Умное земледелие: ИИ предсказывает потенциал роста картофеля
Новый инструмент на основе искусственного интеллекта может предсказать, насколько хорошо семенные клубни картофеля вырастут в здоровые растения. Его разработали биологи из Утрехтского университета совместно с Делфтским техническим университетом и селекционерами. Инструмент использует ДНК-данные бактерий и грибов, обнаруженных на семенном картофеле, и снимки полей с дронов. «Это знаменует начало новой эры в сельском хозяйстве, где микробиология и ИИ объединяются для его улучшения».
Даже на полях, засаженных одним сортом, рост картофеля часто сильно различается. Эта загадка давно интриговала фермеров, биологов и поставщиков семян. Даже генетически идентичные растения могут значительно отличаться по размеру, урожайности и устойчивости.
Учёные предполагали, что ключевую роль в этих различиях могут играть бактерии и грибы на поверхности семенных клубней. Эти микробы могут либо стимулировать рост и устойчивость, либо препятствовать им.
Исследовательская группа под руководством биолога Роэланда Берендсена подтвердила, что микробы действительно критически важны для роста. Их выводы, опубликованные в Nature Microbiology, раскрывают влияние этих микроорганизмов на картофелеводство.
Команда разработала модель ИИ, которая может предсказывать потенциал роста семенного картофеля. Модель объединяет два типа данных: генетические данные микробов, живущих на клубнях, и снимки с дронов выросших из них растений. Анализируя эти данные вместе, ИИ выявляет закономерности, помогающие определить, какие микробы приводят к самому здоровому росту.
Исследователи собрали данные, взяв тысячи образцов семенного картофеля с 240 тестовых полей. Они изучили бактерии и грибы на клубнях, а позже, в течение сезона, сделали снимки выросших растений с помощью дронов.
«Это создало огромный массив данных, — говорит биолог Ян Сонг, один из разработчиков модели ИИ и первый автор статьи. — Комбинируя эти точки данных с помощью ИИ, мы смогли определить микробов, которые являются лучшими предикторами роста картофеля».
Микробы с большим влиянием
Исследование показывает, что сообщество бактерий и грибов на семенном картофеле сильно влияет на рост. Некоторые бактерии, включая виды Streptomyces, значительно стимулируют рост. Другие, однако, оказывают противоположный эффект, замедляя развитие растений.
«Мы находимся в начале революционного способа улучшения сельского хозяйства с помощью микробиологии и ИИ, — сказал Берендсен. — Впервые мы можем предсказать качество семенного картофеля на основе его микробного состава».
Это исследование открывает путь к более глубокому пониманию того, как микробы влияют на рост сельскохозяйственных культур. «Расширяя модель ИИ ещё большим объёмом данных, мы можем детальнее изучить взаимодействие микробов и растений», — говорит Берендсен.
В будущем учёные смогут определить идеальный набор микробов для конкретных культур — не только картофеля. «Мы могли бы покрывать семенной картофель или семена этими полезными микробами, — сказал Берендсен. — Или даже модифицировать растения, чтобы они привлекали и удерживали идеальные микробы».
Преимущества этого прорыва выходят за рамки повышения урожайности. Более здоровые и устойчивые культуры означают меньше неурожаев, сокращение отходов и снижение потребности в химических пестицидах. Это делает сельское хозяйство более устойчивым, одновременно повышая его продуктивность.