Pagsulong ng Agrikultura gamit ang AI at Genetic Engineering – Ang Kinabukasan ng Paglilinang

Paglikha ng mga Bagong Pananim na Pagkain

Mula sa simula ng agrikultura, ginawa ng sangkatauhan ang mga ligaw na damo bilang mga domesticated na pananim, na may mas mataas na nutritional content, mas mahusay na lasa, mas madaling anihin, at may mas malalaking buto.

Gayunpaman, ang modernong pag-aanak ng mga pananim na pagkain ay nagresulta sa pagpili ng mga katangian tulad ng mas malakas na pagtugon sa pataba, pestisidyo, at patubig, na nagreresulta sa mas marupok na mga varieties na umaasa sa mga high-input na sistema ng agrikultura.

Ang pagbabago ng klima, pagguho ng lupa, invasive species, at mga damo ay lumikha ng malakas na presyon sa mga labis na napiling pananim na ito.

Ang prosesong ito ng domestication ay mabagal din at "bulag", na may mga bagong katangian na random na natuklasan at napili sa mga dekada kung hindi man mga siglo.

Karamihan sa mga pananim sa mundo ay nagmumula sa iilang "domestication event" sa ilang rehiyon ng mundo, na nag-iiwan ng maraming posibleng domestication na dapat gawin.

Source: International Journal of Molecular Sciences

Sa ngayon, ang mga bagong pamamaraan sa pagpili at pagpaparami ng mga pananim ng mga kumpanyang pang-agrikultura ay nakatuon sa pagdaragdag ng mga katangian tulad ng panlaban sa water-stress o paglaban sa peste at sakit sa mga modernong pananim, na may magkakaibang mga resulta.

Ang pangunahing isyu ay ang marami sa mga kanais-nais na katangiang ito na natukoy sa mga ligaw na species ay multigenic, na nilikha ng maraming mga gene, kadalasang dose-dosenang o kahit daan-daang mga ito, na ginagawang imposible ang genetic modification ng mga nilinang pananim.

Ang isa pang pagpipilian ay umuusbong, na tinatawag na "de novo domestication". Ang ideya ay na sa halip na kunin ang mga modernong pananim na may mataas na ani at subukang gawin itong lumalaban gaya ng ligaw na damo, bakit hindi kunin ang lumalaban nang ligaw na damo at gawin itong kasing produktibo ng mga modernong pananim?

Mga Bagong Pananim At Bagong Problema

Paglikha ng Bagong Mga Pinagmumulan ng Pagkain

Ang mga katangiang kanais-nais sa isang nilinang na iba't-ibang pananim ay malamang na hindi gaanong kumplikado, kadalasang nakadirekta lamang ng isa o ilang mga gene. Bilang karagdagan, ang mga tampok na genetic na ito ay karaniwang naiintindihan ng mabuti.

Kaya, ang de novo domestication approach ay may potensyal na makagawa ng mga bagong uri ng pananim na maaaring magpakita ng pagtutol sa mga pagbabago sa kapaligiran at sapat na ani at katangian bilang pagkain.

Lalo na kapag isinasaalang-alang mo ang mga bagong tool tulad ng CRISPR, na nagbibigay-daan para sa napakaspesipiko at kontroladong pag-edit ng gene, kabilang ang pagdaragdag at pag-alis ng gene, o pag-edit ng mga partikular na base ng isang umiiral nang gene. Isinasaalang-alang na ang CRISPR ay inaaprubahan na ngayon para sa mga gene therapies sa mga tao, malamang na ang legal na balangkas para sa mga pananim na na-edit ng CRISPR ay magbubukas sa maraming bansa.

Pinagmulan: International Journal of Molecular Sciences

Ang mga teknikal na detalye kung paano ito magagawa ay makikita sa mga publikasyong siyentipiko, halimbawa, "Agrikultura na Nagpapatunay sa Hinaharap: De Novo Domestication para sa Sustainable at Resilient Crops".

Naliligaw Sa Mga Damo

Ang isang isyu na lumitaw sa pamamagitan ng paggawa ng mga damo sa mga pananim na pagkain ay na, malinaw naman, ang mga bagong pananim ay magiging katulad ng mga damo. Sa artikulong "De novo domestication: paano naman ang mga damo?”, ang mga mananaliksik sa Unibersidad ng Copenhagen ay tumingin sa tanong na ito.

Sa loob nito, inamin nila na ang tradisyunal na GMO na diskarte sa pamamahala ng damo (herbicide resistance) ay hindi napapanatiling at nagiging sanhi ng labis na polusyon.

Sa halip, iminumungkahi nila na ang teknolohiyang robotic weeding ay maaaring palakasin ng genetic engineering upang lumikha ng isang mas environment friendly na sistema ng pamamahala ng damo.

Kapag Nakilala ng Advanced Robotics ang Advanced Gene Editing

Mga Robot na Nagdadamo sa mga Patlang

Ang mga de novo crops (at potensyal, binago ang mga umiiral na uri ng pananim pati na rin) ay maaaring baguhin upang gawing madali ang pagkakakilanlan ng mga ito para sa pag-weeding ng mga robot.

Ito ay maaaring maging isang biyaya para sa mga robot ng pagsasaka, isang paksang tinalakay namin sa aming artikulo "Dapat Tandaan ng mga Mamumuhunan: Ang Robotics ay Kinukuha ang Pagsasaka”, kung saan ipinakita namin ang iba't ibang mga weeding robot:

• EcorobotixPinagsasama ng 'srobot ang machine vision sa precision spraying upang mabawasan ng hanggang 95% ang dami ng pestisidyo at herbicide na ginamit.
• Naio Technologies Nilalayon nitong ganap na alisin ang herbicide sa bukid, na may 5-toneladang autonomous na robot na nagmamaneho sa bukid at pinuputol o binubunot ang mga damo gamit ang maliliit na talim. Gumagamit ito ng LIDAR, gabay sa GPS, at machine vision upang magmaneho nang mag-isa at makilala ang mga pananim mula sa mga damo, na hindi nangangailangan ng pangangasiwa.
• Teknolohiya ng Blue River, kasosyo ng higante sa mga kagamitan sa pagsasaka na si John Deere. Gumagamit ito ng machine learning at machine vision para matukoy ang bawat halaman sa field. Kaya't maaalis ng robot ang damo ngunit pinanipis din ang mga pananim, tulad ng lettuce, na nagpapataas ng kabuuang ani nang walang interbensyon ng tao.

Matalinong Paningin

Ang huling paggamit ng machine vision ng Blue River ay isang lumalagong trend sa mga farming robotic company, kasama ang iba na nagpapatuloy sa parehong diskarte, tulad ng Robotics ng Paningin, Ekobot, Carbon Robotics, at Aigro.

Sa pangkalahatan, ginagamit nila ang pag-unlad na ginawa sa AI na ginagamit din para sa mga self-driving na kotse, mga robot ng paghahatid, atbp.

Ang isyu ay kahit na ang mga tao ay maaaring magkaroon ng problema sa pagkilala sa ilang mga damo mula sa mga pananim. Kaya, kahit na sa mga pinaka-advanced na machine learning at neural network, ang simpleng visual na pagkakakilanlan ay maaaring mahirapan upang matukoy nang tama ang target.

Ang problemang ito ay magiging mas malubha para sa de novo domestication na mga estratehiya, na may binagong mga damo napaka katulad ng orihinal na ligaw na damo, higit pa sa mga karaniwang pananim.

Sa teorya, ang mga problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng pagbuo ng mas mahusay o makapangyarihang mga algorithm. Gayunpaman, wala pang nakakaalam kung ito ay tunay na magagawa. Maaaring sumagip ang mga pagbabago sa genetiko.

Pag-tag ng De Novo Crops

Taliwas sa mata ng tao, madaling masuri ng machine vision ang malawak na hanay ng electromagnetic spectrum, na sumasaklaw sa nakikita (380–780 nm), malapit sa infrared (780–2500 nm), mid-infrared (2500–25 000 nm), at malayong infrared (25 000–300 000 nm) na saklaw.

Kapag pinagsama-sama, ito ay kilala bilang "hyperspectral" na pangitain. Isa na itong teknolohiyang ginagamit para sa pagsusuri ng mga pananim, gamit ang mga hyperspectral na larawan mula sa mga drone o satellite para makita ang mga problema tulad ng stress sa tubig, mga peste at sakit, kalidad ng lupa, atbp.

Source: Imechyperspectral

Ang mga bagong pananim at genetically edited na mga halaman ay maaaring i-engineered upang magkaroon ng ibang hyperspectral na profile kaysa sa kanilang mga ligaw na pinsan. Ang pagkakaibang ito ay maaaring gamitin ng mga robot upang agad na magpasya kung alin ang damo at kung alin ang nais na pananim.

Ang genetic engineering ay maaari ding gamitin upang baguhin ang hugis ng mga dahon, na ginagawang mas madaling makilala ang mga de novo domesticated crops.

Source: Selda

Ang kagandahan ng diskarteng ito ay ang pagbabago sa hyperspectral profile ay malamang na hindi magbago ng alinman sa kapaligiran na fitness ng halaman. Kaya ito ay isang pagbabago na malamang na hindi makikita sa anumang makabuluhang paraan maliban sa mga weeding robot.

Panghuli, ang mga pagbabago sa mga hyperspectral na profile ay maaaring makamit gamit ang mono-gene modification, at regular na ginagawa sa mga plant biology lab na, kaya hindi sila nangangailangan ng bagong teknolohikal na pag-unlad: ang Danish na mga mananaliksik ay naglilista ng hindi bababa sa 17 kilalang mga pagbabago sa gene na kilala upang makamit ang ninanais na resulta.

Ang Pinakamagandang Diskarte?

Ang mga pananim na bioengineering ay naging paksa ng debate sa loob ng maraming taon. Ang pinakakaraniwang paggamit ng teknolohiyang ito, ang pagdaragdag ng mga katangian ng paglaban sa herbicide, ay hindi nakatulong na gawing mas popular ang pagsasanay, dahil na-link ito sa tumaas na paggamit ng herbicide, kabilang ang potensyal na RoundUp na nagdudulot ng kanser.

Kasabay nito, halos bawat nilinang na pananim ay genetically mabigat na binago mula sa mga ligaw na ninuno nito, ang pagkakaiba lamang ay ang mga pagkakaibang ito ay nakamit sa pamamagitan ng random sa halip na mga nakadirekta na mutasyon.

Ang isang problemang nakita sa mga GMO na lumalaban sa herbicide ay ang pagkalat ng mga damong lumalaban sa herbicide. Maaaring lumitaw ang mga katulad na isyu sa mga pananim na binago para sa kanilang hyperspectral na profile.

Gayunpaman, dapat itong hindi makagambala sa pangako ng de novo domestication.

Ang pamamaraang ito ay maaaring lumikha ng mga bagong pananim na pagkain na mas lumalaban sa tagtuyot, kaasinan, alon ng init, sakit, at mga peste.

Maaari rin itong magbigay-daan sa amin na lumikha ng mga bagong pangunahing pananim (tulad ng trigo at palay) na hindi taun-taon ngunit pangmatagalan, muling tumutubo bawat taon, kumukuha ng carbon, at nililimitahan ang pagguho ng lupa, tulad ng halimbawa. African wild rice o ang bagong bred perennial hybrid grain Kernza®.

Source: Prontera

Mga Makabagong Kumpanya sa Pagsasaka

1. Deere at Kumpanya

Kilala ang pampublikong kumpanyang ito sa tradisyonal na makinarya ng agrikultura. Ito rin ay nangunguna sa pinaka-advanced na mga piraso ng makinarya sa pagsasaka, na nagde-deploy ng mga teknolohiya tulad ng AI, IoT, mga robot, machine learning, malaking data, atbp., upang gumawa ng mga desisyon na batay sa data.

Source: Deere

Tulad ng nabanggit sa itaas, nakikipagsosyo rin si Deere sa mga startup tulad ng Teknolohiya ng Blue River, gamit ang machine vision upang matukoy ang bawat halaman sa field.

Kaya, malamang na ang mga autonomous tractors/robots at machine vision, na maaaring inilapat sa de novo domesticated crops, ang magiging kinabukasan ni John Deere, na maayos na isinasama ang mga teknolohiyang ito sa satellite imagery at iba pang mga solusyon na hinimok ng AI.

3.  Bayer Crop Science  (BAYRY)

Ang Bayer Crop Sciences, bahagi ng Bayer Global (isa ring kumpanya ng parmasyutiko), ay nakatuon sa mga inobasyon sa paligid ng mga buto at katangian at proteksyon sa pananim.

Nakatulong ang mga inobasyon ng Bayer sa mga biotechnology scientist nito na gumawa ng mga target na pagpapabuti sa loob ng DNA ng halaman.

Dahil sa pagsama nito sa Monsanto, isa rin itong nangunguna sa mga pananim na GMO at pamamahala ng damo. Ang pagsasanib na ito ay dumating sa problema ng napakamahal na mga kaso sa RoundUp, na naging sanhi ng paglaki ng stock ng kumpanya sa mga taon kasunod ng pagsasama.

Kinokontrol nito ang karamihan sa tradisyonal na GMO seed market at nagtatrabaho din sa paggamit ng CRISPR para sa susunod na henerasyon ng mga buto para sa mais, soybean, trigo, atbp.

Ang mga benepisyo sa proteksyon ng pananim, ayon kay Bayer, ay napakalaki. Pinoprotektahan ng mekanismo ng proteksyon ng pananim ang humigit-kumulang 30 porsiyento ng mga ani ng agrikultura sa buong mundo, katumbas ng 550 milyong tonelada ng pagkain na maaaring magpakain ng higit sa 2 bilyong tao.

Source: Bavarian

Ang Bayer ay lumilipat mula sa mga tradisyonal na GMO sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa Gingko Bioworks (DNA), isa sa pinakamalaking kumpanya ng synthetic biology. Nakatuon ang partnership sa pagbuo ng mga biological na alternatibo sa mga kemikal na pataba sa pamamagitan ng pag-edit ng gene ng mga microorganism.

Ito ay nangunguna sa seed variety at gene editing sa mga halaman, na may 500+ bagong crop varieties sa pipeline nito (at 250 bagong crop registration sa 2022).

Nangunguna rin ang kumpanya sa pagsasama ng teknolohiya sa pagsasaka. Halimbawa, Pumirma si Bayer ng partnership sa Microsoft upang pagsamahin ang sistema ng pamamahala ng data ng tech giant na Azur sa kadalubhasaan ng Bayer sa paggamit ng data mula sa mga satellite, field sensor, drone, field equipment, at soil sensor upang lumikha ng tunay na moderno at nagkokonektang mga sakahan.

Source: Bavarian

Salamat sa pamumuno nito sa mga GMO (tradisyonal at advanced na pag-edit ng gene), pagpili ng iba't ibang halaman, at pagsasama ng malaking data sa pagsasaka, magiging natural na kandidato ang Bayer na samahan ang proseso ng paglikha ng mga de novo domesticated crops, gayundin ang hyperspectral detection ng weed. sa pamamagitan ng mga robot sa pagsasaka.