Tarım
AI ve Genetik Mühendislikle Tarımı İleri Taşımak – Tarımın Geleceği
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Yeni Gıda Bitkileri Oluşturmak
Tarımın başlangıcından beri insanlar yabani bitkileri evcilleştirerek beslenme değerini, tadını, hasat kolaylığını ve tohum büyüklüğünü geliştirdi. Bu özelliklerin hepsi her üründe aynı ölçüde iyileşmedi.
Modern bitki ıslahında, gübreleme ve sulama gibi yoğun girdili sistemlerde yüksek verim sağlayan özellikler öne çıktı. Bazı çeşitler bu koşullara daha bağımlı hâle gelirken, dayanıklılık ve genetik çeşitlilik kayıpları da görülebildi; bütün modern çeşitler için aynı sonuç geçerli değildir.
İklim değişikliği, toprak erozyonu, istilacı türler ve yabani otlar, tarım ürünleri üzerindeki baskıyı artırıyor.
Geleneksel evcilleştirme yavaş bir süreçti. İnsanlar genetik mekanizmaları bilmeden, mevcut veya yeni ortaya çıkan özellikleri onlarca yıl, bazen yüzyıllar boyunca seçti.
Başlıca tarım ürünlerinin önemli bölümü belirli coğrafi merkezlerde evcilleştirildi. Bununla birlikte gıda üretimine kazandırılabilecek çok sayıda yabani tür hâlâ bulunuyor.
Günümüzde ıslah çalışmaları, kuraklık, zararlılar ve hastalıklara dayanıklılık gibi özellikleri mevcut ürünlere kazandırmaya odaklanıyor. Başarı, türe ve hedeflenen özelliğe göre değişiyor.
Yabani türlerdeki birçok dayanıklılık özelliği çok sayıda genin ve çevrenin etkileşimine bağlıdır. Bu durum özelliklerin kültür bitkilerine aktarılmasını zorlaştırır; ancak genetik iyileştirmeyi neredeyse imkânsız kılmaz.
“De novo evcilleştirme”, yani yabani bir türü baştan tarıma uygun hâle getirme, alternatif bir yaklaşımdır. Amaç, yüksek verimli ürünlere dayanıklılık kazandırmak yerine, dayanıklı yabani bitkilerin hasat ve gıda özelliklerini geliştirmektir.
Yeni Ekinler ve Yeni Sorunlar
Yeni Gıda Kaynakları Oluşturmak
Evcilleştirme için önemli bazı özellikler, örneğin tohumların dökülmesi veya bitkinin büyüme biçimi, bir ya da birkaç ana genle değiştirilebilir. Ancak verim ve gıda kalitesi gibi bütün tarımsal özellikler basit genetik yapıya sahip değildir.
Bu yaklaşım, çevresel değişimlere dayanıklı ve gıda üretimi için yeterli verim ile kalite sunabilen yeni ürünler geliştirme potansiyeli taşır.
CRISPR gibi araçlar belirli DNA bölgelerinde hedefli değişiklik yapılmasını sağlar. Kullanılan yönteme göre genler etkisizleştirilebilir, bazlar değiştirilebilir veya diziler eklenebilir. İnsanlarda CRISPR temelli tedavilerin onaylanması ise tarımsal ürünlere otomatik izin verildiği anlamına gelmez; bitki düzenlemeleri ülkeye ve yapılan değişikliğe göre farklıdır.
Yaklaşımın teknik ayrıntıları, örneğin “Tarımı Geleceğe Hazırlamak: Sürdürülebilir ve Dayanıklı Ürünler İçin De Novo Evcilleştirme” başlıklı bilimsel derlemede ele alınıyor.
Yabani Otlarda Kaybolmak
Yabani türlerden yeni ürünler geliştirildiğinde, bu ürünler tarladaki yabani akrabalarına çok benzeyebilir. Kopenhag Üniversitesi araştırmacıları bu sorunu “De Novo Evcilleştirme: Peki Yabani Otlar?” başlıklı çalışmada inceledi.
Araştırmacılar, yabani ot yönetiminde herbisitlere aşırı bağımlılığın direnç gelişimi ve çevresel etkiler nedeniyle sürdürülebilirlik sorunları yaratabileceğini belirtiyor.
Alternatif olarak, robotik yabani ot kontrolünü bitkilerin ayırt edilmesini kolaylaştıran genetik değişikliklerle birleştirmeyi öneriyorlar. Amaç, kimyasal girdiye ihtiyacı azaltabilecek bir sistem geliştirmek.
İleri Robotik ve İleri Gen Düzenleme Buluştuğunda
Tarlaları Yabani Otlardan Temizleyen Robotlar
De novo evcilleştirilen ürünler ve mevcut bazı çeşitler, yabani ot temizleyen robotlar tarafından daha kolay tanınacak biçimde düzenlenebilir.
Bu yaklaşım, “Yatırımcıların Dikkatine: Robotlar Tarımda Daha Fazla Görev Üstleniyor” başlıklı yazımızda ele aldığımız tarım robotlarının gelişimini destekleyebilir. Örnekler arasında şunlar bulunuyor:
- Ecorobotix, makine görmesini hassas püskürtmeyle birleştiriyor. Şirkete göre uygun koşullarda kullanılan bitki koruma ürünü miktarı %95’e kadar azaltılabiliyor; sonuç ürüne ve uygulamaya bağlıdır.
- Naio Technologies, herbisit kullanımını azaltmak veya bazı işlemlerde ortadan kaldırmak için mekanik yabani ot temizleme robotları geliştiriyor. Modeller, uydu konumlandırması ve sensörlerle sıralar arasında çalışabiliyor. Ağırlık ve ekipman modele göre değişir; otonom çalışma, kurulum ve güvenlik gözetiminin hiç gerekmediği anlamına gelmez.
- Blue River Technology, John Deere’in 2017’de satın aldığı bir şirkettir. Makine öğrenmesi ve görüntü işleme teknolojileriyle bitki düzeyinde işlemler geliştirir. Hassas ilaçlama ve marul seyreltme farklı uygulamalardır; her sistem bütün bitkileri kusursuz tanımaz veya verimi insan müdahalesi olmadan garanti etmez.
Akıllı Görüntü İşleme
Görüntü işleme, tarım robotlarında giderek yaygınlaşıyor. Benzer teknolojiler üzerinde çalışan şirketler arasında Vision Robotics, Ekobot, Carbon Robotics ve Aigro bulunuyor.
Bu sistemler, otonom araçlarda ve teslimat robotlarında da kullanılan yapay zekâ ve algılama teknolojilerindeki gelişmelerden yararlanıyor.
Ancak insanlar bile bazı yabani otları ürünlerden ayırmakta zorlanabiliyor. Gelişmiş makine öğrenmesi ve sinir ağları da yalnızca görsel özelliklere dayanarak her bitkiyi doğru sınıflandıramayabilir.
De novo evcilleştirilen bitkiler yabani akrabalarına çok benzeyebileceğinden, bu ayrım geleneksel ürünlere göre daha da güç olabilir.
Daha iyi algoritmalar sınıflandırmayı geliştirebilir. Bunun yanında, bitkilerin sensörler tarafından tanınmasını kolaylaştıran genetik özellikler de ek bir çözüm sağlayabilir.
De Novo Ekinlerin Etiketlenmesi
İnsan gözü görünür ışığı algılarken, uygun sensörler yakın, orta ve uzak kızılötesi gibi başka dalga boylarında da ölçüm yapabilir. Ancak tek bir standart kamera bu aralıkların tümünü ölçmez; kullanılabilecek spektral aralık sensör ve optik sisteme bağlıdır.
Hiperspektral görüntüleme, çok sayıda dar ve genellikle birbirini izleyen dalga boyu bandını ölçer; yalnızca görünür ve kızılötesi görüntüleri birleştirmek anlamına gelmez. Tarımda drone veya uydu verileriyle su stresi, hastalık ve toprak koşulları hakkında göstergeler üretmek için kullanılabilir.
Kaynak: Imechyperspectral
Yeni ürünler, yabani akrabalarından farklı bir spektral imzaya sahip olacak şekilde geliştirilebilir. Robotlar da bu farkı, ürünü yabani ottan ayırmak için kullanabilir. Sahadaki doğruluk ışık, büyüme evresi ve çevre koşullarına bağlı olacaktır.
Genetik düzenleme, yaprak biçimini değiştirerek de yeni ürünlerin tanınmasını kolaylaştırabilir.
Kaynak: Cell
Amaç, sensörlerin ayırt edebileceği bir işaret oluştururken bitkinin dayanıklılığını ve verimini korumaktır. Bununla birlikte pigment veya yaprak yapısındaki değişikliklerin bitki fizyolojisine etkisiz olacağı varsayılamaz; her değişiklik ayrıca değerlendirilmelidir.
Araştırmacılar, ayırt edilebilir özellikler oluşturabilecek bilinen genetik değişiklik örneklerini değerlendiriyor. Bazı işaretler tek bir genin değiştirilmesiyle elde edilebilse de laboratuvar sonucu, farklı türlerde veya tarlada aynı başarının otomatik olarak sağlanacağı anlamına gelmez.
En İyi Yaklaşım?
Bitki biyoteknolojisi uzun süredir tartışılıyor. Herbisite dayanıklı çeşitlerin yaygın kullanımı, özellikle aynı ilaca sürekli bağımlılık durumunda, dirençli yabani otların seçilmesini teşvik edebilir. Roundup gibi glifosat içeren ürünlerin sağlık etkileri ise tehlike sınıflandırması, maruz kalma ve düzenleyici değerlendirme ayrımı yapılarak ele alınmalıdır; ürünlerin bütün kullanımlarının insanlarda kansere yol açtığı kesinleşmiş değildir.
Evcilleştirme ve geleneksel ıslah, kültür bitkilerini yabani atalarından genetik olarak farklılaştırdı. Bu süreçler mutasyonların yanı sıra melezleme, rekombinasyon ve insan seçilimini de içerir; hedefli gen düzenlemeyle aynı yöntem değildir.
Herbisitlere dayanıklı yabani otların yayılması önemli bir sorundur. Spektral işaretler kullanan sistemlerde de işaretin kararlılığı, gen akışı veya yabani otların benzer özellikler kazanması gibi olasılıklar araştırılmalıdır. Bunların mekanizmaları herbisit direnciyle birebir aynı değildir.
Bu belirsizlikler, de novo evcilleştirmenin potansiyelini ortadan kaldırmaz; geliştirme sürecinde sınanmaları gerekir.
Yaklaşım, kuraklık, tuzluluk, sıcak hava dalgaları, hastalıklar ve zararlılara daha dayanıklı yeni gıda ürünleri geliştirmeye katkı sağlayabilir.
Her yıl yeniden ekilmeyen çok yıllık tahıllar da toprak erozyonunu azaltma ve karbon depolama potansiyeli taşır. Araştırmalar Afrika yabani pirinci gibi çok yıllık yabani akrabaları değerlendiriyor. Bir başka örnek, Kernza® adıyla pazarlanan çok yıllık tahıl, yani tane üretimi için ıslah edilmiş Thinopyrum intermedium’dur. Kernza, yeni bir buğday melezi değildir; bu örneklerin hepsi CRISPR ile geliştirilmiş de değildir.
Kaynak: Frontiers
Yenilikçi Tarım Şirketleri
1. Deere & Company
DE Fiyat Grafiği
Borsada işlem gören Deere, tarım makineleriyle tanınır. Şirket ayrıca yapay zekâ, nesnelerin interneti, robotik, makine öğrenmesi ve büyük veri gibi teknolojilerle veriye dayalı tarımsal kararları destekleyen ekipmanlar geliştiriyor.
Kaynak: Deere
Deere, 2017’de satın aldığı Blue River Technology aracılığıyla makine görmesi ve bitki düzeyinde uygulamalar üzerinde çalışıyor. Blue River yalnızca bağımsız bir girişim ortağı değildir.
Otonom traktörler, robotlar ve görüntü işleme, John Deere’in gelişim alanları arasında yer alıyor. Bunlar uydu verileri ve diğer yapay zekâ çözümleriyle birleştirilebilir; de novo evcilleştirilen ürünlerde kullanılmaları ise henüz olası bir uygulamadır.
2. Bayer Crop Science (BAYRY)
Bayer grubunun Crop Science bölümü, tohumlar, bitki özellikleri ve ürün koruma çözümlerine odaklanır. Grubun ilaç faaliyetleri de bulunur.
Bayer’in biyoteknoloji çalışmaları, bitki DNA’sında hedefli değişiklikler yapılmasını ve yeni özellikler geliştirilmesini destekliyor.
Bayer, 2018’de Monsanto’yu satın almasının ardından genetiği değiştirilmiş tohumlar ve yabani ot yönetiminde önemli bir konuma geldi. Satın almayla devraldığı Roundup davaları, takip eden yıllarda ciddi mali yük ve hisse üzerinde baskı oluşturdu.
Şirket, genetiği değiştirilmiş tohum pazarının önemli oyuncularından biridir; bütün pazarın çoğunluğunu kontrol ettiği söylenemez. Mısır, soya ve buğday gibi ürünlerde yeni özellikler geliştirmek için gen düzenleme araçları üzerinde de çalışıyor.
Bayer’in aktardığı tahmine göre bitki koruma uygulamaları, dünya genelindeki tarımsal verimin yaklaşık %30’unun kaybını önlemeye yardımcı oluyor. Şirket bunun yaklaşık 550 milyon ton gıdaya, yani 2 milyardan fazla insanı besleyebilecek miktara karşılık geldiğini belirtiyor. Bu, Bayer’in kendi ürünlerinin tek başına sağladığı etki değildir.
Kaynak: Bayer
Bayer, geleneksel tohum faaliyetlerinin yanı sıra Ginkgo Bioworks ile ortaklık yürütüyor (DNA). İş birliği, azot kullanımı, karbon depolama ve bitki koruma gibi alanlarda mikrobiyal biyolojik çözümler geliştirmeyi amaçlıyor. Hedef, sentetik gübreleri bütünüyle ve hemen ortadan kaldırmak değil, kullanımını tamamlayabilecek veya azaltabilecek seçenekler geliştirmek.
Bayer’in makalede aktarılan geliştirme programında 500’den fazla yeni çeşit bulunuyordu; şirket 2022’de 250 yeni çeşit kaydı bildirmişti. Geliştirme aşamasındaki çeşitler ile tescil edilmiş çeşitler farklı kategorilerdir.
Bayer tarımda veri teknolojilerini de kullanıyor. Örneğin Microsoft ile ortaklık kurarak (MSFT ) Azure veri altyapısını uydu, tarla sensörü, drone ve tarım ekipmanından elde edilen verilerle birleştirmeyi amaçladı. Bu sistemler, çiftliklerin daha bağlantılı ve veriye dayalı çalışmasını destekliyor.
Kaynak: Bayer
Bayer’in tohum ıslahı, gen düzenleme ve tarımsal veri alanlarındaki deneyimi, de novo evcilleştirme ve robotların spektral özelliklerle bitki tanıması gibi uygulamalara katkı sağlamasına imkân verebilir. Bu potansiyel, şirketin söz konusu araştırma yaklaşımını ticari olarak uyguladığını kanıtlamaz.
