Stiamo danneggiando la flora non solo abbattendo gli alberi, ma anche con emissioni tossiche. Per combattere il cambiamento climatico e tenere sotto controllo la temperatura globale, il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) ha chiarito che la rimozione del carbonio è indispensabile. In quest'ottica, gli scienziati del Salk Institute stanno creando piante in grado di catturare il carbonio grazie all'intelligenza artificiale, potenziando al contempo l'apparato radicale delle piante. Questa ottimizzazione mira ad aumentare la quantità di carbonio immagazzinato e a prolungarne la durata di conservazione.
Presso il Salk Institute, una collaborazione unica nel suo genere utilizza un software intelligente chiamato SLEAP per analizzare le caratteristiche delle piante. Questo contribuisce a far sì che le piante che contrastano i cambiamenti climatici si sviluppino più rapidamente. SLEAP è un programma informatico di facile utilizzo che si avvale dell'intelligenza artificiale (IA) per monitorare diverse caratteristiche della crescita delle radici . Inizialmente, è stato creato dal ricercatore del Salk Institute Talmo Pereira per studiare il movimento degli animali in laboratorio. Ora, Pereira e il professor Wolfgang Busch, esperto di botanica presso il Salk Institute, stanno lavorando all'applicazione di SLEAP alle piante.
Busch, titolare della cattedra Hess di Scienze Vegetali al Salk Institute, ha dichiarato: "Siamo già riusciti a creare il catalogo più completo di fenotipi di apparati radicali vegetali fino ad oggi, il che sta davvero accelerando la nostra ricerca per creare piante in grado di catturare carbonio e contrastare il cambiamento climatico. SLEAP si è rivelato facilissimo da usare, grazie al software professionale progettato da Talmo, e diventerà uno strumento indispensabile nel mio laboratorio in futuro."
In che modo SLEAP è migliore?
Ciò che rende SLEAP diverso è l'uso innovativo sia della visione artificiale (la capacità dei computer di interpretare le immagini) sia del deep learning (un tipo di approccio all'intelligenza artificiale che addestra i computer ad apprendere e a funzionare come il cervello umano). Questa combinazione consente ai ricercatori di analizzare le immagini senza dover esaminare manualmente ogni singolo pixel. Possono invece saltare questa fase dispendiosa in termini di tempo e passare direttamente dall'immagine all'identificazione di caratteristiche specifiche delle piante.
Elizabeth Berrigan , analista bioinformatica nel laboratorio di Busch e prima autrice dello studio, ha affermato: "Abbiamo creato un protocollo robusto, validato su diverse tipologie di piante, che riduce i tempi di analisi e gli errori umani, ponendo al contempo l'accento sull'accessibilità e la facilità d'uso, e non ha richiesto alcuna modifica al software SLEAP esistente".
I ricercatori non hanno modificato la tecnologia di base di SLEAP , ma hanno sviluppato un kit di strumenti scaricabile chiamato sleap-roots (disponibile come software open-source qui). Con sleap-roots, SLEAP può essere utilizzato per studiare le caratteristiche biologiche degli apparati radicali come profondità, massa e angolo di crescita.
Questo, insieme agli ampi sforzi di sequenziamento del genoma per comprendere i dati genotipici in molte varietà di colture, può consentire agli scienziati di utilizzare i dati fenotipici (come il profondo apparato radicale di una pianta) per scoprire i geni responsabili della creazione di tali caratteristiche.
Lo sapevate che gli scienziati hanno creato delle vere e proprie centrali elettriche per sfruttare l'energia del vento e della pioggia?
Punti Salienti
- Con questo nuovo modo di utilizzare SLEAP è possibile studiare quanto crescono in profondità e in larghezza le piante, quanto diventano grandi i loro apparati radicali e altre caratteristiche fisiche.
- Il suo utilizzo sulle piante ha aiutato i ricercatori a creare la più grande raccolta di fenotipi dell'apparato radicale delle piante mai realizzata.
- Inoltre, tenere d'occhio queste caratteristiche fisiche delle radici aiuta gli scienziati a identificare i geni associati a questi tratti.
- Possono analizzare se più tratti sono controllati dagli stessi geni oppure se sono indipendenti.
- Ciò aiuta il team di Salk a capire quali geni sono più utili per la progettazione delle loro piante.
Grazie agli ePlant TreeTags, i ricercatori hanno scoperto un metodo nuovo e innovativo per la cura delle piante .
Influenza di SLEAP sulla selezione delle piante
Il team Salk ha testato il pacchetto sleap-roots su varie piante. Tra queste, colture importanti come soia, riso e canola, nonché la pianta modello Arabidopsis thaliana, un'erba infestante fiorita della famiglia della senape.
- In tutte queste piante, hanno scoperto che Il nuovo metodo basato su SLEAP ha funzionato meglio rispetto ai metodi esistenti.
- Ha classificato i dati 1.5 volte più velocemente, ha addestrato il modello di intelligenza artificiale 10 volte più velocemente e ha persino previsto la struttura delle piante su nuovi dati 10 volte più velocemente.
- Ha svolto tutte le funzioni mantenendo e/o addirittura migliorando la precisione.
Questo passaggio, che collega le caratteristiche fisiche (fenotipo) e il patrimonio genetico (genotipo), è fondamentale per l'obiettivo di Salk di sviluppare piante in grado di immagazzinare più carbonio per periodi più lunghi. Queste piante necessitano di apparati radicali più robusti e profondi. Grazie a questo software efficiente e preciso, l' iniziativa Harnessing Plants sarà in grado di collegare i fenotipi desiderati a geni specifici con una facilità e una velocità rivoluzionarie.
Gli scienziati del Salk Institute stanno creando impianti di cattura del carbonio con l'intelligenza artificiale: i prossimi passi
Durante lo sviluppo di SLEAP e sleap-roots, Pereira ha dato priorità all'accessibilità e alla riproducibilità. Poiché il software e il toolkit sleap-roots sono disponibili gratuitamente, i ricercatori sono ansiosi di vedere come sleap-roots verrà utilizzato a livello globale. Hanno già avviato discussioni con gli scienziati della NASA per utilizzare lo strumento non solo per guidare le piante che sequestrano carbonio sulla Terra, ma anche per analizzare le piante nello spazio.
Anche il team collaborativo di Salk non si scioglierà presto. È pronto ad affrontare un compito nuovo e innovativo: usare SLEAP per analizzare dati 3D. Hanno in programma di continuare a migliorare, ampliare e condividere SLEAP e sleap-roots per gli anni a venire. Tuttavia, anche ora, la loro applicazione nell'iniziativa Harnessing Plants di Salk sta già accelerando la progettazione delle piante. Sta contribuendo agli sforzi dell'istituto contro il cambiamento climatico.
