvert år, fanger karbon og begrenser jorderosjon, som for eksempel African wild rice eller den nyavlede flerårige hybridkornet Kernza®.
Kilde: Frontiers
Innovative landbruksselskaper
1. Deere & Company
DE Prisdiagram
Dette børsnoterte selskapet er kjent for sin tradisjonelle landbruksmaskineri. Det er også en leder innen de mest avanserte landbruksmaskinene, og bruker teknologier som AI, IoT, roboter, maskinlæring, big data osv., for å ta datadrevne beslutninger.
Kilde: Deere
Som nevnt ovenfor, samarbeider Deere også med oppstartsbedrifter som Blue River Technology, som bruker maskinsyn for å identifisere hver plante i feltet.
Derfor er det sannsynlig at autonome traktorer/roboter og maskinsyn, muligens anvendt på de novo-domesticerte avlinger, vil være John Deeres fremtid, og sømløst integrere disse teknologiene i satellittbilder og andre AI‑drevne løsninger.
3. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer Crop Sciences, en del av Bayer Global (også et farmasøytisk selskap), fokuserer på innovasjoner innen frø, egenskaper og avlingsbeskyttelse.
Bayers innovasjoner har hjulpet deres bioteknologiforskere med å gjøre målrettede forbedringer i plantenes DNA.
Siden fusjonen med Monsanto er den også en leder innen GMO‑avlinger og ugresskontroll. Denne fusjonen medførte problemet med svært kostbare RoundUp‑rettssaker, som fikk selskapets aksjekurs til å falle i årene etter fusjonen.
Den kontrollerer mesteparten av det tradisjonelle GMO‑frømarkedet og arbeider også med å bruke CRISPR for neste generasjons frø for mais, soyabønner, hvete osv.
Ifølge Bayer er fordelene med avlingsbeskyttelse enorme. Beskyttelsesmekanismen sikrer omtrent 30 % av den globale landbruksavlingen, tilsvarende 550 millioner tonn mat som kan mette mer enn 2 milliarder mennesker.
Kilde: Bayer
Bayer går fra tradisjonelle GMO‑produkter gjennom et partnerskap med Gingko Bioworks (DNA), en av de største syntetiske biologiselskapene. Partnerskapet fokuserer på å utvikle biologiske alternativer til kjemiske gjødselmidler via genredigering av mikroorganismer.
Den er en leder innen frøvariasjon og genredigering i planter, med over 500 nye avlingsvarianter i sin pipeline (og 250 nye avlingsregistreringer i 2022).
Selskapet er også en leder i å integrere teknologi i landbruket. For eksempel Bayer signerte et partnerskap med Microsoft (MSFT ) for å kombinere teknologigigantens datastyringssystem Azure med Bayers ekspertise i å bruke data fra satellitter, feltsensorer, droner, feltutstyr og jordsensorer for å skape virkelig moderne og sammenkoblede gårder.
Kilde: Bayer
Takket være sin ledelse innen GMO (tradisjonell og avansert genredigering), plantevarietetsutvalg og integrering av big data i landbruket, vil Bayer være en naturlig kandidat til å følge prosessen med å skape de novo-domesticerte avlinger, samt hyperspektral deteksjon av ugress av landbruksroboter.
