Технология NASA может обнаружить болезнь винограда с неба. Это может помочь мировому продовольственному снабжению

Новое исследование показало, что передовая технология визуализации NASA способна обнаруживать ранние признаки вируса растений, который часто оказывается разрушительным для виноделен и виноградарей.

Используя сложные инфракрасные изображения, снятые с самолета над Центральной долиной Калифорнии, исследователи смогли отличить лозы винограда Каберне Совиньон, которые были заражены, но не проявляли симптомов — до того момента, когда производители могут заметить болезнь и отреагировать.

Технология в сочетании с машинным обучением и наземным анализом успешно идентифицировала зараженные растения с точностью почти 90% в некоторых случаях, согласно двум новым научным статьям.

«Это первый раз, когда мы продемонстрировали возможность обнаружения вирусного заболевания с воздуха», — сказала Кэти Голд, доцент кафедры патологии винограда в Корнеллском университете. «Следующий шаг — масштабирование до космического уровня».

Перспективы для глобального сельского хозяйства

Исследователи надеются, что более регулярные аэрофотоснимки и данные со спектрометра AVIRIS-NG, который Лаборатория реактивного движения NASA (JPL) планирует отправить в космос, можно будет использовать для более широкого мониторинга сельскохозяйственных культур.

«Конечная цель — иметь возможность делать это из космоса — и не только для винограда, и не только для этой одной болезни, и не только в нескольких местах в Калифорнии, но чтобы иметь возможность делать это для фермеров по всему миру, для многих различных культур, болезней и вредителей», — сказал Райан Павлик, специалист по исследованиям в JPL.

Если такая инициатива будет успешной в глобальном масштабе, это может «принести пользу всей продовольственной системе», — считает Голд. Раннее обнаружение болезни позволит проводить целевые вмешательства, более стратегически использовать ресурсы, сократить количество химикатов, попадающих в окружающую среду, и сделать операции в целом более устойчивыми.

Борьба с разрушительным вирусом

Исследование было сосредоточено на виноградниках и вирусе скручивания листьев винограда 3 (GLRaV-3). Этот вирус в основном распространяется по виноградникам местным мучнистым червецом, и единственным методом лечения является удаление зараженных лоз. Это заболевание ежегодно наносит ущерб винодельческой отрасли США в размере около $3 млрд.

В настоящее время вирус обнаруживается производителями только с помощью трудоемкого анализа лоза за лозой и дорогостоящего молекулярного тестирования, которое обычно дает результаты слишком поздно. Вирус имеет латентный период в один год: «К тому времени, когда виноградная лоза проявляет симптомы, она уже заражена в течение года и распространяет вирус на всех своих соседей», — пояснила Голд.

Как проходило исследование

В 2020 году в рамках сотрудничества JPL и Корнеллского университета над виноградниками Лоди был совершен облет с использованием спектрометра AVIRIS-NG. Он захватывает данные из сотен каналов света, включая далеко за пределами видимого спектра. Пролетая над территорией, прибор создает карту, полную информации об отраженном свете.

Используя эти данные, исследовательская группа разработала и обучила компьютерные модели для распознавания инфекции. Виноградари-партнеры анализировали лозы на предмет симптомов и предоставляли образцы, обследовав более 300 акров виноградников в течение двух лет.

Результаты исследования были сосредоточены только на красных сортах винограда, но есть надежда, что метод сможет обнаруживать вирус и на белых сортах, где симптомы заметить сложнее.

Взгляд в будущее: мониторинг из космоса

Хотя исследование было успешным, дальнейшее расширение проекта с помощью дополнительных полетов самолетов над тысячами виноградников по всему миру нецелесообразно с логистической и финансовой точки зрения. Поэтому взоры исследователей устремлены в космос.

«Космос дает возможность мониторинга в том масштабе, в котором происходит производство... Нам нужно управлять этим на региональном, общественном уровне. И космос дает такую возможность, потому что он охватывает гораздо более обширную территорию», — заключила Голд.