Estamos dañando la flora no solo talándola, sino también mediante emisiones tóxicas. Para combatir el cambio climático y controlar la temperatura global, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) ha dejado muy claro que la eliminación de carbono es imprescindible. En consonancia con esto, científicos del Instituto Salk están creando plantas de captura de carbono con inteligencia artificial, a la vez que mejoran sus sistemas radiculares. Esta optimización tiene como objetivo aumentar la cantidad de carbono almacenado y prolongar su tiempo de almacenamiento.
Una colaboración única en el Instituto Salk utiliza un software inteligente llamado SLEAP para analizar las características de las plantas. Esto ayuda a que las plantas que combaten el cambio climático se desarrollen más rápidamente. SLEAP es un programa informático fácil de usar que emplea inteligencia artificial (IA) para monitorear diferentes aspectos del crecimiento de las raíces . Inicialmente, fue creado por Talmo Pereira, investigador del Instituto Salk , para observar el movimiento de los animales en laboratorios. Ahora, Pereira y el profesor Wolfgang Busch, científico de plantas del Instituto Salk, trabajan en la aplicación de SLEAP a las plantas.
Busch, titular de la Cátedra Hess de Ciencias Vegetales en Salk, afirmó: «Ya hemos logrado crear el catálogo más extenso de fenotipos de sistemas radiculares de plantas hasta la fecha, lo que está acelerando nuestra investigación para crear plantas que capturen carbono y combatan el cambio climático. Gracias al diseño profesional del software de Talmo, SLEAP ha sido muy fácil de aplicar y usar, y se convertirá en una herramienta indispensable en mi laboratorio en el futuro».
¿Por qué es mejor SLEAP?
Lo que distingue a SLEAP es su uso innovador de la visión artificial (la capacidad de las computadoras para comprender imágenes) y el aprendizaje profundo (un tipo de inteligencia artificial que entrena a las computadoras para aprender y funcionar como el cerebro humano). Esta combinación permite a los investigadores analizar imágenes sin tener que examinar cada píxel manualmente. En cambio, pueden omitir este paso que consume mucho tiempo y pasar directamente de la imagen a la identificación de características específicas de las plantas.
Elizabeth Berrigan , analista de bioinformática en el laboratorio de Busch y primera autora del estudio, dijo: "Creamos un protocolo sólido validado en múltiples tipos de plantas que reduce el tiempo de análisis y el error humano, al tiempo que enfatiza la accesibilidad y la facilidad de uso, y no requirió ningún cambio en el software SLEAP propiamente dicho".
Los investigadores no modificaron la tecnología principal de SLEAP ; lo que hicieron fue desarrollar un conjunto de herramientas descargable llamado sleap-roots (disponible como software de código abierto aquí). Con sleap-roots, SLEAP puede utilizarse para estudiar características biológicas de los sistemas radiculares, como la profundidad, la masa y el ángulo de crecimiento.
Esto, junto con los extensos esfuerzos de secuenciación del genoma para comprender los datos genotípicos en muchas variedades de cultivos, permite a los científicos utilizar datos fenotípicos (como el sistema radicular profundo de una planta) para descubrir los genes responsables de la creación de dichos rasgos.
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Destacados
- Con esta nueva forma de utilizar SLEAP es posible estudiar qué tan profundo y ancho crecen las plantas, qué tan grandes se vuelven sus sistemas de raíces, junto con otras características físicas.
- Su uso en plantas ha ayudado a los investigadores a crear la mayor colección de fenotipos del sistema de raíces de plantas jamás creada.
- Además, prestar atención a estas características físicas de las raíces ayuda a los científicos a identificar genes asociados con estos rasgos.
- Pueden analizar si múltiples rasgos están controlados por los mismos genes o si son independientes.
- Esto ayuda al equipo de Salk a determinar qué genes son más útiles para sus diseños de plantas.
Los investigadores descubrieron una forma nueva e innovadora de cuidar las plantas con las etiquetas ePlant TreeTags.
Influencia de SLEAP en el mejoramiento de plantas
El equipo de Salk probó el paquete sleap-roots en diversas plantas, incluyendo cultivos importantes como la soja, el arroz y la canola, así como la planta modelo Arabidopsis thaliana, una maleza con flores de la familia de la mostaza.
- En todas estas plantas, encontraron que la El nuevo método basado en SLEAP funcionó mejor en comparación con los métodos existentes.
- Clasificó datos 1.5 veces más rápido, entrenó el modelo de IA 10 veces más rápido e incluso predijo la estructura de la planta con nuevos datos 10 veces más rápido.
- Realizó todas las funciones manteniendo y/o incluso mejorando la precisión.
Este paso de vincular los rasgos físicos (fenotipo) con la composición genética (genotipo) es fundamental para el objetivo del Instituto Salk de desarrollar plantas que puedan almacenar más carbono durante períodos más prolongados. Estas plantas necesitan sistemas radiculares más fuertes y profundos. Mediante este software eficiente y preciso, la Iniciativa para el Aprovechamiento de las Plantas podrá vincular los fenotipos deseados con genes específicos con una facilidad y rapidez revolucionarias.
Científicos de Salk crean plantas de captura de carbono con IA: próximos pasos
Durante el desarrollo de SLEAP y sleap-roots, Pereira priorizó la accesibilidad y la reproducibilidad. Dado que el software y el conjunto de herramientas de sleap-roots están disponibles gratuitamente, los investigadores están ansiosos por ver cómo se utilizará sleap-roots a nivel mundial. Ya han iniciado conversaciones con científicos de la NASA para usar la herramienta no solo para guiar a las plantas que capturan carbono en la Tierra, sino también para analizar plantas en el espacio.
El equipo colaborativo de Salk no se desmantelará pronto. Está listo para asumir una nueva e innovadora tarea: usar SLEAP para analizar datos 3D. Planean seguir mejorando, ampliando y compartiendo SLEAP y sleap-roots durante los próximos años. Sin embargo, incluso ahora, su aplicación en la Iniciativa de Aprovechamiento de Plantas de Salk ya está acelerando el diseño de plantas. Contribuye a los esfuerzos del Instituto contra el cambio climático.
Fuente : La IA ayuda a los científicos a diseñar plantas para combatir el cambio climático.
